CN104573135A - 基于反射内存网与中间件技术的实时数据采集方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于反射内存网与中间件技术的实时数据采集方法及装置，其采集方法包括构建反射内存网；采集所述反射内存网的数据并写入预先配置的本地缓存空间；按照设定周期，解析本地缓存空间的数据并写入预先配置的环形缓存空间；读取环形缓存空间中的数据并写入中间件；读取中间件数据并写入数据监控节点；本发明采用反射内存网，保证试验网络中各个节点的数据传输高效性和准确度；设定周期，保证数据采集周期的精度；数据监控节点与反射内存网的数据传输使用中间件技术，保证底层数据上传的可靠性；解决多个试验节点同时传输数据的实时性问题，确保整个试验的准确性，避免因查找监控界面中数据未及时更新的原因而增加试验的复杂性。
Description
技术领域
本发明涉及航电系统仿真试验领域，特别涉及基于反射内存网与中间件技术的实时数据采集方法及装置。
背景技术
现有航电系统试验中通过采集实时数据分析整个试验系统。为实现数据的实时采集，反射内存网及中间件技术在航空、航天、军事领域的电子联网系统中得到广泛的应用。
在整个航电系统试验网络中，存在多个试验节点，每个试验节点的实时数据采集决定了整个航电试验的有效性和各个节点数据传输时间的准确性。而针对现有技术及使用中往往出现因网络问题或数据处理问题，导致试验过程中各个节点的数据无法正常传输，或者数据更新滞后等问题，例如，若整个试验系统中存在多个试验节点，而每个节点的数据按照一定的周期进行数据更新，且每个节点的数据更新情况都需要采集监控，以此分析整个试验网络。因为可能存在多个试验节点同时传输数据的情况，若某一时刻某一节点的数据未及时上传到监控界面，试验数据无法满足准确性和及时性，此时的数据将无法作为试验分析的依据，影响了整个试验结果的准确性，同时需要确定监控界面中数据未及时更新的原因，增加了整个试验的复杂性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于反射内存网与中间件技术的实时数据采集方法及装置，解决了多个试验节点同时传输数据的实时性问题，保证了试验数据的准确性和及时性，确保了整个试验的准确性，避免因查找监控界面中数据未及时更新的原因而增加整个试验的复杂性。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：基于反射内存网与中间件技术的实时数据采集方法，包括如下步骤：
构建反射内存网；
采集所述反射内存网的数据并写入预先配置的本地缓存空间；
按照设定周期，解析本地缓存空间的数据并写入预先配置的环形缓存空间；
读取环形缓存空间中的数据并写入中间件；
读取中间件数据并写入数据监控节点。
进一步，构建反射内存网包括：为每个试验节点的硬件设备配置反射内存卡，将所有反射内存卡用光纤连接。
进一步，所述构建反射内存网之后、采集所述反射内存网的数据并写入预先配置的本地缓存空间之前还包括：指定所述反射内存网中待进行实时数据采集的反射内存卡的地址。
进一步，所述本地缓存空间不小于待进行实时数据采集的反射内存卡的地址空间。
进一步，所述设定周期包括：按照采样频率设定系统定时器的定时周期；所述解析本地缓存空间的数据并写入环形缓存空间包括如下步骤：
遍历本地缓存空间地址信息；
以系统定时器的定时周期为基准，每增加一个定时周期，每个本地缓存空间地址对应的计数器值加1；
判断当前遍历到的本地缓存空间地址对应的计数器值与该地址对应的计数器的初始值是否相等；
如果是，读取该地址数据，计数器清零；否则，计数器加1，返回执行遍历本地缓存空间地址信息；
将读取的数据写入环形缓存。
进一步，所述中间件是数据分发服务中间件。
一种基于反射内存网与中间件技术的实时数据采集装置，包括：
