ITLV格式的概念及數(shù)據(jù)處理

嵌入式開(kāi)發(fā)中，常常會(huì)自定義一些協(xié)議格式，比如用于板與板之間的通信、客戶(hù)端與服務(wù)端之間的通信等。

自定義的協(xié)議格式可能有很多種，本篇文章我們來(lái)介紹一種很常用、實(shí)用、且靈活性很高的協(xié)議格式——ITLV格式。

什么是ITLV格式？

大家可能看到網(wǎng)絡(luò)上的很多文章用的是TLV（Tag、Length、Value）格式數(shù)據(jù)。實(shí)際中，可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行修改。我們這里稍微改一下，實(shí)際上也是大同小異的。

我們這里的ITLV各字段的含義：

• I：ID或Index，用于區(qū)分是什么數(shù)據(jù)。
• T：Type，代表數(shù)據(jù)類(lèi)型，如int、float等。
• L：Length，表示數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度（Value的長(zhǎng)度）。
• V：Value，表示實(shí)際的數(shù)據(jù)。

其中，I、T、L是固定長(zhǎng)度的，在制定具體的數(shù)據(jù)協(xié)議之前，需要評(píng)估好當(dāng)前項(xiàng)目的數(shù)據(jù)會(huì)有多少、數(shù)據(jù)的最大長(zhǎng)度是多少，考慮好后續(xù)數(shù)據(jù)擴(kuò)展也可以保證協(xié)議通用。一般I設(shè)置為1~2字節(jié)，T設(shè)置為1字節(jié)，L設(shè)置為1~4字節(jié)。

下面我們制定一個(gè)格式：

實(shí)際中，如果在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸，我們用戶(hù)自定義的協(xié)議字段可能就只包含如上四個(gè)字段就可以了。比如我們公司的云平臺(tái)上的用戶(hù)數(shù)據(jù)格式用的就是類(lèi)似ITLV這樣的格式。用戶(hù)在制定協(xié)議時(shí)的協(xié)議字段包含如上字段就可以了。

沒(méi)有包頭做一些數(shù)據(jù)區(qū)分，也沒(méi)有校驗(yàn)字段，只包含如上字段就能保證數(shù)據(jù)可靠傳輸嗎？

因?yàn)槎嗽仆ㄐ挪捎肕QTT，基于TCP，TCP的特點(diǎn)就是可靠的，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中會(huì)帶有校驗(yàn)。并且，實(shí)際在傳輸用戶(hù)數(shù)據(jù)時(shí)，還會(huì)再用戶(hù)數(shù)據(jù)之前增加一些字段區(qū)分這就是用戶(hù)數(shù)據(jù)。所以，其實(shí)基于它的設(shè)備SDK來(lái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，操作的數(shù)據(jù)就是如上的數(shù)據(jù)。

但是，如果應(yīng)用于板與板之間的通信，只包含如上字段自然是有風(fēng)險(xiǎn)的。我們至少還需要還要包頭、校驗(yàn)字段。

實(shí)際中根據(jù)需要還可以增加其它字段，比如如果需要分包發(fā)送，還需要增加包號(hào)；如果多塊板之間進(jìn)行通信，還需要增加發(fā)送數(shù)據(jù)目標(biāo)地址等。

這里我們?cè)黾影^與校驗(yàn)字段：

其中：

（1）Head固定為0x55、0xAA。

（2）Length為1字節(jié)，即Value最大為256B。

ITLV格式數(shù)據(jù)處理

下面以例子來(lái)演示ITLV格式數(shù)據(jù)的處理。

下面我們以上面我們制定的協(xié)議編寫(xiě)A板的組包、解析代碼。

1、設(shè)計(jì)相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

首先，我們創(chuàng)建一個(gè)協(xié)議格式結(jié)構(gòu)體：

#pragmapack(1)
//協(xié)議格式
typedefstruct_protocol_format
{
uint16_thead;
uint8_tid;
uint8_ttype;
uint8_tlength;
uint8_tvalue[];
}protocol_format_t;

type字段的取值：

//TLV數(shù)據(jù)類(lèi)型type
typedefenum_tlv_type
{
TLV_TYPE_UINT8,
TLV_TYPE_INT8,
TLV_TYPE_UINT16,
TLV_TYPE_INT16,
TLV_TYPE_UINT32,
TLV_TYPE_INT32,
TLV_TYPE_STRING,
TLV_TYPE_FLOAT,
TLV_TYPE_BYTE_ARR,//字節(jié)數(shù)組
}tlv_type_e;

