CN102111297B - 串口设备控制方法、系统以及装置和设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种串口设备控制方法、系统以及装置和设备，主控设备通过主控串口装置和若干被控设备通过被控串口装置环形串联；控制过程包括：主控串口装置向下游的被控串口装置发送控制信号；被控串口装置接收到上游的主控串口装置或被控串口装置发送的控制信号时，从控制信号中解析出所属被控设备对应的时隙中的下行数据转给所属的被控设备，将所属被控设备发送给主控设备的上行数据写入对应时隙中，向下游的被控或主控串口装置发送；主控串口装置接收到控制信号后转给主控设备来获取其中携带的各被控设备发送的上行数据。通过串口装置环形串接，实现了主控设备对大量的被控设备的管理控制，结构设计简单、实现方便。

Description

串口设备控制方法、系统以及装置和设备

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，尤指一种串口设备控制方法、系统以及装置和设备。

背景技术

现有交换设备中，基本都是采用串口管理和控制，这种控制接口是采用点对点的传输方式的。因此，一台PC一般只能连接到一个交换设备上对其进行管理控制，这无疑对大规模的交换设备管理控制带来了不便。现有技术中解决这一问题的方法有两种：

一种是采用串口路由器实现对串口设备的控制管理，该方式将PC用网线连接到一台专用的路由器上，多台交换设备的串口分别通过特殊的串口线也连接到此路由器上，使用接口转换芯片将串口数据转换为以太网数据发送给CPU，用户使用PC通过网络登录到此路由器，从CPU获取数据，对路由器下挂的各个串口设备进行管理控制。这种做法一台串口路由器只能支持有限的串口设备，对大规模设备管理控制的应用有很大的限制。可见，这种星形结构的集中管理架构设计比较复杂，无法同时下挂较多的设备，而且需要投入的成本很高；由于对于多个串口的管理实现困难，实用性不强。

另一种是采用web管理的方式，该方式通过USB HUB在PC上扩展出多路串口，每个USB HUB的USB接口都连接一个用于连接交换设备串口的USB转串口线；用户直接通过网络登录到各交换设备上，通过交换设备的网页管理界面对交换设备进行管理，这种方式需要交换设备支持web管理模式，对设备的要求较高，而且无法通过web管理来获取到启动信息，因为web管理模式只能在设备已经初始化完成的情况下才能使用，所以控制功能不完整。这种星型集中式的串口设备控制方式，模型搭建复杂，不易于使用，且扩展数量受到USB HUB的限制，一般可扩展数量很小，对于大规模使用时需要多级串接，应用过于复杂，实用性不强。

可见，现有技术中的星型结构的串口设备管理控制方式，无法有效的实现对大量串口设备的管理和控制，且其结构设计复杂、对设备要求高，导致成本投入高，不具有通用性和普遍适用性。

发明内容

本发明实施例提供一种串口设备控制方法、系统和装置、以及网络设备，用以解决现有技术中存在的无法实现大量串口设备的控制、系统结构复杂、成本投入高的问题。

一种串口设备控制方法，主控设备通过主控串口装置和若干被控设备通过被控串口装置环形串联；主控设备对被控设备进行控制的过程包括：

主控串口装置向下游的被控串口装置发送控制信号；所述控制信号中各数据位包含的与被控设备对应的时隙中携带主控设备发送给被控设备的下行数据；

被控串口装置接收到上游的主控串口装置或被控串口装置发送的控制信号时，从所述控制信号中解析出所属被控设备对应的时隙中的下行数据转给所属的被控设备，以及将所属被控设备发送给主控设备的上行数据写入对应时隙中，向下游的被控串口装置或主控串口装置发送；

主控串口装置接收到被控串口装置发送的控制信号后转给主控设备，主控设备获取其中携带的各被控设备发送的上行数据。

一种控制装置，包括：

生成模块，用于将主控设备发送给各被控设备的下行数据写入被控设备对应的时隙中，生成控制信号；

解析模块，用于从接收到的主控串口装置发送的控制信号中获取携带的各被控设备发送的上行数据。

一种串口装置，包括：上联模块、控制模块、发送模块和接收模块，当设置在被控设备上或与被控设备相连，作为被控串口装置使用时：

所述接收模块，用于接收上游的主控串口装置或被控串口装置发送的控制信号；

所述控制模块，用于接收到控制信号时，从所述控制信号解析出所属被控设备对应的时隙中的主控设备发送的下行数据；以及将所述上联模块获取的所属被控设备发送给主控设备的上行数据写入控制信号中所属被控设备对应的时隙中；

所述上联模块，用于将所述控制模块获取的主控设备发送的下行数据转给所属的被控设备处理；以及获取所属的被控设备发送给主控设备的上行数据，转给控制模块；

所述发送模块，用于向下游的被控串口装置或主控串口装置发送控制信号。

一种被控设备，包括：上述的串口装置。

一种主控设备，包括：上述的控制装置和/或上述的串口装置。

一种串口设备控制系统，包括：主控设备、与主控设备相连的作为主控串口装置的上述的串口装置、若干被控设备、与各被控设备相连的作为被控串口装置的上述的串口装置；其中，主控设备包括上述的控制装置，并通过主控串口装置和所述若干被控设备通过被控串口装置环形串接。