构建模块，用于构建反射内存网；
第一数据读写模块，用于采集所述反射内存网的数据并写入预先配置的本地缓存空间；
解析模块，用于根据预设周期解析本地缓存空间的数据并写入预先配置的环形缓存空间；
第二数据读写模块，用于读取环形缓存空间中的数据并写入中间件；
节点写入模块，用于读取中间件的数据并写入数据监控节点。
进一步，所述构建模块包括：
配置子模块，用于为每个试验节点的硬件设备配置反射内存卡；
连接子模块，用于将所有反射内存卡用光纤连接。
进一步，所述解析模块包括：
周期设定子模块，用于按照采样频率设定系统定时器的定时周期；
遍历子模块，用于遍历本地缓存空间地址信息；
计数器增减子模块，用于以系统定时器的定时周期为基准，每增加一个定时周期，每个本地缓存空间地址对应的计数器值加1；
判断子模块，用于判断当前遍历到的本地缓存空间地址对应的计数器值与该地址对应的计数器的初始值是否相等；
读取子模块，用于读取该地址存储的数据，并发送计数器清零信息；
写入子模块，用于将读取的数据写入环形缓存。
进一步，所述节点写入模块所在的数据监控节点与试验节点通过以太网连接。
本发明的有益效果是：该设计中的各个试验节点的数据通过反射内存网进行传输，因反射内存网上的数据传输是纯硬件操作，不需要考虑网络的通信，因此它与以太网等其他传输网络相比具有更低的数据传输延迟、更快的传输速度，保证了试验网络中各个节点的数据传输高效性和准确度；反射内存卡中的数据解析使用了系统定时器，保证了数据采集周期的精度；数据监控节点与反射内存网的数据传输使用了DDS(Data Distribution Service，数据分发服务)中间件技术，而DDS技术是具有高可靠性、支持容错的高性能数据分发服务，保证了底层数据上传的可靠性；利用反射内存网、系统定时器以及DDS中间件技术，保证了多个试验节点同时传输数据的实时性，确保了整个试验的准确性，避免因查找监控界面中数据未及时更新的原因而增加整个试验的复杂性。
附图说明
图1是实施例1基于反射内存网与中间件技术的实时数据采集方法流程图；
图2是实施例2基于反射内存网与中间件技术的实时数据采集方法流程图；
图3是实施例3基于反射内存网与中间件技术的实时数据采集方法中反射内存地址数据处理流程图；
图4是实施例4基于反射内存网与中间件技术的实时数据采集装置的结构示意图；
图5是实施例5中反射内存网结构示意图；
图6是实施例5中环形反射内存网中反射内存卡与光纤的连接方式；
图7是实施例5中星形反射内存网中反射内存卡与光纤的连接方式。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1：
如图1所示，
基于反射内存网与中间件技术的实时数据采集方法，包括如下步骤：
步骤100:构建反射内存网。
所述反射内存网是一种基于光纤的超高速共享内存的、实时的、确定性的网络。
步骤110：采集所述反射内存网的数据并写入预先配置的本地缓存空间。
根据待进行实时数据采集的反射内存卡的地址空间决定预先配置的本地缓存空间的大小。
步骤120：按照设定周期，解析本地缓存空间的数据并写入预先配置的环形缓存空间。
步骤130：读取环形缓存空间中的数据并写入中间件。
步骤140：读取中间件数据并写入数据监控节点。
本设计采用光纤将各个试验节点连接起来组成反射内存网来进行数据传输，因反射内存网上的数据传输是纯硬件操作，不需要考虑网络的通信，因此它与以太网等其他传输网络相比具有更低的数据传输延迟、更快的传输速度，保证了试验网络中各个节点的数据传输高效性和准确度；采用系统定时器来设定数据解析的周期，保证了数据采集周期的精度；数据监控节点与反射内存网的数据传输使用了DDS中间件技术，而DDS技术是具有高可靠性、支持容错的高性能数据分发服务，保证了底层数据上传的可靠性；采用反射内存网、系统定时器和DDS中间件技术三者结合的方式实现航电系统试验中实时数据的准确、快速的采集监控。
