USART串口数据包
那先看一下HEX数据包格式。首先，数据包的作用是把一个个单独的数据给打包起来，方便我们进行多字节的数据通信啊。我们之前学习了串口的代码，发送一个字节，接收一个字节都没问题。但在实际应用中，我们可能需要把多个字节打包为一个整体进行发送。
比如说我们有个陀螺仪传感器，需要用串口发送数据到 STM32。陀螺仪的数据，比如 X 轴一个字节， Y 轴一个字节， Z 轴一个字节，总共三个数据，需要连续不断的发送。当你像这样 XYZ XYZ XYZ 连续发送的时候，就会出现一个问题，就是接收方他不知道这数据哪个对应 X 哪个对应 Y 哪个对应 Z。因为接收方可能会从任意位置开始接收，所以会出现数据错位的现象。这时候我们就需要研究一种方式 4，把这个数据进行分割，把 XYZ 这一批数据分割开，分成一个个数据包，这样再接收的时候就知道了，数据包的第一个数据就是 X， 第二个是 Y， 第三个是 Z。 这就是数据包的任务，就是把属于同一批的数据进行打包和分割，方便接收方进行识别。那有关分割打包的方法，可以是自己发挥想象力来设计哈，只要逻辑行得通就行。
比如我可以设计，在这个 XYZXYZ 数据流中，数据包的第一个数据也就是 X 的数据包它的最高位置一，其余数据包最高位都置零。当我接收到数据之后，判断一下最高位，如果是一，那就是 X 数据，然后紧跟着的两个数据就分别是 Y 和 Z。 这就是一种可行的分割方法啊，这种方法就是把每个数据的最高位当做标志位来进行分割的。实际也有应用的例子啊，比如 UTF 8 的编码方法，和这就是类似的啊，不过它那个编码更高级一些啊，感兴趣的话可以了解一下。
那本节我们主要讲的数据包分割方法，并不是在数据的高位添加标志位这种方式啊，因为这种方式破坏了原有数据，使用起来比较复杂。我们串数据包通常使用的是额外添加包头包尾这种方式。
比如我这里就列举了两种数据包格式。第一种是固定包长，含包头包尾。也就是每个数据包的长度都固定不变。数据包前面是包头，后面是包尾。第二种是可变包长，含包头包尾。也就是每个数据包的长度可以是不一样的，前面是包头，后面是包尾。它们的数据包格式啊，可以是用户根据需求自己规定的，也可以是你买个模块，别的开发者规定的。
那我这里规定是，比如固定包长这里我一批数据规定有四个字节，在这四个字节之前加个包头，比如我定义 0xFF 为包头。在四个字节之后加一个包尾，比如我定义 0xFE 为包尾。那当我接收到 0xFF 之后，我就知道了，一个数据包来了。接着我再接收到的四个字节，就当做数据包的第一二三四，个数据存在个数组里，最后跟一个包尾。当我收到 0xFE 之后，就可以自己一个标志位，告诉程序我收到了一个数据包。然后新的数据包过来，再重复之前过程，这样就可以在一个连续不断的数据流中分割出我们想要的数据包了。这就是通过添加包头包尾实现数据分割打包的思路啊。
接着我们来研究几个问题啊：
第一个问题就是包头包尾和数据载荷重复的问题。这里定义 FF 为包头， FE 为包尾。如果我传输的数据本身就是 FF 和 FE 怎么办呢？那这个问题确实存在，如果数据和包头包尾重复，可能会引起误判啊。
对应这个问题我们有如下几种解决方法，第一种，限制载荷数据的范围。如果可以的话，我们可以在发送的时候对数据进行限幅。比如 XYZ 三个数据变化范围都可以是 0~100，那就好办了，我们可以在载荷中只发送 0~100 的数据，这样就不会和包头包尾重复了。
第二种，如果无法避免载荷数据和包头包尾重复，那我们就尽量使用固定长度的数据包哈，这样由于载荷数据是固定的，只要我们通过包头包尾对齐了数据，我们就可以严格知道哪个数据应该是包头包尾，哪个数据应该是载荷数据，在接受载荷数据的时候，我们并不会判断它是否是包头包尾，而在接受包头包尾的时候，我们会判断它是不是确实是包头包尾，用于数据对齐哈。这样在经过几个数据包的对齐之后，剩下的数据包应该就不会出现问题了。
第三种就是增加包头包尾的数量，并且让它尽量呈现出载荷数据出现不了的状态。比如我们使用 FF FE 作为包头， FD FC 作为包尾，这样也可以避免载荷数据和包头包尾重复的情况发生哈。
