串口中怎样接收一个完整数据包的解析

这里以串口作为传输媒介，介绍下怎样来发送接收一个完整的数据包。过程涉及到封包与解包。设计一个良好的包传输机制很有利于数据传输的稳定性以及正确性。串口只是一种传输媒介，这种包机制同时也可以用于SPI,I2C的总线下的数据传输。在单片机通信系统（多机通信以及PC与单片机通信）中，是很常见的问题。

一、根据帧头帧尾或者帧长检测一个数据帧

1、帧头+数据+校验+帧尾

这是一个典型的方案，但是对帧头与帧尾在设计的时候都要注意，也就是说帧头、帧尾不能在所传输的数据域中出现，一旦出现可能就被误判。如果用中断来接收的话，程序基本可以这么实现：

unsigned char recstatu;//表示是否处于一个正在接收数据包的状态

unsigned char ccnt;      //计数

unsigned char packerflag;//是否接收到一个完整的数据包标志

unsigned char rxbuf[100];//接收数据的缓冲区

void UartHandler()

{

       unsigned char tmpch;

       tmpch = UARTRBR;

       if(tmpch 是包头)                          //检测是否是包头

       {  

            recstatu = 1;

            ccnt   = 0 ;

            packerflag = 0;

            return ;

       }

       if(tmpch是包尾)                          //检测是否是包尾

       {

            recstatu = 0;

            packerflag = 1;                      //用于告知系统已经接收到一个完整的数据包

            return ;

       }

      if(recstatu ==1)                           //是否处于接收数据包状态

      {

            rxbuf[ccnt++] = tmpch; 

      }

}

上面也就是接收一个数据包，但是再次提醒，包头和包尾不能在数据域中出现，一旦出现将会出现误判。另外一个。数据的校验算法是很必要的，在数据传输中，由于受到干扰，很难免有时出现数据错误，加上校验码可在发现数据传输错误时，可以要求数据的另一方重新发送，或是进行简单的丢弃处理。校验算法不一定要很复杂，普通的加和，异或，以及循环冗余都是可以的。我上面的接收程序在接收数据时，已经将包头和包尾去掉，这些可以根据自己的需求加上，关键是要理解原理。

上述包协议出现了以下的几种变种：

1.1 帧头+数据长度+数据+校验值

1.2包长+校验值

上面两种其实都是知道了数据包的长度，然后根据接收字节的长度来判断一个完整的数据包。例如，定义一个数据包的长度为256字节，那我们就可以一直接收，直到接收到256个字节，就认为是一个数据包。但是，会不会存在问题呢？比如说从机向主机发送数据，发送了一半，掉电，重启，开机后继续发送，这很明显接收到的数据就不对了，所以此时很有必要定义一个超限时间，比如我们可以维护下面这样的一个结构体。

struct  uartrd{

char  rd[ 256];

unsigned int timeout;

}

成员变量rd用来存放接收到的数据字节；成员变量timeout用来维护超时值，这里主要讨论这个。这个数值怎么维护呢，可以用一个定时器来维护，以可以放在普通的滴答中断里面来维护，也可以根据系统运行一条指令的周期，在自己的循环中来维护，给其设置个初值，比如说100，当有第一个数据到来以后，timeout在指定的时间就会减少1，减少到0时，就认为超时，不论是否接收到足够的数据，都应该抛弃。

 

二、根据接收超时来判断一个数据包

2.1  数据+校验

核心思想是如果在达到一定的时间没有接受到数据，就认为数据包接收完成。modbus协议里就有通过时间间隔来判断帧结束的。具体实现是要使用一个定时器，在接收到第一个数据时候，开启定时器，在接收到一个数据时候，就将定时器清零，让定时器重新开始计时，如果设定的超时时间到（超时时间长度可以设置为5个正常接收的周期），则认为在这一段时间内没有接受到新的数据，就认为接收到一个完整的数据包了。流程大体如下图所示：

 

