【“状态机” 解析UART不定长度的协议帧】

• 1. 数据帧格式
• 2. 状态机原理
• 3. 代码实现

通信设计中考虑协议的灵活性，经常把协议设计成“不定长度”。如果一个系统接收上述“不定长度”的协议帧，将会有一个挑战–如何高效接收与解析。一个实例如下图：米LoRa终端的通信协议帧。

为简化系统设计，我们强烈建议您采用“状态机”来解析UART数据帧，并且把解析工作放在ISR（中断服务程序）完成，仅当接收到最后一个字节（0x0D）时，再将整个数据帧提交给进程处理。

那么ISR处理这个状态机来得及吗？答案是：so easy！因为它只有3个动作，运算量十分小：

比较接收数据 -> 更新状态变量 -> 存储接收数据，C语言仅3条语句，翻译成机器指令也不超过10条。

1. 数据帧格式

2. 状态机原理

3. 代码实现

将 comm2trm_RxUartData()函数放在你的串口中断函数中：

// 变量定义

#define MAX_LEN_COMM_TRM_DATA 12     // 单包最长数据长度
#define MAX_LEN_UART_FRAME_DATA 12    // 有效数据长度
#define COMM_TRM_HEAD 0x3C             //帧头
#define COMM_TRM_TAIL 0x0d             // 帧尾
#define TYPE_INVALID_MIN  0x01          // 帧种类起始
#define TYPE_INVALID_MAX  0x0a           // 帧种类结束
typedef enum
{
    STATUS_IDLE = (uint8_t)0,
    STATUS_HEAD, /* Rx Head=0x3C */
    STATUS_TYPE, /* Rx Type */
    STATUS_DATA, /* Data filed */
    STATUS_TAIL, /* Tail=0x0D */
    STATUS_END, /* End of this frame */
} COMM_TRM_STATUS_TypeDef;


typedef struct
{
    uint8_t    byCnt;       /* Count of 1 field */
    uint8_t    byDataLen; /* Length of data field */
    uint8_t    byFrameLen; /* Length of frame */
    COMM_TRM_STATUS_TypeDef    eRxStatus;
    uint8_t    a_byRxBuf[MAX_LEN_COMM_TRM_DATA]; 
} COMM_TRM_DATA;

static COMM_TRM_DATA    s_stComm2TrmData;

// 状态机
void comm2trm_RxUartData(uint8_t byData)
{
    /* Update status according to the received data */
    switch (s_stComm2TrmData.eRxStatus)
    {
        case STATUS_IDLE:
            if (COMM_TRM_HEAD == byData) /* Is Head */
            {
                s_stComm2TrmData.eRxStatus = STATUS_HEAD;
            }
            else
            {
                goto rx_exception;
            }
            break;
        case STATUS_HEAD:
            if (TYPE_INVALID_MIN < byData && byData < TYPE_INVALID_MAX) /* Valid type */
            {
                s_stComm2TrmData.eRxStatus = STATUS_TYPE;
            }
            else
            {
                goto rx_exception;
            }
            break;
        case STATUS_TYPE:
            if (byData <= MAX_LEN_UART_FRAME_DATA) /* Valid data size */
            {
                s_stComm2TrmData.eRxStatus = STATUS_DATA;
                s_stComm2TrmData.byDataLen = byData;
            }
            else
            {
                goto rx_exception;
            }
            break;
        case STATUS_DATA:
            if (s_stComm2TrmData.byCnt < s_stComm2TrmData.byDataLen)
            {
                ++s_stComm2TrmData.byCnt;
            }
            else
            {
                s_stComm2TrmData.eRxStatus = STATUS_TAIL;
            }
            break;
        case STATUS_TAIL:
            if (COMM_TRM_TAIL == byData)
            {
                /* We received a frame of data, now tell process to deal with it! */
                //process_poll(&Comm2TrmProcess);
                printf("frame is over \r\n");
            }
            else
            {
                goto rx_exception;
            }
            break;
        default:
            printf("Error: Bad status of comm2trm_RxUartData().\r\n");
            break;
    }

    /* Save the received data */
    s_stComm2TrmData.a_byRxBuf[s_stComm2TrmData.byFrameLen++] = byData;
    return;

rx_exception:
    //ClearCommFrame();
    return; 
}

参考资源