2021年08月10日 | STM32 | 分享自定义协议的一些典型例子

上次分享的《分享一个很酷的上位机软件》中，有如下协议：

有位读者朋友问数据为什么要按这样的格式来发。其实这是个自定义协议，这是上位机开发者定义的一个数据交互协议。

我们下位机往伏特加上位机发送数据需要遵循这样的协议数据，才能保证上位机能正确识别这些数据。

关于自定义协议，对于会的人很简单，对于不会的人就摸不着头脑。下面分享一些关于自定义协议的笔记，希望能对初学者有帮助，也希望大神们能多多指出不足。

什么是协议？

协议这个概念我觉得挺杂的。就像嵌入式的概念一样，说法不一，比如大家常常争论FPGA是不是嵌入式、单片机是不是属于嵌入式等等。下面简单看一下嵌入式中协议这个概念。

在互联网领域，协议常常指的是网络协议。

在嵌入式中，协议按大类分主要可分为底层协议（硬件层协议/物理层协议）与上层协议（用户层协议/应用层协议），根据实际还可细分成很多层。

底层协议如串口、SPI、I2C等，底层协议决定着数据传输的方式（传输数据需要多少条信号线，传输数据的时序是怎样的）。上层协议决定着这些数据是拿来干什么用的。太难解释了。。看实例吧：

这是多功能电能表的协议通讯协议，其中底层协议是485通讯，上层协议有很多条，但格式基本都统一：

每一帧（包）数据的格式都类似是这样子的格式，例如读数据协议：

主站往从站发送数据（控制器->智能电表）：

从站往主站发送数据（智能电表->控制器）：

明确了协议之后，该发什么数据、收到的数据是怎么样我们都心里有数，那么这个通信的过程就很明朗了。

一般控制器往外发送协议数据都比较简单，重点是返回数据的处理（解析），解析方式根据协议的不同而有不同的方法。

协议（上层协议）按照通用性来分可以分为专有协议与自定义协议，例如上面电表的协议其实是专有协议（具有一些标准的协议）：

自定义协议就是我们开发者可以针对一些应用、一些需求自己制定的一些协议。下面来分享一些常见的自定义协议：

常见的自定义协议

在我们嵌入式开发中，自定义协议的应用很多。例如上下位机之间的通讯、控制器与控制器之间的通讯、服务器与设备终端之间的通讯等。

自定义协议也没有什么特定的规范、标准，可以很灵活地制定，只要能满足开发需要即可。下面依旧以实例来做分享：

例子一（典型）：

之前有个物联网项目，服务器往我们终端设备发送的协议数据类似于：

我们设备终端需要用到协议数据中字段的实际数据，整个数据包是字符串的形式，这时候可以用sscanf函数来做解析：

char tmpBuf[TMP_BUF_LEN];

char *cmd_str = tmpBuf;

uint16_t num = 0;

uint16_t devid = 0;

if (sscanf(buf, "Data=%s,%d,%d", cmd_str, &num, &devid)!=3 )

{

    return -1;

}

关于sscanf函数就不做解释了，不会的朋友自行百度。sscanf函数在做类似的解析非常好用，很多时候都可以使用。如：

因为是两端通讯，当然要确保通讯的正确性。比如服务器往设备发送数据，怎么知道有没有发送，这就得设备端在收到数据的同时回应相应的数据包。

可以使用与sscanf函数相对应的sprintf函数做组包操作。比如（这个sprintf例子与上例无关，只是为了说明一下sprintf的用法）：

一端给另一端发送数据一般有两种，以设备端在往服务端发送数据为例：

（1）当设备收到服务端的数据时，会回应与之对应的数据，这称为被动应答。

（2）设备主动给服务端发送数据，例如设备常常定时、主动地给服务端发送一些时间戳信息等（俗称心跳包），这样服务端就知道设备是在正常工作的（活着的状态）。这称为主动发送或主动申请。

在处理这些字符串形式的协议数据的时候用sscanf、sprintf、strcmp、strstr、strcat等函数非常方便，有时候可以搭配正则表达式来做匹配。

例子二（典型）：

之前有个项目需要从控制板显示主控制板的运行状态，两控制板之间使用的底层协议为485协议。上层协议（从控板接收数据协议）如：

这里省略的部分为其他信息，比如整个数据包的长度等。

解析函数如：

这里的应用比较简单，只是解析一个报警信息来显示。有时候需要用到整个数据包里的数据，这时候我们可以建立一个结构体来保存所有我们需要的数据，这样方便我们清晰、有条理地对数据进行处理。例如：

例子三（其它）：

上面的两个例子中的自定义协议是比较典型的、用得比较多的。

下面也分享其它我自己的一些例子，很多时候为了满足我们自己通讯应用的需要，我们也会自己建立一些自己的小协议来满足我们的需求。

（1）例子一

之前使用串口屏与STM32通讯的时候，我有制定一些的协议。

为了让STM32能识别我串口屏不同页面发送的数据，必须要制定一条协议来识别页面：

这样，每切换至不同的页面时，就会往STM32发送关于页面的协议数据，这样我们就可以知道当前处于哪个界面。

为了让STM32能接收到正确的WiFi设置信息（如何区分WiFi名与密码），必须要给WiFi信息添加一些辅助协议数据，如：

相应的解析处理函数：

（2）例子二

之前在一个单相用电器监测的应用中，有用到zigbee无线通讯，即其中一块控制板做采集板，另一块控制板做显示板。

有些朋友可能会有疑问为什么不做在同一块板上？其实这是一道全国大学生电赛题（《省电赛一等奖作品：单相用电器分析监测装置》），我们只是根据题目要求来做的：

我们当时在做这个通讯时也是有制定一个简单的协议，在数据前面加个标识，就像JSON格式数据的键值对。关于JSON数据可阅读：

• 《基于Linux、C、JOSN、Socket的编程实例（附代码）》

• 《一个超轻量级的JSON解析器》

• 《JSON的简单认识》

我们制定的协议如：

相应的解析及结果：

类似这样子的协议解析实际上是有套路的，摸清楚这些套路之后以后在做类似应用的时候其实就很简单了。

重点掌握sscanf、sprintf、strcmp、strstr、strcat等函数以及上面的两种典型例子。

小编在三个地方搬过砖，每个地方都有用到类似的自定义协议，而且都形成专门的协议文档，每次做类似通讯类的应用的时候，都会按照这样已份协议文档来修改以适应不同的项目。