CN101127642B - 通讯系统设备串口管理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通讯系统设备串口管理装置及方法，该装置包括本地串口、接口单元、串口驱动单元、主控单元、串行数据总线和总线驱动单元，其中，本地串口用于对外提供数据的输入输出接口，接口单元用于连接本地串口和总线驱动单元，总线驱动单元用于完成数据缓存、总线驱动以及总线通信，串行数据总线用于连接不同总线驱动单元，串口驱动单元用于实现串行数据的收发控制，主控单元，用于串行数据的处理和/或总线数据传输控制。利用本发明的通讯系统设备串口管理装置及方法，使得主控板和多个业务单板可以共用串口，方便对其进行功能调试、控制处理等操作。

Description

通讯系统设备串口管理装置及方法

技术领域

本发明涉及通讯系统设备管理技术领域，特别是涉及一种通讯系统设备串口管理装置及方法。

背景技术

通讯系统设备中包括主控系统和业务系统，其中主控系统主要完成系统控制、业务调度和监控等功能，而业务系统主要完成各种类型的业务通讯功能及其他辅助功能，例如数据通讯或语音通讯等。从硬件结构上，通讯系统设备包括主控板和业务单板，主控板与各业务单板通常都具有独立的处理和控制能力，在一般情况下，可以分别对其单独调试和维护。另外，主控板与各业务单板有独立的主控单元和独立的操作系统，各业务单板一般采用插卡形式进行层叠式配置。

主控板与各业务单板都对外提供了一个或多个本地串口，以供对主控板或各业务单板组成的小系统进行功能调试、控制处理等操作。现有技术中，主控板的本地串口或本地多串口和各业务单板的本地串口或本地多串口之间一般没有联系，各本地串口或本地多串口之间单独设置、独立管理，本地多串口的管理类似于不同单板之间的串口，故在此并不限定本地串口或本地多串口，统一称为本地串口。其串口管理装置包括本地串口、接口单元、串口驱动单元和主控单元，本地串口连接接口单元，用于对外提供串行数据的输入输出接口；接口单元分别连接本地串口和串口驱动单元，用于完成本地串口数据电平的转换；串口驱动单元连接接口单元和主控单元，用于完成串行数据的收发控制；主控单元用于对串行数据进行处理。这种通讯系统设备串口管理装置会存在一些问题，例如，通讯系统内部空间局促，特别是层叠式配置的各业务单板之间，更加难以插接连接串口的线缆，当需要对主控板以及数个业务单板同时进行串口操作时，需要频繁更换和插拨连接串口的线缆，对调试、操作维护主控板和各业务单板带来很大的麻烦，另外，需要重复制作串口线缆，造成人力、物力资源的浪费。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种通讯系统设备串口管理装置，该装置能够克服现有技术中存在的通讯系统设备中通过本地串口进行调试、控制操作不方便的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种通讯系统设备串口管理装置，包括本地串口、接口单元、串口驱动单元和主控单元，本地串口连接至接口单元，串口驱动单元连接至主控单元，所述装置还包括串行数据总线和总线驱动单元，其中，本地串口，用于对外提供数据的输入输出接口；接口单元，用于连接本地串口和总线驱动单元，完成本地串口数据电平的转换；总线驱动单元，用于完成数据缓存、总线驱动以及总线通信，将总线上的总线数据缓存并发送给串口驱动单元，缓存串口驱动单元发送来的串行数据并通过总线传输，或将总线上的总线数据缓存并发送给接口单元，缓存接口单元发送来的串行数据并通过总线传输；串行数据总线，用于连接不同总线驱动单元，承载总线驱动单元之间的总线数据交互；串口驱动单元，用于连接总线驱动单元和主控单元，实现串行数据的收发控制；主控单元，用于串行数据的处理和/或总线数据传输控制。

其中，所述装置还包括选择开关，所述选择开关连接至总线驱动单元，用于选择通讯系统设备串口管理装置处于本地串口工作模式，还是处于本地串口与串行数据总线共同工作的共享工作模式。

