CN113542133A - 多通道总线信道的自动配置方法、主节点、从节点及系统 - Google Patents
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- CN113542133A CN113542133A CN202010323577.1A CN202010323577A CN113542133A CN 113542133 A CN113542133 A CN 113542133A CN 202010323577 A CN202010323577 A CN 202010323577A CN 113542133 A CN113542133 A CN 113542133A
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Abstract
本发明涉及一种多通道总线信道的自动配置方法、主节点、从节点及系统，涉及工业控制及通讯领域，主要应用于电力电子装置控制保护系统，该方案制定了一套硬件平台组网通讯过程中自动配置通讯地址的流程，及面对系统需要扩展时对单元节点进行热插拔的应对措施，以通讯协议形式实现，应用于实际工程中将极大节省板卡程序版本管理及烧写的工作量。
Description
技术领域
本发明涉及工业控制及通讯领域，具体涉及多通道总线信道的自动配置方法、主节点、从节点及系统。
背景技术
近年来，智能变电站相关专业技术取得了长足发展。合并单元、智能终端等新型智能电子设备(IED)得到广泛应用,安装方式也发生了较大变化,由二次小室向户外柜、预制舱等就地化方式过渡，新技术、新设备的应用在促进智能变电站发展的同时,也给二次专业带来了一些新的问题,主要体现在:现场接线、组网配置、调试及检修等工作量大,安装调试及检修时间长,运维检修力量承载力不足等方面。
传统电力系统控制保护系统多采用屏柜-机箱结构实现，采取手动组网配置方法，为每个通信节点(板卡)烧录一个固定的地址，当需要对系统规模进行扩展时就要为新接入的节点烧录新的地址且要保持不和原有节点冲突。在控保系统由二次小室的屏柜转移到户外就地化单元安装的趋势下，这一方法越来越显现其费时费力的缺点，且存在失误操作而导致通信故障的可能性，新型就地化控保系统节点数量灵活可扩展、运行时不断电调整系统节点数量或接入位置这些需求都难以用传统方法解决。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是制定一套硬件平台组网通讯过程中自动配置通讯地址的流程，及面对系统需要扩展时对单元节点进行热插拔的应对措施，以通讯协议形式实现，应用于实际工程中将极大节省板卡程序版本管理及烧写的工作量。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
一种多通道总线信道的自动配置方法，该方法应用于通信系统中的主节点，其改进之处在于，所述方法包括：
步骤A.通过第一预设信道向通信系统中各从节点发送初始化帧，开始计时；
步骤B.等待接收从节点发送的注册信息帧，若单独时刻接收到单个从节点发送的注册信息帧，则转至步骤C，若单个时刻接收到多个从节点发送的注册信息帧，则计时至第一预设时间段后返回步骤A；
步骤C.根据所述单个从节点发送的注册信息帧向所述单个从节点发送网络配置帧；
步骤D.接收所述单个从节点返回的配置确认帧并更新路由表；
步骤E.计时至第一预设时间段后通过第一预设信道向通信系统中各从节点发送初始化完成帧；
步骤F.初始化i＝1，开始计时；
步骤G.判断i是否等于N，若是，则转至步骤J，否则选择第i个从节点为巡检目标，并转至步骤H；
步骤H.通过第一预设信道向巡检目标发送巡检帧；
步骤I.若在第二预设时间段内接收到巡检目标返回的巡检确认帧，则令i＝i+1并转至步骤G，否则，重新通过第一预设信道向巡检目标发送巡检帧，若在第二预设时间段内接收到巡检目标返回的巡检确认帧，则令i＝i+1并转至步骤G，否则，释放该巡检目标对应的从节点所占用的信道资源，并更新路由表；
步骤J.计时至第三预设时间段后返回步骤F；
其中，N为所述通信系统中信道总数。
