CN111585999A - 一种数据转换方法、系统及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种数据转换方法、系统及存储介质，所述方法包括：板卡接收卫星通过线路发送的信号，并将信号转换为预设帧格式的窄带数据后传递给DSP单板；DSP单板将窄带数据转换编码成以太网UDP报文，并通过第一网口发送给I7单板；I7单板运行编解码的APP应用程序，接收DSP单板发送的以太网UDP报文后进行解码，将解码的结果通过第二网口发送给主控板；主控板将解码的结果发送给对应的设备。本发明通过应用程序创建多个线程，将每个线程均单独绑定一个CPU内核，没有多核之间的切换，每个CPU内核单独运行已绑定的线程，多个线程可以同时处理多个通话，互不阻塞，最大化利用CPU内核的性能，实现了负载均衡。

Description

一种数据转换方法、系统及存储介质
技术领域
本发明涉及计算机应用技术领域，尤其涉及一种数据转换方法、系统及存储介质。
背景技术
多核CPU(即多核处理器)是指在一个处理器中集成两个或多个完整的计算引擎(内核)，此时处理器能支持系统总线上的多个处理器，由总线控制器提供所有总线控制信号和命令信号。
设计软件架构使得多核CPU能够发挥最大性能，是软件工程师的重要工作。充分利用每个核的算力，每个核之间的线程(进程)没有耦合关系，线程之间互相独立完成自己的工作，这样多核CPU的性能接近多个单核CPU的性能之和。
在某卫星通讯产品中，卫星传递到设备的数据流需要进行特殊的解码，然后将处理后的数据流传到其他传统设备。同时传统设备要与卫星通讯，也需要通过自身设备将普通的数据流编码成卫星设备可以识别的码流。不同的话务之间的数据流是没有任何关联的，例如A和B的通话，与C和D的通话毫无关系。负责编解码的CPU选用intel的I7，其有4个独立的核心，可以并行的运行独立的线程。在I7 CPU上运行的SMP(Symmetrical Multi-Processing，对称多处理，是指在一个计算机上汇集了多CPU，各CPU之间共享内存子系统以及总线结构)的操作系统，4核CPU内核都归一个操作系统管理调度。一个应用程序，如果不做任何限定，可能会在4个核上都有运行，这种调度完全由SMP操作系统负责。这种在多核之间的任务切换，会占用非常多的运行时间，而且很不相关的多路话务也可能互相阻塞，极大降低CPU并发性能，最终减少CPU能同时处理的最大话务量。
如图1所示，应用程序APP只有一个线程，其可能被SMP系统调度到任何一个内核上运行，虚线箭头是这个内核(C0，C2，C3)曾经运行过APP，而实线箭头表示当前内核(C1)正在运行此APP，软件架构比单核系统性能还要低，因为线程要在多核直接切换，需要占用时间，而单核系统反而省去了这个核间切换的时间。
如图2所示，应用程序APP创建多个线程(例如4个线程：T0，T1，T2，T3)，每个线程也没有进行限定，SMP操作系统负责每个线程的调度。例如，T0线程可能运行在C0～C3每个内核上，虚线和实线的意义和图1一样；T3线程可能运行在C2，C3内核上，当然T1和T2线程也可以运行在C0～C3每个内核上；这样的软件架构，可能导致某个CPU内核非常忙，有些内核却比较闲。同样任务在多核之间的切换也要花去不少时间，这样的性能可能仅仅利用了4个CPU内核的一半性能。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种数据转换方法、系统及存储介质，旨在解决现有技术中多个CPU内核利用不均匀，导致负载不均衡的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种数据转换方法，所述数据转换方法包括如下步骤：
板卡接收卫星通过线路发送的信号，并将信号转换为预设帧格式的窄带数据后传递给DSP单板；
DSP单板将窄带数据转换编码成以太网UDP报文，并通过第一网口发送给I7单板；
I7单板运行编解码的APP应用程序，接收DSP单板发送的以太网UDP报文后进行解码，将解码的结果通过第二网口发送给主控板；
主控板将解码的结果发送给对应的设备。
优选地，所述的数据转换方法，其中，所述数据转换方法还包括：
将I7单板的第一网口配置多个不同的IP地址，通过I7单板上的应用程序创建多个线程，将每个线程均单独绑定一个CPU内核，每个线程均创建一个UDP套接字，分别绑定对应的IP地址，启动线程。
优选地，所述的数据转换方法，其中，每个CPU内核单独运行已绑定的线程。
优选地，所述的数据转换方法，其中，所述数据转换方法还包括：
主控板将不同的话务发给绑定了不同IP地址的线程；
主控板为I7单板的每个线程当前在处理的话务进行计数，且初始计数为0。
