CN104836639A - 一种可传输多种算法参数的数据传输方法 - Google Patents

一种可传输多种算法参数的数据传输方法 Download PDF

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Abstract

一种可传输多种算法参数的数据传输方法。本方法为：1)分别创建算法映射表、请求映射表、操作映射表、数据类型映射表和数据产生方式映射表，并保存到上位机和下位机中；2)设置一用于算法参数传输的数据帧结构；对于每一所选算法，上位机每次获取该算法的一待传输的参数，然后根据算法映射表、请求映射表、操作映射表、数据类型映射表和数据产生方式映射表，将该算法的标识码，该参数对应的请求、操作、数据类型、数据对应的标识码填充到数据帧结构对应字段中打包发送给下位机；3)下位机根据映射表对收到数据包中的该数据帧结构进行解析，并根据解析出的请求信息返回相应的结果给上位机。本发明大大节约了开发时间和成本，提高了传输效率。

Description

一种可传输多种算法参数的数据传输方法
技术领域
本发明涉及一种可传输多算法参数的数据传输方法，通过此传输方法可以把多种算法参数通过一种传输方法进行传输，属于通信领域。
背景技术
任何算法都有输入参数和输出参数，在利用下位机进行算法分析以及算法应用时，经常需要上位机与下位机之间进行算法的输入参数和输出参数的传输，通常这种传输是没有固定格式的，若只需要研究一种算法，那么上位机和下位机只需要默认只处理这一种情况即可。然而，进行算法分析及算法应用时，往往要针对同一类的多种算法而不是一个算法，这时上位机和下位机就不能只处理一种算法的输入和输出了。
由于传统做法是设计者在针对某种算法进行数据传输时，都会自行设定一种数据格式，这样导致不同的设计者针对同一种算法的传输格式不同。目前同时处理多种算法参数传输的方法一般是上位机和下位机每处理一种算法就进行一次上位机和下位机传输数据程序的设计，这样上位机内部并列多个传输数据程序可以使用，下位机内部同样需要并列多个传输数据程序可以使用，这样就造成了设计能力以及程序资源的浪费，增加了开发时间和成本。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种可传输多种算法参数的数据传输方法，在上位机(如PC端)使用此方法时可以产生适用多种算法的且格式统一的数据传输包，不必针对每一种算法都需要设计其对应的传输格式；在下位机端(如FPGA开发板，智能卡芯片等)，可以利用本发明写出统一的解码程序，不必针对一种算法设计一个控制程序进行数据包的解码。
本发明的技术方案为：
一种可传输多种算法参数的数据传输方法，其步骤为：
1)分别创建算法映射表、请求映射表、操作映射表、数据类型映射表和数据产生方式映射表，并分别将其保存到上位机和下位机中；其中，所述算法映射表中每一算法对应一唯一标识码，所述请求映射表中每一请求对应一唯一标识码，所述操作映射表中每一操作对应一唯一标识码，所述数据类型映射表中每一操作类型对应一唯一标识码，所述数据产生方式映射表中每一种数据产生方式对应一唯一标识码；
2)设置一用于算法参数传输的数据帧结构；对于每一所选算法，上位机每次获取该算法的一待传输的参数，然后根据所述算法映射表、请求映射表、操作映射表、数据类型映射表和数据产生方式映射表，将该算法的标识码，该参数对应的请求、操作、数据类型、数据对应的标识码填充到所述数据帧结构对应字段中，然后将该数据帧结构打包发送给下位机；
3)下位机根据所述算法映射表、请求映射表、操作映射表、数据类型映射表和数据产生方式映射表对收到数据包中的该数据帧结构进行解析，并根据解析出的请求信息返回相应的结果给上位机。
进一步的，所述数据帧结构的字段包括：帧起始、算法、请求、操作、数据类型、数据产生方式、数据长度、数据内容、帧结束。
进一步的，所述数据帧结构还包括一保留命令字字段，用于存储扩展命令。
进一步的，对于每一算法，设定一参数传输顺序，上位机根据该参数传输顺序从所述算法中依次获取待传输的参数。
进一步的，所述请求包括：发送数据、开始操作、返回结果；其中，对于请求为发送数据或开始操作时，下位机返回一确认信息给上位机，当请求为返回结果时，下位机将计算结果通过数据总线发送到对应的输出寄存器中，然后打包后传回上位机；当上位机收到下位机发出的对前一数据包的确认信息后，生成并发送下一数据包。
进一步的，所述下位机将返回数据填充到一设定的下位机到上位机数据传输结构后打包发送给上位机，其中所述下位机到上位机数据传输结构的字段包括：开始、数据长度、数据内容、结束。
进一步的，所述下位机根据所述数据帧结构采用状态机跳转的方式对收到的数据包进行解析。
本发明的核心内容是这种可传输多种算法参数的数据传输方法对应的数据帧结构，下面介绍本发明的内容。
