CN111416778A - 用于多设备物联网的单串口网关平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于多设备物联网的单串口网关平台，包括网关串口、应用单元、与多个串口设备一一对应的多个线程处理单元，其中：所述串口设备，通过所述网关串口与网关平台连接；所述应用单元，用于调用与串口设备对应的通信协议，通过与串口设备对应的线程处理单元，对各个串口设备进行轮询的服务询问；线程处理单元，用于在接收得到对应的串口设备针对服务询问反馈的确定答复时，进行串口设备的数据处理，所述应用单元在数据处理结束后，继续进行服务询问。实现单一硬件接口接入多个物联网设备，减小网关平台的体积，降低网关平台硬件成本。

Description

用于多设备物联网的单串口网关平台

技术领域

本发明涉及数据处理领域，尤其涉及一种用于多设备物联网的单串口网关平台。

背景技术

如今，物联网的发展速度十分迅速，集成于物联网的设备种类也越来越多。

现有技术中，采用的设备入网的方案，通常是设备通过独立硬件接口接入网关平台，也即网关平台的一个硬件接口对应一个设备。因此，当物联网中的设备数量较多时，则网关平台的硬件接口数量较多，导致网关体积较大，硬件成本也很高。

发明内容

发明目的：本发明旨在提供一种用于多设备物联网的单串口网关平台。

技术方案：本发明实施例中提供一种用于多设备物联网的单串口网关平台，包括网关串口、应用单元、与多个串口设备一一对应的多个线程处理单元，其中：

所述串口设备，通过所述网关串口与网关平台连接；

所述应用单元，用于调用与串口设备对应的通信协议，通过与串口设备对应的线程处理单元，对各个串口设备进行轮询的服务询问；

线程处理单元，用于在接收得到对应的串口设备针对服务询问反馈的确定答复时，进行串口设备的数据处理，所述应用单元在数据处理结束后，继续进行服务询问。

具体的，线程处理单元，用于按照先处理发送数据再处理接收数据的顺序进行数据处理。

具体的，线程处理单元设有接收缓冲区，所述接收缓冲区的缓冲单位为字节类型变量，进队列和出队列为数据结构，进队列和出队列是队列下标为0～n-1的循环队列；其中n表示接收缓冲区的长度。

具体的，所述应用单元，用于通过包括字节类型指针的传递参数读取接收的数据，写入接收缓冲区，并调用读接收缓冲区函数维护得到接收缓冲区的出队列的队列下标，记录接收缓冲区的进队列的队列下标的变化；其中队列长度为无符号整型变量。

具体的，线程处理单元设有发送缓冲区，所述发送缓冲区的缓冲单位为预设的报文结构体，进队列和出队列为数据结构，进队列和出队列是队列下标为0～n-1的循环队列；其中n表示接收缓冲区的长度，报文结构体包括报文指针和报文长度，报文指针为字节类型指针，用于根据实际报文长度动态分配内存空间。

具体的，所述应用单元，用于调用带有锁的写发送缓冲区函数，并通过包括字节类型指针的传递参数向发送缓冲区写入待发送报文；所述锁保证所述应用单元每次单独调用一个线程处理单元。

具体的，所述锁为信号量机制。

具体的，线程处理单元，用于判断发送缓冲区的进队列的下标和出队列的下标是否一致，若一致，本次不发送报文；如果不一致，从出队列的指针所指位置取出报文发送，并记录发送缓冲区的出队列下标的变化。

具体的，所述应用单元，用于调用初始化串口函数，初始化线程处理单元。

具体的，所述应用单元和线程处理单元，基于linux操作系统和C语言。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：通过对应多个设备的多个线程处理单元，针对每个设备的数据进行单独处理，实现单一硬件接口接入多个物联网设备，减小网关平台的体积，降低网关平台硬件成本。

