基于未知上位機(jī)串行通信波特率檢測(cè)

隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的日益普及，與計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息交互的終端也越來(lái)越多，其中串行通信是終端與計(jì)算機(jī)之間的主要通信方式。通常情況下，接收方必須知道發(fā)送方的發(fā)送速率，幀結(jié)構(gòu)，并采用相同的速率及幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行接收，才能保證接收到正確的信息。幀結(jié)構(gòu)信息包括起始位、停止位、數(shù)據(jù)位的個(gè)數(shù)，及是否有校驗(yàn)位，若有，是以何種形式校驗(yàn)，這樣才能在接收到正確信息的基礎(chǔ)上進(jìn)行校驗(yàn)，并把起始位、停止位、校驗(yàn)位剔除掉，將有用信息識(shí)別出來(lái)。在不知道發(fā)送速率的情況下，下位機(jī)無(wú)法采用傳統(tǒng)的方法進(jìn)行通信信號(hào)的正確接收和數(shù)據(jù)提取。很多情況下，終端設(shè)備通信時(shí)都沒(méi)有使用校驗(yàn)位。本文提供了一種沒(méi)有校驗(yàn)位的情況下波特率的檢測(cè)算法。此方法適用于黑匣子終端波特率的檢測(cè)，尤其間斷串口通訊的情況(如果是連續(xù)發(fā)送，只對(duì)最后一個(gè)字節(jié)使用兩個(gè)波特率接收)。

1 串口通信

串口通信是以幀為單位。幀由4部分組成：起始位，停止位，數(shù)據(jù)位及校驗(yàn)位。其校驗(yàn)位可有可無(wú)，通常終端設(shè)置為無(wú)。如回車(chē)符的發(fā)送，回車(chē)符的ASC II值為0x0D。串行通信時(shí)附加一個(gè)起始位和終止位，位的傳輸順序一般是先傳低位再傳高位。此時(shí)回車(chē)符的二進(jìn)制表示方式如圖1所示。

本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/201706/353789.htm利用單片機(jī)的串口或串口調(diào)試工具接收數(shù)據(jù)時(shí)，如果幀格式不正確，通常只會(huì)將此幀數(shù)據(jù)丟棄，不報(bào)告出錯(cuò)，并且不允許單片機(jī)做其他的工作，同樣，不能同時(shí)用不同的波特率接收數(shù)據(jù)。若在電平跳變時(shí)采樣，則采樣其前一時(shí)刻的電平，當(dāng)停止位是0時(shí)，等待一個(gè)其1／2波特率是電平應(yīng)持續(xù)的時(shí)間后再判斷起始位。本方案基于此方法利用軟件實(shí)現(xiàn)普通管腳的串口使用。

串行通信是終端和主機(jī)之間的主要通信方式，通信波特率一般選擇110 b／s，300×2n(n=0，…，7)b／s，利用串口協(xié)議及接收數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，采用高速接收的方法進(jìn)行波特率的自動(dòng)識(shí)別與檢測(cè)。

2 基于波特率串口通訊分析

串行通信中一個(gè)二進(jìn)制位的傳輸時(shí)間T取決于通信的波特率，如9 600 b／s時(shí)一個(gè)二進(jìn)制位的傳輸時(shí)間是19 200 b／s時(shí)一個(gè)二進(jìn)制位傳輸時(shí)間的兩倍，即2×T19200=T9600。在串行通信中，若主機(jī)設(shè)定接收波特率為9 600 b／s，終端只能以9 600 b／s發(fā)送數(shù)據(jù)，只有這樣才能保證主機(jī)正確地接收數(shù)據(jù)。表1中列舉不同發(fā)送、接收波特率情況下接收的數(shù)據(jù)。

以n b／s發(fā)送序列m：Ox1x2x3x4x5x6x7x81，則2n b／s接收到的序列mm：00 x1x1x2x2x3x3x4x4x5x5x6x6x7x7x8x811。若n b／s接到的數(shù)是oxf0～oxf8的字節(jié)， 即序列m是0x1x2x3x411111， 則mm是00x1x1x2x2x3x3x4x1111111111。

