有一些初學(xué)者總覺得通信協(xié)議是一個很復(fù)雜的知識，把它想的很高深，導(dǎo)致不知道該怎么學(xué)。 同時，偶爾有讀者問關(guān)于串口自定義通信協(xié)議相關(guān)的問題，今天就來寫寫串口通信協(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（或多個）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)議是指雙方實體完成通信或服務(wù)所必須遵循的規(guī)則和約定。通過通信信道和設(shè)備互連起來的多個不同地理位置的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，要使其能協(xié)同工作實現(xiàn)信息交換和資源共享，它們之間必須具有共同的語言。交流什么、怎樣交流及何時交流，都必須遵循某種互相都能接受的規(guī)則。這個規(guī)則就是通信協(xié)議。

相應(yīng)該有很多讀者都買過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，有的比較簡單，有的相對復(fù)雜一點。 舉一個很簡單的串口通信協(xié)議的例子：比如只傳輸一個溫度值，只有三個字節(jié)的通信協(xié)議：

幀頭溫度值幀尾

5A一字節(jié)數(shù)值3B

這種看起來是不是很簡單？它也是一種通信協(xié)議。 只是說這種通信協(xié)議應(yīng)用的場合相對比較簡單（一對一兩個設(shè)備之間），同時，它存在很多弊端。

2過于簡單的通信協(xié)議引發(fā)的問題

上面那種只有三個字節(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題。

比如：多個設(shè)備連接在一條總線（比如485）上，怎么判斷傳輸給誰？（沒有設(shè)備信息） 還比如：處于一個干擾環(huán)境，你能保障傳輸數(shù)據(jù)正確嗎？（沒有校驗信息） 再比如：我想傳輸多個不確定長度的數(shù)據(jù)，該怎么辦？（沒有長度信息）。

上面這一系列問題，相信做過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)議常見內(nèi)容

基于串口的通信協(xié)議通常不能太復(fù)雜，因為串口通信速率、抗干擾能力以及其他各方面原因，相對于TCP/IP這種通信協(xié)議，是一種很輕量級的通信協(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，很多時候，工程師都會根據(jù)自己項目情況，自定義通信協(xié)議。

下面簡單描述下常見自定義通信協(xié)議的一些要點內(nèi)容。

（這是一些常見的協(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)的開頭。 有的通信協(xié)議幀頭只有一個，有的有兩個，比如：5A、A5作為幀頭。

2.設(shè)備地址/類型設(shè)備地址或者設(shè)備類型，通常是用于多種設(shè)備之間，為了方便區(qū)分不同設(shè)備。

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，可能沒有這個選項。 3.命令/指令命令/指令比較常見，一般是不同的操作，用不同的命令來區(qū)分。

舉例：溫度：0x01；濕度：0x02； 4.命令類型/功能碼這個選項對命令進(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)長度數(shù)據(jù)長度這個選項，可能有的協(xié)議會把該選項提到前面設(shè)備地址位置，把命令這些信息算在“長度”里面。 這個主要是方便協(xié)議（接收）解析的時候，統(tǒng)計接收數(shù)據(jù)長度。

比如：有時候傳輸一個有效數(shù)據(jù)，有時候要傳輸多個有效數(shù)據(jù)，甚至傳輸一個數(shù)組的數(shù)據(jù)。這個時候，傳輸?shù)囊粠瑪?shù)據(jù)就是不定長數(shù)據(jù)，就必須要有【數(shù)據(jù)長度】來約束。 有的長度是一個字節(jié)，其范圍：0x01 ~ 0xFF，有的可能要求一次性傳輸更多，就用兩個字節(jié)表示，其范圍0x0001 ~ 0xFFFFF。

當(dāng)然，有的通信長度是固定的長度（比如固定只傳輸、溫度、濕度這兩個數(shù)據(jù)），其協(xié)議可能沒有這個選項。 6.數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)就不用描述了，就是你傳輸?shù)膶崒嵲谠诘臄?shù)據(jù)，比如溫度：25℃。 7.幀尾有些協(xié)議可能沒有幀尾，這個應(yīng)該是可有可無的一個選項。

