串口协议设计：帧结构、超时与重传

■ 一、协议不好用，问题多半在边界

串口本身只负责传字节。协议要解决的是：怎么知道一帧从哪开始、到哪结束、有没有传错、丢了怎么办、重复了怎么办。

现场九成的"通信不稳定"，其实不是电气问题，而是这五个边界没定义清楚。

■ 二、帧结构：三个字段缺一不可

一个够用的帧，至少要有：

· 帧头：区分数据与噪声。单字节帧头容易误判，建议用双字节或带固定长度的帧头。
· 长度：让接收方知道还要收多少字节。没有长度字段，就只能靠超时猜帧尾，一遇到长帧就乱。
· 校验：CRC16 比累加和可靠得多，成本也不高。

可选字段：地址（多从机时必需）、功能码、序号（重传时必需）。

■ 三、接收状态机：不要在中断里解析

常见错误是在串口中断里直接拼包、判帧。中断里应该只做两件事：把字节放进环形缓冲、更新计数。解析放到主循环或独立任务里做。

原因很简单：中断执行时间必须短，而解析涉及 CRC、分支判断，容易造成丢字节。

状态机建议四态：找帧头 → 收长度 → 收数据 → 校验交付。每态超时都回到找帧头，避免半帧卡死。

■ 四、超时：分三种，不要只设一个

· 字节间超时：一帧内两个字节之间允许的最大间隔，通常几毫秒到几十毫秒。
· 帧超时：整帧最大接收时间，由长度与波特率算出，留 2 倍余量。
· 应答超时：发出请求后等待回复的时间，必须大于"从机处理时间 + 传输时间"。

只有一个超时的设计，要么误判（太短），要么卡死（太长）。

■ 五、重传与去重：靠序号

重传的前提是能识别重复。做法：请求带递增序号，从机回复时带回同一序号；主机只接受序号匹配的回复。

没有序号的重传，会出现"同一个动作执行两次"的严重后果——比如重复写入校准参数、重复触发一次采样。

■ 六、异常处理：三种情况要分开

· 校验失败：丢弃当前帧，回找帧头，不重传（等下次轮询）。
· 无应答：按次数重传（一般 2–3 次），超过则标记该从机离线。
· 半帧卡住：超时后强制复位接收状态机，并记录一次异常计数。

这三种要分别计数，现场排障时才知道是"干扰多"还是"从机死"。

■ 七、可观测性

协议层要能导出三类统计：每秒帧数、校验失败次数、超时次数、离线次数。这四个数一摆出来，通信质量就清楚了，不用猜。

■ 八、一个检查清单

· 帧头是否够独特（双字节或带长度）
· 有没有长度字段
· 校验是否用 CRC16
· 解析是否在中断外
· 三种超时是否分别设置
· 重传是否有序号去重
· 异常是否分类计数
· 能否导出通信统计

■ 九、最后一句

串口协议的难点不在"能通"，而在"出错时能说清哪里错了"。把边界定义清楚，现场就少一半扯皮。