CN112667555B

CN112667555B - 一种微控制单元的通信方法和装置

Info

Publication number: CN112667555B
Application number: CN202110283479.4A
Authority: CN
Inventors: 魏庆; 洪申平; 沙宏磊; 俞天野; 沈虹; 彭爱国; 张晓华; 康绍锋; 邓仁杰; 王文立
Original assignee: Zhejiang Feixuan Technology Co ltd
Current assignee: Zhejiang Feixuan Technology Co ltd
Priority date: 2021-03-17
Filing date: 2021-03-17
Publication date: 2021-06-11
Anticipated expiration: 2041-03-17
Also published as: CN112667555A

Abstract

本发明提供了一种微控制单元的通信方法和装置，涉及数据通信的技术领域，包括：获取待传输数据，并确定所述待传输数据的传输速度；基于所述传输速度，将所述待传输数据映射至预设收发表，其中，所述预设收发表包括：第一预设收发表和第二预设收发表，所述第一预设收发表的数据传输速度大于所述第二预设收发表的数据传输速度；利用所述预设收发表，将完成映射的待传输数据传输至从微控制单元，以使从微控制单元利用所述预设收发表对所述完成映射的待传输数据进行解析，得到所述待传输数据，其中，主微控制单元和从微控制单元中均设置有所述预设收发表，解决了现有技术中微控制单元之间的数据吞吐量和通信效率较低的技术问题。

Description

一种微控制单元的通信方法和装置

技术领域

本发明涉及数据通信的技术领域，尤其是涉及一种微控制单元的通信方法和装置。

背景技术

微控制单元(Microcontroller Unit，以下简称MCU)在现代工业应用中的某些场合会要求与同一控制板或其他控制板上的MCU进行通信，以达到协同控制的目的。目前MCU之间的主要通信方式有：利用双口RAM作为缓冲器的口对口并行通信，这种方式的最大特点就是通信速度快，两边都可以直接读写存储器，但这种方式需要占用大量的并口总线，而且双口RAM的价格较高；使用串行外设接口（serial peripheral interface，以下简称SPI）总线，一般用于同一板上MCU之间短距离高速率通信；使用串行通信接口（serialcommunication interface，以下简称SCI）总线，一般配合MODBUS协议对另外设备上的MCU进行长距离低速率通信；使用控制器局域网（Controller Area Network，以下简称CAN）总线，目前多数MCU上都集成了CAN的外设，通信速率可达1Mbps，最远传输距离可达10km，既能满足同一控制板上MCU之间短距离高速通信，也可进行不同控制板上MCU之间的长距离通信。

但是现有的基于CAN总线的MCU之间的数据通信方法，存在数据的吞吐量和通信效率较低的问题。

针对上述问题，还未提出有效的解决方案。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种微控制单元的通信方法和装置，以缓解了现有技术中微控制单元之间的数据吞吐量和通信效率较低的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种微控制单元的通信方法，应用于主微控制单元，包括：获取待传输数据，并确定所述待传输数据的传输速度；基于所述传输速度，将所述待传输数据映射至预设收发表，其中，所述预设收发表包括：第一预设收发表和第二预设收发表，所述第一预设收发表的数据传输速度大于所述第二预设收发表的数据传输速度；利用所述预设收发表，将完成映射的待传输数据传输至从微控制单元，以使从微控制单元利用所述预设收发表对所述完成映射的待传输数据进行解析，得到所述待传输数据，其中，所述主微控制单元和所述从微控制单元中均设置有所述预设收发表。

进一步地，所述第一预设收发表包括：第一预设接收表和第一预设发送表，所述第二预设收发表包括：第二预设接收表和第二预设发送表，其中，所述从微控制单元的第一预设接收表用于接收所述主微控制单元利用所述第一预设发送表发送的数据，所述从微控制单元的第二预设接收表用于接收所述主微控制单元利用所述第二预设发送表发送的数据，所述第一预设发送表与所述第一预设接收表之间的数据传输速度大于所述第二预设发送表与所述第二预设接收表之间的数据传输速度。

