??在單片機(jī)開發(fā)中，串口是最常用的和外界交換數(shù)據(jù)的渠道，要使用串口，那必不可少的就是通信協(xié)議，通信協(xié)議就是單片機(jī)和外界通信的語(yǔ)言，要想正常和其他設(shè)備正常交流，首先語(yǔ)言必須相通。

??在實(shí)際開發(fā)過程中由于各種原因，導(dǎo)致很多時(shí)候單片機(jī)和外界其他設(shè)備協(xié)議不兼容，在使用的時(shí)候就比較麻煩。比如單片機(jī)要和兩個(gè)設(shè)備通信，但是這兩個(gè)設(shè)備的通信協(xié)議的不一樣，在使用時(shí)單片機(jī)就必須使用兩個(gè)串口分別和兩個(gè)設(shè)備通信。如果這兩個(gè)設(shè)備同時(shí)使用時(shí)還不感覺到資源浪費(fèi)，如果每次只接一個(gè)設(shè)備，那么另一個(gè)串口也不能作為其他功能使用，還得留著備用。這樣的話單片機(jī)的資源就被白白浪費(fèi)掉了。于是想著能不能在一個(gè)串口上支持兩個(gè)協(xié)議，讓單片機(jī)自動(dòng)去識(shí)別接收到的數(shù)據(jù)使用的是哪個(gè)協(xié)議。

??一般使用通信協(xié)議接收數(shù)據(jù)時(shí)，都需要通過判斷數(shù)據(jù)頭和數(shù)據(jù)尾來確定什么時(shí)候開始接收數(shù)據(jù)，什么時(shí)候停止接收數(shù)據(jù)。但是如果要兼容多個(gè)協(xié)議的話，就不能使用這個(gè)方式去接收數(shù)據(jù)。必須先將一組數(shù)據(jù)接收完畢，然后根據(jù)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)去分析數(shù)據(jù)使用的是哪個(gè)協(xié)議。

??首先要實(shí)現(xiàn)的就是如何判斷一組數(shù)據(jù)是否接收完畢。

??實(shí)現(xiàn)的大概思路就是，單片機(jī)使用中斷去接收數(shù)據(jù)，同時(shí)記錄接收到的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，在主函數(shù)中循環(huán)的去讀取串口接收到的字符長(zhǎng)度，如果超過一定時(shí)間之后，串口中接收到的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度沒有發(fā)生變化，就說明一組數(shù)據(jù)接收完畢了。

??比如在主函數(shù)中讀取到了當(dāng)前串口數(shù)據(jù)長(zhǎng)度不為0，說明此時(shí)串口正在接收數(shù)據(jù)，此時(shí)記錄下當(dāng)前串口數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，延時(shí)一段時(shí)間再去讀取一次串口接收數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度，如果此時(shí)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和上一次數(shù)據(jù)長(zhǎng)度一樣，說明串口接收數(shù)據(jù)結(jié)束了，就可以去處理接收到的數(shù)據(jù)了，如果此時(shí)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和上一次的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度不一樣，說明串口正在接收數(shù)據(jù)，接收數(shù)據(jù)還未結(jié)束，不能去處理數(shù)據(jù)。

??下面就通過一個(gè)工程案例來演示一個(gè)串口兼容兩種協(xié)議的使用方法。

??設(shè)備默認(rèn)使用的是自定義協(xié)議，協(xié)議格式如下：

[ 頭1 ] (0xA5) [ 頭2 ] (0x5A) [ 地址 ] [ 命令 ] [ 數(shù)據(jù)高位 ] [ 數(shù)據(jù)低位 ] [ 尾1 ] (0x55) [尾2] (0xAA)

??后來設(shè)備需要和市場(chǎng)上其他的工業(yè)設(shè)備對(duì)接，而大多數(shù)工業(yè)設(shè)備使用的都是Modbus協(xié)議，如果直接將設(shè)備協(xié)議修改為Modbus協(xié)議的話，那么好多舊設(shè)備和新設(shè)備就會(huì)不兼容，為了兼容舊設(shè)備同時(shí)又要對(duì)接其他工業(yè)設(shè)備，那么設(shè)備要在自定義協(xié)議的基礎(chǔ)上兼容Modbus協(xié)議。Modbus協(xié)議格式如下：

[ 地址 ] [ 功能碼 ] [ 起始地址高 ] [ 起始地址低] [ 總寄存器數(shù)高 ] [ 總寄存器數(shù)低 ] [ CRC低 ] [ CRC高 ]

??下面分析這兩種協(xié)議的特點(diǎn)。

??首先看自定義協(xié)議，自定義協(xié)議的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度是固定的，同時(shí)數(shù)據(jù)的開始和結(jié)尾都是由兩個(gè)字節(jié)標(biāo)識(shí)。那么識(shí)別自定義協(xié)議就和容易了，直接判斷數(shù)據(jù)頭和數(shù)據(jù)為就行了。當(dāng)串口接收一組數(shù)據(jù)結(jié)束后，判斷接收到的數(shù)據(jù) 是不是以 0xA5和0X5A 開頭，同時(shí)以 0x55 和0xAA結(jié)尾。如果是那么就使用自定義協(xié)議去解析數(shù)據(jù)。

