Uart串口通讯协议与环形队列(裸机/RTOS)

MCU上使用的稳定Uart通讯协议(环形队列)

协议的主要内容：

接收：字节间超时判断、环形队列接收、非阻塞式接收整帧数据、接收查错；
发送：未应答重发(超过3次后反馈错误指令，若有应答继续发送原来数据)、
	 可选发送次数和间隔时间、CRC校验、环形队列解码；
若在RTOS中使用需添加互斥锁；

Uart总结：

1. Uart—通用异步收发器，按位进行数据收发的一种串行通信接口，相比于IIC\SPI，Uart没有CLK线使其保持同步，在RS485、LIN总线中可见等。
2. 使用硬件串口时，只需了解中断/DMA的逻辑即可实现收发，在TX/RX时，使用的是同名异址寄存器SBUF，接收/发送寄存器SBUF的地址虽然相同，但在物理上它们是2个不同的寄存器，一个只能读取，一个只能写入，以此保证不会出现紊乱。
3. 各种串口、并口协议只需搞懂 0 / 1 表达的方式，其他大致相同。

移植过多种MCU、SOC，暂无问题
数据帧：

接收和发送数据都存放在循环队列中，以队列为空判断是否发送或处理接收到的数据

可在头文件中使用宏控制参数

#define UART_REC_BUF_GROUP 10   //接收循环队列
#define UART_SEND_BUF_GROUP 10  //发送循环队列
#define UART_BUF_SIZE 	30	    //发送与接收长度
#define UART_FIXED_BYTE 6		  //一帧数据中的固定字节数
#define UART_LENGTH_POSITION 2  //数组中代表帧长度 的位置

#define UART_REC_OVER_TIME_CNT 	100  //500ms ，字节与字节之间接收超时设置的阈值时间
#define UART_SEND_TIMES 		3          //一个数据帧发送次数
#define UART_SAME_DATA_INTERVAL_TIME 10 	//同一帧多次发送的间隔时间
#define UART_SEND_FINISH_INTERVAL_TIME 50   //发送完成间隔时间
#define ACK_OVERTIME_TIME 200	 	 		//ACK应答超时时间
#define UART_ACK_RESEND_TIMES 3		 		//限制的重发次数

#define STARTMARK 0x41 			//起始符//0xAA  
#define ENDMARK   0x55      	//0x55  //结束符
#define ENDMARK_SIZE 1			//结束符个数
#define CRC_CODE_SIZE 2			//CRC校验码个数
/* 
	1byte起始符  1byte类型(最高位预留,剩下7位为数据类型)  1byte数据长度   nbyte数据    2byte校验码  1byte结束符
	((type & 0x7F) == UartEventType)
	数据长度 = nbyte + 6byte
	CRC校验参数模型：CRC-16/MODBUS  x16+x15+x2+1
*/
//能使用堆空间时，初始化使用malloc()；创建堆空间
typedef struct Queue 			//头删，尾插
{
	int MaxSize;				//最大个数
	int head;        			//队头
	int fail;					//队尾
	unsigned char (*DataBuf)[UART_BUF_SIZE]; //队列缓冲区
}UartQueue;

extern uchar Gu8RecStep;				//接收步骤
//extern uchar Gu8UartRecByteSum;  		//接收字节数
extern uchar Gu8UartRecFeedDog;     	//喂狗，字节与字节之间的接收时间是否超时
extern uchar Gu8UartRecQueueBufScriptNub;//接收内存下标

extern uchar UartRecQueueBuf[UART_REC_BUF_GROUP][UART_BUF_SIZE];//缓冲区
extern uchar UartSendQueueBuf[UART_SEND_BUF_GROUP][UART_BUF_SIZE]; 
extern uchar UartSendBuf[UART_BUF_SIZE];	

extern UartQueue UartRecQueueInfo;	//接收队列
extern UartQueue UartSendQueueInfo; //发送队列

