CN101196741A - 可重构控制器的单线双向通信方法 - Google Patents
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Abstract
一种通信工程技术领域的可重构控制器的单线双向通信方法。本发明通过上位机接口转换模块把串行通信的正负逻辑信号转化为差分电压信号，发送到信号处理模块，由其中的微处理器处理，应答发送过来的报文协议，反之，也可从可重构控制器发送信息到上位机，由上位机来应答发送过来的报文协议，应答时，根据不同的操作指令执行相应的操作，指令包括：开始参数化、读可擦写存储器操作、写可擦写存储器操作、可擦写存储器整块擦除操作、停止参数化，执行操作时，根据实时的通信情况实时显示通信状态。本发明利用单线通信的特点，线束比通用的串行或其他有线通信减少了一半以上，而且实现各个数控模块的信息交互和数据传递的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种通信工程技术领域的方法，特别是一种可重构控制器的单线双向通信方法。
背景技术
可重构控制器因其具有模块化、开放性和可移植性等良好特点，而成为控制器发展方向的必然趋势。信息通信作为可重构控制器与数控模块之间的联系纽带，其作用是把可重构控制器的指令或数据发送给相应的数控模块，以调整数控模块的加工顺序或实现其他功能，同时把调整后的数控模块的信息状态反馈给控制器。与传统控制器的通信方式相比，可重构控制器的通信方式更加灵活、开放，解决了传统控制器的封闭性的缺点。
但是，鉴于可重构控制器的开放性原因，需要对稳定性、布局空间、接口、成本等多方面因素进行考虑。而且目前没有一个用于可重构控制器的标准通信规范可以使用。通用的蓝牙、红外等无线通信方法，技术复杂，成本较高，并且容易受到各种因素的干扰；串行、并行或者网络通信方法虽然简单易用，但是接口复杂，不利于线束的空间布局。
经对现有技术的文献检索发现，杨建刚等人在《中国科学院研究生院″21世纪计算机科学与技术″第八届研究生学术研讨会论文集》2004(7)：49-50上发表的“基于CORBA的可重构控制器通信平台的设计与实现”，该文中提出采用CORBA技术实现开放式控制器的一种通信方法，具体实现为在现有的开放式控制器中引入实时中间件CORBA技术，将控制器软件和系统平台分开，通过CORBA技术来管理模块件的通信和交互，其不足在于此方法的实现技术复杂，不利于可重构控制器的普及。中国专利申请专利号200410018473.0，专利名称为可重构数字控制模块，该专利提出了接口的可重构性，使各个控制模块通过各自的COM接口保持相互通信。该发明只是概括的提到了通信系统的软件实现方法，没有具体的涉及到使用的通信手段或方法。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提出了一种可重构控制器的单线双向通信方法，使其通过初始化参数、读/写可擦写存储器操作、可擦写存储器整块擦除操作、停止参数化，实现各个数控模块的信息交互和数据传递的稳定性，其中所述的单线可以是K总线或LIN总线构成。
本发明是通过如下技术方案实现的，包括如下步骤：
步骤一，上位机按通信协议规定的标准帧的形式从上位机的串行端口以正负逻辑信号发送通信文件至信号转换模块输入端口；
所述通信协议规定的标准帧由若干数据包组成，每个数据包由数据包头、数据字节和校验和组成，数据包头又由操作指令和操作地址组成。
步骤二，信号转换模块接收到通信文件后把串行通信的正负逻辑信号转化为单线的差分电压信号，并将差分电压信号输出到可重构控制器的信号处理模块；
步骤三，可重构控制器的信号处理模块接收到差分电压信号后，由信号处理模块内部的微处理器对收到的文件进行解析；
所述微处理器对收到的文件进行解析，是指提取数据包头中的操作指令和操作地址，并在执行操作前在可擦写存储器中寻找开始当前操作的起始地址，寻址成功后再进行初始化参数、读可擦写存储器操作、写可擦写存储器操作、整块擦除可擦写存储器、停止参数化中的任何一个或几个通信操作。
所述操作指令包括：初始化参数、读/写可擦写存储器操作、可擦写存储器整块擦除操作、停止参数化。
