有一些初學(xué)者總覺(jué)得通信協(xié)議是一個(gè)很復(fù)雜的知識(shí),把它想的很高深,導(dǎo)致不知道該怎么學(xué)。
同時(shí),偶爾有讀者問(wèn)關(guān)于串口自定義通信協(xié)議相關(guān)的問(wèn)題,今天就來(lái)寫寫串口通信協(xié)議,并不是你想想中的那么難?1什么通信協(xié)議?
通信協(xié)議不難理解,就是兩個(gè)(或多個(gè))設(shè)備之間進(jìn)行通信,必須要遵循的一種協(xié)議。 百度百科的解釋:通信協(xié)議是指雙方實(shí)體完成通信或服務(wù)所必須遵循的規(guī)則和約定。通過(guò)通信信道和設(shè)備互連起來(lái)的多個(gè)不同地理位置的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng),要使其能協(xié)同工作實(shí)現(xiàn)信息交換和資源共享,它們之間必須具有共同的語(yǔ)言。交流什么、怎樣交流及何時(shí)交流,都必須遵循某種互相都能接受的規(guī)則。這個(gè)規(guī)則就是通信協(xié)議。
相應(yīng)該有很多讀者都買過(guò)一些基于串口通信的模塊,市面上很多基于串口通信的模塊都是自定義通信協(xié)議,有的比較簡(jiǎn)單,有的相對(duì)復(fù)雜一點(diǎn)。 舉一個(gè)很簡(jiǎn)單的串口通信協(xié)議的例子:比如只傳輸一個(gè)溫度值,只有三個(gè)字節(jié)的通信協(xié)議:
幀頭 | 溫度值 | 幀尾 |
---|---|---|
5A | 一字節(jié)數(shù)值 | 3B |
2過(guò)于簡(jiǎn)單的通信協(xié)議引發(fā)的問(wèn)題
上面那種只有三個(gè)字節(jié)的通信協(xié)議,相信大家都看明白了。雖然它也能通信,也能傳輸數(shù)據(jù),但它存在一系列的問(wèn)題。 比如:多個(gè)設(shè)備連接在一條總線(比如485)上,怎么判斷傳輸給誰(shuí)?(沒(méi)有設(shè)備信息) 還比如:處于一個(gè)干擾環(huán)境,你能保障傳輸數(shù)據(jù)正確嗎?(沒(méi)有校驗(yàn)信息) 再比如:我想傳輸多個(gè)不確定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù),該怎么辦?(沒(méi)有長(zhǎng)度信息)。 上面這一系列問(wèn)題,相信做過(guò)自定義通信的朋友都了解。 所以,在通信協(xié)議里面要約定更多的“協(xié)議信息”,這樣才能保證通信的完整。3通信協(xié)議常見(jiàn)內(nèi)容
基于串口的通信協(xié)議通常不能太復(fù)雜,因?yàn)榇谕ㄐ潘俾省⒖垢蓴_能力以及其他各方面原因,相對(duì)于TCP/IP這種通信協(xié)議,是一種很輕量級(jí)的通信協(xié)議。 所以,基于串口的通信,除了一些通用的通信協(xié)議(比如:Modubs、MAVLink)之外,很多時(shí)候,工程師都會(huì)根據(jù)自己項(xiàng)目情況,自定義通信協(xié)議。 下面簡(jiǎn)單描述下常見(jiàn)自定義通信協(xié)議的一些要點(diǎn)內(nèi)容。
2.設(shè)備地址/類型設(shè)備地址或者設(shè)備類型,通常是用于多種設(shè)備之間,為了方便區(qū)分不同設(shè)備。
4通信協(xié)議代碼實(shí)現(xiàn)
自定義通信協(xié)議,代碼實(shí)現(xiàn)的方式有很多種,怎么說(shuō)呢,“條條大路通羅馬”你只需要按照你協(xié)議要寫實(shí)現(xiàn)代碼就行。 當(dāng)然,實(shí)現(xiàn)的同時(shí),需要考慮你項(xiàng)目實(shí)際情況,比如通信數(shù)據(jù)比較多,要用消息隊(duì)列(FIFO),還比如,如果協(xié)議復(fù)雜,最好封裝結(jié)構(gòu)體等。 下面分享一些以前用到的代碼,可能沒(méi)有描述更多細(xì)節(jié),但一些思想可以借鑒。 1.消息數(shù)據(jù)發(fā)送a.通過(guò)串口直接發(fā)送每一個(gè)字節(jié)這種對(duì)于新手來(lái)說(shuō)都能理解,這里分享一個(gè)之前DGUS串口屏的例子:b.通過(guò)消息隊(duì)列發(fā)送在上面基礎(chǔ)上,用一個(gè)buf裝下消息,然后“打包”到消息隊(duì)列,通過(guò)消息隊(duì)列的方式(FIFO)發(fā)送出去。