(一)上位机传送数据到下位机的数据传输方法
表1中给出了上位机与下位机之间的通信协议的数据帧结构。
表1参数传递协议的数据帧结构
1)帧起始
参数传递协议中每一帧数据均以相同的双字节作为起始标志Start。程序中我们以0x7FFE(01111111_11111110B)作为起始标志Start。
2)算法
算法字最多有32种选择，表示协议中同时可以包含32中算法的传输，表2中说明了算法字对应不同参数时对应的不同算法。
表2算法字对应不同参数含义
Algorithm 说明
0x0 无算法
0x1 第1种算法
0x2 第2种算法
0x3 第3种算法
0x4 第4种算法
0x5 第5种算法
0x6 第6种算法
0x7 第7种算法
0x8 第8种算法
0x9 第9种算法
0xa 第10种算法
0xb 第11种算法
0xc 第12种算法
0xd 第13种算法
0xe 第14种算法
0xf 第15种算法
0x10-0x1f 第16种到第32种算法
3)请求
请求字共有8种参数可以选择，针对不同参数可以选择不同的请求。表3中给出了不同参数对应的不同请求。
表3请求字对应不同参数含义
Request 含义 说明
0x0 Norequest 没有要求
0x1 Senddata 第1种请求，发送数据
0x2 Start 第2种请求，开始操作
0x3 Askforresult 第3种请求，要求返回结果
0x4-0x7 Reserved 第4-7种请求，扩展请求
4)操作
操作字表示的是同一个算法可能包含多种操作，比如AES算法包含了加密操作和解密操作。操作字有8种参数可以选择。表4表明了不同的参数对应的不同操作。
表4操作字对应不同参数含义
Action_choose 说明
0x0 Noaction无操作
0x1 第1种操作
0x2 第2种操作
0x3 第3种操作
0x4 第4种操作
0x5 第5种操作
0x6 第6种操作
0x7 第7种操作
5)数据类型
数据类型是指同一个算法实现一个操作需要多个数据配合，如AES算法加密操作需要密钥和明文两个数据类型。数据类型有16种参数可以选择，这已经满足了绝大多数算法的要求。表5数据类型字对应不同参数的含义
表5数据类型字对应不同参数选择
Data_type 说明
0x0 Nodata无数据
0x1 第1个参数
0x2 第2个参数
0x3 第3个参数
0x4 第4个参数
0x5 第5个参数
0x6 第6个参数
0x7 第7个参数
0x8 第8个参数
0x9 第9个参数
0xa 第10个参数
0xb 第11个参数
0xc 第12个参数
0xd 第13个参数
0xe 第14个参数
0xf 第15个参数
6)数据产生方式
数据产生方式有时是通过外部输入的，但是有时是内部产生的，因此设置了此参数。表6中表示了数据产生的两种方式。
表6数据产生方式对应不同参数含义
in_or_out 说明
0x0 内部默认参数
0x1 外部输入数据
7)保留命令字
定义了两个字节来表示保留命令，如果有扩展命令可以加入其中。
8)长度
用两个字节来表示数据的的长度，长度的单位是字节的个数。最多可以表示65535个字节。
9)帧结束
参数传递协议中每一帧数据均以相同的双字节作为结束标志End。程序中我们以0x0f0f(00001111_11110000B)作为结束标志End。
(二)下位机返回数据到上位机数据传输方法
数据结构如表7所示：
表7下位机到上位机数据传输结构
STARTCODE LENTH DATA ENDCODE
开始 数据长度 数据内容 结束
16bit 16bit Nbit 16bit
数据内容的由请求字(request)决定。表8中根据请求的不同，规定了具体回复的内容。
表8DATA具体内容区别
由下位机返回数据到上位机的过程数据比较简单。上位机发送到下位机的response内容为0x1，0x2时，下位机返回上位机接收正确或者接收错误。当接收正确时返回4f4b(OK的ASIIC码)；当接收错误时返回4552(ER的ASIIC码)。当上位机发送response内容为0x3到下位机时，表示上位机需要下位机返回计算结果，Result对应的内容与算法有关：如128比特的AES算法返回128bit的明密文；SMS4算法返回128bit的明密文；DES算法返回64bit的明密文，3DES算法返回64bit的明密文；256比特的ECC算法返回256bit的明密文；1024比特的RSA返回1024bit的明密文等等，因此返回的结果内容数据长度有所差别。
与现有技术相比，本发明的积极效果为：
本发明提供一种统一的规则和约定，可以对常见的多算法的不同参数信息进行统一的数据传输，大大节约了开发时间和成本；同时预留了一些命令字可以对算法和参数等多种内容的扩展，可以满足通信中的算法以及对应参数的数据传输要求。使用本传输方法可以使一个程序(上位机的发送接收数据程序或者下位机的发送接收数据程序)设计同时支持最多32种算法的8种操作包含最多16种不同参数的传输，另外有一些扩展的命令字，可以增加设计的灵活性。
