数据包协议设计（通讯协议的设计）
Posted 紫夜君
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了数据包协议设计（通讯协议的设计）相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
一、为什么要设计通讯协议
通常，多设备之间进行通讯多使用数据包的方式。
如何从一堆的数据中确定哪些是有效数据，以及这些数据要表达什么意思。
为解决这些问题，通常我们需要设计一个通讯协议，依照通讯协议对数据进行解析，就能够正确的找到并使用这些数据。
二、通讯协议的一般格式
| 帧头 | 帧长度 | 帧序号 | 帧命令 | 帧数据 | 校验字 | 帧尾 | |
| HEAD | DATA_LEN | FRAME_SEQ | CMD | R/W | DATA | CRC | TAIL |
| 2 Bit | 4 Bit | 2 Bit | 1 Bit | 1 Bit | N Bit | 2 Bit | 2 Bit |
其中，帧数据包括读写类型以及相关参数
例如：读取命令的格式为
| 帧头 | 帧长度 | 帧序号 | 帧命令 | 帧数据（读） | 校验字 | 帧尾 | |
| HEAD | DATA_LEN | FRAME_SEQ | CMD | R | DATA | CRC | TAIL |
| 2 Bit | 4 Bit | 2 Bit | 1 Bit | 1 Bit | 0 Bit | 2 Bit | 2 Bit |
读取数据中可以不需要跟其他数据,所以之后的DATA为0 bit。
写入命令的格式为
| 帧头 | 帧长度 | 帧序号 | 帧命令 | 帧数据（写） | 校验字 | 帧尾 | |
| HEAD | DATA_LEN | FRAME_SEQ | CMD | W | DATA | CRC | TAIL |
| 2 Bit | 4 Bit | 2 Bit | 1 Bit | 1 Bit | N Bit | 2 Bit | 2 Bit |
写数据之后需要跟上写入的数据内容，所以DATA为N Bit,对应需要写入的数据内容。
三、程序
依照通讯协议的格式，编写好对应的打包和解包程序即可
参考：CRC校验程序编写
3.1 打包程序编写
打包程序主要用于将待发送的数据包进行打包处理。
可以参考以下程序。
#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
const uint16_t crc_ta_8[256] = /* CRC 字节余式表 */
0x0000, 0x1021, 0x2042, 0x3063, 0x4084, 0x50a5, 0x60c6, 0x70e7,
0x8108, 0x9129, 0xa14a, 0xb16b, 0xc18c, 0xd1ad, 0xe1ce, 0xf1ef,
0x1231, 0x0210, 0x3273, 0x2252, 0x52b5, 0x4294, 0x72f7, 0x62d6,
0x9339, 0x8318, 0xb37b, 0xa35a, 0xd3bd, 0xc39c, 0xf3ff, 0xe3de,
0x2462, 0x3443, 0x0420, 0x1401, 0x64e6, 0x74c7, 0x44a4, 0x5485,
0xa56a, 0xb54b, 0x8528, 0x9509, 0xe5ee, 0xf5cf, 0xc5ac, 0xd58d,
0x3653, 0x2672, 0x1611, 0x0630, 0x76d7, 0x66f6, 0x5695, 0x46b4,
0xb75b, 0xa77a, 0x9719, 0x8738, 0xf7df, 0xe7fe, 0xd79d, 0xc7bc,
0x48c4, 0x58e5, 0x6886, 0x78a7, 0x0840, 0x1861, 0x2802, 0x3823,
0xc9cc, 0xd9ed, 0xe98e, 0xf9af, 0x8948, 0x9969, 0xa90a, 0xb92b,
0x5af5, 0x4ad4, 0x7ab7, 0x6a96, 0x1a71, 0x0a50, 0x3a33, 0x2a12,
0xdbfd, 0xcbdc, 0xfbbf, 0xeb9e, 0x9b79, 0x8b58, 0xbb3b, 0xab1a,
0x6ca6, 0x7c87, 0x4ce4, 0x5cc5, 0x2c22, 0x3c03, 0x0c60, 0x1c41,
0xedae, 0xfd8f, 0xcdec, 0xddcd, 0xad2a, 0xbd0b, 0x8d68, 0x9d49,
0x7e97, 0x6eb6, 0x5ed5, 0x4ef4, 0x3e13, 0x2e32, 0x1e51, 0x0e70,
0xff9f, 0xefbe, 0xdfdd, 0xcffc, 0xbf1b, 0xaf3a, 0x9f59, 0x8f78,
0x9188, 0x81a9, 0xb1ca, 0xa1eb, 0xd10c, 0xc12d, 0xf14e, 0xe16f,
0x1080, 0x00a1, 0x30c2, 0x20e3, 0x5004, 0x4025, 0x7046, 0x6067,
0x83b9, 0x9398, 0xa3fb, 0xb3da, 0xc33d, 0xd31c, 0xe37f, 0xf35e,
0x02b1, 0x1290, 0x22f3, 0x32d2, 0x4235, 0x5214, 0x6277, 0x7256,
0xb5ea, 0xa5cb, 0x95a8, 0x8589, 0xf56e, 0xe54f, 0xd52c, 0xc50d,
