STM32串口如何代碼實現更穩定的接收消息

2019-11-06 07:24:21

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供稿：網友

在《STM32串口向世界問好》介紹過如何發送消息，那么又如何接收消息呢？

也很簡單，只需要配置好串口接收，配置好中斷，并在串口中斷函數里面進行數據接收就可以了。通用配置代碼如下：

/**  * @brief  初始化IO 串口1  * @param  bound:波特率  * @retval None  */void USART1_Debug_Init(u32 bound){    //GPIO端口設置    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;    assert_param(bound >0 && bound <= 256000);    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);    USART_DeInit(USART1);  //復位串口1    //USART1_TX   PA.9    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; //PA.9    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;   //復用推挽輸出    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //初始化PA9    //USART1_RX   PA.10    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//浮空輸入    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);  //初始化PA10    //USART 初始化設置    USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound;    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//字長為8位數據格式    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//一個停止位    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//無奇偶校驗位    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; //收發模式    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); //初始化串口    NVIC_PRiorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2 ;    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);     USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_TC);//防止第一個數據被覆蓋    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);//開啟中斷    USART_Cmd(USART1, ENABLE);                    //使能串口}中斷處理接收函數為：
 void USART1_IRQHandler(void){    u8 res;    if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET) //接收中斷 有數據為 1 SET    {        res = (u8)USART_ReceiveData(USART1);        res = res ;    }}如果此時需要判斷當接收的數據為1時點亮LED1，當接收數據為2時熄滅LED1則可在中斷里作如下處理：
 void USART1_IRQHandler(void){    u8 res;    if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET) //接收中斷 有數據為 1 SET    {        res = (u8)USART_ReceiveData(USART1);         if(0x01 == res)        {            LED1 = ON ;         }        if(0x02 == res)        {            LED1 = OFF ;         }    }}但這種接收控制方法是不夠穩定與靈活的，比如在傳輸的過程中受到干擾，0x01 變成 0x02，則就會出現錯誤的控制。又比如我要接收一串數據并進行處理，這樣就不好控制了。
這時我們就要想著制定一套通信協議來方便通信。
在此介紹一種簡單通信協議，是我在設計一款無人機數據鏈通信時用到的一開源協議：MAVLink，另外加上CRC校驗，進一步保證接收數據的可靠性。
其通信數據格式如下：
紅色部分代表起始幀 STX 為 0xFE ； LEN表示要發送的數據長度（PAYLOAD長度）；SEQ表示數據的序列號，循環從0至255發送（可以檢測是否丟包，并可能過此來判斷信號強度）；SYS是用來表示區分同一網絡中不同飛行器號的，即系統ID；COMP代表組件ID，表示飛行器上各個組成部分，如飛控單元，GPS等；MSG則代表消息ID，即要發送不同控制命令ID；PAYLOAD表示此命令的內容；最后兩字節是自動生的的CRC校驗碼 。
從上圖也可以看出PAYLOAD有效長度可為0至255字節（因為LEN來表示，它們都是無符號8位數據類型），所以一條消息長度最小為8字節，最大為263字節。
至此一簡單通信協議就介紹過了，說的有點多。下面就是如何對其解析，話不多說直接代碼說明：
#define MavlinkLenMin  8#define MavlinkLenMax  263#define STX      0xFE//MAVLINK HEAD#define Add_STX  0x00#define Add_LEN  0x01#define Add_SEQ  0x02#define Add_SYS  0x03#define Add_COMP 0x04#define Add_MSG  0x05#define Add_PAYLOAD  0x06//PAYLOAD start from 0x06typedef enum {BEEN_RECEIVED = 0, RECEIVING = !BEEN_RECEIVED} Receive_Status;typedef struct{    boolean Get ;    u16 Len ;    u8 Cache[MavlinkLenMax];}MAVLink_Data_Struct , * MAVLink_Data_Struct_p ; MAVLink_Data_Struct Msg_Rev ; void Msg_Recv_Data_Analyse_Irq(u8 data){    if(RECEIVING == Msg_Rev.Get){        Msg_Rev.Cache[Msg_Rev.Len++] = data;        if(STX != Msg_Rev.Cache[Add_STX]){            Msg_Rev.Len = 0 ;        }        if(((u16)Msg_Rev.Cache[Add_LEN] + MavlinkLenMin)==Msg_Rev.Len){            Msg_Rev.Get = BEEN_RECEIVED ;        }    }}可在串口中斷接收函數里調用此函數用作協議數據接收解析
void USART1_IRQHandler(void){    u8 res;    if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET) //接收中斷 有數據為 1 SET    {        res = (u8)USART_ReceiveData(USART1);        Msg_Recv_Data_Analyse_Irq(res);    }}當一條消息接收完成后，Msg_Rev.Get的狀態就會被設置成BEEN_RECEIVED ，這時就可在相關函數中對此條消息進行處理。
另外為了消息的更可靠，還可加入CRC校驗，如下函數就是一簡單通用的CRC16校驗碼生成函數：
u16 crc_chk_value(u8 *data_value){    u16 crc_value = 0xFFFF;         u16 length = (uint16_t)data_value[1] + 6;    u16  i;    while(length--)    {        crc_value ^= *data_value++;        for(i=0;i<8;i++)        {            if(crc_value & 0x0001)                crc_value = (crc_value >>1) ^ 0xa001;            else                crc_value=crc_value >> 1;        }    }    return(crc_value);}如上述的對LED燈控制，我們可以作如下簡單設計，設定發送操控數據的設備SYS ID為1，假定組件串口1的ID為1，消息ID也為1，另外發送的數據長度也為1，則解析控制函數如：
void Msg_Control_Process(void){    u16 checksum;    if(BEEN_RECEIVED == Msg_Rev.Get){        checksum = crc_chk_value(Msg_Rev.Cache);        if( (Msg_Rev.Cache[Msg_Rev.Cache[Add_LEN] + 6 + 1] == (checksum & 0xFF)) &&                (Msg_Rev.Cache[Msg_Rev.Cache[Add_LEN] + 6 + 2] == ((checksum >> 8) & 0xFF)) ){            if( (0x01 == Msg_Rev.Cache[Add_SYS]) && (0x01 == Msg_Rev.Cache[Add_COMP]) ){                if(0x01 == Msg_Rev.Cache[Msg_Rev.Cache[Add_LEN] + 6]){                    LED1 = ON ;                }                if(0x02 ==  Msg_Rev.Cache[Msg_Rev.Cache[Add_LEN] + 6]){                    LED1 = OFF ;                }            }        }        Msg_Rev.Get = RECEIVING ;        Msg_Rev.Len = 0;    }}
此函數可在主輪詢里調用，當中斷里正常接收到一串消息后，就可以根據條件判斷及加處控制處理，處理完成后再繼續接收。因加入了CRC校驗及消息和組件ID檢測等，數據可靠性增加，當然軟件通信可靠性增強一般是通過增加冗余來實現，此也不例外。
稍微復雜的控制用此比較好，上面的例程用此只是作簡單原理性說明，有點大材小用的感覺 。
另在此設計中，你會發現，當接收完一條消息，處理完成后才接收下一條。這樣，當處理過程較費時間，并且消息在不斷的快速發送時，就容易引起丟包現象 ，所以以上設計并不是很好的。那么這個又如何解決呢？
待我研究下，下篇將會作詳細介紹 。