//=========================================================
typedef enum //串口接收或发送的第二个字节为当前数据帧的类型            
{       
    UART_FET,			//自定义
	UART_CONTROL,	
    UART_ALARM,			
	UART_CONFIG,		
	UART_ACK,			//应答类型
}UartEventType;
//====================================
void UartQueueAdd(UartQueue *UartQueue,uchar info[]);   //入队
void UartSendData_Task(UartQueue *UartQueue);			  
void UartRecDataHandle_Task(UartQueue *UartQueue); 	
uint UartCrcCheck(uchar *buf,uchar lenth);				         //CRC校验
//======================UserDemo
/*使用时，先用Handle处理数据，再用SendData发送SendBuf*/
extern void UartQueueInit(UartQueue *UartQueue,uchar (*Buf)[],bit Type);  //初始化队列，并添加一个队列
extern void UartSendDataHandle(const uchar *DataBuf,uchar DataBufLength,UartEventType DataType,uchar *SendBuf);  //制作数据帧
extern void UartSendData(uchar SendBuf[]);
extern void Uart_Task(void); 		//1ms软件定时器中

串口发送

unsigned char InitBuf[] = {"Init"};	//你要发送的原始数据
//处理数据，添加数据类型、长度等信息，若在Linux下，添加fd描述符
UartSendDataHandle(InitBuf,sizeof(InitBuf)-1,UART_CONFIG,UartSendBuf);
UartSendData(UartSendBuf);//发送数据，可以和第二步整合在一起

串口接收

//在Uart中断服务函数中
temp = UART_BUF; 		  //不同内核sfr名字不一定相同
	
Gu8UartRecFeedDog = 1; 	  //检测字节与字节之间接收是否超时 
switch(Gu8RecStep)
{
	case 0:
		if(temp == STARTMARK)
		{
			UartRecQueueInfo.DataBuf[UartRecQueueInfo.fail][Gu8UartRecQueueBufScriptNub++] = temp;  
			Gu8RecStep++;
		}
	break;
		
	case 1:
		if(Gu8UartRecQueueBufScriptNub <= UART_BUF_SIZE) 
		{
			
			UartRecQueueInfo.DataBuf[UartRecQueueInfo.fail][Gu8UartRecQueueBufScriptNub++] = temp;				
			//结束符和[2]位的长度同时判断	
			if((UartRecQueueInfo.DataBuf[UartRecQueueInfo.fail][Gu8UartRecQueueBufScriptNub - 1 ] == ENDMARK) && (UartRecQueueInfo.DataBuf[UartRecQueueInfo.fail][UART_LENGTH_POSITION] == Gu8UartRecQueueBufScriptNub)) 
			{
				UartRecQueueInfo.fail = (UartRecQueueInfo.fail+1)%UartRecQueueInfo.MaxSize; //入队
				
				Gu8RecStep = 0;		
				Gu8UartRecQueueBufScriptNub = 0;
			}
		}
		else
		{
			Gu8RecStep = 0;
			Gu8UartRecQueueBufScriptNub = 0;
		}
		break;
	default:
		break;
}

使用注意点

/*
1. 发送和接收的数据存在循环队列中，判断队列是否为空作为发送条件或处理条件，1ms定时器中轮询；
2. 发送的次数可变，同一数据的发送间隔时间和不同数据的发送间隔时间可调；
3. 接收数据设置超时丢弃数据，超时时间，发送无应答时，超时重发，超过一定次数上报。
4. 数据发送协议发生变化时，需要修改部分代码，一般是数字 和 buf[1]&0x7F；
5. 不校验结束标志ENDMARK；
6. 不能在uart中断服务函数中直接入队，可能出现同时修改同一个buf的情况，
		在rtos下需要添加互斥锁保护此buf；
7. 若接受数据频繁，将接收任务设置高优先级，或者在Main函数中直接处理以达到高处理速度