CN101895453B - 共享型总线主从通讯模式下地址自动识别的握手方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种共享型总线主从通讯模式下地址自动识别的握手方法。本发明的握手方法，通过测量控制终端出厂地址对共享总线所需的测量控制终端的最大个数取模，并根据得到的模值确定相应的延时时长，使各测量控制终端在接收到主控制模块发送的超级命令后，可以顺序发送响应数据包，保证了大部分测量控制终端将地址正常上报给主控制模块；本发明还通过采用截断指数避让算法延时以及总线侦听方法进一步减小了发生总线冲突的机率。本发明方法使采用共享型总线主从通讯模式的设备进行现场安装时，简化了安装人员的操作步骤，提高了工作效率，同时节省了地址设定设备。
Description
技术领域
本发明涉及工业现场共享型总线通讯技术领域，尤其涉及采用主从方式需对从模块进行手工地址设定的总线通讯技术领域。
背景技术
在工业测量控制现场，一般采用主从模式的通讯机制，即一个主控制模块，通过共享型总线(如RS485，RS422等)与多个测量控制终端通讯，主控制模块通过命令包协议中指定地址与总线上的特定测量控制终端进行通讯。共享总线上的所有测量控制终端收到主控制模块发出的命令包后，对其中的地址部分进行判断，如果与自己的地址相符，则处理该命令，回复响应数据包，否则则简单丢弃该命令包。采用共享型总线主从通讯模式的设备在现场安装时，主控制模块不知道共享总线上各测量控制终端的地址。传统的做法为：出厂时设定主控制模块对确定的若干个地址进行通讯；现场安装时，安装人员对测量模块进行地址设定，将地址设置成事先确定的地址，比如从地址0到地址10。因此安装人员需携带设置地址所需的设备；且现场设定地址时只能设定为事先约定好的地址值，对安装人员有较高的技术素质要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种共享型总线主从通讯模式下地址自动识别的握手方法，从而使采用共享型总线主从通讯模式的设备进行现场安装时，简化安装人员的操作步骤，提高工作效率。
为了实现上述目的，在出厂前对所有测量控制终端进行地址设置，所有地址设定在一个线性空间内，且互不相同；现场安装时，主控制模块向共享总线上的所有测量控制终端发送握手指令(本发明使用自定义的超级命令)，测量控制终端将自身地址上报给主控制模块，主控制模块收到上报的地址后向该测量控制终端发出确认信号，整个握手过程完成，可以进行正常通讯，从而实现了共享总线上各测量控制终端的地址自动识别。在握手过程中，为了实现不同测量控制终端上报自身地址时的相互避让，本发明以各从模块的实际地址值对该共享总线所需的测量控制终端的最大个数取模，得到的模的数值乘以一个预先设定的单位时间作为各测量控制终端发送握手命令响应数据包的延迟时间。该单位时间的选取应大于一个响应数据包在共享总线的传输时间。具体的说，本发明技术方案如下：
一种共享型总线主从通讯模式下地址自动识别的握手方法，其特征在于，包括以下各步骤：
A、主控制模块向共享总线上所有的测量控制终端发送超级命令；
B、接收到超级命令的各测量控制终端分别进行相应的延时后，向主控制模块发送包含自身地址的响应数据包；延时的时长T按照下式得到：
T＝TimePieceVal×(Addr％MaxNo)
其中，TimePieceVal表示预先设定的一个大于响应数据包在共享总线的传输时间的单位时间，Addr表示该测量控制终端在出厂时预先设定的地址值，且各测量控制终端的地址互不相同，MaxNo表示该共享总线所需的测量控制终端的最大个数；
C、主控制模块接收到响应数据包后，提取响应数据包中的地址，并向该地址发送确认数据包；
D、测量控制终端接收确认数据包，握手过程结束，主控制模块与测量控制终端之间进行正常通讯。
