本文我們所述的通信協(xié)議只是指建立再物理層之上的通信數(shù)據(jù)包格式。通常是我們自行約定的具有一定順序排列的數(shù)據(jù)集合，且每一部分都有特定的含義，我們把這些數(shù)據(jù)集合借助物理層通信方式進行發(fā)送和解析。 1、自定義數(shù)據(jù)通信協(xié)議 這里所說的數(shù)據(jù)協(xié)議是建立在物理層之上的通信數(shù)據(jù)包格式。所謂通信的物理層就是指我們通常所用到的RS232、RS485、紅外、光纖、無線等等通信方式。在這個層面上，底層軟件提供兩個基本的操作函數(shù)：發(fā)送一個字節(jié)數(shù)據(jù)、接收一個字節(jié)數(shù)據(jù)。所有的數(shù)據(jù)協(xié)議全部建立在這兩個操作方法之上。 通信中的數(shù)據(jù)往往以數(shù)據(jù)包的形式進行傳送的，我們把這樣的一個數(shù)據(jù)包稱作為一幀數(shù)據(jù)。類似于網(wǎng)絡通信中的TCPIP協(xié)議一般，比較可靠的通信協(xié)議往往包含有以下幾個組成部分：幀頭、地址信息、數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)長度、數(shù)據(jù)塊、校驗碼、幀尾。 幀頭和幀尾用于數(shù)據(jù)包完整性的判別，通常選擇一定長度的固定字節(jié)組成，要求是在整個數(shù)據(jù)鏈中判別數(shù)據(jù)包的誤碼率越低越好。減小固定字節(jié)數(shù)據(jù)的匹配機會，也就是說使幀頭和幀尾的特征字節(jié)在整個數(shù)據(jù)鏈中能夠匹配的機會最小。通常有兩種做法，一、減小特征字節(jié)的匹配幾率。二、增加特征字節(jié)的長度。通常選取第一種方法的情況是整個數(shù)據(jù)鏈路中的數(shù)據(jù)不具有隨即性，數(shù)據(jù)可預測，可以通過人為選擇幀頭和幀尾的特征字來避開，從而減小特征字節(jié)的匹配幾率。使用第二種方法的情況更加通用，適合于數(shù)據(jù)隨即的場合。通過增加特征字節(jié)的長度減小匹配幾率，雖然不能夠完全的避免匹配的情況，但可以使匹配幾率大大減小，如果碰到匹配的情況也可以由校驗碼來進行檢測，因此這種情況在絕大多說情況下比較可靠。 地址信息主要用于多機通信中，通過地址信息的不同來識別不同的通信終端。在一對多的通信系統(tǒng)中，可以只包含目的地址信息。同時包含源地址和目的地址則適用于多對多的通信系統(tǒng)。 數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)長度和數(shù)據(jù)塊是主要的數(shù)據(jù)部分。數(shù)據(jù)類型可以標識后面緊接著的是命令還是數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)長度用于指示有效數(shù)據(jù)的個數(shù)。 校驗碼則用來檢驗數(shù)據(jù)的完整性和正確性。通常對數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)長度和數(shù)據(jù)塊三個部分進行相關的運算得到。最簡單的做法可是對數(shù)據(jù)段作累加和，復雜的也可以對數(shù)據(jù)進行CRC運算等等，可以根據(jù)運算速度、容錯度等要求來選取。 2、上位機和下位機中的數(shù)據(jù)發(fā)送 物理通信層中提供了兩個基本的操作函數(shù)，發(fā)送一個字節(jié)數(shù)據(jù)則為數(shù)據(jù)發(fā)送的基礎。數(shù)據(jù)包的發(fā)送即把數(shù)據(jù)包中的左右字節(jié)按照順序一個一個的發(fā)送數(shù)據(jù)而已。當然發(fā)送的方法也有不同。 在單片機系統(tǒng)中，比較常用的方法是直接調(diào)用串口發(fā)送單個字節(jié)數(shù)據(jù)的函數(shù)。這種方法的缺點是需要處理器在發(fā)送過程中全程參與，優(yōu)點是所要發(fā)送的數(shù)據(jù)能夠立即的出現(xiàn)在通信線路上，能夠立即被接收端接收到。另外一種方法是采用中斷發(fā)送的方式，所有需要發(fā)送的數(shù)據(jù)被送入一個緩沖區(qū)，利用發(fā)送中斷將緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)發(fā)送出去。這種方法的優(yōu)點是占用處理器資源小，但是可能出現(xiàn)需要發(fā)送的數(shù)據(jù)不能立即被發(fā)送的情況，不過這種時延相當?shù)男　τ?1系列單片機，比較傾向于采用直接發(fā)送的方式，采用中斷發(fā)送的方式比較占用RAM資源，而且對比直接發(fā)送來說也沒有太多的優(yōu)點。以下是51系列單片機中發(fā)送單個字節(jié)的函數(shù)。 