CN111813395B - 基于xml格式的通讯协议信息描述通用模型及其设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种基于XML格式的通讯协议信息描述通用模型及其设计方法，基于XML信息配置技术实现了各种格式协议信息的统一描述，搭建了包括应用层、协议初始化单元、缓存区创建单元、底层通讯模块、解码器和编码器的通用的模型，解决了嵌入式通信软件模块通用性差、复用度低的问题，减少了编码工作量，提高了工作效率，具有较高的应用和推广价值。
Description
技术领域
本发明涉及计算机技术领域，更具体的，涉及一种基于XML格式的通讯协议信息描述通用模型及其设计方法。
背景技术
现有的如专利一种基于XML的数据交换系统，公开号为CN105279122A，通过在SOA架构中，构造了一层基于XML的数据抽象层，用于隔离系统和用户与系统和数据源，完成数据交换，完成各种文件配置的数据交换。当目前对于文件的配置大多采用嵌入式通讯软件模块进行操作，由于通讯协议格式迥异、信息交互繁多、运行系统多样等原因，造成现有的软件开发只关注满足眼前特定需求，再软件架构上没有将底层通信模块与上层具体应用分离，难以实现软件的模块化和通用化，进而导致具体产品具体定制、类似产品重复开发、带来大量重复的编码和测试工作、无法获难以应对需求变更的风险，具体表现为投入人员多、开发周期长、难以适应修改、进度难以保证和后期维度难度大的问题。
发明内容
本发明为克服现有的嵌入式通讯软件模块存在通用性差、开发效率低且维护难的技术问题，提供一种基于XML格式的通讯协议信息描述通用模型及其设计方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
基于XML格式的通讯协议信息描述通用模型，包括应用层、协议初始化单元、缓存区创建单元、底层通讯模块、解码器和编码器；其中：
所述协议初始化单元用于读取配置XML文件中的字段信息并进行数据加载，根据具体数据类型将数据解析成节点设备对象、数据帧对象和数据对象，并对得到的数据类型进行初始化；
所述缓存区创建单元根据得到的数据帧对象的数据内存长度信息创建连续缓存区，作为底层通讯模块写入和应用层数据读取时共同使用的数据池；
所述底层通讯模块在数据池中接收新的数据帧后，对数据帧的帧头信息进行提取，并根据帧头查询数据帧对象，将新接收的数据存入数据帧对象对应的数据缓存区中；
所述应用层访问数据对象时，调用对应的数据帧对象的解码器实现数据池原始数据的解码转换；
所述应用层修改数据对象时，调用对应的数据帧对象的编码器进行数据编码，根据数据帧对象的发送评论信息自动发送数据。
上述方案中，该模型采用跨平台的思路，仅需将其嵌入到对应的软件系统平台中，便能够满足同一个模型不需要任何修改就可以在平台上进行编译、运行的需求，其通用性强，无需重复开发，而且维护成本低。
其中，所述协议初始化单元包括协议配置读取子单元、协议解析器子单元和参数动态创建单元；其中：
所述协议配置读取子单元用于读取配置XML文件中的XMLParser字段信息并加载到协议解析器子单元中；
所述协议解析器子单元接收XMLParser字段信息作为参数传入，将XML字段信息各Element元素逐一读取，并根据具体数据类型将数据解析成节点设备对象、数据帧对象和数据对象；
所述参数动态创建单元根据解析得到的节点设备对象、数据帧对象和数据对象重新创建新的节点设备对象、数据帧对象和数据对象，完成数据类型的初始化。
其中，所述底层通讯模块中设置有帧协议解析器，通过帧协议解析器对数据帧的帧头信息进行提取，并根据帧头查询数据帧对象，将新接收的数据存入数据帧对象对应的数据缓存区中。
其中，所述模型还包括节点状态监视单元，用于实现节点设备正常、故障状态的监视功能。
其中，所述节点设备对象用于记录总线上与模型进行数据交互的所有节点设备；所述数据帧对象用于记录所对应的节点设备对象发送的数据帧；所述数据对象用于记录所对应的数据帧对象的所有数据信息。
基于XML格式的通讯协议信息描述通用模型设计方法，包括以下步骤：
S1：协议初始化单元读取配置XML文件中的字段信息并进行数据加载，根据具体数据类型将数据解析成节点设备对象、数据帧对象和数据对象，对得到的数据类型进行初始化；
