設計封裝串口數據通信論文

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1協議的設計

1.1數據報格式

數據報分為報文頭部和數據部兩部分，其格式如圖2所示。報文頭部由6字節組成，第1、2字節AB表示報文長度，即報文頭部長度加上數據部長度；第3、4字節CD表示整個報文的校驗和；第5、6字節XX表示應答ACK；第7、8字節GH表示報文序號。數據報長度AB范圍為0~65535，所以一個報文最大為8KB。數據部長度等于報文長度（AB）減去報文頭長度（8B）。2.2數據處理與報文處理數據處理包括分割上層應用提供的數據，以及從報文還原拼接數據；報文處理包括格式化報文以提供給串口發送以及從串口讀取報文、校驗報文、提取數據。

1.2.1數據分割

協議從應用程序接口獲取應用程序提供的數據并以流式數據寫入發送方數據緩沖區；然后以事先設定的數據分割長度取數據，長度不足的部分則全部取出，取數據指針移動相應距離。

1.2.2報文組裝

報文的組裝過程如下：

（1）計算取出數據的長度，填入報文第1、2字節；

（2）報文第3~6字節全部置0；

（3）計算報文序號GH；

（4）計算校驗和，從第1字節開始，每兩個字節為一個單元進行分割，末尾不足兩字節則在其后補0，再將這些單元進行二進制反碼求和，結果存在檢驗和字段中第3、4字節；

（5）將取出的數據接在報文頭部后面，將整個報文寫入報文緩沖區。

1.2.3報文拆分

報文拆分的具體步驟如下：

（1）從報文緩沖區按報文長度獲取報文數據；

（2）計算校驗和，方法同報文組裝里的計算方法：如果校驗和不為0xFFFF，則傳輸過程中發生差錯，丟棄此報文；如果校驗和為0xFFFF，取出報文長度及報文序號，計算數據部長度，取出數據。

1.2.4數據拼接

將從報文取出的數據填入接收方數據緩沖區，寫數據指針移動相應距離；接收完最后一個數據后，協議將數據緩沖區中的數據提供給上層應用程序，寫數據指針恢復初始值。

1.3數據報傳輸過程

數據報傳輸情況分為考慮定時器超時和不考慮定時器超時兩種，定時器超時處理應屬于中斷調用。

1.3.1傳輸過程數據報傳輸過程如下：

（1）在進行數據報傳輸前，發送方將數據分割并裝進報文，ACK置為0x0000，計算報文序號，再將報文送入報文緩沖區。

（2）開始發送時，串口按已經設定的工作方式和波特率工作，從報文緩沖區獲取報文數據并發送。

（3）發送方發送完畢一個數據報后，停止發送，啟動定時器計時，準備接收響應。

（4）接收方串口接收數據并填入報文緩沖區。

（5）接收方從報文緩沖區獲取報文數據，進行校驗：

①若接收方校驗結果為正確，則取出數據；若接收的ACK=0x0011并且收到的序號等于前面一個報文的序號，則將數據覆蓋到前一塊數據，否則將數據填入數據緩沖區；記錄報文序號，發送數據部為空、ACK=0x1111的報文。

②若接收方校驗結果為錯誤，則丟棄數據報，發送數據部為空、ACK=0x1110的報文，通知發送方重發。

（6）接收方每次處理完數據報均初始化并啟動定時器計時，剛收到數據報時關閉定時器。

（7）發送方收到響應報文，校驗通過則關閉定時器，獲取ACK，若ACK=0x1111，則發送下一個數據報；若ACK=0x1110，則重發當前數據報（ACK置0x0011）。如果校驗不通過就丟棄此數據報，仍保持定時器計時。

（8）雙方重復以上步驟直到最后一個報文發送完畢。

（9）發送方發送最后一個報文完成后，發送數據部為空、ACK=0x0001的報文提示數據傳輸完畢，若此報文發送后收到重傳響應，則重發此數據報（ACK仍置0x0001）。

1.3.2定時器超時處理

若發送方定時器達到發送方超時等待時間仍未收到響應報文，則重傳當前數據報（ACK置0x0011），連續超時三次還沒收到應答則停止發送數據報，清空報文緩沖區和數據緩沖區，并向應用程序返回通信失敗。若接收方定時器達到接收方超時等待時間仍未收到報文，清空報文緩沖區和數據緩沖區，關閉定時器，并向上層應用程序返回通信失敗。

2結論

本文所設計的協議封裝串口通信是為了更方便和安全地傳送數據，從上文可以看到，在發送大數據報時，串口的速度其實不高，而本協議若需控制在毫秒級的處理，所發數據不能超過1192B。報文長度字節AB范圍為0~65535，故每個報文大小為8B~8KB，數據部大小為0~8184B，所以數據分割范圍為0~8184B。故本協議更適用于小數據量傳送，比如在信號采集后的數據傳送等，傳輸一個雙精度浮點數需要14ms左右。

作者：曾維 羅粟 黃宏 徐驥 賴鎮森 單位：成都理工大學信息科學與技術學院