自定義串口通信協(xié)議，如何實(shí)現(xiàn)？
作者 | strongerHuang
微信公眾號(hào) | 嵌入式專欄有一些初學(xué)者總覺(jué)得通信協(xié)議是一個(gè)很復(fù)雜的知識(shí)，把它想的很高深，導(dǎo)致不知道該怎么學(xué)。
同時(shí)，偶爾有讀者問(wèn)關(guān)于串口自定義通信協(xié)議相關(guān)的問(wèn)題，今天就來(lái)寫寫串口通信協(xié)議，并不是你想想中的那么難？
1什么通信協(xié)議？
通信協(xié)議不難理解，就是兩個(gè)（或多個(gè)）設(shè)備之間進(jìn)行通信，必須要遵循的一種協(xié)議。百度百科的解釋：
通信協(xié)議是指雙方實(shí)體完成通信或服務(wù)所必須遵循的規(guī)則和約定。通過(guò)通信信道和設(shè)備互連起來(lái)的多個(gè)不同地理位置的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，要使其能協(xié)同工作實(shí)現(xiàn)信息交換和資源共享，它們之間必須具有共同的語(yǔ)言。交流什么、怎樣交流及何時(shí)交流，都必須遵循某種互相都能接受的規(guī)則。這個(gè)規(guī)則就是通信協(xié)議。相應(yīng)該有很多讀者都買過(guò)一些基于串口通信的模塊，市面上很多基于串口通信的模塊都是自定義通信協(xié)議，有的比較簡(jiǎn)單，有的相對(duì)復(fù)雜一點(diǎn)。
舉一個(gè)很簡(jiǎn)單的串口通信協(xié)議的例子：比如只傳輸一個(gè)溫度值，只有三個(gè)字節(jié)的通信協(xié)議：
| 幀頭 | 溫度值 | 幀尾 |
|---|---|---|
| 5A | 一字節(jié)數(shù)值 | 3B |
只是說(shuō)這種通信協(xié)議應(yīng)用的場(chǎng)合相對(duì)比較簡(jiǎn)單（一對(duì)一兩個(gè)設(shè)備之間），同時(shí)，它存在很多弊端。
2過(guò)于簡(jiǎn)單的通信協(xié)議引發(fā)的問(wèn)題
上面那種只有三個(gè)字節(jié)的通信協(xié)議，相信大家都看明白了。雖然它也能通信，也能傳輸數(shù)據(jù)，但它存在一系列的問(wèn)題。比如：多個(gè)設(shè)備連接在一條總線（比如485）上，怎么判斷傳輸給誰(shuí)？（沒(méi)有設(shè)備信息）
還比如：處于一個(gè)干擾環(huán)境，你能保障傳輸數(shù)據(jù)正確嗎？（沒(méi)有校驗(yàn)信息）
再比如：我想傳輸多個(gè)不確定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)，該怎么辦？（沒(méi)有長(zhǎng)度信息）。
上面這一系列問(wèn)題，相信做過(guò)自定義通信的朋友都了解。
所以，在通信協(xié)議里面要約定更多的“協(xié)議信息”，這樣才能保證通信的完整。
3通信協(xié)議常見(jiàn)內(nèi)容
基于串口的通信協(xié)議通常不能太復(fù)雜，因?yàn)榇谕ㄐ潘俾?、抗干擾能力以及其他各方面原因，相對(duì)于TCP/IP這種通信協(xié)議，是一種很輕量級(jí)的通信協(xié)議。所以，基于串口的通信，除了一些通用的通信協(xié)議（比如：Modubs、MAVLink）之外，很多時(shí)候，工程師都會(huì)根據(jù)自己項(xiàng)目情況，自定義通信協(xié)議。
下面簡(jiǎn)單描述下常見(jiàn)自定義通信協(xié)議的一些要點(diǎn)內(nèi)容。
（這是一些常見(jiàn)的協(xié)議內(nèi)容，可能不同情況，其協(xié)議內(nèi)容不同）
1.幀頭幀頭，就是一幀通信數(shù)據(jù)的開(kāi)頭。有的通信協(xié)議幀頭只有一個(gè)，有的有兩個(gè)，比如：5A、A5作為幀頭。
這種情況，需要在協(xié)議或者附錄中要描述各種設(shè)備類型信息，方便開(kāi)發(fā)者編碼查詢。
當(dāng)然，有些固定的兩種設(shè)備之間通信，可能沒(méi)有這個(gè)選項(xiàng)。
3.命令/指令命令/指令比較常見(jiàn)，一般是不同的操作，用不同的命令來(lái)區(qū)分。
舉例：溫度：0x01；濕度：0x02；
4.命令類型/功能碼這個(gè)選項(xiàng)對(duì)命令進(jìn)一步補(bǔ)充。比如：讀、寫操作。
舉例：讀Flash：0x01； 寫Flash：0x02；
5.數(shù)據(jù)長(zhǎng)度數(shù)據(jù)長(zhǎng)度這個(gè)選項(xiàng)，可能有的協(xié)議會(huì)把該選項(xiàng)提到前面設(shè)備地址位置，把命令這些信息算在“長(zhǎng)度”里面。
這個(gè)主要是方便協(xié)議（接收）解析的時(shí)候，統(tǒng)計(jì)接收數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。
比如：有時(shí)候傳輸一個(gè)有效數(shù)據(jù)，有時(shí)候要傳輸多個(gè)有效數(shù)據(jù)，甚至傳輸一個(gè)數(shù)組的數(shù)據(jù)。這個(gè)時(shí)候，傳輸?shù)囊粠瑪?shù)據(jù)就是不定長(zhǎng)數(shù)據(jù)，就必須要有【數(shù)據(jù)長(zhǎng)度】來(lái)約束。
有的長(zhǎng)度是一個(gè)字節(jié)，其范圍：0x01 ~ 0xFF，有的可能要求一次性傳輸更多，就用兩個(gè)字節(jié)表示，其范圍0x0001 ~ 0xFFFFF。
當(dāng)然，有的通信長(zhǎng)度是固定的長(zhǎng)度（比如固定只傳輸、溫度、濕度這兩個(gè)數(shù)據(jù)），其協(xié)議可能沒(méi)有這個(gè)選項(xiàng)。
6.數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)就不用描述了，就是你傳輸?shù)膶?shí)實(shí)在在的數(shù)據(jù)，比如溫度：25℃。
7.幀尾有些協(xié)議可能沒(méi)有幀尾，這個(gè)應(yīng)該是可有可無(wú)的一個(gè)選項(xiàng)。
8.校驗(yàn)碼校驗(yàn)碼是一個(gè)比較重要的內(nèi)容，一般正規(guī)一點(diǎn)的通信協(xié)議都有這個(gè)選項(xiàng)，原因很簡(jiǎn)單，通信很容易受到干擾，或者其他原因，導(dǎo)致傳輸數(shù)據(jù)出錯(cuò)。
如果有校驗(yàn)碼，就能比較有效避免數(shù)據(jù)傳輸出錯(cuò)的的情況。
校驗(yàn)碼的方式有很多，校驗(yàn)和、CRC校驗(yàn)算是比較常見(jiàn)的，用于自定義協(xié)議中的校驗(yàn)方式。
還有一點(diǎn)，有的協(xié)議可能把校驗(yàn)碼放在倒數(shù)第二，幀尾放在最后位置。
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