CN109862034B - 数据传输处理系统、网关和数据传输处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了数据传输处理系统、网关和方法，系统包括协议数据配置单元，用于存储第一总线数据和第二总线数据的关联协议数据；应用层单元，用于获取协议数据配置单元的协议数据，同时获取第一总线数据和第二总线数据，结合协议数据进行数据解析，发送解析后数据；驱动层单元，与应用层单元以及第一总线和第二总线进行数据通信，适用于启动第一线程：以从第一总线获取数据将解析后数据传递至第二总线；和第二线程以从第二总线获取数据将解析后数据传递至第一总线。数据处理方法，采用第一线程进行第一总线数据读操作和第二总线数据写操作；采用第二线程进行第二总线数据读操作和第一总线数据写操作。该系统和方法可维护性强，可降低软件开发周期。

Description

数据传输处理系统、网关和数据传输处理方法

技术领域

本发明属于数据通信技术领域，具体涉及一种数据传输处理系统和数据传输处理方法。

背景技术

列车通信网络TCN(Train Communication Network)定义了两级分层结构,分别对应为纹线式列车总线WTB(Wire Train Bus)和多功能车辆总线MVB(MultifunctionVehicle Bus)，两级总线之间通过动车组网关进行协议转换。动车组网关采用MVB和WTB两种类型的总线形式实现整车网络控制，在整个列车网络控制系统通讯中，网关负责MVB总线和WTB总线的通信协议数据转换和网络路由功能，具有MVB和WTB总线管理能力以及消息数据通信能力，当动车组进行列车重联或解编操作时，WTB总线拓扑会随之发生变化，网关可根据最新的网络拓扑对列车进行重新配置，进而实现WTB网络的自动编组。网关设备作为MVB网络和WTB网络两个独立通信子网的载体，是列车网络控制系统中的关键设备。

鉴于列车网络控制系统对网关可靠性和灵活性的要求，网关应采取如下措施：

1.通过协议数据配置文件方式对MVB协议数据和WTB协议数据进行关联配置，在列车网络调试过程中，当需要对协议数据进行调整时，只需更改配置文件即可，无需升级应用程序，提高了程序的可维护性，大大缩短了软件开发周期；2.当网关存在较多的MVB协议端口时，网关自身需要根据协议数据配置文件信息对MVB协议端口进行自动分时分片轮询，避免每次升级通信协议时，还需要升级应用程序，并且合理分配系统资源，提高了软件的可操作性和灵活性；3.假设，当列车总线通信受外界电磁环境干扰严重，造成总线通信波形异常，网关设备接收到得总线通信数据有可能发生跳变，如果发生跳变的数据为控制指令或者关键状态数据，则会造成列车重要功能失效，直接影响列车的正常运行。网关应采用MVB通信数据CRC校验机制和WTB通信数据CRC校验机制，当列车总线通信受到外界干扰或者其他数据传输异常的时候，有效地避免通信干扰和异常数据对列车功能造成的影响。

现有技术方案主要表现为：

1.现有网关设备对协议数据配置繁琐，每次通信协议变动，都需要调整应用程序，降低了程序的可维护性，延长了软件开发周期；2.现有网关设备在同一时刻轮询大量的MVB端口，对协议数据端口的轮询不够灵活，导致每次升级通信协议时，都需要升级应用程序，而且此轮询方式还会占用过多系统资源；3.现有网关设备对总线通信数据采取校验位校验，方式简单，当总线受扰时，数据会存在抖动，导致数据传输异常，影响车辆运行。

