設計封裝串口數(shù)據(jù)通信論文
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1協(xié)議的設計
1.1數(shù)據(jù)報格式
數(shù)據(jù)報分為報文頭部和數(shù)據(jù)部兩部分，其格式如圖2所示。報文頭部由6字節(jié)組成，第1、2字節(jié)AB表示報文長度，即報文頭部長度加上數(shù)據(jù)部長度；第3、4字節(jié)CD表示整個報文的校驗和；第5、6字節(jié)XX表示應答ACK；第7、8字節(jié)GH表示報文序號。數(shù)據(jù)報長度AB范圍為0~65535，所以一個報文最大為8KB。數(shù)據(jù)部長度等于報文長度（AB）減去報文頭長度（8B）。2.2數(shù)據(jù)處理與報文處理數(shù)據(jù)處理包括分割上層應用提供的數(shù)據(jù)，以及從報文還原拼接數(shù)據(jù)；報文處理包括格式化報文以提供給串口發(fā)送以及從串口讀取報文、校驗報文、提取數(shù)據(jù)。
1.2.1數(shù)據(jù)分割
協(xié)議從應用程序接口獲取應用程序提供的數(shù)據(jù)并以流式數(shù)據(jù)寫入發(fā)送方數(shù)據(jù)緩沖區(qū)；然后以事先設定的數(shù)據(jù)分割長度取數(shù)據(jù)，長度不足的部分則全部取出，取數(shù)據(jù)指針移動相應距離。
1.2.2報文組裝
報文的組裝過程如下：
（1）計算取出數(shù)據(jù)的長度，填入報文第1、2字節(jié)；
（2）報文第3~6字節(jié)全部置0；
（3）計算報文序號GH；
（4）計算校驗和，從第1字節(jié)開始，每兩個字節(jié)為一個單元進行分割，末尾不足兩字節(jié)則在其后補0，再將這些單元進行二進制反碼求和，結果存在檢驗和字段中第3、4字節(jié)；
（5）將取出的數(shù)據(jù)接在報文頭部后面，將整個報文寫入報文緩沖區(qū)。
1.2.3報文拆分
報文拆分的具體步驟如下：
（1）從報文緩沖區(qū)按報文長度獲取報文數(shù)據(jù)；
（2）計算校驗和，方法同報文組裝里的計算方法：如果校驗和不為0xFFFF，則傳輸過程中發(fā)生差錯，丟棄此報文；如果校驗和為0xFFFF，取出報文長度及報文序號，計算數(shù)據(jù)部長度，取出數(shù)據(jù)。
1.2.4數(shù)據(jù)拼接
將從報文取出的數(shù)據(jù)填入接收方數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，寫數(shù)據(jù)指針移動相應距離；接收完最后一個數(shù)據(jù)后，協(xié)議將數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)提供給上層應用程序，寫數(shù)據(jù)指針恢復初始值。
1.3數(shù)據(jù)報傳輸過程
數(shù)據(jù)報傳輸情況分為考慮定時器超時和不考慮定時器超時兩種，定時器超時處理應屬于中斷調(diào)用。
1.3.1傳輸過程數(shù)據(jù)報傳輸過程如下：
（1）在進行數(shù)據(jù)報傳輸前，發(fā)送方將數(shù)據(jù)分割并裝進報文，ACK置為0x0000，計算報文序號，再將報文送入報文緩沖區(qū)。
（2）開始發(fā)送時，串口按已經(jīng)設定的工作方式和波特率工作，從報文緩沖區(qū)獲取報文數(shù)據(jù)并發(fā)送。
（3）發(fā)送方發(fā)送完畢一個數(shù)據(jù)報后，停止發(fā)送，啟動定時器計時，準備接收響應。
（4）接收方串口接收數(shù)據(jù)并填入報文緩沖區(qū)。
（5）接收方從報文緩沖區(qū)獲取報文數(shù)據(jù)，進行校驗：
①若接收方校驗結果為正確，則取出數(shù)據(jù)；若接收的ACK=0x0011并且收到的序號等于前面一個報文的序號，則將數(shù)據(jù)覆蓋到前一塊數(shù)據(jù)，否則將數(shù)據(jù)填入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)；記錄報文序號，發(fā)送數(shù)據(jù)部為空、ACK=0x1111的報文。
②若接收方校驗結果為錯誤，則丟棄數(shù)據(jù)報，發(fā)送數(shù)據(jù)部為空、ACK=0x1110的報文，通知發(fā)送方重發(fā)。
（6）接收方每次處理完數(shù)據(jù)報均初始化并啟動定時器計時，剛收到數(shù)據(jù)報時關閉定時器。
（7）發(fā)送方收到響應報文，校驗通過則關閉定時器，獲取ACK，若ACK=0x1111，則發(fā)送下一個數(shù)據(jù)報；若ACK=0x1110，則重發(fā)當前數(shù)據(jù)報（ACK置0x0011）。如果校驗不通過就丟棄此數(shù)據(jù)報，仍保持定時器計時。
（8）雙方重復以上步驟直到最后一個報文發(fā)送完畢。
（9）發(fā)送方發(fā)送最后一個報文完成后，發(fā)送數(shù)據(jù)部為空、ACK=0x0001的報文提示數(shù)據(jù)傳輸完畢，若此報文發(fā)送后收到重傳響應，則重發(fā)此數(shù)據(jù)報（ACK仍置0x0001）。
1.3.2定時器超時處理
若發(fā)送方定時器達到發(fā)送方超時等待時間仍未收到響應報文，則重傳當前數(shù)據(jù)報（ACK置0x0011），連續(xù)超時三次還沒收到應答則停止發(fā)送數(shù)據(jù)報，清空報文緩沖區(qū)和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，并向應用程序返回通信失敗。若接收方定時器達到接收方超時等待時間仍未收到報文，清空報文緩沖區(qū)和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，關閉定時器，并向上層應用程序返回通信失敗。
2結論
本文所設計的協(xié)議封裝串口通信是為了更方便和安全地傳送數(shù)據(jù)，從上文可以看到，在發(fā)送大數(shù)據(jù)報時，串口的速度其實不高，而本協(xié)議若需控制在毫秒級的處理，所發(fā)數(shù)據(jù)不能超過1192B。報文長度字節(jié)AB范圍為0~65535，故每個報文大小為8B~8KB，數(shù)據(jù)部大小為0~8184B，所以數(shù)據(jù)分割范圍為0~8184B。故本協(xié)議更適用于小數(shù)據(jù)量傳送，比如在信號采集后的數(shù)據(jù)傳送等，傳輸一個雙精度浮點數(shù)需要14ms左右。
作者：曾維 羅粟 黃宏 徐驥 賴鎮(zhèn)森 單位：成都理工大學信息科學與技術學院
