1.HEX数据包定义

数据包的作用是把一个个单独的数据给打包起来，方便我们进行多字节的数据通信，在实际应用中，我们可能需要把多个字节打包为一个整体进行发送，比如说，我们有个陀螺仪传感器，需要用串口发送数据到STM32，陀螺仪的数据，比如X轴一个字节、Y轴一个字节、Z轴一个字节，总共3个数据，需要连续不断地发送，

当你像这样，XYZXYZX么连续发送的时候，就会出现一个问题，就是接收方，它不知道这数据哪个对应义、哪个对应Y、哪个对应Z，因为接收方可能会从任意位置开始接收，可能会出现数据错位的现象，这时候，我们就需要研究一种方式，把这个数据进行分割，把X这一批教据分割开，分成一个个数据包，这样再接受的时候就知道了，数据包的第一个数据就是义、第二个是、第三个是Z，这就是数据包的任务，就是把属于同一批的数据进行打包和分割，方便接收方进行识别，那有关分割打包的方法，可以自己发挥想象力来设计，只要逻辑行得通就行

串口数据包，通常使用的是额外添加包头包尾这种方式，如上图，那当我接收到0xFF之后，我就知道了，一个数据包来了，接着我再接收到的4个字节，就当做数据包的第1、2、3、4个数据，存在一个数组里，最后跟一个包尾，当我收到0xFE之后，就可以置一个标志位，告诉程序，我收到了一个数据包，然后新的数据包过来，再重复之前的过程，这样就可以在一个连续不断的数据流中，分割出我们想要的数据包了，这就是通过添加包头包尾实现数据分割打包的思路。

接着有几个问题：

第一个问题就是，包头包尾和数据载荷重复的问题，这里定义FF为包头，FE为包尾，如果我传输的数据本身就是F和E怎么办呢，那这个问题确实存在，如果数据和包头包尾重复，可能会引起误判，对应这个问题我们有如下几种解决方法，

• 第一种，限制载荷数据的范围，如果可以的话，我们可以在发送的时候，对数据进行限幅，比如X亿，3个数据，变化范围都可以是0~100，那就好办了，我们可以在载荷中只发送0~100的数据，这样就不会和包头包尾重复了
• 第二种，如果无法避免载荷数据和包头包尾重复，那我们就尽量使用固定长度的数据包，这样由于载荷数据是固定的，只要我们通过包头包尾对齐了数据，我们就可以严格知道，哪个数据应该是包头包尾，哪个数据应该是载荷数据，在接收载荷数据的时候，我们并不会判断它是否是包头包尾，而在接收包头包尾的时候，我们会判断它是不是确实是包头包尾，用于数据对齐，这样，在经过几个数据包的对齐之后，剩下的数据包应该就不会出现问题了
• 第三种，就是增加包头包尾的数量，并且让它尽量呈现出载荷数据出现不了的状态，比如我们使用F、FE作为包头，FD、FC作为包尾，这样也可以避免载荷数据和包头包尾重复的情况发生

第二个问题是，这个包头包尾并不是全部都需要的，比如我们可以只要一个包头，把包尾删掉，这样数据包的格式就是，一个包头所，加4个数据，这样也是可以的，当检测到F，开始接收，收够4个字节后，置标志位，一个数据包接收完成，这样也可以，不过这样的话，载荷和包头重复的问题会更严重一些，比如最严重的情况下，我载荷全是FF，包头也是FF，那你肯定不知道哪个是包头了，而加上了E作为包尾，无论数据怎么变化，都是可以分辨出包头包尾的

第三个问题，就是固定包长和可变包长的选择问题，对应HEX数据包来说，如果你的载荷会出现和包头包尾重复的情况，那就最好选择固定包长，这样可以避免接收错误，如果你又会重复，又选择可变包长，那数据很容易就乱套了，如果载荷不会和包头包尾重复，那数据可以选择可变长度，

最后一个问题，就是各种数据转换为字节流的问题，这里数据包都是一个字节一个字节组成的，如果你想发送16位的整型数据、32位的整型数据，float、double，甚至是结构体，其实都没问题，因为它们内部其实都是由一个字节一个字节组成的，只需要用一个uint8 t的指针指向它，把它们当做一个字节数组发送就行了

2.文本数据包

在HX数据包里面，数据都是以原始的字节数据本身呈现的，而在文本数据包里面，每个字节就经过了一层编码和译码，最终表现出来的，就是文本格式，但实际上，每个文本字符背后，其实都还是一个字节的HX数据

这里同样给出了固定包长和可变包长这两种模式，由于数据译码成了字符形式，这就会存在大量的字符可以作为包头包尾，可以有效避免载荷和包头包尾重复的问题，比如我这里规定的就是，以@这个字符作为包头，以以\r\n，也就是换行，这两个字符作为包尾，在载荷数据中间可以出现除了包头包尾的意字符