其中，所述总线驱动单元，利用可现场编程门阵列或复杂可编程逻辑器件实现。

其中，所述串行数据总线采用控制器区域网总线规范、或串行外设接口总线规范、或内部集成电路总线规范。

本发明所述通讯系统设备串口管理装置还包括交互单元，所述交互单元用于提供总线节点管理界面，所述总线节点管理界面用于接收用户选择目的节点号、或用于用户管理串行数据总线节点。

其中，所述串行数据总线为通讯系统设备串口管理装置内部两根空闲总线。

一种通讯系统设备串口管理方法，所述方法包括以下步骤：A、驱动串行数据总线，分配和获取总线节点号；B、判断通讯系统设备串口管理装置的工作模式，如果所述装置处于本地串口工作模式，则执行步骤C，如果所述装置处于共享工作模式，则执行步骤D；C、利用本地串口实现数据传输；D、利用本地串口，并根据所述总线节点号利用串行数据总线，实现数据传输。

步骤B中，所述判断为，根据选择开关的状态，或根据标识所述通讯系统设备串口管理装置是否处于共享工作模式的状态字，判断该装置处于本地串口工作模式，还是处于共享工作模式。

步骤D中，所述实现数据传输的操作包括：

D1、设置定时器，提供总线节点管理界面，如果用户通过该界面选择了目的节点号，则执行步骤D2，否则执行步骤D3；

D2、通过对外连接的本地串口及串行数据总线，完成目的节点号所对应的通讯系统设备主控板或业务单板上的数据传输；直至用户切换目的节点号后，完成新目的节点号所对应的通讯系统设备主控板或业务单板上的数据传输，或定时器超时后执行步骤D1；

D3、通过本地串口进行数据传输，直至用户选择目的节点号后，完成所选目的节点号所对应的通讯系统设备主控板或业务单板上的数据传输，或定时器超时后执行步骤D1。

本发明通讯系统设备串口管理方法中，所述通过本地串口及串行数据总线，完成数据传输的操作包括：对外连接的本地串口接收到数据后，通过本串行数据总线节点的接口单元传递给本串行数据总线节点的总线驱动单元，由该总线驱动单元缓存并转换为总线数据后，发送给具有总线控制权总线节点的总线驱动单元，由具有总线控制权总线节点的总线驱动单元转发给目的节点的总线驱动单元，然后由目的节点的总线驱动单元还原成为串行数据，通过目的节点的串口驱动单元发送给目的节点的主控单元进行处理，或沿上述路径的逆向传输，由目的节点的主控单元将数据传递至对外连接的本地串口。

其中，所述具有总线控制权总线节点为：当通讯系统设备的主控板接入串行数据总线时，主控板对应总线节点为具有总线控制权的总线节点，当通讯系统设备的主控板没有接入串行数据总线时，由一个业务单板对应总线节点作为具有总线控制权的总线节点。

本发明提出的通讯系统设备的串口管理装置，在主控板与多个业务单板之间设置了串行数据总线，主控板和多个业务板只需要最少一个本地串口对外提供串行数据的输入输出接口，称为对外连接本地串口，将该本地串口接收到的数据传递到串行数据总线上，然后根据总线节点号分发至目的节点，或主控板和多个业务板将数据传递到串行数据总线上，通过该本地串口输出即可，该本地串口可以是主控板或任何一个业务单板上的本地串口，因此主控板和多个业务单板可以共用主控板或某个业务单板的本地串口，方便对主控板与多个业务单板进行功能调试、控制处理等操作，由于减少了对外连接的本地串口数量，因此也减少了重复制作的串口线缆，降低了费用。另外，本发明提出的通讯系统设备的串口管理装置，保留了原主控板和多个业务单板的本地串口，兼容现有技术中的串口管理方式，方便实现本地串口和串行数据总线的数据交互。

本发明提出的通讯系统设备的串口管理方法，通过总线通信的方式，能够使得主控板和多个业务单板共用主控板或某个业务单板的本地串口作为对外串口，同时保留了原主控板和多个业务单板的本地串口，兼容现有技术中的串口管理方式，方便实现本地串口和串行数据总线的数据交互。

附图说明

图1为本发明实施例的通讯系统设备的串口管理装置的内部功能模块以及连接关系示意图；

图2为本发明的通讯系统设备的串口管理方法的流程图；

图3为本发明的通讯系统设备的串口管理方法中共享工作模式下串口管理的流程图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。