/* DGUS寄存器地址 */
//往DGDS屏指定寄存器寫一字節(jié)數(shù)據(jù)
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)); //數(shù)據(jù)
DGUS_SendByte((uint8_t)(Data&0xFF));
}
//往DGDS屏指定地址寫一字節(jié)數(shù)據(jù)
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)); //數(shù)據(jù)
DGUS_SendByte((uint8_t)(Data&0xFF));
}
c.用“結(jié)構(gòu)體”代替“數(shù)組SendBuf”方式結(jié)構(gòu)體對(duì)數(shù)組更方便引用,也方便管理,所以,結(jié)構(gòu)體方式相比數(shù)組buf更高級(jí),也更實(shí)用。(當(dāng)然,如果成員比較多,如果用臨時(shí)變量方式也會(huì)導(dǎo)致占用過(guò)多堆棧的情況) 比如:static uint8_t sDGUS_SendBuf[DGUS_PACKAGE_LEN];
//往DGDS屏指定寄存器寫一字節(jié)數(shù)據(jù)
void DGUS_REG_WriteWord(uint8_t RegAddr, uint16_t Data)
{
sDGUS_SendBuf[0] = DGUS_FRAME_HEAD1; //幀頭
sDGUS_SendBuf[1] = DGUS_FRAME_HEAD2;
sDGUS_SendBuf[2] = 0x06; //長(zhǎng)度
sDGUS_SendBuf[3] = DGUS_CMD_W_CTRL; //指令
sDGUS_SendBuf[4] = RegAddr; //地址
sDGUS_SendBuf[5] = (uint8_t)(Data>>8); //數(shù)據(jù)
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; //校驗(yàn)
sDGUS_SendBuf[8] = sDGUS_CRC_L;
DGUSSend_Packet_ToQueue(sDGUS_SendBuf, sDGUS_SendBuf[2] + 3);
}
//往DGDS屏指定地址寫一字節(jié)數(shù)據(jù)
void DGUS_DATA_WriteWord(uint16_t DataAddr, uint16_t Data)
{
sDGUS_SendBuf[0] = DGUS_FRAME_HEAD1; //幀頭
sDGUS_SendBuf[1] = DGUS_FRAME_HEAD2;
sDGUS_SendBuf[2] = 0x07; //長(zhǎng)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); //數(shù)據(jù)
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; //校驗(yàn)
sDGUS_SendBuf[9] = sDGUS_CRC_L;
DGUSSend_Packet_ToQueue(sDGUS_SendBuf, sDGUS_SendBuf[2] + 3);
}
d.其他更多串口發(fā)送數(shù)據(jù)的方式有很多,比如用DMA的方式替代消息隊(duì)列的方式。 2.消息數(shù)據(jù)接收串口消息接收,通常串口中斷接收的方式居多,當(dāng)然,也有很少情況用輪詢的方式接收數(shù)據(jù)。 a.常規(guī)中斷接收還是以DGUS串口屏為例,描述一種簡(jiǎn)單又常見(jiàn)的中斷接收方式:typedef struct
{
uint8_t Head1; //幀頭1
uint8_t Head2; //幀頭2
uint8_t Len; //長(zhǎng)度
uint8_t Cmd; //命令
uint8_t Data[DGUS_DATA_LEN]; //數(shù)據(jù)
uint16_t CRC16; //CRC校驗(yàn)
}DGUS_PACKAGE_TypeDef;
void DGUS_ISRHandler(uint8_t Data)
{
static uint8_t sDgus_RxNum = 0; //數(shù)量