一种串口设备控制系统，包括：上述的包括控制装置和串口装置的主控设备、以及若干上述的被控设备；其中，主控设备和所述若干被控设备通过各自的串口装置环形串接。

本发明有益效果如下：

本发明实施例提供的串口设备控制方法、系统以及装置和设备，主控串口装置向环形串接的下游的被控串口装置发送控制信号，被控串口装置接收到上游的主控串口装置或被控串口装置发送的控制信号时，从控制信号中解析出所属被控设备对应的时隙中的下行数据，以及将所属被控设备发送给主控设备的上行数据写入对应时隙中，向下游的被控串口装置或主控串口装置发送；直至主控串口装置接收到被控串口装置发送的控制信号后转给主控设备，主控设备便可以获取其中携带的各被控设备发送的上行数据。通过环形串接和通过不同的时隙携带不同被控设备的相关数据的方式，实现了主控设备对被控设备的控制，其主控设备可串接的被控设备的数量不再受限于路由器或HUB的接口数量，可以实现对大量串口设备的管理控制；该方法只需要使用串口装置替换原有串口或在原有串口基础上连接一个串口装置即可以实现，结构设计简单、无需增加大量外设、操作方便，成本投入低；该方法采用简单的硬件改进实现，兼容性强，稳定高，且具有良好的可扩展性。

附图说明

图1为本发明实施例中串口设备控制系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中串口装置的结构示意图；

图3为本发明实施例中拓扑查询的流程图；

图4为本发明实施例中八位数据帧的格式示意图；

图5为本发明实施例中拓扑通告的流程图；

图6为本发明实施例中串口设备控制方法的流程图；

图7为本发明实施例中八位数据帧划分时隙后的格式示意图；

图8为本发明实施例中串口装置的具体结构示意图；

图9为本发明实施例中控制装置的具体结构示意图。

具体实施方式

针对现有技术中，使用串口的设备无法通过串口实现对大量设备的管理的问题，本发明实施例提供一种串口设备控制系统，该系统中主控设备和被控设备通过各自的串口形成环形架构，实现大量串口设备的环形串接，从而实现通过一个主控设备对大量串口设备的控制。

本发明实施例提供一种串口设备控制系统，如图1所示，该系统包括主控设备、若干被控设备、与主控设备相连的主控串口装置、与被控设备相连的被控串口装置，其中主控设备通过主控串口装置和若干被控设备通过被控串口装置环形串联起来，形成环形系统架构。其中主控设备可以是PC或其他网络设备。主控设备中可以设置有控制装置，来实现生成主控设备发送的信号以及解析接收到的信号。

其中，主控串口装置包括接收接口、发送接口和上联接口，分别与上游的被控设备、下游的被控设备、以及所属的主控设备进行信息交互。被控串口装置包括接收接口、发送接口和上联接口，分别与上游的被控设备或被控设备、下游的被控设备或主控设备、以及所属的被控设备进行信息交互。

上述图1所示的系统，主控串口装置可以如图中所示的独立于主控设备之外，被控串口装置也可以如图1中所示的独立于被控设备之外，主控串口装置和被控串口装置通过网线连接，组成环形串接架构，然后主控设备可以通过自身原有的串口与主控串口装置中的上联接口连接，被控设备也可以通过自身原有的串口与被控串口装置中的上联接口连接。

可选的，主控串口装置可以设置在主控设备中，被控串口装置可以设置在被控设备中，代替设备被原有的串口，当组建组件串口设备控制系统时，将主控设备和被控设备通过各自的串口装置采用网线环形串联起来，组成一个包括主控设备和若干被控设备的串口控制系统，该串口控制系统的主控设备中包括图1所示的主控串口装置，被控设备包括图1所示的被控串口装置。

上述图1所示的系统中，主控串口装置和被控串口装置的结构是类似的，如图2所示，包括：上联模块、控制模块、发送模块和接收模块。

其中，作为主控串口装置时，上联模块与所属的主控设备进行数据交互；控制模块实现对主控设备发送的信号和接收到的各被控设备发送的信号的传输；发送模块向下游的被控设备发送信号；接收模块接收上游的被控设备发送的信号。

作为被控串口装置时，上联模块与所属的被控设备进行数据交互；控制模块实现对接收到的上游的被控设备或主控设备发送的信号的处理，以及对发送给下游的被控设备或主控设备的信号的处理；发送模块向下游的主控设备或被控设备发送信号；接收模块接收上游的主控设备或被控设备发送的信号。

上述如图1所示的系统，通过上联接口、发送接口和接收接口三个对外接口，实现主控设备和被控设备的数据在环形通路中的交互，只需要通过网线将发送接口与另一个设备的接收接口连接，将上联接口与所属的设备连接，即可实现主控设备与若干被控设备间的环形数据传输，其数据传输方向是单向的，即一个设备的发送接口发送下一个设备的接收接口接收。通过时隙来区分归属于不同的设备的数据，从而实现对多个设备的管理，无需增加额外成本。

在上述图1所示的系统搭建完成后，如果预先未配置各个设备的ID和系统中主控设备和被控设备的数量，则可以先由主控设备发起拓扑查询流程，在拓扑查询之后发起拓扑通告流程。如果在系统搭建时预先配置了系统中各个设备的ID并配置了系统中的主控设备和被控设备的数量，则可以直接执行主控设备对被控设备的控制流程。

也就是说，上述拓扑查询、拓扑通告的过程是可选的。当包含这两个过程时，设置发送的信号的第一个数据位的第一个时隙为性质标识时隙，主控串口装置在性质标识时隙中添加信号性质标识，来标识发送的信号为控制信号、拓扑查询信号或拓扑通告信号。