步骤四，如果是首次通信时，进行初始化参数的操作，否则跳过此步骤；
所述进行初始化参数的操作，是指微处理器提取数据包头中的初始化参数操作指令，获取整块可擦写存储器的地址单元，为成功连接进行数据读写或交换后续操作做好准备，在通信操作时，微处理器以最大的速度来处理可擦写存储器的数据控制，并且初始化参数操作成功时，微处理器再通过增加数据头、数据尾和校验和以封装成帧的形式反向通信，使上位机获取当前操作的信息并得到相关软件的版本号。
步骤五，经步骤四后，如果要修改或重写信号处理模块中的可擦写存储器的内容或数据，则执行可擦写存储器整块擦除指令，否则转至步骤七；
所述执行可擦写存储器整块擦除指令，是指上位机发送可擦写存储器整块擦除数据包给可重构控制器的信号处理模块，执行可擦写存储器内所有数据的擦除操作，并且操作成功时，上位机获取当前相关操作的包含指令和校验和的数据帧，操作异常或延时时，上位机获取异常可能发生的原因。
步骤六，可擦写存储器内数据已经被擦除后，执行写可擦写存储器参数的操作；
所述执行写可擦写存储器参数，是指由上位机发送包含写操作指令的数据包的帧文件，通过信号转换模块发送至可重构控制器的信号处理模块，信号处理模块中的微处理器对帧文件进行解析处理，将相关数据信息写入可擦写存储器中，如果写入数据到可擦写存储器成功则上位机获取当前操作的包含指令和校验和的数据帧；如果异常发生，则停止写入操作，上位机给出可能发生异常错误的原因。
步骤七，如果仅需读取可擦写存储器中的数据，则经步骤四后即可直接进行读可擦写存储器参数的操作；否则经由四、五、六步骤后读取可擦写存储器参数；
所述读取可擦写存储器参数，是指由上位机发送包含读操作指令的数据包的帧文件，通过信号转换模块发送至可重构控制器的信号处理模块，微处理器对帧文件进行解析处理，寻找当前要读取的可擦写存储器起始地址，进行读取操作，如果读取可擦写存储器中的数据成功，则上位机获取包含读可擦写存储器指令、当前读取的数据以及校验和的信息；如果读取延时或异常发生，则上位机给出相关错误发生的原因，所述的读取延时，其时间的设置与通信速度有关。
步骤八，当所有通信过程结束时，上位机发送停止参数化操作的帧给可重构控制器的信号处理模块，当信号处理模块的微处理器接收到当前数据，进行解析获取到停止参数化的指令操作时，释放所有的控制功能，完成整个通信操作。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明通过对可重构控制器的通信接口的评估和分析，利用单线通信的特点，不仅使整个通信设备的价格低廉，线束比通用的串行或其他有线通信减少了一半以上，而且容易实现各个数控模块的信息交互和数据传递的稳定性；从总体上来看，实现了可重构控制器的通信系统软硬件上的简单易用性和稳定可靠性；从技术实现角度来看，技术成熟维护简单；从成本投入来看，本发明使得硬件的投入成本低，易普及。
附图说明
图1为本发明工作流程图；
图2为本发明的实施例所使用的单线双向通信设备的系统框架图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图2所示，本实施例采用的设备包括：RS232端口、信号转换模块、可重构控制器的信号处理模块，信号转换模块包括RS232串行驱动器和第一单线控制驱动器，可重构控制器的信号处理模块包括可擦写存储器、微处理器、第二单线控制驱动器，RS232端口位于上位机中，包括RS232输出端口和RS232输入端口，RS232输出端口和RS232串行驱动器的信号输入端口连接，RS232串行驱动器的信号输出端口和RS232输入端口连接，RS232串行驱动器将来自上位机的正负逻辑通信电平转化为TTL电平，第一单线控制驱动器的串行输入输出端口和RS232串行接口驱动器的另一对输出输入端口相连，第一单线控制驱动器的通信线和第二单线控制驱动器的通信线连接，第二单线控制驱动器的串口和微处理器的串行端口连接，可擦写存储器通过地址端口和信号端口与微处理器的地址端口和信号端口相连，由微处理器通过地址线和信号线来控制可擦写存储器的操作，第二单线控制驱动器将串口输入的TTL信号转化成为单线输出的差分电信号。
