串口数据包收发

数据包

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

HEX数据包

思路：一个数据规定四个字节，以0xFF为包头，0xFE为包尾，当检测到0xFF时，接下来四个数据就是数据，接收到0xFE时，置一个接收完毕标志位。

 这样存在几个问题需要解决：

问题1：包头包尾和数据载荷重复的问题

解决方法：

一、限制载荷数据的范围，不超过包头包尾

二、严格限制数据包的长度

三、增加包头包尾的数量，且组合方式为载荷数据不会出现的情况

问题2：包头包尾并不是全都需要的，可以只要包头不要包尾（只能用于固定包长的情况）

问题3：各种数据转换为字节流的问题，这里的数据包都是一个个字节组成的，如果想发送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，因为他们内部也都是由一个个字节组成的，只需要用uint8_t的指针指向它，把它们当做一个字节数组发送就行了

文本数据包

两者优缺点 

HEX数据包：传输最直接，解析数据非常简单，比较适合一些模块发送原始的数据，比如一些使用串口通信的陀螺仪、温湿度传感器，缺点是灵活性不足、载荷容易和包头包尾重复；

文本数据包：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，缺点是解析效率低

数据包的发送

HEX数据包的发送：定义一个数组，填充数据，然后用Send函数一发即可

文本数据包的发送：定义一个字符串.......

数据包的接收

如何接收固定包长的HEX数据包

 在之前的代码中，串口每接收到一个数据，程序都会进入一个中断，在中断中获取到这一个字节，在这之后会退出中断，所以每拿到一个数据，都是一个独立的过程，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，对应包头，数据和包尾这三种状态，我们都需要有不同的处理逻辑，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，这种程序思维被称为“状态机”。

如图是状态转移图，我们设定三种状态——1、等待包头，2、接收数据，3、等待包尾

等待包头状态下，S=0，直到接收到0xFF时，把S置1，然后进入接收数据状态，再然后直到收集满4个数据，并把数据存储到数组中后，把S置2，然后进入等待包尾状态，直到接收到包尾0xFE后，把S置0，进入等待包头状态。

不固定包长的文本数据包接收

代码实操 

串口收发HEX数据包

发：

//发送数据包
void Serial_SendPacket(void)
{Serial_SendByte(0xFF);Serial_SendArray(Serial_TXPacket, 4);Serial_SendByte(0xFE);
}
#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "Serial.h"uint16_t Data;int main(void)
{OLED_Init();Serial_Init();Serial_TXPacket[0]=0x01;Serial_TXPacket[1]=0x02;Serial_TXPacket[2]=0x03;Serial_TXPacket[3]=0x04;Serial_SendPacket();while(1){}
}

收：

uint8_t Serial_RXFlag;
uint16_t Serial_TXPacket[4];
uint16_t Serial_RXPacket[4];//用于获取自建的标志位
uint8_t Serial_GetRXFlag(void)
{if (Serial_RXFlag == 1){//检测标志位位1后立马清零//以便下次获取串口接收值Serial_RXFlag = 0;return 1;}return 0;
}//中断函数
void USART1_IRQHandler(void)
{static uint8_t RXState = 0;static uint8_t pRXPacket = 0;if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) == SET){uint8_t RXData = USART_ReceiveData(USART1);if (RXState == 0){if (RXData == 0xFF){RXState = 1;//给接收数据的数组下标清零//在这清零能保证每次接收数据时下标正确pRXPacket = 0;}}else if (RXState == 1){//把接收到的数据存入数组中Serial_RXPacket[pRXPacket] = RXData;pRXPacket ++;if (pRXPacket >= 4){RXState = 2;}}else if (RXState == 2){if (RXData == 0xFE){RXState = 0;Serial_RXFlag = 1;}}USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);}
}

两个数组还要在.h文件中加上extern，以便在主函数中直接修改或者调用其值

 

即使载荷数据和包头包尾重复都没有影响

隐藏的问题

RXPacket是一个同时被写入又同时被读出的数组，在中断函数中，我们会依次写入它，在主函数中，我们又依次读出它，这会造成数据包之间的数据混在一起，比如读出的过程太慢了，可能会造成前面两个数据是新的，后面两个数据是之前的数据，即我们读出的数据可能一部分属于上一个数据包，解决办法：在接收部分加入判断，在每个数据包读取处理完毕后，再接收下一个数据包（线程安全），但其实这个问题也是相对实际情况而言的，可以不处理，也可能必须要处理。