??接下來分析Modbus協(xié)議，由于設(shè)備都是單獨(dú)使用的，不需要級(jí)聯(lián)，所以設(shè)備的地址是固定的0x01，同時(shí)由于設(shè)備的功能比較簡(jiǎn)單，所以在使用Modubus協(xié)議的時(shí)候，只用到了讀保持寄存器(0x03)和寫保持寄存器(0x06)這兩個(gè)功能，所以Modbus的數(shù)據(jù)開頭只有兩種情況 0x01 0x03 和 0x01 0x06，如果數(shù)據(jù)開頭是這兩種情況，那么就使用Modbus協(xié)議去解析數(shù)據(jù)。

??通過對(duì)協(xié)議的分析，思路已經(jīng)很清晰了，接下來使用代碼來實(shí)現(xiàn)。

struct uart_info

{

    u8 cnt;

    u8 rec_buf[10];

};

struct uart_info uart1;

//在Library Options中將Printf formatter改成Large

//重新定向putchar函數(shù),使支持printf函數(shù)

int putchar( int ch )

{

    while( !( UART1_SR & 0X80 ) ); //循環(huán)發(fā)送,直到發(fā)送完畢

    UART1_DR = ( u8 ) ch;

    return ch;

}

static void uart_io_init( void )

{

    PD_DDR |= ( 1 << 5 ); //輸出模式 TXD

    PD_CR1 |= ( 1 << 5 ); //推挽輸出

    PD_DDR &= ~( 1 << 6 ); //輸入模式 RXD

    PD_CR1 &= ~( 1 << 6 ); //浮空輸入

}

//波特率最大可以設(shè)置為38400

void uart_init( unsigned int baudrate )

{

    unsigned int baud;

    uart_io_init();

    baud = 16000000 / baudrate;

    UART1_CR1 = 0;

    UART1_CR2 = 0;

    UART1_CR3 = 0;

    UART1_BRR2 = ( unsigned char )( ( baud & 0xf000 ) >> 8 ) | ( ( unsigned char )( baud & 0x000f ) );

    UART1_BRR1 = ( ( unsigned char )( ( baud & 0x0ff0 ) >> 4 ) );

    UART1_CR2_bit.REN = 1;        //接收使能

    UART1_CR2_bit.TEN = 1;        //發(fā)送使能

    UART1_CR2_bit.RIEN = 1;       //接收中斷使能

}

//接收中斷函數(shù) 中斷號(hào)18

#pragma vector = 20                             // IAR中的中斷號(hào)，要在STVD中的中斷號(hào)上加2

__interrupt void UART1_Handle( void )

{

    unsigned char res = 0;

    UART1_SR &= ~( 1 << 5 );                    //RXNE 清零

    res = UART1_DR;

    if( uart1.cnt < 9 )

        uart1.rec_buf[uart1.cnt++] = res;

}

??定義一個(gè)結(jié)構(gòu)體來存儲(chǔ)接收到的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和數(shù)據(jù)，由于自定義協(xié)議和Modbus協(xié)議最長(zhǎng)的數(shù)據(jù)只有8個(gè)字節(jié)，所以這里的數(shù)組長(zhǎng)度設(shè)置10就可以了。下面初始化串口使用的IO口，設(shè)置數(shù)據(jù)位和波特率。最后在中斷中接收數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)到數(shù)組中。

??接下來在編寫一個(gè)函數(shù)用來分析接收到的數(shù)據(jù)。

//檢測(cè)串口數(shù)據(jù)

void read_uart( void )

{

    static u8 recevie_buf[10];

    static u8 recevie_cnt = 0;

    u8 i = 0;

    delay_ms( 10 ); //隔一段時(shí)間檢測(cè)一次串口數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，如果數(shù)據(jù)長(zhǎng)度沒有發(fā)生變化說明串口接收數(shù)據(jù)完成

    if( ( uart1.cnt != recevie_cnt ) && ( uart1.cnt > 6 ) )

    {

        recevie_cnt = uart1.cnt;

        for( i = 0; i < recevie_cnt; i++ )            //拷貝數(shù)據(jù)

        {

            recevie_buf[i] = uart1.rec_buf[i];

        }

        //根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)區(qū)分協(xié)議

        //自定義協(xié)議

        if( ( recevie_buf[0] == 0xA5 ) && ( recevie_buf[1] == 0x5A ) )

        {

            self_define_protocol( recevie_buf, recevie_cnt );

        }

        //modbus協(xié)議

        if( ( recevie_buf[0] == 0x01 ) && ( ( recevie_buf[1] == 0x03 ) || ( recevie_buf[1] == 0x06 ) ) )

        {

            modbus_protocol( recevie_buf, recevie_cnt );

        }

        //清空數(shù)組

        for( i = 0; i < 10; i++ )