进一步地，所述预设收发表中各个收发表的帧ID包括：功能码、快慢表标志位和数据索引，所述数据索引包括：索引号，或，从微控制单元的地址号和索引号。

进一步地，所述第一预设发送表每个循环周期发送多帧数据，所述第二预设发送表每个循环周期发送1帧数据。

进一步地，所述预设收发表的数据索引范围为预设范围，每个数据索引对应4个数据，每个数据占2个字节长度，所述预设收发表的帧ID分别与所述主微控制单元所使用的协议报文和所述从微控制单元所使用的协议报文不冲突。

第二方面，本发明实施例还提供了一种微控制单元的通信装置，应用于主微控制单元，包括：获取单元，映射单元和发送单元，其中，所述获取单元，用于获取待传输数据，并确定所述待传输数据的传输速度；所述映射单元，用于基于所述传输速度，将所述待传输数据映射至预设收发表，其中，所述预设收发表包括：第一预设收发表和第二预设收发表，所述第一预设收发表的数据传输速度大于所述第二预设收发表的数据传输速度；所述发送单元，用于利用所述预设收发表，将完成映射的待传输数据传输至从微控制单元，以使从微控制单元利用所述预设收发表对所述完成映射的待传输数据进行解析，得到所述待传输数据；其中，所述主微控制单元和所述从微控制单元中均设置有所述预设收发表。

第三方面，本发明实施例还提供了一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，所述程序代码使所述处理器执行上述第一方面中任一项所述方法。

在本发明实施例中，通过获取待传输数据，并确定所述待传输数据的传输速度；基于所述传输速度，将所述待传输数据映射至预设收发表，其中，所述预设收发表包括：第一预设收发表和第二预设收发表，所述第一预设收发表的数据传输速度大于所述第二预设收发表的数据传输速度；利用所述预设收发表，将完成映射的待传输数据传输至从微控制单元，以使从微控制单元利用所述预设收发表对所述完成映射的待传输数据进行解析，得到所述待传输数据，达到了在主从微控制单元里各自建立预设收发表，通过查表可以直接实现数据收发的目的，进而解决了现有技术中微控制单元之间的数据吞吐量和通信效率较低的技术问题，从而实现了不需要进行地址数据处理，CAN帧的数据段全部用来传输需要交互的数据值，提高了数据的吞吐量和通信效率的技术效果。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种微控制单元的通信方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的微控制单元的数据通信示意图；

图3为本发明实施例提供的一种微控制单元的通信装置的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

根据本发明实施例，提供了一种微控制单元的通信方法的实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1是根据本发明实施例的一种微控制单元的通信方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤S102，获取待传输数据，并确定所述待传输数据的传输速度；

步骤S104，基于所述传输速度，将所述待传输数据映射至预设收发表，其中，所述预设收发表包括：第一预设收发表和第二预设收发表，所述第一预设收发表的数据传输速度大于所述第二预设收发表的数据传输速度；

步骤S106，利用所述预设收发表，将完成映射的待传输数据传输至从微控制单元，以使从微控制单元利用所述预设收发表对所述完成映射的待传输数据进行解析，得到所述待传输数据；

其中，所述主微控制单元和所述从微控制单元中均设置有所述预设收发表。

需要说明的时，本方法采用CAN2.0总线进行通信，适用于同一控制板上MCU之间短距离高速通信，也可进行不同控制板上MCU之间的长距离通信。

如果从微控制单元需要向主微控制单元发送数据时，只需将帧ID中的功能码进行相应变更，再次执行上述步骤S102至S106，从而将该数据发送给主微控制单元。

在本发明实施例中，所述第一预设收发表包括：第一预设接收表和第一预设发送表，所述第二预设收发表包括：第二预设接收表和第二预设发送表，其中，所述从微控制单元的第一预设接收表用于接收所述主微控制单元利用所述第一预设发送表发送的数据，所述从微控制单元的第二预设接收表用于接收所述主微控制单元利用所述第二预设发送表发送的数据，所述第一预设发送表与所述第一预设接收表之间的数据传输速度大于所述第二预设发送表与所述第二预设接收表之间的数据传输速度。

