嵌入式系统中串口通信帧的同步方法

引

言

串口通信是日前单片机和

DSP 等嵌入式系统之间，以及嵌入式系统与 PC 机或无线模

块之间的一种非常重要且普遍使用的通信方式。在嵌入式系统的硬件结构中，通常只有一个
8 位或 16 位的 CPU，不仅要完成主流程的工作，同时还要处理随时发生的各种中断，因而
嵌入式系统中的串口通信程序设计与

PC 机有很大的不同。若嵌入式系统中．中断服务子程

序在系统运行过程中占用了较多的时间，就有可能在中断眼务子程序正运行时，又产生一
个同类型或其他类型的中断，从而造成主程序得不到执行或后续中断数据丢失。所以，嵌入
式系统中的串口通信虽然看似简单，但其中仍有许多问题值得研究，例如串口通信过程中
的帧同步问题。本文针对该问题给出了逐次比较、基于

FIFO 队列和基于状态机的 3 种帧同步

方法。通过测试、分析和比较得出，基于有限状态机的方法是嵌入式系统串口通信中很有效
的帧同步方法，同时也是一种很不错的串口通信程序设计结构。

1 串口通信的数据帧结构

现代工业控制，往往需要由多个独立的控制模块来共同完成。它们之间通过串口通信完

成复杂的控制过程，必须在通信过程中加入必要的通信协议，以提高系统的可靠性和稳定
性；而要完成特定的通信协议，就得有一定的同步机制。下面介绍一下简化的串口通信数据
帧结构，以便分析说明嵌入式系统串口通信过程中的帧同步方法。

假定串口发送的数据帧结构为：

其中：包头用于同步，一

般是一个或多个

2 字节(0xAA、0x55)；包长表示数

据包中除去包头和包长的字节数，一般用约定好的几个字节表示；类型为通信协议里规定
的命令类型；数据为应发送的主要信息；校验通常采用单字节

“异或”的方法。

2 串口通信中的帧同步方法

2．1 逐次比较的帧同步方法

首先等待串口数据，将接收到的第

1 个字节数据与约定好的包头信息的第 1 个字节进

行比较。如果不正确，则等待新字节，直到接收的数据与包头信息的第

1 个字节相同。第 1

个字节比较正确以后，将收到的第

2 个字节与包头信息的第 2 个字节进行比较。如果仍然正

确，则说明串口接收已经同步，可以开始接收数据帧中的数据部分；否则，重新开始同步
过程。其程序流程如图

1 所示。