一种嵌入式系统中高可靠多机通信架构方法
【专利摘要】本发明公开了一种嵌入式系统中高可靠多机通信架构方法，a.将通信分层设计，从下层到上层依次为硬件层、通信层和协议层，每一层向上一层提供服务，并利用下一层的服务；b.缓冲机制设计，在通信层的各通信口都应当设置缓冲区；c.错误检测机制设计，错误检测分硬件和软件两级进行；d.虚拟通道与状态设计，在多接口嵌入式处理器设置虚拟通道进行工作模式转换，工作状态的转换由相应通信口的输入数据来完成。与现有技术相比，本发明给出了在通信复杂的嵌入式系统中多机通信的架构和设计方法，根据该架构可大大降低系统通信设计的复杂度同时提高系统的可靠性，此外还具有较高的可扩展性。
【专利说明】一种嵌入式系统中高可靠多机通信架构方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及通信领域，尤其涉及一种嵌入式系统中高可靠多机通信架构方法。
【背景技术】
[0002] 目前在复杂嵌入式系统中系统通信无统一架构，在系统设计时大多将单机与单机 直接相连来实现数据交互，随着单机的增多和通信数据格式的多样化，这种架构已不能满 足嵌入式应用高可靠和高实时性的需求。本文提出一种嵌入式系统中高可靠的多机通信架 构，该架构能够很好地处理多个单机间的复杂协议通信问题。在传统多机通信在系统通信 复杂时存在以下问题：(a)通信物理线路复杂，在通信的单机间都需要一条物理线路；(b) 单机间接口较多导致通信协议复杂；（c)新增单机时需要修改较多硬件和通信协议，可扩 展性不好；(d)数据处理复杂实时性不高；(e)错误检测机制不健全可靠性不高。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的就在于提供一种解决了上述问题的嵌入式系统中高可靠多机通信 架构方法。
[0004] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种嵌入式系统中高可靠多机通 信架构方法，
[0005] a.将通信分层设计，所述通信层分为三层，从下层到上层依次为硬件层、通信层和 协议层，每一层向上一层提供服务，并利用下一层的服务；
[0006] 硬件层进行底层硬件处理工作，负责处理相应电信号转换，硬件信号错误检测；
[0007] 通信层采用多接口嵌入式处理器计算通信数据和转发多个通信口的数据，负责将 底层物理接口进行封装成统一软件接口，处理数据的发送和接收，并为协议层提供数据；
[0008] 协议层负责将通信数据按照相应的格式进行封装和解析；
[0009] b.缓冲机制设计，在通信层的各通信口都应当设置缓冲区，在数据未被处理之前 都存储在缓冲区中，待处理器有时间时再来处理该数据；
[0010] C.错误检测机制设计，错误检测分硬件和软件两级进行；
[0011] d.虚拟通道与状态设计，在多接口嵌入式处理器设置虚拟通道进行工作模式转 换，工作状态的转换由相应通信口的输入数据来完成，只有在收到相应输入时才从某个状 态转换到另一个状态，否则一直保持当前工作状态；
[0012] 作为优选，步骤b中，所述缓冲区的实现方式可采用由硬件或者软件实现，或者硬 件与软件缓冲相结合的方式来实现。
[0013] 作为优选，步骤c中，硬件对错误检测，采用信号校验位的方式来消除字节级的传 输错误，系统中的通信口还应当进行物理隔离；软件对错误的检测，主要进行数据帧长度和 软件校验判断。
[0014] 作为优选，步骤c中，还包含对通信的超时判断检测，防止系统进入无限等待状 态。
[0015] 与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明给出了在通信复杂的嵌入式系统中 多机通信的架构和设计方法，根据该架构可大大降低系统通信设计的复杂度同时提高系统 的可靠性，此外还具有较高的可扩展性。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1为本发明多机通信协议分层；
[0017] 图2为本发明物理构架；
[0018] 图3为工作状态转换方式。
【具体实施方式】
[0019] 下面将对本发明作进一步说明。
[0020] 实施例：一种嵌入式系统中高可靠多机通信架构方法，
[0021] a.通信分层设计，通信分层结构是采取层次化的组织方法，每一层向上一层提供 服务，并利用下一层的服务。本发明中将通信分为三层：硬件层、通信层和协议层，其通信协 议分层如图1所示，上层利用下层接口提供的服务来完成本层的工作，硬件层与底层硬件 相关，负责处理相应电信号转换，硬件信号错误检测等。通信层负责将底层物理接口进行封 装成统一软件接口，处理数据的发送和接收，并为协议层提供数据。协议层负责将通信数据 按照相应的格式进行封装和解析。在设计新通信系统时只需在已有系统上对硬件层进行抽 象并扩展到相应的通信层即可，如果有新的通信协议时只需要扩展新的协议层实现即可完 成，分层设计的思想可大大简化系统设计的复杂性，还能够利用已有的设计，提高系统的可 靠性。
[0022] b.缓冲机制设计。为了能够同时处理多个单机的通信口数据，各个通信口都应当 设置缓冲区，在数据未被处理之前都存储在缓冲区中，待处理器有时间时再来处理该数据， 缓冲区可以由硬件或者软件来实现。实际使用中可以使用硬件与软件缓冲结合的方式使 用，及时将硬件缓冲区数据转移到软件缓冲区中，然后在软件缓冲区中对数据进行处理。
