有一些初学者总觉得通信协议是一个很复杂的知识,把它想的很高深,导致不知道该怎么学。
同时,偶尔有读者问关于串口自定义通信协议相关的问题,今天就来写写串口通信协议,并不是你想想中的那么难?通信协议是指双方实体完成通信或服务所必须遵循的规则和约定。通过通信信道和设备互连起来的多个不同地理位置的数据通信系统,要使其能协同工作实现信息交换和资源共享,它们之间必须具有共同的语言。交流什么、怎样交流及何时交流,都必须遵循某种互相都能接受的规则。这个规则就是通信协议。
相应该有很多读者都买过一些基于串口通信的模块,市面上很多基于串口通信的模块都是自定义通信协议,有的比较简单,有的相对复杂一点。 举一个很简单的串口通信协议的例子:比如只传输一个温度值,只有三个字节的通信协议:
帧头 | 温度值 | 帧尾 |
---|---|---|
5A | 一字节数值 | 3B |
(这是一些常见的协议内容,可能不同情况,其协议内容不同) 1.帧头帧头,就是一帧通信数据的开头。有的通信协议帧头只有一个,有的有两个,比如:5A、A5作为帧头。
2.设备地址/类型设备地址或者设备类型,通常是用于多种设备之间,为了方便区分不同设备。
这种情况,需要在协议或者附录中要描述各种设备类型信息,方便开发者编码查询。 当然,有些固定的两种设备之间通信,可能没有这个选项。 3.命令/指令命令/指令比较常见,一般是不同的操作,用不同的命令来区分。
举例:温度:0x01;湿度:0x02; 4.命令类型/功能码这个选项对命令进一步补充。比如:读、写操作。
举例:读Flash:0x01; 写Flash:0x02; 5.数据长度数据长度这个选项,可能有的协议会把该选项提到前面设备地址位置,把命令这些信息算在“长度”里面。 这个主要是方便协议(接收)解析的时候,统计接收数据长度。
比如:有时候传输一个有效数据,有时候要传输多个有效数据,甚至传输一个数组的数据。这个时候,传输的一帧数据就是不定长数据,就必须要有【数据长度】来约束。 有的长度是一个字节,其范围:0x01 ~ 0xFF,有的可能要求一次性传输更多,就用两个字节表示,其范围0x0001 ~ 0xFFFFF。 当然,有的通信长度是固定的长度(比如固定只传输、温度、湿度这两个数据),其协议可能没有这个选项。 6.数据数据就不用描述了,就是你传输的实实在在的数据,比如温度:25℃。 7.帧尾有些协议可能没有帧尾,这个应该是可有可无的一个选项。 8.校验码校验码是一个比较重要的内容,一般正规一点的通信协议都有这个选项,原因很简单,通信很容易受到干扰,或者其他原因,导致传输数据出错。 如果有校验码,就能比较有效避免数据传输出错的的情况。
校验码的方式有很多,校验和、CRC校验算是比较常见的,用于自定义协议中的校验方式。 还有一点,有的协议可能把校验码放在倒数第二,帧尾放在最后位置。
b.通过消息队列发送在上面基础上,用一个buf装下消息,然后“打包”到消息队列,通过消息队列的方式(FIFO)发送出去。
/* DGUS寄存器地址 */
//往DGDS屏指定寄存器写一字节数据
void DGUS_REG_WriteWord(uint8_t RegAddr, uint16_t Data)
{
DGUS_SendByte(DGUS_FRAME_HEAD1);
DGUS_SendByte(DGUS_FRAME_HEAD2);
DGUS_SendByte(0x04);
DGUS_SendByte(DGUS_CMD_W_REG); //指令
DGUS_SendByte(RegAddr); //地址
DGUS_SendByte((uint8_t)(Data>>8)); //数据
DGUS_SendByte((uint8_t)(Data&0xFF));
}
//往DGDS屏指定地址写一字节数据
void DGUS_DATA_WriteWord(uint16_t DataAddr, uint16_t Data)
{
DGUS_SendByte(DGUS_FRAME_HEAD1);
DGUS_SendByte(DGUS_FRAME_HEAD2);
DGUS_SendByte(0x05);
DGUS_SendByte(DGUS_CMD_W_DATA); //指令
DGUS_SendByte((uint8_t)(DataAddr>>8)); //地址
DGUS_SendByte((uint8_t)(DataAddr&0xFF));
DGUS_SendByte((uint8_t)(Data>>8)); //数据
DGUS_SendByte((uint8_t)(Data&0xFF));
}
c.用“结构体”代替“数组SendBuf”方式结构体对数组更方便引用,也方便管理,所以,结构体方式相比数组buf更高级,也更实用。(当然,如果成员比较多,如果用临时变量方式也会导致占用过多堆栈的情况) 比如:static uint8_t sDGUS_SendBuf[DGUS_PACKAGE_LEN];
//往DGDS屏指定寄存器写一字节数据
void DGUS_REG_WriteWord(uint8_t RegAddr, uint16_t Data)
{
sDGUS_SendBuf[0] = DGUS_FRAME_HEAD1; //帧头
sDGUS_SendBuf[1] = DGUS_FRAME_HEAD2;
sDGUS_SendBuf[2] = 0x06; //长度
sDGUS_SendBuf[3] = DGUS_CMD_W_CTRL; //指令
sDGUS_SendBuf[4] = RegAddr; //地址
sDGUS_SendBuf[5] = (uint8_t)(Data>>8); //数据
sDGUS_SendBuf[6] = (uint8_t)(Data&0xFF);
DGUS_CRC16(&sDGUS_SendBuf[3], sDGUS_SendBuf[2] - 2, &sDGUS_CRC_H, &sDGUS_CRC_L);