我们接收到载荷数据之后，得到的就是一个字符串，在软件中再对字符串进行操作和判断，就可以实现各种指令控制的功能了，而且，字符串数据包表达的意义很明显，可以把字符串数据包直接打印到串口助手上，什么指令、什么数据，一眼就能看明自，所以这个文本数据包，通常会以换行作为包尾，这样在打印的时候，就可以一行一行地显示了，非常方便

那HIX数据包和文本数据包这两种对比下来，各有优缺点，

• HEX数据包优点是，传输最直接，解标数据非常简单，比较适合一些模块发送原始的数据，比如一些使用串口通信的陀螺仪、温湿度传感器，缺点就是灵活性不足、载荷容易和包头包尾重复
• 文本数据包优点是，数据直观易理解，非常灵活，比较适合一些输入指令进行人机交互的场合，比如蓝牙模块常用的AT指令，CNC和3D打即机常用的G代码，都是文本数据包的格式，那缺点就是解析效率低

如果发送一个数100，HEX数据包就是一个字节100，完事，文本数据包就得是3个字节的字符，'1'，'0'，'0'，收到之后还要把字符转换成数据，才能得到100,所以说，我们需要根据实际场景来选择和设计数据包格式

3.数据包收发流程

3.1HEX数据包接收

我们先看一下如何来接收这个固定包长的HX数据包，首先，根据之前的代码，我们知道，每收到一个字节，程序都会进一遍中断，在中断函数里，我们可以拿到这一个字节，但拿到之后，我们就得退出中断了，所以，每拿到一个数据，都是一个独立的过程，而对手数据包来说，很明显它具有前后关联性，包头之后是数据，数据之后是包尾，对于包头、数据和包尾这3种状态，我们都需要有不同的处理逻辑，所以在程序中，我们需要设计一个能记住不同状态的机制，在不同状态执行不同的操作，同时还要进行状态的合理转移，这种程序设计思维，就叫做“状态机”   ，

在这里我们就使用状态机的方法来接收一个数据包，要想设计一个好的状态机程序，画一个这样的状态转移图是必要的，对于上面这样一个固定包长HEX数据包来说，我们可以定义3个状态，第一个状态是等待包头，第二个状态是接收数据，第三个状态是等待包尾，

每个状态需要用一个变量来标志一下，比如我这里用变量S来标志，三个状态依次为S=0、S=1、S=2，这一点类似于置标志位，只不过标志位只有0和1，而状态机是多标志位状态的一种方式

然后执行流程是，最开始，S=0，收到一个数据，进中断，根据S=0，进入第一个状态的程序，判断数据是不是包头FF，如果是FF，则代表收到包头，之后置S=1，退出中断，结束，这样下次再进中断，根据S=1，就可以进行接收数据的程序了，那在第一个状态，如果收到的不是FF，就证明数据包没有对齐，我们应该等待数据包包头的出现，这时状态就仍然是0，下次进中断，就还是判断包头的逻辑，直到出现所，才能转到下一个状态，那之后，出现了FF，我们就可以转移到接收数据的状态了，这时再收到数据，我们就直接把它存在数组中，另外再用一个变量，记录收了多少个数据，如果没收够4个数据，就一直是接收状态，如果收够了，就置S=2，下次中断时，就可以进入下一个状态了，那最后一个状态就是等待包尾了，判断数据是不是FE，正常情况，应该是FE，这样就可以置S=0，回到最初的状态，开始下一个轮回，当然也有可能，这个数据不是FE，比如数据和包头重复，导致包头位置判断错了，那这个包尾位置就有可能不是FE，这时就可以进入重复等待包尾的状态，直到接收到真哐的包尾，这样加入包尾的判断，更能预防因数据和包头重复造成的错误，这就是使用状态机接收数据包的思路

这个状态机其实是一种很广泛的编程思路，使用的基本思路是，先根据项目要求定必状态，画几个圈，然后考虑好各个状态在什么情况下会进行转移，如何转移，画好线和转移条件，最后根据这个图来进行编程

3.2文本数据包接收（可变包长）

同样使用状态机，定义三个状态，第一个状态，等待包头，判断收到的是不是我们规定的@符号，如果收到@，就进入接收状态，在这个状态下，依次接收数据，同时，这个状态还应该要兼具等待包尾的功能，因为这是可变包长，我们接收数据的时候，也要时刻监视，是不是收到包尾了，一但收到包尾了，就结束，那这里，这个状态的逻辑就应该是收到一个数据，判断是不是\r，如果不是，则正常接收，如果是，则不接收，同时跳到下一个状态，等待包尾\n，因为我这里数据包有两个包尾\,\n，所以需要第三个状态，如果只有一个包尾，那在出现包尾之后，就可以直接回到初始状态了，只需要两个状态就行，因为接收数据和等待包尾需要在一个状态里同时进行，由于串口的包头包尾不会出现在数据中，所以基本不会出现数据错位的现象，这就是使用状态机接收文本数据包的方法