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1 串口使用的常用场景

使用串口的主要目的是实现数据的交互，数据的交互的方法脱身于常用的场景。这里描述一个比较典型的场景：

MCU作为主控制器通过串口和外部的设备或者人进行交互。对于单片机端的设备往往存在一系列的指令。对于控制一个电机而言，他可以具备如下的行为，停止、转动、速度设置、位置设置等等。进而，对于多个微控制器存在的系统而言，各个控制器间也需要进行一定的信息交互，比如，从机向主机定时的发送心跳包来告知主机我的工作状态良好等。因此，一套遵从统一规则的串口帧协议十分重要，可以较好对命令集合进行处理，同时，可以对常见的问题进行合理的调整。

2 字节帧处理

制定串口协议的方式有很多，这里说一下我处理字节帧的一点经验。
以做过的一个项目为例，具体的帧结构如下图所示：

• 数据帧头：AA 55
• ID编号为固定的 0x10
• CH: 输入 1 – 4 选通指定通道， 5：失能所有通道 6：使能所有通道
• NULL: 空字节 可填入任意值
• SUM: SUM = ID + CH + NULL + NULL + NULL + NULL + NULL + NULL + NULL + NULL + NULL + NULL + NULL + NULL + NULL + NULL + NULL + NULL + NULL + NULL

帧定义了帧头、数据、帧尾。这里使用的帧属于定长帧，定长帧的优势在于处理的方式较为简便。缺点也显而易见，对于数据位较少的帧，是一种时间上的浪费（问题不大）。
解帧思路：同时获取到两个帧头，获取ID，通过ID来判断数据的长度，进而获取完整数据，再者检查校验码。校验码正确则消费数据，否则丢弃。

好了，直接上代码(有优化的可以评论留言)：

#define FRAME_HEAD1         0xAA
#define FRAME_HEAD2         0x55
#define FRAME_DATA_LEN      20

/*
***********************************************************************************************
*	函 数 名: CheckSum
*	功能说明: 校验和判断
*	形    参：无
*	返 回 值: true :校验正确  false：校验失败
***********************************************************************************************
*/
static uint8_t CheckSum(uint8_t *pValueBuff, uint8_t u8BuffLen, uint8_t u8CheckNum)
{
    
    uint8_t u8Sum = 0;
    
    if (u8BuffLen > FRAME_DATA_LEN)
    {
    
        return FALSE;
    }
    
    for (uint8_t i = 0; i < u8BuffLen; i++)
    {
    
        u8Sum += *pValueBuff;
        pValueBuff++;
    }
    
    return u8CheckNum == u8Sum ? TRUE : FALSE;
}


/*
***********************************************************************************************
*	函 数 名: DealCmd
*	功能说明: 命令处理函数
*	形    参：数据帧
*	返 回 值: 无
***********************************************************************************************
*/
void DealCmd(uint8_t *pFrame)
{
    

    switch (*pFrame)
    {
    
        case EM_CYCLIC_ID:
        {
    
            DealCvFrame(pFrame);
        }
        break;  
        case EM_PULSE_ID:
        {
          
            DealDpvFrame(pFrame);
        }
        break;

        case EM_TEST_ID:
        {
          
            DealTestFrame(pFrame);
        }
        break; 
        default:
        {
    
            print(PERROR, " 无效ID\n ");
        }
        break;
    }
}


/*
***********************************************************************************************
*	函 数 名: GetConfigCmd
*	功能说明: 数据帧处理
*	形    参：无
*	返 回 值: 无
***********************************************************************************************
*/
void GetConfigCmd(void)
{
    
    uint8_t u8Temp = 0;
    static uint8_t u8index = 0;
    
    static uint8_t u8HeadFlag = 0;
    static uint8_t u8BuffTemp[FRAME_DATA_LEN + 1] = {
    0};
    