8.校驗碼校驗碼是一個比較重要的內(nèi)容，一般正規(guī)一點的通信協(xié)議都有這個選項，原因很簡單，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。 如果有校驗碼，就能比較有效避免數(shù)據(jù)傳輸出錯的的情況。

校驗碼的方式有很多，校驗和、CRC校驗算是比較常見的，用于自定義協(xié)議中的校驗方式。 還有一點，有的協(xié)議可能把校驗碼放在倒數(shù)第二，幀尾放在最后位置。

4通信協(xié)議代碼實現(xiàn)

自定義通信協(xié)議，代碼實現(xiàn)的方式有很多種，怎么說呢，“條條大路通羅馬”你只需要按照你協(xié)議要寫實現(xiàn)代碼就行。 當(dāng)然，實現(xiàn)的同時，需要考慮你項目實際情況，比如通信數(shù)據(jù)比較多，要用消息隊列（FIFO），還比如，如果協(xié)議復(fù)雜，最好封裝結(jié)構(gòu)體等。 下面分享一些以前用到的代碼，可能沒有描述更多細(xì)節(jié)，但一些思想可以借鑒。

1.消息數(shù)據(jù)發(fā)送a.通過串口直接發(fā)送每一個字節(jié)這種對于新手來說都能理解，這里分享一個之前DGUS串口屏的例子：

#define DGUS_FRAME_HEAD1 0xA5 //DGUS屏幀頭1#define DGUS_FRAME_HEAD2 0x5A //DGUS屏幀頭2 #define DGUS_CMD_W_REG 0x80 //DGUS寫寄存器指令#define DGUS_CMD_R_REG 0x81 //DGUS讀寄存器指令#define DGUS_CMD_W_DATA 0x82 //DGUS寫數(shù)據(jù)指令#define DGUS_CMD_R_DATA 0x83 //DGUS讀數(shù)據(jù)指令#define DGUS_CMD_W_CURVE 0x85 //DGUS寫曲線指令 /* DGUS寄存器地址 */#define DGUS_REG_VERSION 0x00 //DGUS版本#define DGUS_REG_LED_NOW 0x01 //LED背光亮度#define DGUS_REG_BZ_TIME 0x02 //

蜂鳴器時長#define DGUS_REG_PIC_ID 0x03 //顯示頁面ID#define DGUS_REG_TP_FLAG 0x05 //觸摸坐標(biāo)更新標(biāo)志#define DGUS_REG_TP_STATUS 0x06 //坐標(biāo)狀態(tài)#define DGUS_REG_TP_POSITION 0x07 //坐標(biāo)位置#define DGUS_REG_TPC_ENABLE 0x0B //觸控使能#define DGUS_REG_RTC_NOW 0x20 //當(dāng)前RTCS //往DGDS屏指定寄存器寫一字節(jié)數(shù)據(jù)void DGUS_REG_WriteWord（uint8_t RegAddr， uint16_t Data）{ DGUS_SendByte（DGUS_FRAME_HEAD1）; DGUS_SendByte（DGUS_FRAME_HEAD2）;

DGUS_SendByte（0x04）; DGUS_SendByte（DGUS_CMD_W_REG）; //指令 DGUS_SendByte（RegAddr）; //地址 DGUS_SendByte（（uint8_t）（Data》》8））; //數(shù)據(jù) DGUS_SendByte（（uint8_t）（Data&0xFF））;} //往DGDS屏指定地址寫一字節(jié)數(shù)據(jù)void DGUS_DATA_WriteWord（uint16_t DataAddr， uint16_t Data）{ DGUS_SendByte（DGUS_FRAME_HEAD1）; DGUS_SendByte（DGUS_FRAME_HEAD2）; DGUS_SendByte（0x05）; DGUS_SendByte（DGUS_CMD_W_DATA）; //指令 DGUS_SendByte（（uint8_t）（DataAddr》》8））;

