专利名称：嵌入式系统通讯方式的快速构建方法
技术领域：
本发明属于嵌入式系统通讯技术领域，具体涉及一种嵌入式系统通讯方式的快速 构建方法。
背景技术：
在嵌入式系统中，硬件系统资源的局限性与通讯介质和通讯规约的多样性是通讯 接入的最大问题。由于嵌入式系统应用广泛，在每个应用场景中都会与各种不同的设备进 行交互，数据通讯成为了嵌入式系统成败的关键。因为嵌入式系统的硬件资源匮乏，无法和 一般的台式机系统相比，所以一般嵌入式系统的代码往往会和相应的应用场景绑定，当需 要开发另一套嵌入式系统时，需要重新编写程序代码，大大增加了系统开发和测试的工作 量，不利于嵌入式系统的快速构建；当嵌入式系统升级需要增加新规约接入或去除某些不 用的数据源时，由于代码和应用场景绑定，系统一般无法做到在线更新，干扰了系统的正常 运行；当由于硬件资源匮乏而需要临时更改通讯介质时，也要进行代码级别的重复开发工 作，增加了开发人员的工作量，同时新开发的模块也给现场的嵌入式系统带来了通讯隐患。
发明内容
本发明的目的是提供一种嵌入式系统通讯方式的快速构建方法，以解决由于嵌入 式系统与硬件绑定，当需要开发新的嵌入式系统时要重新编写代码而加大工作量，无法快 速构建嵌入式系统的问题。为实现上述目的，本发明的嵌入式系统通讯方式的快速构建方法步骤如下
(1)在嵌入式目标机中预装嵌入式操作系统；
(2)在一台PC机中交叉编译嵌入式目标机操作系统中运行的插件式通讯服务框架、规 约插件、介质插件和插件式通讯服务框架的建模工具，并将编译完成的目标程序下载到嵌 入式目标机；
(3)嵌入式目标机操作系统运行PC机中编译好的插件式通讯服务框架的建模工具，进 行通讯通道的建模和数据模型的建模；
(4)嵌入式目标机操作系统中运行插件式通讯服务框架，根据建立的通讯通道模型和 数据模型，动态生成各通讯通道模型的通讯处理插件，每个通讯处理插件处理相应的数据 源，完成嵌入式系统通讯方式的构建，该嵌入式系统通讯方式可在线变更。进一步的，所述步骤(2)中的规约插件和介质插件都是动态连接库，当规约插件和 介质插件达到一定的数量和规模后，形成相应的规约库和介质库。进一步的，所述介质库中包括串口、Gras、以太网CPkrver、以太网TCPClient、以 太网UDP介质插件；所述规约库包括IEC101/102/103/104/61850、0PC、M0DBUS、CDT及用户 终端协议规约插件。进一步的，所述步骤(3)中嵌入式目标机根据自身的硬件资源及需处理的数据源 类型，分别选择相应的规约插件和介质插件，完成通讯通道模型的建模。
进一步的，所述步骤(3)中数据模型的建模是根据每种数据源的规约数据点表来
建立的。进一步的，所述步骤(4)中在每个通讯处理插件处理相应的数据源的过程中，规约 插件负责数据源数据的分析处理、上下行传送及业务逻辑分析，介质插件负责网络连接、链 路控制及数据发送和接收工作。进一步的，所述步骤(4)中通讯处理插件的动态生成过程如下首先静态生成其 插件管理模块和接口管理模块，插件管理模块先动态加载规约插件，接口管理模块用回调 的方式将规约插件和插件式通讯服务框架的应用层接口进行关联，使得应用层接口和规约 插件的数据可以互通；插件管理模块再根据配置，动态加载介质插件，接口管理模块以回调 方式将介质插件和规约插件的接口进行关联，使得规约插件和介质插件的数据可以互通。进一步的，所述步骤(4)中嵌入式系统通讯方式的在线变更步骤如下
(a)嵌入式目标机操作系统运行PC机中编译好的插件式通讯服务框架的建模工具，进 行通讯通道模型的变更；
(b)建模工具通知插件式通讯框架相应的通讯处理插件变更内容；