主控串口装置和被控串口装置通过性质标识时隙识别接收到的信号是控制信号、拓扑查询信号或拓扑通告信号。

下面分别具体说明上述拓扑查询、拓扑通告和串口设备控制的实现流程。

主控设备发起的拓扑查询流程如图3所示，执行步骤如下：

步骤S11：主控串口装置发送拓扑查询信号给下游的被控串口装置。

系统搭建完成后，主控串口装置发送携带主控设备的设备标识值的拓扑查询信号给下游的被控串口装置，并设置主控设备的设备标识为携带的设备标识值。

系统拓扑结构改变时，主控串口装置也会发送携带设置的设备标识值的拓扑查询信号给下游的被控串口装置，以便重新查询系统中的设备数量，并通知系统中各被控设备的被控串口装置重新设置所连接的被控设备的设备标识值。

发送的拓扑查询信号可以采用标准的八位串口数据帧格式，按照每八位一组的方式组帧发送数据。其中八位数据帧格的格式如图4所示，包括位于起始位和结束位之间的8个数据位。

由于传输拓扑查询信号时，不需要划分时隙传输数据，因此，第一个数据位的第一个时隙等价于第一个数据位。即此时第一个数据位(图4中所示的第一位)用于表示该信号为拓扑查询信号，例如设置第一个数据位的值为1，用于标识信号为拓扑查询信号。然后使用拓扑查询信号中除的第一个数据位之外的其他数据位携带设备标识值。

例如：如图1所示的系统中，在系统建立完成，上电默认状态时，设备ID为0，表示设备未配置。主控设备将自身的设备标识值(简称设备ID)设置为1，将发送的拓扑查询信号的第一个数据位设置为1，剩下的7个数据位的承载主控设备的标识值1，向相邻的被控设备发送。

步骤S12：被控串口装置接收拓扑查询信号，解析出其中携带的设备标识值。

被控串口装置接收到信号后，根据第一个数据位确定是拓扑查询信号，解析出其他数据位携带的设备标识值。

一般通过将第一个数据位设置为1标识信号为拓扑查询信号或拓扑通告信号，被控设备接收到第一个数据位为1的信号时，认为是拓扑查询信号，在接收到第一个数据位为1的信号后，紧接着再次接收到第一个数据位为1的信号时，即连续两次接收到第一个数据位为1的信号时，认为第二次接收到的信号为拓扑通告信号。

例如：图1所示的系统中，与主控设备相邻的被控设备解析出接收到的主控设备发送的拓扑查询信号中的设备标识值为1。该被控设备的下游被控设备接收到该被控设备发送的拓扑查询信号中的设备标识值为2等等。

步骤S13：设置所属被控设备的设备标识为解析出的设备标识值加1。

被控设备根据所连接的被控串口装置接收到的拓扑查询信号中的设备标识值，将自身的设备标识值设为解析出的拓扑查询信号中的设备标识值加1。

步骤S14：将拓扑查询信号中的设备标识值加1，向下游的被控设备接口或主控设备接口发送。

被控串口装置将接收到的拓扑查询信号中的设备标识值加1后向下游的被控设备接口或主控设备接口。

例如图1所示的系统中，与主控串口装置的接收接口连接的被控串口装置向下游的主控设备接口发送拓扑查询信号，其他的被控串口装置向下游的被控设备接口发送拓扑查询信号。

上述步骤S13和步骤S14的执行顺序不分先后，可以互换。

步骤S15：主控串口装置接收拓扑查询信号转给主控设备。

步骤S16：主控设备获取其中包含的设备标识值确定环形串接的主控设备和被控设备的数量。

主控串口装置接收到被控串口装置发送的拓扑查询信号后装给主控设备，主控设备也是根据信号的第一个数据位识别出是拓扑查询信号，对接收到的拓扑查询信号信号进行解析，从其他数据位中解析出携带的设备标识值，即为系统中的主控设备和被控设备的数量，并发送给主控设备记录。

上述过程中主控设备通过主控串口装置逐级向被控设备发送拓扑查询信号的不仅传输方式，通过环路获取环形架构中的设备总数量。

上述图1所示的系统中，配置完成后，设备ID为1的为主控设备，大于1的为被控设备。

主控设备确定环形串接的主控设备和被控设备的数量后，发起的拓扑通告流程如图5所示，执行步骤如下：

步骤S21：主控串口装置向下游的被控串口装置发送包含环形串接的主控设备和被控设备数量的拓扑通告信号。

拓扑通告信号的数据格式与拓扑查询信号相同，主控设备可以将接收到的拓扑查询信号不作处理，直接作为拓扑通告信号发送，其中第一数据位为标识位，表示该信号为拓扑通告信号，使用拓扑查询信号中除的第一个数据位之外的其他数据位携带环形串接的主控设备和被控设备的数量。

步骤S22：被控串口装置接收到拓扑通告信号。

被控串口装置接收到信号后，根据第一个数据位确定是拓扑通告信号。

即当解析出的第一个数据位的标识为拓扑通告信号的标识，且是在接收到包含该标识的信号后连续接收到的信号，则确定该信号为拓扑通告信号，该携带的数据为系统中环形串接的主控设备和被控设备的数量。

