九、5 USART串口数据包

数据包作用：把一个个单独的数据给打包起来，将同一批的数据进行打包和分割，方便接收方进行识别，方便我们进行多字节的数据通信。

1、串口收发HEX数据包

（1）数据包的格式是个人规定的，如以FF为包头，FE为包尾，用于控制接收

防止数据与包头包尾重复的处理方法：

1）限制载荷数据的范围：可以在发送的时候，对数据进行限幅，如X、Y、Z三个数据，变化范围都可以是0~100；

2）若无法避免载荷数据和包头包尾重复，就尽量使用固定长度的数据包

3）增加包头包尾的数量，让它尽量呈现出载荷数据出现不了的状态，如使用FF、FE作为包头，FD、FC作为包尾

（2）包头包尾并不是全部都需要的，比如我们可以只要一个包头，把包尾删掉（但载荷和包头重复的可能性更大）

（3）固定包长和可变包长的选择问题

HEX数据包：如果载荷会出现与包头包尾重复的情况，最好选择固定包长。

（4）各种数据转换为字节流问题

这里的数据包都是一个字节一个字节组成的， 如果想发送16位或32位整型数据、float、double，甚至结构体，其实都没有问题，因为它们内部其实都是由一个字节一个字节组成的，只需要一个uint8_t的指针指向它，把它们当做一个字节数组发送就行

2、文本数据包

由于数据译码成了字符形式，就会存在大量的字符可以作为包头包尾，可以有效避免载荷和包头包尾重复的问题。

文本数据包一般以换行为包尾

当接收到载荷数据后，得到的是一个字符串，在软件中再对字符串进行操作和判断，就可以实现各种指令控制的功能了

3、优缺点

（1）HEX数据包优点是传输直接，解析数据非常简单，比较适合一些模块发送原始数据，如使用串口通信的陀螺仪、温湿度传感器。

缺点是灵活性不足、载荷容易与包头包尾重复

（2）文本数据包优点是数据直观易理解、非常灵活，适合一些输入指令进行人机交互的场合，如蓝牙模块常用的AT指令、CNC和3D打印机常用的G代码。

缺点是解析效率低

4、数据包收发流程

对于包头、数据、包尾这3种状态，我们都需要有不同的处理逻辑，所以在程序中需要设计一个能记住不同状态的机制，在不同状态执行不同的操作，同时还要进行状态的合理转移，这种程序设计思维，叫做“状态机”。

状态机使用的基本步骤：先根据项目要求定义状态，画几个圈，然后考虑好各个状态在什么情况下会进行转移，如何转移，画好线和转移条件，最后根据这个图来进行编程。

（1）HEX数据包接收流程

执行流程：

最开始S=0，收到一个数据，进中断，根据S=0，进入第一个状态的程序，判断数据是不是包头FF，如果是FF，则代表收到包头，之后置S=1，退出中断，结束，下次再进中断，根据S=1，就可以进行接收数据的程序了（若第一个状态接收到的不是FF，就证明数据包没有对齐，我们应该等待数据包包头的出现，这是状态仍然是0，下次进中断，就还是判断包头的逻辑，直到出现FF，才能转到下一个状态，之后出现了FF，就可以转移到接收数据的状态了）；

这时再接收数据，我们就直接把它存在数组中，另外再用一个变量，记录收了多少个数据，如果没收够4个数据，就一直是接收状态，如果收够了，就置S=2，下次进中断时，就可以进入下一个状态了；

最后一个状态就是等待包头包尾，判断数据是不是FE，若是FE，就置S=0，回到最初的状态，开始下一个轮回（若不是FE，比如数据与包头重复，导致包头位置判断错了，那这个包尾位置就有可能不是FE，这时就可以进入重复等待包尾的状态，直到接收到真正的包尾，这样加入包尾的判断，更能预防因数据和包头重复造成的错误）

（2）文本数据包接收流程

同样也是利用状态机，定义3个状态

第一个状态，等待包头，判断收到的是不是我们规定的@符号，如果收到@，就进入接收状态；

在接收状态下，依次接收数据，同时，这个状态还应该要兼具等待包尾的功能，（因为这是可变包长，我们接收数据的时候，也要时刻监视，是不是收到包尾了，一旦收到包尾了，就结束。这里的逻辑应该是，收到一个数据，判断是不是 \r，如果不是，则正常接收，如果是，则不接收，同时跳到下一个状态，等待包尾 \n。如果只有一个包尾，那么在出现包尾之后，就可以直接回到初始状态了，只需要两个状态）