設(shè)計(jì)封裝串口數(shù)據(jù)通信論文

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1協(xié)議的設(shè)計(jì)

1.1數(shù)據(jù)報(bào)格式

數(shù)據(jù)報(bào)分為報(bào)文頭部和數(shù)據(jù)部兩部分，其格式如圖2所示。報(bào)文頭部由6字節(jié)組成，第1、2字節(jié)AB表示報(bào)文長度，即報(bào)文頭部長度加上數(shù)據(jù)部長度；第3、4字節(jié)CD表示整個(gè)報(bào)文的校驗(yàn)和；第5、6字節(jié)XX表示應(yīng)答ACK；第7、8字節(jié)GH表示報(bào)文序號(hào)。數(shù)據(jù)報(bào)長度AB范圍為0~65535，所以一個(gè)報(bào)文最大為8KB。數(shù)據(jù)部長度等于報(bào)文長度（AB）減去報(bào)文頭長度（8B）。2.2數(shù)據(jù)處理與報(bào)文處理數(shù)據(jù)處理包括分割上層應(yīng)用提供的數(shù)據(jù)，以及從報(bào)文還原拼接數(shù)據(jù)；報(bào)文處理包括格式化報(bào)文以提供給串口發(fā)送以及從串口讀取報(bào)文、校驗(yàn)報(bào)文、提取數(shù)據(jù)。

1.2.1數(shù)據(jù)分割

協(xié)議從應(yīng)用程序接口獲取應(yīng)用程序提供的數(shù)據(jù)并以流式數(shù)據(jù)寫入發(fā)送方數(shù)據(jù)緩沖區(qū)；然后以事先設(shè)定的數(shù)據(jù)分割長度取數(shù)據(jù)，長度不足的部分則全部取出，取數(shù)據(jù)指針移動(dòng)相應(yīng)距離。

1.2.2報(bào)文組裝

報(bào)文的組裝過程如下：

（1）計(jì)算取出數(shù)據(jù)的長度，填入報(bào)文第1、2字節(jié)；

（2）報(bào)文第3~6字節(jié)全部置0；

（3）計(jì)算報(bào)文序號(hào)GH；

（4）計(jì)算校驗(yàn)和，從第1字節(jié)開始，每兩個(gè)字節(jié)為一個(gè)單元進(jìn)行分割，末尾不足兩字節(jié)則在其后補(bǔ)0，再將這些單元進(jìn)行二進(jìn)制反碼求和，結(jié)果存在檢驗(yàn)和字段中第3、4字節(jié)；

（5）將取出的數(shù)據(jù)接在報(bào)文頭部后面，將整個(gè)報(bào)文寫入報(bào)文緩沖區(qū)。

1.2.3報(bào)文拆分

報(bào)文拆分的具體步驟如下：

（1）從報(bào)文緩沖區(qū)按報(bào)文長度獲取報(bào)文數(shù)據(jù)；

（2）計(jì)算校驗(yàn)和，方法同報(bào)文組裝里的計(jì)算方法：如果校驗(yàn)和不為0xFFFF，則傳輸過程中發(fā)生差錯(cuò)，丟棄此報(bào)文；如果校驗(yàn)和為0xFFFF，取出報(bào)文長度及報(bào)文序號(hào)，計(jì)算數(shù)據(jù)部長度，取出數(shù)據(jù)。

1.2.4數(shù)據(jù)拼接

將從報(bào)文取出的數(shù)據(jù)填入接收方數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，寫數(shù)據(jù)指針移動(dòng)相應(yīng)距離；接收完最后一個(gè)數(shù)據(jù)后，協(xié)議將數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)提供給上層應(yīng)用程序，寫數(shù)據(jù)指針恢復(fù)初始值。

1.3數(shù)據(jù)報(bào)傳輸過程

數(shù)據(jù)報(bào)傳輸情況分為考慮定時(shí)器超時(shí)和不考慮定時(shí)器超時(shí)兩種，定時(shí)器超時(shí)處理應(yīng)屬于中斷調(diào)用。

1.3.1傳輸過程數(shù)據(jù)報(bào)傳輸過程如下：

（1）在進(jìn)行數(shù)據(jù)報(bào)傳輸前，發(fā)送方將數(shù)據(jù)分割并裝進(jìn)報(bào)文，ACK置為0x0000，計(jì)算報(bào)文序號(hào)，再將報(bào)文送入報(bào)文緩沖區(qū)。