下面設(shè)計(jì)我們的收、發(fā)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，大致思路如下：

我們創(chuàng)建一個(gè)總的結(jié)構(gòu)體，用于管理A板往B板發(fā)送及A板接受來(lái)自B板的數(shù)據(jù)：

//總的協(xié)議數(shù)據(jù)
typedefstruct_protocol_data
{
protocol_id_eid;
protocol_value_tvalue;
}protocol_data_t;

其中，成員id是一個(gè)枚舉：

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//數(shù)據(jù)ID
typedefenum_protocol_id
{
//A板發(fā)往B板
PROTOCOL_ID_A_TO_B_BASE=0x00,
PROTOCOL_ID_A_TO_B_CTRL_CMD,
PROTOCOL_ID_A_TO_B_DATE_TIME,
PROTOCOL_ID_A_TO_B_END=0x7F,

//B板發(fā)往A板
PROTOCOL_ID_B_TO_A_BASE=0x80,
PROTOCOL_ID_B_TO_A_WORK_STATUS,
PROTOCOL_ID_B_TO_A_END=0xFF,
}protocol_id_e;

包含著A->B、B->A的ID，因?yàn)镮D是用1個(gè)字節(jié)標(biāo)識(shí)，收、發(fā)的ID各預(yù)留一半，新增的ID在各自的BASE ID及END ID之間添加。

成員value是一個(gè)聯(lián)合體，用于管理A->B、B->A的value數(shù)據(jù)：

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//所有協(xié)議數(shù)據(jù)value值
typedefunion_protocol_value
{
protocol_value_a_to_b_ta_to_b_value;
protocol_value_b_to_a_tb_to_a_value;
}protocol_value_t;

a_to_b_value及b_to_a_value也是聯(lián)合體，用于管理更細(xì)分的數(shù)據(jù)：

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//A板發(fā)往B板的數(shù)據(jù)value值
typedefunion_protocol_value_a_to_b
{
protocol_data_ctrl_cmd_tctrl_cmd;
protocol_data_time_tdate_time;
}protocol_value_a_to_b_t;

//B板發(fā)往A板的數(shù)據(jù)value值
typedefunion_protocol_value_b_to_a
{
protocol_data_work_status_twork_status;
}protocol_value_b_to_a_t;

更細(xì)分的數(shù)據(jù)：

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//控制命令
typedefenum_ctrl_cmd
{
CTRL_CMD_LED_ON,
CTRL_CMD_LED_OFF
}ctrl_cmd_e;

typedefstruct_protocol_data_ctrl_cmd
{
ctrl_cmd_ecmd;
}protocol_data_ctrl_cmd_t;

//時(shí)間數(shù)據(jù)
typedefstruct_protocol_data_time
{
intyear;
intmon;
intmday;
inthour;
intmin;
intsec;
}protocol_data_time_t;

//工作狀態(tài)
typedefenum_work_status
{
WORK_STATUS_NORMAL,
WORK_STATUS_ERROR
}work_status_e;

typedefstruct_protocol_data_work_status
{
work_status_estatus;
}protocol_data_work_status_t;

明確了我們需要進(jìn)行交互的數(shù)據(jù)的類(lèi)型之后，解析來(lái)我們就可以根據(jù)它們的特點(diǎn)來(lái)編寫(xiě)組包、解析函數(shù)了。