(c)插件式通讯服务框架根据配置变更内容增加或删除通讯处理插件，对于已存在的 且变更的通讯处理插件，则通知该通讯处理插件变更内容，通讯处理插件进行内部配置变 更；
(d)变更的通讯处理插件按照新的通讯介质或规约进行通讯，增加的通讯处理插件开 始进行其通讯服务，要删除的通讯处理插件从插件式通讯服务框架中去除；完成嵌入式系 统通讯方式的变更。进一步的，所述步骤(a)中如果需要增加未运行规约的通讯通道，则在建模工具中 增加该新规约的数据处理插件，配置其需要的规约插件和介质插件；如果需要删除某已经 存在的通讯处理插件，在建模工具中删除该通讯处理插件；如果需要增加或减少某通讯处 理插件中的数据源连接个数或其它属性，直接修改该通讯处理插件中的数据源属性即可。进一步的，所述步骤(b)中通讯处理插件的变更是指插件的介质变更、插件的规 约变更、插件的增加和插件的删除变更。本发明嵌入式系统通讯方式的快速构建方法解决了在不同的嵌入式软、硬件环境 下网络通讯程序的需要重新编码的尴尬局面。对应各种不同的嵌入式系统，用户可以根据 嵌入式的硬件资源，灵活配置规约插件和介质插件的组合，轻松构建用户需要的网络通讯 方式；由于介质插件和规约插件是模块化设计，当嵌入式系统本身资源少时，不用的规约插 件或介质插件可以不放入目标机，减少了系统资源的占用；本发明可以大大缩短通讯软件 的开发和调试周期，由于规约插件和介质插件可以随时按照标准接口进行扩充，方便插件 式通讯框架的维护和扩展，以适应嵌入式系统的不断扩充的通讯需求。嵌入式系统通讯方式的在线变更，满足在线运行的嵌入式系统对需要修改的通讯 通道进行变更时不妨碍其它通道正常通讯的需求，使得整个嵌入式通讯系统的网络实现方 法安全、稳定、灵活，成为一个统一的整体。
图1是嵌入式系统网络通讯原理框图；图2是通讯处理插件原理框图。
具体实施例方式本发明构建了如图1所示的插件式通讯服务框架，该框架的作用是对其生成的通 讯处理插件进行管理和数据转发。该框架的管理工作主要体现在对通讯处理插件的创建、 删除和重构等；该框架的数据转发主要体现在对通讯处理插件发送来的数据转发到应用 层和接收应用层下发的数据再转发给通讯处理插件。该框架启动后读取嵌入式数据源的通 道配置信息，根据每通道上配置的规约插件信息，生成相应的通讯处理插件，即有几种规 约插件就生成几个通讯处理插件。通讯处理插件如图2所示，其生成过程如下首先静态生 成其插件管理模块和接口管理模块，插件管理模块先动态加载规约插件，接口管理模块用 回调的方式将规约插件和插件式通讯服务框架的应用层接口进行关联，使得应用层接口和 规约插件的数据可以互通；插件管理模块再根据配置，动态加载介质插件，接口管理模块同 样以回调方式将介质插件和规约插件的接口进行关联，使得规约插件和介质插件的数据可 以互通，这样就实现了从介质到规约再到框架的应用层接口的数据互通。数据从应用层到 数据源的过程如下应用层的数据通过插件式通讯服务框架的应用层接口发送到插件式通 讯服务框架，插件式通讯服务框架将数据转发至通讯处理插件，通讯处理插件将数据转到 规约插件，规约插件根据规约内容，将应用层的数据转化为数据源所能识别的规约报文信 息转发到介质插件，介质插件再发送到数据源；数据从数据源到应用层的过程如下介质 插件接收到数据源的原始报文转发到规约插件，规约插件按照规约内容转换为应用层所能 识别的信息，转发到通讯处理插件，通讯处理插件转发到插件式通讯服务框架，插件是服务 框架通过其应用层接口转发到应用层。快速构建嵌入式系统网络通讯方法的系统中至少设置一台嵌入式目标机和一台 普通PC机，由于源程序和编译后的软件都是在PC机中生成，存在于PC机中，编译后的框 架、规约插件、介质插件等最后要放到嵌入式目标机中，最终在嵌入式目标机中运行，可以 将目标程序放到配置相同的多台嵌入式目标机中运行。快速构建嵌入式系统网络通讯方法 的步骤如下
