有一些初學者總覺得通信協議是一個很復雜的知識,把它想的很高深,導致不知道該怎么學。
同時,偶爾有讀者問關于串口自定義通信協議相關的問題,今天就來寫寫串口通信協議,并不是你想想中的那么難?1什么通信協議?
通信協議不難理解,就是兩個(或多個)設備之間進行通信,必須要遵循的一種協議。 百度百科的解釋:通信協議是指雙方實體完成通信或服務所必須遵循的規則和約定。通過通信信道和設備互連起來的多個不同地理位置的數據通信系統,要使其能協同工作實現信息交換和資源共享,它們之間必須具有共同的語言。交流什么、怎樣交流及何時交流,都必須遵循某種互相都能接受的規則。這個規則就是通信協議。
相應該有很多讀者都買過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議,有的比較簡單,有的相對復雜一點。 舉一個很簡單的串口通信協議的例子:比如只傳輸一個溫度值,只有三個字節的通信協議:
幀頭 | 溫度值 | 幀尾 |
---|---|---|
5A | 一字節數值 | 3B |
2過于簡單的通信協議引發的問題
上面那種只有三個字節的通信協議,相信大家都看明白了。雖然它也能通信,也能傳輸數據,但它存在一系列的問題。 比如:多個設備連接在一條總線(比如485)上,怎么判斷傳輸給誰?(沒有設備信息) 還比如:處于一個干擾環境,你能保障傳輸數據正確嗎?(沒有校驗信息) 再比如:我想傳輸多個不確定長度的數據,該怎么辦?(沒有長度信息)。 上面這一系列問題,相信做過自定義通信的朋友都了解。 所以,在通信協議里面要約定更多的“協議信息”,這樣才能保證通信的完整。3通信協議常見內容
基于串口的通信協議通常不能太復雜,因為串口通信速率、抗干擾能力以及其他各方面原因,相對于TCP/IP這種通信協議,是一種很輕量級的通信協議。 所以,基于串口的通信,除了一些通用的通信協議(比如:Modubs、MAVLink)之外,很多時候,工程師都會根據自己項目情況,自定義通信協議。 下面簡單描述下常見自定義通信協議的一些要點內容。
2.設備地址/類型設備地址或者設備類型,通常是用于多種設備之間,為了方便區分不同設備。
4通信協議代碼實現
自定義通信協議,代碼實現的方式有很多種,怎么說呢,“條條大路通羅馬”你只需要按照你協議要寫實現代碼就行。 當然,實現的同時,需要考慮你項目實際情況,比如通信數據比較多,要用消息隊列(FIFO),還比如,如果協議復雜,最好封裝結構體等。 下面分享一些以前用到的代碼,可能沒有描述更多細節,但一些思想可以借鑒。 1.消息數據發送a.通過串口直接發送每一個字節這種對于新手來說都能理解,這里分享一個之前DGUS串口屏的例子:b.通過消息隊列發送在上面基礎上,用一個buf裝下消息,然后“打包”到消息隊列,通過消息隊列的方式(FIFO)發送出去。
/* DGUS寄存器地址 */
//往DGDS屏指定寄存器寫一字節數據
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)); //數據
DGUS_SendByte((uint8_t)(Data&0xFF));
}
//往DGDS屏指定地址寫一字節數據
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)); //數據
DGUS_SendByte((uint8_t)(Data&0xFF));
}
c.用“結構體”代替“數組SendBuf”方式結構體對數組更方便引用,也方便管理,所以,結構體方式相比數組buf更高級,也更實用。(當然,如果成員比較多,如果用臨時變量方式也會導致占用過多堆棧的情況) 比如:static uint8_t sDGUS_SendBuf[DGUS_PACKAGE_LEN];
//往DGDS屏指定寄存器寫一字節數據
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; //長度
sDGUS_SendBuf[3] = DGUS_CMD_W_CTRL; //指令
sDGUS_SendBuf[4] = RegAddr; //地址
sDGUS_SendBuf[5] = (uint8_t)(Data>>8); //數據
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
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數據
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); //數據
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
sDGUS_SendBuf[9] = sDGUS_CRC_L;
DGUSSend_Packet_ToQueue(sDGUS_SendBuf, sDGUS_SendBuf[2] + 3);
}
d.其他更多串口發送數據的方式有很多,比如用DMA的方式替代消息隊列的方式。 2.消息數據接收串口消息接收,通常串口中斷接收的方式居多,當然,也有很少情況用輪詢的方式接收數據。 a.常規中斷接收還是以DGUS串口屏為例,描述一種簡單又常見的中斷接收方式:typedef struct
{
uint8_t Head1; //幀頭1
uint8_t Head2; //幀頭2
uint8_t Len; //長度
uint8_t Cmd; //命令
uint8_t Data[DGUS_DATA_LEN]; //數據
uint16_t CRC16; //CRC校驗
}DGUS_PACKAGE_TypeDef;
void DGUS_ISRHandler(uint8_t Data)
{
static uint8_t sDgus_RxNum = 0; //數量
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;
}
/* 確定一幀數據長度 */
if(gDGUS_RxCnt == 3)
{
sDgus_RxNum = sDgus_RxBuf[2] + 3;
}
/* 接收完一幀數據 */
if((6 <= gDGUS_RxCnt) && (sDgus_RxNum <= gDGUS_RxCnt))
{
gDGUS_RxCnt = 0;
if(xDGUSRcvQueue != NULL) //解析成功, 加入隊列
{
xQueueSendFromISR(xDGUSRcvQueue, &sDgus_RxBuf[0], &xHigherPriorityTaskWoken);
portEND_SWITCHING_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);
}
}
}
b.增加超時檢測
接收數據有可能存在接收了一半,中斷因為某種原因中斷了,這時候,超時檢測也很有必要。
比如:用多余的MCU定時器做一個超時計數的處理,接收到一個數據,開始計時,超過1ms沒有接收到下一個數據,就丟掉這一包(前面接收的)數據。
static void DGUS_TimingAndUpdate(uint16_t Nms)
{
sDGUSTiming_Nms_Num = Nms;
TIM_SetCounter(DGUS_TIM, 0); //設置計數值為0
TIM_Cmd(DGUS_TIM, ENABLE); //啟動定時器
}
void DGUS_COM_IRQHandler(void)
{
if((DGUS_COM->SR & USART_FLAG_RXNE) == USART_FLAG_RXNE)
{
DGUS_TimingAndUpdate(5); //更新定時(防止超時)
DGUS_ISRHandler((uint8_t)USART_ReceiveData(DGUS_COM));
}
}
c.更多
接收和發送一樣,實現方法有很多種,比如接收同樣也可以用結構體方式。但有一點,都需要結合你實際需求來編碼。
5最后
以上自定義協議內容僅供參考,最終用哪些、占用幾個字節都與你實際需求有關。 基于串口的自定義通信協議,有千差萬別,比如:MCU處理能力、設備多少、通信內容等都與你自定義協議有關。 有的可能只需要很簡單的通信協議就能滿足要求。有的可能需要更復雜的協議才能滿足。 最后強調兩點:1.以上舉例并不是完整的代碼(有些細節沒有描述出來),主要是供大家學習這種編程思想,或者實現方式。 2.一份好的通信協議代碼,必定有一定容錯處理,比如:發送完成檢測、接收超時檢測、數據出錯檢測等等。所以說,以上代碼并不是完整的代碼。原文標題:通信教程 | 自定義串口通信協議
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審核編輯:彭菁
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