嵌入式設(shè)備通信協(xié)議的特點

為嵌入式設(shè)備而設(shè)計的通信協(xié)議，通常有如下三種：

考慮到嵌入式設(shè)備的內(nèi)存、算力有限，固定二進制是首選通信協(xié)議。

下文簡析嵌入式設(shè)備通信協(xié)議應(yīng)該有的特點。

簡單性

保證協(xié)議是一個簡單的方案，晦澀難懂往往意味著實現(xiàn)困難和容易出錯。協(xié)議的結(jié)構(gòu)宜采用平面方式，每個域作用明確，數(shù)據(jù)域盡可能設(shè)計得長度和位置固定，注釋詳盡，文檔清晰，實例豐富，讓人盡快上手和理解。

協(xié)議一般都需要以下域：幀頭，長度，幀類型，目標地址，源地址，數(shù)據(jù)，校驗，幀尾。

串口通信數(shù)據(jù)包格式如下圖所示。

可擴展

必須保證將來增加功能和更改硬件后協(xié)議仍能勝任工作，這往往是通過預(yù)留空間來實現(xiàn)，協(xié)議的變更應(yīng)該只是量的增加，不至于引起協(xié)議結(jié)構(gòu)的變化。

低耦合

理想情況下每個協(xié)議包是原子信息，即本協(xié)議包不與其他協(xié)議包牽連，以防止通訊丟幀和設(shè)置牽連帶來的錯誤。

穩(wěn)定性

協(xié)議包長度適宜：太小包含的信息過少，協(xié)議包的種類繁多，容易引起通訊混亂和牽連錯誤；太大包含的信息過多，可讀性較差，組幀和解幀的工作困難，還會帶來通訊易受干擾的缺陷，一般協(xié)議長度以最小原子性信息為標尺。

協(xié)議必須包括校驗機制，以便于接收方判別協(xié)議包正確完整接收，如果出錯需要較好的機制來確保通訊成功（如重傳）。

高效率

按信息類型區(qū)分協(xié)議包類別，如：設(shè)置網(wǎng)絡(luò)信息參數(shù)，設(shè)置當前運行參數(shù)，可以區(qū)分開來，方便程序處理。

將同種操作編碼為一個子集是一種高效手段，如Read操作，編碼為0x0010，Write操作，編碼為0x0020。

數(shù)據(jù)盡可能設(shè)計成同構(gòu)模式，如果實在有差異，至少將同類型數(shù)據(jù)放置在一起，這樣程序可以充分利用指針和線性尋址加速處理。

易實現(xiàn)

盡量減少復(fù)雜算法的使用，如，通訊鏈路穩(wěn)定，數(shù)據(jù)幀的校驗碼可以由CheckSum代替CRC。除非資源非常緊張，否則不要將過多的信息擠壓在一個數(shù)據(jù)里，因為它會帶來可讀性差和實現(xiàn)困難。

盡可能地讓硬件ISR完成驅(qū)動工作，不要讓“進程”參與復(fù)雜的時序邏輯，否則處理器將步履蹣跚且邏輯復(fù)雜！如：

接收固定長度的數(shù)據(jù)幀，可以使用DMA，每接收完一幀DMA_ISR向進程發(fā)消息。小心處理DMA斷層異常（接收的數(shù)據(jù)幀長度正常但數(shù)據(jù)錯誤，數(shù)據(jù)為上幀的后半部分+本幀的前半部分）。

接收不定長的數(shù)據(jù)幀，可以使用狀態(tài)機，當接收到“幀尾數(shù)據(jù)”時向進程發(fā)消息。小心數(shù)據(jù)紊亂和超時異常（數(shù)據(jù)紊亂時需要將狀態(tài)機及時復(fù)位，超時一般使用定時器監(jiān)控）。狀態(tài)機相關(guān)文章請移步此處：談?wù)?a href="http://www.wenjunhu.com/v/tag/1778/" target="_blank">單片機編程思想——狀態(tài)機。

兼容硬件

如果通信鏈路是高速總線（如SPORT可達100Mbps），一般設(shè)計成一幀產(chǎn)生一次中斷，它通過長度觸發(fā)的DMA來實現(xiàn)，需要將協(xié)議設(shè)計成固定長度，如附錄A。它具備高效率，但靈活性較差。

如果通信鏈路是低速總線（如UART一般100kbps），一般接收一字節(jié)產(chǎn)生一次中斷，可以將協(xié)議設(shè)計成變長幀，一個基于變長格式的UART通信協(xié)議實例：

它具備高靈活性，但效率較低。

上圖顯示了PC發(fā)送數(shù)據(jù)幀的格式，總長為64字節(jié)，是4字節(jié)的整倍數(shù)，符合絕大部分32位處理器結(jié)構(gòu)體對齊的特性。

0x3C：INT8U，幀頭，可見字符’《’

Len：INT8U，本幀的總數(shù)據(jù)長度，在圖4即為64

Dst：INT8U，標識目標設(shè)備的ID號

Src：INT8U，標識源設(shè)備的ID號

Data：56字節(jié)的存儲區(qū)，內(nèi)容依賴于具體的通信幀（實例見表2）

Cmd：INT16U，數(shù)據(jù)幀的類別

CS：INT8U， 對它前面所有數(shù)據(jù)（62字節(jié)）進行8位累加和校驗

0x7D：INT8U， 幀尾，可見字符’｝’

Data域數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實例：