Кадрирование (framing)

UART, USB CDC или радиомодуль отдают программе просто поток байтов. Где кончается одна команда и начинается следующая, приёмник должен понять сам. Правило, по которому он это делает, называют кадрированием, и от него зависит, как быстро протокол восстановится после сбоя.

Обновлено 28 октября 2026 г.Редакция GAW

Кадрирование (framing) — правило, по которому приёмник выделяет отдельные сообщения из непрерывного потока байтов. UART сам гарантирует только границы символа — старт-бит и стоп-бит; где кончается команда из десяти байтов, он не знает. Это решает протокол поверх него.

Три способа

Способ	Как приёмник находит границу	Пример
Пауза	тишина на линии дольше заданного времени	Modbus RTU: 3,5 символа
Разделитель	особый байт, который не встречается в данных	SLIP, COBS, Modbus ASCII
Поле длины	заголовок говорит, сколько байтов следует	многие двоичные протоколы

Пауза. Спецификация Modbus RTU отделяет кадры тишиной не короче 3,5 символа, а паузу длиннее 1,5 символа внутри кадра считает ошибкой; подробнее — в статье о межкадровой паузе. Способ не тратит ни одного байта, но требует, чтобы паузы доходили до приёмника без искажений.

Разделитель. Кадр заканчивается (а иногда и начинается) особым байтом. Modbus ASCII использует для этого двоеточие в начале и CR LF в конце, а данные передаёт шестнадцатеричными символами, так что разделители в них не появляются. Двоичные протоколы применяют байт-стаффинг: RFC 1055 описывает SLIP как протокол, который определяет только символы, обрамляющие пакет, и больше ничего.

Поле длины. Заголовок с числом байтов позволяет сразу выделить буфер нужного размера. Слабое место — повреждённая длина: приёмник отсчитает не те байты и потеряет синхронизацию, поэтому длину сочетают с маркером начала, таймаутом и контрольной суммой заголовка.

Восстановление после сбоя

Хорошее кадрирование позволяет приёмнику найти следующую границу, даже если предыдущий кадр испорчен. При паузе это следующая тишина, при разделителе — следующий байт-разделитель. Проверку целостности самого содержимого выполняют отдельно, обычно с помощью CRC в конце кадра. Байты удобно складывать в кольцевой буфер из прерывания, а кадры выделять в основном цикле. Разборщик со всеми тремя способами — в статье о реализации протоколов, разбор кадра Modbus — в калькуляторе Modbus RTU.

Не путать с ошибкой кадра UART: та относится к одному символу, у которого не нашёлся стоп-бит.

Частые вопросы

Какой способ кадрирования выбрать для своего протокола по UART?

Если линия прямая и паузы между кадрами гарантированы, проще всего пауза, как в Modbus RTU. Если байты идут через USB CDC, Bluetooth-модуль или другой буферизующий канал, паузы размываются, и надёжнее разделитель с байт-стаффингом (SLIP или COBS). Поле длины удобно при больших кадрах, но после ошибки в самой длине приёмник теряет синхронизацию, поэтому его обычно сочетают с маркером начала и CRC.

Чем кадрирование отличается от ошибки кадра UART?

Ошибка кадра (framing error) — аппаратный признак уровня одного символа: на месте стоп-бита приёмник увидел ноль. Кадрирование протокола — уровень выше: как из правильно принятых символов собрать сообщения. Слово «кадр» здесь означает разные вещи.

Почему Modbus RTU отделяет кадры паузой 3,5 символа?

Потому что в RTU данные двоичные и могут содержать любые байты, отдельного разделителя нет. Спецификация задаёт тишину не короче 3,5 символа между кадрами и считает кадр неполным, если внутри него пауза длиннее 1,5 символа. На скоростях выше 19 200 бит/с вместо расчётных значений рекомендуются фиксированные 750 мкс и 1,75 мс.

Источники

Modbus Organization. MODBUS over Serial Line Specification and Implementation Guide V1.02, 2006 — разд. 2.5.1.1: в режиме RTU кадры разделяются тишиной не короче 3,5 символа (t3,5); пауза больше 1,5 символа внутри кадра делает его неполным; выше 19 200 бит/с рекомендуются фиксированные 750 мкс и 1,750 мс; разд. 2.5.2.1 и 2.5.2.2: в режиме ASCII кадр начинается двоеточием и заканчивается CR LF, контрольная сумма LRC
J. Romkey. RFC 1055: A Nonstandard for Transmission of IP Datagrams over Serial Lines: SLIP, June 1988 — SLIP — только протокол кадрирования: определяет последовательность символов, обрамляющих IP-пакет на последовательной линии, и больше ничего
S. Cheshire, M. Baker. Consistent Overhead Byte Stuffing. IEEE/ACM Transactions on Networking, vol. 7, no. 2, April 1999 — назначение байт-стаффинга — преобразовать пакет так, чтобы зарезервированное значение можно было использовать для однозначного обозначения границ пакетов

Нашли ошибку?