2、組包

大致思路如下：

組包函數(shù)：

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intprotocol_data_packet(uint8_t*buf,uint16_tlen,protocol_data_t*protocol_data)
{
intret=-1;
intvalue_len=0;
intoffset=0;
protocol_format_t*p_protocol_format=NULL;

if(!buf||!protocol_data||lenprintf("Invalidinputargument!
");
returnret;
}

//通過(guò)ID來(lái)獲取value的長(zhǎng)度
switch(protocol_data->id)
{
casePROTOCOL_ID_A_TO_B_CTRL_CMD:
{
printf("PROTOCOL_ID_A_TO_B_CTRL_CMD
");
value_len=sizeof(protocol_data->value.a_to_b_value.ctrl_cmd);
printf("protocol_format.length=%d
",value_len);
break;
}
casePROTOCOL_ID_A_TO_B_DATE_TIME:
{
printf("PROTOCOL_ID_A_TO_B_DATE_TIME
");
value_len=sizeof(protocol_data->value.a_to_b_value.date_time);
printf("value_len=%d
",value_len);
break;
}

default:
break;
}

//為協(xié)議格式數(shù)據(jù)申請(qǐng)內(nèi)存
p_protocol_format=(protocol_format_t*)malloc(sizeof(protocol_format_t)+value_len);
if(NULL==p_protocol_format)
{
printf("mallocerror
");
returnret;
}

//填充協(xié)議數(shù)據(jù)各字段
p_protocol_format->head=PROTOCOL_HEAD;
p_protocol_format->id=protocol_data->id;
p_protocol_format->type=TLV_TYPE_BYTE_ARR;
p_protocol_format->length=value_len;
if(p_protocol_format->length<=?PROTOCOL_VALUE_MAX_LEN)
????{
????????memcpy(p_protocol_format->value,&protocol_data->value.a_to_b_value,p_protocol_format->length);
}
else
{
printf("protocol_format.length>PROTOCOL_VALUE_MAX_LEN
");
}

//計(jì)算校驗(yàn)值
uint32_tcrc_data_len=sizeof(protocol_format_t)+value_len;
uint16_tcrc16=crc16_x25_check((uint8_t*)p_protocol_format,crc_data_len);
printf("crc16=%#x
",crc16);

//struct->buf
memcpy(buf,p_protocol_format,crc_data_len);
offset+=crc_data_len;
memcpy(buf+offset,&crc16,sizeof(uint16_t));
offset+=sizeof(uint16_t);

//釋放內(nèi)存
free(p_protocol_format);
p_protocol_format=NULL;

returnoffset;
}

3、解包

大致思路如下：

解包函數(shù)：

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//解包函數(shù)
voidprotocol_data_parse(protocol_data_t*protocol_data,uint8_t*buf,uint16_tlen)
{
protocol_format_t*p_protocol_format=NULL;

if(!buf||!protocol_data||lenprintf("Invalidinputargument!
");
return;
}

//為協(xié)議格式數(shù)據(jù)申請(qǐng)內(nèi)存
intvalue_len=buf[PROTOCOL_LENGTH_INDEX];
p_protocol_format=(protocol_format_t*)malloc(sizeof(protocol_format_t)+value_len);
if(NULL==p_protocol_format)
{
printf("mallocp_protocol_formaterror
");
return;
}

//buf->struct
memcpy(p_protocol_format,buf,sizeof(protocol_format_t)+value_len);
printf("protocol_data->id=%#x
",p_protocol_format->id);

//通過(guò)數(shù)據(jù)ID來(lái)解析各對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)
switch(p_protocol_format->id)
{
casePROTOCOL_ID_B_TO_A_WORK_STATUS:
{
printf("PROTOCOL_ID_B_TO_A_WORK_STATUS
");
uint8_twork_status_len=sizeof(protocol_data->value.b_to_a_value.work_status);
if(p_protocol_format->length==work_status_len)
{
memcpy(&protocol_data->value.b_to_a_value.work_status,p_protocol_format->value,p_protocol_format->length);
}
else
{
printf("p_protocol_format->lengtherror
");
}
break;
}

default:
break;
}

//釋放內(nèi)存
free(p_protocol_format);
p_protocol_format=NULL;
}

4、CRC16校驗(yàn)