所述预设收发表中各个收发表的帧ID包括：功能码、快慢表标志位和数据索引，所述数据索引包括：索引号，或，从微控制单元的地址号和索引号。

需要说明的是，当主微控制单元和从微控制单元的数量均为1时，则各个收发表的帧ID的数据索引中无需添加从微控制单元的地址号，或将从微控制单元的地址号设置为0。

在本发明实施例的预设收发表中，预设发送表和预设接收表的帧ID和表结构相同，因此，主微控制单元利用预设发送表向从微控制单元发送待传输数据时，预设发送表中无需添加从微控制单元的对象索引/子索引（即，从微控制单元的地址），进一步地，从微控制单元在获取到主微控制单元利用预设发送表传输的待传输数据之后，由于传输的数据中不包含从微控制单元的地址，因此，从微控制单元无需对地址进行解析，从而实现了提高了微控制单元之间的数据传输效率。

进一步地，主微控制单元利用预设发送表向从微控制单元发送待传输数据时，预设发送表中无需添加从微控制单元的对象索引/子索引（即，从微控制单元的地址），因此，预设发送表中用于传输从微控制单元的地址的部分，可以用来传输待传输数据，更进一步的提高了微控制单元之间的数据传输效率。

另外，还需要说明的是，在本申请中功能码具体取值，在不与主微控制单元和从微控制单元所使用协议冲突情况下，还有多种选择。如不考虑兼容其他协议，则取值有更多选择。

当主微控制单元的数量为1，从微控制单元的数量为多个时，可以将帧ID的索引分成两部分，一部分为站点地址号，一部分为索引号。比如第4~5位为站地址，可以支持最多4个从站，第0~3位为数据索引号。

所述第一预设发送表每个循环周期发送多帧数据，所述第二预设发送表每个循环周期发送1帧数据。

所述预设收发表的数据索引范围为预设范围，每个数据索引对应4个数据，每个数据占2个字节长度，所述预设收发表的帧ID与所述主微控制单元所使用的协议报文和所述从微控制单元所使用的协议报文不冲突。

下面将结合图1和图2对上述方法进行说明，需要说明的是，在本说明中也说明了从微控制单元向主控制单元发送数据的过程。

通过定义发送表与接收表，并进行快慢区分，可将通信命令帧分为4种。主MCU（主微控制单元）发送/从MCU（从微控制单元）接收时分为：快表帧(第一预设发送表的表帧和第一预设接收表的表帧)、慢表帧(第二预设发送表的表帧和第二预设接收表的表帧)；从MCU发送/主MCU接收时分为：快表帧(第一预设发送表的表帧和第一预设接收表的表帧)、慢表帧(第二预设发送表的表帧和第二预设接收表的表帧)。

标准CAN2.0总线的帧结构中包括帧ID和数据段，帧ID长度为11位，数据段长度为8字节。自定义帧ID=功能码（第10-7位）+快慢表标志位（第6位）+数据索引（第5-0位）。

主MCU发送/从MCU接收时：功能码=0x100；从MCU发送/主MCU接收时：功能码=0x680。快慢表标志位为0表示快表帧，为1表示慢表帧。数据索引范围为：0~63，每个数据索引对应4个数据，每个数据占数据段中2字节长度，快、慢表总共可传输512个数据。容易得到本通信方法的帧格式如下：

主MCU发送/从MCU接收的快表帧定义

主MCU发送/从MCU接收的慢表帧定义

从MCU发送/主MCU接收的快表帧定义

从MCU发送/主MCU接收的慢表帧定义

通讯时，快表发送和慢表发送分别设置独立的发送邮箱。快表接收、慢表接收也分别设置独立的接收邮箱，并且将帧ID中第10-6位（功能码和快慢表标志位）设置为接收邮箱的过滤码，第5-0位（数据索引）设置为屏蔽码。这样快表数据和慢表数据的接收互相独立，不会互相影响。

