CN112929418B - 一种基于发布订阅的RapidIO高速通信方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于发布订阅的RapidIO高速通信方法及系统，涉及基于发布订阅机制以及DDS标准接口的通信技术领域，该方法包括：初始化步骤：先安装RapidIO驱动程序，初始化RapidIO，完成RapidRIO枚举；再由订阅者/发布者确定域ID，确定主题，确定mport端口ID，确定映射地址；运行步骤：初始化RapidIO之后，通过订阅者对内存进行初始化，通信建立后，通过发布者读取内存数据，实现数据写；释放步骤：中断/结束通信之后，订阅者和发布者分别对通信线程及内存地址在内的空间进行释放。本发明能够基于发布订阅通信机制，支持多节点间通信，各个线程之间不会相互影响，且不会出现地址占用。

Description

一种基于发布订阅的RapidIO高速通信方法及系统

技术领域

本发明涉及基于发布订阅机制以及DDS标准接口的通信技术领域，具体地，涉及一种基于发布订阅的RapidIO高速通信方法及系统。

背景技术

RapidIO为一种嵌入式的高速数据总线，CPU端程序设计者一般至少需要结合RapidIO的路由与枚举配置，RapidIO地址映射，操作系统物理和虚拟内存映射，DMA的数据读写，门铃的数据收发或消息数据的收发等RapidIO总线开发技术，由于技术专业性限制，对于数据通信设计者来说其学习成本过高。

Socket为了实现通信过程而建立的通信管道，其真实的代表是发送端和接收端的一个通信线程，双方线程通过Socket进行通信，而通信的规则采用指定的协议。Socket只是一种连接模式，不是协议，Socket是对TCP/IP协议的封装，Socket本身并不是协议，而是一个调用接口(API)，通过Socket，我们才能使用TCP/IP协议。最常用的就是TCP与UDP协议，很多其它协议都是基于这两个协议如，HTTP就是基于TCP的。用Socket可以创建TCP连接，也可以创建UDP连接，这意味着，用Socket可以创建任何协议的连接，因为其它协议都是基于此的。

并且基于Socket通信所传输的数据为字节级，传输数据可自定义，数据量小，榆次同时传输数据时间短，性能高，适合于客户端和服务器端之间信息实时交互，还可以加密,数据安全性强。

而UDP相较于TCP来说，没有TCP的握手、确认、窗口、重传、拥塞控制等机制，UDP是一个无状态的传输协议，所以它在传递数据时非常快，适用于RapidIO高速传输通信。UDP组播通信需要相同数据流的客户端加入相同的组共享一条数据流，节省了服务端的负载，同时具备广播所具备的优点，由于组播协议是根据接受者的需要对数据流进行复制转发，所以服务端的服务总带宽不受客户接入端带宽的限制，所以其提供的服务可以非常丰富，此协议和单播协议一样允许在网上传输。

公开号为CN110691020A的中国发明专利，公开了一种基于RapidIO总线的数据传输方法，该方法包括如下步骤：S1：设置时间节点；S2：对整个系统的发送进行分配，设置循环发送时间T，在每个循环周期内，系统预先根据每个节点的数据量分配启动时间间隔；S3：HOST端发送携带STOF信息的Massage包；S4：对应节点接收命令后进行数据传递。该数据传输方法，使用了时间触发式机制，有效地提高了系统的带宽使用率，又不会因数据帧抢占链路而发生阻塞，可满足实时性和确定性的要求，数据的传输交换具有可预测性、并且有完全的确定性。但不能支持多节点间通信，且在单节点多线程通信过程中，可能会相互造成影响，出现地址占用的情形。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于发布订阅的RapidIO高速通信方法及系统，能够基于发布订阅通信机制，支持多节点间通信，各个线程之间不会相互影响，且不会出现地址占用。

根据本发明提供的一种基于发布订阅的RapidIO高速通信方法及系统，所述方案如下：

第一方面，提供了一种基于发布订阅的RapidIO高速通信方法，所述方法包括：

初始化步骤：先安装RapidIO驱动程序，初始化RapidIO，完成RapidRIO枚举；再由订阅者/发布者确定域ID，确定主题，确定mport端口ID，确定映射地址；