本发明中MaxNo(共享总线所需的测量控制终端的最大个数)的取值取决于实际项目需要，且受限于该共享总线的驱动能力。
采用上述技术方案时，可能存在两个或两个以上的测量控制终端地址值对共享总线所需的测量控制终端的最大个数取模得到的模值相同的情况，此时模值相同的测量控制终端会同时发送响应数据包，从而发生总线冲突，主控制模块不能接收到响应数据包，也不会发送确认数据包，导致握手过程失败。为解决此问题，可以采用随机避让算法，使没有收到确认数据包的测量控制终端尝试多次发送响应数据包；本发明在进行随机避让之前，为了确保总线上所有测量控制终端第一次响应数据包发送完成，需进行延时，延时时间为TimePieceVal×(MaxNo-(Addr％MaxNo))。
上述随机避让算法，可以采用截断指数避让算法、简单随机延时算法等，本发明采用了截断指数避让算法，即发生冲突的测量控制终端第一次从0和1中随机选取一个值，以该值乘以单位时间得到的时间值进行延时，然后发送响应数据包；如仍未收到确认数据包，则第二次从0，1，2，3中随机选取一个值，以该值乘以单位时间得到的时间值进行延时，再次发送响应数据包；如仍未收到确认数据包，则第三次从0，1，2，3，4，5，6，7中随机选址一个值，以该值乘以单位时间得到的时间值进行延时，再次发送响应数据包。即每次从0到2m-1中随机取一个值，乘以单位时间进行延时避让。其中m的取值为一个有限值，因此称为截断指数避让算法延时。
综上所述，对因地址值对共享总线所需的测量控制终端的最大个数取模得到的模值相同而产生总线冲突的测量控制终端，采用截断指数避让算法延时并再次发送响应数据包；具体而言，即步骤D包含以下各步骤：
D1、测量控制终端发送数据包后等待一段固定的时间k，检查是否收到主控制模块发送的确认数据包，如收到，则握手过程结束，主控制模块与该测量控制终端之间进行正常通讯；如未收到，则转步骤D2；
D2、测量控制终端继续等待一段时间t0后，向主控制模块发送包含自身地址的响应数据包；如在固定的时间k内未收到确认数据包，则转至步骤D3进行随机避让；该t0的等待时间用以保证总线上所有模块的第一次响应数据包已经完成发送；等待时间t0按照如下公式确定；
t0＝TimePieceVal×(MaxNo-(Addr％MaxNo))
其中，TimePieceVal表示预先设定的一个大于响应数据包在共享总线的传输时间的单位时间，Addr表示该测量控制终端在出厂时预先设定的地址值，且各测量控制终端的地址互不相同，MaxNo表示该共享总线所需的测量控制终端的最大个数；
D3、测量控制终端继续等待一段时间t1后，向主控制模块发送包含自身地址的响应数据包；如在固定的时间k内未收到确认数据包，则继续等待一段时间t2后，再次向主控制模块发送包含自身地址的响应数据包；如在固定的时间k内未收到确认数据包，则继续等待一段时间t3后，再次向主控制模块发送包含自身地址的响应数据包，依此类推，直到该测量控制终端收到确认数据包或随机避让尝试次数m达到预先设定的最大次数MaxLevel，如收到确认数据包，则握手过程结束，主控制模块与测量控制终端之间进行正常通讯；如随机避让尝试次数m达到预先设定的最大次数MaxLevel，则本次握手失败，转至步骤A；预先设定步骤A到步骤D的最大重复尝试次数为MaxRC，如尝试次数达到MaxRC后测量控制终端仍旧未收到确认数据包，则该测量控制模块不能参与后续共享总线上的通讯，进行报警提醒安装人员检查；随机避让第m次尝试的等待时间tm按照如下公式确定：
tm＝TimePieceVal×SlotNo
其中，TimePieceVal表示预先设定的一个大于响应数据包在共享总线的传输时间的单位时间，SlotNo表示从0到(2m-1)之间取的一个随机整数值。
