嵌入式硬件通信接口協(xié)議-UART（五）數(shù)據(jù)包設(shè)計與解析

　　上一節(jié)講到起止式SST(Start-Stop-Type)幀結(jié)構(gòu)協(xié)議，該協(xié)議利用幀頭、長度、校驗構(gòu)建幀結(jié)構(gòu)，基于幀結(jié)構(gòu)能實現(xiàn)對數(shù)據(jù)包的可靠、準確傳輸。

　　應(yīng)用層數(shù)據(jù)包設(shè)計思路

　　回到工程本身，幀結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)包才是應(yīng)用程序最終需要解析使用的，且與具體的業(yè)務(wù)需求有關(guān)。

　　這篇文章將簡單介紹，在數(shù)據(jù)包里如何設(shè)計應(yīng)用層的交互指令，從而實現(xiàn)具體的業(yè)務(wù)需求。分享個思路，就當拋磚引玉了。

　　類似于幀結(jié)構(gòu)，在設(shè)計數(shù)據(jù)包時，根據(jù)交互邏輯的具體需求，同樣采用逐字節(jié)組成字段，字段組成數(shù)據(jù)包，從而完成指令交互。

　　具體到項目中，一般地有目標地址、源地址、指令類型、傳輸方向、級聯(lián)序號、參數(shù)ID、參數(shù)值等等。

　　字段的定義因項目需求而定，以上提及的字段可能存在且不限于此。

　　以下介紹在具體項目中，對數(shù)據(jù)包設(shè)計與解析思路。工程實踐中方法眾多，相信很多經(jīng)驗嫻熟的老工程師肯定都有各自巧妙的編程思路，歡迎在本頁留言交流。

　　項目案例

　　基于nRF51822的BLE終端設(shè)備，與上位機使用UART通信，物理線路使用USB轉(zhuǎn)UART。

　　數(shù)據(jù)包定義

　　類型定義

　　參數(shù)名&參數(shù)值定義

　　根據(jù)以上定義，可以為應(yīng)用程序設(shè)計指令解析的結(jié)構(gòu)體，結(jié)構(gòu)體中所定義的類型type和參數(shù)名para，使用枚舉類型定義：

　　常規(guī)解析過程

　　解析函數(shù)，一般地會把輸入?yún)?shù)的 *indata，利用一個新的結(jié)構(gòu)體指針指向該輸入?yún)?shù)，之后的解析使用結(jié)構(gòu)體指針來對數(shù)據(jù)處理，增強代碼可讀性!

　　上述截圖中的定義方式出現(xiàn)了警告，這里需要做個如下的強制轉(zhuǎn)換：

　　常規(guī)的判斷處理，多采用switch(){case :}聯(lián)合if(...){;}else(...){;}判斷邏輯，這個模式的判斷處理架構(gòu)如下：

　　以上的做法，依次去判斷類型type、參數(shù)名para，然后直接處理。當這兩個字段的枚舉成員數(shù)量少，倒還可以這么判斷;但是如果工程需要擴展、業(yè)務(wù)有了新的需求，那么if(...){;}else(...){;}的逐一判斷將會使得解析函數(shù)里的代碼量巨大!

　　總結(jié)有這幾個缺點：

　　1.業(yè)務(wù)需求有多少個類型或者其他分支，就需要多少個這樣的判斷邏輯，對于編寫代碼變成個體力活;

　　2.在代碼查看、維護時，面對的還是羅列了一大堆的switch(){case :}和if(...){;}else(...){;}語句;

　　3.增刪功能時，需要找到代碼中具體的判斷位置，然后小心翼翼給注釋或者修改掉。

　　這里已經(jīng)沒有任何的技術(shù)含量，基本上就是復(fù)制粘貼判斷語句、修改判斷對象，說到底也就是個查表的過程!

　　構(gòu)建查表方式解析

　　既然要查表，當然是有個while()循環(huán)，然后遞增某一變量來查表的過程。在這里，數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)體中定義的類型type、參數(shù)名para，都可以作為查表的對象，該如何選擇?