运行步骤：初始化RapidIO之后，通过订阅者对内存进行初始化，通信建立后，通过发布者读取内存数据，实现数据写；

释放步骤：中断/结束通信之后，订阅者和发布者分别对通信线程及内存地址在内的空间进行释放。

优选的，所述运行步骤中订阅者包括：

在应用层，首先会创建一个新的域参与者，随后根据域参与者ID创建已确定的主题，根据这些参数创建新的订阅者和数据读者；

在通信层，创建完域参与者后，随即绑定域参与者与域ID；

根据已创建的域参与者与主题创建新的组播线程，创建RapidIO句柄，进行内存地址映射，即映射RapidIO地址-物理内存地址-虚拟内存地址，并初始化内存；

通信建立以后，通过检测内存数据头，将数据拷贝至应用层实现数据读。

优选的，所述运行步骤中发布者包括：

在应用层，创建一个新的域参与者，根据域参与者ID创建已确定的主题，创建完域参与者与主题后，根据各创建的参数创建发布者与数据写者；

在通信层，先绑定域参与者与域ID，根据域参与者与主题创建新的组播通信线程，创建RapidIO话柄，初始化RapidIO路由表；

通信建立后，先读RapidIO路由表，读内存数据，后写数据头内存，写数据内存，以实现数据写。

优选的，所述释放步骤中订阅者包括：

中断/结束通信之后，断开socket通信套接层；

释放通信时的地址映射，释放物理内存-RapidIO地址，释放接收服务，通信发布者若连续发送失败，则默认将与该订阅者间的通信线程释放，并释放内存空间。

优选的，所述释放步骤中发布者包括：

中断/结束通信之后，当前通信中的订阅者根据实际逻辑规则，在某时间段内若没有接收到新数据，则自动释放接受服务，断开通信链路，释放内存地址。

第二方面，提供了一种基于发布订阅的RapidIO高速通信系统，所述系统包括：

初始化模块：先安装RapidIO驱动程序，初始化RapidIO，完成RapidRIO枚举；再由订阅者/发布者确定域ID，确定主题，确定mport端口ID，确定映射地址；

运行模块：初始化RapidIO之后，通过订阅者对内存进行初始化，通信建立后，通过发布者读取内存数据，实现数据写；

释放模块：中断/结束通信之后，订阅者和发布者分别对通信线程及内存地址在内的空间进行释放。

优选的，所述运行模块中订阅者包括：

在应用层，首先会创建一个新的域参与者，随后根据域参与者ID创建已确定的主题，根据这些参数创建新的订阅者和数据读者；

在通信层，创建完域参与者后，随即绑定域参与者与域ID；

根据已创建的域参与者与主题创建新的组播线程，创建RapidIO句柄，进行内存地址映射，即映射RapidIO地址-物理内存地址-虚拟内存地址，并初始化内存；

通信建立以后，通过检测内存数据头，将数据拷贝至应用层实现数据读。

优选的，所述运行模块中发布者包括：

在应用层，创建一个新的域参与者，根据域参与者ID创建已确定的主题，创建完域参与者与主题后，根据各创建的参数创建发布者与数据写者；

在通信层，先绑定域参与者与域ID，根据域参与者与主题创建新的组播通信线程，创建RapidIO话柄，初始化RapidIO路由表；

通信建立后，先读RapidIO路由表，读内存数据，后写数据头内存，写数据内存，以实现数据写。

优选的，所述释放模块中订阅者包括：

中断/结束通信之后，断开socket通信套接层；

释放通信时的地址映射，释放物理内存-RapidIO地址，释放接收服务，通信发布者若连续发送失败，则默认将与该订阅者间的通信线程释放，并释放内存空间。

优选的，所述释放模块中发布者包括：

中断/结束通信之后，当前通信中的订阅者根据实际逻辑规则，在某时间段内若没有接收到新数据，则自动释放接受服务，断开通信链路，释放内存地址。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明能够有效实现同一组播地址段内的各个节点之间的多发多收通信，传输数据量大，传输速度快；不需要用户管理RapidIO配置，不需要用户管理诸如DMA操作、消息操作、事件操作、门铃操作等底层RapidIO通信细节，自主控制各必要参数的值就能够实现各个节点CPU之间的互通，实现高效、稳定、快速的数据通信方法；

