嵌入式开发中自定义协议的解析与组包丨【拜托了，物联网！】
【摘要】 在嵌入式产品开发中，经常会遇到两个设备之间的通信、设备与服务器的通信、设备和上位机的通信等，很多时候通信协议都是自定义的，所以就涉及到自定义协议的解析和组包问题。比如针对下面的这样一个协议：帧头1帧头2字段1字段2校验数据在发送时涉及到一个大小端的概念，大小端是针对多字节数据的传输，比如上述协议中字段1，假设两字节内容为0x0001，先发送0x01后发送0x00，称为小端模式；先发送0x00...
在嵌入式产品开发中，经常会遇到两个设备之间的通信、设备与服务器的通信、设备和上位机的通信等，很多时候通信协议都是自定义的，所以就涉及到自定义协议的解析和组包问题。
比如针对下面的这样一个协议：
| 帧头1 | 帧头2 | 字段1 | 字段2 | 校验 |
|---|
数据在发送时涉及到一个大小端的概念，大小端是针对多字节数据的传输，比如上述协议中字段1，假设两字节内容为0x0001，先发送0x01后发送0x00，称为小端模式；先发送0x00后发送0x01，称为大端模式。
假设字段1内容为0x001，字段2内容为0x40533333 (对应为3.3)
假设按照小端方式发送，下面是帧数据：
55 AA 01 00 33 33 53 40 ED
下面来看看如何解析，
若干年前，在第一次面对这种问题时，用的如下傻瓜式的代码方式实现：
#include <stdio.h>
int main()
{
unsigned char Rxbuf[9] = {0x55,0xAA,0x01,0x00,0x33,0x33,0x53,0x40,0xED};
short DeviceId;
float Voltage;
unsigned char check = 0;
int i;
for(i=0;i<8;i++)
{
check ^= Rxbuf[i];
}
if(Rxbuf[0]==0x55 && Rxbuf[1]==0xAA && Rxbuf[8]==check )
{
DeviceId=(Rxbuf[3]<<8)|Rxbuf[2];
Voltage= *((float *)&Rxbuf[4]);
printf("DeviceId:%d\n",DeviceId);
printf("Voltage:%f\n",Voltage);
}
return 0;
}
简单来说就是硬来，按照数组的先后顺序逐个重组解析，如果协议比较长，代码里会充斥着很多的数组下标，一不小心就数错了。而且如果更改协议的话，代码要改动很多地方。
后来有人告诉我可以定义个结构体，然后使用memcpy函数直接复制过去就完事了，
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#pragma pack(1)
struct RxFrame
{
unsigned char header1;
unsigned char header2;
short deviceId;
float voltage;
unsigned char check;
};
int main()
{
unsigned char Rxbuf[9] = {0x55,0xAA,0x01,0x00,0x33,0x33,0x53,0x40,0xED};
struct RxFrame RxData;
unsigned char check = 0;
int i;
for(i=0;i<8;i++)
{
check ^= Rxbuf[i];
}
memcpy(&RxData,Rxbuf,sizeof(Rxbuf));
if(Rxbuf[0]==0x55 && Rxbuf[1]==0xAA && RxData.check==check )
{
printf("DeviceId:%d\n",RxData.deviceId);
printf("Voltage:%f\n",RxData.voltage);
}
return 0;
}
嗯，的确是方便了很多。不过该方式仅适合小端传输方式。
再后来，又见到有人用如下代码实现，
#include <stdio.h>
#include "convert.h"
int main()
{
unsigned char Rxbuf[9] = {0x55,0xAA,0x01,0x00,0x33,0x33,0x53,0x40,0xED};
short DeviceId;
float Voltage;
unsigned char check = 0;
int i;
int index = 0;
for(i=0;i<8;i++)
{
check ^= Rxbuf[i];
}
if(Rxbuf[0]==0x55 && Rxbuf[1]==0xAA && Rxbuf[8]==check )
{
index += 2;
ByteToShort(Rxbuf, &index, &DeviceId);
ByteToFloat(Rxbuf, &index, &Voltage);
printf("DeviceId:%d\n",DeviceId);
printf("Voltage:%f\n",Voltage);
}
return 0;
}
其中convert.h如下：
#ifndef CONVERT_H
#define CONVERT_H
void ShortToByte(unsigned char* dest, int* index, short value);
void FloatToByte(char* dest, int* index, float value);
#endif // CONVERT_H
convert.c如下：
#include "convert.h"
#include <string.h>
#include <stdbool.h>
static bool Endianflag = 0;
void ByteToShort(const unsigned char* source, int* index, short* result)
{
int i, len = sizeof(short);
char p[len];
memset(p, 0, len);
if(Endianflag == 1 )
{
for( i = 0; i < len; i++ )
*(p+i) = *(source + *index + len - i - 1);
}
else
{
for( i = 0; i < len; i++ )
*(p+i) = *(source + *index + i);
}
*result = *((short*)p);
*index += len;
}
void ByteToFloat(unsigned char* source, int* index, float* result)
{
int i, len = sizeof(float);
char p[len];
memset(p, 0, len);
if(Endianflag == 1 )
{
for( i = 0; i < len; i++ )
*(p+i) = *(source + *index + len - i - 1);
}
else
{
for( i = 0; i < len; i++ )
*(p+i) = *(source + *index + i);
}
*result = *((float*)p);
*index += len;
}
该方法既可以支持小端模式，也可以支持大端模式，使用起来也是比较方便。
除了上述2个函数，完整的转换包含以下函数，就是将Bytes转换为不同的数据类型，以及将不同的数据类型转换为Bytes。
#ifndef CONVERT_H
#define CONVERT_H
void ByteToShort(const unsigned char* source, int* index, short* result);
void ByteToInt(unsigned char* source, int* index, int* result);
void ByteToLong(char* source, int* index, long long* result);
void ByteToFloat(unsigned char* source, int* index, float* result);
void ByteToDouble(unsigned char* source, int* index, double* result);
void ByteToString(unsigned char* source, int* index, char* result, int length);
void ShortToByte(unsigned char* dest, int* index, short value);
void IntToByte(char* dest, int* index, int value);
void LongToByte(char* dest, int* index, long long value);
void FloatToByte(char* dest, int* index, float value);
void DoubleToByte(unsigned char* dest, int* index, double value);
void StringToByte(char* dest, int* index, int length, char* value);
#endif // CONVERT_H
组包的过程和解析的过程正好相反，这里不再赘述。你在开发中遇到这种问题，是如何处理的呢？欢迎留言讨论
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