0x34e2, 0x24c3, 0x14a0, 0x0481, 0x7466, 0x6447, 0x5424, 0x4405,
0xa7db, 0xb7fa, 0x8799, 0x97b8, 0xe75f, 0xf77e, 0xc71d, 0xd73c,
0x26d3, 0x36f2, 0x0691, 0x16b0, 0x6657, 0x7676, 0x4615, 0x5634,
0xd94c, 0xc96d, 0xf90e, 0xe92f, 0x99c8, 0x89e9, 0xb98a, 0xa9ab,
0x5844, 0x4865, 0x7806, 0x6827, 0x18c0, 0x08e1, 0x3882, 0x28a3,
0xcb7d, 0xdb5c, 0xeb3f, 0xfb1e, 0x8bf9, 0x9bd8, 0xabbb, 0xbb9a,
0x4a75, 0x5a54, 0x6a37, 0x7a16, 0x0af1, 0x1ad0, 0x2ab3, 0x3a92,
0xfd2e, 0xed0f, 0xdd6c, 0xcd4d, 0xbdaa, 0xad8b, 0x9de8, 0x8dc9,
0x7c26, 0x6c07, 0x5c64, 0x4c45, 0x3ca2, 0x2c83, 0x1ce0, 0x0cc1,
0xef1f, 0xff3e, 0xcf5d, 0xdf7c, 0xaf9b, 0xbfba, 0x8fd9, 0x9ff8,
0x6e17, 0x7e36, 0x4e55, 0x5e74, 0x2e93, 0x3eb2, 0x0ed1, 0x1ef0
;
const int PACKET_HEAD1 = 0xF1; //假设帧头的第一个字节为 0xF1 (这个可以自己定义)
const int PACKET_HEAD2 = 0x1F; //假设帧头的第二个字节为 0x1F (这个可以自己定义)
const int PACKET_TAIL1 = 0xF2; //假设帧尾的第一个字节为 0xF2 (这个可以自己定义)
const int PACKET_TAIL2 = 0x2F; //假设帧尾的第二个字节为 0x2F (这个可以自己定义)
static uint16_t g_frame_seq = 0; //设置全局变量，帧序号
/*函数名称：crc_cal_by_byte;按字节计算CRC
函数参数：uint8_t *ptr:指向发送缓冲区的首字节
uint32_t len:要发送的总字节数
函数返回值：uint16_t
多项式采用CRC-CCITT 0x1021
*/
uint16_t crc_cal_by_byte(uint8_t *ptr, uint32_t len)
uint16_t crc = 0xffff;
while (len-- != 0)
uint16_t high = (unsigned int)(crc / 256); //取CRC高8位
crc <<= 8;
crc ^= crc_ta_8[high^*ptr];
ptr++;
return crc;
/*函数名称：create_cmd_pack; 命令包打包
函数参数：uint8_t *input_buf: 需要进行打包的数据包（输入
uint32_t input_buf_len: 需要进行打包处理的数据包长度（输入
uint8_t cmd: 需要进行封包的命令字节（输入
uint8_t *ret_buf: 返回打包完成的数据包（输出
函数返回值：void
*/
void create_cmd_pack(uint8_t *input_buf, uint32_t input_buf_len, uint8_t cmd, uint8_t *ret_buf)
uint16_t crc_val = 0;
uint32_t index = 0;
uint32_t len = input_buf_len + 4 + 1 + 2 + 2 + 2; //4个命令长度， 2个帧序号， 1个命令字节，2个CRC校验，2个包尾（len表示出包头以外的数据包长度
do
ret_buf[index++] = (uint8_t)PACKET_HEAD1;
ret_buf[index++] = (uint8_t)PACKET_HEAD2;
//len 由高到低存储
ret_buf[index++] = (uint8_t)(len >> 24) & 0xff;
ret_buf[index++] = (uint8_t)(len >> 16) & 0xff;
ret_buf[index++] = (uint8_t)(len >> 8) & 0xff;
ret_buf[index++] = (uint8_t)(len) & 0xff;
//g_frame_seq 由高到低存储
ret_buf[index++] = (uint8_t)(g_frame_seq >> 8) & 0xff;
ret_buf[index++] = (uint8_t)(g_frame_seq) & 0xff;
ret_buf[index++] = (uint8_t)cmd;
for (int i = 0; i<input_buf_len; i++)
ret_buf[index++] = input_buf[i];
crc_val = crc_cal_by_byte(ret_buf + 2, index - 2); //CRC校验
//CRC 由高到低存储
ret_buf[index++] = (crc_val >> 8) & 0xff;
ret_buf[index++] = (crc_val >> 0) & 0xff;
ret_buf[index++] = (uint8_t)PACKET_TAIL1;
