CN112416829A - 数据传输到hmi的方法以及usb hid设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种数据传输到HMI的方法、一种USB HID设备，方法包括：运行linux系统的USB HID设备作为主机端，与作为设备端的HMI人机建立通信连接关系；主机端读取待传输数据，并将其映射到usbhid通道；主机端对映射到usbhid通道的每一数据帧，判断其是否符合底层驱动拦截要求，若是，则对符合的数据帧进行处理再经usbhid通道发送至设备端；若否，则直接经usbhid通道发送至设备端。本发明实现了抛开PC和U盘的将数据镜像映射到HMI人机，操作更便捷，传输效果更高效并且能够保证传输准确性。
Description
技术领域
本发明涉及设备通信领域，具体涉及数据传输到HMI的方法以及USB HID设备。
背景技术
HID是一种USB通信协议，无需安装驱动就能进行交互。USB HID类是USB设备的一个标准设备类，包括的设备非常多。HID类设备定义它属于人机交互操作的设备，用于控制计算机操作的一些方面，如USB鼠标、USB键盘、USB游戏操纵杆等。HID设备类不一定要有人机接口，只要符合HID类别规范的设备都是HID设备。USB HID设备的一个好处就是操作系统自带了HID类的驱动程序，用户无需去开发驱动程序，只要使用API系统调用即可完成通信。
Windows操作系统最先支持的HID设备。在windows 98以及后来的版本中内置有HID设备的驱动程序，应用程序可以直接使用这些驱动程序来与设备通信。
在设计一个USB接口的计算机外部设备时，如果HID类型的设备可以满足需要，优选可以将设计为HID类型设备，这样可以省去比较复杂的USB驱动程序的编写，直接利用Windows操作系统对标准的HID类型USB设备的支持。HMI人机传送文件当前常见的方法：a、连接usb线，将HMI作为device，通过Windows PC软件进行传输文件；b、连接U盘，将HMI作为host，在人机界面上面操作读取U盘中文件；c、连接串口线，通过Windows PC与HMI进行串口通讯传输文件；d、连接网线，通过Windows PC与HMI进行网络通讯传输文件。
然而，目前市面HMI经济型人机，为了降低成本，并未配以太网接口，而依赖串口进行数据传输的速度又不理想，因此USB接口数据传输成了合适的选择。但是，基于上述的说明可知，HMI作为从机设备，需要依赖Windows PC才能进行数据的传输，即使当前笔记本小型电脑普及，需要随身携带一台电脑去下载HMI，依然是一件麻烦的事情。因此，有必要提供一种新型的基于USB接口实现数据传输的方式，以适配经济型HMI，并获取良好的数据传输效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种数据传输到HMI的方法、一种USB HID设备，能够适配未配以太网接口的HMI，操作更便捷，传输效果更高效并且能够保证传输准确性。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种数据传输到HMI的方法，包括：
运行linux系统的USB HID设备作为主机端，与作为设备端的HMI人机建立通信连接关系；
主机端读取待传输数据，并将其映射到usbhid通道；
主机端对映射到usbhid通道的每一数据帧，判断其是否符合底层驱动拦截要求，若是，则对符合的数据帧进行处理再经usbhid通道发送至设备端；若否，则直接经usbhid通道发送至设备端。
本发明提供的另一个技术方案为：
一种USB HID设备，运行linux系统，且包括一计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有一计算机程序，所述程序在被处理器执行时，能够实现如下步骤：
与作为设备端的HMI人机建立通信连接关系；
读取待传输数据，并将其映射到usbhid通道；
对映射到usbhid通道的每一数据帧，判断其是否符合底层驱动拦截要求，若是，则对符合的数据帧进行处理再经usbhid通道发送至设备端；若否，则直接经usbhid通道发送至设备端。
本发明的有益效果在于：提供一种数据传输HMI的方法以及一种USB HID设备，能够抛开PC和U盘实现两个设备之间的文件镜像映射。不仅显著提升了操作的便捷性，缩减时间和人工成本；而且解决了裸数据传输过程特定数据帧会被底层驱动拦截而导致数据丢失出错的问题，能够确保数据传输的准确性；进一步地，基于usbhid通道的文件映射传输，还能提高传输效率。
