USART串口数据包

先来看两张图，本次程序是串口收发HEX数据包，第二种是串口收发文本数据包，之后两个图，展示的就是接收数据包的思路。

在PB1这里接了一个按键，用于控制。在串口助手，在发送模式和接收模式都选择HEX模式。
在OLED显示这样的数据包，在串口助手这，也显示接收到了这个数据包。

这个数据包有个规定的格式，就是以FF为包头，FE为包尾，中间固定4个字节为数据，这是STM32发送数据包。
STM32发送数据包：可以在串口助手的发送区，发送一个数据包给STM32，也是同样的格式，以FF开头，中间4个数据为用户数据，最后以FE结尾。

第二个程序串口收发文本数据包：在串口助手这的发送模式和接收模式都选择文本模式，这个程序我们要发送一个文本数据包，数据包的格式也是个人规定的，此次规定的是，以@符号为包头，中间是数据，如，@LED_ON ，数据也是规定好的指令，最后以换行符为包尾。

可以看到OLED显示接收到了LED_ON，led点亮，然后STM32回传一个字符串LED_ON_OK。如随便给个指令，STM32也能收到，但是返回ERROR_COMMAND，错误指令。

HEX数据包

先看—下HEX数据包格式。首先数据包是一种将单独的数据打包起来，整体进行传输的方式，方便进行多字节的通信。在实际应用中，可能需要把多个字节打包成一个整体进行发送。

比如说，我们有个陀摆仪传感器，需要用串口发送数据到STM32，陀螺仪的数据，比如X
轴一个字节、Y轴一个字节、Z轴一个字节，总共3个数据，需要连续不断地发送，但当你像这样XYZ XYZ XYZ这样连续发送的时候，就会出现一个问题，就是接收方，三不知道这数据哪个对应X哪个对应Y、哪个对应Z。因为接收方可能会从任意位置开始接收，所以会出现数据错位的现象。

解决这个现象：就是把这个数据进行分割，把XYZ 分成一个个数据包，这样接收的时候就知道了，数据包的第一个数据是X，数据包的第二个数据是Y，数据包的第三个数据是Z，这就是数据包的任务，就是把同一批的数据进行打包和分割，方便接收方进行识别，

比如，在XYZXYZ数据流中，我们可以在数据包第一个数据，也就是x的数据包上将最高位置1作为标志位，其余数据包最高位置0，当接收到的数据后，判断一下最高位，如果是1，那就是x数据，然后紧跟着的两个数据就分別是Y和Z，这是一种分割方法。**总结：这种方法是把每个数据的最高位当做标志位来进行分割的。**实际例子：如UTF8的编码方法。

本节，讲数据包分割方法，并不是在数据的高位添加标志位这种方式，这种方式破坏了原有的数据，使用起来比较复杂。

我们串口数据包，通常使用的是额外添加包头包尾的这种方式。数据包有2种格式：固定包长，就是每个数据包长度都固定不变，每个数据包前面是包头，后面是包尾。第2种是，可变包长，就是每个数据包长度可以是不一样，我们可以根据用户需求自行规定数据包格式。

例如，我们可以规定一批数据有4个字节，在4个字节之前添加包头0xFF，在之后添加包尾OXFE。当我们接收到OxFF时，就知道一个数据包来了，接萶接收到的4个字节就作为数据包的第1. 2.3.4个数据存储在数组中，最后接收到包尾OxFE时，就可以置一个标志位，告诉程序收到了一个数据包。这样就可以在一个连续不断的数据流中分割出我们想要的数据包了。这就是通过添加包头包尾实现数据分割打包的思路,

接着研究几个问题：

第一个问题：包头包尾和数据载荷重复的问题，这里定义FF为包头，FE为包尾，如果我传输的数据本身就是FF和FE怎么办呢？那这个问题确实存在，如果数据和包头包尾重复，可能会引起误判。对应这个问题我们有如下几种解决方法：

第一种，限制载荷数据的范围。如果可以的话，我们可以在发送的时候，对数据进行限幅。比如XYZ，3个数据，变化范围都可以是0~100 那就好办了，我们可以在载荷中只发送0-100的数据，这样就不会和包头包尾重复了。