例如：在接收到第一个数据位为1的信号后，再次接收到第一个数据位为1的信号时，即连续两次接收到第一个数据位为1的信号时，认为第二次接收到的信号为拓扑通告信号。

步骤S23：通知自身所属的被控设备记录环形串接的主控设备和被控设备的数量。

步骤S24：向下游的被控串口装置或主控串口装置发送拓扑通告信号。

此时，当解析出的除第一个数据位之外的其他数据为携带的数据大于自身所属被控设别的设备标识时，被控串口装置不再更改信号中的信息，直接向下游的设备串口发送。

步骤S25：主控串口装置接收到拓扑通告信号后转给主控设备。

可选的，主控设备和主控串口装置均可以记录拓扑通告完成。

上述串口设备控制系统中，主控设备对被控设备进行控制的方法流程，如图6所示，执行步骤如下：

步骤S31：主控串口装置向下游的被控串口装置发送控制信号。

其中，控制信号中各数据位包含的与被控设备对应的时隙中携带主控设备发送给被控设备的下行数据。

主控串口装置向下游的被控串口装置发送控制信号，具体包括：

主控串口装置获取主控设备发送给被控设备的控制信号；其中，控制信号中分配给各被控设备使用的数据时隙中携带发送给被控设备的下行数据；或控制信号中分配给各被控设备使用的数据时隙中携带发送给被控设备的下行数据，且控制信号中分配给各被控设备的标识时隙中携带表示该被控设备对应的数据时隙中是否包含有下行数据的存在标识。主控串口装置向被控串口装置发送获取的控制信号。

控制信号有主控设备中的控制装置生成，具体是将主控设备发送给各被控设备的下行数据写入控制信号中分配给被控设备使用的数据时隙中，通过主控串口装置向被控串口装置发送控制信号；或将主控设备发送给各被控设备的下行数据写入控制信号中分配给被控设备使用的数据时隙，并将表示该被控设备对应的数据时隙中是否包含有下行数据的存在标识写入控制信号中分配给该被控设备的标识时隙中。

上述在发送控制信号时，由于主控设备需要针对系统中所有的被控设备发送控制信号，因此，将上述图4所示的八位数据帧中的每一各数据位进行时隙划分，划分时隙后的数据帧格式如图7所示，此时，一个数据位不再只代表一个数据值，而是代表一个数据组，后续被控串口装置接收到控制信号时，在解析出每一位数据后，将整个位的波形向后传输，而不是只采样一个点的数据来传输。每一位的波形再由后面的信号合成采集模块进行时隙解析。

在对发送的控制信号进行时隙划分时，控制信号中每个数据位需划分的时隙数量根据环形串接的被控设备的数量确定。也就是主控设备根据环形串接的被控设备的数量确定控制信号的每个数据位需划分的时隙数量。被控串口装置根据环形串接的被控设备的数量和设置的所属被控设备的设备标识确定控制信号中分配给所属被控设备的时隙。

例如：每个数据位划分为n个时隙，其中划分出的时隙的数量n根据系统中被控设备的数量确定，假设被控设备的数量为m，则n不小于2m+1，一般选n＝2m+1。划分出的第一时隙预留用作信号性质标识，当需要区分信号性质时，通过该时隙标识，例如将该时隙设置为0来标识信号为控制信号，而非拓扑查询信号或拓扑通告信号；将该时隙设置为1来标识信号为拓扑查询信号或拓扑通告信号。划分出的第二时隙至第n时隙分配给各个被控设备，例如：第二、三时隙分配给第一个被控设备(设备标识ID为2的被控设备)，第四、五时隙分配给第二个被控设备(设备标识ID为3的被控设备)，......，依此类推，为每个被控设备分配两个时隙。

其中分配给每个被控设备的第一个时隙用做标识时隙、第二个时隙用作数据时隙，数据时隙用于承载主控设备发送给被控设备的下行数据以及被控设备发送个主控设备的上行数据，标识时隙用于该被控设备对应的数据时隙中是否包含有下行数据或上行数据。

在实际使用时，可以根据需要确定是否使用标识时隙，当不使用标识时隙时，主控串口装置获取到下行数据时，将发送给各个被控设备的下行数据分别写入分配给各设备的时隙中，具体是写入分配给各被控设备的数据时隙中。当使用标识时隙时，再数据时隙写入数据时，还在标识时隙中添加存在标识。

步骤S32：被控串口装置接收到上游的主控串口装置或被控串口装置发送的控制信号。

被控串口装置根据在系统架构中所处的不同位置，接收其上游的主控串口装置或上游的被控串口装置发送的控制信号。

步骤S33：从控制信号中解析出所属被控设备对应的时隙中的下行数据转给所属的被控设备。

针对是否使用标识时隙的两种情况，从控制信号中解析出所属被控设备对应的时隙中的下行数据，具体包括：

被控串口装置从控制信号中所属被控设备对应的数据时隙中解析该发送给该被控设备的下行数据；或被控串口装置从控制信号中所属被控设备对应的标识时隙中解析出携带的存在标识，若根据存在标识确定所属被控设备对应的数据时隙中包含发送给该被控设备的下行数据时，解析在所属被控设备对应的数据时隙中携带的下行数据。

被控串口装置解析出下行数据后，将下行数据转给所属的被控设备处理。

例如：设备ID为2的被控设备接收到主控设备发送的控制信号后，从控制信号八个数据位的八个第二时隙中获取存在标识，以确定相应的第三时隙重是否存在下行数据，当存在下行数据时，获取第三时隙的下行数据。或者设备ID为2的被控设备接收到主控设备发送的控制信号后，直接到控制信号八个数据位的八个第三时隙中获取存在的数据。其他被控设备接收到控制信号后的处理过程相同。

步骤S34：将所属被控设备发送给主控设备的上行数据写入对应时隙中，向下游的被控串口装置或主控串口装置发送。

针对是否使用标识时隙的两种情况，将所属被控设备发送给主控设备的上行数据写入对应时隙，具体包括：

被控串口装置获取被控设备发送给主控设备的上行数据。

将获取的上行数据写入控制信号中分配给该被控设备使用的数据时隙中；或将获取的上行数据写入控制信号中分配给该被控设备使用的数据时隙，并将表示该被控设备对应的数据时隙中是否包含有上行数据的存在标识写入控制信号中分配给该被控设备的标识时隙中。

