串口通讯协议设计

        串口是采用串行方式的通讯接口,串口中数据按位传送,最少只需一根传输线即可完成传输,这种特性决定了它的传输速率相对较慢且抗干扰能力较弱。

        在实际应用中, 数据频繁的在上位机和下位机之间传输,如何提高传输效率,快速识别数据,保证数据的正确性和协议的易用性,是协议设计时主要考虑的因素。

1.如何提高传输效率

    由于数据按位传输,在波特率一定的情况下,传输越少的数据耗时越少,因此可以通过减少每条数据的字节数来缩短发送和接收的时间从而提高传输效率,由于要减少数据长度,在协议灵活性上就睡有所损失。

2.如何快速识别协议数据

    使用特殊字符可以快速识别数据包的开始位置,这个特殊字符也叫做帧头或协议头。协议头以后的字节都是数据包的内容,根据协议的长度通常有以下三种方式来识别数据包结尾:

    a.固定协议,从接收到头后读取固定长度字节,字节数够了就认为数据包接收完了;

    b.变长协议,使用固定字符结尾即协议尾,当读取到这个结尾字符时即表示数据包接收完了;

    c.变长协议,在协议头后增加字节表示数据包长度,当接收满长度时即表示数据包接收完了;

不难发现,协议头和协议尾都是用来标识数据包的,应该使用不常出现的字符,当数据包中出现这种字符时应做响应的替换。

3.如何保证数据的正确性

        数据包按字节在串口中传输,遇信号干扰或是线路问题很容易造成丢失或数据错误,可在发送前对关键数据进行签名并将签名结果与数据一起传输,对方收到数据后按照相同的签名规则计算签名结果并与数据包中的签名比较,如果一致则说明数据是正确的,常见的签名方式有MD5/CRC等,在串口通讯中CRC16或CRC32或者数据异或的方式进行校验。

从协议的灵活性上来说,通常我们会选择使用变长协议,结合上面说到的几点,就可以设计出一个协议框架了:

协议框架

4.如何避免答非所问?

        上下位机的通讯通常都是以问答模式进行的,如下位机问上位机现在几点了?上位机会立即回复当前的时间,当出现通讯故障或是处理延时就会出现请求堆积,当多条回复数据到下位机时,如何才能识别正确的回复呢?是的,可以增加通讯序号,当请求方发送数据时在协议中增加通讯序号,处理方返回数据时将通讯序号原样返回,请求方对比接收到的数据,如果通讯序号与发送时一致,则说明收到了正确的回复。

协议框架

5.如何让协议更易用

        按照上面几点设计出来的协议具有很强的通用性,使用时真实的业务都放在数据部分,当需要使用数据的时候都需要在数据完整解析以后才能使用,这在数据处理上会造成一定的浪费,其实对于自定义的协议来说,可以将一些通用数据放到数据外层,比如命令号,设备类型等,这样在做数据路由处理的时候会更省时。

协议框架

    虽然这是串口通讯协议设计的一些事项,但其设计的原理同样适用与TCP通讯。

©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 211,743评论 6 492
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 90,296评论 3 385
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 157,285评论 0 348
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 56,485评论 1 283
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 65,581评论 6 386
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 49,821评论 1 290
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 38,960评论 3 408
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 37,719评论 0 266
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 44,186评论 1 303
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 36,516评论 2 327
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 38,650评论 1 340
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 34,329评论 4 330
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 39,936评论 3 313
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 30,757评论 0 21
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 31,991评论 1 266
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 46,370评论 2 360
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 43,527评论 2 349

推荐阅读更多精彩内容