CN110674065B - 一种在总线上的竞争仲裁方法和系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种在总线上的竞争仲裁方法和系统，包括：接收数据发送请求；将请求放入链表；以及在链表中根据优先级的顺序处理请求，以将数据发送至接收数据的设备，其中，根据接收数据的设备的应答情况设定或调整优先级。本申请提供的在总线上的竞争仲裁方法和系统，将通信的收发由同步模式改成异步模式，通过将数据请求存入一个链表并调整优先级，提高了总线通信效率，降低这种设备失联或者工作不正常的情况下的通信堵塞情况。

Description

一种在总线上的竞争仲裁方法和系统

技术领域

本申请涉及通信领域，尤其涉及一种modbus协议在总线上的竞争仲裁方法和系统。

背景技术

在一主多从的同步总线通信协议中，modbus是最常用的之一。modbus是一种串行通信协议，已经成为工业领域通信协议的业界标准(De facto)，并且现在是工业电子设备之间常用的连接方式。Modbus广泛应用于485、232、tcp等总线上，总体上是一主多从的状态，最多可能连接254个设备。标准modbus协议必须是主机发送，然后从机回复结果。收发数据方面，目前通用的设备端处理方法是发送完一包数据，等待回复，会有一个超时等待机制，且一般超时了会有一个重发机制，当收到从机的回复或者多次超时之后才会退出，才可以发下一包数据。

以上机制在所有设备都工作正常时没有问题，但是一旦有一个或者多个设备断开连接或者工作不正常，那么就会频繁的触发超时机制，当通信数据量很大时，会极大的降低总线通信效率，类似堵车。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本申请提供一种在总线上的竞争仲裁方法和系统，将通信的收发由同步模式改成异步模式，通过将数据请求存入一个链表并调整优先级，提高了总线通信效率，降低这种设备失联或者工作不正常的情况下的通信堵塞情况。

一方面，本申请提供一种在总线上的竞争仲裁方法，包括以下步骤：接收数据发送请求；将请求放入链表；以及在链表中根据优先级的顺序处理请求，以将数据发送至接收数据的设备，其中，根据接收数据的设备的应答情况设定或调整优先级。

在一些实施例中，可选的，当与设备的通信失败时，降低设备的优先级，其中，当发送超时未收到设备的应答时，判断为通信失败。

在一些实施例中，可选的，当与设备的通信成功时，提高设备的优先级，其中，当收到设备的应答时，判断为通信成功。

在一些实施例中，可选的，每处理完一条请求，针对链表中的所有请求进行优先级调整。

在一些实施例中，可选的，在链表中按照优先级从高到低的顺序对所有请求重新进行排序。

在一些实施例中，可选的，选择链表中优先级最高的请求进行处理。

在一些实施例中，可选的，对于需要立刻处理的请求，将优先级强制设置为最高，以使其处于链表的最前端。

在一些实施例中，可选的，在将请求放入链表后，继续接收其他数据发送请求。

在一些实施例中，可选的，将与请求相对应的请求标识与数据一起发送至接收数据的设备；接收来自设备接收到数据后反馈的应答消息，其中，应答消息包括请求标识；以及根据请求标识将应答消息与请求进行匹配。

另一方面，本申请还提供一种在总线上的竞争仲裁系统，包括主机和从机，其中：主机被配置为将接收到的数据发送请求放入链表，并根据优先级的顺序处理请求，以将数据从述主机发送至从机，其中，根据接收数据的从机的应答情况设定或调整优先级。

在一些实施例中，可选的，主机进一步被配置为当与从机的通信失败时，降低从机的优先级，其中，当发送超时未收到从机的应答时，判断为通信失败。

在一些实施例中，可选的，主机进一步被配置为当与从机的通信成功时，提高从机的优先级，其中，当收到从机的应答时，判断为通信成功。

在一些实施例中，可选的，主机进一步被配置为每处理完一条请求，针对链表中的所有请求进行优先级调整。

在一些实施例中，可选的，主机进一步被配置为在链表中按照优先级从高到低的顺序对所有请求重新进行排序。

在一些实施例中，可选的，主机进一步被配置为选择链表中优先级最高的请求进行处理。

在一些实施例中，可选的，主机进一步被配置为对于需要立刻处理的请求，将优先级强制设置为最高，以使其处于链表的最前端。

在一些实施例中，可选的，主机进一步被配置为在将请求放入链表后，继续接收其他数据发送请求。

在一些实施例中，可选的，主机被配置为将与请求相对应的请求标识与数据一起发送至接收数据的从机；从机被配置为在接收到数据后向主机反馈应答消息，其中，应答消息包括请求标识；以及主机进一步被配置为接收来自从机的应答消息，并根据请求标识将应答消息与请求进行匹配。

