PSP1N微控制器的数据包流协议

问题陈述

在微控制器上开发其他设备时，我遇到了需要连续记录大量数据的情况。 该设备必须将包含时间戳和每秒100次的六个ADC测量值的数据集保存到SD卡中（我们将此数据集称为数据包），然后以图形形式在计算机上分析此数据。 同时还需要将数据写入SD卡，并通过UART传输数据。 由于存在大量数据，因此该数据应占用的空间尽可能少。 同时，有必要以某种方式分离这些数据包，因为数据以连续流的形式进入。 通过互联网翻遍没什么好，我没有找到，所以决定为它创建我自己的协议和库。

然后他出现了-分组流协议（PSP1N）

由于某些考虑，决定了以下内容：在协议中，将以N个字节组成的数据包传输数据，其中每个字节的第一位分配给数据包同步的起始位的符号（因此称为协议名称），其余的七个位分配给数据。 数据的顺序和大小是事先已知的。

一个例子：

我们为时间戳分配32位，为ADC测量分配60位（6个通道，每个通道10位），总计92位。 由于您可以在一个字节中传输7位有用数据，因此数据包将由14个字节组成（92位/ 7位= 13.14 ...向上舍入为14）。 14字节中有112位信息，其中92位有用数据的起始位属性占用了14位，还有6位未使用的位（我们可以在其中写入更多信息，但为简单起见，我们将不使用它们）。

第7位是起始位的符号（表示数据包的开始），其中6,5,4,3,2,1,0是数据位。

接收方还知道它接收到一个14字节的数据包，其中第一个字节的第一位是起始位（1）（在其余字节中，起始位是0），然后在数据位中依次是时间戳的32位，然后是ADC测量编号的10位。 1，然后是ADC＃2的10位，依此类推...

同样，也会根据协议写入SD卡并从中进行读取。 总共，对于一天在SD卡上记录的信息，我们获得115.4 MB的信息（14字节x每秒100次测量x 3600秒x 24小时）。

这样的数据结构仍然很方便，因为将来我们可以从文件中的任何位置选择数据块，然后以图形的形式显示它们，从而不会将整个文件加载到RAM（可能达到数十GB）中。 通过加载必要的程序包，我们还可以方便地滚动显示这些图形。

是时候开始微控制器的软件实现了

我们用C ++编写用于微控制器的库。

为了方便起见，请创建一个类：

class PSP { public: /*   init: startBit -   0  1 *arrayByte -      sizeArrayByte -     */ void init(byte startBit, byte* arrayByte, byte sizeArrayByte); /*      pushData: sizeBit -     value -   (       ) */ void pushData(byte sizeBit, uint32_t value); /*       popData: return     . */ byte* popData(); protected: byte startBit; //  byte* arrayByte; //   byte sizeArrayByte; //   byte position = 0; //    bool clearFlag = false; //   void setStartBit(byte &value); //     void clearStartBit(byte &value); //     }; 

使用初始化方法，我认为一切都很清楚：

 void PSP::init(byte startBit, byte* arrayByte, byte sizeArrayByte) { this->startBit = startBit; this->arrayByte = arrayByte; this->sizeArrayByte = sizeArrayByte; } 

添加数据的方法更加复杂，这里，通过狡猾的按位操作，我们将数据放置在字节数组中。

 void PSP::pushData(byte sizeBit, uint32_t value) { byte free; byte y; int remBit = 0; //      //   ,     if (!clearFlag) { for (byte i = 0; i < sizeArrayByte; i++) { arrayByte[i] = 0; } clearFlag = true; } //        7      while (remBit > -1) { free = 7 - (position) % 7; //        y = (position) / 7; //     //       remBit = sizeBit - free; //      if (remBit < 0) { arrayByte[y] |= value << ~remBit + 1; //   ,    position += sizeBit; //        remBit = -1; //      } //      else if (remBit > 0) { arrayByte[y] |= value >> remBit; //     ,    position += sizeBit - remBit; sizeBit = remBit; //        } //         else if (remBit == 0) { arrayByte[y] |= value; //    position += sizeBit; remBit = -1; //      } clearStartBit(arrayByte[y]); //   } setStartBit(arrayByte[0]); //   } 

获取数据包字节数组的方法：

 byte* PSP::popData() { position = 0; //   clearFlag = false; //    return arrayByte; //   } 

最后，还有一些辅助功能：

 //      void PSP::setStartBit(byte &value) { if (startBit == 0) value &= ~(1 << 7); else value |= 1 << 7; } //      void PSP::clearStartBit(byte &value) { if (startBit == 1) value &= ~(1 << 7); else value |= 1 << 7; } 

总结一下

完成工作的结果是，用于流数据PSP1N的紧凑协议和可从GitHub下载的现成库在这里诞生了。 在此存储库中，您将找到：

1. ExampleColsolePSP1N / C＃库的使用示例
2. PSP1N_CPP /包含用于处理协议的PSP库及其在Arduino上使用的示例
3. PSP1N_CSHARP / .NET的协议库

为了演示协议的操作，您可以将草图刷入Arduino，然后在计算机上的ExampleSerialPortRead示例中，通过COM端口从微控制器接收数据。 在那里，这些数据被解密并显示在控制台应用程序中。 我将再说一次用C＃编写的用于接收方的库。

测试控制台：

更新（03/31/19）：更改了编码和解码算法