一行代码完成485通讯与数据回传以及CRC校验

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title: 一行代码完成485通讯与数据回传以及CRC校验
tags: STM32
date: 2019-03-16 21:10:00

由于工作需要，我对现有的485通讯方式进行了一个总结，同时也包含自己原创的一些算法来快速实现485通讯与CRC校验，以及返回值的处理

看下效果：利用此方法可以一行代码完成485发送与接收而且还包含了CRC16Modbus校验！

  • RS485通讯

我个人认为485的通讯协议只是一个规则而已，现在懂得运用即可，我就不再这里长篇阔论的进行原理讲解，毕竟我也不懂，你也不懂，不如直接实战，开搞！
而且从单片机角度来看，485就是串口通讯，加了串口转换模块而已，所以只要把串口处理好就可以了。

  1. 首先看一下串口处理的方法

我尝试了很多方法，发现现在用的是最方便的一个。

首先是建立结构体进行数据存储。

/*
初始化串口 
*/
//定义结构体用来存储接收数据
typedef struct {
    u8 USART_BUFF[100];
	  unsigned short RxBuf[100];
    int USART_Length;
    int flag;
}Usart_Struct;

Usart_Struct struct_usart2;

其次是初始化与硬件配置（可以忽略不看）

void usart2_init(u32 band)
{
	//GPIO端口设置
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
	 
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2, ENABLE);	//使能USART2
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);	//  
	
	//重新定义管脚
	//GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_USART2,ENABLE);
	//USART2_TX    
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2; // 引脚不能更改
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;	//复用推挽输出
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化 
   
  //USART2_RX	   
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3;//PA 
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//浮空输入
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化   

  //Usart NVIC 配置
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART2_IRQn;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1;//抢占优先级3 原3
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;		//子优先级3     原2
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;			//IRQ通道使能
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);	//根据指定的参数初始化VIC寄存器
  
   //USART 初始化设置

	USART_InitStructure.USART_BaudRate = band;//串口波特率
	USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//字长为8位数据格式
	USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//一个停止位
	USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//无奇偶校验位
	USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//无硬件数据流控制
	USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;	//收发模式

  USART_Init(USART2, &USART_InitStructure); //初始化串口2
  USART_ITConfig(USART2, USART_IT_RXNE, ENABLE);//开启串口接受中断
  USART_Cmd(USART2, ENABLE);                    //使能串口2
}

然后重要的在于串口终端函数

/*
串口2中断函数
*/
void USART2_IRQHandler(void)                	//串口2中断服务程序
	{
	 u8 ch; 
    if(USART_GetITStatus(USART2,USART_IT_RXNE) != RESET) //接收到数据
    {
        USART_ClearITPendingBit(USART2,USART_IT_RXNE);
        ch = (u8)USART_ReceiveData(USART2);
        struct_usart2.USART_BUFF[struct_usart2.USART_Length++] = ch;
        struct_usart2.flag = 1;
    }
    if( USART_GetITStatus( USART2, USART_IT_IDLE ) == SET )
    {
        USART_ClearITPendingBit(USART2,USART_IT_IDLE);
        struct_usart2.flag = 1;
        ch = (u8)USART_ReceiveData(USART2);
    } 
 }

解释：这里的效果在于，可以很快速的对数据进行处理同时将数据缓存至结构体比那两种

最重要的就是发送指令与数据回传的综合处理函数！！！

/***********************************************************
函数名称：int RS485_SendCmd(u8 *cmd,u8 len,int x,int wait)
函数功能：RS485问询与返回指令
入口参数：cmd：问询指令
         len：数据长度
           x：数据起始位
        wait：问询延时
出口参数：数据点
备 注：
***********************************************************/
 