(1)嵌入式目标机预装嵌入式操作系统，如IffinCE、LinuX等；
(2)根据具体应用场景需求，从现有规约插件库和介质库中查找是否有可用的规约插 件资源和介质插件资源，如果没有相应的规约插件或介质插件，则要根据插件式通讯服务 框架提供的标准接口进行相关插件的跨平台插件的开发，即是在一台PC机中交叉编译嵌 入式目标机操作系统中运行的插件式通讯服务框架、规约插件、介质插件和插件式通讯服 务框架的建模工具，并将编译完成的目标程序下载到嵌入式目标机；上述编译的规约插件 和介质插件都是动态连接库，当规约插件和介质插件达到一定的数量和规模后，形成相应 的规约库和介质库；介质库中包括串口、GPRS、以太网CPkrver、以太网TCPClient、以太网 UDP等介质插件；规约库包括IEC101/102/103/104/61850、OPC、MODBUS, CDT及其它用户终 端协议等规约插件；
(3)嵌入式目标机操作系统运行PC机中编译好的插件式通讯服务框架的建模工具， 进行通讯通道的建模和数据模型的建模；通讯通道的个数和数据源的个数相关，以太网 tcpip的数据源有几个数据源就要建立几个通讯通道，串口的数据源如果他们公用一个串口，那么就只有一个通道，如果各自使用自己的串口，则要配置多个通道；建模工具是一个 应用软件，主要包括通讯处理插件的配置、通讯通道的配置和数据模型的配置；通讯通道 的建模是嵌入式目标机根据自身的硬件资源及需处理的数据源类型，分别选择相应的规约 插件和介质插件，完成通讯通道模型的建模，如数据源需要用104协议，通过以太网进行连 接，那么在通讯模型的建立中规约插件就需要选择104规约插件，同时介质插件就要选择 以太网TcpClient插件，选择其它的规约插件就不能正确获取数据源的数据，选择其它的 介质插件则不能和数据源进行连接；数据模型的建模是根据数据源的具体型号或者是数据 点表来建立的，每种数据源有自己的规约数据点表，即使通讯规约相同，数据点表的定义也 可能是完全不同的，所以要根据每种数据源的规约数据点表来建立数据模型，当数据源的 数据发送到规约插件时，规约插件根据配置的数据模型来解析通讯报文，将数据发送到通 讯服务框架；如图1所示，假设系统需要处理多个104规约类型数据源和多个MODBUS规 约数据源，其中Modbus规约数据源要以串口为通讯介质进行数据通讯，而104规约数据 源要以以太网作为通讯介质进行数据通讯，且其作为Tcp服务端提供数据服务，那么在配 置中把104规约数据处理插件的协议插件就选择为104规约插件，介质插件选择为以太网 TcpClient即可，把ModBus 规约数据处理插件的协议插件就选择为ModBus规约插件，介 质选择为串口插件即可；
(4)嵌入式目标机操作系统中运行插件式通讯服务框架，根据建立的通讯通道模型和 数据模型，动态生成各通讯通道模型的通讯处理插件，每个通讯处理插件处理相应的数据 源，完成嵌入式系统通讯方式的构建，该嵌入式系统通讯方式可在线变更；上述在每个通讯 处理插件处理相应的数据源的过程中，规约插件负责数据源数据的分析处理、上下行传送 及业务逻辑分析，介质插件负责网络连接、链路控制及数据发送和接收工作；上述通讯处理 插件的动态生成过程如下首先静态生成其插件管理模块和接口管理模块，插件管理模块 先动态加载规约插件，接口管理模块用回调的方式将规约插件和插件式通讯服务框架的应 用层接口进行关联，使得应用层接口和规约插件的数据可以互通；插件管理模块再根据配 置，动态加载介质插件，接口管理模块以回调方式将介质插件和规约插件的接口进行关联， 使得规约插件和介质插件的数据可以互通。 由于本发明的嵌入式系统通讯方式的快速构建方法可实现在线变更，变更的具体 步骤如下
