2019年12月27日 | STM8S003单片机串口通信通信协议分析

最近在用STM8S003这个片子做项目，在做串口通信的时候，发现以前写的协议太简单了，项目中用不适合。

//协议 : 0XDD xx xx  xx xx xx xx  0XAA 

@far @interrupt void UART1_Receive(void)

{

unsigned char res;

res=UART1_DR;

if(res==0xDD)       //头

{

Rec_statu=1;     //标志开始接收

Rec_Cnt=0;

Rec_End=0;

return;

}

if(res==0xAA)       //尾

{

Rec_statu=0;

Rec_End=1;        //标志接收完成

SendData();       //接收完一组数据后 在发送一组数据出去

return;

}

if(Rec_statu==1)           //如果处于数据接收中

{

Rec_Buf[Rec_Cnt++]=res;

}

return;

}

这是测试用的一个简单协议，用0XDD作为数据头，0XAA作为数据尾。不限制数据长度。能进行简单的通信功能，但是实际项目中应用时，如果传输的数据中有0XDD或者0XAA，这个协议在解析是就可能出错。

于是决定修改协议，将协议的头改为两位数据。

// A5 5A(头) 45(数据类型) 04(数量) 0x00 0x00 0x00 0x00 0xFF(校验)

// A5 5A 45 04 08 A0 09 B0 5E

@far @interrupt void UART1_Receive(void)

{

unsigned char res;

unsigned int check=0x00;   //  校验

res=UART1_DR;

UART1_SR&=~(1<<5);      //RXNE 清零

if((res==0xA5)&&(Rec_head==0))               //头

{

Rec_head=1;             //标志开始接收

Rec_statu=0;

Rec_Cnt=0;

Rec_End=0;

return;

}

if((res==0x5A)&&(Rec_head==1))

{

Rec_head=1;             //成功接收到了数据头 正式开始接收数据

Rec_statu=1;

Rec_Cnt=0;

Rec_End=0;

return;

}

if(Rec_Cnt==6)              //尾

{

check=(0x5a+0x5a+Rec_Buf[0]+Rec_Buf[1]+Rec_Buf[2]+Rec_Buf[3]+Rec_Buf[4]+Rec_Buf[5]);

if(res==(check&0xff))          //数据正确 存储接收到的温度值

{

//在这块处理数据时 串口中断会进不来

//env_tem=Rec_Buf[4]*256+Rec_Buf[5];    //环境温度值 2480

//obj_tem=Rec_Buf[2]*256+Rec_Buf[3];    //目标温度值 2208

Rec_End=1;            //标志接收完成

}

else

Rec_End=0;            //接收失败

Rec_head=0;

Rec_statu=0;

Rec_Cnt=0;

return;

}

if(Rec_statu==1)           //如果处于数据接收中

{

Rec_Buf[Rec_Cnt]=res;

Rec_Cnt++;

return;

}

return;

}

数据头变成了两位，数据长度为固定值，增加了校验位。看起来貌似没有什么问题，但是仔细分析，发现还是有很多漏洞。

当接收到0XA5时，准备开始接收数据，当收到0X5A时，正式开始接收数据，然后统计数据的个数，当收到规定个数数据时，结束接收数据。 如果发送的数据是 A5 5A 45 04 08 A0 09 B0 5E时，可以正常接收到数据。但是如果发送的数据是 A5 00 01 02 03 5A 45 04 08 A0 09 B0 5E 时，遇见0XA5标记数据准备接收,然后又接着收到了00 01 02 03这几个数据，此时由于接收数据没有正式开始，所以程序不会有任何动作，当接收到下一个数据0x5A时,程序开始正式接收数据。但是这笔数据是非法数据，被程序误判为正常数据。从而接收到了一组非法数据。

那么能不能用下标来控制数据头的识别，比如如果遇到了0xA5，数据准备接收，同时开始计数，如果下一个数据是0x5A，那么标记开始正式接收数据。这样看起来好像能够避免上面发送 这笔数据 A5 00 01 02 03 5A 45 04 08 A0 09 B0 5E 的情况，但是如果发送的数据是 A5 A5 5A 45 04 08 A0 09 B0 5E 呢？我们来分析一下，如果遇到A5程序准备接收数据，同时开始计数，第二个数据是A5而不是设定的5A，那么判定为非法数据，计数器清零，准备重新接收，当第三个数据5A进来时，发现不是数据头A5，抛弃本次数据，重新等待数据头A5。显而易见这笔数据里面包含有正常数据，不过第一个数据是A5刚好和数据头重复了，导致本次数据里面的正常数据仍然被丢弃了。

那么如果避免这种情况，可以考虑在接收的数据判断收到的头A5，并且后面紧跟的数据是5A，那么就说明接收到了正确的数据头。但是有个问题，本次接收的数据如果是A5，下次的数据还不知道是不是5A，那么本次的数据是要丢弃还是要存储起来，如果要存储起来，那么后面连续好多个5A的话，如果区分哪个5A是哪一次接收的。这样判断起来程序就会显得极为复杂，那么有没有简单有效的方法呢？可以换个思维，能不能判断如果这次接收到了数据尾5A，判断上次接收的数据是A5，那么说明接收到了数据头。这样的话如果有连续多个A5的话，只要后面不是5A，那么就不会开始接收数据。新修改的协议如下：

