- 基于有限状态机的嵌入式系统串口通信帧同步方法设计

此种方法与逐次比较的帧同步方法相比，能够比较快速、正确地检测出同步包头;但是如果包头的字节数很多，同步过程中每次进入串口中断服务子程序都要进行大量的字节搬移，将必然耗费很长的时间。为了使嵌入式系统更健壮，程序设计应把握的基本原则之一就是使中断处理程序最短。所以基于FIFO队列的帧同步方法也不是最优的。

2.3 基于有限状态机的帧同步方法

为解决以上问题，可以采用基于有限状态机的设计方法。该方法将数据帧的接收过程分为若干个状态：接收信息头HEADl状态、接收信息头HEAD2状态、接收包长状态、接收数据类型状态、接收数据状态及接收校验和状态。系统的初始状态为HEADl状态，各接收状态间的状态转移图如图4所示，仍用前面提到的序列“0x00 0xAA 0xAA 0x55…”进行测试。随着串口接收中断新字节的接收，系统的接收状态依次为HEAD1→HEAD1→HEAD2→HEAD2→LEN。可见此时就是同步状态。该方法也快速、有效地实现了同步;但是需要注意的是，在每一次接收完1帧完整的数据之后，必须把系统的接收状态重新设置为HEADl，否则将会影响下一帧的数据接收。

此后，程序按照协议开始依次接收数据帧长度、命令类型、数据和校验位。接收完后，重新设置系统接收状态为HEADl，同时对该数据帧进行校验。校验正确后，利用消息机制通知主程序根据命令类型对数据帧进行处理或执行相应的命令操作。

下面给出该方法在KeilC5l中的示例程序：

由于采用了状态机和消息机制的结构，上述设计思路快速有效地实现了串口通信的同步，而且程序结构清晰，便于维护，也易于向其他的串口通信协议移植。另外，串口中断服务子程序中需要处理的工作很少，每个串口接收中断平均耗时不超过20个机器周期（在单片机AT89C5l中），大大减轻了串口接收中断服务程序的压力，缓解了嵌入式系统有限资源与需求之问的矛盾，提高了嵌入式系统的稳定性。

3 结论

从上面的分析和测试可以看出，基于有限状态机的串口通信帧同步方法是本文中提出的3种帧方法中最优的，结构清晰且系统资源利用率高。

对一个有着完整通信协议的串口中断来说，因为要比较命令头、完成校验、解析数据等需要耗费大量的机器周期，所以嵌入式系统中的串口中断服务程序设计显得更为重要。在实际的串口通信程序中，可采用状态机和消息机制相结合的方法，仅在中断服务程序中设置一个标志，而在主程序中根据相应标志来作处理，这样就回避了某些中断可能需要较长处理时间的问题。在程序结构上，由于采用状态机的结构，既提高了可读性。同时又提高了运行速度，因而该方法不仅是一种很好的帧同步方法，还是一种很不错的串口通信程序设计方法。