现有技术方案存在以下问题：

1.网关通信协议升级时，需要升级网关应用程序，这样降低了网关程序的可维护性，并且容易出现程序协议配置错误，延长了软件开发周期；2.网关同一时刻轮询大量MVB端口，会使CPU板卡对MVB板卡的访问占用过多的系统资源，影响其他线程或板卡访问；3.现有的网关MVB侧数据通信基本采用校验位实现对一个端口数据进行分段校验，在MVB总线通信线路受扰的情况下，数据位受到干扰，而校验位未受到干扰，从而破坏了MVB数据完整性，会导致应用判断错误，从而影响逻辑控制；现有的网关WTB侧数据通信同MVB通信校验类似，当WTB总线受扰时，如果只是数据位受扰，而校验位未受扰干扰，从而破坏了WTB数据完整性，则会导致应用认为此次总线数据可用，从而影响逻辑控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种数据传输可靠性高的数据传输系统和数据传输方法。

为解决所述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种数据传输处理系统，用于不同总线间数据系统的数据传输，所述总线包括第一总线和第二总线，所述数据系统包括第一总线端口和第二总线端口，每个第二总线端口均与第一总线端口进行数据通信；所述数据传输处理系统包括：

协议数据配置单元，用于存储第一总线数据和第二总线数据的关联协议数据；

应用层单元，用于获取协议数据配置单元的协议数据，同时获取第一总线数据和第二总线数据，结合协议数据进行数据解析，发送解析后数据；

驱动层单元，与应用层单元以及第一总线和第二总线进行数据通信，适用于启动第一线程：以从第一总线获取数据将解析后数据传递至第二总线；和第二线程以从第二总线获取数据将解析后数据传递至第一总线。

作为优选：应用层单元包括：

采集模块：与协议数据配置单元连接，按预设的格式，采集协议数据信息；

数据解析模块：与采集模块进行数据通信，按预设的格式，遍历采集模块采集的数据；

数据存储模块：与数据解析模块进行数据通信，用于分类存储数据解析模块输出的数据；

数据整理分发模块：与数据存储模块和端口轮询进行数据通信，将数据存储模块存数的数据分发至驱动层单元。

作为优选：端口轮询模块：按第二端口的顺序，分时分片轮询端口，获取端口属性；所述数据整理分发模块将数据存储模块存数的数据配合端口属性信息，分发至驱动层单元

作为优选：第一总线数据收发模块：与应用层单元和第一总线通信，获取应用层输出的解析后的第一总线数据，同时，获取第一总线数据传递至应用层单元；

第一总线驱动模块：与第一总线数据收发模块和第一总线通信，获取解析后的第一总线数据并将数据传递至第一总线；

第二总线数据收发模块：与应用层单元和第二总线通信，获取应用层输出的解析后的第二总线数据，同时，获取第二总线数据传递至应用层单元；

第二总线驱动模块：与第二总线数据收发模块和第二总线通信，获取解析后的第二总线数据并将数据传递至第二总线。

一种网关：包括上述的数据传输处理系统。

一种数据传输处理方法，采用上述的数据传输处理系统，具体包括以下步骤：

包括两个数据处理线程；

采用第一线程进行第一总线数据读操作和第二总线数据写操作；

采用第二线程进行第二总线数据读操作和第一总线数据写操作。

作为优选：第一线程轮询第一总线节点，获取第一总线数据后，检查每个端口CRC校验是否正确；

若是，将数据整理分发到对应的第二总线端口；

若否，丢弃该数据。

作为优选：进一步包括以下步骤：第一线程对第二总线进行写操作时，进一步判断端口属性；并对源端口数据进一步进行CRC校验。

作为优选：进一步包括以下步骤：第二线程轮询所有的第二总线端口，判断端口属性；

若为宿端口，获取第二端口数据并检查CRC校验是否正确，若是，则将数据整理分发到对应的第一总线端口节点，若否，丢弃该数据；

若为源端口，丢弃该数据。

作为优选：第二线程对第一总线进行写操作时，进一步对拟发送至本节点的第一总线数据增加CRC校验，若正确，则将数据分发到对应的第一总线端口，若错误，则丢弃。

作为优选：第一线程和第二线程均采用分时分片机制轮询所有第一网关节点端口和第二网关节点端口。

作为优选：第一线程进行第二总线写操作时，进一步根据端口属性进行分时分片处理。

作为优选：第一线程和第二线程在不同的数据轮询周期进行数据处理。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)协议数据的更新，可以直接对协议数据配置单元进行相关的读写修改操作，写入新的协议数据即可，不需要升级网关程序。本发明数据传输系统可通过协议数据配置文件，对网关所有协议数据进行预设关联，网关应用层软件可通过采集模块和解析模块实现网关协议数据的动态采集和解析，提高了网关软件的可维护性，大大降低了网关软件的开发周期。