//地址 DGUS_SendByte（（uint8_t）（DataAddr&0xFF））; DGUS_SendByte（（uint8_t）（Data》》8））; //數(shù)據(jù) DGUS_SendByte（（uint8_t）（Data&0xFF））;} b.通過消息隊列發(fā)送在上面基礎(chǔ)上，用一個buf裝下消息，然后“打包”到消息隊列，通過消息隊列的方式（FIFO）發(fā)送出去。

static uint8_t sDGUS_SendBuf［DGUS_PACKAGE_LEN］; //往DGDS屏指定寄存器寫一字節(jié)數(shù)據(jù)void DGUS_REG_WriteWord（uint8_t RegAddr， uint16_t Data）{ sDGUS_SendBuf［0］ = DGUS_FRAME_HEAD1; //幀頭 sDGUS_SendBuf［1］ = DGUS_FRAME_HEAD2; sDGUS_SendBuf［2］ = 0x06; //長度 sDGUS_SendBuf［3］ = DGUS_CMD_W_CTRL;

//指令 sDGUS_SendBuf［4］ = RegAddr; //地址 sDGUS_SendBuf［5］ = （uint8_t）（Data》》8）; //數(shù)據(jù) sDGUS_SendBuf［6］ = （uint8_t）（Data&0xFF）; DGUS_CRC16（&sDGUS_SendBuf［3］， sDGUS_SendBuf［2］ - 2， &sDGUS_CRC_H， &sDGUS_CRC_L）; sDGUS_SendBuf［7］ = sDGUS_CRC_H;

//校驗 sDGUS_SendBuf［8］ = sDGUS_CRC_L; DGUSSend_Packet_ToQueue（sDGUS_SendBuf， sDGUS_SendBuf［2］ + 3）;} //往DGDS屏指定地址寫一字節(jié)數(shù)據(jù)void DGUS_DATA_WriteWord（uint16_t DataAddr， uint16_t Data）{ sDGUS_SendBuf［0］ = DGUS_FRAME_HEAD1;

//幀頭 sDGUS_SendBuf［1］ = DGUS_FRAME_HEAD2; sDGUS_SendBuf［2］ = 0x07; //長度 sDGUS_SendBuf［3］ = DGUS_CMD_W_DATA; //指令 sDGUS_SendBuf［4］ = （uint8_t）（DataAddr》》8）; //地址 sDGUS_SendBuf［5］ = （uint8_t）（DataAddr&0xFF）; sDGUS_SendBuf［6］ = （uint8_t）（Data》》8）; //數(shù)據(jù) sDGUS_SendBuf［7］ = （uint8_t）（Data&0xFF）; DGUS_CRC16（&sDGUS_SendBuf［3］， sDGUS_SendBuf［2］ - 2， &sDGUS_CRC_H， &sDGUS_CRC_L）; sDGUS_SendBuf［8］ = sDGUS_CRC_H; //校驗 sDGUS_SendBuf［9］ = sDGUS_CRC_L;

DGUSSend_Packet_ToQueue（sDGUS_SendBuf， sDGUS_SendBuf［2］ + 3）;} c.用“結(jié)構(gòu)體”代替“數(shù)組SendBuf”方式結(jié)構(gòu)體對數(shù)組更方便引用，也方便管理，所以，結(jié)構(gòu)體方式相比數(shù)組buf更高級，也更實用。（當(dāng)然，如果成員比較多，如果用臨時變量方式也會導(dǎo)致占用過多堆棧的情況） 比如：

typedef struct{ uint8_t Head1; //幀頭1 uint8_t Head2; //幀頭2 uint8_t Len; //長度 uint8_t Cmd; //命令 uint8_t Data［DGUS_DATA_LEN］; //數(shù)據(jù) uint16_t CRC16; //CRC校驗}DGUS_PACKAGE_TypeDef; d.其他更多串口發(fā)送數(shù)據(jù)的方式有很多，比如用DMA的方式替代消息隊列的方式。