为了进一步减少总线冲突机率，本发明在测量控制终端发送响应数据包前，先对共享总线进行侦听，如总线空闲，则进行响应数据包的发送；如总线上有数据传输，则等待一段时间后再次进行侦听，直到总线空闲时，发送响应数据包。
本发明的握手方法，通过测量控制终端出厂地址对共享总线所需的测量控制终端的最大个数取模，并根据得到的模值确定相应的延时时长，使各测量控制终端可以顺序发送响应数据包，保证了大部分测量控制终端能将地址正常上报给主控制模块；对模值相同的模块，通过采用截断指数避让算法进行随机延时，使其能将地址正常上报给主控制模块；测量控制终端发送响应数据包前进行总线侦听的方法进一步减小了发生总线冲突的机率。本发明方法使采用共享型总线主从通讯模式的设备进行现场安装时，简化了安装人员的操作步骤，提高了工作效率，同时节省了地址设定设备。
附图说明
图1为共享型总线主从通讯结构示意图；
图2为本发明具体实施方式的数据帧格式；
图3为本发明具体实施方式的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：
共享型总线主从通讯结构如图1所示，包括主控制模块1，共享型总线2和测量控制终端3。总线上测量控制终端可以有多个，其个数取决于实际项目需要，且受限于共享总线的驱动能力。
本具体实施方式以RS485共享型总线为例进行说明。
进行主从通讯时，主控制模块与测量控制终端之间首先按照如下步骤进行握手：
A、主控制模块向共享总线上所有的测量控制终端发送超级命令；
本具体实施方式中，所述超级命令、响应数据包及确认数据包的数据帧格式相同，具体如附图2所示，数据帧长度为16个字节，其中帧头、帧尾为预定义的特殊数值，用以表示一帧数据的开始与结束；地址部分为4个字节，高字节在前，低字节在后；命令部分为2个字节，分为主命令和副命令；数据区为固定6个字节，根据不同命令设置不同的含义的数值；校验部分采用16位CRC校验，其计算从地址字节4开始，到数据区的最后一个字节结束；超级命令中地址部分设置为16进制数0xFFFFFFFF，响应数据包中地址部分为发送该响应数据包的测量数据终端的实际地址，确认数据包中地址部分为从响应数据包中提取的测量数据终端的地址；超级命令、响应数据包及确认数据包中命令部分分别取不同数值；超级命令、响应数据包及确认数据包中数据区部分数值全部设置为0；
B、接收到超级命令的各测量控制终端分别进行相应的延时后，向主控制模块发送包含自身地址的响应数据包；延时的时长T按照下式得到：
T＝TimePieceVal×(Addr％MaxNo)
其中，TimePieceVal表示预先设定的大于响应数据包在共享总线的传输时间的一个单位时间，Addr表示该测量控制终端在出厂时预先设定的地址值，且各测量控制终端之间的地址互不相同，MaxNo表示该共享总线所需的测量控制终端的最大个数；
C、主控制模块接收到响应数据包后，提取响应数据包中的地址，并向该地址发送确认数据包；
D、测量控制终端接收确认数据包，握手过程结束，主控制模块与测量控制终端之间进行正常通讯；本步骤具体包括以下各步骤：
D1、测量控制终端发送数据包后等待一段固定的时间k，检查是否收到主控制模块发送的确认数据包，如收到，则握手过程结束，主控制模块与该测量控制终端之间进行正常通讯；如未收到，则转步骤D2；
D2、测量控制终端继续等待一段时间t0后，向主控制模块发送包含自身地址的响应数据包；如在固定的时间k内未收到确认数据包，则转至步骤D3进行随机避让；该t0的等待时间用以保证总线上所有模块的第一次响应数据包已经完成发送；等待时间t0按照如下公式确定；
t0＝TimePieceVal×(MaxNo-(Addr％MaxNo))
其中，TimePieceVal表示预先设定的一个大于响应数据包在共享总线的传输时间的单位时间，Addr表示该测量控制终端在出厂时预先设定的地址值，且各测量控制终端的地址互不相同，MaxNo表示该共享总线所需的测量控制终端的最大个数；
