简介

C# .NET工控上位机开发
在工控领域，C# .NET技术被广泛用于构建上位机软件，它以其强大的功能、易用性和高效的性能成为了开发者的重要工具。本文将详细探讨C# .NET在工控上位机开发中的应用，以及相关的核心知识点。

一、C#语言基础
C#是一种面向对象的编程语言，由微软公司开发，主要用于.NET Framework平台。它的语法简洁明了，支持类型安全和垃圾回收，是开发工业控制应用的理想选择。学习C#时，需要掌握类、对象、接口、继承、多态等面向对象概念，以及异常处理、委托和事件等特性。

二、.NET Framework与.NET Core
.NET Framework是微软的开发框架，包含了大量的库和服务，如Windows Forms、WPF、ASP.NET等，为C#应用程序提供运行环境。而.NET Core是跨平台的开源版本，同样支持C#开发，且具有更小的体积和更高的性能。在工控上位机开发中，根据项目需求和目标平台可以选择合适的.NET版本。

三、Windows Forms
Windows Forms是.NET Framework中的一个组件，用于创建桌面应用程序，特别适合开发工控上位机界面。通过Windows Forms，开发者可以利用各种**控件（如按钮、文本框、图表等）**设计用户界面，并实现与硬件设备的交互。

四、数据通信与协议
工控上位机通常需要与PLC、传感器、驱动器等硬件设备进行数据交换，这就涉及到了串口通信（RS-232、RS-485）、TCP/IP网络通信、CAN总线等协议。C#提供了丰富的类库，如System.IO.Ports命名空间下的SerialPort类用于串口通信，System.Net命名空间下的Socket类用于网络通信，方便开发者实现不同协议的通信功能。

五、实时数据处理
在工控系统中，实时性是非常关键的。C# .NET允许开发者使用多线程和异步编程模型来处理实时数据，确保程序在处理大量数据时仍能保持响应。Task类和async/await关键字是实现异步操作的强大工具。

六、可视化和图表展示
工控上位机往往需要实时显示设备状态和生产数据，这需要用到数据可视化技术。C# .NET的System.Windows.Forms.DataVisualization命名空间提供了丰富的图表控件，如Chart，可以用于绘制折线图、柱状图、饼图等，便于监控和分析工况。

七、数据库集成
很多工控系统需要存储和查询历史数据，这时可以利用C# .NET与SQL Server、MySQL、SQLite等数据库进行交互。ADO.NET是.NET Framework提供的数据库访问框架，支持连接池，能有效提高数据库操作的效率。

八、安全性与权限管理
工控软件往往涉及重要生产数据，因此安全性是不容忽视的。C# .NET提供了加密解密、身份验证、访问控制等安全机制，确保数据的安全。

九、部署与维护
C# .NET应用程序可以通过ClickOnce技术实现快速部署，用户只需点击一次即可完成安装。此外，Visual Studio提供了一整套的调试和测试工具，方便开发者进行程序的维护和优化。

C# .NET为工控上位机开发提供了强大的支持，从界面设计、数据通信到数据库集成和安全性管理，都有成熟的解决方案。开发者掌握这些核心知识点，就能高效地构建出功能完备、性能稳定的工控上位机软件。

第一章 上位机开发环境之 VS 使用和.NET 平台基础

一、安装软件

1. 编程语言软件
   安装VS2019、SQLServer 数据库（ SQL Server 2008 R2 Expresswith Advanced Services 版）（“SQLEXPRADV_x64_CHS）
2. 上位机工具软件
   串口助手、Modbus 系列等这些软件非常多。

二、创建项目

打开 VS 开发工具，选择“创建新项目”→控制台程序，选“.NET Framework”。

三、第一个Hello world

Console：控制台

四、解决方案与项目

• 从广义的角度看，比如你说我正在开发一个项目，通常把这个开发的项目，在 VS 的环境中就认为是一个解决方案。
  从狭义的角度看，解决方案中的一个部分就是一个“项目”。一个解决方案可以包含多个项目。
  
  狭义上这些项目都是直接或间接有联系的。最终通过“添加引用”让这些项目关联到一起（后续学习添加引用）。

五、Debug 和 Release 的区别

• 概念上的不同
  Debug 的意思是调试
  Release 的意思发布,正式作为生产环境的应用软件。
• 断点与调试
  Debug 在任何情况下，都可以打断点观察变量。可以打断点后让程序一行一行的执行。从而观察程序逻辑和变量的值。Release无法直接断点，并且观察数据可能存在不正确的情况。
• 生成与优化
  Debug 所生成的文件，包含很多调试信息，生成的文件比较大。
  Release 不包含调试信息，生成的文件较小。项目结束最后使用 Release 发布。

六、代码的生产过程

.NET 平台在编译开发者所写的代码的时候，是通过两次编译完成的，这点和
其他的编程语言是有差别的

第一次编译是完成从源代码到微软中间语言 IL（Intermidiate Language）的编译**。第二
次编译**是从 IL 到机器码的编译。

1. 第一次编译-代码到 IL 编译
   从图中我们可以看到在.NET 平台可以选择不同的开发语言，每一种开发语言都对应一个编译器，我们现在用的是 C#语言，当写完代码后，会通过 VS 中自带的 csc.exe这个可执行文件完成代码的编译，如果代码没有错误，就会生成对应的 exe 或 dll 文件。exe 文件我们称为可执行文件，也就是你双击可以直接运行的文件。dll 文件是动态链接库文件，这种文件一般都是作为项目的模块来使用，不能直接运行，否则会报错。
2. 第二次编译-IL 到机器码的编译
   当启动编译好的文件exe的时候项目即可运行起来，其实在运行之前.NET 平台在操作系统上运行的JIT 的即时编译器（Just-In-Time Compilier），会把运行的“IL 中间语言代码”，再次根据当前所在的操作系统类型，编译成对应的机器码，最后才被计算机执行。但是这个过程是非常快，通常是感觉不到的。这样做的好处是针对不同的操作系统和计算硬件无需多次编译，对程序的部署带来很大方便。

七、CLR的其它功能

CLR（Common Language Runtime）也可以称为公共语言运行库。这个东西的作用在.NET 平台太重要了。

1. 托管代码和非托管代码
   

• 非托管代码：通俗理解，就是你的程序代码直接运行到操作系统上，
  不用其他程序的干预。准确一点说，非托管代码就是针对特定操作系统而生成的 CPU 机器指令。
• 托管代码：在 CLR 管理之下运行的程序指令代码（也就是 MSIL，微软中间语言代码）。

2. 公共语言运行时的两个“管家”
   图中没有直接画出来的两个东西 CLS 和 CTS。

• CLS（Common Language Specification）公共语言规范。它在 CLR 中主要是解决不同开发语言之间的语法规范问题。在.NET 平台上有 C#语言、VB.NET 等，这些不同开发语言开发的模块是可以直接相互使用而不需要做任何处理。如何做到呢？其中一半功劳是CLS来完成的。
• CTS（Common Type System）通用类型系统。它在 CLR 中主要解决不同开发语言之间的数据类型差异。不同的开发语言在数据类型表示上是有差别的，比如在 C#中整形用 int 表示，在 VB.NET 中用Integer 来表示。