基于stm32的自定义通信协议-模拟串行通讯

目录

一、背景

二、方案设计

三、课程作业实施

四、测试结果

五、部分代码(完整代码可私聊我+QQ2521170001)

一、背景

  • 题目:通过数字通道进行两个计算机系统的通讯
  • 目标:设计、实现一个用于数字通道串行通讯的协议
  1. 硬件

                基于stm32的自定义通信协议-模拟串行通讯

   2.软件

        CLK上升沿检测DTA的值,作为1bit,存入寄存器中。


二、方案设计

(一)自定义协议格式

START

帧头

数据长度

标识

数据

数据效验

帧尾

1Byte

1Byte

1Byte

1Byte

1Byte

2Byte

1Byte

0x53

0xFE

0x01

0xDD

0x0D0C

0xFF

1、起始标志:协议数据帧开始的标志,保留字为0x53。

2、帧头:同其他设备通信时首要的一致性保证,此次为0xFE。

3、数据长度:表示当前数据包的大小。

4、标识:可以自定义,对于不同的数据包,采用不同的标识。比如当为温度采样问题时,该为温度采集器序号。当为湿度采样问题时,该为湿度采集器序号。

5、真实数据:发送的数据内容,对于温度采样问题。

6、数据校验根据前述数据所得的CRC32校验码。

7、结束标志即帧尾,协议数据结束的标志,保留字为0xFF。

(二)、自定义协议详解

基于stm32的自定义通信协议-模拟串行通讯

基于stm32的自定义通信协议-模拟串行通讯

        1、自定义协议采用的是端到端的通信。

        2、自定义的通信协议采用2条信号线,1条时钟线(CLK)和1条数据线(DTA),属于串行半双工通信。每个从设备有自己的标识、帧头、数据、数据长度、数据校验、帧尾,主设备发送START信号(0x53)后,紧跟着发送想要数据的帧头(0xFE),当验证了帧头之后,该数据包即是我们所需的对应数据包。

        3、CLK上升沿检测DTA的值,作为1bit,存入寄存器中。没有数据传输时,DAT上恒保持高电平。

        4、START信号:当检测到DAT的值为0x53时,开始传输数据。

        5、帧头:0xFE—>即在CLK时钟的8个周期内,此时传输了8bit数据为1111 1110时(即0xFE),该数据包即是正确的数据包,在第一个字节后,主机立即读从机,开始接收该数据包。

        6、STOP信号:当时钟线为高时,数据线上跳会产生停止信号,即为该数据包的帧尾(0xFF)。


三、课程作业实施

1、发送方法:

        按照协议的要求去组织数据,把数据装入发送缓冲区,采用中断发送的方式,所有需要发送的数据被送入一个缓冲区,利用发送中断将缓冲区中的数据发送出去。这种方法的优点是占用处理器资源小,但是可能出现需要发送的数据不能立即被发送的情况,不过这种时延相当的小。

2、下位机中的数据接收和协议解析

下位机接收数据采用中断接收。数据包的 解析过程可以设置到不同的位置。如果协议比较简单,整个系统只是处理 一些简单的命令,那么可以直接把数 据包的解析过程放入到中断处理函数中,当收到正确的数据包的时候,置位相应的标志,在主程序中再对命令进行处理。如果协议稍微复杂,比较好的 方式是将接收的数据存放于缓冲区中,主程序读取数据后进行解析。

3、数据包:

(1)数据包结构:

                数据包(8个字节)= 起始标志(1个字节)+ 帧头(1个字节) + 数据长度(1个字节) + 标识(1个字节)+ 数据(1个字节) + 校验(2个字节,高字节在前) + 帧尾(1个字节)

(2)通信处理方式:

        中断接收/发送 + 缓冲区

(3)协议的实现:

        ①接收: 我是在接收中断去实现协议功能的,即每接收中断一次(接收到一个字节)的时候,按照协议的要求去进行处理,如果这帧数据是正确的就置位Flag标志位,在大循环中再去进命令的解析,错误时则丢弃。

        ②协议解析的目的,首先判断数据包的完整性,正确性,然后提取数据类型,数据等数据,存放起来用于主程序处理。部分代码如下:

if(state_machine == 0)     // 协议解析状态机
{
    if(rcvdat == 0x53)     // 接收到START标志
        state_machine = 1;
    else
        state_machine = 0;    // 状态机复位
}
..................
else if(state_machine == 9)
{
    if(xorchkm == rcvdat)    // 判断异或校验和是否相等
        state_machine = 10;
    else
        state_machine = 0;
}
else if(state_machine == 10)
{
    if(0x0D == rcvdat)     // 判断是否接收到帧尾结束符
    {
        flag= 0xaa;    // 置标志,表示一个数据包接收到
    }
    state_machine = 0;     // 复位状态机
}

         此过程中,使用了一个变量state_machine作为协议状态机的转换状态,用于确定当前字节处于一帧数据中的那个部位,同时在接收过程中自动对接收数据进行校验和处理,在数据包接收完的同时也进行了校验的比较。因此当帧尾结束符接收到的时候,则表示一帧数据已经接收完毕,并且通过了校验,关键数据也保存到了缓冲去中。主程序即可通过flag标志位来进行协议的解析处理。


四、测试结果

 基于stm32的自定义通信协议-模拟串行通讯

基于stm32的自定义通信协议-模拟串行通讯


五、部分代码(完整代码可私聊我+QQ2521170001)

if(state_machine == 0)     // 协议解析状态机
{
    if(rcvdat == 0x53)     // 接收到START标志
        state_machine = 1;
    else
        state_machine = 0;    // 状态机复位
}
else if(state_machine == 1)
{
    if(rcvdat == 0xFE)     // 接收到帧头第一个数据
        state_machine = 2;
    else
        state_machine = 0;    // 状态机复位
}
else if(state_machine == 2)
{
    if(rcvdat == 0x7E)     // 接收到帧头第二个数据
        state_machine = 3;
     else
        state_machine = 0;    // 状态机复位
}
else if(state_machine == 3)
{
    sumchkm = rcvdat;     // 开始计算累加、异或校验和
    xorchkm = rcvdat;
    if(rcvdat == m_SrcAdr)    // 判断标识是否正确
        state_machine = 5;
    else
        state_machine = 0;
}
else if(state_machine == 5)
{
    lencnt = 0;        // 接收数据计数器
    rcvcount = rcvdat;      // 接收数据长度
    sumchkm += rcvdat;
    xorchkm ^= rcvdat;
    state_machine = 6;
}
else if(state _machine == 6 || state _machine == 7)
{
    m_ucData[lencnt++] = rcvdat;     // 数据保存
    sumchkm += rcvdat;
    xorchkm ^= rcvdat;
    if(lencnt == rcvcount)    // 判断数据是否接收完毕
        state_machine = 8;
    else
        state_machine = 7;
}
else if(state_machine == 8)
{
    if(sumchkm == rcvdat)    // 判断累加和是否相等
        state_machine = 9;
    else
        state_machine = 0;
}
else if(state_machine == 9)
{
    if(xorchkm == rcvdat)    // 判断异或校验和是否相等
        state_machine = 10;
    else
        state_machine = 0;
}
else if(state_machine == 10)
{
    if(0x0D == rcvdat)     // 判断是否接收到帧尾结束符
    {
        flag= 0xaa;    // 置标志,表示一个数据包接收到
    }
    state_machine = 0;     // 复位状态机
}

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