ret_buf[index++] = (uint8_t)PACKET_TAIL2;
while (0);
测试
int main()
//最大计算65535个数据包
if (g_frame_seq == 65535)
g_frame_seq = 0;
g_frame_seq++; //帧序号+1
uint8_t test_in_buf[3] = 0x01, 0xa1,0xa2 ; // 现在假设 0x01为写的标志，则0xa1 0xa2则为写的数据
uint8_t test_out_buf[3 + 2 + 4 + 2 + 1 + 2 + 2] = 0 ; // 3:数据，2:帧头，4:数据长度，2:帧序列 1：命令 2：CRC校验 2：帧尾
create_cmd_pack(test_in_buf, 3, 0x22, test_out_buf); //现在假设要执行0x22命令
//输出打包好的数据包
for (int i = 0; i < 16; i++)
printf("0x%02x ", test_out_buf[i]);
输出结果：
0xf1 0x1f 0x00 0x00 0x00 0x0e 0x00 0x01 0x22 0x01 0xa1 0xa2 0x2f 0x11 0xf2 0x2f
3.2 解包程序编写
解包程序主要用于将收到的数据包进行解包处理。
可以参考以下程序。
/*函数名称：analysis_return_pack; 解析命令包
函数参数：uint8_t *input_buf: 带解析的数据包（输入
uint32_t input_buf_len: 需要进行打包处理的数据包长度（输入
uint8_t *ret_buf: 解析后的数据包（输出
函数返回值：uint32_t 解析后的数据包长度
*/
uint32_t analysis_return_pack(uint8_t *input_buf, uint8_t *ret_buf)
uint32_t pack_len = 0, retpack_len = 0;
do
if ((input_buf == NULL) || (ret_buf == NULL))
retpack_len = 0;
break;
/*检查包头信息*/
if ((input_buf[0] == PACKET_HEAD1) && (input_buf[1] == PACKET_HEAD2))
pack_len = (uint32_t)((input_buf[2]<< 24) | (input_buf[3] << 16) | (input_buf[4] << 8) | (input_buf[5] << 0));
//读取CRC校验
uint16_t crc_ret = (uint16_t)((input_buf[pack_len + 2 - 4]) << 8 | (input_buf[pack_len + 2 - 3]) << 0);
//计算CRC校验
uint16_t crc_cal = crc_cal_by_byte(input_buf + 2, pack_len - 2 - 2); //input_buf + 2 ： 首地址偏移两个字节 pack_len - 2 - 2：长度 - CRC - 帧尾 + 当前
//比较两者的CRC校验
if (crc_ret != crc_cal)
retpack_len = 0;
break;
else
/*报文长度DataLen4 + 帧序列2 + crc 2 + 报尾2*/
for (int i = 0; i < pack_len - 10; i++)
//从命令字开始读
ret_buf[i] = input_buf[2+ 4 + 2 + i]; //去掉包头2，长度4，帧序列2
retpack_len = pack_len -10;
while (0);
return retpack_len;
测试：
int main()
//最大计算65535个数据包
if (g_frame_seq == 65535)
g_frame_seq = 0;
g_frame_seq++; //帧序号+1
uint8_t test_in_buf[3] = 0x01, 0xa1,0xa2 ; // 现在假设 0x01为写的标志，则0xa1 0xa2则为写的数据
uint8_t test_out_buf[3 + 2 + 4 + 2 + 1 + 2 + 2] = 0 ; // 3:数据，2:帧头，4:数据长度，2:帧序列 1：命令 2：CRC校验 2：帧尾
create_cmd_pack(test_in_buf, 3, 0x22, test_out_buf); //现在假设要执行0x22命令
//现在假设 test_out_buf 为收到的包，对其进行解析
uint8_t test_buf[4] = 0 ;
uint32_t ret = analysis_return_pack(test_out_buf, test_buf);
if (ret != 0)
printf("\\n");
printf("命令字节: 0x%02x \\n", test_buf[0]);
printf("读写命令: 0x%02x\\n", test_buf[1]);
printf("数据: 0x%02x\\n", test_buf[2]);
printf("数据: 0x%02x\\n", test_buf[3]);
结果：
命令字节: 0x22
读写命令: 0x01
数据: 0xa1
数据: 0xa2
以上是关于数据包协议设计（通讯协议的设计）的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章
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