如图1所示，本实施例具体包括如下步骤：
步骤一，上位机按通信协议规定的标准帧的形式从上位机的串行端口以正负逻辑信号发送通信文件至信号转换模块输入端口。
所述通信协议规定的标准帧由若干数据包组成，每个数据包由数据包头、数据字节和校验和构成，数据包头又由操作指令和操作地址构成。
步骤二，信号转换模块接收到通信文件后把串行通信的正负逻辑信号转化为单线的差分电压信号，并将差分电压信号输出到可重构控制器的信号处理模块。
步骤三，可重构控制器的信号处理模块接收到差分电压信号后，由微处理器对收到的文件进行解析；
所述微处理器对收到的文件进行解析，是指提取数据包头中的操作指令和操作地址，并在执行操作前在可擦写存储器中寻找开始当前操作的起始地址，寻址成功后再进行初始化参数、读可擦写存储器操作、写可擦写存储器操作、整块擦除可擦写存储器、停止参数化中的任何一个或几个通信操作。
所述操作指令包括：初始化参数、读/写可擦写存储器操作、可擦写存储器整块擦除操作、停止参数化。具体通信操作的报文信息内容见表一。
表一 单线通信的报文操作的报文信息
| 报文名 | 指令(十六进制)ID | 指令(十进制)ID | 格式 |
| 初始化参数 | 0x00 | 0 | 固定格式 |
| 停止参数化 | 0x01 | 1 | 固定格式 |
| 可擦写存储器整块擦除 | 0x02 | 2 | 固定格式 |
| 读可擦写存储器参数 | 0x04 | 4 | 固定格式 |
| 写可擦写存储器参数 | 0x05 | 5 | 固定格式 |
步骤四，如果是首次通信时，进行初始化参数的操作，否则跳过此步骤。
所述进行初始化参数的操作，是指微处理器提取数据包头中的初始化参数操作指令，获取整块可擦写存储器的地址单元，为成功连接进行数据读写或交换后续操作做好准备，在通信操作时，微处理器以最大的速度来处理可擦写存储器的数据控制，并且初始化参数操作成功时，微处理器再通过增加数据头、数据尾和校验和以封装成帧的形式反向通信，使上位机获取当前操作的信息并得到相关软件的版本号。
表二和表三分别表示初始化参数发送报文和初始化参数后反向通信时上位机接收到的报文格式。
表二 初始化参数发送报文格式
| 位# | 名称 | 内容 | 含义 |
| 1 | LEN | 2 | 数据位长度 |
| 2 | ID | 0x00 | 开始参数化 |
| 3 | CHKSUM | 0xA8 | 校验和 |
表三 初始化后上位机接收到的报文格式
| 位# | 名称 | 内容 | 含义 |
| 1 | LEN | X-1 | 数据位长度 |
| 2 | ID | 0x00 | 重复命令 |
| 3..[X-1] | DATA[n] | 以ASCII码字符串表示软件的版本号 | |
| 3 | CHKSUM | 校验和 |
步骤五，经步骤四后，如果要修改或重写信号处理模块中的可擦写存储器的内容或数据，则执行可擦写存储器整块擦除指令，否则转至步骤七。
所述执行可擦写存储器整块擦除指令，是指上位机发送可擦写存储器整块擦除数据包给可重构控制器的信号处理模块，执行可擦写存储器内所有数据的擦除操作，并且操作成功时，上位机获取当前相关操作的包含指令和校验和的数据帧，操作异常或延时时，上位机获取异常可能发生的原因。
下面的表四表示可擦写存储器整块擦除发送报文格式，表五表示正常情况下可擦写存储器整块擦除发送成功后上位机接收到的报文格式。
表四 可擦写存储器整块擦除发送报文格式
| 位# | 名称 | 内容 | 含义 |
| 1 | LEN | 2 | 数据位长度 |
| 2 | ID | 0x02 | 可擦写存储器整块擦除 |
| 3 | CHKSUM | 0xAA |
表五 发送成功后上位机接收到的报文格式
| 位# | 名称 | 内容 | 含义 |
| 1 | LEN | 2 | 数据位长度 |
| 2 | ID | 0x02 | 重复命令 |
| 3 | CHKSUM | 0xAA | 校验和 |
步骤六，可擦写存储器内数据已经被擦除后，执行写可擦写存储器参数的操作。