本发明的核心思想是：利用串行数据总线，由主控板上的主控单元为主控板及各业务单板分配总线节点号，然后通过对外连接本地串口，并根据总线节点号利用串行数据总线，实现对主控板和所有业务单板的串行数据传输。同时，保留主控板与各业务单板上的本地串口，可以实现任一本地串口与串行数据总线的数据交互。

如图1所示，本发明的通讯系统设备的串口管理装置分布在主控板以及各个业务单板上，主控板以及各业务单板上都具有本地串口、接口单元、串口驱动单元、主控单元、串行数据总线、总线驱动单元和选择开关，其中，

本地串口连接至接口单元，用于对外提供串行数据的输入输出接口；

接口单元，用于连接本地串口和总线驱动单元，完成本地串口数据电平的转换，例如将-15V/+15V的信号电平转成3.3V的信号电平，接口单元可以由多种现有接口芯片构成；

总线驱动单元，连接接口单元、串行数据总线和串口驱动单元，用于完成数据缓存和转发、总线驱动以及总线通信，将总线上的总线数据缓存并发送给串口驱动单元，缓存串口驱动单元发送来的串行数据并通过总线传输；或将接口单元发送来的串行数据缓存并发送给串口驱动单元，缓存串口驱动单元发送来的串行数据并发送给接口单元；或将总线上的总线数据缓存并发送给接口单元，缓存接口单元发送来的串行数据并通过总线传输；上述三种情况分别发生在主控单元需要通过串行数据总线收发数据时、处于本地串口工作模式时以及本地串口作为对外连接本地串口与串行数据总线交互数据时；总线驱动单元可以利用可现场编程门阵列(FPGA，Field Programmable Gate Array)或复杂可编程逻辑器件(CPLD，Complex Programmable Logic Device)来实现；

串行数据总线，用于连接不同总线驱动单元，承载总线驱动单元之间总线数据的交互，物理上，串行数据总线可以利用通讯系统设备串口管理装置内部两根空闲总线，作为数据发送和接收信号线；为了实现更多种传输功能，也可以选择多根总线；在该串行数据总线上可以采用控制器区域网(CAN，ControllerArea Network)总线规范、或串行外设接口(SPI，Serial Peripheral Interface)总线规范、或内部集成电路(IIC，Inter-Integrated Circuit)总线规范中的一种，分别采用CAN协议，或SPI协议，或IIC协议实现总线数据传输；

串口驱动单元，用于连接总线驱动单元和主控单元，完成串行数据的收发控制；

主控单元，用于数据处理和/或总线数据传输控制，其中，所述总线数据传输控制是指：分配和传输总线节点号、接收用户选择的目的节点号等，所述总线节点号类似于地址，是串行数据总线上利用总线协议传输总线数据的依据，其中，一个主控板或业务单板作为一个串行数据总线节点，对应一个节点号，而分配节点号的方式和所采用的总线规范有关，可以是轮询应答分配等；

选择开关，连接至总线驱动单元，用于选择通讯系统设备串口管理装置处于本地串口工作模式，还是处于本地串口与串行数据总线共同工作的共享工作模式，本发明的通讯系统设备串口管理装置中，也可以选用其它方式来进行工作模式的选择，例如由人工向通讯系统设备发送特定指令开启或关闭共享工作模式，然后设置一个状态字，该状态字能够标识所述通讯系统设备串口管理装置是否处于共享工作模式，这种情况下，选择开关可以省略。

另外，所述通讯系统设备串口管理装置还可以包括交互单元，交互单元用于提供总线节点管理界面，供用户管理串行数据总线节点和选择目的节点号等，选择目的节点号之后，处于共享工作模式时，任何一个对外连接本地串口所接收到的数据都会通过串行数据总线发送到目的节点，所述对外连接本地串口，是指该本地串口通过连接串口的线缆接出通讯系统设备。