D3、测量控制终端继续等待一段时间t1后，向主控制模块发送包含自身地址的响应数据包；如在固定的时间k内未收到确认数据包，则继续等待一段时间t2后，再次向主控制模块发送包含自身地址的响应数据包；如在固定的时间k内未收到确认数据包，则继续等待一段时间t3后，再次向主控制模块发送包含自身地址的响应数据包，依此类推，直到该测量控制终端收到确认数据包或随机避让尝试次数m达到预先设定的最大次数MaxLevel，如收到确认数据包，则握手过程结束，主控制模块与测量控制终端之间进行正常通讯；如随机避让尝试次数m达到预先设定的最大次数MaxLevel，则本次握手失败，转至步骤A；预先设定步骤A到步骤D的最大重复尝试次数为MaxRC，如尝试次数达到MaxRC后测量控制终端仍旧未收到确认数据包，则该测量控制模块不能参与后续共享总线上的通讯，进行报警提醒安装人员检查；随机避让第m次尝试的等待时间tm按照如下公式确定：
tm＝TimePieceVal×SlotNo
其中，TimePieceVal表示预先设定的一个大于响应数据包在共享总线的传输时间的单位时间，SlotNo表示从0到(2m-1)之间取的一个随机整数值。
本具体实施方式中，握手开始时将握手处理结果标志handShakeSuccess设置为FALSE，如测量控制终端收到确认数据包，则将握手处理结果标志handShakeSuccess设置为TRUE；RetryCounter记录测量控制终端尝试握手的次数；InnerCounter记录测量控制终端随机避让尝试的次数，每随机避让一次，则InnerCounter的值加1；如果InnerCounter的值达到预先设定的最大值，仍未收到主控制模块的响应数据包，则此次握手失败，将RetryCounter加1等待主控制模块下一个握手超级命令，再次进行握手尝试。
本具体实施方式中，测量控制终端在发送响应数据包前，对共享总线进行侦听，等待总线空闲时再发送数据。进入总线侦听时先设置标志busRecvData为FALSE，该标志表示总线上是否有数据收发，在总线收发中断处理函数中收到每个字节均会将该标志设置为TRUE。将该标志设为FALSE后延迟一定时间检测该标志是否仍旧为FALSE，如果是则表明当前总线上没有数据收发，否则则重新将该标志为设为FALSE，重新延时检测。为防止检测时间发生在两帧数据间隔，可以将上述过程重复一次，如果总线上仍旧没有数据收发，则认为当前总线空闲，退出总线侦听，可进行响应数据包的发送。上述提到的延迟时间，需根据总线波特率和数据帧的长度进行计算。例如共享总线采用9600bps的波特率，其中8位数据位，1位停止位，无奇偶校验位的情况下，16字节的数据理论发送时间为15毫秒，则可将上述延迟时间取为5毫秒。
当握手处理退出，测量控制终端通过握手结果标志handshakeSuccess判断握手是否成功，如果成功，则进入程序主循环正常工作；否则则说明其地址未能成功上报给主控制模块，需进行报警提醒安装人员。
本发明的握手方法完整流程参见附图3。
以上只是描述了本发明的其中一种实施方式，由本发明引申出的其它实施方式，也属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种共享型总线主从通讯模式下地址自动识别的握手方法，其特征在于，包括以下各步骤：
A、主控制模块向共享总线上所有的测量控制终端发送超级命令；
B、接收到超级命令的各测量控制终端分别进行相应的延时后，向主控制模块发送包含自身地址的响应数据包；延时的时长T按照下式得到：
T＝TimePieceVal×(Addr％MaxNo)
