CN102098131A - 一种基于动态参数配置的串口数据帧通用组帧解帧方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于动态参数配置的串口数据帧通用组帧解帧方法，包括步骤1：对串口单元待发送的数据帧按照帧格式配置参数进行转换的步骤；步骤2：将转换后的数据帧通过串口单元进行发送的步骤；步骤3：通过另一串口单元接收转换后的数据帧的步骤；步骤4：对另一串口单元接收的数据帧按照帧格式配置参数进行解帧的步骤。本发明对各个串口单元中待要发送的数据帧预先进行配帧，配帧的过程按照预先设定的帧格式配置参数进行，待发送的数据帧配帧后发送，接收的串口单元也根据预先设定的帧格式配置参数对接收的数据帧进行解帧，因此，本发明能够适用不同类型的串口单元的通讯，提供了一种通用的方法，也能够实现快速解帧。
Description
技术领域
本发明涉及一种串口数据组帧解帧的方法，特别是对串口数据通用快速组帧解帧的方法。
背景技术
传统的串口数据解算方法：数据发送时针对不同的通讯协议及帧格式通过不同的软件代码将实际的物理量转换成要求的字节数组，然后发送出去；数据接收时针对不同的通讯协议及帧格式通过不同的软件代码从硬件接口接收数据并组成完整一帧数据，然后按照数据帧格式定义，采用先高后低或者先低后高的方式将串口数据转换成实际的物理量。对于单一串口接口(例如：RS422、RS232等)或者单一帧格式来说，该方法行之有效，但对于不同的串口接口或者具有多种帧协议格式的通讯方式，需要对每种通讯协议进行各自的解析，软件代码需重新编码，鉴于该方法不具有通用性，不能满足通用、快速解析通讯数据的要求，不同格式的通讯数据解析帧内容的软件编码复用性、通用性、快速性差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供通过动态参数配置的一种串口数据帧通用快速组帧解帧的方法，实现不同串口数据帧的解算，保证串口数据发送和接收具有通用性能和快速性。
按照本发明提供的一种基于动态参数配置的串口数据帧通用组帧解帧方法，包括步骤1：对串口单元待发送的数据帧按照帧格式配置参数进行转换的步骤；步骤2：将转换后的数据帧通过串口单元进行发送的步骤；步骤3：通过另一串口单元接收转换后的数据帧的步骤；步骤4：对另一串口单元接收的数据帧按照帧格式配置参数进行解帧的步骤。
按照本发明提供的一种基于动态参数配置的串口数据帧通用组帧解帧方法还具有如下附属技术特征：
所述帧格式配置参数包括通讯格式信息配置和通讯帧数据内容信息配置，每种所述通讯帧数据内容信息配置与每种所述帧格式信息配置一一对应。
每种所述通讯帧数据内容信息配置与每种所述帧格式信息配置之间用一个唯一标识关联。
在步骤1中，首先对待发送的数据帧进行帧格式信息配置，判断该数据帧的帧格式，依照所述帧格式配置参数产生唯一标识；其次，根据该数据帧的帧格式进行所述通讯数据内容信息配置，在进行所述通讯数据内容信息配置时，依照所述帧格式配置参数进行。
在步骤4中，首先对接收的数据帧进行帧格式信息解算，依据所述唯一标识从所述帧格式配置参数中解算该数据帧的帧格式，其次，依据该帧格式解算接收到的数据帧中的通讯数据内容信息，对通讯数据内容信息的解算也参照所述帧格式配置参数。
所述通讯格式信息中包括序号、唯一标识、帧头、帧号、数据长度、数据个数、校验和个数、帧尾、通讯形式、校验和解算方式和是否计算校验和，在进行所述通讯格式信息配置时从上述信息中选择相应信息进行配置。
所述通讯帧内容信息中包括序号、名称、单位、有效位、进制、符号、分辨率、整数位数和小数位数，在进行所述通讯帧内容信息配置时从上述信息中选择相应信息进行配置。
对通讯格式信息及通讯帧内容信息配置完成后，根据通讯发送数据与接收数据的任务解算相应的参数，发送数据时，需要将已知数据个数的物理量按照通讯协议的要求转换成正确的二进制数据，加上帧头、帧尾及校验和相关信息组成数据帧包。