(a)嵌入式目标机操作系统运行PC机中编译好的插件式通讯服务框架的建模工具，进 行通讯通道模型的变更；即如果需要增加未运行规约的通讯通道，则在建模工具中增加该 新规约的数据处理插件，配置其需要的规约插件和介质插件；如果需要删除某已经存在的 通讯处理插件，在建模工具中删除该通讯处理插件；如果需要增加或减少某通讯处理插件 中的数据源连接个数或其它属性，直接修改该通讯处理插件中的数据源属性即可；
(b)建模工具通知插件式通讯框架相应的通讯处理插件变更内容；通讯处理插件的变 更是指插件的介质变更、插件的规约变更、插件的增加和插件的删除变更；上述的通知是指 建模工具通过TCP通讯方式和插件式通讯服务框架连接，将插件变更的内容通过TCP报文 的方式通知到插件式通讯服务框架，插件式通讯服务框架再将变更信息分发到对应的通讯 处理插件，最终由通讯处理插件完成变更；
(c)插件式通讯服务框架根据配置变更内容增加或删除通讯处理插件，对于已存在的
7且变更的通讯处理插件，则通知该通讯处理插件变更内容，通讯处理插件进行内部配置变 更；
(d)变更的通讯处理插件按照新的通讯介质或规约进行通讯，增加的通讯处理插件开 始进行其通讯服务，要删除的通讯处理插件从插件式通讯服务框架中去除；完成嵌入式系 统通讯方式的变更。上述变更方法中步骤(a)是运行建模工具，在建模工具上进行模型的修改，建模 工具只对模型的配置信息进行修改，并不实质的修改插件式通讯服务框架内部的任何东 西；步骤(b)是建模工具通知插件式通讯服务框架，是哪个通讯处理插件变化了，变化了什 么；步骤(c)是插件式通讯服务框架内部按照变化的内容进行变更。步骤(d)中的通讯服务是指介质插件开始进行通讯工作，进行通讯连接和通讯报 文的收发。
权利要求
1.一种嵌入式系统通讯方式的快速构建方法，其特征在于，该方法的步骤如下(1)在嵌入式目标机中预装嵌入式操作系统；(2)在一台PC机中交叉编译嵌入式目标机操作系统中运行的插件式通讯服务框架、规 约插件、介质插件和插件式通讯服务框架的建模工具，并将编译完成的目标程序下载到嵌 入式目标机；(3)嵌入式目标机操作系统运行PC机中编译好的插件式通讯服务框架的建模工具，进 行通讯通道的建模和数据模型的建模；(4)嵌入式目标机操作系统中运行插件式通讯服务框架，根据建立的通讯通道模型和 数据模型，动态生成各通讯通道模型的通讯处理插件，每个通讯处理插件处理相应的数据 源，完成嵌入式系统通讯方式的构建，该嵌入式系统通讯方式可在线变更。
2.根据权利要求1所述的嵌入式系统通讯方式的快速构建方法，其特征在于所述步 骤(2)中的规约插件和介质插件都是动态连接库，当规约插件和介质插件达到一定的数量 和规模后，形成相应的规约库和介质库。
3.根据权利要求2所述的嵌入式系统通讯方式的快速构建方法，其特征在于所述介 质库中包括串口、GPRS、以太网CPkrver、以太网TCPClient、以太网UDP介质插件；所述规 约库包括IEC101/102/103/104/61850、OPC、MODBUS, CDT及用户终端协议规约插件。
4.根据权利要求1所述的嵌入式系统通讯方式的快速构建方法，其特征在于所述步 骤(3)中嵌入式目标机根据自身的硬件资源及需处理的数据源类型，分别选择相应的规约 插件和介质插件，完成通讯通道模型的建模。