实施例2：
如图2所示，基于反射内存网与中间件技术的实时数据采集方法，包括如下步骤：
步骤200：指定反射内存网中待进行实时数据采集的反射内存卡地址。
所述反射内存网包括为每个试验节点的硬件设备配置反射内存卡，将所有反射内存卡用光纤连接。
指定每块反射内存卡中数据采集区域的数据存放地址，数据采集区域大小由给定的数据存放地址值确定。
步骤210：采集所述反射内存网的数据并写入预先配置的本地缓存空间。
将所述给定的数据存放地址由小到大排列，用最大地址加该地址起始长度减去最小地址为地址空间大小，即为需要映射的空间大小；在计算机中配置本地缓存空间，该空间不小于上述计算得到的需要映射的空间。
步骤220：遍历本地缓存空间地址信息。
步骤230：按照采样频率设定系统定时器的定时周期，以该定时周期为基准，每增加一个定时周期，每个本地缓存空间地址对应的计数器值加1。
步骤240：判断当前遍历到的本地缓存空间地址对应的计数器值与该地址对应的计数器的初始值是否相等。
步骤250：如果单个本地缓存空间地址对应的计数器值与该地址对应的计数器的初始值不相等，则该本地缓存空间地址对应的计数器加1，返回执行步骤220。
步骤260：如果单个本地缓存空间地址对应的计数器值与该地址对应的计数器的初始值相等，则读取该地址数据(包括该地址以及存储在该地址对应的存储器中的信息)，计数器清零。
步骤270：将读取的数据写入环形缓存。
步骤280：读取环形缓存空间中的数据并写入中间件。
步骤290：读取中间件数据并写入数字监控节点，例如，在所述数字监控节点的监控界面中根据需要读取DDS中间件中的数据显示。
实施例3：
图3是基于反射内存网与中间件技术的实时数据采集方法中反射内存地址数据处理流程图。如图所示，反射内存地址数据处理流程包括：
步骤300：，由给定地址计算需要映射的空间大小mapsize，函数返回值是当前映射的长度；即为需要映射的空间大小。
步骤310：操作硬件，映射mapsize大小的空间，由此获取空间具体数据信息。
在计算机中配置本地缓存空间，空间大小与mapsize的返回值大小相等，用于存放反射内存卡的地址和存储于该地址的数据；在本地缓存空间中建立一张路由表，用于存放反射内存卡的地址以及存储于该地址的数据。
步骤320：遍历路由表的地址信息。
步骤330：利用系统定时器定时，例如以1ms为基准，每1ms每个地址对应的count计数值加1。
步骤340：判断每个地址对应的count值与该地址对应的Period值是否相等。
判断当前遍历到的地址对应的count值与该地址对应的period值是否相等。
步骤350：如果当前遍历到的地址对应的count值与该地址对应的period值不相等，则count值加1，返回执行步骤300；
步骤360：如果当前遍历到的地址对应的count值与该地址对应的period值相等，则读取该地址数据，count值清零；
步骤370：将数据写入环形缓存。
在本实施例中，mapsize是C++中的函数，返回值是当前映射的长度；
Count是计数值；
Period是初始值。
实施例4：
如图4所示，基于反射内存网与中间件技术的实时数据采集装置，包括：
构建模块410，用于构建反射内存网；
第一数据读写模块440，用于采集所述反射内存网的数据并写入预先配置的本地缓存空间；
解析模块450，用于根据预设周期解析本地缓存空间的数据并写入预先配置的环形缓存空间；
第二数据读写模块460，用于读取环形缓存空间中的数据并写入中间件；
节点写入模块470，用于读取中间件的数据并写入数据监控节点。
进一步，所述构建模块410包括：
配置子模块411，用于为每个试验节点的硬件设备配置反射内存卡；
连接子模块412，用于将所有反射内存卡用光纤连接。
进一步，所述解析模块450包括：
周期设定子模块451，用于按照采样频率设定系统定时器的定时周期；