所述执行写可擦写存储器参数，是指由上位机发送包含写操作指令的数据包的帧文件，通过信号转换模块发送至可重构控制器的信号处理模块，信号处理模块中的微处理器对帧文件进行解析处理，将相关数据信息写入可擦写存储器中，如果写入数据到可擦写存储器成功则上位机获取当前操作的包含指令和校验和的数据帧；如果异常发生，则停止写入操作，上位机给出可能发生异常错误的原因。
下面的表六表示写可擦写存储器参数的报文格式，表七表示写入正确时的上位机接收到的报文格式。
表六 写可擦写存储器发送报文格式
| 位# | 名称 | 内容 | 含义 |
| 1 | LEN | X | 数据位长度 |
| 2 | ID | 0x05 | 写可擦写存储器参数 |
| 3 | ADDR_HI | 地址的高八位 | |
| 4 | ADDR_LO | 地址的低八位 | |
| 3..[X-1] | DATA[n] | 写入可擦写存储器的数据 | |
| X | CHKSUM | 校验和 |
表七 写入正确时的上位机接收到的报文格式
| 位# | 名称 | 内容 | 含义 |
| 1 | LEN | 2 | 数据位长度 |
| 2 | ID | 0x05 | 重复命令 |
| 3 | CHKSUM | 0xAD | 校验和 |
步骤七，如果仅需读取可擦写存储器中的数据，则经步骤四后即可直接进行读可擦写存储器参数的操作；否则经由四、五、六步骤后读取可擦写存储器参数。
所述读取可擦写存储器参数，是指由上位机发送包含读操作指令的数据包的帧文件，通过信号转换模块发送至可重构控制器的信号处理模块，微处理器对帧文件进行解析处理，寻找当前要读取的可擦写存储器起始地址，进行读取操作，如果读取可擦写存储器中的数据成功，则上位机获取包含读可擦写存储器指令、当前读取的数据以及校验和的信息；如果读取延时或异常发生，则上位机给出相关错误发生的原因，所述的读取延时，其时间的设置与通信速度有关。
下面的表八表示读可擦写存储器参数的报文格式，表九表示读取成功时上位机获取的报文格式。
表八 读可擦写存储器发送报文格式
| 位# | 名称 | 内容 | 含义 |
| 1 | LEN | 5 | 数据位长度 |
| 2 | ID | 0x04 | 读可擦写存储器参数 |
| 3 | ADDR_HI | 地址的高八位 | |
| 4 | ADDR_LO | 地址的低八位 | |
| 5 | NUM_BYTES | 读取数据的字节数 | |
| 6 | CHKSUM | 校验和 |
表九 读取成功时上位机获取的报文格式
| 位# | 名称 | 内容 | 含义 |
| 1 | LEN | X-1 | 变量的长度(NUM_BYTES+2) |
| 2 | ID | 0x04 | 重复命令 |
| 3..[X-1] | DATA[NUM_BYTES] | 接收到的可擦写存储器数据 | |
| X | CHKSUM | 校验和 |
步骤八，当所有通信过程结束时，上位机发送停止参数化操作的帧给可重构控制器的信号处理模块，当信号处理模块的微处理器接收到当前数据，进行解析获取到停止参数化的指令操作时，释放所有的控制功能，完成整个通信操作。具体的报文格式见表十和表十一。
表十 停止参数化发送报文格式
| 位# | 名称 | 内容 | 含义 |
| 1 | LEN | 2 | 数据位长度 |
| 2 | ID | 0x01 | 停止参数化 |
| 3 | CHKSUM | 0xA9 | 校验和 |
表十一 停止参数化后上位机获取的报文格式
| 位# | 名称 | 内容 | 含义 |
| 1 | LEN | 2 | 数据位长度 |
| 2 | ID | 0x01 | 重复命令 |
| 3 | CHKSUM | 0xA9 | 校验和 |
其中，上述各个步骤中表中所述的校验和的实现如下所示：
校验和的实现是通过所有代码位与给定的基准位(CHECKSUM_BASE)异或来得到。当上位机获取的校验和与所有接收到的数据异或后的结果为0，则说明通信顺利完成。
本实施例通过对可重构控制器的通信接口的评估和分析，利用单线通信的特点，不仅构成整个通信设备的价格低廉，线束比通用的串行或其他有线通信减少了一半以上，而且容易实现各个数控模块的信息交互和数据传递的稳定性。
Claims (8)