CRC16分很多種：CRC16-X25、CRC16-MODBUS、CRC16-XMODEM等。

這里我們使用CRC16-X25：

staticconstunsignedshortcrc16_table[256]=
{
0x0000,0x1189,0x2312,0x329b,0x4624,0x57ad,0x6536,0x74bf,
0x8c48,0x9dc1,0xaf5a,0xbed3,0xca6c,0xdbe5,0xe97e,0xf8f7,
0x1081,0x0108,0x3393,0x221a,0x56a5,0x472c,0x75b7,0x643e,
0x9cc9,0x8d40,0xbfdb,0xae52,0xdaed,0xcb64,0xf9ff,0xe876,
0x2102,0x308b,0x0210,0x1399,0x6726,0x76af,0x4434,0x55bd,
0xad4a,0xbcc3,0x8e58,0x9fd1,0xeb6e,0xfae7,0xc87c,0xd9f5,
0x3183,0x200a,0x1291,0x0318,0x77a7,0x662e,0x54b5,0x453c,
0xbdcb,0xac42,0x9ed9,0x8f50,0xfbef,0xea66,0xd8fd,0xc974,
0x4204,0x538d,0x6116,0x709f,0x0420,0x15a9,0x2732,0x36bb,
0xce4c,0xdfc5,0xed5e,0xfcd7,0x8868,0x99e1,0xab7a,0xbaf3,
0x5285,0x430c,0x7197,0x601e,0x14a1,0x0528,0x37b3,0x263a,
0xdecd,0xcf44,0xfddf,0xec56,0x98e9,0x8960,0xbbfb,0xaa72,
0x6306,0x728f,0x4014,0x519d,0x2522,0x34ab,0x0630,0x17b9,
0xef4e,0xfec7,0xcc5c,0xddd5,0xa96a,0xb8e3,0x8a78,0x9bf1,
0x7387,0x620e,0x5095,0x411c,0x35a3,0x242a,0x16b1,0x0738,
0xffcf,0xee46,0xdcdd,0xcd54,0xb9eb,0xa862,0x9af9,0x8b70,
0x8408,0x9581,0xa71a,0xb693,0xc22c,0xd3a5,0xe13e,0xf0b7,
0x0840,0x19c9,0x2b52,0x3adb,0x4e64,0x5fed,0x6d76,0x7cff,
0x9489,0x8500,0xb79b,0xa612,0xd2ad,0xc324,0xf1bf,0xe036,
0x18c1,0x0948,0x3bd3,0x2a5a,0x5ee5,0x4f6c,0x7df7,0x6c7e,
0xa50a,0xb483,0x8618,0x9791,0xe32e,0xf2a7,0xc03c,0xd1b5,
0x2942,0x38cb,0x0a50,0x1bd9,0x6f66,0x7eef,0x4c74,0x5dfd,
0xb58b,0xa402,0x9699,0x8710,0xf3af,0xe226,0xd0bd,0xc134,
0x39c3,0x284a,0x1ad1,0x0b58,0x7fe7,0x6e6e,0x5cf5,0x4d7c,
0xc60c,0xd785,0xe51e,0xf497,0x8028,0x91a1,0xa33a,0xb2b3,
0x4a44,0x5bcd,0x6956,0x78df,0x0c60,0x1de9,0x2f72,0x3efb,
0xd68d,0xc704,0xf59f,0xe416,0x90a9,0x8120,0xb3bb,0xa232,
0x5ac5,0x4b4c,0x79d7,0x685e,0x1ce1,0x0d68,0x3ff3,0x2e7a,
0xe70e,0xf687,0xc41c,0xd595,0xa12a,0xb0a3,0x8238,0x93b1,
0x6b46,0x7acf,0x4854,0x59dd,0x2d62,0x3ceb,0x0e70,0x1ff9,
0xf78f,0xe606,0xd49d,0xc514,0xb1ab,0xa022,0x92b9,0x8330,
0x7bc7,0x6a4e,0x58d5,0x495c,0x3de3,0x2c6a,0x1ef1,0x0f78
};

uint16_tcrc16_x25_check(uint8_t*data,uint32_tlength)
{
unsignedshortcrc_reg=0xFFFF;

while(length--)
{
crc_reg=(crc_reg>>8)^crc16_table[(crc_reg^*data++)&0xff];
}

return(uint16_t)(~crc_reg)&0xFFFF;
}

5、測(cè)試代碼

下面我們編寫(xiě)組包、解包測(cè)試代碼：

• 組包控制命令數(shù)據(jù)，并把組包之后的發(fā)送緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)打印出來(lái)。
• 組包時(shí)間數(shù)據(jù)，并把組包之后的發(fā)送緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)打印出來(lái)。
• 從一個(gè)模擬的工作狀態(tài)接受緩沖區(qū)數(shù)據(jù)中解析工作狀態(tài)數(shù)據(jù)并打印出來(lái)。