附图说明
图1为本发明的方法流程图。
图2为下位机解码过程。
图3为下位机打包过程。
具体实施方式
如图1所示，本发明的具体实施方式，分为三部分来完成。
第一部分：传输方法的统一约定
1)首先分别建立算法映射表，以及算法对应请求、操作、数据类型、数据产生方式的映射表；上位机和下位机端要协商确定需要传输的算法，再根据发明内容把算法对应的请求、操作、数据类型、数据产生方式等内容映射到相应的表格中。
2)针对每一种算法，固定下对应数据类型的发送顺序：如第一条发送第一个参数，第二条发送第二个参数，……，第五条发送请求开始信号，第六条发送请求传回结果。
3)每条语句发送的条件是上位机接收到下位机的数据包即对本条语句的回应后，才发送下一条语句。
第二部分：上位机根据传输方法写出程序
1)上位机的程序主要是为了生成对应的数据包(与发明内容帧结构一致)，我们给出的方案是针对每个算法的每个数据类型(data_type)和不同请求(request字)设计出一个函数，按照一定的发送流程，发送给下位机这些对应的数据包。
2)上位机每发一条消息，下位机都会给出响应，在发明内容的第二部分有介绍。当响应时间超过某个时间时，就会认为此条消息发送失败，要重新开始传输。
3)上位机的发送和接收要通过一个发送和接收的客户端来完成，而这个客户端一般是由下位机的生产厂家提供的。
第三部分：下位机根据传输方法写出程序
1)下位机的第一个工作是完成上位机数据的接收和发送。此部分内容由下位机上的硬件设备自动完成。
2)下位机对接收到的数据进行解包，采用跳转的方式依次判断，如先判断是什么算法，再判断是什么请求，之后根据此判断是什么数据类型，之后提取出对应的数据放入对应资源。这样就从数据包中提取出了某一种算法对应的请求、操作、数据类型和数据内容等，从总线上发送给对应算法的计算模块，
3)下位机对将要发送的数据进行打包，传输回上位机的内容由表8可以确定，表7提供了返回数据包的帧结构。
应用实例
下面以传输AES算法的参数为例,对本发明的具体内容进行进一步详细描述。
第一部分：传输方法的统一约定。
1)我们要传输的算法是AES算法的参数内容。AES算法有执行加密操作时有明文和密钥两个参数，可以根据发明内容映射成四条语句。
第一条：AES算法加密操作发送长度为128比特的密钥。
第二条：AES算法加密操作发送长度为128比特的明文。
第三条：AES算法加密操作开始
第四条：请求发回AES加密结果
2)发送的顺序即为：第一条，第二条，第三条，第四条。
第二部分：上位机根据传输方法写出程序
1)针对需要发送的四条语句，设计四个数据包生成函数，其所生成的数据包符合帧结构格式，同时在发送过程中控制调用这四条语句的顺序。
2)连续发送的条件是：只有当上位机发出的前一条数据包得到下位机的正确的响应时，才可以发送下一条数据包。
3)恰当的使用客户端。
第三部分：下位机根据传输方法写出程序
1)本应用中的下位机是一个FPGA开发板，对数据包解包的方式采用状态机跳转的方式，如图2所示。首先判断帧起始是否正确，之后进入提取算法字状态，随之进入提取请求字状态，随之进入提取操作字状态以及提取数据类型状态，最终根据数据输入的数据长度与实际中输入的数据内容是否匹配来判断输入的数据是否正确。把算法模块计算所需要的多个数据放入到算法模块中对应的寄存器中进行计算。
2)如图2所示，当判断帧结束后，根据请求字的取值，判断返回内容。当请求字为1和2时且数据包接收正确的情况下返回OK，当长度自减计数为0时，若帧结束的值与设定值不一样，则认为接收错误，返回ER。当请求字为3且帧结束接收正确时，返回算法的计算结果。如图2所示，下位机返回上位机的结果有三种：第一种是接收数据正确的OK，第二种是接收数据错误的ER，第三种是返回具体的计算结果。
3)数据打包是由表7决定的。具体过程在图3中有详细说明，主要分成四部分：输出帧开始、输出数据长度、输出数据内容以及数据帧结束。当输出内容为算法计算结果时，根据算法不同长度也不同，如AES算法输出128比特而DES算法的输出只有64比特，另外，当FPGA回应上位机OK或者ER时，长度固定为16比特，在映射表8的说明中有具体数值。
一个算法的完整通信过程需要有多条数据包，才可以完成完整的传输，不同算法的通信过程，是相似的，此处以AES为例，最终需要AES加密的结果。需要以下步骤：
第一条：传送AES算法密钥
返回：OK(接收正确)
第二条：传送AES算法明文
返回：OK(接收正确)
第三条：发送AES算法start信号，表示下位机可以开始运算
返回：OK(接收正确)
第四条：发送AES算法请求结果信号，要求下位机返回运算结果
返回：AES加密结果
即一个AES加密过程需要四次上位机和下位机之间完整流程。