接收数据时，需要将接收到的二进制信息依据已定的帧格式配置参数转换成通讯帧数据内容信息中对应的物理量，输出的物理量含单位、整数个数和小数位数信息，发送数据的组帧过程与接收数据的解帧过程是相反的两个解算过程，输入与输出互逆。
解析出的数据物理量根据物理量名称、物理量名称+浮点数结果、物理量名称+字符串结果和一帧数据的全部物理量字符串格式规则被输出。
按照本发明提供的一种基于动态参数配置的串口数据帧通用组帧解帧方法与现有技术相比具有如下优点：本发明对各个串口单元中待要发送的数据帧预先进行配帧，配帧的过程按照预先设定的帧格式配置参数进行，待发送的数据帧配帧后发送，接收的串口单元也根据预先设定的帧格式配置参数对接收的数据帧进行解帧，因此，本发明能够适用不同类型的串口单元的通讯，提供了一种通用的方法，也能够实现快速解帧。
附图说明
图1是本发明的通用数据解析帧的数据发送流程图。
图2是本发明的通用数据解析帧的数据接收流程图。
图3是本发明的配置参数内存映射流程图。
图4是本发明的解帧的详细过程流程图。
具体实施方式
本发明利用动态配置帧格式和帧内容的方式来实现，在数据解帧前先配置帧格式和帧内容并形成配置文件，解帧时先从配置文件中读取相应的参数，然后按照配置好的帧格式和帧内容要求自动进行解帧。其中配置文件中包含有本发明的帧格式配置参数。
帧格式配置参数在解帧前载入到计算机内存，解帧时直接调用，解决了磁盘操作慢的问题；同时，开辟相应的内存空间来保存解帧结果，在读取结果时直接从内存取数，速度很快；在解帧过程中采用双缓存技术进一步保证解帧的快速性。
在帧格式解算结束后，采用多种方式输出结果(物理量名称、物理量名称+浮点数结果、物理量名称+字符串结果、一帧数据的全部物理量字符串等)；在获取结果时可以按照索引方式、名称方式等读取。
为了实现通用性，考虑到串口通信协议的多样性，本发明采用动态配置帧格式信息和帧内容信息的方法来实现。设置的帧格式配置参数包括两部分：通讯格式信息配置、通讯帧数据内容信息配置。每种帧内容信息将和每种帧格式信息一一对应。只要进行通信的帧格式信息确定，与之对应的帧内容信息就可以设置，两者之间可以用一个“唯一标识”来关联。帧格式信息和帧内容信息可以根据实际需要动态配置，解析数据时根据具体的串口接收和发送帧格式进行判断，选择“唯一标识”确定的帧格式进行对数据的解帧。
解析帧数据前，从帧格式配置参数里将设置好的帧格式信息和通讯帧数据内容信息加载到内存，这样所有按着“预定”帧格式解帧的相关信息都在内存里，这为快速解帧提供了解析规则。设置需要操作的数据帧，因为配置文件中有一个“唯一标识”与每种具体的帧格式相关联，所以设置时根据“唯一标识”便可以方便的调用不同的帧格式来解帧。这种处理方法的好处是当同一个串口单元收到的数据要求用不同的帧格式来解帧时十分方便，同时满足实时性要求。
关键算法是如何解算数据帧，输入的原始数据是串口按字节BYTE发送过来的8位二进制数据，需要解算输出的是每帧数据包含的数据信息。即8位二进制数字量对应的实际物理量，再依据帧内容信息输出通讯的物理量名称、物理量名称+浮点数结果、物理量名称+字符串结果、一帧数据的全部物理量字符串等。
参见图1，通用数据解析帧的数据发送流程：首先外部配置参数，该外部配置参数是指帧格式配置参数，并将该配置参数载入内存中，为动态配置做好准备。随后配置解帧ID，该ID即为唯一标识。输入实际物理量，解析物理量，按照帧格式配置参数进行自动组帧。然后判断是否继续解帧，如果继续解帧返回到配置解帧ID步骤。直至完成组帧，及完成整个配帧过程。
参见图2，通用数据解帧的数据接收流程：首先外部配置参数，该外部配置参数是指帧格式配置参数，并将该配置参数载入内存中，为动态配置做好准备。随后配置解帧ID，该ID即为唯一标识。输入串口字节，识别帧格式，根据帧格式进行自动组帧，解析物理量，输出结果，然后判断是否继续解帧，如果继续解帧则返回到配置解帧ID步骤。直至完成解帧过程。