第二种，如果无法避免载荷数据和包头包尾重复，那我们就尽量使用固定长度的数据包。这样由于载荷数据是固定的，只要我们通过包头包尾对齐了数据，我们就可以严格知道，哪个数据应该是包头包尾，哪个数据应该是载荷数据。
在接收载荷数据的时候，我们并不会判断它是否是包头包尾，而在接收包头包尾的时候，我们会判断它是不是确实是包头包尾，用于数据对齐。这样，在经过几个数据包的对齐之后，剩下的数据包应该就不会出现问题了。

第三种，增加包头包尾的数量，并且尽量让它呈现出载荷数据出现不了的状态。比如我们使用FF、FE作为包头，FD、FC作为包尾，这样也可以避免载荷数据和包头包尾重复的情况发生。

第二个问题：这个包头包尾并不是全部都需要的，比如我们可以只要一个包头，把包尾删掉，这样数据包的格式就是，一个包头FF，加4个数据，这样也是可以的。
当检测到FF，开始接收，收够4个字节后，置标志位，一个数据包接收完成，这样也可以。不过这样的话，载荷和包头重复的问题会更严重一些，比如最严重的情况下，我载荷全是FF，包头也是FF，那你肯定不知道哪个是包头了，而加上了FE作为包尾，无论数据怎么变化，都是可以分辨出包头包尾的。

第三个问题：固定包长和可变包长的选择问题。
对应HEX数据包来说,如果你的载荷会出现和包头包尾重复的情况,那就最好选择固定包长,这样可以避免接收错误。如果你又会重复，又选择可变包长那数据很容易就乱套了。
如果载荷不会和包头包尾重复，那可以选择可变包长，数据长度，像这样，4位、3位、等等，1位、10位，来回任意变，肯定都没问题。因为包头包尾是唯一的，只要出现包头，就开始数据包，只要出现包尾，就结束数据包，这样就非常灵活了，这就是固定包长和可变包长选择的问题。

第四个问题：各种数据转换为字节流的问题。这里数据包都是一个字节一个字节组成的，如果你想发送16位的整型数据、32位的整型数据，float、double，甚至是结构体，其实都没问题，因为它们内部其实都是由一个字节一个字节组成的，只需要用一个uint8_t的指针指向它，把它们当做一个字节数组发送就行了。

文本数据包

这里我同样介绍了固定包长和可变包长这两种模式。由于数据被译码成字符形式，因此存在大量字符可以作为包头和包尾，这可以有效避免载荷和包头包尾重复的问题。
例如，以@字符作为包头，以’\r’ '\n’换行符作为包尾，在载荷数据中间允许出现除了包头包尾外的任意字符。这样，文本数据包不用担心载荷和包头包尾重复的问题，使用非常灵活。无论是可变包长还是各种字母、符号、数字，都可以随意使用。

当我们接收到载荷数据时，得到的是一个字符串。在软件中对字符串进行操作和判断，可以实现各种指令控制的功能。此外，字符串数据包的表达意义明显，可以把字符串数据包直接打印到串口助手上，很明显能看出指令和数据。所以这个文本数据包，通常以换行作为包尾，文本数据包通常以
便在打印时逐行显示。

对比HEX数据包和文本数据包，各有优缺点。HEX数据包的优势在于，传输最直接，解析数据简单，适合一些模块发送原始数据，比如使用串口通信的陀摆仪，温温度传感器。其缺点灵活性不足，载荷容易和包头包尾重复。

文本数据包的优点在于，数据直观易于理解，比较适台输入指令进行人机交互的场合。
例如，蓝牙模块常用的AT指令、CNC和3D打印机常用的G代码都是文本数据包的格式，然而，其缺点是解析效率低。

例如，发送数字100时，HEX数据包只需一个字节100即可，而文本数据包则需要三个字节的字符’1，“0，0。收到后还需字符转换为，数据才能得到100。所以，需要根据实际场景来选择和设计数据包格式。数据包格式定义。

数据包收发流程

首先，发送数据包的过程相对简单。在发送HEX数据包时，可以通过定义一个数组，填充数据，然后使用之前我们写过的SendArray函数发送即可。
在发送文本数据包时，可以通过写一个字符串，然后调用SendString函数发送。因此，发送数据包的过程是可控的，我们可以根据需要发送任何类型的数据包。