        {

            uart1.rec_buf[i] = 0;

            recevie_buf[i] = 0;

        }

        uart1.cnt = recevie_cnt  = 0;

    }

}

??由于此設(shè)備中兩種協(xié)議的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度都比較小，所以這里并沒有分兩次去判斷數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，然后根據(jù)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度來判斷數(shù)據(jù)接收是否完畢。只是延時(shí)10ms之后去判斷數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，當(dāng)接收的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度大于6時(shí)，說明數(shù)據(jù)基本已經(jīng)接收完成了。由于數(shù)據(jù)的最大長(zhǎng)度是8，所以接收的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度大于6時(shí)，基本數(shù)據(jù)已經(jīng)接收完了，在中斷中接收8個(gè)數(shù)據(jù)速度還是非?？斓?。如果數(shù)據(jù)量比較大，數(shù)據(jù)比較長(zhǎng)時(shí)，最好還是通過數(shù)據(jù)長(zhǎng)度去判斷比較可靠。這里為了編寫方便，就簡(jiǎn)單的時(shí)候延時(shí)去判斷了。

??當(dāng)串口接收的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度大于6時(shí)，說明一組數(shù)據(jù)已經(jīng)接收完畢了，此時(shí)需要將串口接收的數(shù)據(jù)拷貝一份出來在使用。那為什么要將數(shù)據(jù)拷貝出來，而不是直接使用串口接收緩存區(qū)的數(shù)據(jù)呢？這是為了防止在處理數(shù)據(jù)的過程中國(guó)，串口又接收到了新的數(shù)據(jù)，這樣新數(shù)據(jù)就會(huì)將舊的數(shù)據(jù)覆蓋掉，有可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)異常。為了數(shù)據(jù)的安全性將數(shù)據(jù)拷貝一份使用，即使在處理數(shù)據(jù)過程中串口緩存區(qū)的數(shù)據(jù)發(fā)生了變化，也不會(huì)破壞掉上一次接收的數(shù)據(jù)。

??數(shù)據(jù)拷貝結(jié)束后，就根據(jù)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)來判斷當(dāng)前接收到的數(shù)據(jù)使用的是哪種協(xié)議。如果接收到的數(shù)據(jù)前兩個(gè)是 0xA5和0x5A那么就直接調(diào)用自定義協(xié)議處理函數(shù)，如果前面的數(shù)據(jù)是0x01和0x03或者是0x01和0x06那么就直接調(diào)用Modbus協(xié)議去處理函數(shù)。

??接下來就可以單獨(dú)編寫兩個(gè)函數(shù)分別處理這這種協(xié)議。

//處理自定義協(xié)議

// [頭1](0xA5) [頭2](0x5A) [地址]  [命令]  [數(shù)據(jù)高位] [數(shù)據(jù)低位]  [尾1](0x55) [尾2](0xAA)

//A5 5A 00 01 01 90 55 AA

void self_define_protocol( u8 arr[], u8 size )

{

    if( ( arr[0] == 0xA5 ) && ( arr[1] == 0x5A ) && ( arr[6] == 0x55 ) && ( arr[7] == 0xAA ) )

    {

//根據(jù)命令值執(zhí)行不同的動(dòng)作

    }

}

//處理modbus協(xié)議

//[地址][功能碼][起始地址高][起始地址低][總寄存器數(shù)高][總寄存器數(shù)低][CRC低][CRC高]

//01 03 00 00 00 01 84 0A

//01 06 00 00 03 E8 89 74

void modbus_protocol( u8 arr[], u8 size )

{

    //調(diào)用 modbus相關(guān)處理代碼

}

??將數(shù)據(jù)協(xié)議識(shí)別出來之后，就可以按照通常處理協(xié)議的方式去處理數(shù)據(jù)了。最后在主函數(shù)中循環(huán)的調(diào)用數(shù)據(jù)查詢函數(shù)，檢查串口是否有接收到數(shù)據(jù)。

void main( void )

{

    __asm( "sim" );                             //禁止中斷

    SysClkInit();

    delay_init( 16 );

    LED_GPIO_Init();

    uart_init( 9600 );

    __asm( "rim" );                             //開啟中斷

    while( 1 )

    {

        read_uart();

    }

}

??接下來分別用這兩種協(xié)議測(cè)試代碼。

??使用串口助手發(fā)送自定義協(xié)議時(shí)，代碼就會(huì)調(diào)用自定義協(xié)議處理函數(shù)。

??發(fā)送Modbus協(xié)議時(shí)，代碼就會(huì)調(diào)用Modbus協(xié)議處理函數(shù)。

??這樣根據(jù)協(xié)議的特點(diǎn)可以通過代碼自動(dòng)去識(shí)別協(xié)議的類型，用一個(gè)串口就可以實(shí)現(xiàn)不同協(xié)議的解析。按照同樣的方法還可以解析更多的協(xié)議。當(dāng)前在不同的協(xié)議使用的波特率要相同，否則波特率不同解析出來的數(shù)據(jù)就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，導(dǎo)致協(xié)議解析失敗。