设计一个文件传输的协议
很多时候，我们需要从串口无损传输一个文件。但是对于串口来说，经常会发生丢失数据或者是数据错误的情况。因此，需要有一个协议来保证传输的正确性。这里设计一个简单的协议。首先，打开接收端等待传输，发送端传输一个4字节的文件长度。之后的数据都是以N为单位（比如：16字节或者128字节等等）进行发送。数据包的长度为 N字节。其中有2个字节是用于校验。一个是 Checksum: 将0到N-2加到一起，要等于0；另一个是Index取值从0-255，比如一个包是0，第二个发送过来的就是1，这样一直下去，到255后再返回到0。在传输阶段，接收端用“N”来表示请发送下一个数据包，接收端对收到的数据进行校验，如果出现错误，发送“R”表示要求发送端重新发送。设计完成就是代码的实现。我编写了一对Windows 程序用来发送和接受，使用的是 128字节的数据包；此外就是一个Windows发送端，还有接受的Arduino代码。在Windows下，推荐使用Virtual Serial port Driver 这个软件调试。他能够虚拟出来连通的串口，这样无需在外部的Loopback 直接就可以调用串口非常方便。我传输了一个200K的内容，之后对比过，发送和接受内容是相同的。我将代码直接打包，有兴趣的朋友可以研究一下（Delphi XE2编译）。 这是上位机的发送部分，每次收到N或者R后会根据情况进行发送procedure TForm2.ComPort1RxChar(Sender: TObject; Count: Integer);var
s,t: String;
aSize,i:integer;
checksum:byte;
begin
ComPort1.ReadStr(s, Count);
if s='N' then
begin
Memo1.Lines.Add('Received N');
if BytesSend<stream.size then
begin
fillchar(Buffer,BUFFERSIZE,0);
// 读取文件并取得实际读取出来的长度
aSize:=stream.Read(Buffer,BUFFERSIZE-2);
//计算Checksum, 就是 Buffer 第一个到倒数第二个加起来要求为0
checksum:=0;
for i := 0 to BUFFERSIZE-3 do
begin
checksum:=checksum-Buffer;
end;
//放置Checksum
Buffer:=checksum;
//放置顺序号
Buffer:=Index;
inc(Index);
ComPort1.Write(Buffer,BUFFERSIZE);
{t:='';
for i := 0 to BUFFERSIZE-1 do
begin
t:=t+ IntToHex(Buffer,2)+' ';
end;
Memo1.Lines.Add(t);
}
BytesSend:=BytesSend+aSize;
Form2.Caption:=IntToStr(BytesSend)+'/'+IntToStr(stream.size);
Form2.Refresh;
end
else
Memo1.Lines.Add('Completed!');
end;
//如果收到 R 就再次发送
if s='R' then
begin
ComPort1.Write(Buffer,BUFFERSIZE);
{ t:='';
for i := 0 to BUFFERSIZE-1 do
begin
t:=t+ IntToHex(Buffer,2)+' ';
end;
Memo1.Lines.Add(t);
}
Memo1.Lines.Add('R');
end;
end;
Arduino代码如下 （Arduino我没有进行Index的校验）#include <SoftwareSerial.h>
#define BUFFERSIZE 16
#define TIMEOUT 3000UL
#define DEBUG (1)
//用来 DEBUG 的软串口，用额外的USB转串口线接在Pin11即可
SoftwareSerial mySerial(10, 11); // RX, TX
char buffer;
unsigned long filesize=0;//文件大小
byte *p=(byte *)&filesize;
unsigned long total=0;
void setup() {
//收到的文件大小字节数，一共4位
byte c=0;
//每次收到的数值
byte r;
Serial.begin(115200);
if DEBUG {
// set the data rate for the SoftwareSerial port
mySerial.begin(115200);
mySerial.println("Hello, world?");
}
//如果没有收够4字节，则一直接收
while (c<4) {
while (Serial.available() > 0)
{
//比如文件大小为 0x10000, 那么上位机发出来的顺序是
// 00 00 01 00， 因此这里需要一个顺序的调换
r=Serial.read();
*(p+c)=r;
c++;
if DEBUG {
mySerial.print(r);
mySerial.println("");
}
} //while (Serial.available() > 0)
} //while (c<4)
if DEBUG {
mySerial.print("filesize=");
mySerial.println(filesize);
}
//通知上位机继续发送
Serial.print('N');
}
void loop() {
byte buffer;
int i;
byte checksum;
Next:
//接收数据的字节数
int counter=0;
//接收超时的变量
unsigned long elsp=millis();
//如果接收数量小于缓冲区大小并且未超时，那么继续接收
while ((counter<BUFFERSIZE)&&(millis()-elsp<TIMEOUT))
{
while (Serial.available()>0)
{
buffer=Serial.read();
if (DEBUG) {
// mySerial.print(buffer,HEX);
// mySerial.print(" ");
// mySerial.println(counter,HEX);
}
counter++;
} //while
}
//如果接收数量不足退出上面的循环
if (counter!=BUFFERSIZE) {
//通知上位机重新发送
Serial.print("R");
if DEBUG {
mySerial.print("R");
}
}
//检查接收到的数据校验和
checksum=0;
for (i=0;i<BUFFERSIZE-1;i++)
{
checksum=checksum+buffer;
//Serial.print(buffer);
//Serial.print(" ");
if DEBUG {
//mySerial.print(buffer);
//mySerial.print(" ");
}
}
//校验失败通知上位机重新发送
if (checksum!=0){
Serial.print("R");
if DEBUG {
mySerial.print("R");
}
goto Next;
}
//如果当前收到的总数据小于文件大小，那么要求上位机继续发送
if (total<filesize)
{
Serial.print('N');
//有效值只有 BUFFERSIZE-2
total=total+BUFFERSIZE-2;
if DEBUG {
mySerial.print("N");
}
}
//否则停止
else {
if DEBUG {
mySerial.print("Total received");
mySerial.print(total);
}
while (1==1) {}
} //else
}调试的方法是开一个SoftwareSeiral，然后用Pin11接到USB 转串口的RX 上，同时共地。我发送一个 400K 左右的文件： 上面的方法优点是：1. 足够简单容易实现2. 对内存要求低缺点也是很明显：1. 接收端只能等待外面过来的文件大小，如果这一步骤出现问题，那么后面都会乱掉，换句话说，如果你的通讯信道足够糟糕，那么整体还是不稳定；2. 效率不高，如果使用16位的Buffer,那么有效的数据只有 14字节，14 /16=87.5%。资料上说Uno 的串口默认是 64Byte，如果用这么大的Buffer，效率可以达到（64-2）/64=96.9%。附件下载：Windows内部发送和接受代码和EXE（使用 128字节Buffer，速度挺快）Windows发送的EXE（16字节Buffer）, Arduino 代码
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