以n/2 b/s發(fā)送序列m:0x1x2x3x4x5x6x7x81,n b/s接到的序列mm:00 x1x1x2x2x3x3x4x4x5x5x6x6x7x7x8x811,2π b/s接到韻第一個(gè)字符序列：x2x1x1x1x1000，欲使幀結(jié)構(gòu)正確，x2須是1。同樣欲使x4x4 x3x3x2x2 x1x1 0不小于oxf0且?guī)Y(jié)構(gòu)正確，x4，x3，x2必須是1時(shí)收到的數(shù)才不大于oxf8。假設(shè)x5，x6，x7，x8有一個(gè)是0，則還能接收數(shù)據(jù)，例如x6是0，則還能收到一個(gè)字節(jié)，此字節(jié)是11x8x8x7x7x6x60，在保證接收到的數(shù)據(jù)不小于oxf0的情況下，必須使x8x7是1，此數(shù)據(jù)大于oxf8。若x5是1，x6是0，收到的第二個(gè)字節(jié)是1111x8x8 x7x70，若使其不小于oxf0，則x8須是1，測(cè)試仍大于oxf8。若x5，x6是1，x7是0，此時(shí)收到的字符是11111x8x80，不大于oxf8。若x5，x6，x7是1，x8是0，收到的字符是11111110，是oxfe。

以同樣的分析方法，可以得出n／3 b／s，n／4 b／s，3n b／s發(fā)送序列情況下，所接收的序列及數(shù)據(jù)。

3 算法設(shè)計(jì)

由上面分析可設(shè)計(jì)出檢測(cè)算法：首先，從高的波特率逐個(gè)嘗試，判斷波特率是不是發(fā)送的波特率，若不是嘗試其二分之一的波特率，重復(fù)上面的過(guò)程。其次57 600 b／s與38 400 b／s不是相差一倍，需要單獨(dú)測(cè)試。最后，115 200 b／s與57 600 b／s單獨(dú)測(cè)試，若均被排除，從38 400 b／s開(kāi)始新一輪的測(cè)試。若57 600 b／s不能被排除，多次則比較是57 600 b／s與38 400 b／s，以確定其中一個(gè)。若能排除57 600 b／s，從38 400 b／s開(kāi)始測(cè)試。若均被排除，從19 200 b／s開(kāi)始測(cè)試。檢測(cè)算法示意圖如圖2所示。

若接收波特率是發(fā)送波特率的16倍或16倍以上，因起始位是0，將會(huì)接到10個(gè)以上的連續(xù)0，幀格式不正確，只需接收一個(gè)字符就可否定當(dāng)前波特率。若接收波特率是發(fā)送波特率的8倍，若想使其發(fā)送的波特率的4倍與8倍波特接收的字符合法，不能有兩個(gè)或兩個(gè)以上的連續(xù)的0出現(xiàn)，且最低位為1又要使4倍波特接收的數(shù)不小于f0，可能發(fā)送的字節(jié)只有DB BB 7B B7 776F FB F7 EF DF BF 7F FF這13種。即接收一個(gè)字節(jié)不能排除當(dāng)前波特率的概率約為5％。接收波特率分別是發(fā)送波特率的2倍與4倍時(shí)，若使2倍波特接收的字節(jié)不小于f8，則發(fā)送的格式須為0x111，故有13種情況，與上輪相同。若接收波特率分別為發(fā)送的2倍與相同時(shí)，符合條件的字符有F8 F9 FA FB FC FD FE FF8種，接收一個(gè)字符不拋棄2倍波特率的概率為1／32。若是38 400 b／s，接收一個(gè)字符就可排除57 600 b／s的概率：(ff-eo)／2560.125。故通常情況下，很快就可鎖定波特率。對(duì)于相差一倍的情況，只要發(fā)送一個(gè)小于80的字符就可確定了，即接收一個(gè)字符就可確定波特率的概率是50％。若是57 600 b／s，接收到flag_count合法的字符后就可認(rèn)為是57 600 b／s，理論上flagcount越大越可靠。