例如：设备ID为2的被控设备接收到主控设备发送的控制信号后，并解析出下行数据后，将获取的上行数据写入八个数据位的八个第三时隙中，还可以在控制信号八个数据位的八个第二时隙中添加存在标识，来表示第三个数据位中存在上行数据，其他被控设备接收到控制信号后的处理过程相同。

也就是说，上述步骤S33和步骤S34中，每个被控设备按照各自的设备ID分别对接收到的控制信号的相应时隙进行读写操作。

步骤S35：主控串口装置接收到被控串口装置发送的控制信号后转给主控设备。

控制信号在环形架构中发送一圈，最后回到主控串口装置。此时各个被控设备已经获取了将主控设备发送给各自的下行数据，并将自身发送给主控设备的上行数据添加到了控制信号中。主控串口装置会将接收到的控制信号转给主控设备处理。

步骤S36：主控设备获取控制信号中携带的各被控设备发送的上行数据转给主控设备。

针对是否使用标识时隙的两种情况，获取其中携带的各被控设备发送的上行数据，具体包括：

主控设备从控制信号中各被控设备对应的数据时隙中解析各被控设备发送的上行数据；或主控串口装置从控制信号中各被控设备对应的标识时隙中解析出包含的存在标识，根据解析出的存在标识确定各被控设备对应的数据时隙中是否有上行数据，解析出确定有上行数据的数据时隙中的上行数据。

本发明的上述控制流程，其原理在于按照时隙插值解析实现对多个被控设备的控制，通过对环路中的信号数据合成，实现集中式的串口设备管理模块设计，其中时隙的划分方式不限于上述例举的方式。

根据本发明实施例提供的上述方法及系统，其中串口装置的具体结构如图8所示，该串口装置可以作为被控串口装置单独设置或设置在被控设备中，该串口装置也可以作为主控串口装置单独设置或设置在主控设备中，该主控串口装置包括：接收模块10、控制模块20、上联模块30和发送模块40。

上述串口装置可以在与设备连接后，根据所连接的是主控设备还是被控设备，手动设置作为主控串口装置还是被控串口装置。优选的，上述串口装置与设备连接后，由包含的控制模块根据设置的串口装置所属设备的设备标识值自动确定串口装置作为主控串口装置或被控串口装置使用。

当上述串口装置设置在被控设备上或与被控设备相连，作为被控串口装置使用时：

接收模块10，用于接收上游的主控串口装置或被控串口装置发送的控制信号。

控制模块20，用于接收到控制信号时，从控制信号解析出所属被控设备对应的时隙中的主控设备发送的下行数据；以及将上联模块30获取的所属被控设备发送给主控设备的上行数据写入控制信号中所属被控设备对应的时隙中。

上联模块30，用于将控制模块20获取的主控设备发送的下行数据转给所属的被控设备处理；以及获取所属的被控设备发送给主控设备的上行数据，转给控制模块20。

发送模块40，用于向下游的被控串口装置或主控串口装置发送控制信号。

优选的，上述控制模块20，具体包括：解析单元201。

解析单元201，用于从控制信号中所属被控设备对应的数据时隙中解析发送给该被控设备的下行数据；或从控制信号中所属被控设备对应的标识时隙中解析出携带的存在标识，若根据存在标识确定所属被控设备对应的数据时隙中包含发送给该被控设备的下行数据时，解析在所属被控设备对应的数据时隙中携带的下行数据。

优选的，上述控制模块20，还包括：写入单元202。

写入单元202，用于将获取的上行数据写入控制信号中分配给该被控设备使用的数据时隙中；或将获取的上行数据写入控制信号中分配给该被控设备使用的数据时隙，并将表示该被控设备对应的数据时隙中是否包含有上行数据的存在标识写入所述控制信号中分配给该被控设备的标识时隙中。

优选的，上述控制模块20，还包括：识别单元203。

识别单元203，用于根据接收到的信号的第一个数据位的第一个时隙携带的性质识别标识来识别接收到的信号是控制信号、拓扑查询信号或拓扑通告信号。

优选的，上述串口装置，实现拓扑查询功能时，各模块的功能包括：

接收模块10，还用于接收上游的主控串口装置或被控串口装置发送的拓扑查询信号。

控制模块20，还用于接收到拓扑查询信号时，从拓扑查询信号中解析出携带的设备标识值，并将拓扑查询信号中的设备标识值加1，以及设置所属被控设备的设备标识为解析出的设备标识值加1。

发送模块40，还用于向下游的被控串口装置或主控串口装置发送控制模块处理后的拓扑查询信号。

优选的，上述串口装置，实现拓扑通告功能时，各模块的功能包括：

接收模块10，还用于接收上游的主控串口装置或被控串口装置发送的拓扑通告信号。

控制模块20，还用于接收到拓扑通告信号时，从拓扑通告信号中解析出携带的环形串接的主控设备和被控设备数量。

发送模块40，还用于向下游的被控串口装置或主控串口装置发送拓扑通告信号。

优选的，上述控制模块20，具体用于：根据环形串接的被控设备的数量和设置的所属被控设备的设备标识确定控制信号中分配给所属被控设备的时隙。

当上述串口装置设置在主控设备上或与主控设备相连，作为主控串口装置使用时：

上联模块30，用于获取所属主控设备生成的信号，以及将控制模块转发的信号转给所属的主控设备处理；上述信号包括控制信号、拓扑查询信号或拓扑通告信号。

控制模块20，用于将接收模块接收到的信号转给上联模块，将从上联模块获取的信号转给发送模块。

发送模块40，用于向下游的被控串口装置发送信号。

接收模块10，用于接收上游的被控串口装置发送的信号。

优选的，上述控制模块20，还用于：解析接收到的信号是控制信号、拓扑查询信号或拓扑通告信号，当上联模块30获取到所属主控设备生成的拓扑查询信号时，根据拓扑查询信号中携带的设备标识值设置主控设备的设备标识。具体通过解析信号的第一个数据位的第一个时隙来获取信号性质标识，确定接收到的信号是控制信号、拓扑查询信号或拓扑通告信号。

