自定义串口通信协议,如何实现?
关注+星标公众号,不错过精彩内容
作者 | strongerHuang
微信公众号 | 嵌入式专栏
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?
1什么通信协议?
通信协议不难理解,就是两个(或多个)设备之间进行通信,必须要遵循的一种协议。
百度百科的解释:
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 |
这种看起来是不是很简单?它也是一种通信协议。
只是说这种通信协议应用的场合相对比较简单(一对一两个设备之间),同时,它存在很多弊端。
2过于简单的通信协议引发的问题
上面那种只有三个字节的通信协议,相信大家都看明白了。虽然它也能通信,也能传输数据,但它存在一系列的问题。
比如:多个设备连接在一条总线(比如485)上,怎么判断传输给谁?(没有设备信息)
还比如:处于一个干扰环境,你能保障传输数据正确吗?(没有校验信息)
再比如:我想传输多个不确定长度的数据,该怎么办?(没有长度信息)。
上面这一系列问题,相信做过自定义通信的朋友都了解。
所以,在通信协议里面要约定更多的“协议信息”,这样才能保证通信的完整。
3通信协议常见内容
基于串口的通信协议通常不能太复杂,因为串口通信速率、抗干扰能力以及其他各方面原因,相对于TCP/IP这种通信协议,是一种很轻量级的通信协议。
所以,基于串口的通信,除了一些通用的通信协议(比如:Modubs、MAVLink)之外,很多时候,工程师都会根据自己项目情况,自定义通信协议。
下面简单描述下常见自定义通信协议的一些要点内容。
(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。
4通信协议代码实现
自定义通信协议,代码实现的方式有很多种,怎么说呢,“条条大路通罗马”你只需要按照你协议要写实现代码就行。
当然,实现的同时,需要考虑你项目实际情况,比如通信数据比较多,要用消息队列(FIFO),还比如,如果协议复杂,最好封装结构体等。
下面分享一些以前用到的代码,可能没有描述更多细节,但一些思想可以借鉴。
1.消息数据发送
a.通过串口直接发送每一个字节
这种对于新手来说都能理解,这里分享一个之前DGUS串口屏的例子:
#define DGUS_FRAME_HEAD1 0xA5 //DGUS屏帧头1
#define DGUS_FRAME_HEAD2 0x5A //DGUS屏帧头2#define DGUS_CMD_W_REG 0x80 //DGUS写寄存器指令
#define DGUS_CMD_R_REG 0x81 //DGUS读寄存器指令
#define DGUS_CMD_W_DATA 0x82 //DGUS写数据指令
#define DGUS_CMD_R_DATA 0x83 //DGUS读数据指令
#define DGUS_CMD_W_CURVE 0x85 //DGUS写曲线指令/* DGUS寄存器地址 */
#define DGUS_REG_VERSION 0x00 //DGUS版本
#define DGUS_REG_LED_NOW 0x01 //LED背光亮度
#define DGUS_REG_BZ_TIME 0x02 //蜂鸣器时长
#define DGUS_REG_PIC_ID 0x03 //显示页面ID
#define DGUS_REG_TP_FLAG 0x05 //触摸坐标更新标志
#define DGUS_REG_TP_STATUS 0x06 //坐标状态
#define DGUS_REG_TP_POSITION 0x07 //坐标位置
#define DGUS_REG_TPC_ENABLE 0x0B //触控使能
#define DGUS_REG_RTC_NOW 0x20 //当前RTCS//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));
}
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。
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);
}
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:
typedef struct
{uint8_t Head1; //帧头1uint8_t Head2; //帧头2uint8_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;
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:
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0TIM_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。
5最后
以上自定义协议内容仅供参考,最终用哪些、占用几个字节都与你实际需求有关。
基于串口的自定义通信协议,有千差万别,比如:MCU处理能力、设备多少、通信内容等都与你自定义协议有关。
有的可能只需要很简单的通信协议就能满足要求。有的可能需要更复杂的协议才能满足。
最后强调两点:
1.以上举例并不是完整的代码(有些细节没有描述出来),主要是供大家学习这种编程思想,或者实现方式。
2.一份好的通信协议代码,必定有一定容错处理,比如:发送完成检测、接收超时检测、数据出错检测等等。所以说,以上代码并不是完整的代码。
------------ END ------------
后台回复『嵌入式软件设计与开发』『通信』相关文章。
欢迎关注我的公众号,回复“加群”按规则加入技术交流群,回复“1024”查看更多内容。
欢迎关注我的视频号:
点击“阅读原文”查看更多分享,欢迎点分享、收藏、点赞、在看。
自定义串口通信协议,如何实现?相关推荐
- 如何实现自定义串口通信协议?
