如何采用“状态机”解析UART数据帧

通信设计中考虑协议的灵活性，经常把协议设计成“不定长度”。一个实例如下图：锐米LoRa终端的通信协议帧。

如果一个系统接收上述“不定长度”的协议帧，将会有一个挑战--如何高效接收与解析。 为简化系统设计，我们强烈建议您采用“状态机”来解析UART数据帧，并且把解析工作放在ISR（中断服务程序）完成，仅当接收到最后一个字节（0x0D）时，再将整个数据帧提交给进程处理。 该解析状态机的原理如下图所示：

那么ISR处理这个状态机来得及吗？答案是：so easy！因为它只有3个动作，运算量十分小： 比较接收数据 -> 更新状态变量 -> 存储接收数据，C语言仅3条语句，翻译成机器指令也不超过10条。

代码清单如下：

/**
*@briefStatusofreceivedcommunicationframe
*/
typedefenum
{
STATUS_IDLE=(uint8_t)0,
STATUS_HEAD,/*RxHead=0x3C*/
STATUS_TYPE,/*RxType*/
STATUS_DATA,/*Datafiled*/
STATUS_TAIL,/*Tail=0x0D*/
STATUS_END,/*Endofthisframe*/
}COMM_TRM_STATUS_TypeDef;

/**
*@briefDataobjectforreceivedcommunicationframe
*/
typedefstruct
{
uint8_tbyCnt;/*Countof1field*/
uint8_tbyDataLen;/*Lengthofdatafield*/
uint8_tbyFrameLen;/*Lengthofframe*/
COMM_TRM_STATUS_TypeDefeRxStatus;
uint8_ta_byRxBuf[MAX_LEN_COMM_TRM_DATA];
}COMM_TRM_DATA;

/**
*@briefDataobjectforreceivedcommunicationframe.
*@notePreventraceconditionthataccessedbybothISRandprocess.
*/
staticCOMM_TRM_DATAs_stComm2TrmData;

/**
*@briefPutadatathatreceivedbyUARTintobuffer.
*@notePreventraceconditionthiscalledbyISR.
*@paramuint8_tbyData:thedatareceivedbyUART.
*@retvalNone
*/
voidcomm2trm_RxUartData(uint8_tbyData)
{
/*Updatestatusaccordingtothereceiveddata*/
switch(s_stComm2TrmData.eRxStatus)
{
caseSTATUS_IDLE:
if(COMM_TRM_HEAD==byData)/*IsHead*/
{
s_stComm2TrmData.eRxStatus=STATUS_HEAD;
}
else
{
gotorx_exception;
}
break;
caseSTATUS_HEAD:
if(TYPE_INVALID_MIN< byData && byData < TYPE_INVALID_MAX) /* Valid type */
            {
                s_stComm2TrmData.eRxStatus = STATUS_TYPE;
            }
            else
            {
                goto rx_exception;
            }
            break;
        case STATUS_TYPE:
            if (byData <= MAX_LEN_UART_FRAME_DATA) /* Valid data size */
            {
                s_stComm2TrmData.eRxStatus = STATUS_DATA;
                s_stComm2TrmData.byDataLen = byData;
            }
            else
            {
                goto rx_exception;
            }
            break;
        case STATUS_DATA:
            if (s_stComm2TrmData.byCnt < s_stComm2TrmData.byDataLen)
            {
                ++s_stComm2TrmData.byCnt;
            }
            else
            {
                s_stComm2TrmData.eRxStatus = STATUS_TAIL;
            }
            break;
        case STATUS_TAIL:
            if (COMM_TRM_TAIL == byData)
            {
                /* We received a frame of data, now tell process to deal with it! */
                process_poll(&Comm2TrmProcess);
            }
            else
            {
                goto rx_exception;
            }
            break;
        default:
            ASSERT(!"Error: Bad status of comm2trm_RxUartData().
");
            break;
    }

    /* Save the received data */
    s_stComm2TrmData.a_byRxBuf[s_stComm2TrmData.byFrameLen++] = byData;
    return;

rx_exception:
    ClearCommFrame();
    return; 
}

审核编辑：黄飞