S2：缓存区创建单元根据得到的数据帧对象的数据内存长度信息创建连续缓存区，作为底层通讯模块写入和应用层数据读取时共同使用的数据池；
S3：底层通讯模块在数据池中接收新的数据帧后，对数据帧的帧头信息进行提取，并根据帧头查询数据帧对象，将新接收的数据存入数据帧对象对应的数据缓存区中；
S4：应用层访问数据对象时，调用对应的数据帧对象的解码器实现数据池原始数据的解码转换；
S5：应用层修改数据对象时，调用对应的数据帧对象的编码器进行数据编码，根据数据帧对象的发送评论信息自动发送数据。
其中，所述步骤S1具体包括以下步骤：
S11：由协议配置读取子单元读取配置XML文件中的XMLParser字段信息并加载到协议解析器子单元中；
S12：协议解析器子单元接收XMLParser字段信息作为参数传入，将XML字段信息各Element元素逐一读取，并根据具体数据类型将数据解析成节点设备对象、数据帧对象和数据对象；
S13：通过参数动态创建单元根据解析得到的节点设备对象、数据帧对象和数据对象重新创建新的节点设备对象、数据帧对象和数据对象，完成数据类型的初始化。
其中，在所述步骤S3中，底层通讯模块通过帧协议解析器对数据帧的帧头信息进行提取，并根据帧头查询数据帧对象，将新接收的数据存入数据帧对象对应的数据缓存区中。
其中，所述设计方法还包括节点状态监视过程，用于实现节点设备正常、故障状态的监视功能，具体为：
当底层通讯模块接收到数据帧对象时，由节点状态监视单元记录下接收时刻的时间戳并创建一个周期运行的任务，定期比较当前时间与更新后的数据帧对象的时间差值；当该时间差值大于N倍数据帧对象的发送周期时，即模型在设定的时间内未接收新数据，判定设备通讯故障，否则判定为正常；其中，N为正数。
其中，所述节点设备对象用于记录总线上与模型进行数据交互的所有节点设备；所述数据帧对象用于记录所对应的节点设备对象发送的数据帧；所述数据对象用于记录所对应的数据帧对象的所有数据信息。
上述方案中，本设计方法采用条件编译的方法，分别实现了不同平台下线程操作方法CreateTask、DelectTask的统一形式封装；采用条件编译的方法，分别实现了Windows、VxWorks、Linux不同平台下信号操作方法CreateEventX、SetEventX、DeleteEvent、WaitForSingleEvent的统一形式封装；采用条件编译的方法，分别实现了Windows、VxWorks、Linux不同平台加载库文件方法LoadModule的统一形式封装；采用条件编译的方法，分别实现了Windows、VxWorks、Linux不同平台系统时间获取方法GetTimeStamp的统一形式封装；采用条件编译的方法，分别实现了Windows、VxWorks、Linux不同平台库文件导出函数方法GetExportFunc的统一形式封装；采用条件编译的方法，分别实现了Windows、VxWorks、Linux不同平台库定时器操作方法StartTimer的统一形式封装。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明提供的一种基于XML格式的通讯协议信息描述通用模型及其设计方法，基于XML信息配置技术实现了各种格式协议信息的统一描述，搭建了通用的模型，解决了嵌入式通信软件模块通用性差、复用度低的问题，减少了编码工作量，提高了工作效率。
附图说明
图1为本发明所述模型数据流向示意图；
图2为本发明所述的设计方法流程图；
图3为本发明所述模型的运行原理示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
如图1所示，基于XML格式的通讯协议信息描述通用模型，包括应用层、协议初始化单元、缓存区创建单元、底层通讯模块、解码器Decoder和编码器Encoder；其中：
所述协议初始化单元用于读取配置XML文件中的XMLParser字段信息并进行数据加载，根据具体数据类型将数据解析成节点设备对象Device、数据帧对象PD0和数据对象Signal，并对得到的数据类型进行初始化；
所述缓存区创建单元根据得到的数据帧对象PD0的数据内存长度信息创建连续缓存区，作为底层通讯模块写入和应用层数据读取时共同使用的数据池；
所述底层通讯模块在数据池中接收新的数据帧后，对数据帧的帧头信息PdoID进行提取，并根据帧头查询数据帧对象PD0，将新接收的数据存入数据帧对象PD0对应的数据缓存区中；