[0023] c.错误检测机制设计。错误检测分硬件和软件两级进行，常用的硬件错误检测中 一般使用信号校验位的方式来消除字节级的传输错误，系统中的通信口还应当进行物理隔 离，防止某个通信口的故障引起整个系统失效。软件对错误的检测主要包括数据帧长度和 软件校验判断。经过两级错误检测后通信中数据出现错误的概率大大降低，在数据可靠性 要求更为敏感的应用场景中还应对数据的合法性进行检查，例如数值是否合法等。在实时 控制中还应当包含对通信的超时判断检测，引入超时机制防止系统进入无限等待状态而降 低系统的实时性。
[0024] d.虚拟通道与状态设计。本文采用虚拟通道技术来解决多接口嵌入式处理器的工 作模式转换问题，虚拟通道技术类似于网络通信中的VPN，但在实现上较VPN更为简单，多 接口嵌入式处理器只需要识别某些特定数据帧格式即可完成单机间的数据转发，在特定数 据帧不变的情况下，其他数据帧的修改不影响多接口嵌入式处理器的工作模式，系统的可 扩展性好。本文中将多接口嵌入式处理器计算通信数据和转发多个通信口的数据分为不同 的工作模式，也可称为不同的状态。工作状态的转换可由相应通信口的输入数据来完成，只 有在收到相应输入时才从某个状态转换到另一个状态，否则一直保持当前工作状态。
[0025] 本发明的物理构架如图2所示，
[0026] 上位机：普通计算机。
[0027] 多接口嵌入式处理器：具有多个物理通信接口的嵌入式处理器，跟多个单机通信， 用于处理各个通信口数据。
[0028] 单机：普通嵌入式设备，只跟某个固定嵌入式处理器进行数据交互。
[0029] 本发明嵌入式处理器工作状态转换方式如图3所示，
[0030] 数据转发A/B :嵌入式处理器工作在模式A/B下，只进行指定数据转发。
[0031] 数据计算：嵌入式处理器工作的数据计算。
[0032] S1/S2/S3/S4为状态转换条件，指当该条件出现时嵌入式处理器从一种工作模式 转换到另一种工作模式。
[0033] 本发明解决了以下几个问题：(a)单机间不直接相连采取单机与多接口嵌入式处 理器相连，并由其对数据进行转发，精简物理线路，减少系统复杂性；(b)通信协议简单，只 需针对多接口嵌入式处理器定义少量统一通信格式即可；（c)可扩展性好，新增单机时只 需要扩展相应的多接口嵌入式处理器即可，各个部分可单独设计；（d)数据流只需解析特 定协议，简化处理流程，实时性好；（e)加入分层和缓冲设计，提高系统可靠性。
[〇〇34] 以上对本发明所提供的一种嵌入式系统中高可靠多机通信架构方法进行了详尽 介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明 只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本 发明的思想，在【具体实施方式】及应用范围上均会有改变之处，对本发明的变更和改进将是 可能的，而不会超出附加权利要求所规定的构思和范围，综上所述，本说明书内容不应理解 为对本发明的限制。
【权利要求】
1. 一种嵌入式系统中高可靠多机通信架构方法，其特征在于： a. 将通信分层设计，所述通信层分为三层，从下层到上层依次为硬件层、通信层和协议 层，每一层向上一层提供服务，并利用下一层的服务； 硬件层进行底层硬件处理工作，负责处理相应电信号转换，硬件信号错误检测； 通信层采用多接口嵌入式处理器计算通信数据和转发多个通信口的数据，负责将底层 物理接口进行封装成统一软件接口，处理数据的发送和接收，并为协议层提供数据； 协议层负责将通信数据按照相应的格式进行封装和解析； b. 缓冲机制设计，在通信层的各通信口都应当设置缓冲区，在数据未被处理之前都存 储在缓冲区中，待处理器有时间时再来处理该数据； c. 错误检测机制设计，错误检测分硬件和软件两级进行； d. 虚拟通道与状态设计，在多接口嵌入式处理器设置虚拟通道进行工作模式转换，工 作状态的转换由相应通信口的输入数据来完成，只有在收到相应输入时才从某个状态转换 到另一个状态，否则一直保持当前工作状态。
2. 根据权利要求1所述的一种嵌入式系统中高可靠多机通信架构方法，其特征在于： 步骤b中，所述缓冲区的实现方式可采用由硬件或者软件实现，或者硬件与软件缓冲相结 合的方式来实现。
3. 根据权利要求1所述的一种嵌入式系统中高可靠多机通信架构方法，其特征在于： 步骤c中，硬件对错误检测，采用信号校验位的方式来消除字节级的传输错误，系统中的通 信口还应当进行物理隔离；软件对错误的检测，主要进行数据帧长度和软件校验判断。
4. 根据权利要求1所述的一种嵌入式系统中高可靠多机通信架构方法，其特征在于： 步骤c中，还包含对通信的超时判断检测，防止系统进入无限等待状态。
【文档编号】H04L29/06GK104092689SQ201410334336
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月15日 优先权日:2014年7月15日
【发明者】沈浪, 唐经天, 魏源远, 王诗利, 张波, 姚天问 申请人:四川航天系统工程研究所