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設計封裝串口數據通信論文
1協(xié)議的設計
1.1數據報格式
數據報分為報文頭部和數據部?jì)刹糠�，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(cháng)度，即報文頭部長(cháng)度加上數據部長(cháng)度；第3、4字節CD表示整個(gè)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(cháng)度AB范圍為0~65535，所以一個(gè)報文最大為8KB。數據部長(cháng)度等于報文長(cháng)度（AB）減去報文頭長(cháng)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(fā)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(xié)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(xiě)入發(fā)送方數據緩沖區；然后以事先設定的數據分割長(cháng)度取數據，長(cháng)度不足的部分則全部取出，取數據指針移動(dòng)相應距離。
1.2.2報文組裝
報文的組裝過(guò)程如下：
�。�1）計算取出數據的長(cháng)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(kāi)始，每?jì)蓚�(gè)字節為一個(gè)單元進(jìn)行分割，末尾不足兩字節則在其后補0，再將這些單元進(jìn)行二進(jìn)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(gè)報文寫(xiě)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(cháng)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(guò)程中發(fā)生差錯，丟棄此報文；如果校驗和為0xFFFF，取出報文長(cháng)度及報文序號，計算數據部長(cháng)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(xiě)數據指針移動(dòng)相應距離；接收完最后一個(gè)數據后，協(xié)議將數據緩沖區中的數據提供給上層應用程序，寫(xiě)數據指針恢復初始值。
1.3數據報傳輸過(guò)程
數據報傳輸情況分為考慮定時(shí)器超時(shí)和不考慮定時(shí)器超時(shí)兩種，定時(shí)器超時(shí)處理應屬于中斷調用。
1.3.1傳輸過(guò)程數據報傳輸過(guò)程如下：
�。�1）在進(jìn)行數據報傳輸前，發(fā)送方將數據分割并裝進(jìn)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(kāi)始發(fā)送時(shí)，串口按已經(jīng)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(fā)送。
�。�3）發(fā)送方發(fā)送完畢一個(gè)數據報后，停止發(fā)送，啟動(dòng)定時(shí)器計時(shí)，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(jìn)行校驗：
�、偃艚邮辗叫ｒ灲Y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(gè)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(fā)送數據部為空、ACK=0x1111的報文。
�、谌艚邮辗叫ｒ灲Y果為錯誤，則丟棄數據報，發(fā)送數據部為空、ACK=0x1110的報文，通知發(fā)送方重發(fā)。
�。�6）接收方每次處理完數據報均初始化并啟動(dòng)定時(shí)器計時(shí)，剛收到數據報時(shí)關(guān)閉定時(shí)器。
�。�7）發(fā)送方收到響應報文，校驗通過(guò)則關(guān)閉定時(shí)器，獲取ACK，若ACK=0x1111，則發(fā)送下一個(gè)數據報；若ACK=0x1110，則重發(fā)當前數據報（ACK置0x0011）。如果校驗不通過(guò)就丟棄此數據報，仍保持定時(shí)器計時(shí)。
�。�8）雙方重復以上步驟直到最后一個(gè)報文發(fā)送完畢。
�。�9）發(fā)送方發(fā)送最后一個(gè)報文完成后，發(fā)送數據部為空、ACK=0x0001的報文提示數據傳輸完畢，若此報文發(fā)送后收到重傳響應，則重發(fā)此數據報（ACK仍置0x0001）。
1.3.2定時(shí)器超時(shí)處理
若發(fā)送方定時(shí)器達到發(fā)送方超時(shí)等待時(shí)間仍未收到響應報文，則重傳當前數據報（ACK置0x0011），連續超時(shí)三次還沒(méi)收到應答則停止發(fā)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(shí)器達到接收方超時(shí)等待時(shí)間仍未收到報文，清空報文緩沖區和數據緩沖區，關(guān)閉定時(shí)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(xié)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(fā)送大數據報時(shí)，串口的速度其實(shí)不高，而本協(xié)議若需控制在毫秒級的處理，所發(fā)數據不能超過(guò)1192B。報文長(cháng)度字節AB范圍為0~65535，故每個(gè)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(xié)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(gè)雙精度浮點(diǎn)數需要14ms左右。
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