通信協(xié)議文本化到底有多重要？老司機(jī)來告訴你

劉慈欣在其封神之作《三體》里描述過三體人的交流方式：倆人就這么站著不說話，四目相交，天雷引著地火，腦電波你來我往。沒有時(shí)延，不用等待，頃刻間便心與心相印，魂與魂深交，想來就十分美好。

相比之下，人類通過“語言”把隱晦的思考隱藏在幽微的心底，審時(shí)度勢，鼓舌如簧，說言不由衷的話，撒漫不經(jīng)心的謊。

大劉在《三體》里，將此視為地球人類對三體人的一大優(yōu)勢。上兵伐謀，兵不厭詐，在宇宙這座黑暗森林中，只有善于隱藏和偽裝，才能更好地生存。

是的，語言是一門隱藏真實(shí)的藝術(shù)。

其實(shí)，它不只在人類世界如此，在電子設(shè)備之間依然如斯。在電子設(shè)備之間，它有一個(gè)專業(yè)性的稱謂：通信協(xié)議。

一

電子工程師對“通信協(xié)議”這個(gè)詞匯耳熟能詳，如數(shù)家珍。平時(shí)掛在嘴邊的就有USB、RS232、CAN、LIN、ModBus、RS485、SPI、I2C、Zigbee、紅外、藍(lán)牙、WiFi......

“通信協(xié)議”也許是一個(gè)定義模糊的詞匯，因?yàn)?，?yán)格說起來，上面列舉的都是通信標(biāo)準(zhǔn)，或有線或無線，或廣域或局域，或遠(yuǎn)程或短距，而且它們大多只是定義了物理層、鏈路層協(xié)議，當(dāng)然有的還包含了傳輸層和會話層。

但是筆者今天想要跟大家探討的則是基于這些通信鏈路之上的應(yīng)用層協(xié)議。

應(yīng)用層協(xié)議和終端應(yīng)用密切相關(guān)，就拿筆者比較熟悉的藍(lán)牙來說，針對車載免提有HFP協(xié)議，針對電話本傳輸有PBAP協(xié)議，針對耳機(jī)有A2DP、AVRCP協(xié)議......

除了這些針對特定場景具體應(yīng)用制定了貼心協(xié)議的通信標(biāo)準(zhǔn)之外，有很多場合是需要工程師自己制定應(yīng)用協(xié)議的，比如今天筆者要跟大家分享的測試工裝上位機(jī)和下位機(jī)之間的通信協(xié)議。

二

一把鑰匙一把鎖，一桿鋼筆一只筆帽，倚天劍得配個(gè)劍鞘，量產(chǎn)產(chǎn)品肯定需要測試工裝一套。

測試工裝咱就不多費(fèi)筆墨了，總之就是上位機(jī)和下位機(jī)之間用串口或者USB，然后用類似于下面的老套通信協(xié)議互發(fā)報(bào)文：

報(bào)文頭(設(shè)為0x55+0xaa)+id(報(bào)文的ID)+data_len（數(shù)據(jù)長度）+data+checksum

大家伙對這種樣式的通信協(xié)議肯定是熟得不能再熟了，以至于可能熟視無睹，根本沒有意識到這里有哪些不對勁。

想想看，如果這種通信協(xié)議下的報(bào)文流出了問題，我們想搭眼看看哪里出了錯(cuò)，是很難一看就看出個(gè)所以然的。

報(bào)文背后的信息就好像蒙了一層面紗，猶抱琵琶半遮面，千呼萬喚不出來。

我們需要把協(xié)議文檔翻出來，一條一條地比照才能知道這里的id到底對應(yīng)的是哪一條具體的測試項(xiàng)，這里的數(shù)據(jù)到底表示什么意思。

不過好在，我們只要嚴(yán)格地按照報(bào)文格式封裝和解析這些報(bào)文，并保證報(bào)文的消費(fèi)（解析）速度高過生產(chǎn)（接收）速度，干完這些dirty work之后我們就不需要關(guān)心它是不是那么朦朧難辨了。

畢竟，最終執(zhí)行這些協(xié)議的都是計(jì)算機(jī)和電子設(shè)備，而這正是它們的強(qiáng)項(xiàng)。

所以，直到現(xiàn)在，我依然能夠想起幾年前采用這種方式做測試工裝時(shí)的那種心情：

九月里，平淡無聊，一切都好，只缺煩惱。

直到有一天，我和報(bào)文里的內(nèi)容打起了交道。

三

本來，時(shí)光悠悠，歲月靜好，一切的一切都充滿了幸福的味道。

小張按照上文那種報(bào)文格式把某個(gè)測試項(xiàng)的請求發(fā)下來，我啟動(dòng)具體的測試，把測試數(shù)據(jù)發(fā)給他，他按照測試項(xiàng)的具體功能邏輯，通過測試數(shù)據(jù)判斷測試是否通過。

時(shí)間滴滴答答，客戶端（上位機(jī)）和服務(wù)器（下位機(jī)）的請求和響應(yīng)也沒有出過岔。

可是不知怎的，許是我改了改程序，又或者小張動(dòng)了動(dòng)代碼，那天下午出現(xiàn)了本該測試通過的測試項(xiàng)失敗的情況。

于是乎，秋高氣爽，艷陽高照，我和小張打起了嘴炮。

頂著沖冠的怒發(fā)，小張污我有的報(bào)文會漏發(fā)，我不留情面地說他的水平不到家，不知道用個(gè)buffer把接收的報(bào)文先緩存一下下。