其中，TimePieceVal表示预先设定的一个大于响应数据包在共享总线的传输时间的单位时间，Addr表示该测量控制终端在出厂时预先设定的地址值，且各测量控制终端的地址互不相同，MaxNo表示该共享总线所需的测量控制终端的最大个数；
C、主控制模块接收到响应数据包后，提取响应数据包中的地址，并向该地址发送确认数据包；
D、测量控制终端接收确认数据包，握手过程结束，主控制模块与测量控制终端之间进行正常通讯；所述步骤D包括以下步骤：
D1、测量控制终端发送数据包后等待一段固定的时间k，检查是否收到主控制模块发送的确认数据包，如收到，则握手过程结束，主控制模块与该测量控制终端之间进行正常通讯；如未收到，则转步骤D2；
D2、测量控制终端继续等待一段时间t0后，向主控制模块发送包含自身地址的响应数据包；如在固定的时间k内未收到确认数据包，则转至步骤D3进行随机避让；该t0的等待时间用以保证总线上所有测量控制终端的第一次响应数据包已经完成发送；等待时间t0按照如下公式确定；
t0＝TimePieceVal×(MaxNo-(Addr％MaxNo))
其中，TimePieceVal表示预先设定的一个大于响应数据包在共享总线的传输时间的单位时间，Addr表示该测量控制终端在出厂时预先设定的地址值，且各测量控制终端的地址互不相同，MaxNo表示该共享总线所需的测量控制终端的最大个数；
D3、测量控制终端继续等待一段时间t1后，向主控制模块发送包含自身地址的响应数据包；如在固定的时间k内未收到确认数据包，则继续等待一段时间t2后，再次向主控制模块发送包含自身地址的响应数据包；如在固定的时间k内未收到确认数据包，则继续等待一段时间t3后，再次向主控制模块发送包含自身地址的响应数据包，依此类推，直到该测量控制终端收到确认数据包或随机避让尝试次数m达到预先设定的最大次数MaxLevel，如收到确认数据包，则握手过程结束，主控制模块与测量控制终端之间进行正常通讯；如随机避让尝试次数m达到预先设定的最大次数MaxLevel，则本次握手失败，转至步骤A；预先设定步骤A到步骤D的最大重复尝试次数为MaxRC，如尝试次数达到MaxRC后测量控制终端仍旧未收到确认数据包，则该测量控制终端不能参与后续共享总线上的通讯，进行报警提醒安装人员检查；随机避让第m次尝试的等待时间tm按照如下公式确定：
tm＝TimePieceVal×SlotNo
其中，TimePieceVal表示预先设定的一个大于响应数据包在共享总线的传输时间的单位时间，SlotNo表示从0到(2m-1)之间取的一个随机整数值。
2.如权利要求1所述共享型总线主从通讯模式下地址自动识别的握手方法，其特征在于，测量控制终端在发送响应数据包前，先对共享总线进行侦听，如总线空闲，则进行响应数据包的发送；如总线上有数据传输，则等待一段时间后再次进行侦听，直到总线空闲时，发送响应数据包。
3.如权利要求1所述共享型总线主从通讯模式下地址自动识别的握手方法，其特征在于：所述超级命令、响应数据包及确认数据包的数据帧格式相同，数据帧长度为16个字节，其中帧头、帧尾为预定义的特殊数值，用以表示一帧数据的开始与结束；地址部分为4个字节，高字节在前，低字节在后；命令部分为2个字节，分为主命令和副命令；数据区为固定6个字节，根据不同命令设置不同的含义的数值；校验部分采用16位CRC校验，其计算从地址字节4开始，到数据区的最后一个字节结束；超级命令中地址部分设置为16进制数0xFFFFFFFF，响应数据包中地址部分为发送该响应数据包的测量控制终端的实际地址，确认数据包中地址部分为从响应数据包中提取的测量控制终端的地址；超级命令、响应数据包及确认数据包中命令部分分别取不同数值；超级命令、响应数据包及确认数据包中数据区部分数值全部设置为0。
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