- 基于有限狀態(tài)機(jī)的嵌入式系統(tǒng)串口通信幀同步方法設(shè)計(jì)

此種方法與逐次比較的幀同步方法相比，能夠比較快速、正確地檢測(cè)出同步包頭;但是如果包頭的字節(jié)數(shù)很多，同步過(guò)程中每次進(jìn)入串口中斷服務(wù)子程序都要進(jìn)行大量的字節(jié)搬移，將必然耗費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間。為了使嵌入式系統(tǒng)更健壯，程序設(shè)計(jì)應(yīng)把握的基本原則之一就是使中斷處理程序最短。所以基于FIFO隊(duì)列的幀同步方法也不是最優(yōu)的。

2.3 基于有限狀態(tài)機(jī)的幀同步方法

為解決以上問(wèn)題，可以采用基于有限狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)方法。該方法將數(shù)據(jù)幀的接收過(guò)程分為若干個(gè)狀態(tài)：接收信息頭HEADl狀態(tài)、接收信息頭HEAD2狀態(tài)、接收包長(zhǎng)狀態(tài)、接收數(shù)據(jù)類型狀態(tài)、接收數(shù)據(jù)狀態(tài)及接收校驗(yàn)和狀態(tài)。系統(tǒng)的初始狀態(tài)為HEADl狀態(tài)，各接收狀態(tài)間的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖4所示，仍用前面提到的序列“0x00 0xAA 0xAA 0x55…”進(jìn)行測(cè)試。隨著串口接收中斷新字節(jié)的接收，系統(tǒng)的接收狀態(tài)依次為HEAD1→HEAD1→HEAD2→HEAD2→LEN?？梢?jiàn)此時(shí)就是同步狀態(tài)。該方法也快速、有效地實(shí)現(xiàn)了同步;但是需要注意的是，在每一次接收完1幀完整的數(shù)據(jù)之后，必須把系統(tǒng)的接收狀態(tài)重新設(shè)置為HEADl，否則將會(huì)影響下一幀的數(shù)據(jù)接收。

此后，程序按照協(xié)議開(kāi)始依次接收數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度、命令類型、數(shù)據(jù)和校驗(yàn)位。接收完后，重新設(shè)置系統(tǒng)接收狀態(tài)為HEADl，同時(shí)對(duì)該數(shù)據(jù)幀進(jìn)行校驗(yàn)。校驗(yàn)正確后，利用消息機(jī)制通知主程序根據(jù)命令類型對(duì)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行處理或執(zhí)行相應(yīng)的命令操作。

下面給出該方法在KeilC5l中的示例程序：

由于采用了狀態(tài)機(jī)和消息機(jī)制的結(jié)構(gòu)，上述設(shè)計(jì)思路快速有效地實(shí)現(xiàn)了串口通信的同步，而且程序結(jié)構(gòu)清晰，便于維護(hù)，也易于向其他的串口通信協(xié)議移植。另外，串口中斷服務(wù)子程序中需要處理的工作很少，每個(gè)串口接收中斷平均耗時(shí)不超過(guò)20個(gè)機(jī)器周期（在單片機(jī)AT89C5l中），大大減輕了串口接收中斷服務(wù)程序的壓力，緩解了嵌入式系統(tǒng)有限資源與需求之問(wèn)的矛盾，提高了嵌入式系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3 結(jié)論

從上面的分析和測(cè)試可以看出，基于有限狀態(tài)機(jī)的串口通信幀同步方法是本文中提出的3種幀方法中最優(yōu)的，結(jié)構(gòu)清晰且系統(tǒng)資源利用率高。

對(duì)一個(gè)有著完整通信協(xié)議的串口中斷來(lái)說(shuō)，因?yàn)橐容^命令頭、完成校驗(yàn)、解析數(shù)據(jù)等需要耗費(fèi)大量的機(jī)器周期，所以嵌入式系統(tǒng)中的串口中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì)顯得更為重要。在實(shí)際的串口通信程序中，可采用狀態(tài)機(jī)和消息機(jī)制相結(jié)合的方法，僅在中斷服務(wù)程序中設(shè)置一個(gè)標(biāo)志，而在主程序中根據(jù)相應(yīng)標(biāo)志來(lái)作處理，這樣就回避了某些中斷可能需要較長(zhǎng)處理時(shí)間的問(wèn)題。在程序結(jié)構(gòu)上，由于采用狀態(tài)機(jī)的結(jié)構(gòu)，既提高了可讀性。同時(shí)又提高了運(yùn)行速度，因而該方法不僅是一種很好的幀同步方法，還是一種很不錯(cuò)的串口通信程序設(shè)計(jì)方法。