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[软件资料] “状态机”来解析UART不定长度的协议帧

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 楼主| szt1993 发表于 2024-7-22 21:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
状态机, UART, 耦合, c语言程序, C语言
通信设计中考虑协议的灵活性，经常把协议设计成“不定长度”。一个实例如下图：锐米LoRa终端的通信协议帧。



1.png



如果一个系统接收上述“不定长度”的协议帧，将会有一个挑战--如何高效接收与解析。



为简化系统设计，我们强烈建议您采用“状态机”来解析UART数据帧，并且把解析工作放在ISR（中断服务程序）完成，仅当接收到最后一个字节（0x0D）时，再将整个数据帧提交给进程处理。



该解析状态机的原理如下图所示：


2.png



那么ISR处理这个状态机来得及吗？答案是：so easy！因为它只有3个动作，运算量十分小：



比较接收数据 -> 更新状态变量 -> 存储接收数据，C语言仅3条语句，翻译成机器指令也不超过10条。



代码清单如下：

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  1. /**
    

  2. * [url=home.php?mod=space&uid=247401]@brief[/url]  Status of received communication frame
    

  3. */
    

  4. typedef enum
    

  5. {
    

  6.     STATUS_IDLE = (uint8_t)0,
    

  7.     STATUS_HEAD, /* Rx Head=0x3C */
    

  8.     STATUS_TYPE, /* Rx Type */
    

  9.     STATUS_DATA, /* Data filed */
    

  10.     STATUS_TAIL, /* Tail=0x0D */
    

  11.     STATUS_END, /* End of this frame */
    

  12. } COMM_TRM_STATUS_TypeDef;
    


  13. 

  14. /**
    

  15. * @brief  Data object for received communication frame
    

  16. */
    

  17. typedef struct
    

  18. {
    

  19.     uint8_t    byCnt; /* Count of 1 field */
    

  20.     uint8_t    byDataLen; /* Length of data field */
    

  21.     uint8_t    byFrameLen; /* Length of frame */
    

  22.     COMM_TRM_STATUS_TypeDef    eRxStatus;
    

  23.     uint8_t    a_byRxBuf[MAX_LEN_COMM_TRM_DATA]; 
    

  24. } COMM_TRM_DATA;
    


  25. 

  26. /**
    

  27. * @brief  Data object for received communication frame.
    

  28. * [url=home.php?mod=space&uid=536309]@NOTE[/url]  Prevent race condition that accessed by both ISR and process.
    

  29. */
    

  30. static COMM_TRM_DATA    s_stComm2TrmData;
    


  31. 

  32. /**
    

  33.   * @brief  Put a data that received by UART into buffer.
    

  34.   * @note  Prevent race condition this called by ISR. 
    

  35.   * @param  uint8_t byData: the data received by UART.
    

  36.   * @retval  None
    

  37.   */
    

  38. void comm2trm_RxUartData(uint8_t byData)
    

  39. {
    

  40.     /* Update status according to the received data */
    

  41.     switch (s_stComm2TrmData.eRxStatus)
    

  42.     {
    

  43.         case STATUS_IDLE:
    

  44.             if (COMM_TRM_HEAD == byData) /* Is Head */
    

  45.             {
    

  46.                 s_stComm2TrmData.eRxStatus = STATUS_HEAD;
    

  47.             }
    

  48.             else
    

  49.             {
    

  50.                 goto rx_exception;
    

  51.             }
    

  52.             break;
    

  53.         case STATUS_HEAD:
    

  54.             if (TYPE_INVALID_MIN < byData && byData < TYPE_INVALID_MAX) /* Valid type */
    

  55.             {
    

  56.                 s_stComm2TrmData.eRxStatus = STATUS_TYPE;
    

  57.             }
    

  58.             else
    

  59.             {
    

  60.                 goto rx_exception;
    

  61.             }
    

  62.             break;
    

  63.         case STATUS_TYPE:
    

  64.             if (byData <= MAX_LEN_UART_FRAME_DATA) /* Valid data size */
    

  65.             {
    

  66.                 s_stComm2TrmData.eRxStatus = STATUS_DATA;
    

  67.                 s_stComm2TrmData.byDataLen = byData;
    

  68.             }
    

  69.             else
    

  70.             {
    

  71.                 goto rx_exception;
    

  72.             }
    

  73.             break;
    

  74.         case STATUS_DATA:
    

  75.             if (s_stComm2TrmData.byCnt < s_stComm2TrmData.byDataLen)
    

  76.             {
    

  77.                 ++s_stComm2TrmData.byCnt;
    

  78.             }
    

  79.             else
    

  80.             {
    

  81.                 s_stComm2TrmData.eRxStatus = STATUS_TAIL;
    

  82.             }
    

  83.             break;
    

  84.         case STATUS_TAIL:
    

  85.             if (COMM_TRM_TAIL == byData)
    

  86.             {
    

  87.                 /* We received a frame of data, now tell process to deal with it! */
    

  88.                 process_poll(&Comm2TrmProcess);
    

  89.             }
    

  90.             else
    

  91.             {
    

  92.                 goto rx_exception;
    

  93.             }
    

  94.             break;
    

  95.         default:
    

  96.             ASSERT(!"Error: Bad status of comm2trm_RxUartData().\r\n");
    

  97.             break;
    

  98.     }
    


  99. 

  100.     /* Save the received data */
    

  101.     s_stComm2TrmData.a_byRxBuf[s_stComm2TrmData.byFrameLen++] = byData;
    

  102.     return;
    


  103. 

  104. rx_exception:
    

  105.     ClearCommFrame();
    

  106.     return; 
    

  107. }

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中国龙芯CDX 发表于 2024-7-26 22:54 | 显示全部楼层
比较接收数据 -> 更新状态变量 -> 存储接收数据，C语言仅3条语句，其实还是非常稳定的
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 楼主| szt1993 发表于 2024-7-27 12:42 | 显示全部楼层
中国龙芯CDX 发表于 2024-7-26 22:54
比较接收数据 -> 更新状态变量 -> 存储接收数据，C语言仅3条语句，其实还是非常稳定的 ...

其实这个主要说的是代码执行效率问题
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LOVEEVER 发表于 2024-8-12 14:20 | 显示全部楼层
比较接收数据 -> 更新状态变量 -> 存储接收数据这个是处理过程
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 楼主| szt1993 发表于 2024-8-14 21:40 | 显示全部楼层
LOVEEVER 发表于 2024-8-12 14:20
比较接收数据 -> 更新状态变量 -> 存储接收数据这个是处理过程

过程简单了才能使得程序优化简单
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小夏天的大西瓜 发表于 2024-8-21 15:04 | 显示全部楼层
C语言的精髓还是比较大的
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jf101 发表于 2024-9-17 21:17 | 显示全部楼层
C语言一定要多练习才是重要的
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