單片機(jī)接收數(shù)據(jù)幀幀頭幀尾校驗數(shù)據(jù)解析

前陣子一朋友使用單片機(jī)與某外設(shè)進(jìn)行通信時，外設(shè)返回的是一堆格式如下的數(shù)據(jù)：

AA AA 04 80 02 00 02 7B AA AA 04 80 02 00 08 75 AA AA 04 80 02 00 9B E2 AA AA 04 80 02 00 F6 87 AA AA 04 80 02 00 EC 91

其中 AA AA 04 80 02 是數(shù)據(jù)校驗頭，后面三位是有效數(shù)據(jù)，問我怎么從外設(shè)不斷返回的數(shù)據(jù)中取出有效的數(shù)據(jù)。

對于這種問題最容易想到的就是使用一個標(biāo)志位用于標(biāo)志當(dāng)前正解析到一幀數(shù)據(jù)的第幾位，然后判斷當(dāng)前接收的數(shù)據(jù)是否與校驗數(shù)據(jù)一致，如果一致則將標(biāo)志位加一，否則將標(biāo)志位置0重新判斷，使用這種方法解析數(shù)據(jù)的代碼如下：

if(flag == 0)
{
	if(tempData == 0xAA)
		flag++;
	else
		flag = 0;
}
else if(flag == 1)
{
	if(tempData == 0xAA)
		flag++;
	else
		flag = 0;
}
else if(flag == 2)
{
	if(tempData == 0x04)
		flag++;
	else
		flag = 0;
}
else if(flag == 3)
{
	if(tempData == 0x80)
		flag++;
	else
		flag = 0;
}
else if(flag == 4)
{
	if(tempData == 0x02)
		flag++;
	else
		flag = 0;
}
else if(flag == 5 || flag == 6 || flag == 7)
{
	data[flag-5] = tempData;
	flag = (flag == 7) ? 0 : flag+1;
}

使用上述方法是最容易想到的也是最簡單的方法了，百度了一下基本上也都是使用類似的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，但是使用這種方法有如下幾個缺點：

1、 大量使用了判斷，容易導(dǎo)致出現(xiàn)邏輯混亂

2、 代碼重復(fù)率高，抽象程度低。從上述代碼可以看到一大堆代碼僅僅是判斷的數(shù)據(jù)不同，其他代碼都完全一致

3、 代碼可復(fù)用性差。寫好的代碼無法用在其他類似的外設(shè)上，如果有多個外設(shè)就需要編寫多份類似的代碼

4、 可擴(kuò)展性低。如果外設(shè)還有一個數(shù)據(jù)校驗尾需要校驗或者數(shù)據(jù)校驗頭發(fā)生改變，就需要再次寫多個判斷重新用于校驗，無法在原有的代碼上進(jìn)行擴(kuò)展

5、 容易出現(xiàn)誤判

對此，這里提出了一種新的解決方案，可以通用與所有類似的數(shù)據(jù)解析，原理如下：

使用一個固定容量的隊列用來緩存接收到的數(shù)據(jù)，隊列容量等于一幀數(shù)據(jù)的大小，每來一個數(shù)據(jù)就將數(shù)據(jù)往隊列里面加，當(dāng)完整接收到一幀數(shù)據(jù)時此時隊列中的全部數(shù)據(jù)也就是一幀完整的數(shù)據(jù)，因此只需要判斷隊列是否是數(shù)據(jù)校驗頭，隊列尾是否是數(shù)據(jù)校驗尾就可以得知當(dāng)前是否已經(jīng)接收到了一幀完整的數(shù)據(jù)，然后在將數(shù)據(jù)從隊列中取出即可。原理圖如下：

每來一個數(shù)據(jù)就往隊列里面加：

當(dāng)接收到一幀完整數(shù)據(jù)時隊列頭和數(shù)據(jù)校驗頭重合：

此時只需要從隊列中取出有效數(shù)據(jù)即可。

如果有數(shù)據(jù)尾校驗，僅僅只需要添加一個校驗尾即可，如下圖所示：

好，分析結(jié)束，開始編碼。

首先需要一個隊列，為了保證通用性，隊列底層使用類似于雙向鏈表的實現(xiàn)（當(dāng)然也可以使用數(shù)組實現(xiàn)），需要封裝的結(jié)構(gòu)有隊列容量、隊列大小、隊頭節(jié)點和隊尾節(jié)點，需要實現(xiàn)的操作有隊列初始化、數(shù)據(jù)入隊、數(shù)據(jù)出隊、清空隊列和釋放隊列，具體代碼如下：

/* queue.h */
 
#ifndef _QUEUE_H_
#define _QUEUE_H_
 
#ifndef NULL
#define	NULL	((void *)0)
#endif
 
typedef unsigned char uint8;
 