上述串口装置的发送模块、接收模块和上联模块可以采用硬件电路实现数据发送和接收，可以选用串口芯片直接实现。这些模块在实现数据传输时，还需要将控制模块发送的数字信号转换为符合串口传输的物理信号，将接收到的物理信号转换为控制模块能够识别的数字信号。

上述控制模块只要具备基本的通路选择和数据的采集功能即可，所以，可以使用CPLD来硬件编程实现，保证其运行的可靠性。

根据本发明实施例提供的上述方法及系统，其中控制装置的具体结构如图9所示，该控制装置可以单独设置或设置在主控设备中，该控制装置包括：生成模块60和解析模块70

生成模块60，用于将主控设备发送给各被控设备的下行数据写入被控设备对应的时隙中，生成控制信号。

优选的，上述生成模块60，具体用于：

将获取的下行数据写入控制信号中分配给被控设备使用的数据时隙中，将控制信号转给主控设备的主控串口装置；或将获取的下行数据写入控制信号中分配给被控设备使用的数据时隙，并将表示该被控设备对应的数据时隙中是否包含有下行数据的存在标识写入控制信号中分配给该被控设备的标识时隙中，将控制信号转给所述主控设备的主控串口装置。

解析模块70，用于从接收到的主控串口装置发送的控制信号中获取携带的各被控设备发送的上行数据。

优选的，上述解析模块70，具体用于：

从控制信号中各被控设备对应的数据时隙中解析各被控设备发送的上行数据；或从控制信号中各被控设备对应的标识时隙中解析出包含的存在标识，根据解析出的存在标识确定各被控设备对应的数据时隙中是否有上行数据，解析出确定有上行数据的数据时隙中的上行数据。

优选的，上述生成模块60，还用于：生成携带的设备标识值为主控设备的设备标识值的拓扑查询信号；相应的，上述解析模块70，还用于接收到拓扑查询信号时，获取其中包含的设备标识值确定环形串接的主控设备和被控设备的数量。

优选的，上述生成模块60，具体用于根据环形串接的被控设备的数量确定控制信号的每个数据位需划分的时隙数量。

优选的，上述生成模块60，还用于：在发送的信号的第一个数据位的第一个时隙写入信号性质标识，标识发送的信号为所述控制信号、拓扑查询信号或拓扑通告信号；相应的，上述解析模块70，还用于根据信号性质标识来识别接收到的信号是控制信号、拓扑查询信号或拓扑通告信号。

也就是说，本发明的主控设备中可以单独设备图8所示的串口装置和/或图9所示的控制装置。

综上所述，本发明实施例提供的串口设备控制系统可以有两种形式：

一种包括主控设备、与主控设备相连的作为主控串口装置的串口装置、若干被控设备、与各被控设备相连的作为被控串口装置的串口装置；此时，主控设备包括控制装置，并通过主控串口装置和所述若干被控设备通过被控串口装置环形串接。

另一种包括：包括控制装置和串口装置的主控设备、以及若干被控设备；此时被控装置中包括串口装置，且主控设备和若干被控设备通过各自的串口装置环形串接。

本发明实施例提供的上述串口设备控制方法及系统，构建环形的串口设备管理架构，通过设备环形串接和不同的时隙携带不同被控设备的相关数据的方式，每个被控设备可以获取到各自对应时隙的主控设备发送数据，并通过各自对应的时隙向主控设备发送数据，实现了主控设备对被控设备的控制，其主控设备可串接的被控设备的数量不再受限于路由器或HUB的接口数量，可以实现对大量串口设备的管理控制。

本发明实施例提供的上述串口设备控制方法及系统，采用简单的硬件电路实现对多台串口设备的控制，实现了串口设备的集中式管理，分散了处理能力，降低了整体串口管理系统的复杂性，使串口管理更加稳定、简单，且兼容性强，具有良好的可扩展性；只需要对串口进行改进即可以实现，结构设计简单、无需增加大量外设、多台设备之间只需用网线连接即可，操作方便，成本投入低；并且由于对处理能力要求降低，使得可控制的串口设备数量大大增加；解决传统串口设备集中式管理方案的容量小、成本高、连接复杂的缺点。

上述方式，主控串口装置和被控串口装置可以独立于设备之外设置，上联接口可以和现有的设备连接，可以直接兼容标准串口，其数据传输采用串口标准信号数据帧格式。由于其可以在现有交换设备的管理串口上使用，也可以作为内部设计直接设置在交换设备中，因此具有很强的通用性和普遍适用性，在使用上具有很强的灵活可变性。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (26)

1.一种串口设备控制方法，其特征在于，主控设备通过主控串口装置和若干被控设备通过被控串口装置环形串联；主控设备对被控设备进行控制的过程包括：

主控串口装置向下游的被控串口装置发送控制信号；所述控制信号中各数据位包含的与被控设备对应的时隙中携带主控设备发送给被控设备的下行数据；

被控串口装置接收到上游的主控串口装置或被控串口装置发送的控制信号时，从所述控制信号中解析出所属被控设备对应的时隙中的下行数据转给所属的被控设备，以及将所属被控设备发送给主控设备的上行数据写入对应时隙中，向下游的被控串口装置或主控串口装置发送；