目前在modbus上，比较通用的办法就是发送一包数据，设置一个超时时间，中间可能有重发机制，超时还没有收到回复，就认为这个设备失联了，就再也不发送了。本申请提供的在总线上的竞争仲裁方法，在通信量较大时，可以根据与各个设备的通信情况，动态地调整设备的优先级，使得当有一个设备出问题之后，可无需等待并延后处理与该问题设备之间的通信，优先或正常处理与其他设备之间的通信，从而可以大幅提高效率。并且对于设备失联只是暂时性的情况而言，与目前通用的在某设备超时之后即判断设备失联而不再与此设备通信的处理方法相比，可以在设备恢复正常之后最快速的恢复与它的通信。

以下将结合附图对本申请的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本申请的目的、特征和效果。

附图说明

当结合附图阅读以下详细说明时，本申请将变得更易于理解，在整个附图中，相同的附图标记代表相同的零件，其中：

图1为本申请中在总线上的竞争仲裁系统的一个实施例的模块示意图。

图2为本申请中链表的一个实施例的示意图。

图3为本申请中在总线上的竞争仲裁系统的一个实施例的方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本申请特征及其相关作进一步详细说明，其中自始至终相同的标号表示相同的模块或者具有相同或者类似功能的模块。附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。

下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本申请保护的范围。以下将以modbus为例，介绍本申请中在总线上的竞争仲裁方法和系统。

图1为本申请中在总线上的竞争仲裁系统100的一个实施例的模块结构示意图。如图1所示，在总线上的竞争仲裁系统100为“一主多从”的结构，包括主机110、总线120以及一个或多个从机130。总线120分别与主机110和从机130通信连接，主机110可以经由总线120与从机130双向通信。主机110和每个从机130均具有唯一的设备标识(设备ID)，主机110根据设备标识与相对应的从机130传输数据。

主机110接收到数据发送请求后，通过总线120将数据包发送到具有对应设备ID的从机130。从机130接收到来自主机110的数据包后，通过总线120向主机110发送反馈信息，向主机110报告已正确接收到数据包。主机110收到来自从机130的回复，即可确定与从机130的本次通信成功，该数据发送请求已成功处理。可以在主机110处设置超时等待机制，例如预先设定超时阈值。主机110在向从机130发送数据包后，等待从机130的回复，若超过超时阈值还未收到从机130的回复，即确定与从机130的本次通信失败。

在现有的modbus通信机制下，主要使用的是同步模式，主机110发送一条请求及数据包后，要等到从机130的回复后，再发送下一条请求及数据包，即一发一回，不能打乱。这种机制在从机130工作正常时可正常运行，但是一旦有一个或者多个从机130断开连接或者工作不正常，那么就会频繁的触发超时等待机制，当通信数据量很大时，会极大的降低总线120的通信效率，类似堵车。

并且发明人经过长期的观察和实验发现，modbus协议本身在设计上有个明显的缺陷，由于读操作回复的内容不带功能码和寄存器地址，回复的内容不能100％确定是本次通信应该答复的内容。比如从机130负责电压和电流采集，主机110先读取电压，超时未收到回复，再去读取电流，此时收到的结果并不能100％确定是电流数据，有可能是从机130在处理某件事耽误了。

本申请提供的在总线上的竞争仲裁系统，可使用异步模式，即主机110发送一条请求及数据包后，无需先等待从机130的回复，而可以继续发送下一条请求及数据包。从机130接收到数据包后，也可以按接收顺序或者不按接收顺序向主机110回复。主机110可以通过请求标识(请求ID)或其他标识区分收到的数据与哪一个请求相对应。这种机制通过乱序收发，可以有效地避免“堵车”现象，效率更高。

在一些实施例中，主机110将与请求相对应的请求标识与数据一起发送至接收数据的从机130。从机130在接收到数据后向主机110反馈应答消息，其中应答消息包括与接收数据相对应的请求标识。主机110接收来自从机130的应答消息，并根据其中的请求标识将应答消息与请求进行匹配和对应，即可确定此次成功通信的是哪一个请求或哪一个从机130。在一些实施例中，可以在主机110处设置一个单独的任务或线程，这个任务负责所有数据的收发管理工作。当需要给一个从机130发送数据时，发送消息给这个任务，收发任务收到消息后将请求数据包放入一个链表中，请求的任务可以继续处理其他的请求。当短时间内收到大量请求时，可能形成一个很长的链表。所有请求均存在链表中，主机110可以根据预设的规则逐一处理每条请求。