接收一个数据包，比较复杂了，这里是固定包长HEX数据包的接收方法，和可变包长文本数据包的接收方法，其他的数据包也都可以套用这个形式，等会儿我们写程序就会根据这里面的流程来。

我们先看一下如何来接收这个固定包长的HEX数据包。要接收固定包长的HEX数据包，我们需要设计一个状态机来处理。根据之前的代码，我们知道每当收到一个字节，程序会进入中断。在中断函数里，我们可以获取这个字节，但获取后需要退出中断。因此，每个收到的数据都是独立的过程，而数据包则具有前后关联性，包括包头、数据和包尾。为了处理这三种状态，我们需要设计一个能够记住不同状态的机制，并在不同状态下执行不同的操作，同时进行状态合理转移。这种程序设计思维就是“状态机”。

在这里我们就使用状态机的方法来接收—个数据包，要想设计一个好的状态机程序，画一个这样的状态转移因是必要的。

我们看一下，对于下面这样—个固定包长HEX数据包来说，我们可以定义3个状态，第一个状态是等待包头，第二个状态是收数据，第三个状志是等待包尾，每个状态需要用一个变量来标志一下，比如我这里用变量S来标志，三个状态依次为S=0 S=1 S=2，这一点类似于置标志位，只不过标志位只有0和1，而状态机是多标志位状态的一种方式。

执行流程是：

对于固定包长的HEX数据包，我们可以定义三个状态：等待包头．接收数据，等待包尾。每个状态都可以用一个变量来标志，例如变量S来表示。这三个状态可以依次定义为S=0、 S=1. S=2。类似于置标志位，但标志位只有0和1，而状态机允许多标志位状态。

初始时，S=0表示等待包头状态。当中断发生时，根据S=0的状态，程序会进入等待包头的逻辑。判断数据是不是包头FF，如果收到的数据是FF（包头)，则将状态设置为S=1并退出中断。下次再进中断，然后根据S=1的状态，进行接收数据的程序。如果收到的不是FF，就证明数据包没有对齐，那么需要继续等待包头出现，状态保持为S=0。下次中断，还是判断包头的逻辑，直到出现FF，才能转到下一个状态。

当收到FF（包头)后，状态会转移到S=1（接收数据状态）。在此状态下，接收到的数据会被存储在数组中，并记录己收到的数据数量。如果没接收到4个数据，就一直是接收状态，当收到4个数据后，将状态设置为S=2（等待包尾状态）。

在等待包尾状态下（S=2)，判断数据是不是FE， 程序会等待收到FE（包尾)。如果收到FE，则将状态重置为S=0（等待包头状态），开始下一个数据包的接收，开启轮回 。如果收到的不是FE，那么需要进入重复等待包尾的状态，直到接收到真正的包尾。

这就是使用状态机接收数据包的思路。这个状态机其实是一种很广泛的编程思路，在很多地方都可以用到，使用的基本步骤是，先根据项目要求定义状态，画几个圈，然后考虑好各个状态在什么情况下会进行转移，如何转移，画好线和转移条件，最后根据这个图来进行编程，这样思维就会非常清晰了。

文本数据包

同样也是利用状态机，定义3个状态。第一个状态，等待包头，判断收到的是不是我们规定的⑨符号，如果收到@，就进入接收状态，在这个状态（S=1）下，依次接收数据，同时，这个状态还应该要兼具等待包尾的功能。因为这是可变包长，我们接收数据的时候，也要时刻监视．是不是收到包尾了，一但收到包尾了，就结束。

那这里（S=2)，这个状态的逻辑就应该是，收到一个数据，判断是不是\r，如果不是，则正常接收，如果是，则不接收，同时跳到下一个状态，等待包尾\n，因为我这里数据包有两个包尾\r\n，所以需要第三个状态，如果只有一个包尾，那在出现包尾之后，就可以直接回到初始状态了，只需要两个状态就行，因为接收数据和等待包尾需要在一个状态里同时进行，由于串口的包头包尾不会出现在数据中，所以基本不会出现数据错位的现象，这就是使用状态机接收文本数据包的方法