STM32串口如何代碼實現更穩定的接收消息

在 《STM32串口向世界問好》介紹過如何發送消息，那麼又如何接收消息呢？

也很簡單，只須要配置好串口接收，配置好中斷，並在串口中斷函數裏面進行數據接收就能夠了。通用配置代碼以下：

/**
  * @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;	//複用推輓輸出
    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;//字長爲8位數據格式
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//一箇中止位
    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);//開啓中斷

    USART_Cmd(USART1, ENABLE);                    //使能串口
}

中斷處理接收函數爲：

 void USART1_IRQHandler(void)
{
    u8 res;
    
    if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET) //接收中斷 有數據爲 1 SET
    {
        res = (u8)USART_ReceiveData(USART1);
        res = res ;
    }
}

若是此時須要判斷當接收的數據爲1時點亮LED1，當接收數據爲2時熄滅LED1則可在中斷裏做以下處理：

 void USART1_IRQHandler(void)
{
    u8 res;
    
    if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET) //接收中斷 有數據爲 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，好比在傳輸的過程當中受到干擾，0x01 變成 0x02，則就會出現錯誤的控制。又好比我要接收一串數據並進行處理，這樣就很差控制了。

這時咱們就要想着制定一套通訊協議來方便通訊。

在此介紹一種簡單通訊協議，是我在設計一款無人機數據鏈通訊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。

其通訊數據格式以下：

紅色部分表明起始幀 STX 爲 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（能夠檢測是否丟包，並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一樣飛行器號的，即系統ID；COMP表明組件ID，表示飛行器上各個組成部分，如飛控單元，GPS等；MSG則表明消息ID，即要發送不一樣控制命令ID；PAYLOAD表示此命令的內容；最後兩字節是自動生的的CRC校驗碼 。

從上圖也能夠看出PAYLOAD有效長度可爲0至255字節（由於LEN來表示，它們都是無符號8位數據類型），因此一條消息長度最小爲8字節，最大爲263字節。

至此一簡單通訊協議就介紹過了，說的有點多。下面就是如何對其解析，話很少說直接代碼說明：

#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 0x06


typedef 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裏調用此函數用做協議數據接收解析

void USART1_IRQHandler(void)
{
    u8 res;

    if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET) //接收中斷 有數據爲 1 SET
    {
        res = (u8)USART_ReceiveData(USART1);
        Msg_Recv_Data_Analyse_Irq(res); 
    }
}

當一條消息接收完成後，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。

另外爲了消息的更可靠，還可加入CRC校驗，以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，咱們能夠做以下簡單設計，設定發送操控數據的設備SYS ID爲1，假定組件串口1的ID爲1，消息ID也爲1，另外發送的數據長度也爲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;
    }
}

此函數可在主輪詢裏調用，當中斷里正常接收到一串消息後，就能夠根據條件判斷及加處控制處理，處理完成後再繼續接收。因加入了CRC校驗及消息和組件ID檢測等，數據可靠性增長，固然軟件通訊可靠性加強通常是經過增長冗餘來實現，此也不例外。

稍微複雜的控制用此比較好，上面的例程用此只是做簡單原理性說明，有點大材小用的感受 。

另在此設計中，你會發現，當接收完一條消息，處理完成後才接收下一條。這樣，當處理過程較費時間，而且消息在不斷的快速發送時，就容易引發丟包現象 ，因此以上設計並非很好的。那麼這個又如何解決呢？

待我研究下，下篇將會做詳細介紹 。