Question

如何设计一种串行通信协议

Answer 1

简单的说要做一个协议，首先要考虑你的总线拓扑形式。是点对点的方式传输（是一主一从，还是两个为对等的节点），还是一个主机下挂了多个从节点（节点和主机如何链接，是星形链接、树形链接，还是总线型连接）。

如果是一主一从的点对点那是最简单的。如果是两个对等的节点或者一对多总线节点，那就需要考虑总线竞争、冲突、地址设计、超时处理等问题。

那最简单的主从点对点来说（封闭式网络，即设备节点数确定，且非相设备协议不相同无法接入该网络）。

首先你的波特率设置，最好是所有节点都定一个波特率，有人做过不同波特率通信的，反正我没玩过。而且波特率的大小要从你总线的数据量开销、处理器/控制器的速度、应用的环境中电磁复杂程度、硬件设备的带宽（频率高了会不会受影响，导致丢包率增大，或影响其他设备）

然后一个帧开头应该带有帧标识，让对方判断收到的是数据帧还是应答帧。点对点通信，最少应该具备一个数据命令帧和应答帧。数据命令帧是包含主要设信息的，应答帧是告诉对方是正确否收到数据，如没有，请重发。另外如果收的帧标识都不是这两种的，就说明可能总线出现问题/受干扰/接入其他未知设备。

其次考虑你传输的数据量有多大，是否需要数据包定长。如果传输的数据时而多（十几/几十个个字节），时而少（不到一个字节），那就不能定长。这样的话就需要在第二第三个字节（放帧标识的字节前后）加上包/帧的长度信息。

然后是地址，虽然只有两个点在面对面对话通信，但建议加上源地址和目标地址。这个只是建议，在点对点通信中可选。

之后应该加上一个序列号，用以表示为第几次发送。比如说，我发了一次Hello给你，下一次应该发一个World给你，但你反馈应答帧说没收到或者收到错误，然后我再发一次Hello给你，这时的Hello这帧中的序列号应为2了。

接下来是数据内容

最后是校验，CRC异或什么的，对前面所有的数据从帧头到帧尾的位做数据校验。防止传输过程中，任何一个bit出错。

现在想到的就是这么点。吐个槽，记得当年我们一组人做铁路信号设备的协议，研究院的人看了我们两周想出来的协议后（基于RS584），说：协议是这么简单就搞出来的么！没试验个一年的工夫都不敢说整出一个安全的强壮的协议来。