串口通信協(xié)議

串口通信指串口按位（bit）發(fā)送和接收字節(jié)。盡管比按字節(jié)（byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根線發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)用另一根線接收數(shù)據(jù)。在串口通信中，常用的協(xié)議包括RS-232、RS-422和RS-485。

里以串口作為傳輸媒介，介紹下怎樣來發(fā)送接收一個(gè)完整的數(shù)據(jù)包。過程涉及到封包與解包。設(shè)計(jì)一個(gè)良好的包傳輸機(jī)制很有利于數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性以及正確性。串口只是一種傳輸媒介，這種包機(jī)制同時(shí)也可以用于SPI，I2C的總線下的數(shù)據(jù)傳輸。在單片機(jī)通信系統(tǒng)（多機(jī)通信以及PC與單片機(jī)通信）中，是很常見的問題。

一、根據(jù)幀頭幀尾或者幀長檢測(cè)一個(gè)數(shù)據(jù)幀

1、幀頭+數(shù)據(jù)+校驗(yàn)+幀尾

這是一個(gè)典型的方案，但是對(duì)幀頭與幀尾在設(shè)計(jì)的時(shí)候都要注意，也就是說幀頭、幀尾不能在所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)域中出現(xiàn)，一旦出現(xiàn)可能就被誤判。如果用中斷來接收的話，程序基本可以這么實(shí)現(xiàn)：

unsigned char recstatu;//表示是否處于一個(gè)正在接收數(shù)據(jù)包的狀態(tài)

unsigned char ccnt; //計(jì)數(shù)

unsigned char packerflag;//是否接收到一個(gè)完整的數(shù)據(jù)包標(biāo)志

unsigned char rxbuf［100］;//接收數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)

void UartHandler（）

{

unsigned char tmpch;

tmpch = UARTRBR;

if（tmpch 是包頭） //檢測(cè)是否是包頭

{

recstatu = 1;

ccnt = 0 ;

packerflag = 0;

return ;

}

if（tmpch是包尾） //檢測(cè)是否是包尾

{

recstatu = 0;

packerflag = 1; //用于告知系統(tǒng)已經(jīng)接收到一個(gè)完整的數(shù)據(jù)包

return ;

}

if（recstatu ==1） //是否處于接收數(shù)據(jù)包狀態(tài)

{

rxbuf［ccnt++］ = tmpch;

}

}

上面也就是接收一個(gè)數(shù)據(jù)包，但是再次提醒，包頭和包尾不能在數(shù)據(jù)域中出現(xiàn)，一旦出現(xiàn)將會(huì)出現(xiàn)誤判。另外一個(gè)。數(shù)據(jù)的校驗(yàn)算法是很必要的，在數(shù)據(jù)傳輸中，由于受到干擾，很難免有時(shí)出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，加上校驗(yàn)碼可在發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤時(shí)，可以要求數(shù)據(jù)的另一方重新發(fā)送，或是進(jìn)行簡單的丟棄處理。校驗(yàn)算法不一定要很復(fù)雜，普通的加和，異或，以及循環(huán)冗余都是可以的。我上面的接收程序在接收數(shù)據(jù)時(shí)，已經(jīng)將包頭和包尾去掉，這些可以根據(jù)自己的需求加上，關(guān)鍵是要理解原理。

上述包協(xié)議出現(xiàn)了以下的幾種變種：

1.1 幀頭+數(shù)據(jù)長度+數(shù)據(jù)+校驗(yàn)值

1.2包長+校驗(yàn)值

上面兩種其實(shí)都是知道了數(shù)據(jù)包的長度，然后根據(jù)接收字節(jié)的長度來判斷一個(gè)完整的數(shù)據(jù)包。例如，定義一個(gè)數(shù)據(jù)包的長度為256字節(jié)，那我們就可以一直接收，直到接收到256個(gè)字節(jié)，就認(rèn)為是一個(gè)數(shù)據(jù)包。但是，會(huì)不會(huì)存在問題呢？比如說從機(jī)向主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送了一半，掉電，重啟，開機(jī)后繼續(xù)發(fā)送，這很明顯接收到的數(shù)據(jù)就不對(duì)了，所以此時(shí)很有必要定義一個(gè)超限時(shí)間，比如我們可以維護(hù)下面這樣的一個(gè)結(jié)構(gòu)體。

struct uartrd{

char rd［ 256］;

unsigned int timeout;

}

成員變量rd用來存放接收到的數(shù)據(jù)字節(jié)；成員變量timeout用來維護(hù)超時(shí)值，這里主要討論這個(gè)。這個(gè)數(shù)值怎么維護(hù)呢，可以用一個(gè)定時(shí)器來維護(hù)，以可以放在普通的滴答中斷里面來維護(hù)，也可以根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行一條指令的周期，在自己的循環(huán)中來維護(hù)，給其設(shè)置個(gè)初值，比如說100，當(dāng)有第一個(gè)數(shù)據(jù)到來以后，timeout在指定的時(shí)間就會(huì)減少1，減少到0時(shí)，就認(rèn)為超時(shí)，不論是否接收到足夠的數(shù)據(jù)，都應(yīng)該拋棄。

二、根據(jù)接收超時(shí)來判斷一個(gè)數(shù)據(jù)包

2.1 數(shù)據(jù)+校驗(yàn)

核心思想是如果在達(dá)到一定的時(shí)間沒有接受到數(shù)據(jù)，就認(rèn)為數(shù)據(jù)包接收完成。modbus協(xié)議里就有通過時(shí)間間隔來判斷幀結(jié)束的。具體實(shí)現(xiàn)是要使用一個(gè)定時(shí)器，在接收到第一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)候，開啟定時(shí)器，在接收到一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)候，就將定時(shí)器清零，讓定時(shí)器重新開始計(jì)時(shí)，如果設(shè)定的超時(shí)時(shí)間到（超時(shí)時(shí)間長度可以設(shè)置為5個(gè)正常接收的周期），則認(rèn)為在這一段時(shí)間內(nèi)沒有接受到新的數(shù)據(jù)，就認(rèn)為接收到一個(gè)完整的數(shù)據(jù)包了。流程大體如下圖所示：

進(jìn)行一個(gè)簡單的小的總結(jié)，上述幾種方法都還是較為常用的，在具體的實(shí)現(xiàn)上，可以根據(jù)具體的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)出具體的通訊協(xié)議。數(shù)據(jù)校驗(yàn)位，有時(shí)候感覺不出來其重要性，但是一定要加上，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一個(gè)相關(guān)的驗(yàn)證還是必要的?，F(xiàn)在很在MCU都帶有FIFO，DMA等功能，所以有時(shí)候利用上這些特性，可以設(shè)計(jì)出更好的通訊方式。有的人問在接受串口數(shù)據(jù)時(shí)候是應(yīng)該中斷一次接收一個(gè)，還是進(jìn)入中斷后接收一段數(shù)據(jù)呢，我認(rèn)為應(yīng)該中斷接收一個(gè)，因?yàn)?a target="_blank">CPU是很快的，至少對(duì)于串口是這樣，在接受每個(gè)數(shù)據(jù)的間隔期間，處理器還是可以做些其他工作的。這是在裸機(jī)下的模型。在多線程中，那就可以直接建立一個(gè)數(shù)據(jù)接收線程