附图说明

图1为本发明实施例中提供的网关平台的示意图；

图2为本发明实施例中提供的接收缓冲区和发送缓冲区结构体示意图；

图3为本发明实施例中提供的应用单元的工作流程示意图；

图4为本发明实施例中提供的线程处理单元的工作流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

参阅图1，其为本发明实施例中提供的网关平台的示意图，以下结合附图进行详细说明。

本发明实施例中提供一种用于多设备物联网的单串口网关平台，包括网关串口、应用单元、与多个串口设备一一对应的多个线程处理单元，其中：

所述串口设备，通过所述网关串口与网关平台连接；

所述应用单元，用于调用与串口设备对应的通信协议，通过与串口设备对应的线程处理单元，对各个串口设备进行轮询的服务询问；

线程处理单元，用于在接收得到对应的串口设备针对服务询问反馈的确定答复时，进行串口设备的数据处理，所述应用单元在数据处理结束后，继续进行服务询问。

本发明实施例中，线程处理单元，用于按照先处理发送数据再处理接收数据的顺序进行数据处理。

在具体实施中，其中SF传感器01～04、门禁01、门禁02、烟感01、烟感02和逆变器01～03，均属于物联网中的串口设备，通过本发明实施例中提供的网关平台的网关串口(串口01)接入网关平台，每个串口设备的通信协议不同，应用单元通过调用与串口设备对应的通信协议，与串口设备取得通信连接，对串口设备进行服务询问(询问串口设备是否需要进行数据处理)，并按照以上通信连接方式，以轮询方式逐个对串口设备进行服务询问。每个线程处理单元对应一个串口设备，专门进行该串口设备的线程工作、线程数据处理。

在具体实施中，应用单元调用与串口设备对应的通信协议，也即调用与串口设备对应的应用程序(包括通信协议)与串口设备进行通信。轮询是要求所有接入网关串口的设备采用被轮询方式上送数据，各应用程序可以按照间隔的节奏下发服务询问指令，各个线程处理单元把所有应用程序下发的询问指令缓存下来，一条一条间隔发送，收到指令的串口设备会利用网关串口下发指令的间隔上送被询问的数据至对应的线程处理单元，若反馈的是确定答复时，线程处理单元进行串口设备的数据处理，在进行数据处理的线程处理单元完成数据处理后，应用单元可以继续进行轮询的服务询问。采用上述方案，可以将从现有技术中的多路串口接入，改为从一路网关串口接入的方式。

本发明实施例中，线程处理单元设有接收缓冲区，所述接收缓冲区的缓冲单位为字节类型变量，进队列和出队列为数据结构，进队列和出队列是队列下标为0～n-1的循环队列；其中n表示接收缓冲区的长度。

在具体实施中，接收缓冲区的队列结构还包括缓冲单位数组，用于存储缓冲内容。

在具体实施中，接收缓冲区的缓进队列和出队列均为数据结构，队列下标为无符号整型变量。队列下标为0～n-1表示队列的长度，在放入报文时，依据实际报文的长度确定实际对应的队列下标。

在具体实施中，接收缓冲区的缓冲单位为字节类型，可以保证读取得到所有种类的接收的数据，可以广泛的适应各种物联网设备，实现一路网关串口接入的方式。

本发明实施例中，所述应用单元，用于通过包括字节类型指针的传递参数读取接收的数据，写入接收缓冲区，并调用读接收缓冲区函数维护得到接收缓冲区的出队列的队列下标，记录接收缓冲区的进队列的队列下标的变化；其中队列长度为无符号整型变量。

在具体实施中，对应串口设备的应用程序，在接收缓冲区接收串口设备的报文数据至出队列时，用以维护得到出队列的队列下标，即应用程序读缓冲位置，并记录进队列的队列下标的变化，相应的可以得到接收的报文的长度，可以据此判断后续接收的报文数据是否是连续的。读接收缓冲区函数返回的返回值为0表示没有报文数据接收到，返回的返回值大于0表示本次实际读到的字节数。

本发明实施例中，线程处理单元设有发送缓冲区，所述发送缓冲区的缓冲单位为预设的报文结构体，进队列和出队列为数据结构，进队列和出队列是队列下标为0～n-1的循环队列；其中n表示接收缓冲区的长度，报文结构体包括报文指针和报文长度，报文指针为字节类型指针，用于根据实际报文长度动态分配内存空间。

在具体实施中，各个线程处理单元可以共用接收缓冲区或/和发送缓冲区，也可以各个线程处理单元使用对应的独立接收缓冲区或/和发送缓冲区。

本发明实施例中，所述应用单元，用于调用带有锁的写发送缓冲区函数，并通过包括字节类型指针的传递参数向发送缓冲区写入待发送报文；所述锁保证所述应用单元每次单独调用一个线程处理单元。

本发明实施例中，所述锁为信号量机制。

在具体实施中，发生缓冲区的队列结构还包括缓冲单位数组，用于存储缓冲内容。

在具体实施中，锁可以保证应用单元每次调用一种应用程序，实现每次每个线程处理单元单独处理对应的串口设备的数据。

在具体实施中，每次调用写发送缓冲区函数，都会向发送缓冲区的进队列中加入一条待发送报文，并使发送缓冲区的进队列指针移动1个位置。

本发明实施例中，线程处理单元，用于判断发送缓冲区的进队列的下标和出队列的下标是否一致，若一致，本次不发送报文；如果不一致，从出队列的指针所指位置取出报文发送，并记录发送缓冲区的出队列下标的变化。