2.消息數(shù)據(jù)接收串口消息接收，通常串口中斷接收的方式居多，當(dāng)然，也有很少情況用輪詢的方式接收數(shù)據(jù)。 a.常規(guī)中斷接收還是以DGUS串口屏為例，描述一種簡單又常見的中斷接收方式：

void DGUS_ISRHandler（uint8_t Data）{ static uint8_t sDgus_RxNum = 0; //數(shù)量 static uint8_t sDgus_RxBuf［DGUS_PACKAGE_LEN］; static portBASE_TYPE xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE; sDgus_RxBuf［gDGUS_RxCnt］ = Data; gDGUS_RxCnt++; /* 判斷幀頭 */ if（sDgus_RxBuf［0］ ！= DGUS_FRAME_HEAD1） //接收到幀頭1

{ gDGUS_RxCnt = 0; return; } if（（2 == gDGUS_RxCnt） && （sDgus_RxBuf［1］ ！= DGUS_FRAME_HEAD2）） { gDGUS_RxCnt = 0; return; } /* 確定一幀數(shù)據(jù)長度 */ if（gDGUS_RxCnt == 3） { sDgus_RxNum = sDgus_RxBuf［2］ + 3; } /* 接收完一幀數(shù)據(jù) */ if（（6 《= gDGUS_RxCnt） && （sDgus_RxNum 《= gDGUS_RxCnt）） { gDGUS_RxCnt = 0; if（xDGUSRcvQueue ！= NULL） //解析成功， 加入隊列 { xQueueSendFromISR（xDGUSRcvQueue， &sDgus_RxBuf［0］， &xHigherPriorityTaskWoken）; portEND_SWITCHING_ISR（xHigherPriorityTaskWoken）; } }}

b.增加超時檢測

接收數(shù)據(jù)有可能存在接收了一半，中斷因為某種原因中斷了，這時候，超時檢測也很有必要。

比如：用多余的MCU定時器做一個超時計數(shù)的處理，接收到一個數(shù)據(jù)，開始計時，超過1ms沒有接收到下一個數(shù)據(jù)，就丟掉這一包（前面接收的）數(shù)據(jù)。

static void DGUS_TimingAndUpdate（uint16_t Nms）{ sDGUSTiming_Nms_Num = Nms; TIM_SetCounter（DGUS_TIM， 0）; //設(shè)置計數(shù)值為0 TIM_Cmd（DGUS_TIM， ENABLE）; //啟動定時器} void DGUS_COM_IRQHandler（void）{ if（（DGUS_COM-》SR & USART_FLAG_RXNE） == USART_FLAG_RXNE） { DGUS_TimingAndUpdate（5）; //更新定時（防止超時） DGUS_ISRHandler（（uint8_t）USART_ReceiveData（DGUS_COM））; }}

c.更多

接收和發(fā)送一樣，實現(xiàn)方法有很多種，比如接收同樣也可以用結(jié)構(gòu)體方式。但有一點，都需要結(jié)合你實際需求來編碼。

5最后

以上自定義協(xié)議內(nèi)容僅供參考，最終用哪些、占用幾個字節(jié)都與你實際需求有關(guān)。 基于串口的自定義通信協(xié)議，有千差萬別，比如：MCU處理能力、設(shè)備多少、通信內(nèi)容等都與你自定義協(xié)議有關(guān)。 有的可能只需要很簡單的通信協(xié)議就能滿足要求。有的可能需要更復(fù)雜的協(xié)議才能滿足。

最后強(qiáng)調(diào)兩點：1.以上舉例并不是完整的代碼（有些細(xì)節(jié)沒有描述出來），主要是供大家學(xué)習(xí)這種編程思想，或者實現(xiàn)方式。 2.一份好的通信協(xié)議代碼，必定有一定容錯處理，比如：發(fā)送完成檢測、接收超時檢測、數(shù)據(jù)出錯檢測等等。所以說，以上代碼并不是完整的代碼。

編輯：jq