現(xiàn)在大部分的儀器設備都要求能過通過上位機軟件來操作，這樣方便調試，利于操作。其中就涉及到通信的過程。在實際制作的幾個設備中，筆者總結出了通信程序的通用寫法，包括上位機端和下位機端等。
1．自定義數(shù)據通信協(xié)議這里所說的數(shù)據協(xié)議是建立在物理層之上的通信數(shù)據包格式。所謂通信的物理層就是指我們通常所用到的RS232、RS485、紅外、光纖、無線等等通信方式。在這個層面上，底層軟件提供兩個基本的操作函數(shù)：發(fā)送一個字節(jié)數(shù)據、接收一個字節(jié)數(shù)據。所有的數(shù)據協(xié)議全部建立在這兩個操作方法之上。
通信中的數(shù)據往往以數(shù)據包的形式進行傳送的，我們把這樣的一個數(shù)據包稱作為一幀數(shù)據。類似于網絡通信中的TCPIP協(xié)議一般，比較可靠的通信協(xié)議往往包含有以下幾個組成部分：幀頭、地址信息、數(shù)據類型、數(shù)據長度、數(shù)據塊、校驗碼、幀尾。
幀頭和幀尾用于數(shù)據包完整性的判別，通常選擇一定長度的固定字節(jié)組成，要求是在整個數(shù)據鏈中判別數(shù)據包的誤碼率越低越好。減小固定字節(jié)數(shù)據的匹配機會，也就是說使幀頭和幀尾的特征字節(jié)在整個數(shù)據鏈中能夠匹配的機會最小。通常有兩種做法，一、減小特征字節(jié)的匹配幾率。二、增加特征字節(jié)的長度。通常選取第一種方法的情況是整個數(shù)據鏈路中的數(shù)據不具有隨即性，數(shù)據可預測，可以通過人為選擇幀頭和幀尾的特征字來避開，從而減小特征字節(jié)的匹配幾率。使用第二種方法的情況更加通用，適合于數(shù)據隨即的場合。通過增加特征字節(jié)的長度減小匹配幾率，雖然不能夠完全的避免匹配的情況，但可以使匹配幾率大大減小，如果碰到匹配的情況也可以由校驗碼來進行檢測，因此這種情況在絕大多說情況下比較可靠。
地址信息主要用于多機通信中，通過地址信息的不同來識別不同的通信終端。在一對多的通信系統(tǒng)中，可以只包含目的地址信息。同時包含源地址和目的地址則適用于多對多的通信系統(tǒng)。
數(shù)據類型、數(shù)據長度和數(shù)據塊是主要的數(shù)據部分。數(shù)據類型可以標識后面緊接著的是命令還是數(shù)據。數(shù)據長度用于指示有效數(shù)據的個數(shù)。
校驗碼則用來檢驗數(shù)據的完整性和正確性。通常對數(shù)據類型、數(shù)據長度和數(shù)據塊三個部分進行相關的運算得到。最簡單的做法可是對數(shù)據段作累加和，復雜的也可以對數(shù)據進行CRC運算等等，可以根據運算速度、容錯度等要求來選取。
2．上位機和下位機中的數(shù)據發(fā)送物理通信層中提供了兩個基本的操作函數(shù)，發(fā)送一個字節(jié)數(shù)據則為數(shù)據發(fā)送的基礎。數(shù)據包的發(fā)送即把數(shù)據包中的左右字節(jié)按照順序一個一個的發(fā)送數(shù)據而已。當然發(fā)送的方法也有不同。
在單片機系統(tǒng)中，比較常用的方法是直接調用串口發(fā)送單個字節(jié)數(shù)據的函數(shù)。這種方法的缺點是需要處理器在發(fā)送過程中全程參與，優(yōu)點是所要發(fā)送的數(shù)據能夠立即的出現(xiàn)在通信線路上，能夠立即被接收端接收到。另外一種方法是采用中斷發(fā)送的方式，所有需要發(fā)送的數(shù)據被送入一個緩沖區(qū)，利用發(fā)送中斷將緩沖區(qū)中的數(shù)據發(fā)送出去。這種方法的優(yōu)點是占用處理器資源小，但是可能出現(xiàn)需要發(fā)送的數(shù)據不能立即被發(fā)送的情況，不過這種時延相當?shù)男?。對?1系列單片機，比較傾向于采用直接發(fā)送的方式，采用中斷發(fā)送的方式比較占用RAM資源，而且對比直接發(fā)送來說也沒有太多的優(yōu)點。以下是51系列單片機中發(fā)送單個字節(jié)的函數(shù)。