进行一个简单的小的总结，上述几种方法都还是较为常用的，在具体的实现上，可以根据具体的实际情况，设计出具体的通讯协议。数据校验位，有时候感觉不出来其重要性，但是一定要加上，对数据进行一个相关的验证还是必要的。现在很在MCU都带有FIFO，DMA等功能，所以有时候利用上这些特性，可以设计出更好的通讯方式。有的人问在接受串口数据时候是应该中断一次接收一个，还是进入中断后接收一段数据呢，我认为应该中断接收一个，因为CPU是很快的，至少对于串口是这样，在接受每个数据的间隔期间，处理器还是可以做些其他工作的。这是在裸机下的模型。在多线程中，那就可以直接建立一个数据接收线程。

1、根据帧头帧尾检测一个数据帧

1）.帧头+数据+校验+帧尾

这是一个典型的数据接收方案，但是需要注意帧头帧尾的设计，意思是帧头帧尾不能出现与传输的数据内容相同，一旦出现可能会被误判。以下为中断接收的基本程序：

[cpp] view plain copy

1. unsigned char flagpacker;   //全局变量    是否完整接收一个数据包  
2. unsigned char Rxpacker[255];    //全局变量    完整数据包  
3. #pragma vector = URX0_VECTOR  
4. __interrupt void UART0_ISR(void)   
5. {   
6.   unsigned char RxBuf;                                             //临时接收  
7.   static unsigned char RxData[255]//接收数据缓存区  
8.   static unsigned char count;                                     //串口接收数据长度  
9.   static unsigned char rec;  //  判断是否正在接收数据  
10.   URX0IF = 0;       // 清中断标志  
11.         
12.   RxBuf = U0DBUF;   
13.   if(RxBuf == (自定义帧头))  
14.   {  
15.     rec= 1；  
16.     count = 0;  
17.     flagpacker = 0;  
18.     return ;  
19.   }  
20.   if(RxBuf  == (自定义帧尾))  
21.   {  
22.     rec= 0；  
23.     //此处可以添加校验码  
24.     for(unsigned char i = 0 ; i <count; i +      +)  
25.     {  
26.       Rxpacker[i] =RxData[i];  
27.     }  
28.     flagpacker = 1;//告诉系统已接收一个完整的数据包   
29.     return ;  
30.   }  
31.   if(rec)                                              //判断是否处于接收状态  
32.   {  
33.     RxData[count++] = RxBuf;  
34.   }  
35. }  

2、根据帧头数据长度检测一个数据帧
1）.帧头+数据长度+数据+校验
这也是一个典型的数据接收方案，但是需要注意帧头的设计，意思是帧头不能出现与传输的数据内容相同，一旦出现可能会被误判。以下为中断接收的基本程序：

[cpp] view plain copy

1. unsigned char flagpacker;   //全局变量    是否完整接收一个数据包  
2. unsigned char Rxpacker[255];   //全局变量    完整数据包  
3. #pragma vector = URX0_VECTOR  
4. __interrupt void UART0_ISR(void)   
5. {   
6.   unsigned char RxBuf;                                             //临时接收  
7.   static unsigned char len; //判断有效数据长度  
8.   static unsigned char RxData[255]//接收数据缓存区  
9.   static unsigned char count;                                     //串口接收数据长度  
10.   static unsigned char rec;   // 判断是否正在接收数据  
11.   URX0IF = 0;       // 清中断标志  
12.   RxBuf = U0DBUF;   
13.   if(RxBuf == (自定义帧头))  
14.   {  
15.     rec = 1；  
16.     count = 0;  
17.     flagpacker = 0;  
18.     return ;  
19.   }  
20.   if(rec)  
21.   {  
22.     RxData[count++] = RxBuf ;  
23.     len = RxData[0] + 1; //判断数据长度 如果包含数据长度位就不用加1 否者需要加1  
24.     if(len == count)  
25.     {  
26.       //此处可以添加校验码  
27.       for(unsigned char i = 0 ; i < count; i ++)  
28.       {  
29.         Rxpacker[i] = RxData[i];  
30.       }  
31.       rec = 0;  
32.       flagpacker = 1;   
33.     }  
34.   }  
35. }