串口协议指南

本协议旨在通过串口通信传输数据。为了确保数据包的正确传输和接收，我们设计了一种带有包头、数据部分、校验和边界符的协议结构。此协议适用于数据长度不定且需要校验和边界识别的场景。

数据包结构

每个数据包由以下几部分组成：

1. 边界符（Delimiter）：用于标识数据包的开始和结束。边界符是一个独特的字节序列，能够清晰地划分数据包的边界。通常使用 0xAA 0xBB 或其他特定字节序列。
2. 包头（Header）：包含数据包的元信息，用于描述数据包的基本特征。
   • ID（1字节）：包头标识符，通常用来标识包的类型或来源。
   • Type（2字节）：包类型，表示数据包的处理方式或用途。
   • Length（2字节）：数据部分的长度，指示数据字段的字节数。
3. 数据（Data）：实际传输的内容，长度由包头中的 Length 字段指定。
4. CRC 校验（CRC）：用于校验数据包的完整性。CRC 校验字段用于在接收端验证数据是否完整且未被篡改。

数据包格式

每个数据包的具体格式如下所示：

数据包解析流程

数据包的解析流程如下：

1. 读取边界符：在接收数据时，首先检查是否遇到预定的边界符（例如 0xAA 0xBB）。如果匹配到边界符，说明数据包开始。
2. 读取包头：包头部分包含包的元信息（ID、Type、Length），通过解析包头，接收端能够了解后续数据部分的长度及如何处理数据。
3. 读取数据部分：根据包头中的 Length 字段，读取指定长度的数据部分。
4. 校验数据完整性：使用 CRC 校验字段对数据进行校验。如果校验失败，则丢弃该数据包，等待重新同步。
5. 处理数据：根据包的类型 Type 进行相应的数据处理。如果数据包有效且校验通过，则继续进行处理。

说明与注意事项

1. 边界符（Delimiter）：
   • 边界符用于标识数据包的边界，防止数据包之间的混淆。常见的边界符是两个字节的特定标识符（如 0xAA 0xBB）。
   • 在实际应用中，接收方应该在每次读取数据时都检查边界符，并将其作为包的起始标识。
2. 包头（Header）：
   • 包头由 ID、Type 和 Length 三个字段组成，确保接收方能够根据包头中的信息正确解析数据部分。
   • ID 用于标识数据包的来源或类型，Type 进一步说明数据包的具体用途，Length 用于指示数据部分的字节数。
3. 数据部分（Data）：
   • 数据部分的长度是由 Length 字段动态确定的，因此每个数据包的长度是可变的。接收方根据 Length 字段读取对应数量的字节数据。
4. CRC 校验（CRC）：
   • CRC 校验是为了确保数据传输过程中数据的完整性。接收方计算接收到的数据的 CRC 校验值并与包中传输的 CRC 校验值进行比对。
   • 如果 CRC 校验失败，则认为数据包无效，可以丢弃并重新接收数据。

协议流程示意图

+--------------------------------------+
|             Delimiter               | <- 2字节，标识包的边界
+--------------------------------------+
|                ID                   | <- 1字节，包标识符
+--------------------------------------+
|               Type                   | <- 2字节，包类型
+--------------------------------------+
|               Length                 | <- 2字节，数据长度
+--------------------------------------+
|                Data                  | <- 可变字节，数据部分
+--------------------------------------+
|                CRC                   | <- 4字节，CRC 校验
+--------------------------------------+

数据包示例

假设我们有一个数据包，它的包头和数据如下：

• Delimiter: 0xAA 0xBB
• ID: 0x01
• Type: 0x02
• Length: 0x04 (表示数据部分为 4 字节)
• Data: 0x10 0x20 0x30 0x40
• CRC: 0x12345678 (假设计算出的 CRC 校验值)

则数据包的结构为：

+------------+------------+------------+------------+---------------------+---------------------+
| 0xAA 0xBB  |  0x01      | 0x02 0x00  | 0x04 0x00  | 0x10 0x20 0x30 0x40 | 0x12 0x34 0x56 0x78 |
+------------+------------+------------+------------+---------------------+---------------------+

总结

该协议设计提供了一个可扩展的框架，适用于串口通信中可靠的数据传输。通过引入边界符、包头、数据长度、CRC 校验等机制，能够有效确保数据传输的完整性和正确性。接收方可以依据协议规则准确地解析数据，并通过 CRC 校验来检测是否存在传输错误。