/* 隊列節(jié)點 */
typedef struct Node
{
	uint8 data;
	struct Node *pre_node;
	struct Node *next_node;
} Node;
 
/* 隊列結(jié)構(gòu) */
typedef struct Queue
{
	uint8 capacity;     // 隊列總?cè)萘?	uint8 size;         // 當(dāng)前隊列大小
	Node *front;        // 隊列頭節(jié)點
	Node *back;         // 隊列尾節(jié)點
} Queue;
 
/* 初始化一個隊列 */
Queue *init_queue(uint8 _capacity);
/* 數(shù)據(jù)入隊 */
uint8 en_queue(Queue *_queue, uint8 _data);
/* 數(shù)據(jù)出隊 */
uint8 de_queue(Queue *_queue);
/* 清空隊列 */
void clear_queue(Queue *_queue);
/* 釋放隊列 */
void release_queue(Queue *_queue);
 
#endif

/* queue.c */
 
#include 
#include "parser.h"
 
/**
 * 初始化一個隊列
 *
 * @_capacity: 隊列總?cè)萘? */
Queue *init_queue(uint8 _capacity)
{
	Queue *queue = (Queue *)malloc(sizeof(Queue));
	queue->capacity = _capacity;
	queue->size = 0;
	return queue;
}
 
/**
 * 數(shù)據(jù)入隊
 *
 * @_queue: 隊列
 * @_data: 數(shù)據(jù)
 **/
uint8 en_queue(Queue *_queue, uint8 _data)
{
	if(_queue->size < _queue->capacity)
	{
		Node *node = (Node *)malloc(sizeof(Node));
		node->data = _data;
		node->next_node = NULL;
 
        if(_queue->size == 0)
        {
            node->pre_node = NULL;
            _queue->back = node;
            _queue->front = _queue->back;
        }
        else
        {
            node->pre_node = _queue->back;
 
            _queue->back->next_node = node;
            _queue->back = _queue->back->next_node;
        }
		_queue->size++;
	}
	else
	{
		Node *temp_node = _queue->front->next_node;
		_queue->front->pre_node = _queue->back;
		_queue->back->next_node = _queue->front;
		_queue->back = _queue->back->next_node;
		_queue->back->data = _data;
		_queue->back->next_node = NULL;
		_queue->front = temp_node;
	}
	return _queue->size-1;
}
 
/**
 * 數(shù)據(jù)出隊
 *
 * @_queue: 隊列
 *
 * @return: 出隊的數(shù)據(jù)
 */
uint8 de_queue(Queue *_queue)
{
    uint8 old_data = 0;
 
    if(_queue->size > 0)
    {
        old_data = _queue->front->data;
        if(_queue->size == 1)
        {
            free(_queue->front);
            _queue->front = NULL;
            _queue->back = NULL;
        }
        else
        {
            _queue->front = _queue->front->next_node;
            free(_queue->front->pre_node);
            _queue->front->pre_node = NULL;
        }
        _queue->size--;
    }
    return old_data;
}
 
/**
 * 清空隊列
 *
 * @_queue: 隊列
 */
void clear_queue(Queue *_queue)
{
    while(_queue->size > 0)
    {
        de_queue(_queue);
    }
}
 
/**
 * 釋放隊列
 *
 * @_queue: 隊列
 */
void release_queue(Queue *_queue)
{
    clear_queue(_queue);
    free(_queue);
    _queue = NULL;
}

其次是解析器，需要封裝的結(jié)構(gòu)有解析數(shù)據(jù)隊列、數(shù)據(jù)校驗頭、數(shù)據(jù)校驗尾、解析結(jié)果以及指向解析結(jié)果的指針，需要實現(xiàn)的操作有解析器初始化、添加數(shù)據(jù)解析、獲取解析結(jié)果、重置解析器和釋放解析器，具體代碼如下：

/* parser.h */
 
#ifndef _PARSER_H_
#define _PARSER_H_
 
#include "queue.h"
 
typedef enum
{
    RESULT_FALSE,
    RESULT_TRUE
} ParserResult;
 
/* 解析器結(jié)構(gòu) */
typedef struct DataParser
{
    Queue *parser_queue;			// 數(shù)據(jù)解析隊列
    Node *resule_pointer;			// 解析結(jié)果數(shù)據(jù)指針
    uint8 *data_header;				// 數(shù)據(jù)校驗頭指針
    uint8 header_size;				// 數(shù)據(jù)校驗頭大小
    uint8 *data_footer;				// 數(shù)據(jù)校驗尾指針
    uint8 footer_size;				// 數(shù)據(jù)校驗尾大小
    uint8 result_size;				// 解析數(shù)據(jù)大小
    ParserResult parserResult;		// 解析結(jié)果
} DataParser;
 