2、本发明采用开窗式数据交换处理方式以及发布订阅的通信模型，使得单一节点内部多个通信线程同时进行数据交换，不会存在某一通信链路影响其他通信的情况；每个线程各自开创一块内存地址空间，用于通信数据读写，基于订阅发布机制的，无论有没有订阅者，发布者都会周期发布数据，这种模式适合持续数据的收发；

3、本发明提供标准DDS接口，方便后续应用的开发，具有良好的扩展性和兼容性，并且继承了DDS的普遍优势，支持多种操作系统及硬件平台，支持动态网络结构，以数据为中心，性能较高。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为基于发布订阅的多发多收流程示意图；

图2为不同的通信线程开启内存地址窗口示意图；

图3为通信层面的数据传输过程图；

图4为RapidIO总线进行数据交换的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明实施例提供了一种基于发布订阅的RapidIO高速通信方法，数据发送端与数据接收端之间的通信是采用“发布订阅”的通信模型，通过区分“主题”来确定是否对数据进行收发，支持多种数据通信情景，包括单发单收，单发多收，多发单收和多发多收。底层链路采用“开窗”式数据交换方式，向上提供DDS的标准接口，具有良好的兼容适配性。

其中，“发布订阅”的通信模型如图1所示的消息传递模型，开窗式数据交换处理方式的基本概念如图2所示，不同的线程映射不同的RapidIO地址，即每个线程都有独立的数据交换处理窗口，涉及该窗口内的所有地址中的数据都能在线程中被修改，同时多个线程可以同步进行数据交换处理。具体步骤如下：

初始化步骤：先安装RapidIO驱动程序，初始化RapidIO，完成RapidRIO枚举；再由订阅者/发布者确定域ID，确定主题，确定mport端口ID，确定映射地址(映射大小)；

如图3所示，通信层面的数据传输过程，在运行步骤当中：

订阅者：在应用层，首先会创建一个新的域参与者，随后根据域参与者ID创建已确定的主题，根据这些参数创建新的订阅者和数据读者。同时，在通信层，创建完域参与者后，随即绑定域参与者与域ID。后根据已创建的域参与者与主题创建新的组播线程，创建RapidIO句柄，进行内存地址映射，即映射RapidIO地址-物理内存地址-虚拟内存地址，并初始化内存。通信建立以后，通过检测内存数据头，将数据拷贝至应用层实现数据读。

发布者：步骤与订阅者大致相同，在应用层，创建一个新的域参与者，根据域参与者ID创建已确定的主题，创建完域参与者与主题后，根据各创建的参数创建发布者与数据写者。在通信层，先绑定域参与者与域ID，根据域参与者与主题创建新的组播通信线程，创建RapidIO话柄，初始化RapidIO路由表。通信建立后，先读RapidIO路由表，读内存数据，后写数据头内存，写数据内存，以实现数据写。

组播线程：在组播方式中，信息的发送者称为“组播源”，信息接收者称为该信息的“组播组”。一份组播报文，使用一个组播地址作为目的地址。组播源向一个组播地址发送报文。网络中部署的组播协议为此组播报文建立一棵树型路由，根是Source，叶子是所有组播组成员。

最后，释放步骤：订阅者：中断/结束通信之后，断开socket通信套接层。释放通信时的地址映射，释放物理内存-RapidIO地址，释放接收服务，通信发布者若连续发送失败，则默认将与该订阅者间的通信线程释放，并释放内存空间。

发布者：中断/结束通信之后，与订阅者同理。当前通信中的订阅者根据实际逻辑规则，在某时间段内若没有接收到新数据，则自动释放接受服务，断开通信链路，释放内存地址。

读取内存的方式有：监听式：订阅者接收服务线程等待回调函数的监听数据传递，当线程创建的内存地址块中有数据时，回调函数向上传递给接收服务线程，线程读取内存地址块中数据。

轮询式：订阅者接收服务线程按一定频率(频率可根据实际数据速率调控)自检线程创建的内存地址块，当块内有数据时，直接进行读取。

实施举例如图4所示，每个CPU计算刀片就是一个独立的通信节点，通过RapidIO总线进行数据交换。本实例中，共有10个节点，每个节点都能起多个通信线程根据不同的主题进行通信。

本发明实施例提供了一种基于发布订阅的RapidIO高速通信方法，实现了各个节点CPU之间的互通，实现高效、稳定、快速的数据通信；使得多个线程同步通信，互不影响，实现多节点多发多收的效果；提供标准DDS接口，方便应用开发，具有良好的兼容性及扩展性。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (6)