sDGUS_SendBuf[7] = sDGUS_CRC_H; //校验
sDGUS_SendBuf[8] = sDGUS_CRC_L;
DGUSSend_Packet_ToQueue(sDGUS_SendBuf, sDGUS_SendBuf[2] + 3);
}
//往DGDS屏指定地址写一字节数据
void DGUS_DATA_WriteWord(uint16_t DataAddr, uint16_t Data)
{
sDGUS_SendBuf[0] = DGUS_FRAME_HEAD1; //帧头
sDGUS_SendBuf[1] = DGUS_FRAME_HEAD2;
sDGUS_SendBuf[2] = 0x07; //长度
sDGUS_SendBuf[3] = DGUS_CMD_W_DATA; //指令
sDGUS_SendBuf[4] = (uint8_t)(DataAddr>>8); //地址
sDGUS_SendBuf[5] = (uint8_t)(DataAddr&0xFF);
sDGUS_SendBuf[6] = (uint8_t)(Data>>8); //数据
sDGUS_SendBuf[7] = (uint8_t)(Data&0xFF);
DGUS_CRC16(&sDGUS_SendBuf[3], sDGUS_SendBuf[2] - 2, &sDGUS_CRC_H, &sDGUS_CRC_L);
sDGUS_SendBuf[8] = sDGUS_CRC_H; //校验
sDGUS_SendBuf[9] = sDGUS_CRC_L;
DGUSSend_Packet_ToQueue(sDGUS_SendBuf, sDGUS_SendBuf[2] + 3);
}
d.其他更多串口发送数据的方式有很多,比如用DMA的方式替代消息队列的方式。 2.消息数据接收串口消息接收,通常串口中断接收的方式居多,当然,也有很少情况用轮询的方式接收数据。 a.常规中断接收还是以DGUS串口屏为例,描述一种简单又常见的中断接收方式:typedef struct
{
uint8_t Head1; //帧头1
uint8_t Head2; //帧头2
uint8_t Len; //长度
uint8_t Cmd; //命令
uint8_t Data[DGUS_DATA_LEN]; //数据
uint16_t CRC16; //CRC校验
}DGUS_PACKAGE_TypeDef;
void DGUS_ISRHandler(uint8_t Data)
{
static uint8_t sDgus_RxNum = 0; //数量
static uint8_t sDgus_RxBuf[DGUS_PACKAGE_LEN];
static portBASE_TYPE xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;
sDgus_RxBuf[gDGUS_RxCnt] = Data;
gDGUS_RxCnt++;
/* 判断帧头 */
if(sDgus_RxBuf[0] != DGUS_FRAME_HEAD1) //接收到帧头1
{
gDGUS_RxCnt = 0;
return;
}
if((2 == gDGUS_RxCnt) && (sDgus_RxBuf[1] != DGUS_FRAME_HEAD2))
{
gDGUS_RxCnt = 0;
return;
}
/* 确定一帧数据长度 */
if(gDGUS_RxCnt == 3)
{
sDgus_RxNum = sDgus_RxBuf[2] + 3;
}
/* 接收完一帧数据 */
if((6 <= gDGUS_RxCnt) && (sDgus_RxNum <= gDGUS_RxCnt))
{
gDGUS_RxCnt = 0;
if(xDGUSRcvQueue != NULL) //解析成功, 加入队列
{
xQueueSendFromISR(xDGUSRcvQueue, &sDgus_RxBuf[0], &xHigherPriorityTaskWoken);
portEND_SWITCHING_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);
}
}
}
b.增加超时检测
接收数据有可能存在接收了一半,中断因为某种原因中断了,这时候,超时检测也很有必要。
比如:用多余的MCU定时器做一个超时计数的处理,接收到一个数据,开始计时,超过1ms没有接收到下一个数据,就丢掉这一包(前面接收的)数据。
static void DGUS_TimingAndUpdate(uint16_t Nms)
{
sDGUSTiming_Nms_Num = Nms;
TIM_SetCounter(DGUS_TIM, 0); //设置计数值为0
TIM_Cmd(DGUS_TIM, ENABLE); //启动定时器
}
void DGUS_COM_IRQHandler(void)
{
if((DGUS_COM->SR & USART_FLAG_RXNE) == USART_FLAG_RXNE)
{
DGUS_TimingAndUpdate(5); //更新定时(防止超时)
DGUS_ISRHandler((uint8_t)USART_ReceiveData(DGUS_COM));
}
}
c.更多
接收和发送一样,实现方法有很多种,比如接收同样也可以用结构体方式。但有一点,都需要结合你实际需求来编码。
原文标题:通信教程 | 自定义串口通信协议
文章出处:【微信公众号:strongerHuang】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。
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