单片机通信协议栈 · 课程目录

01

协议栈概述

什么是通信协议栈、分层思想（OSI与TCP/IP模型）、为什么单片机需要协议栈。

02

物理层基础

RS232/RS485电平转换、UART时序分析、波特率误差计算。

03

数据链路层设计

帧结构定义（起始符、长度、校验、结束符）、字节填充与转义。

04

差错控制机制

奇偶校验、累加和校验、CRC校验原理与查表法实现。

05

链路层状态机

空闲态、接收态、转义态、校验态的状态转换与实现。

06

超时与重传机制

ACK/NACK协议、超时定时器设计、重传次数限制。

07

滑动窗口协议

停等协议、Go-Back-N、选择性重传的原理与单片机实现。

08

网络层设计

设备地址与广播地址、路由表设计（简单静态路由）。

09

传输层设计

端口号概念、多路复用与分用、简单连接管理。

10

应用层协议设计

Modbus RTU协议解析、自定义应用协议设计。

11

缓冲区管理

环形缓冲区设计、双缓冲机制、内存池管理。

12

中断与轮询

中断接收的陷阱、中断服务程序优化、轮询与中断的平衡。

13

DMA配置、DMA与中断协同、DMA在协议栈中的应用。

14

定时器管理

软件定时器链表、时间片轮转、协议栈心跳机制。

15

状态机框架

事件驱动型状态机、表驱动状态机、层次状态机。

16

生产者-消费者模型、队列深度设计、优先级消息。

17

信号量与互斥锁

资源保护、任务同步、死锁预防。

18

前后台系统、简单RTOS移植、协议栈任务划分。

19

协议栈配置

编译时配置（宏定义）、运行时配置（结构体参数）。

20

调试与日志

串口打印调试、环形日志缓冲区、断言与错误处理。

21

模拟物理层、测试用例设计、自动化测试框架。

22

吞吐量计算、延迟测量、内存占用分析。

23

低功耗设计

协议栈休眠与唤醒、降低时钟频率、事件触发接收。

24

简单加密（XOR/CRC）、身份认证、防重放攻击。

25

多协议支持

协议识别、协议切换、虚拟通道设计。

26

Bootloader设计

固件升级协议、双区备份、校验与回滚。

27

CAN总线协议栈

CAN帧结构、CANopen基础、J1939简介。

28

无线协议栈

LoRa数据包结构、蓝牙BLE GATT服务、ZigBee网络层。

29

协议栈移植

硬件抽象层设计、跨平台移植（STM32/ESP32/AVR）。

30

综合项目实战

多节点温湿度采集系统、协议栈完整实现与调试。