嵌入式系统中串口通讯帧的同步方法.docx

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1、嵌入式系统中串口通讯帧的同步方法mahaiyan导语：串口通讯是日前单片机和DSP等嵌入式系统之间，以及嵌入式系统与PC机或者无线模块之间的一种非常重要且普遍使用的通讯方式在嵌入式系统的硬件构造中，通常只有一个8位或者16位的CPU串口通讯是日前单片机和DSP等嵌入式系统之间，以及嵌入式系统与PC机或者无线模块之间的一种非常重要且普遍使用的通讯方式在嵌入式系统的硬件构造中，通常只有一个8位或者16位的CPU，不仅要完成主流程的工作，同时还要处理随时发生的各种中断，因此嵌入式系统中的串口通讯程序设计与PC机有很大的不同假设嵌入式系统中中断效劳子程序在系统运行经过中占用了较多的时间，就有可能在中断

2、眼务子程序正运行时，又产生一个同类型或者其他类型的中断，进而造成主程序得不到执行或者后续中断数据丧失所以，嵌入式系统中的串口通讯固然看似简单，但其中仍有很多问题值得研究，例如串口通讯经过中的帧同步问题本文针对该问题给出了逐次比拟、基于FIFO队列和基于状态机的3种帧同步方法通过测试、分析和比拟得出，基于有限状态机的方法是嵌入式系统串口通讯中很有效的帧同步方法，同时也是一种很不错的串口通讯程序设计构造。1串口通讯的数据帧构造当代工业控制，往往需要由多个独立的控制模块来共同完成它们之间通过串口通讯完成复杂的控制经过，必须在通讯经过中参加必要的通讯协议，以进步系统的可靠性和稳定性；而要完成特定的通讯

3、协议，就得有一定的同步机制下面介绍一下简化的串口通讯数据帧构造，以便分析讲明嵌入式系统串口通讯经过中的帧同步方法。假定串口发送的数据帧构造为：其中：包头用于同步，一般是一个或者多个ASCII字符，本文中假定数据帧同步头有2字节0xAA、0x55；包长表示数据包中除去包头和包长的字节数，一般用约定好的几个字节表示；类型为通讯协议里规定的命令类型；数据为应发送的主要信息；校验通常采用单字节“异或者的方法。2串口通讯中的帧同步方法21逐次比拟的帧同步方法首先等待串口数据，将接收到的第1个字节数据与约定好的包头信息的第1个字节进展比拟假如不正确，那么等待新字节，直到接收的数据与包头信息的第1个字节一样

4、第1个字节比拟正确以后，将收到的第2个字节与包头信息的第2个字节进展比拟假如仍然正确，那么讲明串口接收已经同步，可以开场接收数据帧中的数据局部；否那么，重新开场同步经过其程序流程如图1所示。此种方法代码量小，编程简单，一般用于在主程序中以非中断方式接收串口数据、实时性很差、数据帧较短的场合但是，在串口速度过快且包头字节数比拟多的情况下，串口实现同步花费的时间很长或者很难实现同步例如，串口接收到序列Ox0OOxAA0xAA0x55，当碰到第一个“0xAA时，该方法以为第1个字节正确开场比拟第2个同步头第2个字节还是“0xAA而不是“0x55，所以必须等待新的字节重新开场比拟第1个同步头而紧随其后

5、的是“0x55，因此，此时包头的第1个字节也没有同步上事实上，“0x00OxAA是干扰字节，“0xAA0x55才是通讯协议中的同步头。2.2基于FIFO队列的帧同步方法根据同步包头的长度，定义一个一样长度的全局字节数组，把该数组看成是一个如图2所示的先入先出FIFO的队列程序流程如图3所示。本例中定义两个字节HEADl和HEAD2，都初始化为0xFF同步时，丢弃数组头字节HEADl，数组中的所有数据向前挪动一个字节，串口接收到的新字节存入数组末字节HEAD2中，将整个数组与协议中的包头信息比拟假如正确，那么置位已同步标志位，然后开场接收、存储有用数据；否那么，继续等待同步串口数据接收完后，不仅

6、要去除已同步标志，还要把HEADl和HEAD2两个字节都赋值0xFF；否那么，将会影响下一帧数据的同步和接收用前面提到的序列“0x000xAA0xAA0x55进展测试，随着串口接收中断收到新的字节帧同步队列中的数据依次为：0xFF，0xFF0x00，0xFF0xAA，0x000xAA，0xAA0x55，0xAA此时，该算法检测出HEAD2，HEAD2=0x55，0xAA，进而实现了同步，置位已同步标志位以便下次进入串口接收中断效劳子程序时开场接收数据包的数据局部。此种方法与逐次比拟的帧同步方法相比，可以比拟快速、正确地检测出同步包头；但是假如包头的字节数很多，同步经过中每次进入串口中断效劳子程

7、序都要进展大量的字节搬移，将必然消耗很长的时间为了使嵌入式系统更强健，程序设计应把握的根本原那么之一就是使中断处理程序最短所以基于FIFO队列的帧同步方法也不是最优的。2.3基于有限状态机的帧同步方法为解决以上问题，可以采用基于有限状态机的设计方法该方法将数据帧的接收经过分为假设干个状态：接收信息头HEADl状态、接收信息头HEAD2状态、接收包长状态、接收数据类型状态、接收数据状态及接收校验和状态系统的初始状态为HEADl状态，各接收状态间的状态转移图如图4所示，仍用前面提到的序列“0x000xAA0xAA0x55进展测试随着串口接收中断新字节的接收，系统的接收状态依次为HEAD1HEAD1

8、HEAD2HEAD2LEN可见此时就是同步状态该方法也快速、有效地实现了同步；但是需要留意的是，在每一次接收完1帧完好的数据之后，必须把系统的接收状态重新设置为HEADl，否那么将会影响下一帧的数据接收。此后，程序按照协议开场依次接收数据帧长度、命令类型、数据和校验位接收完后，重新设置系统接收状态为HEADl，同时对该数据帧进展校验校验正确后，利用消息机制通知主程序根据命令类型对数据帧进展处理或者执行相应的命令操纵。下面给出该方法在KeilC5l中的例如程序：由于采用了状态机和消息机制的构造，上述设计思路快速有效地实现了串口通讯的同步，而且程序构造明晰，便于维护，也易于向其他的串口通讯协议移植

9、另外，串口中断效劳子程序中需要处理的工作很少，每个串口接收中断平均耗时不超过20个机器周期在单片机AT89C5l中，大大减轻了串口接收中断效劳程序的压力，缓解了嵌入式系统有限资源与需求之问的矛盾，进步了嵌入式系统的稳定性。从上面的分析和测试可以看出，基于有限状态机的串口通讯帧同步方法是本文中提出的3种帧方法中最优的，构造明晰且系统资源利用率高。对一个有着完好通讯协议的串口中断来讲，由于要比拟命令头、完成校验、解析数据等需要消耗大量的机器周期，所以嵌入式系统中的串口中断效劳程序设计显得更为重要在实际的串口通讯程序中，可采用状态机和消息机制相结合的方法，仅在中断效劳程序中设置一个标志，而在主程序中根据相应标志来作处理，这样就回避了某些中断可能需要较优点理时间的问题在程序构造上，由于采用状态机的构造，既进步了可读性同时又进步了运行速度，因此该方法不仅是一种很好的帧同步方法，还是一种很不错的串口通讯程序设计方法。0