所述应用层访问数据对象Signal时，调用对应的数据帧对象PD0的解码器Decoder实现数据池原始数据的解码转换；
所述应用层修改数据对象时，调用对应的数据帧对象PD0的编码器Encoder进行数据编码，根据数据帧对象的发送评论信息自动发送数据。
在具体实施过程中，该模型采用跨平台的思路，仅需将其嵌入到对应的软件系统平台中，便能够满足同一个模型不需要任何修改就可以在平台上进行编译、运行的需求，其通用性强，无需重复开发，而且维护成本低。
更具体的，所述协议初始化单元包括协议配置读取子单元、协议解析器子单元和参数动态创建单元；其中：
所述协议配置读取子单元用于读取配置XML文件中的XMLParser字段信息并加载到协议解析器子单元中；
所述协议解析器子单元接收XMLParser字段信息作为参数传入，将XML字段信息各Element元素逐一读取，并根据具体数据类型将数据解析成节点设备对象、数据帧对象和数据对象；
所述参数动态创建单元根据解析得到的节点设备对象、数据帧对象和数据对象重新创建新的节点设备对象、数据帧对象和数据对象，完成数据类型的初始化。
更具体的，所述底层通讯模块中设置有帧协议解析器，通过帧协议解析器对数据帧的帧头信息进行提取，并根据帧头查询数据帧对象，将新接收的数据存入数据帧对象对应的数据缓存区中。
更具体的，所述模型还包括节点状态监视单元，用于实现节点设备正常、故障状态的监视功能。
更具体的，所述节点设备对象用于记录总线上与模型进行数据交互的所有节点设备；所述数据帧对象用于记录所对应的节点设备对象发送的数据帧；所述数据对象用于记录所对应的数据帧对象的所有数据信息。
实施例2
更具体的，如图2所示，提供一种基于XML格式的通讯协议信息描述通用模型设计方法，包括以下步骤：
S1：协议初始化单元读取配置XML文件中的XMLParser字段信息并进行数据加载，根据具体数据类型将数据解析成节点设备对象Device、数据帧对象PD0和数据对象Signal，对得到的数据类型进行初始化；
S2：缓存区创建单元根据得到的数据帧对象PD0的数据内存长度信息创建连续缓存区，作为底层通讯模块写入和应用层数据读取时共同使用的数据池；
S3：底层通讯模块在数据池中接收新的数据帧后，对数据帧的帧头信息PdoID进行提取，并根据帧头查询数据帧对象PD0，将新接收的数据存入数据帧对象PD0对应的数据缓存区中；
S4：应用层访问数据对象时，调用对应的数据帧对象PD0的解码器Decoder实现数据池原始数据的解码转换；
S5：应用层修改数据对象时，调用对应的数据帧对象PD0的编码器Encoder进行数据编码，根据数据帧对象的发送评论信息自动发送数据。
更具体的，所述步骤S1具体包括以下步骤：
S11：由协议配置读取子单元读取配置XML文件中的XMLParser字段信息并加载到协议解析器子单元中；
S12：协议解析器子单元接收XMLParser字段信息作为参数传入，将XML字段信息各Element元素逐一读取，并根据具体数据类型将数据解析成节点设备对象Device、数据帧对象PD0和数据对象Signal；
S13：通过参数动态创建单元根据解析得到的节点设备对象Device、数据帧对象PD0和数据对象Signal重新创建新的节点设备对象Device、数据帧对象PD0和数据对象Signal，完成数据类型的初始化。
更具体的，在所述步骤S3中，底层通讯模块通过帧协议解析器对数据帧的帧头信息进行提取，并根据帧头查询数据帧对象，将新接收的数据存入数据帧对象对应的数据缓存区中。
更具体的，所述设计方法还包括节点状态监视过程，用于实现节点设备正常、故障状态的监视功能，具体为：
当底层通讯模块接收到数据帧对象时，由节点状态监视单元记录下接收时刻的时间戳并创建一个周期运行的任务，定期比较当前时间与更新后的数据帧对象的时间差值；当该时间差值大于N倍数据帧对象的发送周期时，即模型在设定的时间内未接收新数据，判定设备通讯故障，否则判定为正常；其中，N为正数。
更具体的，所述节点设备对象用于记录总线上与模型进行数据交互的所有节点设备；所述数据帧对象用于记录所对应的节点设备对象发送的数据帧；所述数据对象用于记录所对应的数据帧对象的所有数据信息。