举例说明，通讯系统设备中具有主控板A、业务单板B和C，主控板A、业务单板B和C上均包括上述各单元，主控板A和业务单板B和C上的上述各单元共同构成了通讯系统设备串口管理装置。当选择开关选择本通讯系统设备串口管理装置处于本地串口工作模式时，主控板A、业务单板B和C上的各单元按照现有技术中的串口管理方式进行串口管理，即数据从本地串口流入，经过接口单元进行电平转换为串行数据，然后经过总线驱动单元缓存并发送给串口驱动单元，由串口驱动单元将串行数据发送给主控单元进行处理，或者数据沿上述方向的逆向传输。主控板A、业务单板B和C上的串口管理单独进行，相互之间并不影响。

当选择开关选择本通讯系统设备串口管理装置处于本地串口与串行数据总线共同工作的共享工作模式时，主控板A首先分配串行数据总线节点号，业务单板B、C记录自己的串行数据总线节点号，例如A为1节点，业务单板B和业务单板C分别为2节点和3节点，分配节点号后，如果当前业务单板B的本地串口提供对外连接，也即业务单板B的本地串口通过连接串口的线缆接出通讯系统设备，而需要对业务单板C传输串行数据进行调试、控制时，只需选择业务单板C所对应的总线节点号作为目的节点号，然后就可以通过B的本地串口和串行数据总线实现对业务单板C的串行数据传输。如果没有选择目的节点号，则默认对本地串口所在的主控板和业务单板进行串行数据传输，其中，串行数据总线采用某些总线规范时，例如IIC总线规范，所有串行数据总线上的总线数据必须经过主控板A所对应的串行数据总线节点1转发。

由此，如图2所示，本发明的通讯系统设备的串口管理方法包括以下步骤：

步骤101：驱动串行数据总线，分配和获取总线节点号。

首先完成串行数据，总线驱动，给各串行数据总线节点分配节点号。分配节点号的操作由具有总线控制权总线节点的主控单元来完成，所述具有总线控制权总线节点为：当通讯系统设备的主控板接入串行数据总线时，主控板对应总线节点为具有总线控制权的总线节点，当通讯系统设备的主控板没有接入串行数据总线时，由一个业务单板对应总线节点作为具有总线控制权的总线节点，其中所述具有总线控制权的业务单板通过各业务单板竞争获取总线控制权的方式来确定。如果在通讯系统设备的主控板接入串行数据总线之前，已经确定了由某业务单板所对应总线节点作为具有总线控制权的总线节点，则当通讯系统设备的主控板接入串行数据总线后，该业务单板会向主控板移交已经分配的总线节点号和总线控制权。例如上述实施例中主控板A分配到节点号1，而业务单板B和业务单板C分别为2节点和3节点。所述驱动串行数据总线包括一些串行数据总线初始化等操作，随具体总线规范而不同，如CAN总线规范、SPI总线规范、IIC总线规范等。

步骤102：判断通讯系统设备串口管理装置是否处于共享工作模式，如果是则执行步骤104，否则执行步骤103。

所述判断操作可以通过检测选择开关的状态来实现，如果是由人工向通讯系统设备发送指令的方式来开启或关闭共享工作模式，则只需检测某个标识共享工作模式的状态字即可。

步骤103：利用本地串口实现数据传输，丢弃串行数据总线数据，结束当前流程。

此时，本地串口工作模式和现有技术中一致，主控板和各业务单板各自完成自己的串口管理。互相之间不存在影响。

步骤104：利用本地串口，以及根据所述总线节点号利用串行数据总线，实现数据传输。

此时，数据传输的目的节点可以是串行数据总线上的任何一个节点，只要数据中携带了目的节点号即可。例如上述实施例中，由于业务单板B的本地串口通过连接串口的线缆接出通讯系统设备，提供对外连接，而目的节点号对应业务单板C，则通过业务单板B的本地串口向业务单板C传输数据，实现对业务单板C的调试、控制操作，总线数据传输过程中，所述总线节点号类似于主控板或某个业务单板的地址，是总线数据选择流向的依据。