串行数据通讯格式信息是通讯双方在通讯前约定的通讯格式协议，是解算正确的通讯数据的依据，对串行通讯数据格式进行归纳总结，包含以下表格中的规定内容，具体意义如表所示：
数据帧格式配置参数文件定义
| 序号 | 格式内容 | 说明 |
| 1 | 序号 | 帧格式序号，从1开始依次累加。表征帧格式种类的数量 |
| 2 | 唯一标识 | 识别不同帧格式的唯一标识，不同的帧格式有不同的序号 |
| 3 | 帧头 | 该通讯帧的开始字节 |
| 4 | 帧号 | 表征该通讯帧的意义 |
| 5 | 数据长度 | 通讯帧中有效的数据字节数 |
| 6 | 数据个数 | 通讯帧中有效的数据量 |
| 7 | 校验和个数 | 一般校验和需两个字节 |
| 8 | 帧尾 | 该通讯帧的结束字节 |
| 9 | 通讯形式 | 通讯字节高、低位发送顺序 |
| 10 | 校验和解算方式 | 校验和是否包括长度 |
| 11 | 是否计算校验和 | 校验和是否需要校验 |
与上表对应的数据结构定义见下表所示：
数据帧格式数据结构定义
| 序号 | 结构符号 | 类型 | 格式含义 | 说明 |
| 1 | m_order | int | 序号 | 帧格式序号，从1开始依次累加。表征帧格式种类的数量 |
| 2 | m_ID | int | 唯一标识 | 识别不同帧格式的唯一标识，不同的帧格式有不同的序号 |
| 3 | m_frameHeader | BYTE | 帧头 | 该通讯帧的开始字节 |
| 4 | m_frameNO | BYTE | 帧号 | 表征该通讯帧的意义 |
| 5 | m_frameLen | BYTE | 数据长度 | 通讯帧中有效的数据字节数 |
| 6 | m_dataNum | BYTE | 数据个数 | 通讯帧中有效的数据量 |
| 7 | m_checkNum | BYTE | 校验和个数 | 一般校验和需两个字节 |
| 8 | m_frameEnd | BYTE | 帧尾 | 该通讯帧的结束字节 |
| 9 | m_comMode | int | 通讯形式 | 1先高后低；0先低后高 |
| 10 | m_checkMode | int | 校验和解算方式 | 1包含长度；0不包含长度 |
| 11 | m_checkEnable | int | 是否计算校验和 | 1需要校验；0不需要校验 |
按照约定的通讯协议对数据帧格式信息中包含的数据项进行配置，为快速解帧提供解析规则，该配置可动态添加，且每种帧格式设置唯一的标识号与对应的帧内容形成索引。
帧格式信息被读取后，依据帧头、帧号信息以及附加的校验和的校验能够得到完整的通讯数据量以及用二进制数据表示的通讯数据。数据通讯帧内容信息与帧格式信息对应，是通讯双方在通讯前就通讯内容约定的协议，规定了通讯物理量与通讯二进制间的转换方法，包含以下表格中的规定内容，具体意义如表所示：
数据帧内容配置参数文件定义
| 序号 | 格式内容 | 说明 |
| 1 | 序号 | 帧中物理量序号，从1开始依次累加。表征帧中包含的数据量 |
| 2 | 名称 | 通讯帧中的物理量名称 |
| 3 | 单位 | 通讯帧中的每个物理量对应的单位 |
| 4 | 有效位 | 表征该物理量占用的字节数 |
| 5 | 进制 | 表征数据输出格式：十进制与十六进制 |
| 6 | 符号 | 表征该数据是否有符号位 |
| 7 | 分辨率 | 该数据转换成对应物理量需要的转换系数 |
| 8 | 整数位数 | 该数据转换成对应物理量所需的整数显示位数 |
| 9 | 小数位数 | 该数据转换成对应物理量所需的整数显示位数 |
与上表对应的数据结构定义见下表所示：
数据帧格式数据结构定义
| 序号 | 结构符号 | 类型 | 格式含义 | 说明 |