附图说明
图1为本发明一实施例一种数据传输HMI的方法的流程示意图；
图2为本发明实施例一所述一种数据传输HMI的方法的流程示意图；
图3为本发明实施例三所述传输工程数据到HMI的系统中USB HID设备以与HMI人机的交互示意图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
本发明最关键的构思在于：USB HID设备将裸数据直接映射到usbhid通道中传输至HMI人机，在传输前监控和修改特定数据帧，克服底层驱动拦截问题，实现抛开PC和U盘的数据镜像映射。
本发明涉及的技术术语解释：
请参照图1，本发明提供一种数据传输到HMI的方法，包括：
运行linux系统的USB HID设备作为主机端，与作为设备端的HMI人机建立通信连接关系；
主机端读取待传输数据，并将其映射到usbhid通道；
主机端对映射到usbhid通道的每一数据帧，判断其是否符合底层驱动拦截要求，若是，则对符合的数据帧进行处理再经usbhid通道发送至设备端；若否，则直接经usbhid通道发送至设备端。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：能够抛开PC和U盘实现两个设备之间的文件镜像映射。不仅显著提升了操作的便捷性，缩减时间和人工成本；而且解决了裸数据传输过程特定数据帧会被底层驱动拦截而导致数据丢失出错的问题，能够确保数据传输的准确性；进一步地，基于usbhid通道的文件映射传输，还能提高传输效率。
进一步地，所述判断其是否符合底层驱动拦截要求，若是，则对符合的数据帧进行处理再经usbhid通道发送至设备端，具体为：
判断其首字节是否为0x0，若是，则对当前数据帧进行开头增加一个0x0且发送长度加一处理，经usbhid通道发送处理后的当前数据帧至设备端。
由上述描述可知，能够通过监控抓取特定数据帧，并对照底层驱动的拦截处理方式进行相应修改，从而完美克服由于数据帧的首字节被过滤掉而导致数据丢失出错的问题，确保设备端接收到的数据不出错。
进一步地，所述运行linux系统的USB HID设备作为主机端，与作为设备端的HMI人机建立通信连接关系，具体为：
作为设备端的HMI人机通过USB接口连接主机端，所述主机端为运行linux系统的USB HID设备；
主机端识别所述设备端，打开usbhid通道；
主机端通过usbhid通道发送自定义交互指令至所述设备端；
设备端接收所述自定义交互指令，并在确认所述自定义交互指令无误后进行回应；
主机端接收所述回应，与所述设备端握手成功。
由上述描述可知，USB HID设备与HMI人机基于自定义的指令协议成功握手交互后，才能进入文件数据映射阶段，不仅能够高效建立起二者的通信通道，而且能够确保HMI人机身份合法，保证传输数据的安全性。
进一步地，所述主机端识别所述设备端，具体为：
所述设备端以hid设备描述符预先在所述主机端中完成注册；
主机端通过枚举所有通过USB接口接入的设备的描述符，识别出所述设备端。
由上述描述可知，HMI人机以hid设备描述符预先在USB HID设备中完成注册，能确保后续握手阶段高效地识别合法的HMI人机。
进一步地，还包括：
设备端通过usbhid通道接收每一数据帧，并在接收完成后验证接收到的数据；
若验证通过，则发送接收成功指令至主机端；
主机端接收所述接收成功指令后，通过界面提示完成所述待传输数据的传输。
由上述描述可知，HMI人机成功接收数据后将在USB HID设备的界面上进行提示，更具人性化。
本发明提供的另一个技术方案为：
一种USB HID设备，运行linux系统，且包括一计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有一计算机程序，所述程序在被处理器执行时，能够实现如下步骤：
与作为设备端的HMI人机建立通信连接关系；
读取待传输数据，并将其映射到usbhid通道；
对映射到usbhid通道的每一数据帧，判断其是否符合底层驱动拦截要求，若是，则对符合的数据帧进行处理再经usbhid通道发送至设备端；若否，则直接经usbhid通道发送至设备端。
从上述描述可知，对应本领域普通技术人员可以理解实现上述技术方案中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令USB HID设备来实现的，所述的程序可存储于一计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的流程。所述程序在被处理器执行后，同样能够实现对应数据传输到HMI的各方法的有益效果。