优选的，所述初始化帧用于激活各从节点上报注册信息，所述网络配置帧用于告知各从节点为其分配的信道，所述初始化完成帧用于激活从节点进入运行状态，所述巡检帧用于在通信系统运行期间定期检测是否有从通信系统退出或新接入的从节点；
所述注册信息帧用于向主节点进行接入注册，所述配置确认帧用于向主节点确认数据通路建立，所述巡检确认帧用于向主节点回报巡检确认信息。
进一步的，所述初始化帧包括：64位源地址信息+64位广播地址的帧头、16位帧长度、16位初始化请求识别符的帧命令、预留帧数据以及8位结束符的帧尾；
所述网络配置帧包括：64位源地址信息+64位目的地址信息的帧头、16位的帧长度、16位配置请求识别符的帧命令、32位信道号及预留数据的帧数据以及8位结束符的帧尾；
所述初始化完成帧包括：64位源地址信息+64位广播地址的帧头、16位帧长度、16位初始化完成请求识别符的帧命令、预留帧数据以及8位结束符的帧尾；
所述巡检帧包括：64位源地址信息+64位目的地址信息的帧头、16位的帧长度、16位巡检请求识别符的帧命令、预留帧数据以及8位结束符的帧尾；
所述注册信息帧包括：64位源地址信息+64位目的地址信息的帧头、16位的帧长度、16位注册请求标识符的帧命令、16位包括优先级和请求信道数量的帧数据以及8位结束符的帧尾；
所述配置确认帧包括：64位源地址信息+64位目的地址信息的帧头、16位的帧长度、16位配置确认标识符的帧命令、预留帧数据以及8位结束符的帧尾；
所述巡检确认帧包括：64位源地址信息+64位目的地址信息的帧头、16位的帧长度、16位巡检确认标识符的帧命令、保留帧数据以及8位结束符的帧尾。
优选的，所述主节点发出的帧长度最大为200位，单一帧在总线上传输时长为10us。
优选的，当所述通信系统接入的从节点数量不大于40时，所述第一预设时间段为3ms。
优选的，所述路由用于记录空闲信道和被占用的信道及占用信道的从节点信息。
一种应用于多通道总线信道的自动配置方法的主节点，其改进之处在于，所述主节点包括：
第一发送单元，用于通过第一预设信道向通信系统中各从节点发送初始化帧，开始计时；
第一判断单元，用于等待接收从节点发送的注册信息帧，若单独时刻接收到单个从节点发送的注册信息帧，则转至第二发送单元，若单个时刻接收到多个从节点发送的注册信息帧，则计时至第一预设时间段后返回第一发送单元；
第二发送单元，用于根据所述单个从节点发送的注册信息帧向所述单个从节点发送网络配置帧；
第一接收单元，用于接收所述单个从节点返回的配置确认帧并更新路由表；
第三发送单元，用于计时至第一预设时间段后通过第一预设信道向通信系统中各从节点发送初始化完成帧；
初始化单元，用于初始化i＝1，开始计时；
第二判断单元，用于判断i是否等于N，若是，则转至计时单元，否则选择第i个从节点为巡检目标，并转至第四发送单元；
第四发送单元，用于通过第一预设信道向巡检目标发送巡检帧；
第三判断单元，用于若在第二预设时间段内接收到巡检目标返回的巡检确认帧，则令i＝i+1并转至第二判断单元，否则，重新通过第一预设信道向巡检目标发送巡检帧，若在第二预设时间段内接收到巡检目标返回的巡检确认帧，则令i＝i+1并转至第二判断单元，否则，释放该巡检目标对应的从节点所占用的信道资源，并更新路由表；
计时单元，用于计时至第三预设时间段后返回初始化单元；
其中，N为所述通信系统中信道总数。
一种多通道总线信道的自动配置方法，该方法应用于通信系统中的从节点，其改进之处在于，所述方法包括：
步骤a.等待接收主节点发送的初始化帧；
步骤b.接收主节点发送的初始化帧后等待随机时间段通过第二预设信道向主节点发送注册信息帧；
步骤c.等待接收主节点发送的网络配置帧，若接收到主节点发送的网络配置帧，则通过所述网络配置帧告知从节点为其分配的信道向所述主节点返回配置确认帧，并转至步骤d，否则返回步骤a；
步骤d.等待接收主节点发送的初始化完成帧，接收到所述初始化完成帧，通过所述网络配置帧告知从节点为其分配的信道进行数据传输；
其中，从节点在进行数据传输的过程中若接收到主节点发送的巡检帧，则通过所述网络配置帧告知从节点为其分配的信道向主节点返回的巡检确认帧。