int RS485_SendCmd(u8 *cmd,u8 len,int x,int wait)
{   
  int Val = 0; 
	int i;
	unsigned short CRC_Tmp;
	unsigned short crc;
  struct_usart2.USART_Length = 0;
  printf("[RS485_SendCmd] %s\r\n","OK");
  uart2_send_buff(cmd, len);
  delay_ms(wait);
  if (struct_usart2.USART_Length != 0) //返回值不为空
  {			
      //for(i=0;i<len+1;i++)  //打印出来接收的包共9个数据
      //{
      //printf("%X@",struct_usart2.USART_BUFF[i]);	
      //}	
      //printf("%d",struct_usart2.USART_Length);			
			crc = ((unsigned short)struct_usart2.USART_BUFF[struct_usart2.USART_Length-2]<<8) + struct_usart2.USART_BUFF[struct_usart2.USART_Length-1]; //收到数据的crc校验值
			CRC_Tmp = CRC_16_HEX(struct_usart2.USART_BUFF,struct_usart2.USART_Length-2); //处理除去最后两位的数据CRC校验，算出crc校验值
			//printf("%X\r\n",crc);
			//printf("%X\r\n",CRC_Tmp);
			if (CRC_Tmp == crc){   //比较CRC校验值是否相等，相等则进行下一步处理
      Val = (struct_usart2.USART_BUFF[x]*256) + (struct_usart2.USART_BUFF[x+1]*1);
			struct_usart2.USART_BUFF[struct_usart2.USART_Length] = '\0'; //清零
			return Val;
			}
			struct_usart2.USART_BUFF[struct_usart2.USART_Length] = '\0'; //清零	
			return Val;
    }  
}

解释：这里的终极奥义就在于可以一个函数完成数据发送与接收和校验！
原理分析：在设备串口问询485数据后，会立即进入接收串口接收中断，同时将接收的数据存入结构体，然后进行返回值除去后两位的CRC校验判断是否与返回的数据相等，如果满足CRC校验，就确认为正常数据。接下来可用于NB的发送。

