不管是线程间，还是设备间通信，都需制定一个通信协议，规定数据的格式、内容等。


线程间通信因为在芯片内部传输，基本可以排除数据干扰导致的异常，所以通常会设计的比较简单。但是，设备之间的通信（不管是无线还是有线）就会复杂一些，一般都包含帧头、校验位之类的。因此，之前给大家介绍了一个基本的串口协议框架《如何写一个健壮且高效的串口接收程序？》。


因为当时刚毕业没多久，所以，虽然从大的方向介绍了基本协议内容，但在细节处理上还不够好，比如可维护性、可读性等方面。


后来，我在学习开源的飞控源码时，发现里面使用了“联合体+结构体”的方式，大大提高了程序的可维护性和可读性。比如，我们的协议中有这样三条命令：心跳包、获取固件版本号、获取序列号。


初级版本：直接使用基本的类型声明所需要的数据结构。

  • SCSS
  • uint8_t heartbeat;
  • char version[6]; // "2.0.4"
  • char sn[7]; // "654321"
    • 复制代码

    一般这样写的，大概率是工作1-2年的，当然也不排除工作好多年的。这看似简单，但可维护性、可读性都非常差。


    中级版本：使用结构体的形式声明各种消息内容。

    C++
  • typedef struct {uint8_t heart_nbr;
  • }msg_heartbeat_def;
  • typedef struct {char version[sizeof("2.0.4") + 1];
  • }msg_version_def;
  • typedef struct {char sn[sizeof("123456") + 1];
  • }msg_serial_number_def;
    • 复制代码

    这种方式，一般是工作两三年以上的，开始使用结构体容纳数据内容，可扩展性比较强，可维护性、可读性也不错。比如，假设后面版本号这个消息里面希望同时获取编译时间，那么直接在里面增加即可。

  • C++
  • typedef struct {char version[sizeof("2.0.4") + 1];
  • char compile_time[sizeof("2022-12-12, 12:00:00") + 1];
  • }msg_version_def;
    • 复制代码

    如果其它代码写的比较好，甚至不需要多大改动，即可完成一次扩展。

    高级版本：在中级版本的基础上，使用联合体容纳前面的所有消息类型。

  • C++
  • typedef union {
  • msg_heartbeat_def heartbeat; // 心跳包
  • msg_version_def version_nbr; // 版本号
  • msg_serial_number_def serial_number; // 产品序列号
  • }msg_data_def;
    • 复制代码

    当你需要发送消息的时候，可以这样发送：

    C++
  • typedef enum {
  • MSG_ID_HEARTBEAT,
  • MSG_ID_VERSION,
  • MSG_ID_SN,
  • }msg_id_def;
  • void msg_uart_send(msg_id_def id, msg_data_def *msg_data, uint32_t size){// 这里加入帧头、消息ID、校验之类的再发送出去#define FRAME_FIX_SIZE_MIN 10 // 组成一帧数据的最小空间，包含帧头之类的uint8_t send_buff[sizeof(msg_data_def) + FRAME_FIX_SIZE_MIN];
  • }
  • void msg_send_vesion(void){
  • msg_data_def data;
  • strcpy(data.version_nbr, "1.0.1");
  • msg_uart_send(MSG_ID_VERSION, &data, sizeof(data.version_nbr));
  • }
    • 复制代码

    因为现在大部分IDE都有代码提示功能，所以，当你需要发送数据的时候，可以根据提示选择你需要的消息进行发送，相当方便快捷，也不容易出错。


    接收消息时，可以使用 switch(id) 之类的解析对应数据。


    在这个例子中，我们利用联合体的特性，将所有消息类型集成在一起，这样当你需要发送一条消息时，很容易就能找到想要的数据类型，并且在空间占用上也是非常合理的。当需要开辟缓存容纳数据帧格式，利用了联合体空间占用特性（找最大），这样你开辟的空间一定是刚刚好，不多也不少，节省了空间使用。


    所以，当我们需要传输一类消息，但这些消息不会同时存在时，不如使用联合体吧！