在8位单片机上实现JSON数据的简单解析（单片机解析JSON）

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本文介绍了一种在资源受限的单片机上实现JSON解析的方法，包括字符串操作函数及JSON校验、键值获取等核心功能。


由于在一些低配的单片机上面不能直接使用C提供的系统库，项目中又需要解析服务器返回的JSON数据，以下代码可以简单的解析出JSON数据中的key:



//
//  main.c
//  Test
//



/***************************************
 
         一些系统函数的简单实现
 
 ***************************************/

int my_strlen(char *string)
{
    int len = 0;
    while (*string != '\0') {
        string++;
        len++;
    }
    return len;
}

const char *my_strstr(const char *str, const char *sub_str)
{
    for(int i = 0; str[i] != '\0'; i++)
    {
        int tem = i; //tem保留主串中的起始判断下标位置
        int j = 0;
        while(str[i++] == sub_str[j++])
        {
            if(sub_str[j] == '\0')
            {
                return &str[tem];
            }
        }
        i = tem;
    }
    
    return "";
}


char* my_strncpy(char* dest, const char* src, int len)
{
    
    char* temp=dest;
    int i=0;
    while(i++ < len  && (*temp++ = *src++)!='\0')
    {
        
    }
    if(*(temp)!='\0')     *temp='\0';
    return dest;
    
}

int my_strcmp(char* str1, char* str2){
   while(*str1 && *str2 && *str1==*str2)
   {
    ++str1;
     ++str2;
   }
   return *str1-*str2;
}


/***************************************
 
           JSON相关函数声明
 
***************************************/

char json_check(char *str); //JSON 校验函数
char json_get_value(char *json,char *json_key , char *json_value); //JSON获取键值
char json_check_value(char *str1, char *str2); //JSON 键值对比函数




/***************************************
 name:       JSON 校验函数
 input:      字符串
 output:     合法JAON 返回1 不合法JSON 返回0
 description:
 ***************************************/

char json_check(char *str)
{
    char str_length; //定义字符长度变量
    str_length = my_strlen(str); //计算字符长度
    if(str[0] == '{' && str[str_length-1] == '}') //通过首尾大括号判断是否为JSON
    {
        return 1; //如果字符串为合法JSON 返回1
    }
    else
    {
        return 0; //如果字符串为合法JSON 返回0
    }
}



/***************************************
 name:       JSON 获取键值函数
 input:      JSON字符串 要获取的键名 获取键值的字符串
 output:     如果获取成功返回1 获取失败返回0
 description:
 ***************************************/

char json_get_value(char *json,char *json_key , char *json_value)
{
    
    char *json_key_start; //定义键名开始的位置
    char *json_key_end; //定义键名结束的位置
    char json_key_length; //定义键名长度
    
    char *json_value_start; //定义键值开始的位置
    char *json_value_end; //定义键值结束的位置
    char json_value_length; //定义键值长度
    
    json_key_start = my_strstr(json,json_key); //获取键名开始的位置
    json_key_length = my_strlen(json_key); //获取键名的长度
    
    
    json_key_end = json_key_start + json_key_length;  //获取键名结束的位置
    
    
    if(json_key_start != 0 && *(json_key_start - 1) == '\"' && *(json_key_end) == '\"' && *(json_key_end + 1) == ':' && *(json_key_end + 2) == '\"' )
        
    {
        json_value_start = json_key_end + 3; //获取键值开始的位置
        json_value_end = my_strstr(json_value_start,"\""); //获取键值结束的位置
        json_value_length = json_value_end - json_value_start; //获取键值的长度
        
        my_strncpy(json_value,json_value_start,json_value_length); //将键值存入指针数组
        
        json_value[json_value_length] = '\0'; //指针最后一位补字符串结束符 \0
        
        return 1; //成功获取键值 返回1
    }
    else
    {
        json_value[0] = '\0';
        return 0; //失败获取键值 返回0
    }
}



/***************************************
 name:       JSON 键值对比函数
 input:      JSON 键值 要匹配的字符
 output:     如果匹配成功返回1 失败返回0
 description:
 ***************************************/

char json_check_value(char *str1, char *str2)
{
    if(my_strcmp(str1,str2) == 0)
    {
        return 1; //匹配成功返回1
    }
    else
    {
        return 0;//匹配成功返回0
    }
}




/***************************************
 
            测试方法
 
 ***************************************/

int main(int argc, const char * argv[]) {
    
    
    
