CN104468593A - 一种多接口通用通信协议转换器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多接口通用通信协议转换器，依次包括输入接口模块、输入通信模块、嵌入式最小系统、输出通信模块、输出接口模块；输入、输出接口模块是分别连接数据发送设备与数据接收设备的物理连接器与收发器；输入、输出通信模块是与数据发送设备与数据接收设备接口对应的控制器和相应的设备驱动程序；数据发送设备通过输入接口模块、输入通信模块接入到嵌入式最小系统，嵌入式最小系统完成协议格式的转换，通过输出通信模块、输出接口模块将转换后的协议数据发送给数据接收设备，以实现接口形式不同，通信协议不兼容的数据发送设备与数据接收设备之间的无障碍的通信。

Description

一种多接口通用通信协议转换器

技术领域

本发明涉及一种信息集成技术，特别涉及一种多接口通用通信协议转换器。

背景技术

随着科学技术的迅猛发展，各种设备厂商应运而生，设备的种类繁多。而正由于设备的生产厂家、生产时间、应用场合等的不同，使得这些设备所采用的通信协议也有很大的不同。目前市场上多是单接口的转换器，物理层上的转换器如USB转串口、CAN转串口等，链路层上的转换器如USB转网口、串口转网口等。这些未涉及到协议的转换，只能解决特定场合、特定接口的设备与管理系统之间的通信问题。

在一个复杂的环境中，若干种不同通信协议的设备与管理系统之间需要进行信息传输，如果给每个设备分别提供一个专用的转换器，一旦有新加入的一个设备或升级的一个设备，则需要重新设计开发它满足通信条件所需的转换器，复用性不好，扩展性差，开发成本高昂，人力物力资源的浪费，难以满足实际的需求。

发明内容

本发明是针对通信协议的设备种类多、不兼容的问题，提出了一种多接口通用通信协议转换器，可以实现接口形式不同，通信协议不兼容的设备可以与信息系统之间进行无障碍的通信。

本发明的技术方案为：一种多接口通用通信协议转换器，依次包括输入接口模块、输入通信模块、嵌入式最小系统、输出通信模块、输出接口模块；输入、输出接口模块包括CAN、RS232、RS485、USB 主/从、以太网、IIC、SPI、Bluetooth、WLAN接口的物理连接器与收发器；数据发送设备发出的数据通过输入接口模块到输入通信模块中，输入通信模块对数据发送设备通信设定、数据解封后送入到嵌入式最小系统，嵌入式最小系统完成协议格式的转换，通过输出通信模块对转换后数据封装、输出通信设定后，通过输出接口模块将转换后的协议数据发送给数据接收设备。

所述输入接口模块为数据传输通道；输入通信模块对数据发送设备通信初始化、状态检测、协议数据的请求/响应、数据解封，获取数据发送设备的输出数据送出。

所述输出通信模块将嵌入式最小系统中转换好的数据封装成输出接口格式的数据包，对数据接收设备通信初始化、状态检测、协议数据请求/响应；输出接口模块为数据传输通道。

所述嵌入式最小系统包括主控芯片单元、电源管理单元、程序存储模块、数据存储模块、JTAG调试模块，带嵌入式操作系统的嵌入式最小系统完成协议转换。

所述嵌入式操作系统包括数据发送设备配置模块、数据接收设备配置模块、语义映射配置模块和协议转换模块，数据发送设备配置模块动态生成数据发送设备协议的多个配置文件；数据接收设备配置模块动态生成数据接收设备协议的多个配置文件；语义映射配置模块动态的生成数据发送设备协议的语义与数据接收设备协议的语义之间的映射关系的配置文件；协议转换模块完成协议的转换。

所述数据发送设备配置模块对数据发送设备的硬件接口通信参数、输入信息组成方式和输入协议格式进行实例化，生成输入通信配置文件、输入协议语义描述文件和输入协议语法描述文件。

所述数据接收设备配置模块对数据接收设备的硬件接口通信参数、输出信息组成方式和输出协议格式进行实例化，生成输出通信配置文件、输出协议语义描述文件和输出协议语法描述文件。

所述语义映射配置模块对数据发送设备协议的语义与数据接收设备协议的语义之间的映射关系进行实例化，生成语义映射描述文件。

所述协议转换模块完成协议的转换，包括协议语义转换和语法转换，输入、输出协议语法描述文件和语义映射描述文件经过代码生成工具、编译工具处理，自动生成协议转换模块的输入语法解析子模块、语义转换子模块和输出语法构造子模块，输入、输出协议语义描述文件作为语义转换子模块的配置文件，供语义转换子模块使用。