Claims (7)

1.一种可传输多种算法参数的数据传输方法，其步骤为：
1)分别创建算法映射表、请求映射表、操作映射表、数据类型映射表和数据产生方式映射表，并分别将其保存到上位机和下位机中；其中，所述算法映射表中每一算法对应一唯一标识码，所述请求映射表中每一请求对应一唯一标识码，所述操作映射表中每一操作对应一唯一标识码，所述数据类型映射表中每一操作类型对应一唯一标识码，所述数据产生方式映射表中每一种数据产生方式对应一唯一标识码；
2)设置一用于算法参数传输的数据帧结构；对于每一所选算法，上位机每次获取该算法的一待传输的参数，然后根据所述算法映射表、请求映射表、操作映射表、数据类型映射表和数据产生方式映射表，将该算法的标识码，该参数对应的请求、操作、数据类型、数据对应的标识码填充到所述数据帧结构对应字段中，然后将该数据帧结构打包发送给下位机；
3)下位机根据所述算法映射表、请求映射表、操作映射表、数据类型映射表和数据产生方式映射表对收到数据包中的该数据帧结构进行解析，并根据解析出的请求信息返回相应的结果给上位机。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数据帧结构的字段包括：帧起始、算法、请求、操作、数据类型、数据产生方式、数据长度、数据内容、帧结束。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述数据帧结构还包括一保留命令字字段，用于存储扩展命令。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对于每一算法，设定一参数传输顺序，上位机根据该参数传输顺序从所述算法中依次获取待传输的参数。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述请求包括：发送数据、开始操作、返回结果；其中，对于请求为发送数据或开始操作时，下位机返回一确认信息给上位机，当请求为返回结果时，下位机将计算结果通过数据总线发送到对应的输出寄存器中，然后打包后传回上位机；当上位机收到下位机发出的对前一数据包的确认信息后，生成并发送下一数据包。
6.如权利要求1或5所述的方法，其特征在于，所述下位机将返回数据填充到一设定的下位机到上位机数据传输结构后打包发送给上位机，其中所述下位机到上位机数据传输结构的字段包括：开始、数据长度、数据内容、结束。
7.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述下位机根据所述数据帧结构采用状态机跳转的方式对收到的数据包进行解析。
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