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联合体原来是这么用的!

发布人:鱼鹰谈单片机时间:2022-06-22来源:工程师

不管是线程间、还是设备间通信,都需制定一个通信协议,规定数据的格式、内容等。

线程间通信因为在芯片内部传输,基本可以排除数据干扰导致的异常,所以通常会设计的比较简单,但是设备间的通信(不管是无线还是有线)就会复杂一些,一般都包含帧头、校验位之类的,因此鱼鹰在一篇文章中介绍了一个基本的串口协议框架《如何写一个健壮且高效的串口接收程序?》。

因为当时刚毕业没多久,所以虽然从大的方向介绍了基本协议内容,但在细节处理上还不够好,比如可维护性、可读性等方面。

后来,鱼鹰在学习开源的飞控源码时,发现里面使用了联合体+结构体的方式,大大提高了程序的可维护性和可读性。

比如,我们的协议中有这样三条命令,心跳包、获取固件版本号、获取序列号。

初级版本:

直接使用基本的类型声明所需要的数据结构。

uint8_t heartbeat;char version[6]; 
// "2.0.4"
char sn[7]; // "654321"

一般这样写的,大概率是工作一两年,当然也不排除工作好多年的也可能这样写。看似简单,但可维护性、可读性都非常差。

中级版本:

使用结构体的形式声明各种消息内容。

typedef struct {  uint8_t heart_nbr;}msg_heartbeat_def;
typedef struct {  char version[sizeof("2.0.4") + 1];}msg_version_def;
typedef struct {  char sn[sizeof("123456") + 1]; }msg_serial_number_def;

这种方式,一般是工作两三年以上的,开始使用结构体容纳数据内容,可扩展性比较强,可维护性、可读性也不错。比如假设后面版本号这个消息里面希望同时获取编译时间,那直接在里面增加即可。

typedef struct {  char version[sizeof("2.0.4") + 1];   
char compile_time[sizeof("2022-12-12, 12:00:00") + 1]; 
}msg_version_def;

如果其它代码写的比较好,甚至不需要多大改动,即可完成一次扩展。

高级版本:

在中级版本的基础上,使用联合体容纳前面的所有消息类型。

typedef union {  msg_heartbeat_def      heartbeat;     // 心跳包  msg_version_def        version_nbr;   // 版本号  msg_serial_number_def  serial_number; // 产品序列号}msg_data_def;

当你需要发送消息的时候,可以这样发送:


typedef enum {  MSG_ID_HEARTBEAT,  MSG_ID_VERSION,  MSG_ID_SN,}msg_id_def;
void msg_uart_send(msg_id_def id, msg_data_def *msg_data, uint32_t size){// 这里加入帧头、消息ID、校验之类的再发送出去#define FRAME_FIX_SIZE_MIN  10  // 组成一帧数据的最小空间,包含帧头之类的  uint8_t send_buff[sizeof(msg_data_def) + FRAME_FIX_SIZE_MIN]; }void msg_send_vesion(void){   msg_data_def data;    strcpy(data.version_nbr, "1.0.1");         msg_uart_send(MSG_ID_VERSION, &data, sizeof(data.version_nbr));}

因为现在大部分 IDE 都有代码提示功能,所以当你需要发送数据的时候,可以根据提示选择你需要的消息进行发送,相当方便快捷,也不容易出错。


接收消息时,可以使用 switch(id) 之类的解析对应数据。


在这个例子中,我们利用联合体的特性,将所有消息类型集成在一起,这样当你需要发送一条消息时,很容易就能找到想要的数据类型。并且在空间占用上也是非常合理的。当需要开辟缓存容纳数据帧格式,利用了联合体空间占用特性(找最大),这样你开辟的空间一定是刚刚好,不多也不少,节省了空间使用。


所以,当我们需要传输一类消息,但这些消息不会同时存在时,不如使用联合体吧。


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关键词: 单片机

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