void SendByte（unsigned char ch）
{
SBUF = ch;
while（TI == 0）;
TI = 0;
}
上位機中關于串口通信的方式也有多種，這種方式不是指數(shù)據有沒有緩沖的問題，而是操作串口的方式不同，因為PC上數(shù)據發(fā)送基本上都會被緩沖后再發(fā)送。對于編程來說操作串口有三種方式，一、使用windows系統(tǒng)中自帶的串口通信控件，這種方式使用起來比較簡單，需要注意的是接收時的阻塞處理和線程機制。二、使用系統(tǒng)的API直接進行串口數(shù)據的讀取，在windows和linux系統(tǒng)中，設備被虛擬為文件，只需要利用系統(tǒng)提供的API函數(shù)即可進行串口數(shù)據的發(fā)送和讀取。三、使用串口類進行串口操作。在此只介紹windows環(huán)境下利用串口類編程的方式。
CSerialPort是比較好用的串口類。它提供如下的串口操作方法： void WriteToPort（char* string， int len）;
串口初始化成功后，調用此函數(shù)即可向串口發(fā)送數(shù)據。為了避免串口緩沖所帶來的延時，可以開啟串口的沖刷機制。3．下位機中的數(shù)據接收和協(xié)議解析
下位機接收數(shù)據也有兩種方式，一、等待接收，處理器一直查詢串口狀態(tài)，來判斷是否接收到數(shù)據。二、中斷接收。兩種方法的優(yōu)缺點在此前的一篇關于串口通信的文章中詳細討論過。得出的結論是采用中斷接收的方法比較好。
串口初始化成功后，調用此函數(shù)即可向串口發(fā)送數(shù)據。為了避免串口緩沖所帶來的延時，可以開啟串口的沖刷機制。
3．下位機中的數(shù)據接收和協(xié)議解析下位機接收數(shù)據也有兩種方式，一、等待接收，處理器一直查詢串口狀態(tài)，來判斷是否接收到數(shù)據。二、中斷接收。兩種方法的優(yōu)缺點在此前的一篇關于串口通信的文章中詳細討論過。得出的結論是采用中斷接收的方法比較好。
數(shù)據包的解析過程可以設置到不同的位置。如果協(xié)議比較簡單，整個系統(tǒng)只是處理一些簡單的命令，那么可以直接把數(shù)據包的解析過程放入到中斷處理函數(shù)中，當收到正確的數(shù)據包的時候，置位相應的標志，在主程序中再對命令進行處理。如果協(xié)議稍微復雜，比較好的方式是將接收的數(shù)據存放于緩沖區(qū)中，主程序讀取數(shù)據后進行解析。也有兩種方式交叉使用的，比如一對多的系統(tǒng)中，首先在接收中斷中解析“連接”命令，連接命令接收到后主程序進入設置狀態(tài)，采用查詢的方式來解析其余的協(xié)議。
以下給出具體的實例。在這個系統(tǒng)中，串口的命令非常簡單。所有的協(xié)議全部在串口中斷中進行。數(shù)據包的格式如下：
0x55， 0xAA， 0x7E， 0x12， 0xF0， 0x02， 0x23， 0x45， SUM， XOR， 0x0D
其中0x55， 0xAA， 0x7E為數(shù)據幀的幀頭，0x0D為幀尾，0x12為設備的目的地址，0xF0為源地址，0x02為數(shù)據長度，后面接著兩個數(shù)據0x23，
0x45，從目的地址開始結算累加、異或校驗和，到數(shù)據的最后一位結束。
協(xié)議解析的目的，首先判斷數(shù)據包的完整性，正確性，然后提取數(shù)據類型，數(shù)據等數(shù)據，存放起來用于主程序處理。代碼如下：if（state_machine == 0） // 協(xié)議解析狀態(tài)機{
if（rcvdat == 0x55） // 接收到幀頭第一個數(shù)據 state_machine = 1; else
state_machine = 0; // 狀態(tài)機復位}
else if（state_machine == 1）{
if（rcvdat == 0xAA） // 接收到幀頭第二個數(shù)據 state_machine = 2; else
state_machine = 0; // 狀態(tài)機復位}
else if（state_machine == 2）{