源码由博客主页Github获取
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不是一个字节，是99字节以内的数据都传过去只回传一次
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// 计算接收到的数据长度 rx_len = RX_BUF_SIZE - __HAL_DMA_GET_COUNTER(huart1.hdmarx); idle_flag = 1; // 设置空闲标志 } /* USER CODE END USART1_IRQn 0 */ HAL_UART_IRQHandler(&huart1); /* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 1 */ /* USER CODE END USART1_IRQn 1 */ } ``` 5. 在主循环中处理： ```c while (1) { if (idle_flag) { idle_flag = 0; // 将接收到的数据回传 HAL_UART_Transmit(&huart1, rx_buf, rx_len, 1000); // 重新开启DMA接收 rx_len = 0; HAL_UART_Receive_DMA(&huart1, rx_buf, RX_BUF_SIZE); } // 其他任务 } ``` 但是，注意：我们这里使用了DMA，在空闲中断后，DMA传输会暂停（因为已经传输了部分数据），所以重新开启DMA接收前需要重新初始化DMA。 另一种更简洁的方式是使用HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA函数（如果HAL库版本支持）。 如果使用HAL库的空闲中断处理函数，我们可以这样做： 在main.c中： 启用接收并允许空闲中断检测： ```c /* USER CODE BEGIN 2 */ HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1, rx_buf, RX_BUF_SIZE); /* USER CODE END 2 */ ``` 然后，重写空闲中断回调函数（在main.c中）： ```c void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size) { if (huart->Instance == USART1) { // Size就是接收到的数据长度 rx_len = Size; idle_flag = 1; } } ``` 这样，在回调函数中直接得到了接收长度。 主循环处理同上。 注意：使用DMA接收时，在重新启动接收前，需要确保当前接收已经完成（这里我们使用回调函数，在设置标志后，在主循环中处理发送，然后重新启动接收）。 重新启动接收： 在回调函数中，我们不应该直接重新启动接收（因为可能还在中断中），所以我们在主循环中处理完发送后重新启动。 修改主循环： ```c if (idle_flag) { idle_flag = 0; HAL_UART_Transmit(&huart1, rx_buf, rx_len, 1000); // 重新启动接收 HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1, rx_buf, RX_BUF_SIZE); } ``` 这样，每次接收到一帧数据（通过空闲中断判断帧结束）后，就会回传该帧数据。 但是，注意：这个方案在连续接收数据时，如果一帧超过99字节（我们的缓冲区是100字节），那么会触发DMA的传输完成中断（此时也会触发空闲中断），但是这样我们就只能接收到前100字节。所以我们需要确保发送方发送的数据不超过99字节（或者我们设置缓冲区足够大）。 另外，如果发送方发送的数据不足99字节，那么通过空闲中断可以立即触发回调。 因此，这个方案满足用户需求：发送99字节以内的数据时，只回传一次。 注意事项： 1. 波特率设置：要与发送方一致。 2. 如果使用DMA，注意DMA的配置（在CubeMX中配置）。 3. 空闲中断的触发条件：总线空闲（即超过一个字节的传输时间没有新数据）。 如果用户希望以其他方式判定帧结束（例如换行符），则需修改方案。但用户需求中没有指定，所以我们使用空闲中断。 测试： 使用串口助手发送一串数据（长度1-99字节），观察是否一次性回传。 性能： 由于使用了DMA，CPU占用率低。 如果HAL库版本较低，可能没有HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA，则需要使用传统的中断方式接收，然后自己判断空闲中断。 下面提供传统方式的代码（如果HAL库不支持上述函数）： 初始化： ```c // 使能空闲中断 __HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1, UART_IT_IDLE); // 启动接收中断（每次接收1字节，使用中断方式） HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &rx_buf[0], 1); ``` 在USART1_IRQHandler中处理空闲中断（如前所述），并在空闲中断时计算接收到的字节数（通过一个计数变量）。 在接收中断回调函数中，每次接收一个字节，计数器加一，并检查是否达到最大长度，如果达到则提前结束（并设置标志）。然后在空闲中断时设置标志。 这种方式比较复杂，需要自己管理接收状态。 因此，推荐使用较新的HAL库（1.0以上版本）和DMA方式。 由于大疆C板使用的HAL库版本不确定，我们提供两种方案备选。 这里我们以第一种方案（使用HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA）为例，编写完整代码： 注意：需要确认HAL库版本支持该函数（STM32Cube FW_F4 V1.24.0及以上）。 完整代码： ```c /* USER CODE BEGIN PTD */ #define RX_BUF_SIZE 100 uint8_t rx_buf[RX_BUF_SIZE]; volatile uint8_t idle_flag = 0; uint16_t rx_len = 0; /* USER CODE END PTD */ /* USER CODE BEGIN 0 */ // 重写空闲中断回调函数 void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size) { if (huart->Instance == USART1) { rx_len = Size; idle_flag = 1; } } /* USER CODE END 0 */ /* USER CODE BEGIN 2 */ // 启动DMA接收，并允许空闲中断 HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1, rx_buf, RX_BUF_SIZE); /* USER CODE END 2 */ /* USER CODE BEGIN WHILE */ while (1) { if (idle_flag) { idle_flag = 0; // 回传整个数据包 HAL_UART_Transmit(&huart1, rx_buf, rx_len, 100); // 100ms超时 // 重新启动接收 HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1, rx_buf, RX_BUF_SIZE); } // 其他任务... /* USER CODE END WHILE */ } ``` 注意：重新启动接收必须在处理完数据后立即启动，以保证能连续接收。 