优选的，所述初始化帧用于激活各从节点上报注册信息，所述网络配置帧用于告知各从节点为其分配的信道，所述初始化完成帧用于激活从节点进入运行状态，所述巡检帧用于在通信系统运行期间定期检测是否有从通信系统退出或新接入的从节点；
所述注册信息帧用于向主节点进行接入注册，所述配置确认帧用于向主节点确认数据通路建立，所述巡检确认帧用于向主节点回报巡检确认信息。
进一步的，所述初始化帧包括：64位源地址信息+64位广播地址的帧头、16位帧长度、16位初始化请求识别符的帧命令、预留帧数据以及8位结束符的帧尾；
所述网络配置帧包括：64位源地址信息+64位目的地址信息的帧头、16位的帧长度、16位配置请求识别符的帧命令、32位信道号及预留数据的帧数据以及8位结束符的帧尾；
所述初始化完成帧包括：64位源地址信息+64位广播地址的帧头、16位帧长度、16位初始化完成请求识别符的帧命令、预留帧数据以及8位结束符的帧尾；
所述巡检帧包括：64位源地址信息+64位目的地址信息的帧头、16位的帧长度、16位巡检请求识别符的帧命令、预留帧数据以及8位结束符的帧尾；
所述注册信息帧包括：64位源地址信息+64位目的地址信息的帧头、16位的帧长度、16位注册请求标识符的帧命令、16位包括优先级和请求信道数量的帧数据以及8位结束符的帧尾；
所述配置确认帧包括：64位源地址信息+64位目的地址信息的帧头、16位的帧长度、16位配置确认标识符的帧命令、预留帧数据以及8位结束符的帧尾；
所述巡检确认帧包括：64位源地址信息+64位目的地址信息的帧头、16位的帧长度、16位巡检确认标识符的帧命令、保留帧数据以及8位结束符的帧尾。
优选的，所述随机时间段t＝x·(40μs)，其中，x为使x·(40μs)不超过第一预设时间段的随机数。
进一步的，当所述通信系统接入的从节点数量不大于40时，所述第一预设时间段为3ms。
一种应用于多通道总线信道的自动配置方法的从节点，其改进之处在于，所述从节点包括：
第二接收单元，用于等待接收主节点发送的初始化帧；
第五发送单元，用于接收主节点发送的初始化帧后等待随机时间段通过第二预设信道向主节点发送注册信息帧；
第四判断单元，用于等待接收主节点发送的网络配置帧，若接收到主节点发送的网络配置帧，则通过所述网络配置帧告知从节点为其分配的信道向所述主节点返回配置确认帧，并转至步骤d，否则返回步骤a；
数据传输单元，用于等待接收主节点发送的初始化完成帧，接收到所述初始化完成帧，通过所述网络配置帧告知从节点为其分配的信道进行数据传输；
其中，从节点在进行数据传输的过程中若接收到主节点发送的巡检帧，则通过所述网络配置帧告知从节点为其分配的信道向主节点返回的巡检确认帧。
一种多通道总线信道的自动配置方法，其改进之处在于，所述方法包括：
步骤1.主节点通过第一预设信道向通信系统中各从节点发送初始化帧，开始计时；
步骤2.从节点等待接收主节点发送的初始化帧；
步骤3.从节点接收主节点发送的初始化帧后等待随机时间段通过第二预设信道向主节点发送注册信息帧；
步骤4.主节点等待接收从节点发送的注册信息帧，若单独时刻接收到单个从节点发送的注册信息帧，则转至步骤5，若单个时刻接收到多个从节点发送的注册信息帧，则计时至第一预设时间段后返回步骤1；
步骤5.主节点根据所述单个从节点发送的注册信息帧向所述单个从节点发送网络配置帧；
步骤6.从节点等待接收主节点发送的网络配置帧，若接收到主节点发送的网络配置帧，则通过所述网络配置帧告知从节点为其分配的信道向所述主节点返回配置确认帧，并转至步骤9，否则返回步骤2；
步骤7.主节点接收所述单个从节点返回的配置确认帧并更新路由表；
步骤8.主节点计时至第一预设时间段后通过第一预设信道向通信系统中各从节点发送初始化完成帧；
步骤9.从节点等待接收主节点发送的初始化完成帧，接收到所述初始化完成帧，通过所述网络配置帧告知从节点为其分配的信道进行数据传输；
步骤10.主节点初始化i＝1，开始计时；
步骤11.主节点判断i是否等于N，若是，则转至步骤14，否则选择第i个从节点为巡检目标，并转至步骤12；
步骤12.主节点通过第一预设信道向巡检目标发送巡检帧；
