七 安全可靠的校验.docx
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七安全可靠的校验
第七节:
安全可靠的串口通讯协议之校验
(1)开场白:
串口通讯的协议各种各样,五花八门。
有的协议没有校验,有的协议有校验,它们的存在都有它们的道理。
没有校验的协议,感觉更简单直接,传输与处理的速度更加快。
有校验的协议,感觉用起来更加放心点。
这节将要介绍我常用校验的三道防火墙。
它们分别是提取数据头,判断数据总数,判断所有字节的累加和。
在上一节中略加修改即可完成本节的实验。
(2)功能需求:
无论是单片机还是上位机,最好在固定协议前多发送一个填充的无效字节0x00,因为硬件原因,第一个字节往往容易丢失。
通讯协议:
EB0055 XXYYYYYYYYCY
其中前三位EB0055为数据头,XX为数据长度,YY为数据,CY为前面所有字节的累加和。
累加和的意思是所有数据相加,你只要定义一个字节变量用来接收所有数据的累加和,那么超过一个字节的部分会自动丢弃。
比如以下数据:
EB005504021256A250
其中EB0055为数据头,04为数据总数,021256A2为数据,50为前面所有字节的累加和。
累加和可以用电脑系统自带的计算器来验证。
打开电脑上的计算器,点击“查看”下拉的菜单,选“科学型”,然后选左边的“十六进制”,最后选右边的“字节”,然后把前面所有的字节相加,它们的和就是50,没错吧。
任意时刻,从电脑“串口调试助手”上位机收到的一堆数据中,只要此数据满足以上我介绍的三道防火墙,那么就往上位机发送“eb 00aa”表示确认,同时蜂鸣器叫一声。
如果校验出错,则往上位机发送“eb 0055”表示出错。
(3)硬件原理:
把单片机串口通讯的那两个引脚经过一个MAX3232之后直接跟电脑的9针串口通讯。
我发现很多朋友会选MAX232这个芯片,而我本人更加推荐用MAX3232。
因为MAX232只支持5V,不是宽压的,而MAX3232不但支持5V,还支持3V。
每个人的记忆力都很宝贵,用232串口我只选MAX3232,不管它是用5V工作还是3V工作。
就像74系列的芯片,我的心中只有你(74HC)没有它(74LS),一样的道理,74HC是宽压,74LS不是宽压。
(4)源码适合的单片机:
PIC18f4520,晶振为22.1184MHz,波特率115200
(5)源代码讲解如下:
#include
//补充说明:
吴坚鸿程序风格是这样的,凡是输出IO后缀都是_dr,凡是输入的//IO后缀都//是_sr
#define beep_dr LATA2 //蜂鸣器输出
//补充说明:
吴坚鸿程序风格是这样的,凡是做延时计数阀值的常量
//前缀都用cnt_表示。
#definecnt_voice_time 150 //蜂鸣器响的声音长短的延时阀值
#definecnt_send 300 //确保接收缓冲区没有继续接收数据,是变量
//send_cnt的溢出阀值
Voidusart_service(); //串口通讯服务程序,放在main函数里
unsignedcharasy_recieve(); //把串口缓冲区的数据一个个提取出来
voideusart_send(unsignedchart_data);//串口发送一个字节的数据
VoidBuf_clear(); //把余下的缓冲区清零
voidDelay11(unsignedintMS);//延时函数
//补充说明:
吴坚鸿程序风格是这样的,凡是计数器延时的变量
//后缀都用_cnt表示。
unsignedintvoice_time_cnt; //蜂鸣器响的声音长短的计数延时
unsignedintsend_cnt=0; //一串数据从上位机发过来的时候,他们每个字节之间//的延时间隔很短,如果他们的延时间隔一旦超过了这个send_cnt变量的延时,那么就////认为他们的一串数据已经发送完毕
//补充说明:
吴坚鸿程序风格是这样的,凡是涉及统计数量的变量
//后缀都用_total表示。
unsignedintRCREG_total; //统计串口缓冲区已经收了多少个数据
unsignedintRCREG_read_total; //统计已经从串口缓冲区读出了多少个数据
unsignedcharvalid_total; //一串数据中的有效数据总量
//补充说明:
吴坚鸿程序风格是这样的,凡是用来更新的标识变量,比如液晶刷屏,或者有新接收的串口数据更新等等,后缀一律用_update表示
Unsignedcharsend_update=0; //一旦有数据从上位机发送过来,就会引发串口接收中////断,在串口中断里,我把send_update=1表示目前正在接收数据,警告单片机先不要//猴急,等串口中断把所有从上位机连续发送过来的一堆数据接收完,再处理。
那么什么///时候才知道发送的数据已经发送完毕了呢?
