数据包理论
一、为什么需要数据包
一帧只能传 8 位
串口物理层一帧 = 起始位 + 8 数据位 + 停止位，一次只能传 1 个字节。可实际通信往往要传一组有含义的信息
打包
给数据加上固定的边界标记，让接收方"一看就知道这包从哪开始、到哪结束"：
┌────┬─────────────┬────┐ │包头 │ 数据区 │包尾 │ └────┴─────────────┴────┘ 固定值 内容 固定值二、数据包的基本格式
一个完整的数据包通常包含：
部分 | 作用 | 说明 |
|---|---|---|
包头（Head） | 标记"一包从这里开始" | 1~2 个固定字节，如 |
数据区（Data） | 真正要传的内容 | 长度固定或可变 |
包尾（Tail） | 标记"这包到此结束" | 固定字节，如 |
校验（Check，可选） | 检测传输是否出错 | 和校验/CRC 等 |
发送与接收两端必须约定同一套格式（通信协议），否则无法互相理解。
三、两种数据包类型
1. HEX 数据包（十六进制/原始数据包）
包头 数据区 包尾 0xFF 0xFE │ 0x01 0x02 0x03 │ 0xFC特点 | 说明 |
|---|---|
边界 | 用不可见控制字节（0xFF 等）当包头包尾 |
数据 | 直接传二进制数值（原始数据） |
优点 | 传输高效、紧凑 |
缺点 | 不可读、需程序解析、数据区不能出现和包头相同的值（要转义） |
适用 | 程序间通信、传感器数据、指令下发 |
2. 文本数据包（ASCII/字符数据包）
包头 数据区 包尾 @ │ "123 456" │ \r\n特点 | 说明 |
|---|---|
边界 | 用可见字符（ |
数据 | 以 ASCII 文本传输（如 “123” 是 3 个 ASCII 字符） |
优点 | 人眼可读、上位机解析简单、调试方便 |
缺点 | 效率低（数字要转字符串）、传输量大 |
适用 | 调试输出、人机交互、简单上位机协议 |
3. 对比表
对比项 | HEX 数据包 | 文本数据包 |
|---|---|---|
包头示例 |
|
|
包尾示例 |
|
|
数据形态 | 二进制原始值 | ASCII 字符 |
人眼可读性 | ✗ 不可读 | ✓ 可读 |
传输效率 | 高 | 低 |
解析难度 | 需处理转义 | 简单直观 |
常见场景 | 指令/传感器 | 调试/上位机 |
四、固定长度可变长度
数据区的长度有两种设计方式：
1. 固定长度数据包
数据个数固定，接收方数够指定个数即为一包，甚至不需要包尾。
包头(0xFF) 数据1 数据2 数据3（固定3个） ← 数到3个即收完2. 可变长度数据包
数据个数不定，必须靠包尾来判定一包结束。
包头(0xFF) 数据...(数量不定)... 包尾(0xFC) ← 看到包尾才收完长度固定与否决定了拆包逻辑——固定数个数，可变看包尾。
五、打包与拆包思想
1. 发送端：打包
按协议格式把数据"组装"再逐个发送：
填包头 → 填数据 → 填包尾 → 依次 Serial_SendByte 发出2. 接收端：拆包
接收是边收边判断的，用"状态机"描述：
┌─────────────────────────────────────────┐ ▼ │ 状态0：等包头 ──收到包头──► 状态1：收数据 ──收到包尾──► 状态2：处理数据 ▲ │ └────────────── 处理完回到状态0，等下一包 ◄──────────────┘状态 | 干什么 |
|---|---|
状态0（等包头） | 收到包头 → 转状态1；否则继续等 |
状态1（收数据） | 数据存入缓冲区；收到包尾 → 转状态2 |
状态2（处理） | 校验/解析缓冲区内容 → 回状态0 |
状态机的好处：不阻塞。每来一个字节喂给它，它自动流转，主程序不用死等整包。
3. 数据区出现包头值
HEX 包用0xFF当包头，若数据里恰好也有0xFF，接收方会误判为新包头：
转义：数据中的包头值改成两个字节的转义序列（如0xFF→0xFD 0x01）或用连续两个字节做包头（0xFF 0xFE）降低误判概率。
六、数据包可能遇到的问题
问题 | 现象 | 应对 |
|---|---|---|
错位 | 一包被拦腰截断 | 包头定位，重新同步 |
粘包 | 多包连成一片 | 包头+包尾界定边界 |
丢帧 | 中间丢字节 | 靠包头重新同步（状态机回到等包头） |
数据区含包头 | 误判为新包 | 双字节包头 / 转义 |
只要状态机设计得当，上述问题都能在"等包头"环节自动恢复同步。
七、接收方案总体设计
串口中断只负责"收字节存起来"，拆包在专门函数里做（状态机）：
串口中断：收到字节 → Serial_RxData → 置标志 主循环：把 Serial_RxData 喂给 Packet_Receive() 状态机拆包 收完一包 → PacketFlag 置位 → 主循环解析 RxPacket[]状态机三大要素：
要素 | 代码体现 |
|---|---|
当前状态 |
|
数据缓冲 |
|
完成标志 |
|
八、方案①：HEX 数据包收发
协议约定：包头1(0xFF) 包头2(0xFE) 数据1~3 包尾(0xFC)
/* ================= HEXPacket.c ================= */ #include "stm32f10x.h" // 包含 STM32 标准库头文件 #include "Serial.h" // 串口模块（见 9-3 笔记） /* ===== 协议定义 ===== */ #define HEAD1 0xFF // 包头1 #define HEAD2 0xFE // 包头2 #define TAIL 0xFC // 包尾 #define PACKET_LEN 3 // 固定数据个数（示例） uint8_t RxPacket[PACKET_LEN]; // 接收缓冲（本包数据） uint8_t RxPacketFlag = 0; // 收包完成标志 uint8_t RxState = 0; // 状态机当前状态 /** * @brief 发送 HEX 数据包 * @param Data 数据指针；Length 数据个数 */ void HEXPacket_Send(uint8_t *Data, uint8_t Length) { uint8_t i; Serial_SendByte(HEAD1); // 包头1 Serial_SendByte(HEAD2); // 包头2 for (i = 0; i < Length; i++) { Serial_SendByte(Data[i]); // 数据 } Serial_SendByte(TAIL); // 包尾 } /** * @brief 接收状态机，每收到一字节调用一次 * @param Byte 收到的字节 */ void HEXPacket_Receive(uint8_t Byte) { static uint8_t DataIndex = 0; switch (RxState) { case 0: // 等包头1 if (Byte == HEAD1) { RxState = 1; } break; case 1: // 等包头2 if (Byte == HEAD2) { RxState = 2; // 包头完整，开收数据 DataIndex = 0; } else if (Byte != HEAD1) { RxState = 0; } // 非包头，重新等 break; case 2: // 收数据 if (Byte == TAIL) // 包尾到了 { RxState = 3; } else if (DataIndex < PACKET_LEN) { RxPacket[DataIndex] = Byte; // 存入缓冲 DataIndex++; } break; case 3: // 收包完成，转主循环处理 RxPacketFlag = 1; RxState = 0; break; } } /** * @brief 查询收包标志 * @retval 1=收到完整一包 */ uint8_t HEXPacket_GetFlag(void) { if (RxPacketFlag == 1) { RxPacketFlag = 0; return 1; } return 0; }/* ================= HEXPacket.h ================= */ #ifndef __HEXPACKET_H // 防止头文件重复包含 #define __HEXPACKET_H #include "stm32f10x.h" extern uint8_t RxPacket[]; // 接收到的数据 extern uint8_t RxPacketFlag; // 收包标志 void HEXPacket_Send(uint8_t *Data, uint8_t Length); // 打包发送 void HEXPacket_Receive(uint8_t Byte); // 状态机收包 uint8_t HEXPacket_GetFlag(void); // 查收包标志 #endif九、方案②：文本数据包收发
协议约定：@ "数据(ASCII文本，不定长)" \r \n
与 HEX 包区别：
HEX 包 | 文本包 | |
|---|---|---|
包头 |
|
|
包尾 |
|
|
数据 | 二进制 | ASCII，收完要加 |
可读性 | 不可读 | 可直接 printf / 显示 |
/* ================= TextPacket.h ================= */ #ifndef __TEXTPACKET_H // 防止头文件重复包含 #define __TEXTPACKET_H #include "stm32f10x.h" extern uint8_t RxPacket[]; // 接收到的文本（含 '\0'） extern uint8_t RxPacketFlag; // 收包标志 void TextPacket_Send(char *Data); // 打包发送 void TextPacket_Receive(uint8_t Byte); // 状态机收包 uint8_t TextPacket_GetFlag(void); // 查收包标志 #endif十、主函数：中断收字节 → 喂状态机
/* ================= main.c ================= */ #include "stm32f10x.h" // 包含 STM32 标准库头文件 #include "Delay.h" // 延时模块 #include "OLED.h" // OLED 模块 #include "Serial.h" // 串口模块（9-3，含中断接收） #include "HEXPacket.h" // HEX 包 #include "TextPacket.h" // 文本包 uint8_t TestData[] = {0x01, 0x02, 0x03}; // 测试数据 /** * @brief 主函数：串口中断收字节 → 主循环喂状态机拆包 */ int main(void) { OLED_Init(); Serial_Init(); // 串口 + 中断接收 while (1) { // 每 1 秒发一个 HEX 包 HEXPacket_Send(TestData, 3); Delay(1000000); // 中断收到字节 → 喂给两个状态机（分别拆 HEX/文本包） if (Serial_GetRxFlag() == 1) { HEXPacket_Receive(Serial_RxData); // HEX 包状态机 TextPacket_Receive(Serial_RxData); // 文本包状态机 } // 收到完整 HEX 包：显示内容 if (HEXPacket_GetFlag() == 1) { OLED_ShowHexNum(1, 1, RxPacket[0], 2); OLED_ShowHexNum(1, 5, RxPacket[1], 2); OLED_ShowHexNum(1, 9, RxPacket[2], 2); } // 收到完整文本包：当字符串显示 if (TextPacket_GetFlag() == 1) { OLED_ShowString(3, 1, (char *)RxPacket); } } }
)
