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“状态机”来解析UART不定长度的协议帧

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szt1993|  楼主 | 2024-7-22 21:00 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
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。







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:






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:

/**
* [url=home.php?mod=space&uid=247401]@brief[/url]  Status of received communication frame
*/
typedef enum
{
    STATUS_IDLE = (uint8_t)0,
    STATUS_HEAD, /* Rx Head=0x3C */
    STATUS_TYPE, /* Rx Type */
    STATUS_DATA, /* Data filed */
    STATUS_TAIL, /* Tail=0x0D */
    STATUS_END, /* End of this frame */
} COMM_TRM_STATUS_TypeDef;

/**
* @brief  Data object for received communication frame
*/
typedef struct
{
    uint8_t    byCnt; /* Count of 1 field */
    uint8_t    byDataLen; /* Length of data field */
    uint8_t    byFrameLen; /* Length of frame */
    COMM_TRM_STATUS_TypeDef    eRxStatus;
    uint8_t    a_byRxBuf[MAX_LEN_COMM_TRM_DATA];
} COMM_TRM_DATA;

/**
* @brief  Data object for received communication frame.
* [url=home.php?mod=space&uid=536309]@NOTE[/url]  Prevent race condition that accessed by both ISR and process.
*/
static COMM_TRM_DATA    s_stComm2TrmData;

/**
  * @brief  Put a data that received by UART into buffer.
  * @note  Prevent race condition this called by ISR.
  * @param  uint8_t byData: the data received by UART.
  * @retval  None
  */
void comm2trm_RxUartData(uint8_t byData)
{
    /* Update status according to the received data */
    switch (s_stComm2TrmData.eRxStatus)
    {
        case STATUS_IDLE:
            if (COMM_TRM_HEAD == byData) /* Is Head */
            {
                s_stComm2TrmData.eRxStatus = STATUS_HEAD;
            }
            else
            {
                goto rx_exception;
            }
            break;
        case STATUS_HEAD:
            if (TYPE_INVALID_MIN < byData && byData < TYPE_INVALID_MAX) /* Valid type */
            {
                s_stComm2TrmData.eRxStatus = STATUS_TYPE;
            }
            else
            {
                goto rx_exception;
            }
            break;
        case STATUS_TYPE:
            if (byData <= MAX_LEN_UART_FRAME_DATA) /* Valid data size */
            {
                s_stComm2TrmData.eRxStatus = STATUS_DATA;
                s_stComm2TrmData.byDataLen = byData;
            }
            else
            {
                goto rx_exception;
            }
            break;
        case STATUS_DATA:
            if (s_stComm2TrmData.byCnt < s_stComm2TrmData.byDataLen)
            {
                ++s_stComm2TrmData.byCnt;
            }
            else
            {
                s_stComm2TrmData.eRxStatus = STATUS_TAIL;
            }
            break;
        case STATUS_TAIL:
            if (COMM_TRM_TAIL == byData)
            {
                /* We received a frame of data, now tell process to deal with it! */
                process_poll(&Comm2TrmProcess);
            }
            else
            {
                goto rx_exception;
            }
            break;
        default:
            ASSERT(!"Error: Bad status of comm2trm_RxUartData().\r\n");
            break;
    }

    /* Save the received data */
    s_stComm2TrmData.a_byRxBuf[s_stComm2TrmData.byFrameLen++] = byData;
    return;

rx_exception:
    ClearCommFrame();
    return;
}

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沙发
中国龙芯CDX| | 2024-7-26 22:54 | 只看该作者
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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板凳
szt1993|  楼主 | 2024-7-27 12:42 | 只看该作者
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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地板
LOVEEVER| | 2024-8-12 14:20 | 只看该作者
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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5
szt1993|  楼主 | 2024-8-14 21:40 | 只看该作者
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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6
小夏天的大西瓜| | 2024-8-21 15:04 | 只看该作者
C语言的精髓还是比较大的

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7
jf101| | 2024-9-17 21:17 | 只看该作者
C语言一定要多练习才是重要的

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