嵌入式串口同步幀數(shù)方法解析

　　串口通信是日前單片機(jī)和DSP等嵌入式系統(tǒng)之間，以及嵌入式系統(tǒng)與PC機(jī)或無(wú)線模塊之間的一種非常重要且普遍使用的通信方式。在嵌入式系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)中，通常只有一個(gè)8位或16位的CPU，不僅要完成主流程的工作，同時(shí)還要處理隨時(shí)發(fā)生的各種中斷，因而嵌入式系統(tǒng)中的串口通信程序設(shè)計(jì)與PC機(jī)有很大的不同。若嵌入式系統(tǒng)中．中斷服務(wù)子程序在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中占用了較多的時(shí)間，就有可能在中斷眼務(wù)子程序正運(yùn)行時(shí)，又產(chǎn)生一個(gè)同類型或其他類型的中斷，從而造成主程序得不到執(zhí)行或后續(xù)中斷數(shù)據(jù)丟失。所以，嵌入式系統(tǒng)中的串口通信雖然看似簡(jiǎn)單，但其中仍有許多問(wèn)題值得研究，例如串口通信過(guò)程中的幀同步問(wèn)題。本文針對(duì)該問(wèn)題給出了逐次比較、基于FIFO隊(duì)列和基于狀態(tài)機(jī)的3種幀同步方法。通過(guò)測(cè)試、分析和比較得出，基于有限狀態(tài)機(jī)的方法是嵌入式系統(tǒng)串口通信中很有效的幀同步方法，同時(shí)也是一種很不錯(cuò)的串口通信程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。

　　1 串口通信的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)

　　現(xiàn)代工業(yè)控制，往往需要由多個(gè)獨(dú)立的控制模塊來(lái)共同完成。它們之間通過(guò)串口通信完成復(fù)雜的控制過(guò)程，必須在通信過(guò)程中加入必要的通信協(xié)議，以提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性；而要完成特定的通信協(xié)議，就得有一定的同步機(jī)制。下面介紹一下簡(jiǎn)化的串口通信數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)，以便分析說(shuō)明嵌入式系統(tǒng)串口通信過(guò)程中的幀同步方法。

　　假定串口發(fā)送的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)為：

　　其中：包頭用于同步，一般是一個(gè)或多個(gè)ASCII字符，本文中假定數(shù)據(jù)幀同步頭有2字節(jié)（0xAA、0x55）；包長(zhǎng)表示數(shù)據(jù)包中除去包頭和包長(zhǎng)的字節(jié)數(shù)，一般用約定好的幾個(gè)字節(jié)表示；類型為通信協(xié)議里規(guī)定的命令類型；數(shù)據(jù)為應(yīng)發(fā)送的主要信息；校驗(yàn)通常采用單字節(jié)“異或”的方法。

　　2 串口通信中的幀同步方法

　　2.1 逐次比較的幀同步方法

　　首先等待串口數(shù)據(jù)，將接收到的第1個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)與約定好的包頭信息的第1個(gè)字節(jié)進(jìn)行比較。如果不正確，則等待新字節(jié)，直到接收的數(shù)據(jù)與包頭信息的第1個(gè)字節(jié)相同。第1個(gè)字節(jié)比較正確以后，將收到的第2個(gè)字節(jié)與包頭信息的第2個(gè)字節(jié)進(jìn)行比較。如果仍然正確，則說(shuō)明串口接收已經(jīng)同步，可以開(kāi)始接收數(shù)據(jù)幀中的數(shù)據(jù)部分；否則，重新開(kāi)始同步過(guò)程。其程序流程如圖1所示。

　　此種方法代碼量小，編程簡(jiǎn)單，一般用于在主程序中以非中斷方式接收串口數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)性很差、數(shù)據(jù)幀較短的場(chǎng)合。但是，在串口速度過(guò)快且包頭字節(jié)數(shù)比較多的情況下，串口實(shí)現(xiàn)同步花費(fèi)的時(shí)間很長(zhǎng)或很難實(shí)現(xiàn)同步。例如，串口接收到序列Ox0O OxAA0xAA 0x55…，當(dāng)遇到第一個(gè)“0xAA”時(shí)，該方法認(rèn)為第1個(gè)字節(jié)正確開(kāi)始比較第2個(gè)同步頭。第2個(gè)字節(jié)仍是“0xAA”而不是“0x55”，所以必須等待新的字節(jié)重新開(kāi)始比較第1個(gè)同步頭。而緊隨其后的是“0x55”，因而，此時(shí)包頭的第1個(gè)字節(jié)也沒(méi)有同步上。事實(shí)上，“0x00 OxAA”是干擾字節(jié)，“0xAA 0x55”才是通信協(xié)議中的同步頭。

　　怎樣學(xué)好嵌入式技術(shù)？

　　隨著現(xiàn)代社會(huì)信息化進(jìn)程的加快，嵌入式系統(tǒng)被廣泛的地應(yīng)用于軍事、家用、工業(yè)、商業(yè)、辦公、醫(yī)療等社會(huì)各個(gè)方面，表現(xiàn)出很強(qiáng)的投資價(jià)值。從國(guó)際范圍來(lái)看，作為數(shù)字化電子信息產(chǎn)品核心的嵌入式系統(tǒng)目前其硬件和軟件開(kāi)發(fā)工具市場(chǎng)已經(jīng)突破2000億美元，嵌入式系統(tǒng)帶來(lái)的全球工業(yè)年產(chǎn)值更是達(dá)到了一萬(wàn)億美元，隨著全球經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長(zhǎng)以及信息化的加速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)市場(chǎng)必將進(jìn)一步增長(zhǎng)。

　　根據(jù)中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)校企聯(lián)盟的建議，學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)的必備條件與學(xué)習(xí)方法如下：

　　1、C開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)

　　條件：Linux

　　方法：主要是掌握ANSI C編程（不包括gtk，qt等圖形可視化開(kāi)發(fā)）

　　2、網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)、體系結(jié)構(gòu)

　　條件：Linux，各種書(shū)，算法、例程。

　　方法：通過(guò)C編程實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)等知識(shí)的算法和過(guò)程。

　　3、嵌入式系統(tǒng)概念

　　條件：各個(gè)嵌入式網(wǎng)站，討論組，書(shū)籍

　　方法：少提問(wèn)，多留給自己思考的空間。

　　4、嵌入式開(kāi)發(fā)實(shí)踐

　　條件：各種嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具的demo版，包括編譯器，仿真器。

　　方法：一個(gè)是基于MCU/MDSP的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，另一個(gè)是像Palm OS，WinCE，uC/OS II等RTOS下的應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)。第一個(gè)是針對(duì)硬件開(kāi)發(fā)而言的，而第二個(gè)則是針對(duì)軟件開(kāi)發(fā)而言的。

　　5、硬件開(kāi)發(fā)

　　條件：各種嵌入式芯片、存儲(chǔ)器等電路器件，protel99等電路設(shè)計(jì)軟件，電路板制作。

　　方法：這時(shí)候該有開(kāi)發(fā)條件了，最起碼是51系列，這個(gè)比較方便。電路的設(shè)計(jì)內(nèi)容較多，不過(guò)看起來(lái)嚇人，實(shí)際上比軟件要簡(jiǎn)單的多。只要下功夫，實(shí)踐會(huì)告訴你一切。