接着第二问题是这个包头包尾并不是全部都需要的哈。比如我们可以只要一个包头，把包尾删掉。这样数据包的格式就是一个包头 FF 加四个数据，这样也是可以的哈。当检测到 FF 开始接收，收够四个字节后，字标多位，一个数据包接收完成。这样也可以，不过这样的话载荷和包头重复的问题会更严重一些。比如最严重的情况下，我载荷全是 FF，包头也是 FF，那你肯定不知道哪个是包头了。而加上 FE 作为包尾，无论数据怎么变化，都是可以分辨出包头包尾的哈。
之后第三个问题就是固定包长和可变包长的选择问题。对应 hex 数据包来说，如果你的载荷会出现和包头包尾重复的情况，那就最好选择固定包长哈，这样可以避免接受错误。如果你又会重复又选择可变包长，那数据很容易就乱套了哈。如果载荷不会和包头包尾重复，那可以选择可变包长。数据长度像这样，四位啊，三位啊，等等，一位，十位，来回任意变肯定都没问题。因为包头包尾是唯一的，只要出现包头就开始数据包，只要出现包尾就结束数据包，这样就非常灵活了哈。这就是固定包长和可变包长选择的问题。
最后一个问题就是各种数据转换为字节流的问题。这里数据包都是一个字节一个字节组成的哈。如果你想发送 16 位的整形数据，32 位的整形数据， float，double，甚至是结构体，其实都没问题啊，因为它们内部其实都是由一个字节一个字节组成的。只需要用一个 unit 8 杠 t的指针指向它，把它们当做一个字节数组发送就行了。
这个操作方法我在指针教程里也讲过哈，不会的话可以去看一下。有关 hex 数据包定义的内容我就讲这么多啊。
接下来看一下文本数据包。文本数据包和 hex 数据包就分别对应了文本模式和 hex 这两种模式啊。在 hex 数据包里面，数据都是以原始的字节数据本身呈现的。而在文本数据包里面，每个字节就经过了一层编码和译码，最终表现出来的就是文本格式啊。但实际上每个文本字符背后其实都还是一个字节的 hex 数据对吧。
那么看一下，这里我同样给出了固定包长和可变包长这两种模式。由于数据译码成了字符形式，这就会存在大量的字符可以作为包头包围它。可以有效避免载荷和包头包尾重复的问题。比如我这里规定的就是以@这个字符作为包头，以反斜杠 r 反斜杠 n 也就是换行啊，这两个字符作为包围。在载荷数据中间可以出现除了包头包尾的任意字符，这很容易做到哈。所以文本数据包基本不用担心载荷和包头包尾重复的问题，使用非常灵活。可变包长啊，各种字母啊符号数字都可以随意使用哈。当我们接收到载荷数据之后，得到的就是一个字符串，在软件中再对字符串进行操作和判断，就可以实现各种指令控制的功能了。而且字符串数据包表达的意义很明显啊，可以把字符串数据包直接打印到串口助手上，什么指令什么数据，一眼就能看明白啊。所以这个文本数据包通常会以换行作为包围，这样在打印的时候就可以一行一行的显示了，非常方便。
那 hex 数据包和文本数据包这两种对比下来，其实也是各有优缺点啊。
hex 数据包优点是传输最直接，解析数据非常简单，比较适合一些模块啊发送原始的数据，比如一些使用串口通信的陀螺仪啊温湿度传感器啊。缺点就是灵活性不足啊，载荷容易和包头包尾重复。
文本数据包呢，优点是数据直观易理解，非常灵活，比较适合一些输入指令进行人机交互的场合。比如蓝牙模块常用的 AT 指令， CNC 和 3D 打印机常用的 G 代码，都是文本数据包的格式。那缺点就是解析效率低，比如你发送的数 100， HEX 数据包就是一个字节 100 完事。文本数据包就得是三个字节的字符 100 收到之后还要把字符转换成数据才能得到 100。所以说我们需要根据实际场景来选择和设计数据包格式哈。好，数据包格式的定义讲完了，
接下来我们就来学一下数据包的收发流程。首
首先是数据包的发送，其实数据包的发送非常简单哈，不用说大家应该也都能想到。在 hex 数据包这里，我如果想发送这样一个数据包，就定义一个数组，填充数据，然后用上小节我们写过的 send array 一发就完事了，对吧？文本数据包这里也很简单，写一个字符串，然后调用 send string 一发送也完事了，对吧？所以说发送这个数据包是很简单的，因为发送过程是完全自主可控的，想发啥就发啥。我们写代码的时候也能感受到哈，串组发送比接收简单多了。