（2）開始發(fā)送時(shí)，串口按已經(jīng)設(shè)定的工作方式和波特率工作，從報(bào)文緩沖區(qū)獲取報(bào)文數(shù)據(jù)并發(fā)送。

（3）發(fā)送方發(fā)送完畢一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)后，停止發(fā)送，啟動(dòng)定時(shí)器計(jì)時(shí)，準(zhǔn)備接收響應(yīng)。

（4）接收方串口接收數(shù)據(jù)并填入報(bào)文緩沖區(qū)。

（5）接收方從報(bào)文緩沖區(qū)獲取報(bào)文數(shù)據(jù)，進(jìn)行校驗(yàn)：

①若接收方校驗(yàn)結(jié)果為正確，則取出數(shù)據(jù)；若接收的ACK=0x0011并且收到的序號(hào)等于前面一個(gè)報(bào)文的序號(hào)，則將數(shù)據(jù)覆蓋到前一塊數(shù)據(jù)，否則將數(shù)據(jù)填入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)；記錄報(bào)文序號(hào)，發(fā)送數(shù)據(jù)部為空、ACK=0x1111的報(bào)文。

②若接收方校驗(yàn)結(jié)果為錯(cuò)誤，則丟棄數(shù)據(jù)報(bào)，發(fā)送數(shù)據(jù)部為空、ACK=0x1110的報(bào)文，通知發(fā)送方重發(fā)。

（6）接收方每次處理完數(shù)據(jù)報(bào)均初始化并啟動(dòng)定時(shí)器計(jì)時(shí)，剛收到數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)關(guān)閉定時(shí)器。

（7）發(fā)送方收到響應(yīng)報(bào)文，校驗(yàn)通過則關(guān)閉定時(shí)器，獲取ACK，若ACK=0x1111，則發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)；若ACK=0x1110，則重發(fā)當(dāng)前數(shù)據(jù)報(bào)（ACK置0x0011）。如果校驗(yàn)不通過就丟棄此數(shù)據(jù)報(bào)，仍保持定時(shí)器計(jì)時(shí)。

（8）雙方重復(fù)以上步驟直到最后一個(gè)報(bào)文發(fā)送完畢。

（9）發(fā)送方發(fā)送最后一個(gè)報(bào)文完成后，發(fā)送數(shù)據(jù)部為空、ACK=0x0001的報(bào)文提示數(shù)據(jù)傳輸完畢，若此報(bào)文發(fā)送后收到重傳響應(yīng)，則重發(fā)此數(shù)據(jù)報(bào)（ACK仍置0x0001）。

1.3.2定時(shí)器超時(shí)處理

若發(fā)送方定時(shí)器達(dá)到發(fā)送方超時(shí)等待時(shí)間仍未收到響應(yīng)報(bào)文，則重傳當(dāng)前數(shù)據(jù)報(bào)（ACK置0x0011），連續(xù)超時(shí)三次還沒收到應(yīng)答則停止發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)，清空?qǐng)?bào)文緩沖區(qū)和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，并向應(yīng)用程序返回通信失敗。若接收方定時(shí)器達(dá)到接收方超時(shí)等待時(shí)間仍未收到報(bào)文，清空?qǐng)?bào)文緩沖區(qū)和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，關(guān)閉定時(shí)器，并向上層應(yīng)用程序返回通信失敗。

2結(jié)論

本文所設(shè)計(jì)的協(xié)議封裝串口通信是為了更方便和安全地傳送數(shù)據(jù)，從上文可以看到，在發(fā)送大數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)，串口的速度其實(shí)不高，而本協(xié)議若需控制在毫秒級(jí)的處理，所發(fā)數(shù)據(jù)不能超過1192B。報(bào)文長度字節(jié)AB范圍為0~65535，故每個(gè)報(bào)文大小為8B~8KB，數(shù)據(jù)部大小為0~8184B，所以數(shù)據(jù)分割范圍為0~8184B。故本協(xié)議更適用于小數(shù)據(jù)量傳送，比如在信號(hào)采集后的數(shù)據(jù)傳送等，傳輸一個(gè)雙精度浮點(diǎn)數(shù)需要14ms左右。

作者：曾維 羅粟 黃宏 徐驥 賴鎮(zhèn)森 單位：成都理工大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院