| 1 | m_order | int | 序号 | 帧格式序号，从1开始依次累加。表征帧格式种类的数量 |
| 2 | m_ID | int | 唯一标识 | 识别不同帧格式的唯一标识，不同的帧格式有不同的序号 |
| 3 | m_frameHeader | BYTE | 帧头 | 该通讯帧的开始字节 |
| 4 | m_frameNO | BYTE | 帧号 | 表征该通讯帧的意义 |
| 5 | m_frameLen | BYTE | 数据长度 | 通讯帧中有效的数据字节数 |
| 6 | m_dataNum | BYTE | 数据个数 | 通讯帧中有效的数据量 |
| 7 | m_checkNum | BYTE | 校验和个数 | 一般校验和需两个字节 |
| 8 | m_frameEnd | BYTE | 帧尾 | 该通讯帧的结束字节 |
| 9 | m_comMode | int | 通讯形式 | 1先高后低；0先低后高 |
| 10 | m_checkMode | int | 校验和解算方式 | 1包含长度；0不包含长度 |
| 11 | m_checkEnable | int | 是否计算校验和 | 1需要校验；0不需要校验 |
解算数据时首先确定该8位二进制数据的字节数，即该物理量通讯中占用的字节数，由规定的字节个数合成该物理量的数值，然后根据有无符号位的判断来确定正、负数的转换方法，再由物理量的转换系数计算出对应该物理量的量值单位的数值，至此，通讯帧中的每个二进制数对应的物理量得以准确解析，解析出的数据根据一定的输出规则被输出，能够输出通讯的物理量名称、物理量名称+浮点数结果、物理量名称+字符串结果、一帧数据的全部物理量字符串等几种格式。
参见图3，配置参数在内存映射流程为：输入配置参数文件，该配置参数文件即为帧格式配置参数，辨识文件格式，判断该文件格式是否合格，如果不合格直接结束。如果合格，依次进行解析帧格式，建立内存帧格式结构数组，索引内存帧格式结构数组，解析帧内容，最后建立内存帧内容结构数组。
本发明中通讯帧格式信息的配置，首先添加帧序号，从1开始计数的整数。根据通讯帧意义确定其唯一标识，用整数来表示。在通讯帧内容转换信息中含此相同项目的配置项，帧头，帧号、帧尾内容的配置依据通讯协议正确规定。用字节类型的数据表示。根据通讯包含的数据个数，以及每个数据长度确定帧格式信息中的数据长度、数据个数配置项，均为整数类型。通讯形式的配置项用整数1代表先低位后高位；0代表为先高位后低位的通讯规则。校验和信息包含的配置内容是校验和个数，一般为整数2。数据长度信息是否参与校验，用整数1表示包括数据长度；0代表不包含数据长度信息的校验。校验和是否需要校验同样用整数1表示需要；0表示不需要。
通讯帧格式信息的配置完成后进行通讯帧内容信息转换所需的信息配置。帧中物理量序号，从1开始计数的整数。表征帧中包含的数据量，从1开始计数的整数。名称项信息，用字符串表示的通讯帧中的物理量名称。单位项信息，通讯帧中的每个物理量对应的单位，用字符串表示。有效位信息，用整数表示，表征该物理量占用的字节数，一般为32位，16位，或者8位等整数个字节数。进制项信息，用整数表示的数据输出格式，1为10进制表示，0为16进制表示。符号位信息，用整数0表示无符号数，1表示有符号数。分辨率信息，双精度类型的浮点数表示转换成对应物理量所需要的转换系数。整数位数信息，用整数表示该物理量输出时的整数显示位数。小数位数信息，用整数表示该物理量输出时的小数显示位数。
对通讯格式信息及内容转换信息配置完成后，根据通讯发送数据与接收数据的任务不同解算相应的参数，发送数据时，需要将已知数据个数的物理量按照通讯协议的要求转换成正确的8位二进制数据，加上帧头、帧尾及校验和信息组成数据帧包。
