串口通信协议的制定及配置流程

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描述

串口通信协议

串口通信指串口按位(bit)发送和接收字节。尽管比按字节(byte)的并行通信慢,但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。在串口通信中,常用的协议包括RS-232、RS-422和RS-485。

里以串口作为传输媒介,介绍下怎样来发送接收一个完整的数据包。过程涉及到封包与解包。设计一个良好的包传输机制很有利于数据传输的稳定性以及正确性。串口只是一种传输媒介,这种包机制同时也可以用于SPI,I2C的总线下的数据传输。在单片机通信系统(多机通信以及PC与单片机通信)中,是很常见的问题。

一、根据帧头帧尾或者帧长检测一个数据帧

1、帧头+数据+校验+帧尾

这是一个典型的方案,但是对帧头与帧尾在设计的时候都要注意,也就是说帧头、帧尾不能在所传输的数据域中出现,一旦出现可能就被误判。如果用中断来接收的话,程序基本可以这么实现:

unsigned char recstatu;//表示是否处于一个正在接收数据包的状态

unsigned char ccnt; //计数

unsigned char packerflag;//是否接收到一个完整的数据包标志

unsigned char rxbuf[100];//接收数据的缓冲区

void UartHandler()

{

unsigned char tmpch;

tmpch = UARTRBR;

if(tmpch 是包头) //检测是否是包头

{

recstatu = 1;

ccnt = 0 ;

packerflag = 0;

return ;

}

if(tmpch是包尾) //检测是否是包尾

{

recstatu = 0;

packerflag = 1; //用于告知系统已经接收到一个完整的数据包

return ;

}

if(recstatu ==1) //是否处于接收数据包状态

{

rxbuf[ccnt++] = tmpch;

}

}

上面也就是接收一个数据包,但是再次提醒,包头和包尾不能在数据域中出现,一旦出现将会出现误判。另外一个。数据的校验算法是很必要的,在数据传输中,由于受到干扰,很难免有时出现数据错误,加上校验码可在发现数据传输错误时,可以要求数据的另一方重新发送,或是进行简单的丢弃处理。校验算法不一定要很复杂,普通的加和,异或,以及循环冗余都是可以的。我上面的接收程序在接收数据时,已经将包头和包尾去掉,这些可以根据自己的需求加上,关键是要理解原理。

上述包协议出现了以下的几种变种:

1.1 帧头+数据长度+数据+校验值

1.2包长+校验值

上面两种其实都是知道了数据包的长度,然后根据接收字节的长度来判断一个完整的数据包。例如,定义一个数据包的长度为256字节,那我们就可以一直接收,直到接收到256个字节,就认为是一个数据包。但是,会不会存在问题呢?比如说从机向主机发送数据,发送了一半,掉电,重启,开机后继续发送,这很明显接收到的数据就不对了,所以此时很有必要定义一个超限时间,比如我们可以维护下面这样的一个结构体。

struct uartrd{

char rd[ 256];

unsigned int timeout;

}

成员变量rd用来存放接收到的数据字节;成员变量timeout用来维护超时值,这里主要讨论这个。这个数值怎么维护呢,可以用一个定时器来维护,以可以放在普通的滴答中断里面来维护,也可以根据系统运行一条指令的周期,在自己的循环中来维护,给其设置个初值,比如说100,当有第一个数据到来以后,timeout在指定的时间就会减少1,减少到0时,就认为超时,不论是否接收到足够的数据,都应该抛弃。

二、根据接收超时来判断一个数据包

2.1 数据+校验

核心思想是如果在达到一定的时间没有接受到数据,就认为数据包接收完成。modbus协议里就有通过时间间隔来判断帧结束的。具体实现是要使用一个定时器,在接收到第一个数据时候,开启定时器,在接收到一个数据时候,就将定时器清零,让定时器重新开始计时,如果设定的超时时间到(超时时间长度可以设置为5个正常接收的周期),则认为在这一段时间内没有接受到新的数据,就认为接收到一个完整的数据包了。流程大体如下图所示:

串口通信

进行一个简单的小的总结,上述几种方法都还是较为常用的,在具体的实现上,可以根据具体的实际情况,设计出具体的通讯协议。数据校验位,有时候感觉不出来其重要性,但是一定要加上,对数据进行一个相关的验证还是必要的。现在很在MCU都带有FIFO,DMA等功能,所以有时候利用上这些特性,可以设计出更好的通讯方式。有的人问在接受串口数据时候是应该中断一次接收一个,还是进入中断后接收一段数据呢,我认为应该中断接收一个,因为CPU是很快的,至少对于串口是这样,在接受每个数据的间隔期间,处理器还是可以做些其他工作的。这是在裸机下的模型。在多线程中,那就可以直接建立一个数据接收线程

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