STM8单片机串口同时识别自定义协议和Modbus协议

在单片机开发中，串口是最常用的和外界交换数据的渠道，要使用串口，那必不可少的就是通信协议，通信协议就是单片机和外界通信的语言，要想正常和其他设备正常交流，首先语言必须相通。

在实际开发过程中由于各种原因，导致很多时候单片机和外界其他设备协议不兼容，在使用的时候就比较麻烦。比如单片机要和两个设备通信，但是这两个设备的通信协议的不一样，在使用时单片机就必须使用两个串口分别和两个设备通信。如果这两个设备同时使用时还不感觉到资源浪费，如果每次只接一个设备，那么另一个串口也不能作为其他功能使用，还得留着备用。这样的话单片机的资源就被白白浪费掉了。于是想着能不能在一个串口上支持两个协议，让单片机自动去识别接收到的数据使用的是哪个协议。

一般使用通信协议接收数据时，都需要通过判断数据头和数据尾来确定什么时候开始接收数据，什么时候停止接收数据。但是如果要兼容多个协议的话，就不能使用这个方式去接收数据。必须先将一组数据接收完毕，然后根据数据的特点去分析数据使用的是哪个协议。

首先要实现的就是如何判断一组数据是否接收完毕。

实现的大概思路就是，单片机使用中断去接收数据，同时记录接收到的数据长度，在主函数中循环的去读取串口接收到的字符长度，如果超过一定时间之后，串口中接收到的数据长度没有发生变化，就说明一组数据接收完毕了。

比如在主函数中读取到了当前串口数据长度不为0，说明此时串口正在接收数据，此时记录下当前串口数据长度，延时一段时间再去读取一次串口接收数据的长度，如果此时数据长度和上一次数据长度一样，说明串口接收数据结束了，就可以去处理接收到的数据了，如果此时数据长度和上一次的数据长度不一样，说明串口正在接收数据，接收数据还未结束，不能去处理数据。

下面就通过一个工程案例来演示一个串口兼容两种协议的使用方法。

设备默认使用的是自定义协议，协议格式如下：
[ 头1 ] (0xA5) [ 头2 ] (0x5A) [ 地址 ] [ 命令 ] [ 数据高位 ] [ 数据低位 ] [ 尾1 ] (0x55) [尾2] (0xAA)

后来设备需要和市场上其他的工业设备对接，而大多数工业设备使用的都是Modbus协议，如果直接将设备协议修改为Modbus协议的话，那么好多旧设备和新设备就会不兼容，为了兼容旧设备同时又要对接其他工业设备，那么设备要在自定义协议的基础上兼容Modbus协议。Modbus协议格式如下：

[ 地址 ] [ 功能码 ] [ 起始地址高 ] [ 起始地址低] [ 总寄存器数高 ] [ 总寄存器数低 ] [ CRC低 ] [ CRC高 ]

下面分析这两种协议的特点。

首先看自定义协议，自定义协议的数据长度是固定的，同时数据的开始和结尾都是由两个字节标识。那么识别自定义协议就和容易了，直接判断数据头和数据为就行了。当串口接收一组数据结束后，判断接收到的数据是不是以 0xA5和0X5A 开头，同时以 0x55 和0xAA结尾。如果是那么就使用自定义协议去解析数据。

接下来分析Modbus协议，由于设备都是单独使用的，不需要级联，所以设备的地址是固定的0x01，同时由于设备的功能比较简单，所以在使用Modubus协议的时候，只用到了读保持寄存器(0x03)和写保持寄存器(0x06)这两个功能，所以Modbus的数据开头只有两种情况 0x01 0x03 和 0x01 0x06，如果数据开头是这两种情况，那么就使用Modbus协议去解析数据。

通过对协议的分析，思路已经很清晰了，接下来使用代码来实现。

struct uart_info
{u8 cnt;u8 rec_buf[10];
};struct uart_info uart1;//在Library Options中将Printf formatter改成Large
//重新定向putchar函数,使支持printf函数
int putchar( int ch )
{while( !( UART1_SR & 0X80 ) ); //循环发送,直到发送完毕UART1_DR = ( u8 ) ch;return ch;
}
static void uart_io_init( void )
{PD_DDR |= ( 1 << 5 ); //输出模式 TXDPD_CR1 |= ( 1 << 5 ); //推挽输出PD_DDR &= ~( 1 << 6 ); //输入模式 RXDPD_CR1 &= ~( 1 << 6 ); //浮空输入
}
//波特率最大可以设置为38400
void uart_init( unsigned int baudrate )
{unsigned int baud;uart_io_init();baud = 16000000 / baudrate;UART1_CR1 = 0;UART1_CR2 = 0;UART1_CR3 = 0;UART1_BRR2 = ( unsigned char )( ( baud & 0xf000 ) >> 8 ) | ( ( unsigned char )( baud & 0x000f ) );UART1_BRR1 = ( ( unsigned char )( ( baud & 0x0ff0 ) >> 4 ) );UART1_CR2_bit.REN = 1;        //接收使能UART1_CR2_bit.TEN = 1;        //发送使能UART1_CR2_bit.RIEN = 1;       //接收中断使能
}//接收中断函数 中断号18
#pragma vector = 20                             // IAR中的中断号，要在STVD中的中断号上加2
__interrupt void UART1_Handle( void )
{unsigned char res = 0;UART1_SR &= ~( 1 << 5 );                    //RXNE 清零res = UART1_DR;if( uart1.cnt < 9 )uart1.rec_buf[uart1.cnt++] = res;
}