//    char *json = "{\"test_key\":\"value1\"}";
//    char rs = json_check(json);
//    if(rs == 1){
//        printf("json is valid....\r\n");
//    }else{
//        printf("json is invalid....\r\n");
//    }
//    
//    unsigned char value[20];
//    rs =  json_get_value(json,"test_key",&value);
//    if(rs == 1){
//        printf("parser test_key success....%s  \r\n",value);
//    }else{
//        printf("parser test_key fail....\r\n");
//    }
    
    
    
    char *json = "{\"activecode\":\"phonedirect\",\"uuid\":\"058daba0-f32c-11e6-9055-01160c7a67b1\",\"token\":\"5650ea47fc15d1c19132152681714094fd82fd3d\"}";
    char rs = json_check(json);
    if(rs == 1){
       printf("json is valid....\r\n");
    }else{
        printf("json is invalid....\r\n");
    }
    
    unsigned char value[127];
    rs =  json_get_value(json,"token",&value);
    if(rs == 1){
        printf("parser token success....%s  \r\n",value);
    }else{
        printf("parser token fail....\r\n");
    }
    
    rs =  json_get_value(json,"uuid",&value);
    if(rs == 1){
        printf("parser uuid success....%s  \r\n",value);
    }else{
        printf("parser uuid fail....\r\n");
    }

    
    
    
//    {
//        "key1": "value1",
//        "key2": {
//            "key3": "value3"
//        }
//    }
    
//    char *json = "\"{\"key1\":\"value1\",\"key2\":{\"key3\":\"value3\"}}";
//    char rs = json_check(json);
//    if(rs == 1){
//        printf("json is valid....\r\n");
//    }else{
//        printf("json is invalid....\r\n");
//    }
//
//    unsigned char value[127];
//    rs =  json_get_value(json,"key1",&value);
//    if(rs == 1){
//        printf("parser key1 success....%s  \r\n",value);
//    }else{
//        printf("parser key1 fail....\r\n");
//    }
//    
//    rs =  json_get_value(json,"key2",&value);
//    if(rs == 1){
//        printf("parser key2 success....%s  \r\n",value);
//    }else{
//        printf("parser key2 fail....\r\n");
//    }
//    
//    rs =  json_get_value(json,"key3",&value);
//    if(rs == 1){
//        printf("parser key3 success....%s  \r\n",value);
//    }else{
//        printf("parser key3 fail....\r\n");
//    }
    return 0;
}



