串口是怎样来发送接收一个完整的数据包的

串口是怎样来发送接收一个完整的数据包的？

串口是如何根据接收超时来判断一个数据包的？

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朱志兴

2021-12-9 09:11:36

这里以串口作为传输媒介，介绍下怎样来发送接收一个完整的数据包。过程涉及到封包与解包。设计一个良好的包传输机制很有利于数据传输的稳定性以及正确性。串口只是一种传输媒介，这种包机制同时也可以用于SPI,I2C的总线下的数据传输。在单片机通信系统（多机通信以及PC与单片机通信）中，是很常见的问题。
一、根据帧头帧尾或者帧长检测一个数据帧
1、帧头+数据+校验+帧尾
这是一个典型的方案，但是对帧头与帧尾在设计的时候都要注意，也就是说帧头、帧尾不能在所传输的数据域中出现，一旦出现可能就被误判。如果用中断来接收的话，程序基本可以这么实现：
unsigned char recstatu;//表示是否处于一个正在接收数据包的状态
unsigned char ccnt;    //计数
unsigned char packerflag;//是否接收到一个完整的数据包标志
unsigned char rxbuf[100];//接收数据的缓冲区
void UartHandler()
{
   unsigned char tmpch;
   tmpch = UARTRBR;
   if(tmpch 是包头)                         //检测是否是包头
   {
         recstatu = 1;
         ccnt = 0 ;
         packerflag = 0;
         return ;
   }
   if(tmpch是包尾)                         //检测是否是包尾
   {
         recstatu = 0;
         packerflag = 1;                   //用于告知系统已经接收到一个完整的数据包
         return ;
   }
   if(recstatu ==1)                         //是否处于接收数据包状态
   {
         rxbuf[ccnt++] = tmpch;
   }
}
上面也就是接收一个数据包，但是再次提醒，包头和包尾不能在数据域中出现，一旦出现将会出现误判。另外一个。数据的校验算法是很必要的，在数据传输中，由于受到干扰，很难免有时出现数据错误，加上校验码可在发现数据传输错误时，可以要求数据的另一方重新发送，或是进行简单的丢弃处理。校验算法不一定要很复杂，普通的加和，异或，以及循环冗余都是可以的。我上面的接收程序在接收数据时，已经将包头和包尾去掉，这些可以根据自己的需求加上，关键是要理解原理。
上述包协议出现了以下的几种变种：
1.1 帧头+数据长度+数据+校验值
1.2包长+校验值
上面两种其实都是知道了数据包的长度，然后根据接收字节的长度来判断一个完整的数据包。例如，定义一个数据包的长度为256字节，那我们就可以一直接收，直到接收到256个字节，就认为是一个数据包。但是，会不会存在问题呢？比如说从机向主机发送数据，发送了一半，掉电，重启，开机后继续发送，这很明显接收到的数据就不对了，所以此时很有必要定义一个超限时间，比如我们可以维护下面这样的一个结构体。
struct  uartrd{
char  rd[ 256];
unsigned int timeout;
}
成员变量rd用来存放接收到的数据字节；成员变量timeout用来维护超时值，这里主要讨论这个。这个数值怎么维护呢，可以用一个定时器来维护，以可以放在普通的滴答中断里面来维护，也可以根据系统运行一条指令的周期，在自己的循环中来维护，给其设置个初值，比如说100，当有第一个数据到来以后，timeout在指定的时间就会减少1，减少到0时，就认为超时，不论是否接收到足够的数据，都应该抛弃。

二、根据接收超时来判断一个数据包
2.1  数据+校验
核心思想是如果在达到一定的时间没有接受到数据，就认为数据包接收完成。modbus协议里就有通过时间间隔来判断帧结束的。具体实现是要使用一个定时器，在接收到第一个数据时候，开启定时器，在接收到一个数据时候，就将定时器清零，让定时器重新开始计时，如果设定的超时时间到（超时时间长度可以设置为5个正常接收的周期），则认为在这一段时间内没有接受到新的数据，就认为接收到一个完整的数据包了。流程大体如下图所示：

进行一个简单的小的总结，上述几种方法都还是较为常用的，在具体的实现上，可以根据具体的实际情况，设计出具体的通讯协议。数据校验位，有时候感觉不出来其重要性，但是一定要加上，对数据进行一个相关的验证还是必要的。现在很在MCU都带有FIFO，DMA等功能，所以有时候利用上这些特性，可以设计出更好的通讯方式。有的人问在接受串口数据时候是应该中断一次接收一个，还是进入中断后接收一段数据呢，我认为应该中断接收一个，因为CPU是很快的，至少对于串口是这样，在接受每个数据的间隔期间，处理器还是可以做些其他工作的。这是在裸机下的模型。在多线程中，那就可以直接建立一个数据接收线程。

1、根据帧头帧尾检测一个数据帧
1）.帧头+数据+校验+帧尾
这是一个典型的数据接收方案，但是需要注意帧头帧尾的设计，意思是帧头帧尾不能出现与传输的数据内容相同，一旦出现可能会被误判。以下为中断接收的基本程序：

unsigned char flagpacker; //全局变量是否完整接收一个数据包
unsigned char Rxpacker[255]; //全局变量完整数据包
#pragma vector = URX0_VECTOR
__interrupt void UART0_ISR(void)
{
unsigned char RxBuf; //临时接收
static unsigned char RxData[255]//接收数据缓存区
static unsigned char count; //串口接收数据长度
static unsigned char rec; // 判断是否正在接收数据
URX0IF = 0; // 清中断标志
RxBuf = U0DBUF;
if(RxBuf == (自定义帧头))
{
rec= 1；
count = 0;
flagpacker = 0;
return ;
}
if(RxBuf == (自定义帧尾))
{
rec= 0；
//此处可以添加校验码
for(unsigned char i = 0 ; i
{
Rxpacker =RxData;
}
flagpacker = 1;//告诉系统已接收一个完整的数据包
return ;
}
if(rec) //判断是否处于接收状态
{
RxData[count++] = RxBuf;
}
}

2、根据帧头数据长度检测一个数据帧
1）.帧头+数据长度+数据+校验
这也是一个典型的数据接收方案，但是需要注意帧头的设计，意思是帧头不能出现与传输的数据内容相同，一旦出现可能会被误判。以下为中断接收的基本程序：    [cpp] view plain copy



unsigned char flagpacker; //全局变量是否完整接收一个数据包

unsigned char Rxpacker[255]; //全局变量完整数据包

#pragma vector = URX0_VECTOR

__interrupt void UART0_ISR(void)

{

  unsigned char RxBuf;                                           //临时接收

  static unsigned char len; //判断有效数据长度

  static unsigned char RxData[255]//接收数据缓存区

  static unsigned char count;                                  //串口接收数据长度

  static unsigned char rec; // 判断是否正在接收数据

  URX0IF = 0;    // 清中断标志

  RxBuf = U0DBUF;

  if(RxBuf == (自定义帧头))

  {

rec = 1；

count = 0;

flagpacker = 0;

return ;

  }

  if(rec)

  {

RxData[count++] = RxBuf ;

len = RxData[0] + 1; //判断数据长度如果包含数据长度位就不用加1 否者需要加1

if(len == count)

{

   //此处可以添加校验码

   for(unsigned char i = 0 ; i < count; i ++)

   {

      Rxpacker = RxData;

   }

   rec = 0;

   flagpacker = 1;

}

  }

}

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