利用ESP32开发一种更智能的UART字节传输方式

我为何开发它(问题所在)

如果你曾经连接过两个微控制器——比如ESP32和STM32——你很可能使用过UART。通常，最简单的数据传输方式是通过来回发送纯文本字符串。

这种方法虽然可行，但容易出问题。当我编写裸机轮询循环(不使用中断或DMA)时，发现了一个严重的问题：如果接收端的微控制器正在执行其他任务而错过单个字节——即典型的缓冲区溢出错误——整个文本流就会发生偏移。

想象一下这样的场景：你的ESP32在发送温度和湿度数据。如果丢失了一个字节，接收端的字符串解析器就会混乱。它可能将一半的温度值和一半的湿度值读取为一个整数，从而将完全损坏的数据保存到变量中。

BAVA是什么(解决方案)

我希望有一种更安全的方式，在不依赖复杂库的情况下实现线路上的数据传输。于是，我开发了BAVA。它是一个轻量级的C语言库，直接位于标准UART之上，为通信添加结构化和安全性。

BAVA 不会发送文本，而是将你的变量打包成整洁的二进制帧。

[起始标记] -> [命令] -> [ID] -> [长度] -> [有效载荷] -> [CRC-16]

•起始标记(0xAA)：告诉接收方有新数据包到达。

•命令：告知接收方这是“写入”(保存这些数据)还是“读取”请求。

•ID：你特定变量的唯一十六进制标签。

•长度：有效载荷中确切包含的字节数。

•有效载荷：实际的原始二进制数据(你的结构体或变量)。

•CRC-16：一种数学校验和，用于验证是否有字节损坏或丢失。‘

1：定义数据与硬件设置

首先，ESP32 和 STM32 需要就数据格式达成一致。我们为遥测数据定义一个标准的 C 结构体。

接着，我们告诉 BAVA 如何与特定硬件通信。我们编写一个简单的发送回调函数，并将其传递给初始化函数。

2：注册变量(对象字典)

在此处，BAVA 取代了字符串解析。我们不再发送如“TEMP”这样的名称，而是将传感器结构体的内存地址映射到特定 ID(例如 0x01)。这一操作在两个微控制器上都执行。

3：数据传输(ESP32)

当ESP32想要发送新的传感器数据时，无需使用snprintf格式化字符串，只需更新本地的结构体，并告诉BAVA发送该特定ID即可。

BAVA会自动将结构体封装成[Start][Cmd][ID][Len][Data][CRC]帧，并通过UART线传输。为防止实际的传感器数据意外与起始标记匹配导致错误，BAVA会自动使用转义字节(0x07)安全地编码有效载荷。

4：无解析接收(STM32)

在STM32端，主轮询循环监控UART硬件。每当接收到一个字节，就会直接传入BAVA的非阻塞状态机中。

随着字节不断流入，状态机检查长度并计算CRC-16。如果硬件丢失了某个字节，CRC将失败，此时数据包会被安全忽略。

但如果数据包有效，BAVA会查找ID(0x01)，并将有效载荷直接写入STM32传感器结构体的指针位置。

整个过程无需字符串解析，我们只需检查变量是否已更新，若已更新，则可立即向ESP32发送确认(ACK)数据包。

通过将十六进制ID直接映射到内存指针，BAVA能够即时更新变量。它完全不使用动态内存(无malloc调用)，因此在裸机系统上具有高度的确定性。

本文编译自hackster.io