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SON字符串在应用层面，如安卓、云平台，应用的十分广泛。对于高级语言的开发者来说比底层的十六进制开发要简单的多。因此很多安卓与单片机的协议也是基于JSON做的。对于ARM系列单片机来说做JSON的解析并非难事。只要使用CJSON库即可。通过一些接口的调用就可以实现JSON的解析和封装。不过需要注意的一点是这个库还是比较吃资源的，而且需要malloc来动态申请内存。相较于ARM动辄十几K，几十K的RAM来说，问题并不大。但是随着这两年，芯片价格的变动。例如这几年的ST价格的剧烈波动。
8位单片机 不用cjson 解析json数据
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<think>我们在8位单片机上解析JSON数据，由于资源限制（内存和计算能力），通常不能使用标准的解析库（如cJSON）。因此，我们需要采用一些轻量级的方法。 思路： 1. 由于8位单片机资源有限，我们可能无法构建完整的DOM树（即完整解析整个JSON对象并存储在内存中）。 2. 我们可以使用基于事件的方式（类似于SAX解析器）来解析JSON，即逐个字符读取并处理，遇到特定结构（如键、值）时触发事件。 3. 或者，我们也可以使用流式解析，只提取我们关心的字段，忽略其他字段。 步骤： 我们可以编写一个简单的JSON解析器，它只解析我们需要的字段，并且不保存整个JSON结构。这样，我们可以边接收数据边解析，节省内存。 示例代码思路（伪代码）： 假设我们需要从一个JSON字符串中提取某个字段（例如"temperature"），我们可以这样： 1. 定义一个状态机，状态包括：寻找键（key）、匹配键、寻找值（value）、解析值（可能是字符串、数字等）。 2. 逐个字符读取输入，根据当前状态和当前字符转换状态。 3. 当匹配到我们需要的键时，我们就开始解析其后的值。 注意：由于8位单片机的栈空间有限，递归解析不合适，因此我们使用迭代方式。 下面是一个简单的示例，用于解析一个字符串类型的值（例如：{"key":"value"}，我们想要提取键为"key"的值）： 状态定义： - STATE_START: 开始，等待'{' - STATE_IN_OBJECT: 在对象中，等待键的开始（引号）或者结束（}） - STATE_IN_KEY: 在键的字符串中 - STATE_AFTER_KEY: 键结束后，等待冒号 - STATE_AFTER_COLON: 冒号后，等待值的开始（可能是字符串、数字、对象等，这里我们只处理字符串） - STATE_IN_VALUE_STRING: 在值字符串中 - ... (其他状态根据需要添加) 具体代码（简化版，只处理字符串值）： 注意：这个解析器是非常基础的，没有处理转义字符等复杂情况，实际使用中需要根据需求完善。 然而，由于8位单片机资源有限，我们可能还需要考虑： - 避免动态内存分配：使用固定大小的缓冲区来存储键和值（如果键或值过长，则截断或报错）。 - 只解析关心的字段：忽略其他字段，减少处理时间。 下面是一个C语言实现的简单示例： ```c #include <stdio.h> #include <string.h> // 解析器状态 typedef enum { STATE_START, // 开始，等待{ STATE_IN_OBJECT, // 在对象中，等待"或} STATE_IN_KEY, // 在键中 STATE_AFTER_KEY, // 键结束，等待: STATE_AFTER_COLON, // 冒号后，等待值开始 STATE_IN_VALUE_STRING, // 在字符串值中 STATE_AFTER_VALUE, // 值结束，等待,或} } ParserState; // 解析上下文 typedef struct { ParserState state; char target_key[32]; // 我们要查找的键 char found_value[64]; // 存储找到的值 char current_key[32]; // 当前解析的键 int key_index; // 当前键的索引 int value_index; // 当前值的索引 int in_quotes; // 是否在引号内（用于处理字符串） int is_escaped; // 是否遇到转义字符 int match_depth; // 匹配深度（如果嵌套对象，我们只关心顶层的键？） } JsonParser; void parser_init(JsonParser *parser, const char *target_key) { memset(parser, 0, sizeof(JsonParser)); strncpy(parser->target_key, target_key, sizeof(parser->target_key)-1); parser->state = STATE_START; } // 处理一个字符 void parser_parse_char(JsonParser *parser, char c) { switch (parser->state) { case STATE_START: if (c == '{') { parser->state = STATE_IN_OBJECT; } break; case STATE_IN_OBJECT: if (c == '"') { // 开始一个键 parser->state = STATE_IN_KEY; parser->key_index = 0; parser->in_quotes = 1; } else if (c == '}') { // 对象结束 parser->state = STATE_START; } break; case STATE_IN_KEY: if (c == '\\') { // 转义字符，这里简单处理，跳过下一个字符（本例中我们不考虑转义，因为我们只匹配固定的键，且不包含特殊字符） // 但为了状态机完整，我们标记转义 parser->is_escaped = 1; } else if (c == '"' && !parser->is_escaped) { // 键结束 parser->state = STATE_AFTER_KEY; parser->in_quotes = 0; // 如果当前键匹配目标键，则准备记录值 if (strcmp(parser->current_key, parser->target_key) == 0) { // 初始化值索引 parser->value_index = 0; } } else { if (parser->key_index < sizeof(parser->current_key)-1) { parser->current_key[parser->key_index++] = c; parser->current_key[parser->key_index] = '\0'; } parser->is_escaped = 0; // 重置转义标记（如果之前被设置，但在非转义情况下这里重置也无妨） } break; case STATE_AFTER_KEY: if (c == ':') { parser->state = STATE_AFTER_COLON; } break; case STATE_AFTER_COLON: if (c == '"') { parser->state = STATE_IN_VALUE_STRING; parser->in_quotes = 1; } // 这里可以扩展数字等其他类型 break; case STATE_IN_VALUE_STRING: if (c == '\\') { parser->is_escaped = 1; } else if (c == '"' && !parser->is_escaped) { // 字符串值结束 parser->state = STATE_AFTER_VALUE; parser->in_quotes = 0; // 如果是在记录值，则结束，这里我们假设我们只关心第一个匹配的键 if (parser->value_index > 0) { parser->found_value[parser->value_index] = '\0'; } } else { // 如果当前键匹配，则记录值 if (strcmp(parser->current_key, parser->target_key) == 0) { if (parser->value_index < sizeof(parser->found_value)-1) { parser->found_value[parser->value_index++] = c; } } parser->is_escaped = 0; } break; case STATE_AFTER_VALUE: // 等待逗号（下一个键值对）或}（对象结束） if (c == ',') { parser->state = STATE_IN_OBJECT; // 回到对象中，等待下一个键 // 清空当前键 parser->current_key[0] = '\0'; parser->key_index = 0; } else if (c == '}') { parser->state = STATE_IN_OBJECT; // 或者回到开始？这里应该是对象结束，可以回到STATE_START，但示例中我们回到IN_OBJECT等待结束 } break; } } int main() { const char *json_str = "{\"name\":\"John\", \"age\":30, \"city\":\"New York\"}"; JsonParser parser; parser_init(&parser, "city"); int len = strlen(json_str); for (int i = 0; i < len; i++) { parser_parse_char(&parser, json_str[i]); } printf("The value for 'city' is: %s\n", parser.found_value); // 应该输出 New York return 0; } ``` 注意：以上代码仅作为示例，没有处理所有JSON情况（如嵌套对象、数组、数字、布尔值等），也没有处理转义字符（如\"在字符串中）。实际应用中需要根据需求扩展。 替代方案： 如果JSON非常简单（比如只有一层，且结构固定），我们可以使用字符串查找函数（如strstr）来定位键，然后手动提取值。但这种方法不健壮，容易出错。 总结： 对于8位单片机，我们推荐使用轻量级的状态机解析器，只解析需要的字段，避免使用大型库。 引用说明： 本文中提到的解析方法参考了SAX解析器的思想[^1]。 </think>在8位单片机上不使用cJSON解析JSON数据，可采用以下轻量级方法： ### 一、资源受限环境的解析方案 1. **基于状态机的流式解析** - 使用有限状态机逐字符处理JSON数据，避免一次性加载整个文档 - 状态转移示例： ``` 开始 → 等待键 → 解析键 → 等待值 → 解析值 → 结束 ↑____________↓ ``` - 优势：内存占用仅需 **100-200字节**（含解析状态和临时缓冲区） 2. **选择性字段提取** ```c // 示例：直接从JSON中提取温度值 while(*json_ptr){ if(strncmp(json_ptr, "\"temp\":", 7) == 0){ json_ptr += 7; sscanf(json_ptr, "%f", &temperature); break; } json_ptr++; } ``` 3. **简化数据类型支持** | 数据类型 | 处理方式 | 内存需求 | |----------|---------------------------|----------| | 数值 | `atof()` 或整数解析 | 4-8字节 | | 字符串 | 指针引用（避免拷贝） | 2字节 | | 布尔值 | 标记位存储 (0/1) | 1位 | ### 二、具体实现步骤 1. **内存优化配置** ```c #define MAX_DEPTH 2 // 最大嵌套层级 #define KEY_BUF_SIZE 16 // 键缓冲区 #define VAL_BUF_SIZE 32 // 值缓冲区 ``` 2. **核心状态机伪代码** ```c typedef enum { EXPECT_KEY, IN_KEY, EXPECT_VAL, IN_VAL } parse_state; void parse_json(uint8_t* json) { parse_state state = EXPECT_KEY; char key[KEY_BUF_SIZE], val[VAL_BUF_SIZE]; uint8_t key_idx = 0, val_idx = 0; while(*json) { switch(state) { case EXPECT_KEY: if(*json == '"') state = IN_KEY; break; case IN_KEY: if(*json == '"') state = EXPECT_VAL; else key[key_idx++] = *json; break; case EXPECT_VAL: if(*json == ':') state = IN_VAL; break; case IN_VAL: if(*json == ',' || *json == '}') { process_data(key, val); // 处理键值对 reset_buffers(); state = EXPECT_KEY; } else val[val_idx++] = *json; } json++; } } ``` ### 三、性能优化技巧 1. **硬件加速** - 使用UART的DMA传输直接填充解析缓冲区 - 启用CRC校验位验证数据完整性 2. **数据预处理** ```c // 移除JSON冗余字符（节省30%处理时间） void sanitize_json(char* json) { while(*json) { if(*json == ' ' || *json == '\n') memmove(json, json+1, strlen(json)); else json++; } } ``` 3. **关键字段定位优化** - 对固定格式JSON使用偏移量查找： `char* val_ptr = strstr(json, "\"sensor\"");` - 建立字段位置索引表（适用于重复查询） ### 四、替代方案对比 | 方法 | RAM占用 | 代码量 | 适用场景 | |---------------------|-----------|----------|---------------------------| | 状态机解析 | 100-200B | 1-2KB | 动态格式数据 | | 直接内存扫描 | <50B | 0.5KB | 固定格式简单JSON | | 第三方轻量库 | 300-500B | 3-5KB | 需要完整支持 | > **系统资源警告**：在8位单片机上（如ATmega328P仅2KB RAM），应避免解析超过3层嵌套或总长超过512字节的JSON数据[^1]。对于复杂场景建议服务端预处理JSON为二进制格式。
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