STM32串口如何代码实现更稳定的接收消息

在 《STM32串口向世界问好》介绍过如何发送消息，那么又如何接收消息呢？

也很简单，只需要配置好串口接收，配置好中断，并在串口中断函数里面进行数据接收就可以了。通用配置代码如下：

/**
  * @brief  初始化IO 串口1
  * @param  bound:波特率
  * @retval None
  */void USART1_Debug_Init(u32 bound){    //GPIO端口设置
    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);  //复位串口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;   //复用推挽输出
    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;//浮空输入
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);  //初始化PA10

    //USART 初始化设置
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound;
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//字长为8位数据格式
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//一个停止位
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//无奇偶校验位
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; //收发模式
    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);//防止第一个数据被覆盖
    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);//开启中断

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

中断处理接收函数为：

 void USART1_IRQHandler(void){
    u8 res;    if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET) //接收中断 有数据为 1 SET
    {
        res = (u8)USART_ReceiveData(USART1);
        res = res ;
    }
}

如果此时需要判断当接收的数据为1时点亮LED1，当接收数据为2时熄灭LED1则可在中断里作如下处理：

 void USART1_IRQHandler(void){
    u8 res;    if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET) //接收中断 有数据为 1 SET
    {
        res = (u8)USART_ReceiveData(USART1); 

        if(0x01 == res)
        {
            LED1 = ON ; 

        }        if(0x02 == res)
        {
            LED1 = OFF ; 

        }

    }
}

但这种接收控制方法是不够稳定与灵活的，比如在传输的过程中受到干扰，0x01 变成 0x02，则就会出现错误的控制。又比如我要接收一串数据并进行处理，这样就不好控制了。

这时我们就要想着制定一套通信协议来方便通信。

在此介绍一种简单通信协议，是我在设计一款无人机数据链通信时用到的一开源协议：MAVLink，另外加上CRC校验，进一步保证接收数据的可靠性。

其通信数据格式如下：

红色部分代表起始帧 STX 为 0xFE ； LEN表示要发送的数据长度（PAYLOAD长度）；SEQ表示数据的序列号，循环从0至255发送（可以检测是否丢包，并可能过此来判断信号强度）；SYS是用来表示区分同一网络中不同飞行器号的，即系统ID；COMP代表组件ID，表示飞行器上各个组成部分，如飞控单元，GPS等；MSG则代表消息ID，即要发送不同控制命令ID；PAYLOAD表示此命令的内容；最后两字节是自动生的的CRC校验码 。

从上图也可以看出PAYLOAD有效长度可为0至255字节（因为LEN来表示，它们都是无符号8位数据类型），所以一条消息长度最小为8字节，最大为263字节。

至此一简单通信协议就介绍过了，说的有点多。下面就是如何对其解析，话不多说直接代码说明：

#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 ;
        }

    }
}

可在串口中断接收函数里调用此函数用作协议数据接收解析

void USART1_IRQHandler(void)
{
    u8 res;    if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET) //接收中断 有数据为 1 SET
    {
        res = (u8)USART_ReceiveData(USART1);
        Msg_Recv_Data_Analyse_Irq(res);
    }
}

当一条消息接收完成后，Msg_Rev.Get的状态就会被设置成BEEN_RECEIVED ，这时就可在相关函数中对此条消息进行处理。

另外为了消息的更可靠，还可加入CRC校验，如下函数就是一简单通用的CRC16校验码生成函数：

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);
}

如上述的对LED灯控制，我们可以作如下简单设计，设定发送操控数据的设备SYS ID为1，假定组件串口1的ID为1，消息ID也为1，另外发送的数据长度也为1，则解析控制函数如：

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;
    }
}

此函数可在主轮询里调用，当中断里正常接收到一串消息后，就可以根据条件判断及加处控制处理，处理完成后再继续接收。因加入了CRC校验及消息和组件ID检测等，数据可靠性增加，当然软件通信可靠性增强一般是通过增加冗余来实现，此也不例外。

稍微复杂的控制用此比较好，上面的例程用此只是作简单原理性说明，有点大材小用的感觉 。

另在此设计中，你会发现，当接收完一条消息，处理完成后才接收下一条。这样，当处理过程较费时间，并且消息在不断的快速发送时，就容易引起丢包现象 ，所以以上设计并不是很好的。那么这个又如何解决呢？

待我研究下，下篇将会作详细介绍 。