(2)采用多线程处理机制，网关协议数据传输处理方法可通过分时分片处理机制对网关所有总线协议端口进行处理，优化为按端口属性分时分片访问，释放了更多的系统资源和背板总线通信资源，同时加强了程序的鲁棒性和健壮性。

(3)本发明网关协议数据传输处理方法可通过对协议数据增加CRC校验方式，确保了总线通信数据的完整性，提高了网关通信对总线的抗干扰能力和总线通信数据的可靠性，从而保障车辆安全运行。

附图说明

下面结合实施例及附图对本发明进一步详细说明：

图1为本发明数据传输处理系统结构框图；

图2为本发明第一线程数据处理流程图；

图3为本发明第二线程数据处理流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明具体实施例中的技术方案进行详细、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明总的技术方案的部分具体实施方式，而非全部的实施方式。基于本发明的总的构思，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都落于本发明保护的范围。

实施例1

本发明提供了一种数据传输系统及数据传输方法，可以用于不同总线之间的数据传输。

一种数据传输处理系统，用于不同总线间数据系统的数据传输，所述总线包括第一总线和第二总线，所述数据系统至少包括一个第一总线端口、两个第二总线端口，每个第二总线端口均与第一总线端口进行数据通信。以列车通信网络系统为例，包括车辆级WTB总线，相当于本申请的第一总线，还包括列车级MVB总线，相当于本申请第二总线。每个列车车厢均将数据汇总到列车级总线，列车车厢的通信端口相当于本申请的第二总线端口。列车网络通信过程中，会涉及WTB总线和MVB总线之间的数据传输和处理。以下实施例的描述，将以列车通信网络为例来说明。

数据传输处理系统可被配置在通信网关，包括协议数据配置单元、应用层单元和驱动层单元，网关的CPU板卡通过背板总线访问MVB板卡，完成MVB功能模块数据收发，通过背板总线访问WTB板卡，完成WTB功能模块的数据收发。

(1)协议数据配置单元

用于存储第一总线数据(WTB总线)和第二总线数据(MVB总线)的关联协议数据，即存储协议数据配置文件。具体的说：协议数据配置单元主要存放MVB功能模块的MVB数据信息、WTB功能模块的WTB数据信息等相关联的协议数据，以供应用层单元对协议数据进行采集、解析和分发处理。协议数据的更新，可以直接对协议数据配置单元进行相关的读写修改操作，写入新的协议数据即可，不需要升级网关程序。

(2)应用层单元

用于获取协议数据配置单元的数据，进行数据解析，并按第二总线端口排序轮询第二总线端口；

应用层单元主可以分别与协议转换单元和驱动层单元进行数据通信。要用于协议数据解析，以及对接收和发送的MVB功能模块和WTB功能模块数据进行整理分发，运行在网关CPU板卡。

应用层单元具体包括：

采集模块：连接协议数据配置单元，按照预设格式，对协议数据配置文件进行协议数据信息采集；

解析模块：解析模块连接采集模块，按照预设格式，对采集模块采集到的数据信息进行遍历解析；

数据存储模块：数据存储模块连接解析模块，用于分类存储解析模块输出的MVB功能模块数据和WTB功能模块数据；

MVB端口轮询模块：连接数据存储模块，此模块会根据数据存储模块里的MVB端口数据信息，按照MVB端口排序进行自动分时分片轮询，以减小MVB端口访问所占用的CPU板卡系统资源；