//接收数据标志位 各个位含义

//bit7:接收到尾    0xA5 0x5A  0 未收到  1 收到

//bit6:接收到头    0x55 0xAA  0 未收到  1 收到

//bit0-5:接收到数据个数      最多64个数据

unsigned  char rec_flag = 0;            //接收数据标志位

unsigned  char rec_buf[20] = {0}; //接收数据存储

//串口接收数据格式为:  头1(0xA5) 头2(0x5A)  数据N位  尾1(0x55) 尾2(0xAA)

// 0xA5 0x5A xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx  0x55 0xAA

//接收中断函数 中断号18

#pragma vector  =  20                   // IAR中的中断号，要在STVD中的中断号上加2

__interrupt void UART1_Handle( void )

{

    unsigned char res = 0;

    if( rec_flag & 0x80 )                               //如果接收数据结束返回 数据被读取后才清0 标志位

    {

        return;

    }

    res = UART1_DR;

    UART1_SR &= ~( 1 << 5 );                                //RXNE 清零

    rec_flag++;                                         //接收数据计数

    //这种方式判断,可以有效识别类似 A5 A5 A5 5A XX XX 这样的数据开头

    //如果只判断第一位是A5,第二位是5A的话,上面的这种数据就判定为非法数据，不能有效识别

    if( ( res == 0xA5 ) && ( ( rec_flag & 0x40 ) == 0 ) )       //如果没有开始接收数据，并且当前的数据是0xA5 将计数清零

    {

        rec_flag = 0;

        rec_buf[0] = res;

        return;

    }

    if( ( rec_flag & 0x3F ) == 0x01 )                   //第二位数据

    {

        if( res == 0x5A )                               //如果第二位数据是0x5A 说明已经正确收到了数据头

        {

            rec_buf[rec_flag & 0x3F] = res;

            rec_flag |= ( 1 << 6 );                         // 接收到头第2位   0x5A     置标志位

        }

        else

        {

            rec_flag = 0;                                   //接收错误,重新开始

        }

        return;

    }

    if( ( ( rec_flag & 0x40 ) == 0x40 ) && ( ( rec_flag & 0x80 ) == 0 ) ) //已经成功接收到了头并且没有收到尾

    {

        //本次接收的是0xAA 上一笔数据是0x55 说明数据传输结束

        //这种方式可以有效识别 数据和结束符一样的情况如 XX XX XX 55 55 55 AA

        //如果接收到55就开始判断的话，上述的情况就会识别为非法数据，不能有效判断

        if( res == 0xAA )                               //接收到尾 第2位

        {

            rec_buf[rec_flag & 0x3F] = res;

            if( rec_buf[( rec_flag & 0x3F ) - 1] == 0x55 ) //如果上次接收的数据是 尾第1位

            {

                rec_flag |= ( 1 << 7 );                     //接收数据结束

            }

        }

        else

        {

            rec_buf[rec_flag & 0x3F] = res;                 //存储接收到的数据

        }

    }

}

这次协议改为了，数据头为两位 A5 5A ，数据尾也为两位 55 AA。数据长度可以为任意值，校验位暂时没加进去。

这次判断的流程为，如果接收到的数据是A5那么就把计数值清0，如果不是A5，接收数据，并把计数值加1，然后在判断第一位数据是不是5A，如果不是5A，那么重新清0，重新接收。 这样的话 如果发送的数据是 A5 00 00 5A xx xx 时，第一位数据5A，计数器清0，然后接收的第一位数据是00，不等于5A，那么计时器清0，重新开始接收。如果发送的数据是 A5 A5 A5 5A xx xx时，接收的第一个数据是5A，计时器清0，接收的第二个数据还是5A，那么计时器的值还是0，当第三个5A来时，计数器的值还为0，当第四个数据来时，不为A5，那么接收数据，计数器加1，此时计数器的值为1。然后判断计数器的值为1时，收到的数据是5A，开始正式接收数据。这样就可以有效的判断到数据头，不会误判和漏判。同样数据结束时也用两位判断 55 AA，当本次接收的数据是AA，同时判断上一次接收的数据是55时，说明数据接收结束。由于判断数据尾时，前面接收的数据都在数组中存储着，所以判断本次接收的数据和前一次接收的数据可以同时进行。比判断数据头简单。

修改后的协议可以接收 A5 5A xx xx xx xx 55 AA这样的标准数据，同时也能有效的判断到 类似 A5 A5 A5 A5 5A xx xx xx xx 55 55 55 55 AA这种带有干扰数据，但是又是合法数据的数据。如果需要数据校验，可以在结束符之前添加校验位。这次修改后的协议目前看来还是比较理想的，可以考虑在实际项目中应用。