串口数据帧同步

C++ 串口嵌入式

介绍

串口是十分常用的一个资源, 每次需要进行处理串口数据, 但是 PC 上的串口存在缓冲区机制, 导致串口跟我们在单片机中的使用方式可能有所不同,
每次拿到缓冲区数据之后,判断是否满足帧头,进而开始新的一帧数据计数存储, 最终满足一帧数据之后将数据发送出来.

原理

我们使用自定义的存储结果作为自己的存储结果, 一般来说在项目中使用就是帧数据长度是一致的, 我们的程序也是基于这个原理的

class SerialData
{
    public:
    uchar *data_;   ///< 帧数据
    uchar *head_;   ///< 帧头数据
    int dat_len_;   ///< 数据帧长度
}

我们需要根据自己的协议初始化数据长度和数据帧头内容假设我们的数据为 14 个字节包括一般使用串口通信的数据都是按照这种格式进行的数据发送,

[帧头] [长度] [地址] [指令] [数据] [校验]
00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13
68 0D 00 84 00 04 09 11 79 45 00 81 13 01

frame_len = 14;
data_ = new uchar[frame_len];               ///< 存储数据
head_ = new uchar[4]{ 0x68,0x0D,0x00,0x84 }; ///< 旧版协议头

实际上我们确定通信协议之后,PC不存在命令之类的解析的话,可以把前面四个字节处理帧头,
每次接收到帧头四个字节的时候表示数据已经重新开始了一帧,将收集到的数据存储相应的流程即可,继续处理后续数据

如果数据正常, 读取到帧头数据之后,假设帧头数据一致, 数据依次往后填充数据,等到数组填满,会再次获取到帧头数据
根据上一帧的状态码, 确定当前值, 如果满足设定的四个值, 满足帧头数据, 处理后续字节
将数据与帧头数组依次比较,使用 $flg_status$ 记录上一次匹配的位置, 如果不一致, 置零, 下次重新开始,
每次判断四个字节一致之后, $flg_status$ 累加到了 4 , 这时候进行数据校验, 根据结果,将当前数据帧的值压入队列中,
以上方法会导致第一帧校验失败,但是后续的帧处理结果可以保证不会出现问题, 相当于将四个字符作为了帧尾处理

    static int data_cnt = 0;
    static int flg_status = 0;  // 0 普通数据,与数据头1 比较, 1 数据头1,2 数据头2, 3 数据头3,
                                // 每次将缓冲区 数据全部读出来,
                                // 判断上一帧读取到了什么状态, 数据分为 前4个字节的帧头数据和 后面的数据
                                // 1.读取到了帧头 // 2. 读取到了一般数据帧
                                // 每次计数, 读取到帧头的时候, 判断数据是否已经满了, 已经满了进行数据校验, 满足就加入数据
                                // 数据未满, 则可能数据未满, 
    QByteArray recv = serial_->readAll();   // QSerial  读取的数据类型是 QByteArrray
    int N = recv.size();
    if (recv.isEmpty())
    {
        Sleep(5);   // 休眠5毫秒
        LError("recv data is empty");
        return false;
    }
    // 遍历得到的数据数组
    for (int i = 0; i < N; i++)
    {
        uchar tmp = char2uchar(recv[i]);

        // 每次来了数据与上次的置位比较, 如果一致, 比较后一位, 
        //  如果前面4位都一致,表示已经开始了新的一帧, 将数据依次复制
        //    如果数据已经满足帧头, 将之前的数据 校验满足之后加入队列中, 其他线程处理
        if (tmp == m_Frame.head_[flg_status])
        {
            flg_status++;
            if (flg_status == 4)
            {
                // 由于存在每次存入数据的时候存在上一帧的数据 问题 所以这里校验可能失败
                m_read_queue_->Push(m_Frame);
                // 更新前面4个字节的帧头数据
                for (int i = 0; i < 4; i++)
                    m_Frame.data_[i] = m_Frame.head_[i];
                // 匹配重新置零, 同时将数据前面数据复制过去
                flg_status = 0;
            }
        }
        else
        {
            flg_status = 0; // 如果前面的匹配上了, 后面匹配不上, 则重新开始进行匹配
        }
        m_Frame.data_[data_cnt++] = tmp;    // 移动指针, 将数据存储到数组中
        // 超过设定值, 减去一个长度,避免越界  // 与取与操作 % 处理一致 
        // 重新开始的位置 从可以刷新的数据开始
        if (data_cnt == m_Frame.dat_len_)
            data_cnt = 0;
    }

这个程序是自己目前在使用的方法,简单有效, 适用于串口通信的数据处理,十分好用, 这个算是项目文档的一部分,后续可能再拓展, 但是基本框架不变, 测试起来也很好用

自己测试过程可以使用 VSPD虚拟串口 6.9 汉化版模拟出来两个相连的串口,初始设置一下就好, 然后使用普通的串口调试软件打开两个串口即可进行通信,十分方便,

参考链接

无