步骤13.主节点若在第二预设时间段内接收到巡检目标返回的巡检确认帧，则令i＝i+1并转至步骤11，否则，重新通过第一预设信道向巡检目标发送巡检帧，若在第二预设时间段内接收到巡检目标返回的巡检确认帧，则令i＝i+1并转至步骤11，否则，释放该巡检目标对应的从节点所占用的信道资源，并更新路由表；
步骤14.主节点计时至第三预设时间段后返回步骤10；
其中，N为所述通信系统中信道总数，从节点在进行数据传输的过程中若接收到主节点发送的巡检帧，则通过所述网络配置帧告知从节点为其分配的信道向主节点返回的巡检确认帧。
一种多通道总线信道的自动配置系统，其改进之处在于，所述系统包括：一个所述的主节点和多个所述的从节点。
与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果：
本发明提供的技术方案，制定一套硬件平台组网通讯过程中自动配置通讯地址的流程，及面对系统需要扩展时对单元节点进行热插拔的应对措施，以通讯协议形式实现，应用于实际工程中将极大节省板卡程序版本管理及烧写的工作量，并且本发明提供的技术方案利用多通道的信道数量优势完成自动化配置，降低时间开销，基于此本发明提供的技术方案仅在初始化阶段引入握手机制保证主从节点建立可靠链接，不影响运行时数据传输效率。
附图说明
图1是本发明提供的多通道总线信道的自动配置方法的流程图；
图2是本发明提供的多通道总线信道的自动配置系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种多通道总线信道的自动配置方法，可用于就地化控制保护系统的多通道总线信道的自动化配置，取代了原有的手动方法，实现控制保护系统上电初始化过程自动配置组网、节点热插拔即时响应等功能，实际应用后可减少大量手动配置工作和产生故障的几率，如图1所示，包括：
步骤1.主节点通过第一预设信道向通信系统中各从节点发送初始化帧，开始计时；
步骤2.从节点等待接收主节点发送的初始化帧；
步骤3.从节点接收主节点发送的初始化帧后等待随机时间段通过第二预设信道向主节点发送注册信息帧；
步骤4.主节点等待接收从节点发送的注册信息帧，若单独时刻接收到单个从节点发送的注册信息帧，则转至步骤5，若单个时刻接收到多个从节点发送的注册信息帧，则计时至第一预设时间段后返回步骤1；
步骤5.主节点根据所述单个从节点发送的注册信息帧向所述单个从节点发送网络配置帧；
步骤6.从节点等待接收主节点发送的网络配置帧，若接收到主节点发送的网络配置帧，则通过所述网络配置帧告知从节点为其分配的信道向所述主节点返回配置确认帧，并转至步骤9，否则返回步骤2；
步骤7.主节点接收所述单个从节点返回的配置确认帧并更新路由表；
步骤8.主节点计时至第一预设时间段后通过第一预设信道向通信系统中各从节点发送初始化完成帧；
步骤9.从节点等待接收主节点发送的初始化完成帧，接收到所述初始化完成帧，通过所述网络配置帧告知从节点为其分配的信道进行数据传输；
步骤10.主节点初始化i＝1，开始计时；
步骤11.主节点判断i是否等于N，若是，则转至步骤14，否则选择第i个从节点为巡检目标，并转至步骤12；
步骤12.主节点通过第一预设信道向巡检目标发送巡检帧；
步骤13.主节点若在第二预设时间段内接收到巡检目标返回的巡检确认帧，则令i＝i+1并转至步骤11，否则，重新通过第一预设信道向巡检目标发送巡检帧，若在第二预设时间段内接收到巡检目标返回的巡检确认帧，则令i＝i+1并转至步骤11，否则，释放该巡检目标对应的从节点所占用的信道资源，并更新路由表；
步骤14.主节点计时至第三预设时间段后返回步骤10；
其中，N为所述通信系统中信道总数，从节点在进行数据传输的过程中若接收到主节点发送的巡检帧，则通过所述网络配置帧告知从节点为其分配的信道向主节点返回的巡检确认帧。
本发明提供的最优实施例中，该一种多通道总线信道的自动配置方法可以应用于由一个主节点和多个从节点组成的通信系统中，具体的，主节点具体实施如下步骤：
步骤A.通过第一预设信道向通信系统中各从节点发送初始化帧，开始计时；
步骤B.等待接收从节点发送的注册信息帧，若单独时刻接收到单个从节点发送的注册信息帧，则转至步骤C，若单个时刻接收到多个从节点发送的注册信息帧，则计时至第一预设时间段后返回步骤A；