图2为本申请中链表的一个实施例的示意图。如图2所示，链表包括多个行和多个列，每一行存储与一条请求相对应的信息。在该实施例中，链表包括四列，分别为请求ID、设备ID、优先级和数据包。请求ID为该数据发送请求的唯一标识。设备ID为待接收数据的从机130的设备ID。数据包为本次请求要发送的数据内容。主机110可以按照优先级的高低顺序处理请求，优先处理优先级高的请求。

在一些实施例中，可以对每个从机130设定相对应的优先级(例如：分为高中低三档，或者以数值的形式设定)。当某一个从机130通信失败后，就降低其优先级；当通信成功后，则提高其优先级。当发送超时未收到从机130的应答时，判断为通信失败。当收到从机130的应答时，判断为通信成功。

在一些实施例中，也可以根据从机130的应答的时间长短设定优先级，应答越快优先级越高，应答越慢优先级越低。

主机110每处理完一条请求，调整一次相对应的从机130的优先级，并对整个链表中的所有请求做一次优先级的调整。主机110处理下一条请求时，优先发送链表中下一条优先级最高的数据包。这样使得，可以将与不能正常通信的从机130相关的请求延后处理，不使其“堵塞”总线120。

在一些实施例中，某些通信请求可能需要立刻处理，尽快发出，也可以强制设置这个请求的优先级为最高优先级，让其处于整个发送链表的最前端，由主机110优先处理。

图3为本申请中在总线上的竞争仲裁系统的一个实施例的方法流程图。如图3所示，在总线上的竞争仲裁方法包括以下步骤：

步骤S310，接收数据发送请求。主机接收到数据发送请求，该数据发送请求包括需发送的数据包和待接收数据的从机的设备ID。

步骤S320，将请求放入链表。主机通过链表的形式，将所有接收到的请求保存为相应的任务队列。在一些实施例中，主机可以为每一条请求设定相应的优先级，以根据优先级的顺序处理任务队列，优先处理优先级高的请求。主机还可以为每一条请求设定唯一的请求ID，以识别来自从机的应答与哪一条请求相对应。

在一些实施例中，在将请求放入链表后，继续接收其他数据发送请求。这样使得无需等待上一条请求的应答或回复，提高了通信效率。

步骤S330，在链表中根据优先级的顺序处理请求，以将数据发送至接收数据的设备。在一些实施例中，可以根据接收数据的设备的应答情况设定或调整优先级。当与设备的通信失败时，降低设备的优先级。当与设备的通信成功时，提高设备的优先级。其中，当发送超时未收到设备的应答时，判断为通信失败；当收到设备的应答时，判断为通信成功。

在一些实施例中，每处理完一条请求，针对链表中的所有请求进行优先级调整，例如在链表中按照优先级从高到低的顺序对所有请求重新进行排序，并选择链表中优先级最高的请求进行处理。这样可以将与不能正常通信的设备相关的请求延后处理，不使其“堵塞”总线。

在一些实施例中，对于需要立刻处理的请求，将优先级强制设置为最高，以使其处于链表的最前端。

在一些实施例中，上述的各种方法、流程、模块、装置、设备或系统可以在一个或多个处理装置(例如，数字处理器、模拟处理器、被设计成用于处理信息的数字电路、被设计成用于处理信息的模拟电路、状态机、计算设备、计算机和/或用于以电子方式处理信息的其他机构)中被实现或执行。该一个或多个处理装置可以包括响应于以电子方式存储在电子存储介质上的指令来执行方法的一些或所有操作的一个或多个装置。该一个或多个处理装置可以包括通过硬件、固件和/或软件被配置而专门设计成用于执行方法的一项或多项操作的一个或多个装置。以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，根据本申请的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

本申请的实施方式可以在硬件、固件、软件或其各种组合中进行。还可以作为存储在机器可读介质上的且可以使用一个或多个处理装置读取和执行的指令来实现本申请。在一个实施方式中，机器可读介质可以包括用于存储和/或传输呈机器(例如，计算装置)可读形式的信息的各种机构。例如，机器可读存储介质可以包括只读存储器、随机存取存储器、磁盘存储介质、光存储介质、快闪存储器装置以及用于存储信息的其他介质，并且机器可读传输介质可以包括多种形式的传播信号(包括载波、红外信号、数字信号)以及用于传输信息的其他介质。虽然在执行某些动作的特定示例性方面和实施方式的角度可以在以上公开内容中描述固件、软件、例程或指令，但将明显的是，这类描述仅出于方便目的并且这类动作实际上由机器设备、计算装置、处理装置、处理器、控制器、或执行固件、软件、例程或指令的其他装置或机器产生。