其中，利用本地串口和串行数据总线，实现数据传输的操作包括有以下步骤：

步骤201：设定定时器T，提供总线节点管理界面，供用户选择目的节点号。

设置定时器T，是为了实现间隔时间T之后更换目的节点号。总线控制权总线节点的主控单元管理一个总线节点管理界面，例如通过显示设备显示一个人机交互界面。该界面上提供了所有的串行数据总线节点及其状态，可以通过该管理界面实现节点号设置、节点状态查询等操作，其中，一个关键操作是选择目的节点号。例如总线节点管理界面显示目前串行数据总线上有节点号为1、2和3的串行数据总线节点，供用户选择一个节点号作为目的节点号。

步骤202：判断是否选择了目的节点号，如果选择了则执行步骤203，否则执行步骤204。

步骤203：利用对外连接本地串口和串行数据总线，完成目的节点号所对应的通讯系统设备业务单板或主控板的数据传输；同时定时器每间隔单位时间执行减一操作，在传输过程中，如果用户切换目的节点号，则完成新目的节点号所对应的通讯系统设备主控板或业务单板上的数据传输，直至定时器T为0，即超时时，返回执行步骤201。在传输过程中，目的节点所发出的数据可以在交互单元上显示，显示方式可以是在一个设定时间段后即显示目的节点所有发出数据，也可以是根据用户的选择显示目的节点发出数据。

例如选择了目的节点号3，目的节点号3对应业务单板C，业务单板B的本地串口通过连接串口的线缆接出通讯系统设备，提供对外连接，则此时所有通过业务单板B的本地串口的数据全部发往业务单板C。业务单板C所发出的数据也通过业务单板B的本地串口向外发送。

串行数据总线上采用IIC总线规范时，所有串行数据总线上的总线数据必须经过具有总线控制权总线节点转发，例如业务单板B的本地串口接收到数据之后，由业务单板B的接口单元完成电平转换成为串行数据，然后通过业务单板B的总线驱动单元完成总线协议的转换，将数据按照IIC协议的格式通过串行数据总线发送给主控板A的总线驱动单元，由A的总线驱动单元转发给C的总线驱动单元，然后由C的总线驱动单元解析数据，恢复成为串行数据后发送给C的串口驱动单元，然后由C的串口驱动单元发送给C的主控单元进行处理，或者按照上述过程的逆向进行传输，由C的主控单元通过串行数据总线，传输数据给B的本地串口。

为了区分数据的目的节点，可以在数据进出本地串口时携带上目的节点号，然后在串行数据总线上按照所述目的节点号实现转发。

另外，定时器T每隔单位时间执行减一操作，当定时器T为0时，即定时器超时时，执行步骤201，再次设置定时器，提供总线节点管理界面，供用户选择目的节点号。

步骤204：利用本地串口实现串行数据传输，同时定时器每间隔单位时间执行减一操作，在传输过程中，如果用户选择了目的节点号，则完成所选择目的节点号所对应的通讯系统设备主控板或业务单板上的数据传输，直至定时器T为0，即超时时，执行步骤201。在传输过程中，目的节点所发出的数据可以在交互单元上显示，显示方式可以是在一个设定时间段后即显示目的节点所有发出数据，也可以是根据用户的选择显示目的节点发出数据。

由于没有选择目的节点号，则不通过串行数据总线、而仅仅利用本地串口传输串行数据。例如，虽然业务单板B的本地串口提供对外连接，但此时仍然完成业务单板B上的串行数据传输。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的保护范围。本领域内技术人员应该能够联想到，串行数据总线上采用其它类型的总线规范，物理上采用不同规格的总线形式，用不同方式标识串行数据总线节点，采用不同的方式选择通讯系统设备串口管理装置的工作状态，以及其它根据本发明的技术方案及其构思进行相应的等同改变或替换都应该属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种通讯系统设备串口管理装置，包括本地串口、接口单元、串口驱动单元和主控单元，本地串口连接至接口单元，串口驱动单元连接至主控单元，其特征在于，所述装置还包括串行数据总线和总线驱动单元，其中，

本地串口，用于对外提供数据的输入输出接口；

接口单元，用于连接本地串口和总线驱动单元，完成本地串口数据电平的转换；

总线驱动单元，用于完成数据缓存、总线驱动以及总线通信，将总线上的总线数据缓存并发送给串口驱动单元，缓存串口驱动单元发送来的串行数据并通过总线传输，或将总线上的总线数据缓存并发送给接口单元，缓存接口单元发送来的串行数据并通过总线传输；