其中，所述的存储介质可以是磁盘、光碟、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。
进一步地，USB HID设备的处理器执行所述判断其是否符合底层驱动拦截要求，若是，则对符合的数据帧进行处理再经usbhid通道发送至设备端步骤时，具体为：
判断其首字节是否为0x0，若是，则对当前数据帧进行开头增加一个0x0且发送长度加一处理，经usbhid通道发送处理后的当前数据帧至设备端。
进一步地，USB HID设备的处理器执行所述与作为设备端的HMI人机建立通信连接关系步骤时，具体为：
作为设备端的HMI人机通过USB接口接入后，识别所述设备端，打开usbhid通道；
通过usbhid通道发送自定义交互指令至所述设备端；
并发送自定义交互指令至所述设备端；
接收设备端接收所述自定义交互指令并确认无误后的回应，与所述设备端握手成功。
进一步地，USB HID设备的处理器执行所述识别所述设备端，具体为：
完成所述设备端以hid设备描述符的注册；
通过枚举所有通过USB接口接入的设备的描述符，识别出所述设备端。
进一步地，USB HID设备还能够实现如下步骤：
接收设备端发送过来的接收成功指令，所述接收成功指令为设备端通过usbhid通道接收每一数据帧，并在接收完成后对接收到的数据验证通过后发出；
通过界面提示完成所述待传输数据的传输。
实施例一
请参照图2，本实施例提供一种数据传输到HMI的方法，特别适用于未配以太网接口的经济型HMI，解决其需要依赖串口或PC才能传输数据的不具便捷性且传输速度不理想等问题。
所述方法包括以下步骤：
S1：运行linux/ubuntu系统、具备USB host接口且能够识别usbhid的设备(例如树莓派PI4B、HMI)作为主机端(下述简称为Host端)，HMI人机作为设备端(下述简称为Device端)；
S2：Host端与Device端之间通过USB接口建立通信连接关系。
具体而言，Device端需要预先以usbhid设备描述符在Host端中注册为hid设备，以能够被Host端识别，才能打开待映射数据以及usbhid通道。然后，Device端通过USB线连接至Host端的USB接口，Host端通过枚举所有通过USB接口接入的设备，识别出已注册为hid设备的Device端；Host端打开usbhid通道发送自定义交互指令至Device端；Device端接收自定义交互指令后根据指令作相应动作作为回应，Host端判断回应正确性，若正确，则确认握手成功，进入文件数据待映射阶段。
上述的自定义交互指令是双方预先约定好的支持自定义的指令，作为握手交互协议。通过双方以usbhid作为通道桥梁进行指令的交互和确认，实现主从设备的握手交互，确认主从设备之间交互正常，并心跳监控设备连接，作为进入下一阶段的前提条件。
S3：Host端读取待映射的文件数据，将其映射到usbhid通道。其中，优选以每次1KB(最高可达4KB)的速率连续映射文件数据。
映射过程中，Host端可以以最大允许传输量读取待映射的文件数据，直接裸数据映射到usbhid通道中；对映射到usbhid通道的每一数据帧，都将判断其是否符合底层驱动拦截要求，若是，则对符合的数据帧进行处理后再经usbhid通道发送至Device端，以防由于被拦截而导致数据出错；若否，则直接经usbhid通道发送至Device端。
具体而言，可以借助usbmonitor软件(usb监控软件)对数据帧发送的数据进行监控和抓取数据包。由于hidcore底层驱动在监控到数据帧是以0x0开头时，发送的数据帧的首字节0x0数据就会被过滤掉。所以在本实施例中，通过在发送数据帧包的逻辑中对每一帧的数据首字节进行判断，当数据帧开头为0x0时，便在前面再多发送一个0x0数据且发送长度加1，用于被过滤；而首字节不为0x0的帧则正常发送。实现了在ubuntu/linux系统下通过usbhid通道直接映射文件数据的方式。
现有技术中，usbhid通道必须基于usbhid协议才可以在linux系统下作为host用于数据传输。在本实施例中，由于通过上述步骤解决了裸数据传输过程遇到部分特殊数据开头的帧会被hidcore底层驱动拦截，而导致数据丢失，交互出错的难点。从而实现了可以直接利用usbhid通道来进行裸数据传输映射。本实施例可以省略掉usbhid协议帧中的数据及hid协议的上下层间数据解析过程，因此显著提高了有效数据的传输效率，实现了数据传输过程没有无效数据的一一映射。