在具体实施中，发送缓冲区的进队列的下标和出队列的下标若一致，表示没有新增的报文数据，则不发送报文；若不一致，表示有新增的报文数据，则发送报文。

本发明实施例中，所述应用单元，用于调用初始化串口函数，初始化线程处理单元。

在具体实施中，初始化串口函数由网关平台的应用程序调用，负责对线程处理单元、网关平台进行初始化，包括波特率、校验位、接收缓冲区大小、发送缓冲区大小等参数。

本发明实施例中，所述应用单元和线程处理单元，基于linux操作系统和C语言。

在具体实施中，应用单元可以为多个，还可以包括其他例如用于处理环境温湿度传感器(串口设备)数据的应用单元、用于处理有害气体传感器(串口设备)数据的应用单元、用于处理电气设备(串口设备)数据的应用单元。

参阅图2，其为本发明实施例中提供的接收缓冲区和发送缓冲区结构体示意图。

如图2所示，生成一个实现线程处理单元的串口功能公共头文件FuncUart.h，并在文件中定义本发明实施例中所需要的结构体类型，如下所示：

(1)定义接收缓冲区结构体类型：

(2)定义报文结构体类型

(3)定义发送缓冲区结构体类型

然后，生成一个串口功能源文件FuncUart.c。在源文件中引用上述头文件，并用定义的接收缓冲区结构体类型和发送缓冲区结构体类型，定义接收缓冲区变量和发送缓冲区变量，如下所示：

UART_RECV_QUEUE g_UART_RECV_QUEUE；//接收缓冲区变量

UART_SEND_QUEUE g_UART_SEND_QUEUE；//发送缓冲区变量

最后，定义三个接口函数：

(1)定义初始化串口函数：

int initUart(char*dev_name,int baud_rate,int data_bits,char parity,int stop_bits,unsigned int recv_len,unsigned int send_len)；

该函数返回值为-1，表示初始化失败，否则表示初始化成功，并返回该串口的句柄。

函数的参数列表中：

dev_name表示该串口在linux操作系统中定义的设备名，常见的比如：“/dev/ttyS1”。linux操作系统对每一个硬件设备，都在其/dev目录下建有对应的文件名。

baud_rate表示串口波特率，data_bits表示数据位个数，parity表示奇偶校验方式，stop_bits表示停止位个数。

recv_len表示串口的接收缓冲区大小，send_len表示串口的发送缓冲区大小。

参阅图3、图4，初始化串口函数除了初始化串口本身的通信特征参数，还设置了串口的接收缓冲区大小和发送缓冲区大小。

(2)定义写发送缓冲区函数：

int sendData_Uart(int fd,char*buff,int len)；

函数返回值为-1，表示加入发送缓冲区失败，否则表示成功。

函数的参数列表中：

fd表示要操作的串口的句柄。buff表示发送报文的缓冲数组，len表示要发送的报文的长度。

参阅图3、图4，写发送缓冲区函数首先判断当前队列插入位置的变量是否为空，如果不为空，表示该位置之前插入过报文，需要先用free函数释放该报文变量。

函数根据buff和len，利用UART_SEND_ONE结构体生成一个报文变量，并动态分配了报文数组空间，然后将变量插入进队列下标所指位置，将进队列下标循环移动一位。

(3)定义读接收缓冲区函数：

int recvData_Uart(int fd,char*buff,int len,int*pos)；

函数返回值为0，表示没有读到数据，否则，返回实际读到的数据字节数。

函数的参数列表中：

fd表示要操作的串口的句柄，buff表示应用程序接收数据的缓冲数组，len表示应用程序本次能够接受的最大报文长度，pos表示应用程序读缓冲区位置变量的指针。

参阅图3、图4，读接收缓冲区函数判断应用程序读缓冲区位置变量与该串口接收缓冲区进队列下标是否一致，如果一致，表示串口没有接收到数据，则直接返回；如果不一致，表示串口有数据进入，则将数据拷贝入buff，供应用程序使用。

在具体实施中，完成上述变量和函数定义后，实际使用本发明实施例所提供的单串口网关平台的方法可以参照以下步骤进行：

(1)网关平台程序在初始化过程中，调用initUart函数(初始化串口函数)，初始化相关串口设备及缓冲区大小，initUart函数(初始化串口函数)会在初始化完成后，启动一个串口数据收发线程，即线程处理单元；