    
    while (comGetChar(CONNECT_COM, &u8Temp))
    {
    
        if (FRAME_HEAD1 == u8Temp  &&  FALSE == u8HeadFlag)
        {
    
            u8HeadFlag = 1;
        }
        
        if (FRAME_HEAD2 == u8Temp  &&  1 == u8HeadFlag)
        {
    
            u8HeadFlag = 2;
            continue;
        }

        if (2 == u8HeadFlag)
        {
    
            u8BuffTemp[u8index++] = u8Temp;
            if (u8index > FRAME_DATA_LEN)
            {
    
                if (CheckSum(u8BuffTemp, FRAME_DATA_LEN, u8BuffTemp[FRAME_DATA_LEN]))
                {
    
                    DealCmd(u8BuffTemp);    //消费数据    
                }
                u8HeadFlag = FALSE;
                u8index = 0;
                u8BuffTemp[0] = EM_MAX_ID;
                    
            }
        }
    }
}

这个实际上不是重点，下面来看看如何提取数据。
我们知道我们很大概率需要传送的数据有，（有无符号）整形，浮点型（往往更具精度乘一定倍数处理成整形）。那如何将这两种类型较好的处理呢。
这里我们用到了C种的结构体，我们知道结构体存在字节对齐的问题，但我们的数据是单字节对齐的，不存在空位的，因此需要使用如下命令告知编译器不适用默认的字节对齐规则，而是单字节对齐。
第二个问题是对于ARM而言，数据的存储方式是小端模式，但是我们的串口数据在接收后存在FIFO种是大端的模式，因此我们需要进行转换。

解决第一个问题：
#pragma pack(1) 中 1 代表单字节对齐。

#pragma pack(1)
typedef struct CV_DATA_FRAME
{
    
    uint8_t  Id;
    int16_t  InitE;
    int16_t  HighE;
    int16_t  LowE;
    uint8_t  InitPN;
    uint16_t ScanRate;
    uint32_t SweepSeg;
    uint8_t  SampleInt;
    uint32_t QuietTime;    
}stCvFrame;
#pragma pack()

解决第二个问题：

#define REVERSE_16(X)		((X & 0x00FFU) << 8 | (X & 0xFF00U) >> 8)

#define REVERSE_32(X)		((X & 0x000000FFU) << 24 | (X & 0x0000FF00U) << 8 | (X & 0x00FF0000U) >> 8 | (X & 0xFF000000U) >> 24)

OK， 到此为止一切解决。现在看一下提取数据：

/*
***********************************************************************************************
*	函 数 名: DealCvFrame
*	功能说明: 命令处理函数
*	形    参：数据帧
*	返 回 值: 无
***********************************************************************************************
*/
void DealCvFrame(uint8_t *pFrame)
{
    

    stCvFrame *p_stCvDataFrame;
    
    stCvFrame stCvDataTemp;

    p_stCvDataFrame = (stCvFrame *)pFrame;

    {
    
        stCvDataTemp.InitE        = REVERSE_16(p_stCvDataFrame->InitE);
        stCvDataTemp.HighE        = REVERSE_16(p_stCvDataFrame->HighE);
        stCvDataTemp.LowE         = REVERSE_16(p_stCvDataFrame->LowE);
        stCvDataTemp.InitPN       = p_stCvDataFrame->InitPN;
        stCvDataTemp.ScanRate     = REVERSE_16(p_stCvDataFrame->ScanRate);
        stCvDataTemp.SweepSeg     = REVERSE_32(p_stCvDataFrame->SweepSeg);
        stCvDataTemp.SampleInt    = p_stCvDataFrame->SampleInt;    
    }
    

    {
    
        stCvDataTemp.QuietTime = REVERSE_32(p_stCvDataFrame->QuietTime);
        stCvDataTemp.Id = p_stCvDataFrame->Id;
        
    }
}

总结

具体的实现都写在了正文中，同时如果你有好的建议欢迎留言交流，共同学习。