在串口通信中，只傳輸一個字節是簡單的，但是如果要傳送一個幀（多個字節），將面臨以下問題：

• receiver從串口接收的是字節流，那它是如何知道幀的開始或結束呢？它又是如何知道這個幀有多長？
• 真實的物理硬件是充滿噪音和干擾的，由于電噪聲，某些字節的位可能被翻轉，字節甚至整個幀都可能會丟失。

要解決這些問題，首先需要了解下計算機網絡中數據鏈路層的基礎知識。

基于一個可以在設備之間傳輸信號的物理層，數據鏈路層的工作（粗略地說）就是傳輸整個數據幀，其中一些方法可以確保數據的完整性（減少錯誤）。當我們使用socket通過TCP或UDP進行網絡通信時，幀在硬件層面得到了很好的處理，以至于上層甚至都感覺不到。但是，在串口通信中，我們必須自己處理幀和數據錯誤。

處理幀有以下幾種方法：

在幀之間插入時間間隔

物理層coding violations

字符計數

帶字節填充的flag bytes

帶位填充的flag bytes

方法1和2僅適用于硬件實現的數據鏈路層。當涉及多層軟件（比如在Windows上運行）時，確保計時非常困難。

方法3的意思是在幀頭中指定幀中的字節數。這樣做的問題是計數可能因傳輸錯誤而出現亂碼。在這種情況下，“重新同步”會非常困難，因而這種方法很少使用。

方法4和5有些相似。在本文中，我將重點關注4，因為5不適合串口通信。

帶字節填充的標志字節

讓我們從先一個簡單的想法開始，然后逐步將其發展成一個完整，強大的方案。flag bytes是特殊字節值，表示幀何時開始和結束。假設我們希望能夠發送任意長度的幀。特殊的start flag bytes表示幀的開始，end flag bytes表示幀的結束。

那么問題來了。假設end flag的值是0x98，如果0x98又正好出現在data的某處，協議將混淆并認為這個幀到data里的這個0x98就結束了。這個問題有一個簡單的解決辦法，所有熟悉字符串轉義引號和特殊字符的程序員都應該能想到。它被稱為字節填充，或簡單地轉義，具體方法如下：

每當數據中出現一個flag byte（開始或結束）時，我們將在它之前插入一個特殊的轉義字節（比如ESC）。 當receiver看到ESC時，它知道忽略它并且不將其插入到接收的實際數據中。每當ESC本身必須出現在數據中時，另一個ESC就會被置于其前面。Receiver移除第一個但保留第二個。

這里有一些示例：

此外，我們還需要某種錯誤檢查，比如checksum，或者更好的CRC。這通常是幀的最后一個字節，檢查范圍包括幀中的所有字節（以其未填充的形式）。

這種方案是穩健的：任何丟失的字節（無論是標志，轉義，數據字節還是校驗和字節）都會導致receiver僅丟失一幀，之后它將重新同步到下一幀的start flag。

PPP協議

事實上，這種方法可以算是點對點協議（PPP）的簡化版，在PPP中：

• 開始和結束的flag byte都是0x7E
• 轉義字節為0x7D
• 只要消息中出現標志或轉義字節，它就會被0x7D轉義，字節本身與0x20進行異或運算，例如0x7E變為0x7D 0x5E，0x7D變為0x7D 0x5D。Receiver取消轉義轉義字節并再次使用0x20對下一個字節進行異或，以獲得原始數據。

讓我們用一個完整的例子來演示它是如何工作的。

假設我們定義以下協議：

start flag：0x12 end flag：0x13 轉義字節：0x7D

并且sender想要發送以下數據消息。原始數據在（a）中：

數據包含兩個需要轉義的標志，位置2的0x13（對，從0開始計數），以及位置4的0x7D。

Sender的數據鏈路層會將數據轉換為（b）中所示的幀。

接下來讓我們看看receiver如何處理這樣的幀。 為了演示，假設receiver從串口獲取的第一個字節不是消息的真實部分（我們想看看它如何處理這種情況）。 在下圖中，receiver state是接收字節后receiver的狀態，data buffer是接收數據的緩沖區，用于之后將數據傳遞到上層應用程序。

有幾點需要注意：

• 忽略start flag之前的“雜散”字節：根據協議，每個幀必須以start flag開頭，因此這不是幀的一部分。
• start flag和end flag本身不會進入數據緩沖區。
• 轉義字節由一特殊狀態AFTER_ESC處理。
• 當幀以end flag結束時，receiver擁有了一個可以往上層程序傳遞的幀，并且返回等待start flag，或者說等待一個新的幀。

最后，上層應用程序看到收到的消息正是發送的消息，所有協議細節（標志，轉義等）都由數據鏈路層透明地處理掉了。

本文翻譯自 https://eli.thegreenplace.net/2009/08/12/framing-in-serial-communications

原創翻譯，轉載請注明出處。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的mfc如何将一个数组中的字节数据用串口发送出去_[翻译] 串口通信的帧（frame）...的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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