数据整理分发模块：连接数据存储模块，此模块对MVB功能模块接收和发送的MVB协议数据，以及WTB功能模块接收和发送的数据，按照预设的关联关系进行数据整理分发。

(3)驱动层单元

驱动层单元与应用层单元以及第一总线和第二总线进行数据通信，具体说其连接外部MVB总线和WTB总线，用于MVB功能模块和WTB功能模块的数据接收和发送，即将数据转发到MVB总线和WTB总线，同时，从MVB总线和WTB总线获取数据。驱动层单元接收应用层软件数据整理分发模块输出的数据进行发送，接收MVB总线和WTB总线数据上传给应用层软件数据整理分发模块进行数据整理分发。

驱动层单元对MVB总线和WTB总线采用分线程处理机制，驱动层单元适用于启动第一线程：以从第一总线获取数据将解析后数据传递至第二总线，即对WTB总线进行读操作，对MVB总线进行写操作；还启动第二线程，以从第二总线获取数据将解析后数据传递至第一总线，即对MVB总线进行读操作，对WTB总线进行写操作。

驱动层单元主要包括：

MVB数据收发模块：MVB数据收发模块连接应用层软件数据整理分发模块，用于接收应用层单元数据整理分发模块输出的MVB数据，以及上传接收到的MVB总线数据到应用层软件数据整理分发模块；

WTB数据收发模块：连接应用层单元数据整理分发模块，用于接收应用层单元数据整理分发模块输出的WTB数据，以及上传接收到的WTB总线数据到应用层软件数据整理分发模块；

MVB驱动模块：连接MVB数据收发模块，用于执行MVB收发驱动函数，将整理好的MVB数据发送到MVB总线，同时接收MVB总线上的MVB数据；MVB数据收发模块收发的MVB数据经MVB驱动模块发送至外部MVB总线；

WTB驱动模块：连接WTB数据收发模块，用于执行WTB收发驱动函数，将整理好的WTB数据发送到WTB总线，同时接收WTB总线上的WTB数据；WTB数据收发模块收发的WTB数据经WTB驱动模块发送至外部WTB总线。

采用本发明提供的数据传输处理系统，通过协议数据配置文件，提前对不同总线间的数据进行协议关联，同时，采用多线程处理机制进行不同总线间的数据读和写，可提高协议数据的处理速度和可靠性。

实施例2

本发明进一步提供一种网关，采用上述数据传输处理系统。

具体到以其在轨道车辆的应用，可应用于列车TCN网络的网关。动车组网关协议数据传输系统可通过协议数据配置文件，对TCN网关所有协议数据进行预设关联，TCN网关应用层软件可通过采集模块和解析模块实现网关协议数据的动态采集和解析，提高了TCN网关软件的可维护性，大大降低了TCN网关软件的开发周期。

实施例3

本发明还提供一种数据传输处理方法。

一种数据传输处理方法，采用实施例1提供的数据传输处理系统，或实施例2提供的网关。具体包括以下步骤：

数据传输处理方法包括两个数据处理线程，第一线程和第二线程，两个线程分别在不同的轮询周期执行不同的总线数据操作；

采用第一线程进行第一总线数据读操作和第二总线数据写操作；

采用第二线程进行第二总线数据读操作和第一总线数据写操作。

具体到列车TCN网络的应用，第一线程为WTB数据读操作和MVB数据写操作过程，第二线程为MVB数据读操作和WTB数据写操作过程；在保证列车通信数据实时性的前提下，为了避免线程轮询周期冲突，第一线程和第二线程的轮询周期应不同。