在具体实施过程中，本设计方法采用条件编译的方法，分别实现了不同平台下线程操作方法CreateTask、DelectTask的统一形式封装；采用条件编译的方法，分别实现了Windows、VxWorks、Linux不同平台下信号操作方法CreateEventX、SetEventX、DeleteEvent、WaitForSingleEvent的统一形式封装；采用条件编译的方法，分别实现了Windows、VxWorks、Linux不同平台加载库文件方法LoadModule的统一形式封装；采用条件编译的方法，分别实现了Windows、VxWorks、Linux不同平台系统时间获取方法GetTimeStamp的统一形式封装；采用条件编译的方法，分别实现了Windows、VxWorks、Linux不同平台库文件导出函数方法GetExportFunc的统一形式封装；采用条件编译的方法，分别实现了Windows、VxWorks、Linux不同平台库定时器操作方法StartTimer的统一形式封装。
实施例3
更具体的，在实施例1、实施例2的基础上，具体阐述一种模型的设计过程，具体为：
1.信息描述模型设计
对通讯协议中数据信号Signal的信息描述是实现系统构建可配置化的关键一环。通过对数据信号的属性抽象，建立了数据信号的信息描述结构，如表1所示。
表1数据信号(Signal)的信息描述模型
2.架构分解
对于复杂的大规模软件系统，软件架构分解是必不可少的关键步骤，是识别架构元素的有效手段。软件架构分解的依据是业务切分和功能分解。
本通用通讯软件模块的运行原理如图3所示。根据业务逻辑，将系统拆解为驱动(Driver)、数据分发器(Distributor)、数据解码器(Decoder)、数据编码器(Encoder)、配置文件解析器(XmlParser)、帧协议解析器(ProtocolParser)共6大类基本功能模块。
3.框架基类设计
设计并实现了数据信号基类(CSignalBase)、数据帧基类(CPDOBase)、节点设备基类(CDeviceBase)、驱动基类(CDriverBase、CCommChannel)、数据分发器基类(CDistributorBase)、数据解码器基类(CDecoderBase)、数据编码器基类(CEncoderBase)、配置文件解析器基类(CXmlParserBase)、帧协议解析器基类(CProtocolParser)。具体功能说明见下表2。
表2框架基类说明
在具体实施过程中，一种基于XML格式的通讯协议信息描述通用模型及其设计方法，包括兼容多种通讯硬件模块、兼容多种数据总线、兼容多种通讯协议格式、数据解码方式可扩展、数据编码方式可扩展、节点设备状态监视、在线设备固件升级、支持多种操作系统。其具有以下特点：
A、所述兼容多种通讯硬件模块，是指该软件能够兼容多种底层通讯硬件，具备统一处理数据接收、发送及缓存的机制和能力；
B、所述兼容多种数据总线，是指该软件不局限于某一类型的数据总线，可以兼容包括以外网，CAN，RS232/RS422在内的多种数据总线；
C、所述兼容多种通讯协议格式，是指该软件通过应用XML信息配置和解析技术，可以读取各种格式的通讯协议；
D、所述数据解码方式可扩展，是指该软件能够适应特殊的数据帧编码方式，实现特殊编码方式的定制和扩展；
E、所述数据编码方式可扩展，是指该软件能够适应特殊的数据帧解码方式，实现特殊解码方式的定制和扩展；
F、所述节点设备状态监视，是指本软件能提供监测节点设备正常/故障的功能；
G、所述在线设备固件升级，是指本软件能提供对在线节点设备进行参数修改和固件升级的服务；
H、所述支持多种操作系统，是指本软件实现了对Windows、VxWorks、Linux平台的支持能力，能够满足同一份模型不需任何修改就可以在上述任一平台上编译、运行的需求。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (6)
1.基于XML格式的通讯协议信息描述通用模型，其特征在于，包括应用层、协议初始化单元、缓存区创建单元、底层通讯模块、解码器和编码器；其中：
所述协议初始化单元用于读取配置XML文件中的字段信息并进行数据加载，根据具体数据类型将数据解析成节点设备对象、数据帧对象和数据对象，并对得到的数据类型进行初始化；所述协议初始化单元包括协议配置读取子单元、协议解析器子单元和参数动态创建单元；其中：