主控串口装置接收到被控串口装置发送的控制信号后转给主控设备，主控设备获取其中携带的各被控设备发送的上行数据；

所述主控串口装置向下游的被控串口装置发送控制信号，具体包括：

所述主控串口装置获取主控设备发送给被控设备的控制信号；其中，

所述控制信号中分配给各被控设备使用的数据时隙中携带发送给被控设备的下行数据；或所述控制信号中分配给各被控设备使用的数据时隙中携带发送给被控设备的下行数据，且所述控制信号中分配给各被控设备的标识时隙中携带表示该被控设备对应的数据时隙中是否包含有下行数据的存在标识；

所述主控串口装置向被控串口装置发送获取的控制信号；

所述从所述控制信号中解析出所属被控设备对应的时隙中的下行数据，具体包括：

从所述控制信号中所属被控设备对应的数据时隙中解析发送给该被控设备的下行数据；或

从所述控制信号中所属被控设备对应的标识时隙中解析出携带的存在标识，若根据存在标识确定所属被控设备对应的数据时隙中包含发送给该被控设备的下行数据时，解析出在所属被控设备对应的数据时隙中携带的下行数据。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述将所属被控设备发送给主控设备的上行数据写入对应时隙，具体包括：

获取被控设备发送给主控设备的上行数据；

将获取的上行数据写入控制信号中分配给该被控设备使用的数据时隙中；或将获取的上行数据写入控制信号中分配给该被控设备使用的数据时隙，并将表示该被控设备对应的数据时隙中是否包含有上行数据的存在

标识写入所述控制信号中分配给该被控设备的标识时隙中；

所述获取其中携带的各被控设备发送的上行数据，具体包括：

从所述控制信号中各被控设备对应的数据时隙中解析各被控设备发送的上行数据；或

从控制信号中各被控设备对应的标识时隙中解析出包含的存在标识，根据解析出的存在标识确定各被控设备对应的数据时隙中是否有上行数据，解析出确定有上行数据的数据时隙中的上行数据。

3.如权利要求1-2任一所述的方法，其特征在于，设置发送的信号的第一个数据位的第一个时隙为性质标识时隙，所述主控设备在所述性质标识时隙中添加信号性质标识，来标识发送的信号为所述控制信号、拓扑查询信号或拓扑通告信号；

所述主控串口装置和被控串口装置通过信号性质标识识别接收到的信号是控制信号、拓扑查询信号或拓扑通告信号。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：

主控串口装置接收主控设备发送的携带设备标识值的所述拓扑查询信号，并发送给下游的被控串口装置，并设置自身的主控设备的设备标识为携带的设备标识值；

被控串口装置接收到拓扑查询信号时，解析出其中携带的设备标识值，并设置所属被控设备的设备标识为解析出的设备标识值加1，以及将所述拓扑查询信号中的设备标识值加1，向下游的被控设备接口或主控设备接口发送；

主控串口装置接收到被控串口装置发送的拓扑查询信号时转给主控设备，主控设备获取其中包含的设备标识值确定环形串接的主控设备和被控设备的数量。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，使用所述拓扑查询信号中除的第一个数据位之外的其他数据位携带所述设备标识值。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述确定环形串接的主控设备和被控设备的数量后，还包括：

主控串口装置向下游的被控串口装置发送包含环形串接的主控设备和被控设备数量的拓扑通告信号；

被控串口装置接收到拓扑通告信号时，通知自身所属的被控设备记录环形串接的主控设备和被控设备的数量并向下游的被控串口装置或主控串口装置发送；

主控串口装置接收到拓扑通告信号转给主控设备。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，使用所述拓扑查询信号中除的第一个数据位之外的其他数据位携带环形串接的主控设备和被控设备的数量。

8.如权利要6所述的方法，其特征在于，主控设备根据环形串接的被控设备的数量确定控制信号的每个数据位需划分的时隙数量；

被控串口装置根据环形串接的被控设备的数量和设置的所属被控设备的设备标识确定控制信号中分配给所属被控设备的时隙。

9.一种控制装置，其特征在于，包括：

生成模块，用于将主控设备发送给各被控设备的下行数据写入被控设备对应的时隙中，生成控制信号；

解析模块，用于从接收到的主控串口装置发送的控制信号中获取携带的各被控设备发送的上行数据；

所述生成模块，具体用于：

将获取的下行数据写入控制信号中分配给被控设备使用的数据时隙中，将控制信号转给所述主控设备的主控串口装置；或将获取的下行数据写入控制信号中分配给被控设备使用的数据时隙，并将表示该被控设备对应的数据时隙中是否包含有下行数据的存在标识写入控制信号中分配给该被控设备的标识时隙中，将控制信号转给所述主控设备的主控串口装置。

10.如权利要求9所述的控制装置，其特征在于，所述解析模块，具体用于：

从所述控制信号中各被控设备对应的数据时隙中解析各被控设备发送的上行数据；或

从控制信号中各被控设备对应的标识时隙中解析出包含的存在标识，根据解析出的存在标识确定各被控设备对应的数据时隙中是否有上行数据，解析出确定有上行数据的数据时隙中的上行数据。