第一线程的工作流程，参考图2。

为了保证数据的准确性，在进行数据发送时，进一步对数据进行CRC校验，具体说，第一线程遍历所有的第一总线节点，获取第一总线数据后，检查每个端口CRC校验是否正确；

若是，将数据整理分发到对应的第二总线端口；

若否，丢弃该数据。

具体到列车TCN网络的应用，第一线程，首先通过驱动层单元的WTB数据收发模块，遍历所有WTB网关节点，获取所有节点的WTB数据，并检查每一个节点WTB数据CRC校验是否正确，如果正确，则根据协议数据配置文件的预设关联关系，将WTB数据反馈到应用层单元数据整理分发模块，数据整理分发模块将WTB数据整理到对应的MVB端口数据中，并分发到MVB数据收发模块，否则，丢弃此节点的WTB数据，继续轮询其他节点数据，直到所有WTB节点数据轮询完成；

同理，第一线程对第二总线进行写操作时，进一步判断第二总线端口属性；并对源端口数据进一步进行CRC校验。

具体到列车TCN网络的应用，所有网关节点WTB数据接收完成后，通过驱动层软件的MVB数据收发模块，遍历网关所有MVB协议端口，并判断MVB端口属性，如果是源端口，则对此端口数据增加CRC校验，并进入分时分片处理队列，分时分片处理机制可以根据实际协议数据配置文件的MVB端口信息，对所有源宿端口进行统计，并对不同属性的端口实行分时分片处理，保证同一属性的端口在规定时限内发送完成，确保MVB数据的实时性，否则，继续轮询其他MVB协议端口，直到所有源端口发送完成。

第二线程的工作流程，参考图3。

第二线程轮询所有的第二总线端口，判断端口属性；

若为宿端口，获取第二端口数据并检查CRC校验是否正确，若是，则将数据整理分发到对应的第一总线端口节点，若否，丢弃该数据；

若为源端口，丢弃该数据。

具体到列车TCN网络的应用，首先通过驱动层单元的MVB数据收发模块，遍历网关所有MVB协议端口，并判断MVB端口属性，如果是宿端口，则进行数据获取，并检查此端口MVB数据CRC校验是否正确，如果正确，则根据协议数据配置文件的预设关联关系，将MVB数据反馈到应用层软件数据整理分发模块。

为了保证数据的准确性，第二线程对第一总线进行写操作时，进一步对拟发送至本节点的第一总线数据增加CRC校验，若正确，则将数据分发到对应的第一总线端口，若错误，则丢弃。

具体到列车TCN网络的应用，数据整理分发模块将MVB数据整理到对应的本地WTB节点数据中，并分发到WTB数据收发模块，否则，丢弃此端口的MVB数据，继续轮询其他MVB端口，此处仍然通过分时分片机制对所有端口进行接收处理，直到所有MVB端口数据轮询完成；所有MVB宿端口数据接收完成后，通过驱动层软件的WTB数据收发模块，遍历所有网关节点，如果是本节点，则对本节点的WTB数据增加CRC校验，并完成节点WTB数据发送，否则，继续轮询其他节点，直到本节点WTB数据发送完成。

需要重点说明的是，以上两个线程在进行数据读写操作是，第一线程和第二线程均采用分时分片机制轮询所有第一网关节点端口和第二网关节点端口；尤其说明，第一线程进行第二总线写操作时，进一步根据端口属性进行分时分片处理。更进一步地，第一线程和第二线程在不同的数据轮询周期进行数据处理。这种数据处理方式，可以最大程度的降低数据的读写干扰，降低系统资源的占用率。

Claims (12)

1.一种数据传输处理系统，用于不同总线间数据系统的数据传输，其特征在于，所述总线包括第一总线和第二总线，所述数据传输处理系统包括：

协议数据配置单元，用于提前对不同总线间的所有协议数据进行预设协议关联，存储第一总线数据和第二总线数据的关联协议数据，所述协议数据配置单元 可被写入新的协议关联协议数据；