5.根据权利要求1所述的嵌入式系统通讯方式的快速构建方法，其特征在于所述步 骤(3)中数据模型的建模是根据每种数据源的规约数据点表来建立的。
6.根据权利要求1所述的嵌入式系统通讯方式的快速构建方法，其特征在于所述步 骤(4)中在每个通讯处理插件处理相应的数据源的过程中，规约插件负责数据源数据的分 析处理、上下行传送及业务逻辑分析，介质插件负责网络连接、链路控制及数据发送和接收 工作。
7.根据权利要求1所述的嵌入式系统通讯方式的快速构建方法，其特征在于，所述步 骤(4)中通讯处理插件的动态生成过程如下首先静态生成其插件管理模块和接口管理模 块，插件管理模块先动态加载规约插件，接口管理模块用回调的方式将规约插件和插件式 通讯服务框架的应用层接口进行关联，使得应用层接口和规约插件的数据可以互通；插件 管理模块再根据配置，动态加载介质插件，接口管理模块以回调方式将介质插件和规约插 件的接口进行关联，使得规约插件和介质插件的数据可以互通。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的嵌入式系统通讯方式的快速构建方法，其特征在 于，所述步骤(4)中嵌入式系统通讯方式的在线变更步骤如下(a)嵌入式目标机操作系统运行PC机中编译好的插件式通讯服务框架的建模工具，进 行通讯通道模型的变更；(b)建模工具通知插件式通讯框架相应的通讯处理插件变更内容；(c)插件式通讯服务框架根据配置变更内容增加或删除通讯处理插件，对于已存在的 且变更的通讯处理插件，则通知该通讯处理插件变更内容，通讯处理插件进行内部配置变 更；(d)变更的通讯处理插件按照新的通讯介质或规约进行通讯，增加的通讯处理插件开 始进行其通讯服务，要删除的通讯处理插件从插件式通讯服务框架中去除；完成嵌入式系 统通讯方式的变更。
9.根据权利要求8所述的嵌入式系统通讯方式的快速构建方法，其特征在于所述步 骤(a)中如果需要增加未运行规约的通讯通道，则在建模工具中增加该新规约的数据处理 插件，配置其需要的规约插件和介质插件；如果需要删除某已经存在的通讯处理插件，在建 模工具中删除该通讯处理插件；如果需要增加或减少某通讯处理插件中的数据源连接个数 或其它属性，直接修改该通讯处理插件中的数据源属性即可。
10.根据权利要求8所述的嵌入式系统通讯方式的快速构建方法，其特征在于所述步 骤(b)中通讯处理插件的变更是指插件的介质变更、插件的规约变更、插件的增加和插件 的删除变更。
全文摘要
本发明涉及嵌入式系统通讯方式的快速构建方法，嵌入式目标机中预装嵌入式操作系统；PC机中交叉编译插件式通讯服务框架、规约插件、介质插件和插件式通讯服务框架的建模工具，并将编译完成的目标程序下载到嵌入式目标机；嵌入式目标机运行建模工具进行通讯通道建模和数据建模，并运行插件式通讯服务框架，动态生成各通讯通道的通讯处理插件，完成嵌入式系统通讯方式的构建，该嵌入式系统通讯方式可在线变更；对应各种不同的嵌入式系统，用户可根据嵌入式的硬件资源，灵活配置规约插件和介质插件的组合，轻松构建用户需要的网络通讯方式，大大缩短通讯方式的开发和调试周期，方便维护和扩展。
文档编号G06F13/42GK102135889SQ201110082170
公开日2011年7月27日 申请日期2011年4月1日 优先权日2010年12月25日
发明者克潇, 周逢权, 康振全, 李富生, 连湛伟 申请人:许昌许继软件技术有限公司, 许继电气股份有限公司, 许继集团有限公司