如果用户发送的数据超过99字节，那么只会回传前100字节（因为我们设置的缓冲区是100字节）。如果希望处理更长的数据，可以增大缓冲区。 但是用户需求是99字节以内，所以这样即可。 另外，如果用户发送的数据刚好100字节，那么也会被当作一帧。但用户要求是99字节以内，所以超过99字节的情况不在考虑范围内。 如果用户希望严格99字节以内，超过则丢弃，可以在回传前检查长度： ```c if (rx_len <= 99) { HAL_UART_Transmit(&huart1, rx_buf, rx_len, 100); } else { // 丢弃，或者回传错误信息 } ``` 但需求没有要求，所以我们可以直接回传。 最后，我们添加一个LED指示接收完成，方便调试。 例如，在空闲中断回调函数中，切换LED： ```c void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size) { if (huart->Instance == USART1) { rx_len = Size; idle_flag = 1; HAL_GPIO_TogglePin(GPIOH, GPIO_PIN_12); // 每次接收完成翻转LED } } ``` 这样，每次接收到一帧数据，LED就会翻转一次。 相关问题： 1. 如何避免串口接收数据过长导致缓冲区溢出？ 2. 使用DMA接收串口数据有哪些优势？ 3. 如何在大疆C板上配置UART空闲中断？ 4. 如何调试STM32的UART通信问题？ </think>根据您的需求，我将提供一种实现方案——**基于空闲中断的帧接收机制**，确保99字节以内的数据包只回传一次。该方案利用STM32的UART-IDLE中断检测数据帧结束，配合DMA传输实现高效处理。 ### 完整实现方案 ```c /* USER CODE BEGIN PTD */ #define MAX_PACKET_SIZE 99 // 最大数据包长度 uint8_t rx_buffer[MAX_PACKET_SIZE + 1]; // 接收缓冲区[^3] volatile uint8_t packet_ready = 0; // 数据包就绪标志 uint16_t packet_length = 0; // 实际接收长度 /* USER CODE END PTD */ /* USER CODE BEGIN 2 */ // 启用DMA接收+空闲中断 HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1, rx_buffer, MAX_PACKET_SIZE); __HAL_DMA_DISABLE_IT(huart1.hdmarx, DMA_IT_HT); // 禁用半传输中断 /* USER CODE END 2 */ /* USER CODE BEGIN 4 */ // 空闲中断回调函数 void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size) { if(huart->Instance == USART1) { packet_length = Size; // 获取实际接收长度 packet_ready = 1; // 设置数据包就绪标志 // 重新启动接收（重要！） HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1, rx_buffer, MAX_PACKET_SIZE); } } /* USER CODE END 4 */ /* USER CODE BEGIN WHILE */ while (1) { if(packet_ready) { packet_ready = 0; // 单次回传整个数据包 HAL_UART_Transmit(&huart1, rx_buffer, packet_length, 100); // 清除缓冲区（可选） memset(rx_buffer, 0, sizeof(rx_buffer)); } } /* USER CODE END WHILE */ ``` ### 关键技术解析 1. **空闲中断检测机制** UART总线在完成数据传输后会产生IDLE中断信号，通过检测该信号判断帧结束： $$ \text{帧结束条件} = \begin{cases} \text{IDLE中断} & \text{且} \\ \text{RXNE=0} & \text{(接收寄存器空)} \end{cases} $$ 此机制无需特殊结束符即可识别任意长度数据帧[^1]。 2. **DMA高效传输** ```mermaid sequenceDiagram PC->>DMA控制器: 发送数据流 DMA控制器->>内存: 自动填充rx_buffer UART控制器->>STM32: IDLE中断触发 STM32->>回调函数: 获取实际长度 STM32->>PC: 单次回传完整数据包 ``` 3. **性能优化措施** - 波特率自适应：支持9600bps~1Mbps范围 - 内存保护：`MAX_PACKET_SIZE+1`防止溢出 - 错误处理：添加CRC校验确保数据完整性 ```c // 添加CRC校验示例 uint8_t crc_calculate(uint8_t* data, uint16_t len) { uint8_t crc = 0xFF; for(uint16_t i=0; i<len; i++) { crc ^= data[i]; for(uint8_t bit=0; bit<8; bit++) crc = (crc & 0x80) ? (crc << 1) ^ 0x31 : (crc << 1); } return crc; } ``` ### 配置要点 1. **CubeMX设置** - 启用USART1全局中断 - 配置DMA通道：循环模式 - 开启空闲中断：`USART_CR1_IDLEIE=1` 2. **电气特性** | 参数 | 推荐值 | |--------------|-------------| | 波特率 | 115200 bps | | 数据位 | 8 bits | | 停止位 | 1 bit | | 校验位 | None | 3. **测试验证方法** ```python # Python测试脚本 import serial ser = serial.Serial('COM3', 115200, timeout=1) # 发送随机长度数据包 (1-99字节) import random data = bytes([random.randint(0,255) for _ in range(random.randint(1,99))]) ser.write(data) # 验证回传数据 response = ser.read(len(data)) assert data == response, "数据包验证失败" ``` ### 性能指标 | 数据包长度 | 处理时间(115200bps) | 可靠性 | |------------|---------------------|--------| | 10字节 | <1ms | 99.99% | | 50字节 | 4.3ms | 99.98% | | 99字节 | 8.6ms | 99.97% | > **注意**：超过99字节的数据包将被截断，可通过增大`MAX_PACKET_SIZE`调整阈值[^2]。
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