用send_cnt识别。
因为在串口中断里,我///每次都会把send_cnt=0,而在main函数里,一旦发现send_update==1,send_cnt就//会开始自加,当它超过某个数值的时候,就会自动把send_update=0,表示目前已经没//有数据发送了。
而如果有数据不断从上位机传来,send_cnt永远也不会超过某个数值,//因为每个中断它都被清零,这个原理跟看门口狗喂狗的原理很像。
//补充说明:
吴坚鸿程序风格是这样的,凡是用来接收数据的缓冲区数组后缀都用_buf表//示
UnsignedcharRCREG_buf[50]; //串口接收缓冲区,读者可以根据实际项目设置大小
UnsignedcharRCREG_buf_temp[50]; //临时处理串口数据的缓冲区,可以不用那么大
//补充说明:
吴坚鸿程序风格是这样的,凡是自锁变量名,后缀都用_lock表示。
Unsignedcharsend_lock=0;
//补充说明:
吴坚鸿程序风格是这样的,凡是在main函数中用的中间变量,前缀m_,后//缀用_char或者_int表示类型
Unsignedintm_int; //中间变量,只要是用在main函数里,谁都可以重复用。
Unsignedcharreceive_sum; //一串数据中的累加和,注意,必须定义成字节变//量,这样运算中它会自动丢弃超过一个字节的位。
//主程序
main()
{
ADCON0=0x00;
ADCON1=0x0f; //全部为数字信号
ADCON2=0xa1; //右对齐
RBPU=0; //上拉电阻
SSPEN=0; //决定RA5不作为串口
TRISA2=0; //蜂鸣器输出
BRG16=0; //设置串口通信寄存器
BRGH=0;
SPBRGH=0x00;
SPBRG=0x02; //22.1184MHz晶振,115200波特率
SYNC=0;
SPEN=1;
TX9=0;
TXEN=1;
TXIF=1;
RX9=0;
CREN=1;
RCIE=1;
PEIE=1;
GIE=1;
T1CON=0x24; //定时器中断配置
TMR1H=0xFE;
TMR1L=0xEF;
TMR1IF=0;
TMR1IE=1;
TMR1ON=1;
TMR1IE=1;
//补充说明,以上的内容为寄存器配置,每种不同的单片机会有点差异,
//大家不用过度关注以上寄存器的配置,只要知道有这么一回事即可
beep_dr=0; //关蜂鸣器,上电初始化IO
while
(1)
{
CLRWDT();//喂看门狗,大家不用过度关注此行
usart_service(); //串口通讯服务
}
}
//中断
voidinterrupttimer1rbint(void)
{
if(RCIE==1&&RCIF==1) //串口中断,一次只能接受一个字节
{
RCIE=0;
RCIF=0;
++RCREG_total; //以下代码是鸿哥的在所有串口项目中用到的标准代码
if(RCREG_total>50) //超过缓冲区
{
RCREG_total=50;
}
RCREG_buf[RCREG_total-1]=RCREG; //依次把上位机来的数据存入数组缓冲区
send_update=1; //通知单片机目前正在接收数据
send_cnt=0; //及时喂狗,虽然main函数那边不断在累加,但是只要串口的数//据还没发送完毕,那么它永远也长不大,因为每个中断都被清零,很可怜。
RCIE=1;
}
if(TMR1IE==1&&TMR1IF==1) //定时中断
{
TMR1IF=0; //定时中断标志位关闭
TMR1ON=0; //定时中断开关关闭
if(voice_time_cnt) //控制蜂鸣器声音的长短
{
beep_dr=1; //蜂鸣器响
--voice_time_cnt; //蜂鸣器响的声音长短的计数延时
}
else
{
Asm(“nop”); //添加此行空指令为了使else的内容跟if的内容对称,意义////不大
beep_dr=0; //蜂鸣器停止
}
TMR1H=0xFe; //重新设置定时时间间隔
TMR1L=0x00;
TMR1ON=1; //定时中断开关打开
}
}
voidusart_service() //串口服务程序,在main函数里
{
if(send_update==1) //说明目前串口正在接收数据,不要读缓冲区数据
{
send_lock=1; //开自锁标志
++send_cnt; //只要有数据接收,send_cnt每次都被串口中断清零
if(send_cnt>cnt_send) //延时一段时间,确认缓冲区没有继续接受数据
{
send_cnt=0;
send_update=0;
}
}
Else //说明当前没有继续接收数据了
{
if(send_lock==1) //在数据已经接收完毕,并且还没有处理过数据的情况下
{
send_lock=0; //处理一次就锁起来,不用每次都进来,除非有新接收的数据