优选地，所述的数据转换方法，其中，线程每增加一个话务，计数加1，当一个话务结束后计数减1。
优选地，所述的数据转换方法，其中，当接入新的话务时，主控板将当前话务分配给I7单板上当前话务量最少的线程。
优选地，所述的数据转换方法，其中，所述主控板将当前话务分配给I7单板上当前话务量最少的线程具体包括：
DSP单板将以太网UDP报文的目的IP设置为I7线程绑定的不同IP地址。
优选地，所述的数据转换方法，其中，当多个线程均单独绑定一个CPU内核后，多个线程同时处理多个话务。
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种数据转换系统，其中，所述数据转换系统包括：
板卡，与板卡连接的DSP单板，与DSP单板连接的I7单板，与I7单板连接的主控器，DSP单板还与主控板连接；
板卡接收卫星通过线路发送的信号，并将信号转换为预设帧格式的窄带数据后传递给DSP单板；
DSP单板将窄带数据转换编码成以太网UDP报文，并通过第一网口发送给I7单板；
I7单板运行编解码的APP应用程序，接收DSP单板发送的以太网UDP报文后进行解码，将解码的结果通过第二网口发送给主控板；
主控板将解码的结果发送给对应的设备。
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种存储介质，其中，所述存储介质存储有数据转换程序，所述数据转换程序被处理器执行时实现如上所述的数据转换方法的步骤。
本发明通过板卡接收卫星通过线路发送的信号，并将信号转换为预设帧格式的窄带数据后传递给DSP单板；DSP单板将窄带数据转换编码成以太网UDP报文，并通过第一网口发送给I7单板；I7单板运行编解码的APP应用程序，接收DSP单板发送的以太网UDP报文后进行解码，将解码的结果通过第二网口发送给主控板；主控板将解码的结果发送给对应的设备。本发明通过应用程序创建多个线程，将每个线程均单独绑定一个CPU内核，没有多核之间的切换，每个CPU内核单独运行已绑定的线程，多个线程可以同时处理多个通话，互不阻塞，最大化利用CPU内核的性能，实现了负载均衡。
附图说明
图1是现有技术中一个线程的应用程序在SMP系统中调度到任何一个内核上运行的原理示意图；
图2是现有技术中应用程序创建多个线程，每个线程可以在任意多个内核上运行的原理示意图；
图3是本发明数据转换方法的较佳实施例流程示意图；
图4是本发明数据转换方法的较佳实施例中多个线程和多个CPU内核对应关系的原理示意图；
图5是本发明数据转换方法和系统的较佳实施例中实现数据转换和传递的原理和流程示意图；
图6是本发明数据转换方法的较佳实施例中I7单板上网口配置不同IP地址的示意图；
图7是本发明数据转换方法的较佳实施例中主控板控制DSP单板以发送不同话务给CPU内核处理的原理示意图；
图8是本发明数据转换方法的较佳实施例中I7应用程序初始化流程图；
图9是本发明数据转换方法的较佳实施例中I7单板应用程序某个线程对数据进行解码的流程图；
图10是本发明数据转换方法的较佳实施例中主控板对I7应用程序的监控初始化流程图；
图11是本发明数据转换方法的较佳实施例中主控板为接入新话务的流程图；
图12是本发明数据转换方法的较佳实施例中主控板结束话务的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明较佳实施例所述的数据转换方法，如图3所示，所述数据转换方法包括以下步骤：
步骤S10、板卡接收卫星通过线路发送的信号，并将信号转换为预设帧格式的窄带数据后传递给DSP单板；
步骤S20、DSP单板将窄带数据转换编码成以太网UDP报文，并通过第一网口发送给I7单板；
步骤S30、I7单板运行编解码的APP应用程序，接收DSP单板发送的以太网UDP报文后进行解码，将解码的结果通过第二网口发送给主控板；
步骤S40、主控板将解码的结果发送给对应的设备。
具体地，如图4所示，通过应用程序创建多个线程，将每个线程均单独绑定一个CPU内核，没有多核之间的切换，每个CPU内核单独运行已绑定的线程，多个线程可以同时处理多个通话，互不阻塞，最大化利用CPU内核的性能，实现了负载均衡。例如，应用程序创建4个线程(T0，T1，T2，T3)，每个线程亲和(即绑定)到不同的CPU内核上(4个CPU内核为C0，C1，C2和C3，例如T0绑定到C0，T1绑定到C1，T2绑定到C2，T3绑定到C3)，这样，CPU内核上只会运行一个应用程序线程，没有多核之间的切换。线程之间没有任何耦合(依赖关系)，一路通话进入一个线程后，直接可以处理完毕。四个线程对应的四个CPU内核可以同时处理4路通话，互不阻塞。如果在话务进入设备时能平均分配到不同的线程，那么四核CPU实现了负载均衡。