接收数据时，需要将接收到的8位二进制信息依据已定的通讯协议转换成帧内容中对应的物理量，输出的物理量含单位、整数个数、小数位数信息，发送数据的组帧过程与接收数据的解帧过程是相反的两个解算过程，输入与输出互逆。
参见图4，本发明解帧的详细过程如下：输入BYTE数组，设置帧序号，查询内存帧格式和帧内容，判断帧头、帧尾是否正确，如果不正确直接到判断是否继续解帧步骤，如果正确，则进行判断是否需要校验，如果不需要，直接到按帧内容解析的步骤。如果需要校验，则计算校验和，进行校验正确判断，如果校验错误直接到是否继续解帧步骤。校验正确则按帧内容解析，保存解析结果到内存，进入是否继续解帧步骤，如果不进行继续解帧，则结束。如果继续解帧则返回到判断帧头、帧尾步骤。
Claims (10)
1.一种基于动态参数配置的串口数据帧通用组帧解帧方法，其特征在于：包括
步骤1：对串口单元待发送的数据帧按照帧格式配置参数进行转换的步骤；
步骤2：将转换后的数据帧通过串口单元进行发送的步骤；
步骤3：通过另一串口单元接收转换后的数据帧的步骤；
步骤4：对另一串口单元接收的数据帧按照帧格式配置参数进行解帧的步骤。
2.如权利要求1所述的基于动态参数配置的串口数据帧通用组帧解帧方法，其特征在于：所述帧格式配置参数包括通讯格式信息配置和通讯帧数据内容信息配置，每种所述通讯帧数据内容信息配置与每种所述帧格式信息配置一一对应。
3.如权利要求2所述的基于动态参数配置的串口数据帧通用组帧解帧方法，其特征在于：每种所述通讯帧数据内容信息配置与每种所述帧格式信息配置之间用一个唯一标识关联。
4.如权利要求3所述的基于动态参数配置的串口数据帧通用组帧解帧方法，其特征在于：在步骤1中，首先对待发送的数据帧进行帧格式信息配置，判断该数据帧的帧格式，依照所述帧格式配置参数产生唯一标识；其次，根据该数据帧的帧格式进行所述通讯数据内容信息配置，在进行所述通讯数据内容信息配置时，依照所述帧格式配置参数进行。
5.如权利要求4所述的基于动态参数配置的串口数据帧通用组帧解帧方法，其特征在于：在步骤4中，首先对接收的数据帧进行帧格式信息解算，依据所述唯一标识从所述帧格式配置参数中解算该数据帧的帧格式，其次，依据该帧格式解算接收到的数据帧中的通讯数据内容信息，对通讯数据内容信息的解算也参照所述帧格式配置参数。
6.如权利要求5所述的基于动态参数配置的串口数据帧通用组帧解帧方法，其特征在于：所述通讯格式信息中包括序号、唯一标识、帧头、帧号、数据长度、数据个数、校验和个数、帧尾、通讯形式、校验和解算方式和是否计算校验和，在进行所述通讯格式信息配置时从上述信息中选择相应信息进行配置。
7.如权利要求6所述的基于动态参数配置的串口数据帧通用组帧解帧方法，其特征在于：所述通讯帧内容信息中包括序号、名称、单位、有效位、进制、符号、分辨率、整数位数和小数位数，在进行所述通讯帧内容信息配置时从上述信息中选择相应信息进行配置。
8.如权利要求7所述的基于动态参数配置的串口数据帧通用组帧解帧方法，其特征在于：对通讯格式信息及通讯帧内容信息配置完成后，根据通讯发送数据与接收数据的任务解算相应的参数，发送数据时，需要将已知数据个数的物理量按照通讯协议的要求转换成正确的二进制数据，加上帧头、帧尾及校验和相关信息组成数据帧包。
9.如权利要求8所述的基于动态参数配置的串口数据帧通用组帧解帧方法，其特征在于：接收数据时，需要将接收到的二进制信息依据已定的帧格式配置参数转换成通讯帧数据内容信息中对应的物理量，输出的物理量含单位、整数个数和小数位数信息，发送数据的组帧过程与接收数据的解帧过程是相反的两个解算过程，输入与输出互逆。
10.如权利要求9所述的基于动态参数配置的串口数据帧通用组帧解帧方法，其特征在于：解析出的数据物理量根据物理量名称、物理量名称+浮点数结果、物理量名称+字符串结果和一帧数据的全部物理量字符串格式规则被输出。
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