串行数据总线，用于连接不同总线驱动单元，承载总线驱动单元之间的总线数据交互；

串口驱动单元，用于连接总线驱动单元和主控单元，实现串行数据的收发控制；

主控单元，用于串行数据的处理和/或总线数据传输控制；

其中，当所述装置处于共享工作模式时，对外连接的本地串口接收到数据后，通过本串行数据总线节点的接口单元传递给本串行数据总线节点的总线驱动单元，由该总线驱动单元缓存并转换为总线数据后，发送给具有总线控制权总线节点的总线驱动单元，由具有总线控制权总线节点的总线驱动单元转发给目的节点的总线驱动单元，或沿上述路径的逆向传输，由目的节点的主控单元将数据传递至对外连接的本地串口。

2.根据权利要求1所述的通讯系统设备串口管理装置，其特征在于，所述装置还包括选择开关，所述选择开关连接至总线驱动单元，用于选择通讯系统设备串口管理装置处于本地串口工作模式，还是处于本地串口与串行数据总线共同工作的共享工作模式。

3.根据权利要求1所述的通讯系统设备串口管理装置，其特征在于，所述总线驱动单元，利用可现场编程门阵列或复杂可编程逻辑器件实现。

4.根据权利要求1所述的通讯系统设备串口管理装置，其特征在于，所述串行数据总线采用控制器区域网总线规范、或串行外设接口总线规范、或内部集成电路总线规范。

5.根据权利要求1所述的通讯系统设备串口管理装置，其特征在于，所述装置还包括交互单元，所述交互单元用于提供总线节点管理界面，所述总线节点管理界面用于接收用户选择目的节点号、或用于用户管理串行数据总线节点。

6.根据权利要求1所述的通讯系统设备串口管理装置，其特征在于，所述串行数据总线为通讯系统设备串口管理装置内部两根空闲总线。

7.一种通讯系统设备串口管理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

A、驱动串行数据总线，分配和获取总线节点号；

B、判断通讯系统设备串口管理装置的工作模式，如果所述装置处于本地串口工作模式，则执行步骤C，如果所述装置处于共享工作模式，则执行步骤D；

C、利用本地串口实现数据传输；

D、利用本地串口，并根据所述总线节点号利用串行数据总线，实现数据传输，具体包括：对外连接的本地串口接收到数据后，通过本串行数据总线节点的接口单元传递给本串行数据总线节点的总线驱动单元，由该总线驱动单元缓存并转换为总线数据后，发送给具有总线控制权总线节点的总线驱动单元，由具有总线控制权总线节点的总线驱动单元转发给目的节点的总线驱动单元，或沿上述路径的逆向传输，由目的节点的主控单元将数据传递至对外连接的本地串口。

8.根据权利要求7所述的通讯系统设备串口管理方法，其特征在于，步骤B中，所述判断为，根据选择开关的状态，或根据标识所述通讯系统设备串口管理装置是否处于共享工作模式的状态字，判断该装置处于本地串口工作模式，还是处于共享工作模式。

9.根据权利要求7所述的通讯系统设备串口管理方法，其特征在于，步骤D中，所述实现数据传输的操作包括：

D1、设置定时器，提供总线节点管理界面，如果用户通过该界面选择了目的节点号，则执行步骤D2，否则执行步骤D3；

D2、通过对外连接的本地串口及串行数据总线，完成目的节点号所对应的通讯系统设备主控板或业务单板上的数据传输；直至用户切换目的节点号后，完成新目的节点号所对应的通讯系统设备主控板或业务单板上的数据传输，或定时器超时后执行步骤D1；

D3、通过本地串口进行数据传输，直至用户选择目的节点号后，完成所选目的节点号所对应的通讯系统设备主控板或业务单板上的数据传输，或定时器超时后执行步骤D1。

10.根据权利要求7所述的通讯系统设备串口管理方法，其特征在于，所述具有总线控制权总线节点为：当通讯系统设备的主控板接入串行数据总线时，主控板对应总线节点为具有总线控制权的总线节点，当通讯系统设备的主控板没有接入串行数据总线时，由一个业务单板对应总线节点作为具有总线控制权的总线节点。

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