S4：Device端通过usbhid通道接收每一数据帧，并在接收所有文件数据的传输后验证接收到的数据；若验证通过，则发送接收成功指令至Host端；
S5：Host端接收所述接收成功指令后，通过界面提示完成该文件数据的传输。
实施例二
本实施例提供一种USB HID设备，运行linux/ubuntu系统、具备USB host接口且能够识别usbhid，进一步地，还包括一计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有一计算机程序，所述程序在被处理器执行时，能够实现如下步骤：
与作为设备端的HMI人机建立通信连接关系；
读取待传输数据，并将其映射到usbhid通道；
对映射到usbhid通道的每一数据帧，判断其是否符合底层驱动拦截要求，若是，则对符合的数据帧进行处理再经usbhid通道发送至设备端；若否，则直接经usbhid通道发送至设备端。
进一步地，其处理器执行所述判断其是否符合底层驱动拦截要求，若是，则对符合的数据帧进行处理再经usbhid通道发送至设备端步骤时，具体为：
判断其首字节是否为0x0，若是，则对当前数据帧进行开头增加一个0x0且发送长度加一处理，经usbhid通道发送处理后的当前数据帧至设备端。
进一步地，其处理器执行所述与作为设备端的HMI人机建立通信连接关系步骤时，具体为：
作为设备端的HMI人机通过USB接口接入后，识别所述设备端，打开usbhid通道；
通过usbhid通道发送自定义交互指令至所述设备端；
并发送自定义交互指令至所述设备端；
接收设备端接收所述自定义交互指令并确认无误后的回应，与所述设备端握手成功。
进一步地，其处理器执行所述识别所述设备端，具体为：
完成所述设备端以hid设备描述符的注册；
通过枚举所有通过USB接口接入的设备的描述符，识别出所述设备端。
进一步地，所述USB HID设备还能够实现如下步骤：
接收设备端发送过来的接收成功指令，所述接收成功指令为设备端通过usbhid通道接收每一数据帧，并在接收完成后对接收到的数据验证通过后发出；
通过界面提示完成所述待传输数据的传输。
实施例三
请参阅图3，本实施例对应实施例一和实施例二，提供一种传输工程数据到HMI的系统，包括运行linux系统的USB HID设备以及HMI人机；
所述USB HID设备，如树莓派PI4B、HMI等，用于：
A、以usbhid作为通道桥梁，与HMI人机自定义交互指令，心跳监控设备连接；
B、发送握手指令，成功后，读取待映射的工程镜像数据，通过usbhid通道，以每次1KB(最高可达4KB速率)连续映射工程文件数据。
映射时，以最大允许传输量读取待映射的文件数据，直接裸数据映射到usbhid通道中；对映射到usbhid通道的每一数据帧，都判断其开头是否为0x0，若是，则在前面再多发送一个0x0数据且发送长度加1再经usbhid通道发送，以防由于被拦截而导致数据出错；若否，则直接经usbhid通道发送。
C、接收到映射成功指令，提示成功。
所述HMI人机，用于：
A、以usbhid作为通道桥梁，两端自定义交互指令，等待host的指令；
B、交互握手成功后，等待工程镜像文件映射数据；
C、映射成功后，发送指令告知USB HID设备。
实施例四
本实施例对应实施例一至实施例三，提供一具体运用场景：
在工业控制领域，HMI应用于很多的不同场合中。当通讯设备迭代更新或需求变更时，就拿最常见的PLC举例：要新增监控io点时，必须在HMI画面上新增监控的操作地址，这时就需要将新的工程镜像传输到HMI中，此时HMI无以太网接口，且分散在各不同地方，现有技术的方案都是要带着电脑或U盘到现场各地HMI所在的地方，一台一台的去操作，浪费了太多时间，还有出差成本，不具便捷性且花费成本高。
使用上述实施例一至实施例三中的任一实施例方案，整个项目方案中连接着树莓派PI4B(即USB HID设备)，借助跟HMI连接的树莓派PI4B设备，通过usb连接，通过树莓派以usbhid为通道桥梁，将远程工程直接镜像映射到HMI中。
在本实施例中，通过树莓派PI4B与HMI间，实现的一种新型的工程镜像文件映射，为HMI操作工程镜像提供了一种新的选择，可以抛开PC机和以太网口，直接利用现场的两个设备间，通过usbhid交互，实现文件数据映射，高效、便捷地实现快速文件传输。
