嵌入式开发之串行数据处理

前题

        前面几篇文章写了关于嵌入式软件开发时，关于串行数据处理的一些相关内容，有兴趣的可以看看《嵌入式开发：软件架构、驱动开发与串行数据处理》、《嵌入式软件开发之生产关系模型》和《嵌入式开发之Modbus-RTU协议解析》相关的内容。从业十几年，深刻感觉到在当前计算机和单片机的架构下，处理好串行数据，将大大提升软件运行的稳定性。

概述

        在物联网设备开发过程中，我们可以发现不管是采集传感器数据，还是和服务器进行通讯，涉及到交互的地方，设备间的数据都是以串行的方式进行交互的。下面以读取Modbus-RTU传感器的数据为例，报文格式如下：

        设备处理器以MCU为例，基于RS485总线进行交互，设备会将打包好的数据放入UART的发送寄存器，一次发送一个字节，首先发送0x01，然后依次发送完成这8个字节的数据，现在应用中一般是轮询发送（有数据发送时不停判断发送寄存器是否为空，为空时将要发送的数据继续放入，直到所有数据都发送完），中断接收（当接收完一个字节数据时产生中断，应用程序将接收寄存器中的数据保存下来）。发送的过程中有可能被中断，也有可能被干扰，数据有可能会产生错误码。发送时串口是轮询模式，相当于独占了MCU的资源，如果RAM足够大的话也可以采用中断发送的模式，创建一个发送的环形队列，需要发送的数据放入环形队列后，触发发送中断，发送完成后如果队列中还有数据就继续发送并触发中断，直到最后一个数据发送完成，这个在这里不展开讲了，这里只说处理数据的过程。

       接收数据也是在初始化串口时候创建了一个环形队列，产生接收中断时就将数据放入环形队列中，这里也多说一句，老工程师在写代码时，经常就是一个buf存放数据，在中断中判断超时，如果超时了就从中断中推出来，然后去解析buf里的数据，以前的设备处理的功能比较简单，功能也比较单一，这么做不会影响啥，但是现在的设备串口上挂着很多设备，比如我们的产品，有一个串口挂着蓝牙通信，一个串口挂着4G通信，一个串口挂着串口屏，再加上这个挂传感器的串口，如果一个串口停在中断里，其它的串口都有可能会丢数，问题会比较严重。

        串口中断只负责接收数据，相当于这个系统的数据生产者，它不管其他模块去怎么消费这些数据。

        创建一个任务，间隔性的查询环形队列里是否有数据，满足最小报文的长度，当满足报文长度时开始解析，解析时如果队列前面有无效字节，需要删除无效字节数，然后解析出完整的报文，并将完整的报文提取后进行处理，等下一个周期再去检查是否接收了完整的数据包，环形队列的长度一般要能够满足两三条报文的长度，这样避免粘包出现时，新数据将老数据冲掉。

        解析串行数据需要考虑断包，粘包，校验错误等问题。在利用生产关系模型将其结构化后，这些问题会很好解决。

        串行数据开始解析时，先从缓存中预提取一定长度数据出来，然后开始找报文头，确定报文头后就可以将报文头前面无效字节删除，然后提取报文长度，计算报文校验，这里比较关键如果报文长度有问题时，比如长度非法或者长度不够一包数据时，如何处理？长度非法的情况下需要删掉报文头一个字节，重新开始查找报文头。如果报文长度不够，就不做任何处理，退出循环，再次判断环形队列的长度，待长度满足最小报文长度时继续解析处理。以此类推，解析数据不一定要在一个循环里完成，要考虑在多次循环重入时怎么解决问题。这样做的另外一个好处就是会增强系统的实时性，尽量缩短单次循环处理数据的周期，能让大循环的周期尽量的短。

下面提供一组环形队列处理的接口定义，仅供参考，有兴趣可以发邮件或者留言交流一下：

int32_t fifo_init(fifo_t *pfifo,uint8_t *buf,uint32_t size);
int32_t fifo_get_free_size(fifo_t *pfifo);
int32_t fifo_get_data_size(fifo_t *pfifo);
int32_t fifo_del_data(fifo_t *pfifo,uint32_t size);
int32_t fifo_read(fifo_t *pfifo,uint8_t *buf,uint32_t len);
int32_t fifo_pre_read(fifo_t *pfifo,uint8_t *buf,uint32_t len);
int32_t fifo_write(fifo_t *pfifo,const uint8_t *buf,uint32_t len);