串口通信協議

串口通信指串口按位（bit）發送和接收字節。盡管比按字節（byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根線發送數據的同時用另一根線接收數據。在串口通信中，常用的協議包括RS-232、RS-422和RS-485。

里以串口作為傳輸媒介，介紹下怎樣來發送接收一個完整的數據包。過程涉及到封包與解包。設計一個良好的包傳輸機制很有利于數據傳輸的穩定性以及正確性。串口只是一種傳輸媒介，這種包機制同時也可以用于SPI，I2C的總線下的數據傳輸。在單片機通信系統（多機通信以及PC與單片機通信）中，是很常見的問題。

一、根據幀頭幀尾或者幀長檢測一個數據幀

1、幀頭+數據+校驗+幀尾

這是一個典型的方案，但是對幀頭與幀尾在設計的時候都要注意，也就是說幀頭、幀尾不能在所傳輸的數據域中出現，一旦出現可能就被誤判。如果用中斷來接收的話，程序基本可以這么實現：

unsigned char recstatu;//表示是否處于一個正在接收數據包的狀態

unsigned char ccnt; //計數

unsigned char packerflag;//是否接收到一個完整的數據包標志

unsigned char rxbuf［100］;//接收數據的緩沖區

void UartHandler（）

{

unsigned char tmpch;

tmpch = UARTRBR;

if（tmpch 是包頭） //檢測是否是包頭

{

recstatu = 1;

ccnt = 0 ;

packerflag = 0;

return ;

}

if（tmpch是包尾） //檢測是否是包尾

{

recstatu = 0;

packerflag = 1; //用于告知系統已經接收到一個完整的數據包

return ;

}

if（recstatu ==1） //是否處于接收數據包狀態

{

rxbuf［ccnt++］ = tmpch;

}

}

上面也就是接收一個數據包，但是再次提醒，包頭和包尾不能在數據域中出現，一旦出現將會出現誤判。另外一個。數據的校驗算法是很必要的，在數據傳輸中，由于受到干擾，很難免有時出現數據錯誤，加上校驗碼可在發現數據傳輸錯誤時，可以要求數據的另一方重新發送，或是進行簡單的丟棄處理。校驗算法不一定要很復雜，普通的加和，異或，以及循環冗余都是可以的。我上面的接收程序在接收數據時，已經將包頭和包尾去掉，這些可以根據自己的需求加上，關鍵是要理解原理。

上述包協議出現了以下的幾種變種：

1.1 幀頭+數據長度+數據+校驗值

1.2包長+校驗值

上面兩種其實都是知道了數據包的長度，然后根據接收字節的長度來判斷一個完整的數據包。例如，定義一個數據包的長度為256字節，那我們就可以一直接收，直到接收到256個字節，就認為是一個數據包。但是，會不會存在問題呢？比如說從機向主機發送數據，發送了一半，掉電，重啟，開機后繼續發送，這很明顯接收到的數據就不對了，所以此時很有必要定義一個超限時間，比如我們可以維護下面這樣的一個結構體。

struct uartrd{

char rd［ 256］;

unsigned int timeout;

}

成員變量rd用來存放接收到的數據字節；成員變量timeout用來維護超時值，這里主要討論這個。這個數值怎么維護呢，可以用一個定時器來維護，以可以放在普通的滴答中斷里面來維護，也可以根據系統運行一條指令的周期，在自己的循環中來維護，給其設置個初值，比如說100，當有第一個數據到來以后，timeout在指定的時間就會減少1，減少到0時，就認為超時，不論是否接收到足夠的數據，都應該拋棄。

二、根據接收超時來判斷一個數據包

2.1 數據+校驗

核心思想是如果在達到一定的時間沒有接受到數據，就認為數據包接收完成。modbus協議里就有通過時間間隔來判斷幀結束的。具體實現是要使用一個定時器，在接收到第一個數據時候，開啟定時器，在接收到一個數據時候，就將定時器清零，讓定時器重新開始計時，如果設定的超時時間到（超時時間長度可以設置為5個正常接收的周期），則認為在這一段時間內沒有接受到新的數據，就認為接收到一個完整的數據包了。流程大體如下圖所示：

進行一個簡單的小的總結，上述幾種方法都還是較為常用的，在具體的實現上，可以根據具體的實際情況，設計出具體的通訊協議。數據校驗位，有時候感覺不出來其重要性，但是一定要加上，對數據進行一個相關的驗證還是必要的?，F在很在MCU都帶有FIFO，DMA等功能，所以有時候利用上這些特性，可以設計出更好的通訊方式。有的人問在接受串口數據時候是應該中斷一次接收一個，還是進入中斷后接收一段數據呢，我認為應該中斷接收一個，因為CPU是很快的，至少對于串口是這樣，在接受每個數據的間隔期間，處理器還是可以做些其他工作的。這是在裸機下的模型。在多線程中，那就可以直接建立一個數據接收線程