11.如权利要求9所述的控制装置，其特征在于，所述生成模块，还用于：

生成携带的设备标识值为主控设备的设备标识值的拓扑查询信号；

相应的，所述解析模块，还用于接收到拓扑查询信号时，获取其中包含的设备标识值确定环形串接的主控设备和被控设备的数量。

12.如权利要求11所述的控制装置，其特征在于，所述生成模块，具体用于根据环形串接的被控设备的数量确定控制信号的每个数据位需划分的时隙数量。

13.如权利要求9-12任一所述的控制装置，其特征在于，所述生成模块，还用于：在发送的信号的第一个数据位的第一个时隙写入信号性质标识，标识发送的信号为所述控制信号、拓扑查询信号或拓扑通告信号；

相应的，所述解析模块，还用于根据信号性质标识来识别接收到的信号是控制信号、拓扑查询信号或拓扑通告信号。

14.一种串口装置，其特征在于，包括：上联模块、控制模块、发送模块和接收模块，当设置在被控设备上或与被控设备相连，作为被控串口装置使用时：

所述接收模块，用于接收上游的主控串口装置或被控串口装置发送的控制信号；

所述控制模块，用于接收到控制信号时，从所述控制信号解析出所属被控设备对应的时隙中的主控设备发送的下行数据；以及将所述上联模块获取的所属被控设备发送给主控设备的上行数据写入控制信号中所属被控设备对应的时隙中；

所述上联模块，用于将所述控制模块获取的主控设备发送的下行数据转给所属的被控设备处理；以及获取所属的被控设备发送给主控设备的上行数据，转给控制模块；

所述发送模块，用于向下游的被控串口装置或主控串口装置发送控制信号；

所述控制模块，具体包括：

解析单元，用于从所述控制信号中所属被控设备对应的数据时隙中解析发送给该被控设备的下行数据；或从所述控制信号中所属被控设备对应的标识时隙中解析出携带的存在标识，若根据存在标识确定所属被控设备对应的数据时隙中包含发送给该被控设备的下行数据时，解析在所属被控设备对应的数据时隙中携带的下行数据。

15.如权利要求14所述的串口装置，其特征在于，所述控制模块，还包括：

写入单元，用于将获取的上行数据写入控制信号中分配给该被控设备使用的数据时隙中；或将获取的上行数据写入控制信号中分配给该被控设备使用的数据时隙，并将表示该被控设备对应的数据时隙中是否包含有上行数据的存在标识写入所述控制信号中分配给该被控设备的标识时隙中。

16.如权利要求14所述的串口装置，其特征在于，所述控制模块，还包括：

识别单元，用于根据接收到的信号的第一个数据位的第一个时隙携带的性质识别标识来识别接收到的信号是控制信号、拓扑查询信号或拓扑通告信号。

17.如权利要求16所述的串口装置，其特征在于，

所述接收模块，还用于接收上游的主控串口装置或被控串口装置发送的拓扑查询信号；

所述控制模块，还用于接收到拓扑查询信号时，从所述拓扑查询信号中解析出携带的设备标识值，并将所述拓扑查询信号中的设备标识值加1，以及设置所属被控设备的设备标识为解析出的设备标识值加1；

所述发送模块，还用于向下游的被控串口装置或主控串口装置发送控制模块处理后的拓扑查询信号。

18.如权利要求17所述的串口装置，其特征在于，

所述接收模块，还用于接收上游的主控串口装置或被控串口装置发送的拓扑通告信号；

所述控制模块，还用于接收到拓扑通告信号时，从所述拓扑通告信号中解析出携带的环形串接的主控设备和被控设备数量；

所述发送模块，还用于向下游的被控串口装置或主控串口装置发送拓扑通告信号。

19.如权利要求18所述的串口装置，其特征在于，所述控制模块，具体用于：根据环形串接的被控设备的数量和设置的所属被控设备的设备标识确定控制信号中分配给所属被控设备的时隙。

20.如权利要求14-19任一所述的串口装置，其特征在于，当设置在主控设备上或与主控设备相连，作为主控串口装置使用时：

所述上联模块，用于获取所属主控设备生成的信号，以及将控制模块转发的信号转给所属的主控设备处理；

所述控制模块，用于将接收模块接收到的信号转给上联模块，将从上联模块获取的信号转给发送模块；

所述发送模块，用于向下游的被控串口装置发送信号；

所述接收模块，用于接收上游的被控串口装置发送的信号。

21.如权利要求20所述的串口装置，其特征在于，所述控制模块，还用于：解析接收到的信号是控制信号、拓扑查询信号或拓扑通告信号，当所述上联模块获取到所属主控设备生成的拓扑查询信号时，根据拓扑查询信号中携带的设备标识值设置主控设备的设备标识。

22.如权利要求20所述的串口装置，其特征在于，所述控制模块根据设置的所属设备的设备标识值确定所述串口装置作为主控串口装置或被控串口装置使用。

23.一种被控设备，其特征在于，包括：如权利要求14-22任一所述的串口装置。

24.一种主控设备，其特征在于，包括：如权利要求9-13任一所述的控制装置和/或如权利要求14-22任一所述的串口装置。

25.一种串口设备控制系统，其特征在于，包括：主控设备、与主控设备相连的作为主控串口装置的如权利要求14-22任一所述的串口装置、若干被控设备、与各被控设备相连的作为被控串口装置的如权利要求14-22任一所述的串口装置；所述主控设备包括如权利要求9-13任一所述的控制装置，并通过主控串口装置和所述若干被控设备通过被控串口装置环形串接。

26.一种串口设备控制系统，其特征在于，包括：如权利要求24所述的包括控制装置和串口装置的主控设备、以及若干如权利要求23所述的被控设备；所述主控设备和所述若干被控设备通过各自的串口装置环形串接。

Images