具体地，如图5所示，是本发明中卫星通讯产品的单向数据的流程图，本发明中的板卡优选为E1单板(E1单板就是将电话线上的模拟信号转换E1数字信号的板卡)，预设帧格式优选为E1帧格式，E1单板从E1线路(E1线路一般是同轴电缆，或者电话线)上将卫星传来的信号转换成E1帧格式，并传递给DSP单板；DSP单板负责将E1窄带数据(传统电话业务线路中的数据是窄带的，例如64Kbps的速率)转换编码成以太网UDP报文(User DatagramProtocol，用户数据报协议，不同的话务UDP端口号不一样)，然后通过第一网口(eth0)发送给I7单板；I7单板上运行编解码APP应用程序，从DSP单板收到UDP报文后对其进行解码，然后将解码的结果通过第二网口(eth1)发送给主控板(即图5中的MPU，MicroprocessorUnit)，主控板再转发给其他设备，整个流程实现了卫星特殊编码格式到通用编码格式的转换。
另外，DSP单板能同时处理很多路话务的E1到以太网数据的格式转换，而真正处理解码的运算却需要大量CPU运算，如果I7单板不能及时将解码UDP报文处理完，那么整个设备接入的卫星通话量将受限。主控板(MPU)可以控制DSP单板发出来的UDP报文的目的IP和目的UDP端口号等信息。
进一步地，本发明将I7单板的第一网口配置多个不同的IP地址，通过I7单板上的应用程序创建多个线程，将每个线程均单独绑定一个CPU内核，每个线程均创建一个UDP套接字，分别绑定对应的IP地址，启动线程。
如图6所示，给I7单板的eth0网口(第一网口)配置4个不同的IP地址，分别为:192.168.0.100，192.168.1.100，192.168.2.100，192.168.3.100。I7单板上的应用程序，创建4个线程，分别是T0～T3，分别亲和到CPU内核C0～C3。每个线程创建一个UDP socket(套接字)，分别绑定源IP 192.168.0.100，192.168.1.100，192.168.2.100，192.168.3.100。即每个CPU内核单独运行已绑定的线程。
进一步地，主控板将不同的话务发给绑定了不同IP地址的线程；主控板为I7单板的每个线程当前在处理的话务进行计数，且初始计数为0；线程每增加一个话务，计数加1，当一个话务结束后计数减1。当接入新的话务时，主控板将当前话务分配给I7单板上当前话务量最少的线程。DSP单板将以太网UDP报文的目的IP设置为I7线程绑定的不同IP地址。
例如，如图7所示，主控板控制DSP单板，将不同的话务UDP流发送给不同的目的IP，话务1的UDP流发送给目的IP192.168.0.100；话务2的UDP流发送给目的IP 192.168.3.100。主控板为I7单板每个线程当前在处理的话务进行计数sension[n]，线程每增加一个话务，为其加1，话务结束后为其计数减1。每个线程的初始计数都为0；设备每接入一个话务，主控板(MPU)将当前话务分配给I7单板上当前话务量最少的线程，设置方法为让DSP单板将UDP报文的目的IP设置为I7线程绑定的不同IP地址。
如图8所示，I7单板上应用程序APP启动，为给I7单板的eth0网口(第一网口)配置4个不同的IP地址，分别为:192.168.0.100，192.168.1.100，192.168.2.100，192.168.3.100；创建4个线程T0，T1，T2，T3，设置线程亲和性如下：T0亲和到内核C0，T1亲和到内核C1，T2亲和到内核C2，T3亲和到内核C3，然后启动4个线程。
如图9所示，I7单板中线程启动，例如T0～T3，创建UDP套接字(socket)，fd(filedescription)是文件描述符，指向创建的套接字socket，绑定fd源IP为192.168.n.100，n为0～3；然后判断fd是否读取到数据，当是时对数据进行解码，再将数据发送给主控板。
如图10所示，主控板中的应用程序APP启动，为I7单板上4个线程记录当前正在处理的话务个数sension[n](例如sension[4])，初始值为0；如图11所示，主控板新接入话务后，从sension[0-3]这4个计数中找出最小值sension[n]，例如为sension[1]，设置当前DSP单板的话务的目的IP地址为192.168.n.100，然后sension[n]加1；如图12所示，主控板结束当前话务时，找出当前话务在I7单板上的线程n，将后sension[n]减1。
进一步地，如图5所示，基于上述数据转换方法，本发明还相应提供了一种数据转换系统，其中，所述数据转换系统包括：