本发明的有益效果在于：本发明多接口通用通信协议转换器，配备了常用的设备接口以及通信模块，实现数据发送设备与数据接收设备的物理连接以及通信初始化、状态检测、协议数据的请求/响应、数据解封等设备驱动功能；基于嵌入式操作系统的转换器控制软件，包括了数据发送设备配置模块、数据接收设备配置模块、语义映射配置模块以及协议转换模块四个部分，只需要通过本软件对数据发送设备和数据接收设备进行配置，建立通信协议之间的语义映射关系，运用程序自动生成技术，不需要重新编写转换程序，即可实现数据发送设备与数据接收设备之间通信协议转换，不拘泥于特定的协议，有较高的实用性和通用性。

附图说明

图1为本发明多接口通用通信协议转换器硬件结构示意图；

图2为本发明多接口通用通信协议转换器对设备消息的处理流程图；

图3为本发明多接口通用通信协议转换器对设备配置的软件流程图；

图4为本发明多接口通用通信协议转换器协议转换模块示意图。

具体实施方式

如图1所示多接口通用通信协议转换器硬件结构示意图，依次包括输入接口模块1、输入通信模块2、嵌入式最小系统3、输出通信模块4、输出接口模块5；嵌入式最小系统3包括主控芯片单元6、电源管理单元7、程序存储模块8、数据存储模块9、JTAG调试模块10。

该硬件平台选取Atmel公司的ARM9系列的AT91SAM9263为主控芯片，该款芯片主频为220MHz，有MMU功能，支持操作系统的加载；程序存储模块配备了1块三星的K9F2G08U0B的256M的NandFlash和1块Atmel的AT45DB321D的4M的Dataflash，作为系统启动代码、操作系统内核镜像、根文件系统、调试好的用户程序或者其他在系统掉电后需要保存的用户数据等的存放；数据存储模块配备了2块MT48LC128M4A2P,总大小为512M大小的SDRAM，作为系统运行时数据的存放；输入、输出接口模块包括CAN、RS232、RS485、USB 主/从、以太网、IIC、SPI、Bluetooth、WLAN等接口的物理连接器与收发器。嵌入式操作系统选取了Linux3.0内核，经过移植和裁减，作为转换器控制软件运行平台。

如图2所示多接口通用通信协议转换器对设备消息的处理流程图，下面具体分析其实施方式：

输入接口模块、输出接口模块包含了CAN、RS232、RS485、USB 主/从、以太网、IIC、SPI、Bluetooth、WLAN等接口的物理连接器、收发器，比如DM9161以太网收发器、ADM3202串口收发器以及DB9、RJ45标准连接器等，实现本多接口通用通信协议转换器与数据发送设备以及数据接收设备之间通过标准连接器进行物理连接，提供数据传输的通道；

输入通信模块、输出通信模块包含了输入、输出接口的对应的控制器和相应的设备驱动程序，，分别读取数据发送设备配置模块生成的输入通信配置文件以及数据接收设备配置模块生成的输出通信配置文件，获取通信参数，实现输入通信模块、输出通信模块的通信初始化、状态检测、协议数据的请求/响应、数据解封等设备驱动功能；

转换器控制软件包括数据发送设备配置模块、数据接收设备配置模块、语义映射配置模块和协议转换模块。数据发送设备配置模块主要实现动态生成数据发送设备协议的多个配置文件；数据接收设备配置模块主要实现动态生成数据接收设备协议的多个配置文件；语义映射配置模块实现动态的生成数据发送设备协议的语义与数据接收设备协议的语义之间的映射关系的配置文件；协议转换模块主要完成协议的转换。

如图3所示多接口通用通信协议转换器对设备配置的软件流程图，实现方式具体如下：

转换控制软件中数据发送设备配置模块，采用Web界面配置的方法，获得输入通信配置文件、输入协议语法描述文件、输入协议语义描述文件这3个配置文件。具体实施步骤如下：（1）构造数据发送设备的对应硬件接口的参数配置界面，例如对串口的波特率、起始位、停止位、奇偶校验等通信参数实例化得到输入通信配置文件，供输入通信模块使用；（2）构造数据发送设备的协议语法格式的抽象参数配置界面，例如包含了主动或被动的发送方式、需要发送的数据、发送的地址等等即可获得输入协议语法描述文件；（3）构造出数据发送设备的协议语义及时序的参数配置界面，例如包含协议中数据的名称、类型，长度，可重复性，位置等属性，通过将界面上参数属性实例化，获得输入协议语义描述文件；

与上述转换控制软件中数据发送设备配置模块的实施办法相同，转换器控制软件中的数据接收设备配置模块也采用Web界面配置的方法，获得输出通信配置文件、输出协议语法描述文件、输出协议语义描述文件这3个配置文件。