综上所述，本发明提供的一种数据传输到HMI的方法和一种USB HID设备，能够抛开PC和U盘的直接将数据镜像映射到HMI，并且省掉了usbhid协议帧中的数据及hid协议的上下层间数据解析过程，直接以usbhid通道映射裸数据，因此，显著提升了数据传输的便捷性和传输效率，同时大大减少操作成本。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种数据传输到HMI的方法，其特征在于，包括：
运行linux系统的USB HID设备作为主机端，与作为设备端的HMI人机建立通信连接关系；
主机端读取待传输数据，并将其映射到usbhid通道；
主机端对映射到usbhid通道的每一数据帧，判断其是否符合底层驱动拦截要求，若是，则对符合的数据帧进行处理再经usbhid通道发送至设备端；若否，则直接经usbhid通道发送至设备端。
2.如权利要求1所述的一种数据传输到HMI的方法，其特征在于，所述判断其是否符合底层驱动拦截要求，若是，则对符合的数据帧进行处理再经usbhid通道发送至设备端，具体为：
判断其首字节是否为0x0，若是，则对当前数据帧进行开头增加一个0x0且发送长度加一处理，经usbhid通道发送处理后的当前数据帧至设备端。
3.如权利要求1所述的一种数据传输到HMI的方法，其特征在于，所述运行linux系统的USB HID设备作为主机端，与作为设备端的HMI人机建立通信连接关系，具体为：
作为设备端的HMI人机通过USB接口连接主机端，所述主机端为运行linux系统的USBHID设备；
主机端识别所述设备端，打开usbhid通道；
主机端通过usbhid通道发送自定义交互指令至所述设备端；
设备端接收所述自定义交互指令，并在确认所述自定义交互指令无误后进行回应；
主机端接收所述回应，与所述设备端握手成功。
4.如权利要求3所述的一种数据传输到HMI的方法，其特征在于，所述主机端识别所述设备端，具体为：
所述设备端以hid设备描述符预先在所述主机端中完成注册；
主机端通过枚举所有通过USB接口接入的设备的描述符，识别出所述设备端。
5.如权利要求1所述的一种数据传输到HMI的方法，其特征在于，还包括：
设备端通过usbhid通道接收每一数据帧，并在接收完成后验证接收到的数据；
若验证通过，则发送接收成功指令至主机端；
主机端接收所述接收成功指令后，通过界面提示完成所述待传输数据的传输。
6.一种USB HID设备，其特征在于，运行linux系统，且包括一计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有一计算机程序，所述程序在被处理器执行时，能够实现如下步骤：
与作为设备端的HMI人机建立通信连接关系；
读取待传输数据，并将其映射到usbhid通道；
对映射到usbhid通道的每一数据帧，判断其是否符合底层驱动拦截要求，若是，则对符合的数据帧进行处理再经usbhid通道发送至设备端；若否，则直接经usbhid通道发送至设备端。
7.如权利要求6所述的一种USB HID设备，其特征在于，其处理器执行所述判断其是否符合底层驱动拦截要求，若是，则对符合的数据帧进行处理再经usbhid通道发送至设备端步骤时，具体为：
判断其首字节是否为0x0，若是，则对当前数据帧进行开头增加一个0x0且发送长度加一处理，经usbhid通道发送处理后的当前数据帧至设备端。
8.如权利要求6所述的一种USB HID设备，其特征在于，其处理器执行所述与作为设备端的HMI人机建立通信连接关系步骤时，具体为：
作为设备端的HMI人机通过USB接口接入后，识别所述设备端，打开usbhid通道；
通过usbhid通道发送自定义交互指令至所述设备端；
并发送自定义交互指令至所述设备端；
接收设备端接收所述自定义交互指令并确认无误后的回应，与所述设备端握手成功。
9.如权利要求6所述的一种USB HID设备，其特征在于，其处理器执行所述识别所述设备端，具体为：
完成所述设备端以hid设备描述符的注册；
通过枚举所有通过USB接口接入的设备的描述符，识别出所述设备端。
10.如权利要求6所述的一种USB HID设备，其特征在于，还能够实现如下步骤：
接收设备端发送过来的接收成功指令，所述接收成功指令为设备端通过usbhid通道接收每一数据帧，并在接收完成后对接收到的数据验证通过后发出；
通过界面提示完成所述待传输数据的传输。
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