板卡，与板卡连接的DSP单板，与DSP单板连接的I7单板，与I7单板连接的主控器，DSP单板还与主控板连接；板卡接收卫星通过线路发送的信号，并将信号转换为预设帧格式的窄带数据后传递给DSP单板；DSP单板将窄带数据转换编码成以太网UDP报文，并通过第一网口发送给I7单板；I7单板运行编解码的APP应用程序，接收DSP单板发送的以太网UDP报文后进行解码，将解码的结果通过第二网口发送给主控板；主控板将解码的结果发送给对应的设备。
例如，E1单板从E1线路上将卫星传来的信号转换成E1帧格式，并传递给DSP单板；DSP单板负责将E1窄带数据转换编码成以太网UDP报文，然后通过第一网口(eth0)发送给I7单板；I7单板上运行编解码APP应用程序，从DSP单板收到UDP报文后对其进行解码，然后将解码的结果通过第二网口(eth1)发送给主控板，主控板再转发给其他设备，整个流程实现了卫星特殊编码格式到通用编码格式的转换。
本发明还提供一种存储介质，其中，所述存储介质存储有数据转换程序，所述数据转换程序被处理器执行时实现如上所述的数据转换方法的步骤。
综上所述，本发明提供一种数据转换方法、系统及存储介质，所述方法包括：主核系统生成物理网口，从核系统创建一个物理网口；当所述从核系统需要接收报文时，所述主核系统通过第一DMA通道将报文传输到所述从核系统的BD环上；当所述从核系统需要发送报文时，所述从核系统将报文通过第二DMA通道传输到所述主核系统的物理网口发送BD环指向的内存。本发明通过主核系统控制物理网口，并生成网络接口，从核系统也创建一个网络接口，主核系统通过DMA通道将报文传输到从核系统的BD上，发送则是从核系统将报文通过DMA通道传输到主核系统的网口发送BD指向的内存，避免出现丢包现象。
当然，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关硬件(如处理器，控制器等)来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取的存储介质中，所述程序在执行时可包括如上述各方法实施例的流程。其中所述的存储介质可为存储器、磁碟、光盘等。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种数据转换方法，其特征在于，所述数据转换方法包括：
板卡接收卫星通过线路发送的信号，并将信号转换为预设帧格式的窄带数据后传递给DSP单板；
DSP单板将窄带数据转换编码成以太网UDP报文，并通过第一网口发送给I7单板；
I7单板运行编解码的APP应用程序，接收DSP单板发送的以太网UDP报文后进行解码，将解码的结果通过第二网口发送给主控板；
主控板将解码的结果发送给对应的设备。
2.根据权利要求1所述的数据转换方法，其特征在于，所述数据转换方法还包括：
将I7单板的第一网口配置多个不同的IP地址，通过I7单板上的应用程序创建多个线程，将每个线程均单独绑定一个CPU内核，每个线程均创建一个UDP套接字，分别绑定对应的IP地址，启动线程。
3.根据权利要求2所述的数据转换方法，其特征在于，每个CPU内核单独运行已绑定的线程。
4.根据权利要求1所述的数据转换方法，其特征在于，所述数据转换方法还包括：
主控板将不同的话务发给绑定了不同IP地址的线程；
主控板为I7单板的每个线程当前在处理的话务进行计数，且初始计数为0。
5.根据权利要求4所述的数据转换方法，其特征在于，线程每增加一个话务，计数加1，当一个话务结束后计数减1。
6.根据权利要求4所述的数据转换方法，其特征在于，当接入新的话务时，主控板将当前话务分配给I7单板上当前话务量最少的线程。
7.根据权利要求6所述的数据转换方法，其特征在于，所述主控板将当前话务分配给I7单板上当前话务量最少的线程具体包括：
DSP单板将以太网UDP报文的目的IP设置为I7线程绑定的不同IP地址。
8.根据权利要求1所述的数据转换方法，其特征在于，当多个线程均单独绑定一个CPU内核后，多个线程同时处理多个话务。
9.一种数据转换系统，其特征在于，所述数据转换系统包括：
板卡，与板卡连接的DSP单板，与DSP单板连接的I7单板，与I7单板连接的主控器，DSP单板还与主控板连接；
板卡接收卫星通过线路发送的信号，并将信号转换为预设帧格式的窄带数据后传递给DSP单板；
DSP单板将窄带数据转换编码成以太网UDP报文，并通过第一网口发送给I7单板；
I7单板运行编解码的APP应用程序，接收DSP单板发送的以太网UDP报文后进行解码，将解码的结果通过第二网口发送给主控板；
主控板将解码的结果发送给对应的设备。
10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有数据转换程序，所述数据转换程序被处理器执行时实现如权利要求1-8任一项所述的数据转换方法的步骤。
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