如何实现自定义串口通信协议？
时间：2021-08-19 16:23:55
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[导读]关注「嵌入式大杂烩」，选择「星标公众号」一起进步！来源：strongerHuang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...
关注「嵌入式大杂烩」，选择「星标公众号」一起进步！
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？
百度百科的解释：
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：
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。
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。
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。
校验码的方式有很多，校验和、CRC校验算是比较常见的，用于自定义协议中的校验方式。
还有一点，有的协议可能把校验码放在倒数第二，帧尾放在最后位置。
当然，实现的同时，需要考虑你项目实际情况，比如通信数据比较多，要用消息队列（FIFO），还比如，如果协议复杂，最好封装结构体等。
下面分享一些以前用到的代码，可能没有描述更多细节，但一些思想可以借鉴。
1.消息数据发送a.通过串口直接发送每一个字节这种对于新手来说都能理解，这里分享一个之前DGUS串口屏的例子：
来源：strongerHuang
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。
校验码的方式有很多，校验和、CRC校验算是比较常见的，用于自定义协议中的校验方式。
还有一点，有的协议可能把校验码放在倒数第二，帧尾放在最后位置。
4通信协议代码实现
自定义通信协议，代码实现的方式有很多种，怎么说呢，“条条大路通罗马”你只需要按照你协议要写实现代码就行。当然，实现的同时，需要考虑你项目实际情况，比如通信数据比较多，要用消息队列（FIFO），还比如，如果协议复杂，最好封装结构体等。
下面分享一些以前用到的代码，可能没有描述更多细节，但一些思想可以借鉴。
1.消息数据发送a.通过串口直接发送每一个字节这种对于新手来说都能理解，这里分享一个之前DGUS串口屏的例子：
#define DGUS_FRAME_HEAD1 0xA5 //DGUS屏帧头1#define DGUS_FRAME_HEAD2 0x5A //DGUS屏帧头2
#define DGUS_CMD_W_REG 0x80 //DGUS写寄存器指令#define DGUS_CMD_R_REG 0x81 //DGUS读寄存器指令#define DGUS_CMD_W_DATA 0x82 //DGUS写数据指令#define DGUS_CMD_R_DATA 0x83 //DGUS读数据指令#define DGUS_CMD_W_CURVE 0x85 //DGUS写曲线指令
/* DGUS寄存器地址 */#define DGUS_REG_VERSION 0x00 //DGUS版本#define DGUS_REG_LED_NOW 0x01 //LED背光亮度#define DGUS_REG_BZ_TIME 0x02 //蜂鸣器时长#define DGUS_REG_PIC_ID 0x03 //显示页面ID#define DGUS_REG_TP_FLAG 0x05 //触摸坐标更新标志#define DGUS_REG_TP_STATUS 0x06 //坐标状态#define DGUS_REG_TP_POSITION 0x07 //坐标位置#define DGUS_REG_TPC_ENABLE 0x0B //触控使能#define DGUS_REG_RTC_NOW 0x20 //当前RTCS
//往DGDS屏指定寄存器写一字节数据void DGUS_REG_WriteWord(uint8_t RegAddr, uint16_t Data){ DGUS_SendByte(DGUS_FRAME_HEAD1); DGUS_SendByte(DGUS_FRAME_HEAD2); DGUS_SendByte(0x04);
DGUS_SendByte(DGUS_CMD_W_REG); //指令 DGUS_SendByte(RegAddr); //地址
DGUS_SendByte((uint8_t)(Data>>8)); //数据 DGUS_SendByte((uint8_t)(Data 
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