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? 1什么通信协 ...
- 通信教程 | 自定义串口通信协议
关注+星标公众号,不错过精彩内容 作者 | strongerHuang 微信公众号 | strongerHuang 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. ...
- 【笔记】6位数码管显示定时器定时的时分秒,通过按键控制时间,自定义串口通信协议,根据单片机接收到的指令控制数码管显示
目的:利用PROTUES仿真软件.串口调试助手.虚拟串口,搭建单片机与PC通信仿真平台,熟悉单片机串口的配置及与PC机的通信方法:尝试制定通信协议(含开始码.指令.数据.停止码),单片机根据通信协议解 ...
- 自定义的串口通信协议
自定义的通信协议 自定义一主多从串口通讯_1 硬件基础 两个从机的 Tx 是相互连接的,导致一个从机在需要发送数据时发不出去了 协议思路 数据包封装和解封装 树莓派python串口的使用注意 更改树莓 ...
- 我也聊聊串口通信协议:用户层通信协议的编制
1.闲话闲聊 最重要的写在前面:用户层通信协议就是数据包格式!!! 没有进行串口通讯实践的朋友可能会想:为什么要编制用户通信协议呢?通信过程中为什么要进行数据处理呢?在设计中编过串口通信程序的读者应该 ...
- 51单片机学习篇-- --基于51单片机的串口通信协议
开篇先说一句废话···· 本旺名字叫萨摩耶,,Please 叫我旺财,,,哈哈,招财进宝嘛! 开篇 计算机按照下行数据通信协议,串口发送数据,地址为自己的学号(十六进制),单片机收到后(收到的是数据, ...
- 串口通信协议RS232
1.串口通信协议简介 串口通信(Serial Communications)的概念非常简单,串口按位(bit)发送和接收字节的通信方式.尽管串行通讯的比按字节传输的并行通信慢,但是串口可以在仅仅使用 ...
- stm32串口接收不定长数据_基于STM32之UART串口通信协议--接收
一.前言 1.简介 回顾上一篇UART发送当中,已经讲解了如何实现UART的发送操作了,接下来这一篇将会继续讲解如何实现UART的接收操作. 2.UART简介 嵌入式开发中,UART串口通信协议是我们 ...
- c语言单片机串口通讯,单片机C语言之串口通信协议
串口通信概述 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. 常用三种串口通信协议 1.RS-232 RS ...
最新文章
- 关于KN95口罩:可以使用多久?要不要呼吸阀?怎么佩戴?
- 程序员的生活就是这么朴实无华,且没钱
- 可以获取python整数类型帮助的是什么-Python 的数值类型(整数、长整数、浮点数和复数)...
- 强制卸载域控制器命令
- 【量化投资】策略七(聚宽)
- 混沌与分叉python 实现
- strstr函数_[LeetCode] 28. 实现strStr()
- 计算机应用技术备选计划方案,华东理工大学博士研究生培养方案计算机应用技术、计算机软件与理论、计算机系统结构二级学科(学科代码:081203、081202、081201)信息科学与工程学院...
- 重学java基础第七课:什么是计算机
- Newtonsoft.Json 获取匿名类数据
- 如何用Pygame写游戏(二十一)
- php 三菱plc,三菱FX系列PLC编程语言概述及之间的转换关系
- 思科CDP/LLDP协议
- 目前三大前端主流框架
- 阿里平头哥CPU技术生态负责人陈炜:平头哥的发展之路
- 三年级计算机学打字备课,小学信息技术三年级下册《15请计算机教我学打字认识打字软件》课件.ppt...
- Two-Stream Convolutional Networksfor Action Recognition in Videos——学习笔记
- 全国绿地空间暴露数据集
- 新红楼造型雷死人 有才网友改编老版经典台词
- 【ios】Settings 设置项
热门文章
- .Net IIS 内存溢出(System.OutOfMemoryException)
- 二次型、特征值/向量、奇异值、特征值、奇异值分解、奇异值分解(SVD)原理与在降维中的应用
- Scala之set方法(超详细)
- iOS--AFN实现原理
- 求助:matlab报错:位置 2 处的索引超出数组边界(1)
- 1、每天学习一点点之 contenteditable 属性
- fixable with the `--fix` option.
- 2011计算机考研大,2011计算机考研399分,从通大到南大
- 天翼云linux版本,天翼云Linux主机操作
- MOSFET的误启动发生机制-3