所述协议配置读取子单元用于读取配置XML文件中的XMLParser字段信息并加载到协议解析器子单元中；
所述协议解析器子单元接收XMLParser字段信息作为参数传入，将XML字段信息各Element元素逐一读取，并根据具体数据类型将数据解析成节点设备对象、数据帧对象和数据对象；
所述参数动态创建单元根据解析得到的节点设备对象、数据帧对象和数据对象重新创建新的节点设备对象、数据帧对象和数据对象，完成数据类型的初始化；
所述缓存区创建单元根据得到的数据帧对象的数据内存长度信息创建连续缓存区，作为底层通讯模块写入和应用层数据读取时共同使用的数据池；
所述底层通讯模块在数据池中接收新的数据帧后，对数据帧的帧头信息进行提取，并根据帧头查询数据帧对象，将新接收的数据存入数据帧对象对应的数据缓存区中；所述底层通讯模块中设置有帧协议解析器，通过帧协议解析器对数据帧的帧头信息进行提取，并根据帧头查询数据帧对象，将新接收的数据存入数据帧对象对应的数据缓存区中；
所述应用层访问数据对象时，调用对应的数据帧对象的解码器实现数据池原始数据的解码转换；
所述应用层修改数据对象时，调用对应的数据帧对象的编码器进行数据编码，根据数据帧对象的发送评论信息自动发送数据。
2.根据权利要求1所述的基于XML格式的通讯协议信息描述通用模型，其特征在于，还包括节点状态监视单元，用于实现节点设备正常、故障状态的监视功能。
3.根据权利要求2所述的基于XML格式的通讯协议信息描述通用模型，其特征在于，所述节点设备对象用于记录总线上与模型进行数据交互的所有节点设备；所述数据帧对象用于记录所对应的节点设备对象发送的数据帧；所述数据对象用于记录所对应的数据帧对象的所有数据信息。
4.基于XML格式的通讯协议信息描述通用模型设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：协议初始化单元读取配置XML文件中的字段信息并进行数据加载，根据具体数据类型将数据解析成节点设备对象、数据帧对象和数据对象，对得到的数据类型进行初始化；所述步骤S1具体包括以下步骤：
S11：由协议配置读取子单元读取配置XML文件中的XMLParser字段信息并加载到协议解析器子单元中；
S12：协议解析器子单元接收XMLParser字段信息作为参数传入，将XML字段信息各Element元素逐一读取，并根据具体数据类型将数据解析成节点设备对象、数据帧对象和数据对象；
S13：通过参数动态创建单元根据解析得到的节点设备对象、数据帧对象和数据对象重新创建新的节点设备对象、数据帧对象和数据对象，完成数据类型的初始化；
S2：缓存区创建单元根据得到的数据帧对象的数据内存长度信息创建连续缓存区，作为底层通讯模块写入和应用层数据读取时共同使用的数据池；
S3：底层通讯模块在数据池中接收新的数据帧后，对数据帧的帧头信息进行提取，并根据帧头查询数据帧对象，将新接收的数据存入数据帧对象对应的数据缓存区中；在所述步骤S3中，底层通讯模块通过帧协议解析器对数据帧的帧头信息进行提取，并根据帧头查询数据帧对象，将新接收的数据存入数据帧对象对应的数据缓存区中；
S4：应用层访问数据对象时，调用对应的数据帧对象的解码器实现数据池原始数据的解码转换；
S5：应用层修改数据对象时，调用对应的数据帧对象的编码器进行数据编码，根据数据帧对象的发送评论信息自动发送数据。
5.根据权利要求4所述的基于XML格式的通讯协议信息描述通用模型设计方法，其特征在于：还包括节点状态监视过程，用于实现节点设备正常、故障状态的监视功能，具体为：
当底层通讯模块接收到数据帧对象时，由节点状态监视单元记录下接收时刻的时间戳并创建一个周期运行的任务，定期比较当前时间与更新后的数据帧对象的时间差值；当该时间差值大于N倍数据帧对象的发送周期时，即模型在设定的时间内未接收新数据，判定设备通讯故障，否则判定为正常；其中，N为正数。
6.根据权利要求5所述的基于XML格式的通讯协议信息描述通用模型设计方法，其特征在于：所述节点设备对象用于记录总线上与模型进行数据交互的所有节点设备；所述数据帧对象用于记录所对应的节点设备对象发送的数据帧；所述数据对象用于记录所对应的数据帧对象的所有数据信息。
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