自定义串口通信协议，如何实现？

[导读]有一些初学者总觉得通信协议是一个很复杂的知识，把它想的很高深，导致不知道该怎么学。

作者 | strongerHuang

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有一些初学者总觉得通信协议是一个很复杂的知识，把它想的很高深，导致不知道该怎么学。
同时，偶尔有读者问关于串口自定义通信协议相关的问题，今天就来写写串口通信协议，并不是你想想中的那么难？

1什么通信协议？

通信协议不难理解，就是两个（或多个）设备之间进行通信，必须要遵循的一种协议。
百度百科的解释：

通信协议是指双方实体完成通信或服务所必须遵循的规则和约定。通过通信信道和设备互连起来的多个不同地理位置的数据通信系统，要使其能协同工作实现信息交换和资源共享，它们之间必须具有共同的语言。交流什么、怎样交流及何时交流，都必须遵循某种互相都能接受的规则。这个规则就是通信协议。

相应该有很多读者都买过一些基于串口通信的模块，市面上很多基于串口通信的模块都是自定义通信协议，有的比较简单，有的相对复杂一点。
举一个很简单的串口通信协议的例子：比如只传输一个温度值，只有三个字节的通信协议：

帧头	温度值	帧尾
5A	一字节数值	3B

这种看起来是不是很简单？它也是一种通信协议。
只是说这种通信协议应用的场合相对比较简单（一对一两个设备之间），同时，它存在很多弊端。

2过于简单的通信协议引发的问题

上面那种只有三个字节的通信协议，相信大家都看明白了。虽然它也能通信，也能传输数据，但它存在一系列的问题。
比如：多个设备连接在一条总线（比如485）上，怎么判断传输给谁？（没有设备信息）
还比如：处于一个干扰环境，你能保障传输数据正确吗？（没有校验信息）
再比如：我想传输多个不确定长度的数据，该怎么办？（没有长度信息）。
上面这一系列问题，相信做过自定义通信的朋友都了解。
所以，在通信协议里面要约定更多的“协议信息”，这样才能保证通信的完整。

3通信协议常见内容

基于串口的通信协议通常不能太复杂，因为串口通信速率、抗干扰能力以及其他各方面原因，相对于TCP/IP这种通信协议，是一种很轻量级的通信协议。
所以，基于串口的通信，除了一些通用的通信协议（比如：Modubs、MAVLink）之外，很多时候，工程师都会根据自己项目情况，自定义通信协议。
下面简单描述下常见自定义通信协议的一些要点内容。

（这是一些常见的协议内容，可能不同情况，其协议内容不同）
1.帧头帧头，就是一帧通信数据的开头。有的通信协议帧头只有一个，有的有两个，比如：5A、A5作为帧头。

2.设备地址/类型设备地址或者设备类型，通常是用于多种设备之间，为了方便区分不同设备。

这种情况，需要在协议或者附录中要描述各种设备类型信息，方便开发者编码查询。
当然，有些固定的两种设备之间通信，可能没有这个选项。
3.命令/指令命令/指令比较常见，一般是不同的操作，用不同的命令来区分。

举例：温度：0x01；湿度：0x02；
4.命令类型/功能码这个选项对命令进一步补充。比如：读、写操作。

举例：读Flash：0x01；写Flash：0x02；
5.数据长度数据长度这个选项，可能有的协议会把该选项提到前面设备地址位置，把命令这些信息算在“长度”里面。
这个主要是方便协议（接收）解析的时候，统计接收数据长度。

比如：有时候传输一个有效数据，有时候要传输多个有效数据，甚至传输一个数组的数据。这个时候，传输的一帧数据就是不定长数据，就必须要有【数据长度】来约束。
有的长度是一个字节，其范围：0x01 ~ 0xFF，有的可能要求一次性传输更多，就用两个字节表示，其范围0x0001 ~ 0xFFFFF。
当然，有的通信长度是固定的长度（比如固定只传输、温度、湿度这两个数据），其协议可能没有这个选项。
6.数据数据就不用描述了，就是你传输的实实在在的数据，比如温度：25℃。
7.帧尾有些协议可能没有帧尾，这个应该是可有可无的一个选项。
8.校验码校验码是一个比较重要的内容，一般正规一点的通信协议都有这个选项，原因很简单，通信很容易受到干扰，或者其他原因，导致传输数据出错。
如果有校验码，就能比较有效避免数据传输出错的的情况。