為了證明報(bào)文不會漏發(fā)，我用工裝上多余的串口接上電腦上的串口助手，兩個(gè)串口的數(shù)據(jù)同時(shí)發(fā)，在串口助手的界面上把數(shù)據(jù)給他抓了一下。

然后，我倆對著電腦看了一會兒，各位看官呢，就一會兒，我們哥倆就懵圈啦！

那么多0x55 0xaa，誰知道后面那個(gè)id和數(shù)據(jù)表示的啥意思呀。面對這樣蒙著面紗的數(shù)據(jù)，誰看誰懵圈吧！

無法自證清白的我茫然地看著界面里的數(shù)據(jù)排得密密麻麻，一時(shí)間覺得無法招架。側(cè)過頭來，瞥見了小張無意識中張開的大嘴巴，‘真像是一個(gè)大傻瓜’。再轉(zhuǎn)過頭來，看了不大會兒數(shù)據(jù)又覺得眼花。

眼花是必然的，因?yàn)檫@里的數(shù)據(jù)報(bào)文本來就不具備可讀性嘛。

聚成了是一團(tuán)火，反正它能很好地干活，但是散開了則是滿天星，對著你一閃一閃亮晶晶，讓你找起問題來火冒金星。

它又如浮萍在水，如淡云在天，只要?jiǎng)棚L(fēng)拂來，便是個(gè)萍亂云散的境地。

其實(shí)說到底，想自然地解讀這種不具備可讀性的通信協(xié)議是不是有些傻？

荒謬的感覺越來越盛，對通信協(xié)議的追問也越來越深入，然后我自然而言地提出了一個(gè)關(guān)鍵性的問題：通信協(xié)議可不可以具備可讀性？當(dāng)然可以，藍(lán)牙的應(yīng)用協(xié)議(profile)不就是可讀的嗎？怎么賦予它可讀性？文本化！

就這樣，一個(gè)呼吸之間，腦海里問題剛剛浮現(xiàn)，答案就出現(xiàn)在眼前，猶如天外飛仙。

我突然感到很佩服自己。

禪門大德開導(dǎo)座下弟子時(shí)，經(jīng)常說一句：‘脫了衣服去！’通信協(xié)議文本化，何嘗不是脫掉了衣服，揭開了它的面紗？！

我把從心底瞬間涌上來的情緒，壓縮成一句話，最終把它一字一頓地說了出來：

萬物皆有靈，只需喚起它們的靈性。

話音甫落，小張的嘴巴張得更大了。

四

在兩個(gè)電子設(shè)備之間采用文本式進(jìn)行通信，仿佛它們就脫離了無情種智，進(jìn)入了有情眾生的世界。

向小張普及了這個(gè)思想之后，我旋即制定了一個(gè)可統(tǒng)一各個(gè)測試項(xiàng)的通信協(xié)議。

上位機(jī)發(fā)起測試請求，報(bào)文內(nèi)容為“TestReq XXXrn”，其中的XXX代表具體的測試項(xiàng)，比如要測試信號強(qiáng)度，XXX=RSSI，比如要測試1號繼電器，XXX=RELAY1......

下位機(jī)返回測試結(jié)果，測試成功時(shí)報(bào)文內(nèi)容為“TestResult XXX OKrn”，測試失敗時(shí)報(bào)文內(nèi)容為“TestResult XXX ERRrn”，這里的XXX就是上述所謂測試項(xiàng)名稱。

具體解析時(shí)也很簡單，先通過換行符rn把一條獨(dú)立的報(bào)文提取出來，然后把報(bào)文頭“TestReq ”或者“TestResult ”查找出來，然后就定位到了XXX的位置，把它讀取出來即可。

封裝報(bào)文和解析報(bào)文也都變得無比地簡單，因?yàn)镃語言有字符串函數(shù)支持上面這一系列操作！

這樣一來，在通信鏈路上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)都是可讀的，而且報(bào)文通過換行符進(jìn)行間隔，是不是漏發(fā)，是不是報(bào)文中間的數(shù)據(jù)發(fā)生了錯(cuò)誤，都一目了然了。

后來，在文本化通信的幫助下，小張的問題也找到了。

原來，測試工裝上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)時(shí)，對每個(gè)測試條目都加了超時(shí)限制，當(dāng)它的計(jì)算機(jī)上打開很多軟件時(shí)，測試工裝上位機(jī)軟件的實(shí)時(shí)性就變差了，有的時(shí)候就自動(dòng)觸發(fā)了超時(shí)，標(biāo)記為測試失敗。

恩，小張這個(gè)設(shè)計(jì)思路當(dāng)然有一定的問題，但是這不是本文要探究的主題：）

五

央視主持人大賽里有一期節(jié)目，里面有一個(gè)擂臺題目是“做新聞是內(nèi)容重要還是形式重要”。雙方唇槍舌戰(zhàn)，鼓舌如簧，紛紛站在自己抽簽抽到的立場上引經(jīng)據(jù)典，這邊說內(nèi)容重要，那邊說形式重要。我當(dāng)時(shí)看得那個(gè)著急啊，這些單純的讀書人啊，難道你們不知道，內(nèi)容很重要，形式也很重要嘛！

就像本文討論的通信協(xié)議一樣，采用具有可讀性的文本形式既能很好地滿足雙方交互，又能明明白白地顯示給在一旁監(jiān)控它運(yùn)行的工程師，一箭雙雕，豈不美哉！