关于自定义协议,对于会的人很简单,对于不会的人就摸不着头脑。下面分享一些关于自定义协议的笔记。
什么是协议?
协议这个概念我觉得挺杂的。就像嵌入式的概念一样,说法不一,比如大家常常争论FPGA是不是嵌入式、单片机是不是属于嵌入式等等。下面简单看一下嵌入式中协议这个概念。
在互联网领域,协议常常指的是网络协议。
在嵌入式中,协议按大类分主要可分为底层协议(硬件层协议/物理层协议)与上层协议(用户层协议/应用层协议),根据实际还可细分成很多层。
底层协议如串口、SPI、I2C等,底层协议决定着数据传输的方式(传输数据需要多少条信号线,传输数据的时序是怎样的)。上层协议决定着这些数据是拿来干什么用的。太难解释了。。看实例吧:
这是多功能电能表的协议通讯协议,其中底层协议是485通讯,上层协议有很多条,但格式基本都统一:
每一帧(包)数据的格式都类似是这样子的格式,例如读数据协议:
主站往从站发送数据(控制器->智能电表):
从站往主站发送数据(智能电表->控制器):
明确了协议之后,该发什么数据、收到的数据是怎么样我们都心里有数,那么这个通信的过程就很明朗了。
一般控制器往外发送协议数据都比较简单,重点是返回数据的处理(解析),解析方式根据协议的不同而有不同的方法。
协议(上层协议)按照通用性来分可以分为专有协议与自定义协议,例如上面电表的协议其实是专有协议(具有一些标准的协议):
自定义协议就是我们开发者可以针对一些应用、一些需求自己制定的一些协议。下面来分享一些常见的自定义协议:
在我们嵌入式开发中,自定义协议的应用很多。例如上下位机之间的通讯、控制器与控制器之间的通讯、服务器与设备终端之间的通讯等。
自定义协议也没有什么特定的规范、标准,可以很灵活地制定,只要能满足开发需要即可。下面依旧以实例来做分享:
例子一(典型):
之前有个物联网项目,服务器往我们终端设备发送的协议数据类似于:
我们设备终端需要用到协议数据中字段的实际数据,整个数据包是字符串的形式,这时候可以用sscanf函数来做解析:
char tmpBuf[TMP_BUF_LEN];
char *cmd_str = tmpBuf;
uint16_t num = 0;
uint16_t devid = 0;
if (sscanf(buf, "Data=%s,%d,%d", cmd_str, &num, &devid)!=3 )
{
return-1;
}
关于sscanf函数就不做解释了,不会的朋友自行百度。sscanf函数在做类似的解析非常好用,很多时候都可以使用。如:
因为是两端通讯,当然要确保通讯的正确性。比如服务器往设备发送数据,怎么知道有没有发送,这就得设备端在收到数据的同时回应相应的数据包。
可以使用与sscanf函数相对应的sprintf函数做组包操作。比如(这个sprintf例子与上例无关,只是为了说明一下sprintf的用法):
一端给另一端发送数据一般有两种,以设备端在往服务端发送数据为例:
(1)当设备收到服务端的数据时,会回应与之对应的数据,这称为被动应答。
(2)设备主动给服务端发送数据,例如设备常常定时、主动地给服务端发送一些时间戳信息等(俗称心跳包),这样服务端就知道设备是在正常工作的(活着的状态)。这称为主动发送或主动申请。
在处理这些字符串形式的协议数据的时候用sscanf、sprintf、strcmp、strstr、strcat等函数非常方便,有时候可以搭配正则表达式来做匹配。
例子二(典型):
之前有个项目需要从控制板显示主控制板的运行状态,两控制板之间使用的底层协议为485协议。上层协议(从控板接收数据协议)如:
这里省略的部分为其他信息,比如整个数据包的长度等。
解析函数如:
这里的应用比较简单,只是解析一个报警信息来显示。有时候需要用到整个数据包里的数据,这时候我们可以建立一个结构体来保存所有我们需要的数据,这样方便我们清晰、有条理地对数据进行处理。例如:
例子三(其它):
上面的两个例子中的自定义协议是比较典型的、用得比较多的。
下面也分享其它我自己的一些例子,很多时候为了满足我们自己通讯应用的需要,我们也会自己建立一些自己的小协议来满足我们的需求。
(1)例子一
之前使用串口屏与STM32通讯的时候,我有制定一些的协议。
为了让STM32能识别我串口屏不同页面发送的数据,必须要制定一条协议来识别页面:
这样,每切换至不同的页面时,就会往STM32发送关于页面的协议数据,这样我们就可以知道当前处于哪个界面。为了让STM32能接收到正确的WiFi设置信息(如何区分WiFi名与密码),必须要给WiFi信息添加一些辅助协议数据,如:
相应的解析处理函数:
类似这样子的协议解析实际上是有套路的,摸清楚这些套路之后以后在做类似应用的时候其实就很简单了。
重点掌握sscanf、sprintf、strcmp、strstr、strcat等函数以及上面的两种典型例子。
小编在三个地方搬过砖,每个地方都有用到类似的自定义协议,而且都形成专门的协议文档,每次做类似通讯类的应用的时候,都会按照这样已份协议文档来修改以适应不同的项目。