QT中使用QSerialPort数据接收分包和粘包的一种解决方法

背景

有时候在与下位机通信时会选择串口，所以就需要使用到QT中的QSerialPort类。在接收下位机返回的指令时，经常会出现数据包分包和粘包的现象。

数据包格式

一般在与下位机通信时的协议都是具有一定的格式，也就是利用这个格式来解决数据分包和粘包的问题。

• 一般数据格式如下

帧头	功能码	数据长度	数据内容	检验位
1 byte	1 byte	2 byte	n byte	1 byte

• 解释
  （1）帧头：定位到一帧数据的起始位置。可以定特殊一点的，不会经常出现的，如：0xfa、0xfb
  （2）功能：这条协议表示什么功能。如：0x01表示控制灯光、0x02表示查询状态
  （3）数据长度：数据内容的大小。
  （4）数据内容：真正使用到的数据。如：0x01表示开灯成功，0x02表示关灯成功，这样UI就可以根据这个进行变化。
  （5）检验位：检验这一帧数据是否正确。如：异或校验、和校验。
  注意：可能有的协议还会有索引位、帧尾之类的

解决方法

• 基本流程

（1）将每次接收到的数据保存到一个buffer中
（2）定位到帧头索引，若索引不为0，则说明前面这一部分的数据无用，可以舍弃
（3）获取数据长度字节，得到数据内容的字节大小
（4）提取到一条完整的指令，如上面的格式则指令长度为 n + 5
（5）检查校验位是否正确
（6）从buffer中移除该指令

• 代码实现

char getXorCheck(const QByteArray &data)
{
    char crc = 0x00;
    for (const auto &ch : data) {
        crc ^= ch;
    }

    return crc;
}

void slot_receiveSerialPortData()
{
    QByteArray data = m_serialPort->readAll();
    // 串口通信数据会分包或粘包，所以需要将收到的数据缓存起来，再从中解析出相应的指令
    m_buffer.append(data);

    // 先找到帧头的位置
    int headerIndex = m_buffer.indexOf(char(0xfa));
    if (-1 == headerIndex) {
        m_buffer.clear();  // 找不到帧头，则将所有缓存数据清空
    } else {
        if (headerIndex > 0) {
            // 如果帧头不在第一个，则说明前面的数据是没用的，直接舍弃
            m_buffer.remove(0, headerIndex);  
        }

        // 数据长度位的索引为2,3  所以size需要>=4
        if (m_buffer.size() >= 4) {  // 有包含数据长度位
            // 取出完整的一条指令
            int dataLen = QString(m_buffer.mid(2, 2).toHex()).toInt(nullptr, 16);  // 数据内容长度
            int cmdLen = dataLen + 5;  // 完整指令数据长度
            if (m_buffer.size() >= cmdLen) {
                QByteArray cmd = m_buffer.left(cmdLen);  // 指令数据

            	// 异或校验不包含帧头
                // 检查校验位
                char pbCrc = getXorCheck(cmd.mid(1, dataLen + 3));
                char pcCrc = cmd.at(cmdLen - 1);
                if (pbCrc == pcCrc) {
                    // 解析指令
                	// 按功能单元区分
                	char funcNum = cmd.at(1);
                	if (char(0x01) == funcNum) {
                    
                	} 
                } else {
                    // 失败 错误处理
                }
            
                m_buffer.remove(0, cmdLen);  // 将取出的指令数据从缓存中移除
            }
        }
    }
}