本说明书使用示例来公开本申请，其中的一个或多个示例被描述或者图示于说明书及其附图之中。每个示例都是为了解释本申请而提供，而不是为了限制本申请。事实上，对于本领域技术人员而言显而易见的是，不脱离本申请的范围或精神的情况下可以对本申请进行各种修改和变型。例如，作为一个实施例的一部分的图示的或描述的特征可以与另一个实施例一起使用，以得到更进一步的实施例。因此，其意图是本申请涵盖在所附权利要求书及其等同物的范围内进行的修改和变型。以上所述，仅为本申请的具体实施例，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本申请公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

综上所述，上述实施例是实施方式的可能示例并且仅仅陈述用于对本申请的原理的清楚理解。在实质上不脱离本文描述的技术精神和原理的情况下可对上述实施例进行多种变形和修改。所有修改旨在在此被包括在本公开的范围内并由所附权利要求保护。

Claims (10)

1.一种在总线上的竞争仲裁方法，其特征在于，包括以下步骤：

接收数据发送请求；

将所述请求放入链表；以及

在所述链表中根据优先级的顺序处理所述请求，以将数据发送至接收数据的设备，其中，根据接收数据的所述设备的应答情况设定或调整所述优先级；

其中，当与所述设备的通信失败时，降低所述设备的所述优先级，其中，当发送超时未收到所述设备的应答时，判断为通信失败；以及当与所述设备的通信成功时，提高所述设备的所述优先级，其中，当收到所述设备的应答时，判断为通信成功。

2.根据权利要求1所述的在总线上的竞争仲裁方法，其特征在于：

每处理完一条请求，针对所述链表中的所有请求进行优先级调整。

3.根据权利要求1所述的在总线上的竞争仲裁方法，其特征在于：

对于需要立刻处理的请求，将优先级强制设置为最高，以使其处于所述链表的最前端。

4.根据权利要求1所述的在总线上的竞争仲裁方法，其特征在于：

在将所述请求放入所述链表后，继续接收其他数据发送请求。

5.根据权利要求1所述的在总线上的竞争仲裁方法，其特征在于：

将与所述请求相对应的请求标识与数据一起发送至接收数据的所述设备；

接收来自所述设备接收到数据后反馈的应答消息，其中，所述应答消息包括所述请求标识；以及

根据所述请求标识将所述应答消息与所述请求进行匹配。

6.一种在总线上的竞争仲裁系统，包括主机和从机，其特征在于：

所述主机被配置为将接收到的数据发送请求放入链表，并根据优先级的顺序处理所述请求，以将数据从述主机发送至所述从机，其中，根据接收数据的所述从机的应答情况设定或调整所述优先级；

其中，所述主机进一步被配置为当与所述从机的通信失败时，降低所述从机的所述优先级，其中，当发送超时未收到所述从机的应答时，判断为通信失败；以及所述主机进一步被配置为当与所述从机的通信成功时，提高所述从机的所述优先级，其中，当收到所述从机的应答时，判断为通信成功。

7.根据权利要求6所述的在总线上的竞争仲裁系统，其特征在于：

所述主机进一步被配置为每处理完一条请求，针对所述链表中的所有请求进行优先级调整。

8.根据权利要求6所述的在总线上的竞争仲裁系统，其特征在于：

所述主机进一步被配置为对于需要立刻处理的请求，将优先级强制设置为最高，以使其处于所述链表的最前端。

9.根据权利要求6所述的在总线上的竞争仲裁系统，其特征在于：

所述主机进一步被配置为在将所述请求放入所述链表后，继续接收其他数据发送请求。

10.根据权利要求6所述的在总线上的竞争仲裁系统，其特征在于：

所述主机被配置为将与所述请求相对应的请求标识与数据一起发送至接收数据的所述从机；

所述从机被配置为在接收到数据后向所述主机反馈应答消息，其中，所述应答消息包括所述请求标识；以及

所述主机进一步被配置为接收来自所述从机的所述应答消息，并根据所述请求标识将所述应答消息与所述请求进行匹配。

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