考慮到嵌入式設備的內存、算力有限,固定二進制是首選通信協議。
下文簡析嵌入式設備通信協議應該有的特點。
簡單性
保證協議是一個簡單的方案,晦澀難懂往往意味著實現困難和容易出錯。協議的結構宜采用平面方式,每個域作用明確,數據域盡可能設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。
協議一般都需要以下域:幀頭,長度,幀類型,目標地址,源地址,數據,校驗,幀尾。
串口通信數據包格式如下圖所示。
可擴展
必須保證將來增加功能和更改硬件后協議仍能勝任工作,這往往是通過預留空間來實現,協議的變更應該只是量的增加,不至于引起協議結構的變化。
低耦合
理想情況下每個協議包是原子信息,即本協議包不與其他協議包牽連,以防止通訊丟幀和設置牽連帶來的錯誤。
穩定性
協議包長度適宜:太小包含的信息過少,協議包的種類繁多,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,一般協議長度以最小原子性信息為標尺。
協議必須包括校驗機制,以便于接收方判別協議包正確完整接收,如果出錯需要較好的機制來確保通訊成功(如重傳)。
高效率
按信息類型區分協議包類別,如:設置網絡信息參數,設置當前運行參數,可以區分開來,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。
數據盡可能設計成同構模式,如果實在有差異,至少將同類型數據放置在一起,這樣程序可以充分利用指針和線性尋址加速處理。
易實現
盡量減少復雜算法的使用,如,通訊鏈路穩定,數據幀的校驗碼可以由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據里,因為它會帶來可讀性差和實現困難。
盡可能地讓硬件ISR完成驅動工作,不要讓“進程”參與復雜的時序邏輯,否則處理器將步履蹣跚且邏輯復雜!如:
接收固定長度的數據幀,可以使用DMA,每接收完一幀DMA_ISR向進程發消息。小心處理DMA斷層異常(接收的數據幀長度正常但數據錯誤,數據為上幀的后半部分+本幀的前半部分)。
接收不定長的數據幀,可以使用狀態機,當接收到“幀尾數據”時向進程發消息。小心數據紊亂和超時異常(數據紊亂時需要將狀態機及時復位,超時一般使用定時器監控)。狀態機相關文章請移步此處:談談單片機編程思想——狀態機。
兼容硬件
如果通信鏈路是高速總線(如SPORT可達100Mbps),一般設計成一幀產生一次中斷,它通過長度觸發的DMA來實現,需要將協議設計成固定長度,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),一般接收一字節產生一次中斷,可以將協議設計成變長幀,一個基于變長格式的UART通信協議實例:
它具備高靈活性,但效率較低。
上圖顯示了PC發送數據幀的格式,總長為64字節,是4字節的整倍數,符合絕大部分32位處理器結構體對齊的特性。
0x3C:INT8U,幀頭,可見字符’《’
Len:INT8U,本幀的總數據長度,在圖4即為64
Dst:INT8U,標識目標設備的ID號
Src:INT8U,標識源設備的ID號
Data:56字節的存儲區,內容依賴于具體的通信幀(實例見表2)
Cmd:INT16U,數據幀的類別
CS:INT8U, 對它前面所有數據(62字節)進行8位累加和校驗
0x7D:INT8U, 幀尾,可見字符’}’
Data域數據結構實例:
-
嵌入式
+關注
關注
5082文章
19107瀏覽量
304834 -
通信協議
+關注
關注
28文章
881瀏覽量
40299 -
硬件
+關注
關注
11文章
3315瀏覽量
66203
原文標題:嵌入式設備的通信協議特點
文章出處:【微信號:c-stm32,微信公眾號:STM32嵌入式開發】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
發布評論請先 登錄
相關推薦
評論