遍历子模块452，用于遍历本地缓存空间地址信息；
计数器增减子模块453，用于以系统定时器的定时周期为基准，每增加一个定时周期，每个本地缓存空间地址对应的计数器值加1；
判断子模块454，用于判断当前遍历到的本地缓存空间地址对应的计数器值与该地址对应的计数器的初始值是否相等；
读取子模块455，用于读取该地址存储的数据，并发送计数器清零信息；
写入子模块456，用于将读取的数据写入环形缓存。
进一步，所述节点写入模块470所在的数据监控节点与试验节点通过以太网连接。
所述装置还包括：
反射内存卡的地址指定模块420，用于指定所述反射内存网中待进行实时数据采集的反射内存卡的地址。
本地缓存空间配置模块430，用于在所述反射内存网的试验节点中配置本地缓存空间，且所述本地缓存空间不小于待进行实时数据采集的反射内存卡的地址空间。
本装置位于反射内存网中，因为反射内存卡上的数据传输是纯硬件操作，不需要考虑网络的通信，因此它与以太网等其他传输网络相比具有更低的数据传输延迟、更快的传输速度，保证了试验网络中各个节点的数据传输高效性和准确度；采用系统定时器来设定数据解析的周期，保证了数据采集周期的精度；数据监控节点与反射内存网的数据传输使用了DDS中间件技术，而DDS技术是具有高可靠性、支持容错的高性能数据分发服务，保证了底层数据上传的可靠性；采用反射内存网、系统定时器和DDS中间件技术三者结合的方式实现航电系统试验中实时数据的准确、快速的采集监控。
实施例5：
图5是展示出一种反射内存网结构，图中反射内存网包括通过由多个光纤3组成的光纤网络9连接的试验节点。第一试验节点1中设有第一反射内存卡2(RFM1)；第二试验节点5中设有实时数据采集装置4和第二反射内存卡6(RFM2)，第二试验节点5通过以太网10与数据监控节点11连接；第三试验节点7中设有第三反射内存卡8(RFM3)。
图6给出环形反射内存网的示意图，第一反射内存卡2的RX端与第二反射内存卡6的TX端通过光纤3连接，第二反射内存卡6的RX端与第三反射内存卡8的TX端通过光纤3连接，第三反射内存卡8的RX端与第一反射内存卡2的TX端通过光纤3连接组成反射内存网。
图7给出反射内存网的另一种连接形式，即星形反射内存网，包括第一反射内存卡2、第二反射内存卡6、第三反射内存卡8和实时网络交换机。第一反射内存卡2的RX端、第二反射内存卡6的RX端和第三反射内存卡8的RX端分别通过光纤3连接实时网络交换机的3个RX端，第一反射内存卡2的TX端、第二反射内存卡6的TX端和第三反射内存卡8的TX端分别通过光纤3连接实时网络交换机的3个TX端组成反射内存网。
如图4至7所示，反射内存网在所有互连的反射内存卡中虚拟出一段全局共享的网络内存，在分布系统中实现内存至内存的通信，因此应用程序没有软件开销。每台试验节点机上插一块反射内存卡，卡上带有双端口内存。每个试验节点机的各层应用软件可以直接读写反射内存卡上的内存。当数据被写入一台机器的反射内存卡的内存中后，反射内存卡自动通过光纤3传输到所有其它连在反射内存网上的反射内存卡的内存中相应的位置，传输延迟只有几百纳秒。即所有反射内存卡上的内存总是同步更新为完全相同的内容，就像虚拟出一段全局共享内存一样。而各节点机在访问数据时，只要访问本地的反射内存卡内存即可，无需设备驱动程序和网络协议。
实时数据采集装置4包括设置于第二试验节点5上的第一数据读写模块41，并且该试验节点通过以太网10与数据监控节点11连接。在该试验节点的硬件设备上配置本地缓存空间42，其空间大小是将给定地址(指定反射内存网中待进行实时数据采集的反射内存卡地址)由小到大排列，用最大地址加该地址起始长度减去最小地址。该试验节点还包括解析模块450，以系统定时器的定时周期为数据采集周期，解析本地缓存空间的数据并写入预先设置于该试验节点的硬件设备中的环形缓存空间。该试验节点还包括第二数据读写模块460，该模块读取环形缓存空间中数据并按照显示需求写入中间件(例如DDS，DataDistribution Service，数据分发服务)。数据监控节点11中设有节点写入模块470，根据需要读取DDS中间件中的数据并写入数据监控节点11进行显示。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.基于反射内存网与中间件技术的实时数据采集方法，其特征在于，包括如下步骤：