if（rcvdat == 0x7E） // 接收到幀頭第三個數(shù)據 state_machine = 3; else
state_machine = 0; // 狀態(tài)機復位
過程中，使用了一個變量state_machine作為協(xié)議狀態(tài)機的轉換狀態(tài)，用于確定當前字節(jié)處于一幀數(shù)據中的那個部位，同時在接收過程中自動對接收數(shù)據進行校驗和處理，在數(shù)據包接收完的同時也進行了校驗的比較。因此當幀尾結束符接收到的時候，則表示一幀數(shù)據已經接收完畢，并且通過了校驗，關鍵數(shù)據也保存到了緩沖去中。主程序即可通過retval的標志位來進行協(xié)議的解析處理。
接收過程中，只要哪一步收到的數(shù)據不是預期值，則直接將狀態(tài)機復位，用于下一幀數(shù)據的判斷，因此系統(tǒng)出現(xiàn)狀態(tài)死鎖的情況非常少，系統(tǒng)比較穩(wěn)定，如果出現(xiàn)丟失數(shù)據包的情況也可由上位機進行命令的補發(fā)，不過這種情況筆者還沒有碰到。
對于主程序中進行協(xié)議處理的過程與此類似，主程序循環(huán)中不斷的讀取串口緩沖區(qū)的數(shù)據，此數(shù)據即參與到主循環(huán)中的協(xié)議處理過程中，代碼與上面所述完全一樣。
4．上位機中的數(shù)據接收和命令處理上位機中數(shù)據接收的過程與下位機可以做到完全一致，不過針對不同的串口操作方法有所不同。對于阻賽式的串口讀函數(shù)，例如直接進行API操作或者調用windows的串口通信控件，最好能夠開啟一個線程專門用于監(jiān)視串口的數(shù)據接收，每接收到一個數(shù)據可以向系統(tǒng)發(fā)送一個消息。筆者常用的CSerialPort類中就是這樣的處理過程。CSerialPort打開串口后開啟線程監(jiān)視串口的數(shù)據接收，將接收的數(shù)據保存到緩沖區(qū)，并向父進程發(fā)送接收數(shù)據的消息，數(shù)據將隨消息一起發(fā)送到父進程。父進程中開啟此消息的處理函數(shù)，從中獲取串口數(shù)據后就可以把以上的代碼拷貝過來使用。
CSerialPort向父類發(fā)送的消息號如下：
#define WM_COMM_RXCHAR WM_USER+7 // A character was received and placed in the input buffer.
因此需要手動添加此消息的響應函數(shù)：
afx_msg LONG OnCommunicaTIon（WPARAM ch， LPARAM port）; ON_MESSAGE（WM_COMM_RXCHAR， OnCommunicaTIon） 響應函數(shù)的具體代碼如下：
LONG CWellInfoView：：OnCommunication（WPARAM ch， LPARAM port）{
int retval = 0;
rcvdat = （BYTE）ch;
if（state_machine == 0） // 協(xié)議解析狀態(tài)機 {
if（rcvdat == 0x55） // 接收到幀頭第一個數(shù)據 state_machine = 1; else
state_machine = 0; // 狀態(tài)機復位 }
else if（state_machine == 1） {
if（rcvdat == 0xAA） // 接收到幀頭第二個數(shù)據 state_machine = 2; else
state_machine = 0; // 狀態(tài)機復位 。。。。。.5．總結
以上給出的是通信系統(tǒng)運作的基本雛形，雖然簡單，但是可行。實際的通信系統(tǒng)中協(xié)議比這個要復雜，而且涉及到數(shù)據包響應、命令錯誤、延時等等一系列的問題，在這樣的一個基礎上可以克服這些困難并且實現(xiàn)出較為穩(wěn)定可靠的系統(tǒng)。
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