/* 初始化一個解析器 */
DataParser *parser_init(uint8 *_data_header, uint8 _header_size, uint8 *_data_footer, uint8 _foot_size, uint8 _data_frame_size);
/* 將數(shù)據(jù)添加到解析器中進(jìn)行解析 */
ParserResult parser_put_data(DataParser *_parser, uint8 _data);
/* 解析成功后從解析器中取出解析結(jié)果 */
int parser_get_data(DataParser *_parser, uint8 _index);
/* 重置解析器 */
void parser_reset(DataParser *_parser);
/* 釋放解析器 */
void parser_release(DataParser *_parser);
 
#endif

/* parser.c */
 
#include 
#include "parser.h"
 
/**
 * 初始化一個解析器
 *
 * @_data_header: 數(shù)據(jù)頭指針
 * @_header_size: 數(shù)據(jù)頭大小
 * @_data_footer: 數(shù)據(jù)尾指針
 * @_foot_size: 數(shù)據(jù)尾大小
 * @_data_frame_size: 一幀完整數(shù)據(jù)的大小
 *
 * @return: 解析器
 */
DataParser *parser_init(uint8 *_data_header, uint8 _header_size, uint8 *_data_footer, uint8 _foot_size, uint8 _data_frame_size)
{
    if((_header_size+_foot_size) > _data_frame_size || (_header_size+_foot_size) == 0)
        return NULL;
 
    DataParser *parser = (DataParser *)malloc(sizeof(DataParser));
    parser->parser_queue = init_queue(_data_frame_size);
    parser->resule_pointer = NULL;
    parser->data_header = _data_header;
    parser->header_size = _header_size;
	parser->data_footer = _data_footer;
	parser->footer_size = _foot_size;
    parser->result_size = _data_frame_size - parser->header_size - parser->footer_size;
    parser->parserResult = RESULT_FALSE;
 
    while(_data_frame_size-- > 0)
    {
        en_queue(parser->parser_queue, 0);
    }
 
    return parser;
}
 
/**
 * 將數(shù)據(jù)添加到解析器中進(jìn)行解析
 *
 * @_parser: 解析器
 * @_data: 要解析的數(shù)據(jù)
 *
 * @return: 當(dāng)前解析結(jié)果，返回 RESULT_TRUE 代表成功解析出一幀數(shù)據(jù)
 */
ParserResult parser_put_data(DataParser *_parser, uint8 _data)
{
    uint8 i;
    Node *node;
 
	if(_parser == NULL)
		return RESULT_FALSE;
 
    en_queue(_parser->parser_queue, _data);
 
	/* 校驗數(shù)據(jù)尾 */
	node = _parser->parser_queue->back;
	for(i = _parser->footer_size; i > 0; i--)
	{
		if(node->data != _parser->data_footer[i-1])
            goto DATA_FRAME_FALSE;
        node = node->pre_node;
	}
 
	/* 校驗數(shù)據(jù)頭 */
    node = _parser->parser_queue->front;
    for(i = 0; i < _parser->header_size; i++)
    {
        if(node->data != _parser->data_header[i])
            goto DATA_FRAME_FALSE;
        node = node->next_node;
    }
 
    if(_parser->resule_pointer == NULL    _parser->result_size > 0)
        _parser->resule_pointer = node;
    if(_parser->parserResult != RESULT_TRUE)
    	_parser->parserResult = RESULT_TRUE;
    return _parser->parserResult;
 
DATA_FRAME_FALSE:
    if(_parser->resule_pointer != NULL)
        _parser->resule_pointer = NULL;
    if(_parser->parserResult != RESULT_FALSE)
        _parser->parserResult = RESULT_FALSE;
    return _parser->parserResult;
 
}
 
/**
 * 解析成功后從解析器中取出解析結(jié)果
 *
 * @_parser: 解析器
 * @_index: 解析結(jié)果集合中的第 _index 個數(shù)據(jù)
 *
 * @return: 獲取解析成功的數(shù)據(jù)，返回 -1 代表數(shù)據(jù)獲取失敗
 */
int parser_get_data(DataParser *_parser, uint8 _index)
{
    Node *node;
    if(_parser == NULL
	|| _parser->parserResult != RESULT_TRUE
    || _index >= _parser->result_size
    || _parser->resule_pointer == NULL)
        return -1;
    node = _parser->resule_pointer;
    while(_index > 0)
    {
        node = node->next_node;
        _index--;
    }
    return node->data;
}
 
/**
 * 重置解析器
 *
 * @_parser: 解析器
 */
void parser_reset(DataParser *_parser)
{
	uint8 _data_frame_size;
 
	if(_parser == NULL)
		return;
 