1.一种可重构控制器的单线双向通信方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，上位机按通信协议规定的标准帧的形式从上位机的串行端口以正负逻辑信号发送通信文件至信号转换模块输入端口；
步骤二，信号转换模块接收到通信文件后把串行通信的正负逻辑信号转化为单线的差分电压信号，并将差分电压信号输出到可重构控制器的信号处理模块；
步骤三，可重构控制器的信号处理模块接收到差分电压信号后，由信号处理模块内部的微处理器对收到的文件进行解析；
步骤四，如果是首次通信时，进行初始化参数的操作，否则跳过此步骤；
步骤五，经步骤四后，如果要修改或重写信号处理模块中的可擦写存储器的内容或数据，则执行可擦写存储器整块擦除指令，否则转至步骤七；
步骤六，可擦写存储器内数据已经被擦除后，执行写可擦写存储器参数的操作；
步骤七，如果仅需读取可擦写存储器中的数据，则经步骤四后即直接进行读可擦写存储器参数的操作，否则经由四、五、六步骤后读取可擦写存储器参数；
步骤八，当所有通信过程结束时，上位机发送停止参数化操作的帧给可重构控制器的信号处理模块，当信号处理模块的微处理器接收到当前数据，进行解析获取到停止参数化的指令操作时，释放所有的控制功能，完成整个通信操作。
2.根据权利要求1所述的可重构控制器的单线双向通信方法，其特征是，所述通信协议规定的标准帧由若干数据包组成，每个数据包由数据包头、数据字节和校验和组成，数据包头又由操作指令和操作地址组成。
3.根据权利要求1所述的可重构控制器的单线双向通信方法，其特征是，所述微处理器对收到的文件进行解析，是指提取数据包头中的操作指令和操作地址，并在执行操作前在可擦写存储器中寻找开始当前操作的起始地址，寻址成功后再进行初始化参数、读可擦写存储器操作、写可擦写存储器操作、整块擦除可擦写存储器、停止参数化中的任何一个或几个通信操作。
4.根据权利要求1所述的可重构控制器的单线双向通信方法，其特征是，所述操作指令包括：初始化参数、读可擦写存储器操作、写可擦写存储器操作、可擦写存储器整块擦除操作、停止参数化。
5.根据权利要求1所述的可重构控制器的单线双向通信方法，其特征是，所述进行初始化参数的操作，是指微处理器提取数据包头中的初始化参数操作指令，获取整块可擦写存储器的地址单元，为成功连接进行数据读写或交换后续操作做好准备，在通信操作时，微处理器以最大的速度来处理可擦写存储器的数据控制，并且初始化参数操作成功时，微处理器再通过增加数据头、数据尾和校验和以封装成帧的形式反向通信，使上位机获取当前操作的信息并得到相关软件的版本号。
6.根据权利要求1所述的可重构控制器的单线双向通信方法，其特征是，所述执行可擦写存储器整块擦除指令，是指上位机发送可擦写存储器整块擦除数据包给可重构控制器的信号处理模块，执行可擦写存储器内所有数据的擦除操作，并且操作成功时，上位机获取当前相关操作的包含指令和校验和的数据帧，操作异常或延时时，上位机获取异常发生的原因。
7.根据权利要求1所述的可重构控制器的单线双向通信方法，其特征是，所述执行写可擦写存储器参数，是指由上位机发送包含写操作指令的数据包的帧文件，通过信号转换模块发送至可重构控制器的信号处理模块，信号处理模块中的微处理器对帧文件进行解析处理，将相关数据信息写入可擦写存储器中，如果写入数据到可擦写存储器成功则上位机获取当前操作的包含指令和校验和的数据帧；如果异常发生，则停止写入操作，上位机给出发生异常错误的原因。
8.根据权利要求1所述的可重构控制器的单线双向通信方法，其特征是，所述读取可擦写存储器参数，是指由上位机发送包含读操作指令的数据包的帧文件，通过信号转换模块发送至可重构控制器的信号处理模块，微处理器对帧文件进行解析处理，寻找当前要读取的可擦写存储器起始地址，进行读取操作，如果读取可擦写存储器中的数据成功，则上位机获取包含读可擦写存储器指令、当前读取的数据以及校验和的信息；如果读取延时或异常发生，则上位机给出相关错误发生的原因，读取延时的时间设置与通信速度有关。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20090513 Termination date: 20121206 |