void SendByte(unsigned char ch) { SBUF = ch; while(TI == 0); TI = 0; } 上位機中關于串口通信的方式也有多種，這種方式不是指數(shù)據(jù)有沒有緩沖的問題，而是操作串口的方式不同，因為PC上數(shù)據(jù)發(fā)送基本上都會被緩沖后再發(fā)送。對于編程來說操作串口有三種方式，一、使用windows系統(tǒng)中自帶的串口通信控件，這種方式使用起來比較簡單，需要注意的是接收時的阻塞處理和線程機制。二、使用系統(tǒng)的API直接進行串口數(shù)據(jù)的讀取，在windows和linux系統(tǒng)中，設備被虛擬為文件，只需要利用系統(tǒng)提供的API函數(shù)即可進行串口數(shù)據(jù)的發(fā)送和讀取。三、使用串口類進行串口操作。在此只介紹windows環(huán)境下利用串口類編程的方式。 CSerialPort是比較好用的串口類。它提供如下的串口操作方法： void WriteToPort(char* string, int len); 串口初始化成功后，調(diào)用此函數(shù)即可向串口發(fā)送數(shù)據(jù)。為了避免串口緩沖所帶來的延時，可以開啟串口的沖刷機制。 3、下位機中的數(shù)據(jù)接收和協(xié)議解析 下位機接收數(shù)據(jù)也有兩種方式，一、等待接收，處理器一直查詢串口狀態(tài)，來判斷是否接收到數(shù)據(jù)。二、中斷接收。兩種方法的優(yōu)缺點在此前的一篇關于串口通信的文章中詳細討論過。得出的結(jié)論是采用中斷接收的方法比較好。 數(shù)據(jù)包的解析過程可以設置到不同的位置。如果協(xié)議比較簡單，整個系統(tǒng)只是處理一些簡單的命令，那么可以直接把數(shù)據(jù)包的解析過程放入到中斷處理函數(shù)中，當收到正確的數(shù)據(jù)包的時候，置位相應的標志，在主程序中再對命令進行處理。如果協(xié)議稍微復雜，比較好的方式是將接收的數(shù)據(jù)存放于緩沖區(qū)中，主程序讀取數(shù)據(jù)后進行解析。也有兩種方式交叉使用的，比如一對多的系統(tǒng)中，首先在接收中斷中解析“連接”命令，連接命令接收到后主程序進入設置狀態(tài)，采用查詢的方式來解析其余的協(xié)議。 以下給出具體的實例。在這個系統(tǒng)中，串口的命令非常簡單。所有的協(xié)議全部在串口中斷中進行。數(shù)據(jù)包的格式如下： 0x55, 0xAA, 0x7E, 0x12, 0xF0, 0x02, 0x23, 0x45, SUM, XOR, 0x0D 其中0x55, 0xAA, 0x7E為數(shù)據(jù)幀的幀頭，0x0D為幀尾，0x12為設備的目的地址，0xF0為源地址，0x02為數(shù)據(jù)長度，后面接著兩個數(shù)據(jù)0x23, 0x45，從目的地址開始結(jié)算累加、異或校驗和，到數(shù)據(jù)的最后一位結(jié)束。 協(xié)議解析的目的，首先判斷數(shù)據(jù)包的完整性，正確性，然后提取數(shù)據(jù)類型，數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)，存放起來用于主程序處理。代碼如下： if(state_machine == 0) // 協(xié)議解析狀態(tài)機 { if(rcvdat == 0x55) // 接收到幀頭第一個數(shù)據(jù) state_machine = 1; else state_machine = 0; // 狀態(tài)機復位 } else if(state_machine == 1) { if(rcvdat == 0xAA) // 接收到幀頭第二個數(shù)據(jù) state_machine = 2; else state_machine = 0; // 狀態(tài)機復位 } else if(state_machine == 2) { if(rcvdat == 0x7E) // 接收到幀頭第三個數(shù)據(jù) state_machine = 3; else state_machine = 0; // 狀態(tài)機復位 } else if(state_machine == 3) { sumchkm = rcvdat; // 開始計算累加、異或校驗和 xorchkm = rcvdat; if(rcvdat == m_SrcAdr) // 判斷目的地址是否正確 state_machine = 4; else state_machine = 0; } else if(state_machine == 4) { sumchkm += rcvdat; xorchkm ^= rcvdat; if(rcvdat == m_DstAdr) // 判斷源地址是否正確 state_machine = 5; else state_machine = 0; } else if(state_machine == 5) { lencnt = 0; // 接收數(shù)據(jù)計數(shù)器 rcvcount = rcvdat; // 接收數(shù)據(jù)長度 sumchkm += rcvdat;