(2)应用程序在完成相关功能初始化后，开始不断轮询传感器数据，发送时调用sendData_Uart函数(写发送缓冲区函数)，接收时调用recvData_Uart函数(读接收缓冲区函数)。

串口数据收发的线程工作流程如图3、图4所示：

(1)调用linux标准驱动的read函数接口，读串口报文数据，如果读到，则将报文数据加入接收缓冲区队列，并移动接收缓冲区的进队列下标；否则，继续下面的步骤；

(2)判断发送缓冲区进队列的队列下标和出队列的队列下标是否一致，如果不一致，表示有报文待发送，调用linux标准驱动的write函数接口，从发送缓冲区队列中取出一个报文发送，并移动发送缓冲区出队列的队列下标；否则，继续下面的步骤；

(3)判断线程是否收到停止信号，如果收到，则线程结束；否则，从步骤(1)开始重新运行。

应用程序的线程工作流程如图3、图4所示：

(1)判断上一次轮询的设备是否是最后一个串口设备，如果是，将轮询串口设备指针指向第一个要轮询的串口设备；否则从下一个串口设备开始轮询；

(2)根据串口设备的设备类型和协议类型，形成轮询报文；

(3)调用sendData_Uart函数(写发送缓冲区函数)，将报文写入发送缓冲区中。

(4)等待并调用recvData_Uart函数(读接收缓冲区函数)读取是否接收到了数据，如果收到了数据，将数据取出，解析本应用接入的传感器规约的应用层数据；否则，判断轮询报文发送次数，如果不满3次，从(3)开始执行；如果达到3次，从(1)开始执行。

(5)判断线程处理单元是否收到停止信号，如果收到，则线程结束；否则，从步骤(1)开始重新运行。

Claims (10)

1.一种用于多设备物联网的单串口网关平台，其特征在于，包括网关串口、应用单元、与多个串口设备一一对应的多个线程处理单元，其中：

所述串口设备，通过所述网关串口与网关平台连接；

所述应用单元，用于调用与串口设备对应的通信协议，通过与串口设备对应的线程处理单元，对各个串口设备进行轮询的服务询问；

线程处理单元，用于在接收得到对应的串口设备针对服务询问反馈的确定答复时，进行串口设备的数据处理，所述应用单元在数据处理结束后，继续进行服务询问。

2.根据权利要求1所述的用于多设备物联网的单串口网关平台，其特征在于，线程处理单元，用于按照先处理发送数据再处理接收数据的顺序进行数据处理。

3.根据权利要求2所述的用于多设备物联网的单串口网关平台，其特征在于，线程处理单元设有接收缓冲区，所述接收缓冲区的缓冲单位为字节类型变量，进队列和出队列为数据结构，进队列和出队列是队列下标为0～n-1的循环队列；其中n表示接收缓冲区的长度。

4.根据权利要求3所述的用于多设备物联网的单串口网关平台，其特征在于，所述应用单元，用于通过包括字节类型指针的传递参数读取接收的数据，写入接收缓冲区，并调用读接收缓冲区函数维护得到接收缓冲区的出队列的队列下标，记录接收缓冲区的进队列的队列下标的变化；其中队列长度为无符号整型变量。

5.根据权利要求4所述的用于多设备物联网的单串口网关平台，其特征在于，线程处理单元设有发送缓冲区，所述发送缓冲区的缓冲单位为预设的报文结构体，进队列和出队列为数据结构，进队列和出队列是队列下标为0～n-1的循环队列；其中n表示接收缓冲区的长度，报文结构体包括报文指针和报文长度，报文指针为字节类型指针，用于根据实际报文长度动态分配内存空间。

6.根据权利要求5所述的用于多设备物联网的单串口网关平台，其特征在于，所述应用单元，用于调用带有锁的写发送缓冲区函数，并通过包括字节类型指针的传递参数向发送缓冲区写入待发送报文；所述锁保证所述应用单元每次单独调用一个线程处理单元。

7.根据权利要求6所述的用于多设备物联网的单串口网关平台，其特征在于，所述锁为信号量机制。

8.根据权利要求6所述的用于多设备物联网的单串口网关平台，其特征在于，线程处理单元，用于判断发送缓冲区的进队列的下标和出队列的下标是否一致，若一致，本次不发送报文；如果不一致，从出队列的指针所指位置取出报文发送，并记录发送缓冲区的出队列下标的变化。

9.根据权利要求8所述的用于多设备物联网的单串口网关平台，其特征在于，所述应用单元，用于调用初始化串口函数，初始化线程处理单元。

10.根据权利要求9所述的用于多设备物联网的单串口网关平台，其特征在于，所述应用单元和线程处理单元，基于linux操作系统和C语言。

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