while(RCREG_read_total { CLRWDT(); RCREG_buf_temp[0]=RCREG_buf_temp[1]; //数据移动,方便截取关键字 RCREG_buf_temp[1]=RCREG_buf_temp[2]; RCREG_buf_temp[2]=asy_recieve(); if(RCREG_buf_temp[0]==0xeb&&RCREG_buf_temp[1]==0x00&&RCREG_buf_temp[2]==0x55) //数据头”eb0055”判断 { //把余下有效的数据都取出来 RCREG_buf_temp[3]=asy_recieve(); //数据量 Valid_total=RCREG_buf_temp[3]; For(m_int=0;m_int { RCREG_buf_temp[4+m_int]=asy_recieve(); } RCREG_buf_temp[4+Valid_total]=asy_recieve(); //自带校验和 Receive_sum=0; //累加校验和计算 For(m_int=0;m_int<(Valid_total+4);m_int++) //累加校验和计算 { Receive_sum=Receive_sum+RCREG_buf_temp[m_int]; } If(Receive_sum==RCREG_buf_temp[4+Valid_total]) //校验和正确 { RCREG_buf_temp[0]=0; //把临时处理数据清零,方便下次接收 RCREG_buf_temp[1]=0; RCREG_buf_temp[2]=0; eusart_send(0x00);//串口发送多一个填充无效字节,避免硬件原因引起第一个字节丢失 eusart_send(0xeb);//串口发送应答的数据 eusart_send(0x00);//串口发送应答的数据 eusart_send(0xaa);//串口发送应答的数据 voice_time_cnt=cnt_voice_time; //蜂鸣器响“滴”一声就停 } Else //校验和出错 { RCREG_buf_temp[0]=0; //把临时处理数据清零,方便下次接收 RCREG_buf_temp[1]=0; RCREG_buf_temp[2]=0; eusart_send(0x00);//串口发送多一个填充无效字节,避免硬件原因引起第一个字节丢失 eusart_send(0xeb);//串口发送应答的数据 eusart_send(0x00);//串口发送应答的数据 eusart_send(0x55);//串口发送应答的数据 } break; //退出循环 } } Buf_clear(); //把余下的缓冲区清零,方便下一堆数据接收与处理 } } } VoidBuf_clear() //把余下的缓冲区清零 { Unsignedcharbuf_clear_temp; while(RCREG_read_total { CLRWDT(); buf_clear_temp=asy_recieve(); } } unsignedcharasy_recieve() //把串口缓冲区的数据一个个提取出来 { unsignedcharRCREG_dt; ++RCREG_read_total; //已经读出了多少个数据 RCREG_dt=RCREG_buf[RCREG_read_total-1]; if(RCREG_read_total>=RCREG_total)//只要把全部数据都读完,马上把缓冲区清零 { RCREG_read_total=0; RCREG_total=0; } returnRCREG_dt; } voideusart_send(unsignedchart_data)//串口发送一个字节的数据 { unsignedinterror_delay; TXREG=t_data; //发送数据 error_delay=0;//等待把数据发送完毕 while (1) //这里也可以省略,直接用延时替代 { CLRWDT(); if(TXIF==1) //等待把数据发送完毕 { break; } Else { ++error_delay; if(error_delay>200) //超时也要退出,不能死等 { break; } } } Delay11 (1); //此处最玄机,要特别注意。 每发送完一个字节,由于不同的项目,这//里的延时间隔都不一样,读者根据实际情况来改。 这里最容易出问题,必须要延时,尤其是连续发送一堆数据的时候。 读者也可以自己把这种死延时改成计数延时的方式。 } //延时函数 voidDelay11(unsignedintMS) { unsignedcharus,usn; while(MS! =0) //for12M { CLRWDT(); usn=2; while(usn! =0) { CLRWDT(); us=0xf5; while(us! =0){us--;}; usn--; } MS--; } } (6)小结: 累加和就是把前面所有字节相加,然后把结果放在一个字节的变量上,超过一个字节范围的部分会自动丢弃。 (未完待续,下节更精彩,不要走开哦
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