再添加一个功能——按下按键TXPacket中的数据都+1，用于检测发出数据包程序是否正确运行

在主函数中修改即可，顺便优化代码

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "Serial.h"
#include "Key.h"uint16_t Data;int main(void)
{OLED_Init();Key_Init();Serial_Init();OLED_ShowString(1, 1, "TXPacket");OLED_ShowString(3, 1, "RXPacket");	Serial_TXPacket[0]=0x01;Serial_TXPacket[1]=0x02;Serial_TXPacket[2]=0x03;Serial_TXPacket[3]=0x04;Serial_SendPacket();while(1){if (Key_GetNum()==1){Serial_TXPacket[0]++;Serial_TXPacket[1]++;Serial_TXPacket[2]++;Serial_TXPacket[3]++;Serial_SendPacket();OLED_ShowHexNum(2, 1, Serial_TXPacket[0], 2);OLED_ShowHexNum(2, 4, Serial_TXPacket[1], 2);OLED_ShowHexNum(2, 7, Serial_TXPacket[2], 2);OLED_ShowHexNum(2, 10, Serial_TXPacket[3], 2);}if (Serial_GetRXFlag() == 1){OLED_ShowHexNum(4, 1, Serial_RXPacket[0], 2);OLED_ShowHexNum(4, 4, Serial_RXPacket[1], 2);OLED_ShowHexNum(4, 7, Serial_RXPacket[2], 2);OLED_ShowHexNum(4, 10, Serial_RXPacket[3], 2);}}
}

就可以实现按一下按钮，串口就输出一组数据包，且这组数据包每个数据逐渐递增

然后在发送区发送的数据在OLED中显示

串口收发文本数据包

接收数据包直接使用SendString即可，所以可以把TXPacket相关函数删去

然后修改一下中断函数的判断条件

 

//以下皆用于接收数据包
uint8_t Serial_RXFlag;
char Serial_RXPacket[100];
//用于获取自建的标志位
uint8_t Serial_GetRXFlag(void)
{if (Serial_RXFlag == 1){//检测标志位位1后立马清零//以便下次获取串口接收值Serial_RXFlag = 0;return 1;}return 0;
}//中断函数
void USART1_IRQHandler(void)
{static uint8_t RXState = 0;static uint8_t pRXPacket = 0;if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) == SET){char RXData = USART_ReceiveData(USART1);if (RXState == 0){if (RXData == '@'){RXState = 1;//给接收数据的数组下标清零//在这清零能保证每次接收数据时下标正确pRXPacket = 0;}}else if (RXState == 1){if (RXData == '\r'){RXState = 2;}else{//把接收到的数据存入数组中Serial_RXPacket[pRXPacket] = RXData;pRXPacket ++;}}else if (RXState == 2){if (RXData == '\n'){RXState = 0;//标志位'\0'标志着字符串的结束Serial_RXPacket[pRXPacket] = '\0';Serial_RXFlag = 1;}}USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);}
}

主函数中实验一下

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "Serial.h"
#include "LED.h"
#include <string.h>int main(void)
{OLED_Init();LED_Init();Serial_Init();OLED_ShowString(1, 1, "TXPacket");OLED_ShowString(3, 1, "RXPacket");	while(1){if (Serial_GetRXFlag() == 1){OLED_ShowString(4, 1, "                ");OLED_ShowString(4, 1, Serial_RXPacket);}}
}

接下来就应该实现通过串口输入文本来控制LED的亮灭，并通过OLED上有所反映

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "Serial.h"
#include "LED.h"
#include <string.h>int main(void)
{OLED_Init();LED_Init();Serial_Init();OLED_ShowString(1, 1, "TXPacket");OLED_ShowString(3, 1, "RXPacket");	while(1){if (Serial_GetRXFlag() == 1){OLED_ShowString(4, 1, "                ");OLED_ShowString(4, 1, Serial_RXPacket);if(strcmp(Serial_RXPacket, "LED_ON") == 0){LED_On();OLED_ShowString(2, 1, "                ");OLED_ShowString(2, 1, "LED_ON_OK");Serial_SendString("LED_ON_OK\r\n");}else if (strcmp(Serial_RXPacket, "LED_OFF") == 0){LED_Off();OLED_ShowString(2, 1, "                ");OLED_ShowString(2, 1, "LED_OFF_OK");Serial_SendString("LED_OFF_OK\r\n");}else{OLED_ShowString(2, 1, "                ");OLED_ShowString(2, 1, "Error");Serial_SendString("Error\r\n");}}}
}

这样就可以实现目标了

但是还会有个问题，如果连续发送数据包，程序处理不及时，可能会导致数据包错位，这时候我们就需要添加一个程序使其在上一个数据包未处理完成，就不接受新的数据包的功能。

只需把Serial_GetRXFlag(void)函数删去，在中断函数的第一个判断语句中修改为

    if (RXData == '@' && Serial_RXFlag == 0){RXState = 1;//给接收数据的数组下标清零//在这清零能保证每次接收数据时下标正确pRXPacket = 0;}

然后再在主函数if条件修改为

if (Serial_RXFlag == 1)

然后再在其最后添加

Serial_RXFlag = 0;

即可

或者可以再定义一个指令缓存区，把接收好的字符串放在这个指令缓存区里排队，这样处理起来更有条理

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