定义一个结构体来存储接收到的数据长度和数据，由于自定义协议和Modbus协议最长的数据只有8个字节，所以这里的数组长度设置10就可以了。下面初始化串口使用的IO口，设置数据位和波特率。最后在中断中接收数据并存储到数组中。

接下来在编写一个函数用来分析接收到的数据。

//检测串口数据
void read_uart( void )
{static u8 recevie_buf[10];static u8 recevie_cnt = 0;u8 i = 0;delay_ms( 10 ); //隔一段时间检测一次串口数据长度，如果数据长度没有发生变化说明串口接收数据完成if( ( uart1.cnt != recevie_cnt ) && ( uart1.cnt > 6 ) ){recevie_cnt = uart1.cnt;for( i = 0; i < recevie_cnt; i++ )            //拷贝数据{recevie_buf[i] = uart1.rec_buf[i];}//根据接收到的数据区分协议//自定义协议if( ( recevie_buf[0] == 0xA5 ) && ( recevie_buf[1] == 0x5A ) ){self_define_protocol( recevie_buf, recevie_cnt );}//modbus协议if( ( recevie_buf[0] == 0x01 ) && ( ( recevie_buf[1] == 0x03 ) || ( recevie_buf[1] == 0x06 ) ) ){modbus_protocol( recevie_buf, recevie_cnt );}//清空数组for( i = 0; i < 10; i++ ){uart1.rec_buf[i] = 0;recevie_buf[i] = 0;}uart1.cnt = recevie_cnt  = 0;}
}

由于此设备中两种协议的数据长度都比较小，所以这里并没有分两次去判断数据长度，然后根据数据长度来判断数据接收是否完毕。只是延时10ms之后去判断数据长度，当接收的数据长度大于6时，说明数据基本已经接收完成了。由于数据的最大长度是8，所以接收的数据长度大于6时，基本数据已经接收完了，在中断中接收8个数据速度还是非常快的。如果数据量比较大，数据比较长时，最好还是通过数据长度去判断比较可靠。这里为了编写方便，就简单的时候延时去判断了。

当串口接收的数据长度大于6时，说明一组数据已经接收完毕了，此时需要将串口接收的数据拷贝一份出来在使用。那为什么要将数据拷贝出来，而不是直接使用串口接收缓存区的数据呢？这是为了防止在处理数据的过程中国，串口又接收到了新的数据，这样新数据就会将旧的数据覆盖掉，有可能导致数据异常。为了数据的安全性将数据拷贝一份使用，即使在处理数据过程中串口缓存区的数据发生了变化，也不会破坏掉上一次接收的数据。

数据拷贝结束后，就根据数据的特点来判断当前接收到的数据使用的是哪种协议。如果接收到的数据前两个是 0xA5和0x5A那么就直接调用自定义协议处理函数，如果前面的数据是0x01和0x03或者是0x01和0x06那么就直接调用Modbus协议去处理函数。

接下来就可以单独编写两个函数分别处理这这种协议。

//处理自定义协议
// [头1](0xA5) [头2](0x5A) [地址]  [命令]  [数据高位] [数据低位]  [尾1](0x55) [尾2](0xAA)
//A5 5A 00 01 01 90 55 AA
void self_define_protocol( u8 arr[], u8 size )
{if( ( arr[0] == 0xA5 ) && ( arr[1] == 0x5A ) && ( arr[6] == 0x55 ) && ( arr[7] == 0xAA ) ){//根据命令值执行不同的动作}
}//处理modbus协议
//[地址][功能码][起始地址高][起始地址低][总寄存器数高][总寄存器数低][CRC低][CRC高]
//01 03 00 00 00 01 84 0A
//01 06 00 00 03 E8 89 74
void modbus_protocol( u8 arr[], u8 size )
{//调用 modbus相关处理代码
}

将数据协议识别出来之后，就可以按照通常处理协议的方式去处理数据了。最后在主函数中循环的调用数据查询函数，检查串口是否有接收到数据。

void main( void )
{__asm( "sim" );                             //禁止中断SysClkInit();delay_init( 16 );LED_GPIO_Init();uart_init( 9600 );__asm( "rim" );                             //开启中断while( 1 ){read_uart();}
}

接下来分别用这两种协议测试代码。

使用串口助手发送自定义协议时，代码就会调用自定义协议处理函数。

发送Modbus协议时，代码就会调用Modbus协议处理函数。

这样根据协议的特点可以通过代码自动去识别协议的类型，用一个串口就可以实现不同协议的解析。按照同样的方法还可以解析更多的协议。当前在不同的协议使用的波特率要相同，否则波特率不同解析出来的数据就会出现错误，导致协议解析失败。

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