转换器控制软件中的语义映射配置模块，采用Web界面设计一个匹配界面，用来匹配数据发送设备协议语义与数据接收设备协议的语义之间的映射关系，得到语义映射描述文件。

上述转换控制软件中的协议转换模块由3个子模块组成，分别为输入语法解析子模块、语义转换子模块、输出语法构造子模块。具体实施办法如下：（1）输入语法解析子模块：上述数据发送设备配置模块中获得的输入协议语法描述文件，需要符合代码生成工具所要求的语法规则。采用ANTLR（一种开源编译器生成器）为代码生成工具，使用这个工具对输入协议语法描述文件进行编译，从而获得输入语法解析子模块；（2）语义转换子模块：采用上述代码生成工具，将语义映射描述文件进行编译，生成语义转换子模块，输入、输出协议语义描述文件作为语义转换子模块的配置文件，供语义转换子模块使用；（3）输出语法构造子模块：上述数据发送设备配置模块中获得的输出协议语法描述文件，也是符合一定语法规则的，相当于一个语法模板，采用String模板技术，将输出协议语法描述文件重构成输出语法构造子模块；

完成了前期配置后，本发明涉及的通用通信协议转换器即可接入到数据发送设备与数据接收设备之间。在运行时，数据发送设备的发送数据输入到通用通信协议转换器的输入语法解析子模块中，完成对输入数据的语法解析，语义转换子模块实现了协议语义的映射和转换，转换结果再通过输出语法构造子模块的构造，将其构造成符合数据接收设备协议的数据结构；综上，协议转换模块完成了数据发送设备协议与数据接收设备协议之间的转换，具有很强的通用性。

Claims (9)

1.一种多接口通用通信协议转换器，其特征在于，依次包括输入接口模块、输入通信模块、嵌入式最小系统、输出通信模块、输出接口模块；输入、输出接口模块包括CAN、RS232、RS485、USB 主/从、以太网、IIC、SPI、Bluetooth、WLAN接口的物理连接器与收发器；数据发送设备发出的数据通过输入接口模块到输入通信模块中，输入通信模块对数据发送设备通信设定、数据解封后送入到嵌入式最小系统，嵌入式最小系统完成协议格式的转换，通过输出通信模块对转换后数据封装、输出通信设定后，通过输出接口模块将转换后的协议数据发送给数据接收设备。

2.根据权利要求1所述多接口通用通信协议转换器，其特征在于，所述输入接口模块为数据传输通道；输入通信模块对数据发送设备通信初始化、状态检测、协议数据的请求/响应、数据解封，获取数据发送设备的输出数据送出。

3.根据权利要求1所述多接口通用通信协议转换器，其特征在于，所述输出通信模块将嵌入式最小系统中转换好的数据封装成输出接口格式的数据包，对数据接收设备通信初始化、状态检测、协议数据请求/响应；输出接口模块为数据传输通道。

4.根据权利要求1所述多接口通用通信协议转换器，其特征在于，所述嵌入式最小系统包括主控芯片单元、电源管理单元、程序存储模块、数据存储模块、JTAG调试模块，带嵌入式操作系统的嵌入式最小系统完成协议转换。

5.根据权利要求4所述多接口通用通信协议转换器，其特征在于，所述嵌入式操作系统包括数据发送设备配置模块、数据接收设备配置模块、语义映射配置模块和协议转换模块，数据发送设备配置模块动态生成数据发送设备协议的多个配置文件；数据接收设备配置模块动态生成数据接收设备协议的多个配置文件；语义映射配置模块动态的生成数据发送设备协议的语义与数据接收设备协议的语义之间的映射关系的配置文件；协议转换模块完成协议的转换。

6.根据权利要求5所述多接口通用通信协议转换器，其特征在于，所述数据发送设备配置模块对数据发送设备的硬件接口通信参数、输入信息组成方式和输入协议格式进行实例化，生成输入通信配置文件、输入协议语义描述文件和输入协议语法描述文件。

7.根据权利要求5所述多接口通用通信协议转换器，其特征在于，所述数据接收设备配置模块对数据接收设备的硬件接口通信参数、输出信息组成方式和输出协议格式进行实例化，生成输出通信配置文件、输出协议语义描述文件和输出协议语法描述文件。

8.根据权利要求5所述多接口通用通信协议转换器，其特征在于，所述语义映射配置模块对数据发送设备协议的语义与数据接收设备协议的语义之间的映射关系进行实例化，生成语义映射描述文件。

9.根据权利要求6至8中任意一种多接口通用通信协议转换器，其特征在于，所述协议转换模块完成协议的转换，包括协议语义转换和语法转换，输入、输出协议语法描述文件和语义映射描述文件经过代码生成工具、编译工具处理，自动生成协议转换模块的输入语法解析子模块、语义转换子模块和输出语法构造子模块，输入、输出协议语义描述文件作为语义转换子模块的配置文件，供语义转换子模块使用。