測(cè)試代碼如：

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//微信公眾號(hào)：嵌入式大雜燴
#include
#include
#include"protocol_tlv.h"

intmain(intarc,char*argv[])
{
staticuint8_tsend_buf[PROTOCOL_MAX_LEN]={0};
protocol_data_tprotocol_data_send={0};
intsend_len=0;

printf("
==============================testpacket===========================================
");
//模擬組包發(fā)送控制命令
bzero(send_buf,sizeof(send_buf));
bzero(&protocol_data_send,sizeof(protocol_data_t));
protocol_data_send.id=PROTOCOL_ID_A_TO_B_CTRL_CMD;
protocol_data_send.value.a_to_b_value.ctrl_cmd.cmd=CTRL_CMD_LED_OFF;
send_len=protocol_data_packet(send_buf,PROTOCOL_MAX_LEN,&protocol_data_send);
printf("sendctrldata=");
print_hex_data_frame(send_buf,send_len);

//模擬組包發(fā)送時(shí)間數(shù)據(jù)
bzero(send_buf,sizeof(send_buf));
bzero(&protocol_data_send,sizeof(protocol_data_t));
protocol_data_send.id=PROTOCOL_ID_A_TO_B_DATE_TIME;
protocol_data_send.value.a_to_b_value.date_time.year=2022;
protocol_data_send.value.a_to_b_value.date_time.mon=8;
protocol_data_send.value.a_to_b_value.date_time.mday=20;
protocol_data_send.value.a_to_b_value.date_time.hour=8;
protocol_data_send.value.a_to_b_value.date_time.min=8;
protocol_data_send.value.a_to_b_value.date_time.sec=8;
send_len=protocol_data_packet(send_buf,PROTOCOL_MAX_LEN,&protocol_data_send);
printf("senddate_timedata=");
print_hex_data_frame(send_buf,send_len);

printf("
==============================testparse===========================================
");
//模擬解析工作狀態(tài)數(shù)據(jù)
uint8_twork_status_buf[11]={0x55,0xAA,0x81,0x08,0x04,0x01,0x00,0x00,0x00,0xf2,0x88};
protocol_data_tprotocol_data_recv={0};

uint16_tcalc_crc16=crc16_x25_check(work_status_buf,sizeof(work_status_buf)-2);
uint16_trecv_crc16=(uint16_t)(work_status_buf[10]<8)|work_status_buf[9];

if(calc_crc16==recv_crc16)
{
protocol_data_parse(&protocol_data_recv,work_status_buf,sizeof(work_status_buf));
printf("work_status=%d
",protocol_data_recv.value.b_to_a_value.work_status.status);
}

return0;
}

編譯、運(yùn)行：

對(duì)照著我們制定的協(xié)議，數(shù)據(jù)完全正確！

ITLV格式的其它用法

ITLV格式具有很強(qiáng)的靈活性，我們這里使用的數(shù)據(jù)類(lèi)型Type為字節(jié)數(shù)組，其實(shí)使用字符串類(lèi)型也很常用，比如為了協(xié)議具備更強(qiáng)的可讀性、方便調(diào)試，可以在Value字段里再封裝一層JSON格式數(shù)據(jù)。其實(shí)我覺(jué)得Type的選項(xiàng)只保留字節(jié)數(shù)組及字符串就夠用了，可以滿足所有情況。

當(dāng)然，可能有些數(shù)據(jù)長(zhǎng)度總是定長(zhǎng)的，也可以用其它定長(zhǎng)的類(lèi)型。比如數(shù)據(jù)都是一些定長(zhǎng)的類(lèi)型，那么L字段也可以省略掉。實(shí)際中，比較通用的做法就是：全用字節(jié)數(shù)組或者全用字符串。別混著用，代碼可能會(huì)很混亂。

代碼獲取

大家如果需要本篇文章的demo工程，也可以在“嵌入式大雜燴”公眾號(hào)后臺(tái)回復(fù)關(guān)鍵詞：ITLV協(xié)議格式 ，即可獲取。

審核編輯：湯梓紅