1.一种基于发布订阅的RapidIO高速通信方法，其特征在于，所述方法包括：

初始化步骤：先安装RapidIO驱动程序，初始化RapidIO，完成RapidIO枚举；再由订阅者/发布者确定域ID，确定主题，确定mport端口ID，确定映射地址；

运行步骤：初始化RapidIO之后，通过订阅者对内存进行初始化，通信建立后，通过发布者读取内存数据，实现数据写；

释放步骤：中断/结束通信之后，订阅者和发布者分别对通信线程及内存地址在内的空间进行释放；

所述运行步骤中订阅者包括：

步骤1-1：在应用层，首先会创建一个新的域参与者，随后根据域参与者ID创建已确定的主题，创建新的订阅者和数据读者；

步骤1-2：在通信层，创建完域参与者后，随即绑定域参与者与域ID；

步骤1-3：根据已创建的域参与者与主题创建新的组播线程，创建RapidIO句柄，进行内存地址映射，即映射RapidIO地址-物理内存地址-虚拟内存地址，并初始化内存；

步骤1-4：通信建立以后，通过检测内存数据头，将数据拷贝至应用层实现数据读；

所述释放步骤中订阅者包括：

步骤2-1：中断/结束通信之后，断开socket通信套接层；

步骤2-2：释放通信时的地址映射，释放物理内存-RapidIO地址，释放接收服务，通信发布者若连续发送失败，则默认将与该订阅者间的通信线程释放，并释放内存空间。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述运行步骤中发布者包括：

步骤1-5：在应用层，创建一个新的域参与者，根据域参与者ID创建已确定的主题，创建完域参与者与主题后，根据各创建的参数创建发布者与数据写者；

步骤1-6：在通信层，先绑定域参与者与域ID，根据域参与者与主题创建新的组播通信线程，创建RapidIO话柄，初始化RapidIO路由表；

步骤1-7：通信建立后，先读RapidIO路由表，读内存数据，后写数据头内存，写数据内存，以实现数据写。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述释放步骤中发布者包括：

步骤2-3：中断/结束通信之后，当前通信中的订阅者根据实际逻辑规则，在某时间段内若没有接收到新数据，则自动释放接受服务，断开通信链路，释放内存地址。

4.一种基于发布订阅的RapidIO高速通信系统，其特征在于，所述系统包括：

初始化模块：先安装RapidIO驱动程序，初始化RapidIO，完成RapidIO枚举；再由订阅者/发布者确定域ID，确定主题，确定mport端口ID，确定映射地址；

运行模块：初始化RapidIO之后，通过订阅者对内存进行初始化，通信建立后，通过发布者读取内存数据，实现数据写；

释放模块：中断/结束通信之后，订阅者和发布者分别对通信线程及内存地址在内的空间进行释放；

所述运行模块中订阅者包括：

在应用层，首先会创建一个新的域参与者，随后根据域参与者ID创建已确定的主题，创建新的订阅者和数据读者；

在通信层，创建完域参与者后，随即绑定域参与者与域ID；

根据已创建的域参与者与主题创建新的组播线程，创建RapidIO句柄，进行内存地址映射，即映射RapidIO地址-物理内存地址-虚拟内存地址，并初始化内存；

通信建立以后，通过检测内存数据头，将数据拷贝至应用层实现数据读；

所述释放模块中订阅者包括：

中断/结束通信之后，断开socket通信套接层；

释放通信时的地址映射，释放物理内存-RapidIO地址，释放接收服务，通信发布者若连续发送失败，则默认将与该订阅者间的通信线程释放，并释放内存空间。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述运行模块中发布者包括：

在应用层，创建一个新的域参与者，根据域参与者ID创建已确定的主题，创建完域参与者与主题后，根据各创建的参数创建发布者与数据写者；

在通信层，先绑定域参与者与域ID，根据域参与者与主题创建新的组播通信线程，创建RapidIO话柄，初始化RapidIO路由表；

通信建立后，先读RapidIO路由表，读内存数据，后写数据头内存，写数据内存，以实现数据写。

6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述释放模块中发布者包括：

中断/结束通信之后，当前通信中的订阅者根据实际逻辑规则，在某时间段内若没有接收到新数据，则自动释放接受服务，断开通信链路，释放内存地址。

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