那接下来接收一个数据包，这就比较复杂了，我们来学习一下。我这里演示了固定包长 HEX 数据包的接收方法，和可变包长文本数据包的接收方法。其他的数据包也都可以套用这个形式。等会我们写程序就会根据这里面的流程来。
我们先看一下如何来接收这个固定包长的 Hive 数据包。首先根据之前的代码我们知道，每收到一个字节，程序都会进一遍中断。在中断函数里，我们可以拿到这一个字节。但拿到之后我们就得退出中断了，所以每拿到一个数据都是一个独立的过程。而对于数据包来说，很明显它具有前后关联性，包头之后是数据，数据之后是包尾。对于包头数据和包尾这三种状态，我们都需要有不同的处理逻辑，所以在程序中我们需要设计一个能记住不同状态的机制。在不同状态执行不同的操作，同时还要进行状态的合理转移哈。这种程序设计思维就叫做状态机。
在这里我们就使用状态机的方法来接受一个数据包。要想设计一个好的状态机程序，画一个这样的状态转移图是必要的哈。我们看一下。对于上面这样一个固定包长 Hive 数据包来说，我们可以定义三个状态。第一个状态是等待包头，第二个状态是接收数据，第三个状态是等待包尾。每个状态需要用一个变量来标志一下，比如我这里用变量 s 来标志。三个状态依次为 S 等于 0， S 等于 1， S 等于 2。这一点类似于置标志位哈，只不过标志位只有 0 和 1，而状态机是多标志位状态的一种方式哈。
然后执行流程是，最开始 S 等于 0，收到一个数据进中断，根据 S 等于 0 进入第一个状态的程序，判断数据是不是包头 FF， 如果是 FF， 则代表收到包头，之后置 S 等于 1，退出中断，结束。这样下次再进中断，根据 S 等于 1 就可以进行接收数据的程序了。在第一个状态如果收到的不是 FF， 就证明数据包没有对齐哈，我们应该等待数据包包头的出现。这时状态就仍然是 0，下次进中断就还是判断包头的逻辑，直到出现 FF， 才能转到下一个状态。
那之后出现了 FF， 我们就可以转移到接收数据的状态。这时再收到数据，我们就直接把它存在数组中。另外再用一个变量记录收了多少个数据，如果没收够 4 个数据，就一直是接收状态，如果收够了，就置 S 等于 2。下次进入段时就可以进入下一个状态了。
那最后一个状态就是等待包尾了。判断数据是不是 FE， 正常情况应该是 FE 啊，这样就可以置 S 等于 0，回到最初的状态，开始下一个轮回。当然也有可能这个数据不是 FE， 比如数据和包头重复导致包头位置判断错了，那这个包尾位置就有可能不是 F1。这时就可以进入重复等待包尾的状态，直到接收到真正的包尾。这样加入包尾的判断，更能预防因数据和包头重复造成的错误哈。
这就是使用状态机接收数据包的思路。这个状态机其实是一种很广泛的编程思路哈，在很多地方都可以用到。使用的基本步骤是，先根据项目要求定义状态，画几个圈哈。然后考虑好各个状态在什么情况下会进行转移，如何转移画好线和转移条件，最后根据这个图来进行编程，这样思维就会非常清晰了哈。比如你要做个菜单，就可以用到状态机的思维，按什么键切换什么菜单，执行什么样的程序。还一些芯片内部逻辑哈，也会用到状态机，比如芯片什么情况下进入待机状态，什么情况下进入工作状态，这也是状态机的应用哈，希望大家可以研究一下，对你的编程肯定会有帮助。
那接下来继续，我们来看一下这个可变包长文本数据包的接收流程，同样也是利用状态机，定义三个状态。第一个状态等待包头，判断收到的是不是我们规定的艾特符号。如果收到艾特，就进入接收状态。在这个状态下依次接收数据。同时这个状态还应该要兼具等待包尾的功能。因为这是可变包长，我们接收数据的时候也要时刻监视是不是收到包尾了，一旦收到包尾了就结束。那这里这个状态的逻辑就应该是，收到一个数据，判断是不是杠 r，如果不是则正常接收，如果是则不接收，同时跳到下一个状态，等待包尾杠 n，因为这里数据包有两个包尾，杠 r 杠 n， 所以需要第三个状态。如果只有一个包尾，那在出现包尾之后就可以直接回到初始状态了啊，只需要两个状态就行，因为接收数据和等待包尾需要在一个状态里同时进行啊。由于串口的包头包尾不会出现在数据中，所以基本不会出现数据错位的现象啊。这就是使用状态机接收文本数据包的方法。