无论发送还是接收，帧ID只能为0x100或0x680+低7位数据（快慢表标志位及数据索引），因此不会与CANOPEN协议里的NMT报文、SYNC报文、SDO报文、PDO报文等的帧ID冲突，即：在同一个CAN2.0总线上使用CANOPEN协议的情况下，仍可以使用本方法进行快速数据交互。

在主MCU与从MCU里各建立一个发送快表、发送慢表，接收快表、接收慢表，每4个数据为一组，最多64组。将需要交互的数据按交互速率的快慢进行分类，分别映射到对应表的数据索引里。保证主MCU的发送表与从MCU的接收表保持一致，主MCU的接收表与从MCU的发送表保持一致，这样不需要传输地址数据，只需将交互的数据填充到收发表中，通过查表即可直接实现数据的收发，因此每帧的4个数据可以全部用来传输需要交互的数据值，提高了数据的吞吐量和通信效率。当需要增加或减少交互的数据个数，可直接在表中相应位置添加或删除，数据交互更加简单和便捷。

第一预设收发表用于收发对实时性要求高的数据，每个循环周期发送2帧及以上的数据；第二预设收发表用于收发对实时性要求低的数据，每个循环周期发送1帧数据。主MCU发送/从MCU接收时，快表按序号0~n循环发送(0≤n≤63)，慢表按序号0~m循环发送（0≤m≤63）；从MCU发送/主MCU接收时，快表按序号0~x循环发送(0≤x≤63)，慢表按序号0~y循环发送（0≤y≤63）。如收发表1、表2所示。

表1 主MCU发送表/从MCU接收表

表2 从MCU发送表/主MCU接收表

在主从MCU里各自建立预设收发表，通过查表可以直接实现数据的收发，不需要进行地址数据处理，CAN帧的数据段全部用来传输需要交互的数据值，提高了数据的吞吐量和通信效率。CAN内部集成了错误检测和管理模块，不需要再使用软件校验，使得算法实现更加简单。

只需将要收发的数据进行简单的映射，即可按预设收发表进行收发操作，省去对参数的寻址、校验等复杂处理，使得算法简单易于实现。在开启CANOPEN协议的情况下本通信方法仍然可以使用，不会与CANOPEN协议冲突。在2ms循环周期情况下，第一预设收发表传输完全可以满足实时性的要求，第二预设收发表也不会出现传输延时。

实施例二：

本发明实施例还提供了一种微控制单元的通信装置，该微控制单元的通信装置用于执行本发明实施例上述内容所提供的微控制单元的通信.方法，以下是本发明实施例提供的微控制单元的通信装置的具体介绍。

如图3所示，图3为上述微控制单元的通信装置的示意图，该微控制单元的通信装置应用于主微控制单元，包括：获取单元10，映射单元20和发送单元30。

所述获取单元10，用于获取待传输数据，并确定所述待传输数据的传输速度；

所述映射单元20，用于基于所述传输速度，将所述待传输数据映射至预设收发表，其中，所述预设收发表包括：第一预设收发表和第二预设收发表，所述第一预设收发表的数据传输速度大于所述第二预设收发表的数据传输速度；

所述发送单元30，用于利用所述预设收发表，将完成映射的待传输数据传输至从微控制单元，以使从微控制单元利用所述预设收发表对所述完成映射的待传输数据进行解析，得到所述待传输数据；

优选的，所述第一预设收发表包括：第一预设接收表和第一预设发送表，所述第二预设收发表包括：第二预设接收表和第二预设发送表，其中，所述从微控制单元的第一预设接收表用于接收所述主微控制单元利用所述第一预设发送表发送的数据，所述从微控制单元的第二预设接收表用于接收所述主微控制单元利用所述第二预设发送表发送的数据，所述第一预设发送表与所述第一预设接收表之间的数据传输速度大于所述第二预设发送表与所述第二预设接收表之间的数据传输速度。

