《嵌入式通讯协议栈实战》 3 通讯帧设计

Lumos1862026-08-07 10:06

第 3 篇：UART 协议设计------定义你自己的通讯协议

1. 帧格式设计

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┌──────┬──────┬──────┬──────┬──────┬──────┬──────┐
│ 帧头  │ 地址 │ 命令  │ 长度  │ 数据  │ CRC16 │ 帧尾  │
│ 2字节 │ 1字节│ 1字节 │ 1字节 │ N字节 │ 2字节 │ 1字节 │
│ 0xA5 │      │      │      │      │       │ 0x5A │
│ 0x5A │      │      │      │      │       │       │
└──────┴──────┴──────┴──────┴──────┴──────┴──────┘

2. 转义机制（SLIP 协议）

如果数据中恰好出现了 0xA5 或 0x5A，需要转义：

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#define FRAME_START  0xA5
#define FRAME_END    0x5A
#define ESCAPE_CHAR  0x7D

void slip_encode(uint8_t *in, int len, uint8_t *out, int *out_len) {
    for (int i = 0; i < len; i++) {
        if (in[i] == FRAME_START || in[i] == FRAME_END || in[i] == ESCAPE_CHAR) {
            out[(*out_len)++] = ESCAPE_CHAR;
        }
        out[(*out_len)++] = in[i];
    }
}

3. CRC16 校验

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uint16_t crc16_modbus(const uint8_t *data, int len) {
    uint16_t crc = 0xFFFF;
    for (int i = 0; i < len; i++) {
        crc ^= data[i];
        for (int j = 0; j < 8; j++) {
            if (crc & 1) crc = (crc >> 1) ^ 0xA001;
            else         crc >>= 1;
        }
    }
    return crc;
}

4. 逐字节解析状态机

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typedef enum { STATE_IDLE, STATE_HEAD1, STATE_HEAD2, STATE_ADDR,
               STATE_CMD, STATE_LEN, STATE_DATA, STATE_CRC1,
               STATE_CRC2, STATE_TAIL } proto_state_t;

void proto_parse_byte(proto_state_t *s, uint8_t byte) {
    switch (*s) {
        case STATE_IDLE:
            if (byte == 0xA5) *s = STATE_HEAD2; break;
        case STATE_HEAD2:
            *s = (byte == 0x5A) ? STATE_ADDR : STATE_IDLE; break;
        case STATE_ADDR:  frame.addr = byte; *s = STATE_CMD; break;
        // ... 依此类推
    }
}

状态机逐字节解析，不依赖于 DMA 缓冲区的起始位置------即使帧丢失也能自动恢复同步。

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