STM32 与 PC 工具通信协议规范（HDLC 封装）

目的：定义 PC 端工具通过串口向 STM32 发送命令、STM32 执行操作并返回结果的标准化通信协议。
底层封装：采用 HDLC-like 帧格式，基于 0x7E 标志位，支持字节转义和 CRC16-CCITT 校验，确保数据可靠传输。

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一、帧结构（HDLC 封装）

所有命令请求与响应均须遵循以下统一帧格式：

HDLC 帧结构（字节布局）

字段	长度（字节）	说明
FLAG_START	1	起始标志：固定为 0x7E
CMD_ID + Payload	≥2	命令 ID（2 字节，大端序） + 有效载荷（0 或更多字节）
CRC16	2	对 [CMD_ID + Payload] 计算的 CRC16-CCITT 校验值（大端序）
FLAG_END	1	结束标志：固定为 0x7E

✅ 最小帧长度 = 1（起始） + 2（CMD_ID） + 0（Payload） + 2（CRC） + 1（结束） = 6 字节

关键细节

• CMD_ID：2 字节，大端序（Big-Endian）
• Payload：命令参数（请求）或返回数据（响应）
• CRC16 算法：
  • 多项式：0x1021
  • 初始值：0xFFFF
  • 输入/输出不反转
  • 仅对 [CMD_ID + Payload] 计算
• 字节转义规则（发送前 / 接收后需处理）：
  • 0x7E → 转义为 0x7D 0x5E
  • 0x7D → 转义为 0x7D 0x5D
  • 接收端必须进行反向解码（去转义）

📌 示例：发送命令 CMD_FLASH_READ = 0x0101，无参数

• 原始内容：[0x01, 0x01]
• CRC16(0x0101) = 0x1234（假设值）
• 转义后（若无特殊字节）：7E 01 01 12 34 7E

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二、命令列表（PC → STM32）

CMD_ID (Hex)	命令名称	Payload（请求参数）	功能说明
0x0101	CMD_FLASH_READ	4 字节起始地址 + 2 字节读取长度	读取内部 Flash 数据
0x0201	CMD_I2C_READ_REG	1 字节设备地址 + 1 字节寄存器地址	I²C 读单字节寄存器
0x0202	CMD_I2C_16READ_REG	1 字节设备地址 + 2 字节寄存器地址（大端序）	I²C 读 16 位寄存器地址
0x0221	CMD_I2C_WRITE_REG	1 字节设备地址 + 1 字节寄存器地址 + 1 字节值	I²C 写单字节寄存器
0x0222	CMD_I2C_16WRITE_REG	1 字节设备地址 + 2 字节寄存器地址 + 1 字节值	I²C 写 16 位寄存器地址
0x0301	CMD_SPI_READ_REG	1 字节寄存器地址	SPI 读单字节寄存器
0x0302	CMD_SPI_WRITE_REG	1 字节寄存器地址 + 1 字节值	SPI 写单字节寄存器

💡 注意：

• 所有数值（地址、长度、寄存器值等）均使用 大端序（Big-Endian）
• Payload 长度必须严格匹配命令定义，否则视为无效帧

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三、响应格式（STM32 → PC）

每个请求命令必须对应一个响应帧，即使操作失败也需返回有效 HDLC 帧以维持通信状态。

请求 CMD_ID	响应 CMD_ID (Hex)	响应名称	Payload（响应数据）	说明
0x0101	0x0102	CMD_FLASH_READ_RESULT	N 字节原始 Flash 数据	N = 请求中指定的长度
0x0201	0x0210	CMD_I2C_READ_RESULT	1 字节读取值	若失败，可返回空 payload 或错误码
0x0202	0x0210	CMD_I2C_READ_RESULT	1 字节读取值	同上
0x0221	0x0230	CMD_I2C_WRITE_ACK	（可选，通常为空）	表示写入成功
0x0222	0x0230	CMD_I2C_WRITE_ACK	（可选）	表示写入成功
0x0301	0x0303	CMD_SPI_READ_RESULT	1 字节读取值	——
0x0302	0x0304	CMD_SPI_WRITE_ACK	（可选）	——

⚠️ 重要：

• 禁止静默丢弃请求。若操作失败（如 I²C 无 ACK、Flash 地址越界等），STM32 必须返回一个合法 HDLC 帧（可含错误码或空 payload）。
• PC 端依赖完整帧判断设备在线状态，缺失响应将导致“设备断开”误判。

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四、通信流程

sequenceDiagram
    participant PC as PC Tool
    participant STM32 as STM32 Device

    PC->>STM32: 发送 HDLC 帧（CMD_ID + Payload）
    activate STM32
    STM32-->>STM32: 解析命令，执行操作（如读 Flash、I²C 通信等）
    
    alt 操作成功
        STM32->>PC: 返回 HDLC 响应帧（含结果数据）
    else 操作失败（如 I²C NACK、参数错误等）
        STM32->>PC: 返回 HDLC 响应帧（空 payload 或标准错误码）
    end
    
    deactivate STM32

Loading

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五、附录：推荐实现建议

• STM32 端：
  • 使用环形缓冲区接收串口数据，逐字节检测 0x7E 并处理转义。
  • 收到完整帧后验证 CRC，校验失败则丢弃（不响应）。
  • 所有响应应在合理时限内发出（建议 ≤ 100ms）。
• PC 端：
  • 实现超时机制（如 500ms），超时未收到响应视为通信异常。
  • 自动重试机制（可选）适用于关键命令。
• 调试建议：
  • 提供原始帧日志（含转义前后对比）便于排查。
  • 支持 CRC 校验开关，用于协议调试阶段。

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✅ 本协议设计兼顾 可靠性、简洁性 与 可扩展性，适用于嵌入式设备与上位机工具间的稳定通信场景。