static uint8_t sDgus_RxBuf[DGUS_PACKAGE_LEN];
static portBASE_TYPE xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;
sDgus_RxBuf[gDGUS_RxCnt] = Data;
gDGUS_RxCnt++;
/* 判斷幀頭 */
if(sDgus_RxBuf[0] != DGUS_FRAME_HEAD1) //接收到幀頭1
{
gDGUS_RxCnt = 0;
return;
}
if((2 == gDGUS_RxCnt) && (sDgus_RxBuf[1] != DGUS_FRAME_HEAD2))
{
gDGUS_RxCnt = 0;
return;
}
/* 確定一幀數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 */
if(gDGUS_RxCnt == 3)
{
sDgus_RxNum = sDgus_RxBuf[2] + 3;
}
/* 接收完一幀數(shù)據(jù) */
if((6 <= gDGUS_RxCnt) && (sDgus_RxNum <= gDGUS_RxCnt))
{
gDGUS_RxCnt = 0;
if(xDGUSRcvQueue != NULL) //解析成功, 加入隊(duì)列
{
xQueueSendFromISR(xDGUSRcvQueue, &sDgus_RxBuf[0], &xHigherPriorityTaskWoken);
portEND_SWITCHING_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);
}
}
}
b.增加超時(shí)檢測(cè)
接收數(shù)據(jù)有可能存在接收了一半,中斷因?yàn)槟撤N原因中斷了,這時(shí)候,超時(shí)檢測(cè)也很有必要。
比如:用多余的MCU定時(shí)器做一個(gè)超時(shí)計(jì)數(shù)的處理,接收到一個(gè)數(shù)據(jù),開(kāi)始計(jì)時(shí),超過(guò)1ms沒(méi)有接收到下一個(gè)數(shù)據(jù),就丟掉這一包(前面接收的)數(shù)據(jù)。
static void DGUS_TimingAndUpdate(uint16_t Nms)
{
sDGUSTiming_Nms_Num = Nms;
TIM_SetCounter(DGUS_TIM, 0); //設(shè)置計(jì)數(shù)值為0
TIM_Cmd(DGUS_TIM, ENABLE); //啟動(dòng)定時(shí)器
}
void DGUS_COM_IRQHandler(void)
{
if((DGUS_COM->SR & USART_FLAG_RXNE) == USART_FLAG_RXNE)
{
DGUS_TimingAndUpdate(5); //更新定時(shí)(防止超時(shí))
DGUS_ISRHandler((uint8_t)USART_ReceiveData(DGUS_COM));
}
}
c.更多
接收和發(fā)送一樣,實(shí)現(xiàn)方法有很多種,比如接收同樣也可以用結(jié)構(gòu)體方式。但有一點(diǎn),都需要結(jié)合你實(shí)際需求來(lái)編碼。
5最后
以上自定義協(xié)議內(nèi)容僅供參考,最終用哪些、占用幾個(gè)字節(jié)都與你實(shí)際需求有關(guān)。 基于串口的自定義通信協(xié)議,有千差萬(wàn)別,比如:MCU處理能力、設(shè)備多少、通信內(nèi)容等都與你自定義協(xié)議有關(guān)。 有的可能只需要很簡(jiǎn)單的通信協(xié)議就能滿足要求。有的可能需要更復(fù)雜的協(xié)議才能滿足。 最后強(qiáng)調(diào)兩點(diǎn):1.以上舉例并不是完整的代碼(有些細(xì)節(jié)沒(méi)有描述出來(lái)),主要是供大家學(xué)習(xí)這種編程思想,或者實(shí)現(xiàn)方式。 2.一份好的通信協(xié)議代碼,必定有一定容錯(cuò)處理,比如:發(fā)送完成檢測(cè)、接收超時(shí)檢測(cè)、數(shù)據(jù)出錯(cuò)檢測(cè)等等。所以說(shuō),以上代碼并不是完整的代碼。原文標(biāo)題:通信教程 | 自定義串口通信協(xié)議
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