构建反射内存网；
采集所述反射内存网的数据并写入预先配置的本地缓存空间；
按照设定周期，解析本地缓存空间的数据并写入预先配置的环形缓存空间；
读取环形缓存空间中的数据并写入中间件；
读取中间件数据并写入数据监控节点。
2.根据权利要求1所述的基于反射内存网与中间件技术的实时数据采集方法，其特征在于，构建反射内存网包括：为每个试验节点的硬件设备配置反射内存卡，将所有反射内存卡用光纤连接。
3.根据权利要求1或2所述的基于反射内存网与中间件技术的实时数据采集方法，其特征在于，所述构建反射内存网之后、采集所述反射内存网的数据并写入预先配置的本地缓存空间之前还包括：指定所述反射内存网中待进行实时数据采集的反射内存卡的地址。
4.根据权利要求3所述的基于反射内存网与中间件技术的实时数据采集方法，其特征在于，所述本地缓存空间不小于待进行实时数据采集的反射内存卡的地址空间。
5.根据权利要求1所述的基于反射内存网与中间件技术的实时数据采集方法，其特征在于，所述设定周期包括：按照采样频率设定系统定时器的定时周期；
所述解析本地缓存空间的数据并写入环形缓存空间包括如下步骤：
遍历本地缓存空间地址信息；
以系统定时器的定时周期为基准，每增加一个定时周期，每个本地缓存空间地址对应的计数器值加1；
判断当前遍历到的本地缓存空间地址对应的计数器值与该地址对应的计数器的初始值是否相等；
如果是，读取该地址数据，计数器清零；否则，计数器加1，返回执行在遍历本地缓存空间地址信息；
将读取的数据写入环形缓存。
6.根据权利要求1所述的基于反射内存网与中间件技术的实时数据采集方法，其特征在于，所述中间件是数据分发服务中间件。
7.一种基于反射内存网与中间件技术的实时数据采集装置，其特征在于，包括：
构建模块，用于构建反射内存网；
第一数据读写模块，用于采集所述反射内存网的数据并写入预先配置的本地缓存空间；
解析模块，用于按照设定周期，解析本地缓存空间的数据并写入预先配置的环形缓存空间；
第二数据读写模块，用于读取环形缓存空间中的数据并写入中间件；
节点写入模块，用于读取中间件的数据并写入数据监控节点。
8.根据权利要求7所述的基于反射内存网与中间件技术的实时数据采集装置，其特征在于，所述构建模块包括：
配置子模块，用于为每个试验节点的硬件设备配置反射内存卡；
连接子模块，用于将所有反射内存卡用光纤连接。
9.根据权利要求7所述的基于反射内存网与中间件技术的实时数据采集装置，其特征在于，所述解析模块包括：
周期设定子模块，用于按照采样频率设定系统定时器的定时周期；
遍历子模块，用于遍历本地缓存空间地址信息；
计数器增减子模块，用于以系统定时器的定时周期为基准，每增加一个定时周期，每个本地缓存空间地址对应的计数器值加1；
判断子模块，用于判断当前遍历到的本地缓存空间地址对应的计数器值与该地址对应的计数器的初始值是否相等；
读取子模块，用于读取该地址存储的数据，并发送计数器清零信息；
写入子模块，用于将读取的数据写入环形缓存。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的基于反射内存网与中间件技术的实时数据采集装置，其特征在于，所述节点写入模块所在的数据监控节点与试验节点通过以太网连接。
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