应用层单元，用于获取协议数据配置单元的协议数据，同时获取第一总线数据和第二总线数据，结合协议数据进行数据解析，发送解析后数据；

驱动层单元，与应用层单元以及第一总线和第二总线进行数据通信，适用于启动第一线程：以从第一总线获取数据将解析后数据传递至第二总线；和第二线程以从第二总线获取数据将解析后数据传递至第一总线；

所述应用层单元包括：

采集模块：与协议数据配置单元连接，按预设的格式，采集协议数据信息；

数据解析模块：与采集模块进行数据通信，按预设的格式，遍历采集模块采集的数据；

数据存储模块：与数据解析模块进行数据通信，用于分类存储数据解析模块输出的数据；

数据整理分发模块：连接数据存储模块，此模块对MVB功能模块接收和发送的MVB协议数据，以及WTB功能模块接收和发送的数据，按照预设的关联关系进行数据整理分发。

2.如权利要求1所述的数据传输处理系统，其特征在于：所述应用层单元进一步包括：

端口轮询模块：按第二端口的顺序，分时分片轮询端口，获取端口属性；所述数据整理分发模块将数据存储模块存数的数据配合端口属性信息，分发至驱动层单元。

3.如权利要求1所述的数据传输处理系统，其特征在于：所述驱动层单元包括：

第一总线数据收发模块：与应用层单元和第一总线通信，获取应用层输出的解析后的第一总线数据，同时，获取第一总线数据传递至应用层单元；

第一总线驱动模块：与第一总线数据收发模块和第一总线通信，获取解析后的第一总线数据并将数据传递至第一总线；

第二总线数据收发模块：与应用层单元和第二总线通信，获取应用层输出的解析后的第二总线数据，同时，获取第二总线数据传递至应用层单元；

第二总线驱动模块：与第二总线数据收发模块和第二总线通信，获取解析后的第二总线数据并将数据传递至第二总线。

4.一种网关，包括权利要求1至2所述的数据传输处理系统。

5.一种数据传输处理方法，采用权利要求1至2中任意一项所述的数据传输处理系统，其特征在于，包括以下步骤：

根据协议数据配置单元存储的第一总线数据和第二总线数据的关联协议数据，完成第一总线和第二总线之间的协议数据转换；当协议数据进行调整时，更改协议数据配置单元中存储的配置文件；

采用第一线程进行第一总线数据读操作和第二总线数据写操作；

采用第二线程进行第二总线数据读操作和第一总线数据写操作。

6.如权利要求5所述的数据传输处理方法，其特征在于：进一步包括以下步骤：第一线程轮询第一总线节点，获取第一总线数据后，检查每个端口CRC校验是否正确；

若是，将数据整理分发到对应的第二总线端口；

若否，丢弃该数据。

7.如权利要求5所述的数据传输处理方法，其特征在于：进一步包括以下步骤：第一线程对第二总线进行写操作时，进一步判断端口属性；并对源端口数据进一步进行CRC校验。

8.如权利要求5所述的数据传输处理方法，其特征在于：进一步包括以下步骤：第二线程轮询所有的第二总线端口，判断端口属性；

若为宿端口，获取第二端口数据并检查CRC校验是否正确，若是，则将数据整理分发到对应的第一总线端口节点，若否，丢弃该数据；

若为源端口，丢弃该数据。

9.如权利要求5所述的数据传输处理方法，其特征在于：第二线程对第一总线进行写操作时，进一步对拟发送至本节点的第一总线数据增加CRC校验，若正确，则将数据分发到对应的第一总线端口，若错误，则丢弃。

10.如权利要求5至9中任意一项所述的数据传输处理方法，其特征在于：第一线程和第二线程均采用分时分片机制轮询所有第一网关节点端口和第二网关节点端口。

11.如权利要求9所述的数据传输处理方法，其特征在于：第一线程进行第二总线写操作时，进一步根据端口属性进行分时分片处理。

12.如权利要求9所述的数据传输处理方法，其特征在于：第一线程和第二线程在不同的数据轮询周期进行数据处理。

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