优选的，所述预设收发表中各个收发表的帧ID包括：功能码和数据索引，所述数据索引包括：索引号，或，从微控制单元的地址号和索引号。

优选的，所述第一预设发送表每个循环周期发送多帧数据，所述第二预设发送表每个循环周期发送1帧数据。

优选的，所述预设收发表的数据索引范围为预设范围，每个数据索引对应4个数据，每个数据占2个字节长度，所述预设收发表的帧ID与所述主微控制单元所使用的协议报文和所述从微控制单元所使用的协议报文不冲突。

实施例三：

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器运行时执行上述实施例一中所述方法的步骤。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种微控制单元的通信方法，其特征在于，应用于主微控制单元，包括：

获取待传输数据，并确定所述待传输数据的传输速度；

基于所述传输速度，将所述待传输数据映射至预设收发表，其中，所述预设收发表包括：第一预设收发表和第二预设收发表，所述第一预设收发表的数据传输速度大于所述第二预设收发表的数据传输速度；

利用所述预设收发表，将完成映射的待传输数据传输至从微控制单元，以使所述从微控制单元利用所述预设收发表对所述完成映射的待传输数据进行解析，得到所述待传输数据；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一预设收发表包括：第一预设接收表和第一预设发送表，所述第二预设收发表包括：第二预设接收表和第二预设发送表，其中，所述从微控制单元的第一预设接收表用于接收所述主微控制单元利用所述第一预设发送表发送的数据，所述从微控制单元的第二预设接收表用于接收所述主微控制单元利用所述第二预设发送表发送的数据，所述第一预设发送表与所述第一预设接收表之间的数据传输速度大于所述第二预设发送表与所述第二预设接收表之间的数据传输速度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预设收发表中各个收发表的帧ID包括：功能码、快慢表标志位和数据索引，所述数据索引包括：索引号，或，从微控制单元的地址号和索引号。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一预设发送表每个循环周期发送多帧数据，所述第二预设发送表每个循环周期发送1帧数据。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设收发表的数据索引范围为预设范围，每个数据索引对应4个数据，每个数据占2个字节长度，所述预设收发表的帧ID与所述主微控制单元所使用的协议报文和所述从微控制单元所使用的协议报文不冲突。

6.一种微控制单元的通信装置，其特征在于，应用于主微控制单元，包括：获取单元，映射单元和发送单元，其中，

所述获取单元，用于获取待传输数据，并确定所述待传输数据的传输速度；

所述映射单元，用于基于所述传输速度，将所述待传输数据映射至预设收发表，其中，所述预设收发表包括：第一预设收发表和第二预设收发表，所述第一预设收发表的数据传输速度大于所述第二预设收发表的数据传输速度；

所述发送单元，用于利用所述预设收发表，将完成映射的待传输数据传输至从微控制单元，以使从微控制单元利用所述预设收发表对所述完成映射的待传输数据进行解析，得到所述待传输数据；

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一预设收发表包括：第一预设接收表和第一预设发送表，所述第二预设收发表包括：第二预设接收表和第二预设发送表，其中，所述从微控制单元的第一预设接收表用于接收所述主微控制单元利用所述第一预设发送表发送的数据，所述从微控制单元的第二预设接收表用于接收所述主微控制单元利用所述第二预设发送表发送的数据，所述第一预设发送表与所述第一预设接收表之间的数据传输速度大于所述第二预设发送表与所述第二预设接收表之间的数据传输速度。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述预设收发表中各个收发表的帧ID包括：功能码、快慢表标志位和数据索引，所述数据索引包括：索引号，或，索引号和从微控制单元的地址号。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一预设发送表每个循环周期发送多帧数据，所述第二预设发送表每个循环周期发送1帧数据。

10.一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其特征在于，所述程序代码使所述处理器执行上述权利要求1至5中任一项所述方法。