	_data_frame_size = _parser->parser_queue->size;
	while(_data_frame_size-- > 0)
    {
        en_queue(_parser->parser_queue, 0);
    }
    _parser->resule_pointer = NULL;
    _parser->parserResult = RESULT_FALSE;
}
 
/**
 * 釋放解析器
 *
 * @_parser: 解析器
 */
void parser_release(DataParser *_parser)
{
	if(_parser == NULL)
		return;
    release_queue(_parser->parser_queue);
    free(_parser);
    _parser = NULL;
}

接下來編寫測試代碼測試一下：

/* main.c */
 
#include 
#include "parser.h"
 
int main()
{
    uint8 i;
    // 數(shù)據(jù)頭
    uint8 data_header[] = {0xAA, 0xAA, 0x04, 0x80, 0x02};
    // 要解析的數(shù)據(jù)，測試用
    uint8 data[] = {
        0xAA, 0xAA, 0x04, 0x80, 0x02, 0x00, 0x02, 0x7B, 0xAA, 0xAA, 0x04, 0x80,
        0x02, 0x00, 0x08, 0x75, 0xAA, 0xAA, 0x04, 0x80, 0x02, 0x00, 0x9B, 0xE2,
        0xAA, 0xAA, 0x04, 0x80, 0x02, 0x00, 0xF6, 0x87, 0xAA, 0xAA, 0x04, 0x80,
        0x02, 0x00, 0xEC, 0x91, 0xAA, 0xAA, 0x04, 0x80, 0x02, 0x01, 0x15, 0x67,
        0xAA, 0xAA, 0x04, 0x80, 0x02, 0x01, 0x49, 0x33, 0xAA, 0xAA, 0x04, 0x80,
        0x02, 0x00, 0xE7, 0x96, 0xAA, 0xAA, 0x04, 0x80, 0x02, 0x00, 0x68, 0x15,
        0xAA, 0xAA, 0x04, 0x80, 0x02, 0x00, 0x3C, 0x41, 0xAA, 0xAA, 0x04, 0x80,
        0x02, 0x00, 0x66, 0x17, 0xAA, 0xAA, 0x04, 0x80, 0x02, 0x00, 0xA5, 0xD8,
        0xAA, 0xAA, 0x04, 0x80, 0x02, 0x01, 0x26, 0x56, 0xAA, 0xAA, 0x04, 0x80,
        0x02, 0x01, 0x73, 0x09, 0xAA, 0xAA, 0x04, 0x80, 0x02, 0x01, 0x64, 0x18,
        0xAA, 0xAA, 0x04, 0x80, 0x02, 0x01, 0x8B, 0xF1, 0xAA, 0xAA, 0x04, 0x80,
        0x02, 0x01, 0xC6, 0xB6, 0xAA, 0xAA, 0x04, 0x80, 0x02, 0x01, 0x7B, 0x01,
        0xAA, 0xAA, 0x04, 0x80, 0x02, 0x00, 0xCB, 0xB2, 0xAA, 0xAA, 0x04, 0x80,
        0x02, 0x00, 0x2C, 0x51, 0xAA, 0xAA, 0x04, 0x80, 0x02, 0xFF, 0xE5, 0x99
    };
 
    /**
     * 初始化一個解析器
     * 第一個參數(shù)是數(shù)據(jù)頭
     * 第二個參數(shù)是數(shù)據(jù)頭長度
     * 第三個參數(shù)是數(shù)據(jù)尾指針
     * 第四個參數(shù)是數(shù)據(jù)尾大小
     * 第五個參數(shù)是一整幀數(shù)據(jù)的大小
     */
    DataParser *data_parser = parser_init(data_header, sizeof(data_header), NULL, 0, 8);
 
    // 將要解析的數(shù)據(jù)逐個取出，添加到解析器中
    for(i = 0; i < sizeof(data); i++)
    {
        // 解析數(shù)據(jù)，返回 RESULT_TRUE 代表成功解析出一組數(shù)據(jù)
        if(parser_put_data(data_parser, data[i]) == RESULT_TRUE)
        {
            printf("成功解析出一幀數(shù)據(jù)...n");
 
            /* 一位一位取出解析后的數(shù)據(jù) */
            printf("第一個數(shù)據(jù)是：0x%xn", parser_get_data(data_parser, 0));
            printf("第二個數(shù)據(jù)是：0x%xn", parser_get_data(data_parser, 1));
            printf("第三個數(shù)據(jù)是：0x%xnnn", parser_get_data(data_parser, 2));
        }
    }
 
    // 當(dāng)不再需要解析器時，應(yīng)該把解析器釋放掉，回收內(nèi)存，避免造成內(nèi)存泄漏
    parser_release(data_parser);
 
    return 0;
}

測試結(jié)果如下：

從上面可以看出，解析的結(jié)果與目標(biāo)一致。

github地址：https://github.com/528787067/DataFrameParser
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