　　假設(shè)：

　　1.以類型作為查表對象，假如查表后類型等于查詢參數(shù)，那么參數(shù)名仍然是個多個分支的情況，要么繼續(xù)查表要么繼續(xù)采用switch(){case :}或者if(...){;}else(...){;}來判斷眾多不同的參數(shù)名;

　　2.以參數(shù)名作為查表對象，假如查表后參數(shù)名等于設(shè)備運行狀態(tài)，那么類型需要做最多三種判斷：查詢、設(shè)置、其他。

　　對比以上兩種，必然是第2個更能提高編程效率、縷清邏輯框架。

　　要查表就要建表，建表的結(jié)構(gòu)體，以參數(shù)名para作為被查對象，并且以回調(diào)函數(shù)的形式執(zhí)行查表結(jié)果。建表如下：

　　說是建表，其實就是定義一個結(jié)構(gòu)體數(shù)組，數(shù)組的每個元素都是結(jié)構(gòu)體類型，這里的結(jié)構(gòu)體，主要由數(shù)據(jù)包協(xié)議的參數(shù)名和回調(diào)函數(shù)組成，定義如下：

　　在執(zhí)行數(shù)據(jù)包解析的時候，查表的思路是：

　　1.先創(chuàng)建一個表結(jié)構(gòu)的指針*ptable指向表的開始位置，也就是指向數(shù)組內(nèi)第一個元素{ECHO, dcapp_dev_echo}

　　2.再創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)的指針*pbuf指向輸入數(shù)據(jù)首地址

　　3.通過遞增ptable指針，對ptable與pbuf的參數(shù)名成員進行比對

　　4.最后執(zhí)行ptable指針對應(yīng)回調(diào)函數(shù)

　　以上的思路，放到代碼中，僅僅數(shù)行就可以實現(xiàn)對輸入數(shù)據(jù)包參數(shù)名的解析!高效、清晰!

　　另外，建表時，把無效參數(shù)名對應(yīng)的值和對應(yīng)的回調(diào)函數(shù)放在最后，這樣做的好處是查完整個表，無需區(qū)分是否找到對應(yīng)的參數(shù)名，而直接執(zhí)行指針對應(yīng)的回調(diào)函數(shù)即可。

　　這樣即使是未找到參數(shù)名，也會執(zhí)行表中最后一個元素，就是錯誤解析的回調(diào)函數(shù)dcapp_parser_err()。

　　有了這樣一個查表的處理方式，增刪指令功能就變得簡單太多了!增加功能，只需要在表中添加參數(shù)名和對應(yīng)的回調(diào)函數(shù)，刪除某功能，也是回到表中找到對應(yīng)的參數(shù)名和回調(diào)函數(shù)即可!

　　總結(jié)一下，雖然查表方式非常清晰，但是對應(yīng)的回調(diào)函數(shù)內(nèi)部，需要獨自處理和實現(xiàn)，并且每個參數(shù)名都需要單獨處理。相比于采用switch(){case :}聯(lián)合if(...){;}else(...){;}判斷邏輯，確實清晰很多。

　　以上的查表思路，來源于經(jīng)歷的項目，同時還參考了

　　《STM32CubeExpansion_MEMSMIC1_V1.1》

　　這個ST官方的數(shù)字麥克風開源項目示例，作為USB音頻設(shè)備時，類似的回調(diào)函數(shù)方式：

　　調(diào)試截圖

　　正確解析了數(shù)據(jù)包的參數(shù)名之后，對應(yīng)的函數(shù)執(zhí)行結(jié)果是打印輸出調(diào)試信息，如下截圖：

　　以上是初步的解析效果，可以通過回調(diào)函數(shù)，正確地跳轉(zhuǎn)到對應(yīng)的函數(shù)執(zhí)行。具體的處理仍需要針對項目的業(yè)務(wù)需求而設(shè)計，在此不做更多的延伸。