步骤C.根据所述单个从节点发送的注册信息帧向所述单个从节点发送网络配置帧；
步骤D.接收所述单个从节点返回的配置确认帧并更新路由表；
步骤E.计时至第一预设时间段后通过第一预设信道向通信系统中各从节点发送初始化完成帧；
步骤F.初始化i＝1，开始计时；
步骤G.判断i是否等于N，若是，则转至步骤J，否则选择第i个从节点为巡检目标，并转至步骤H；
步骤H.通过第一预设信道向巡检目标发送巡检帧；
步骤I.若在第二预设时间段内接收到巡检目标返回的巡检确认帧，则令i＝i+1并转至步骤G，否则，重新通过第一预设信道向巡检目标发送巡检帧，若在第二预设时间段内接收到巡检目标返回的巡检确认帧，则令i＝i+1并转至步骤G，否则，释放该巡检目标对应的从节点所占用的信道资源，并更新路由表；
步骤J.计时至第三预设时间段后返回步骤F；
其中，N为所述通信系统中信道总数。
从节点具体实施如下步骤：
步骤a.等待接收主节点发送的初始化帧；
步骤b.接收主节点发送的初始化帧后等待随机时间段通过第二预设信道向主节点发送注册信息帧；
步骤c.等待接收主节点发送的网络配置帧，若接收到主节点发送的网络配置帧，则通过所述网络配置帧告知从节点为其分配的信道向所述主节点返回配置确认帧，并转至步骤d，否则返回步骤a；
步骤d.等待接收主节点发送的初始化完成帧，接收到所述初始化完成帧，通过所述网络配置帧告知从节点为其分配的信道进行数据传输；
其中，从节点在进行数据传输的过程中若接收到主节点发送的巡检帧，则通过所述网络配置帧告知从节点为其分配的信道向主节点返回的巡检确认帧。
具体的，上述方案中所述初始化帧用于激活各从节点上报注册信息，所述网络配置帧用于告知各从节点为其分配的信道，所述初始化完成帧用于激活从节点进入运行状态，所述巡检帧用于在通信系统运行期间定期检测是否有从通信系统退出或新接入的从节点；
所述注册信息帧用于向主节点进行接入注册，所述配置确认帧用于向主节点确认数据通路建立，所述巡检确认帧用于向主节点回报巡检确认信息。
进一步的，所述初始化帧包括：64位源地址信息+64位广播地址的帧头、16位帧长度、16位初始化请求识别符的帧命令、预留帧数据以及8位结束符的帧尾；
所述网络配置帧包括：64位源地址信息+64位目的地址信息的帧头、16位的帧长度、16位配置请求识别符的帧命令、32位信道号及预留数据的帧数据以及8位结束符的帧尾；
所述初始化完成帧包括：64位源地址信息+64位广播地址的帧头、16位帧长度、16位初始化完成请求识别符的帧命令、预留帧数据以及8位结束符的帧尾；
所述巡检帧包括：64位源地址信息+64位目的地址信息的帧头、16位的帧长度、16位巡检请求识别符的帧命令、预留帧数据以及8位结束符的帧尾；
所述注册信息帧包括：64位源地址信息+64位目的地址信息的帧头、16位的帧长度、16位注册请求标识符的帧命令、16位包括优先级和请求信道数量的帧数据以及8位结束符的帧尾；
所述配置确认帧包括：64位源地址信息+64位目的地址信息的帧头、16位的帧长度、16位配置确认标识符的帧命令、预留帧数据以及8位结束符的帧尾；
所述巡检确认帧包括：64位源地址信息+64位目的地址信息的帧头、16位的帧长度、16位巡检确认标识符的帧命令、保留帧数据以及8位结束符的帧尾。
所述主节点发出的帧长度最大为200位，单一帧在总线上传输时长为10us。
当所述通信系统接入的从节点数量不大于40时，所述第一预设时间段为3ms。
所述路由用于记录空闲信道和被占用的信道及占用信道的从节点信息。
所述随机时间段t＝x·(40μs)，其中，x为使x·(40μs)不超过第一预设时间段的随机数。
基于上述技术方案，本发明的最优实施例中，该发明可基于ARM架构芯片实现，或由带有ARM核的SOC来实现，再通过FPGA的数据传输接口进行收发信息，现以机箱-屏柜结构的控制保护平台为例阐述具体实施方式。
首先，计总线信道数为50条(可根据实际工程规模进行调整)，单条信道数据传输速率为10Mbps，采用曼彻斯特编码后传输速率可提升至20Mbps，各节点采用板上预置的UID作为通讯地址，预设信道1用于主节点发送初始化帧、网络配置帧、初始化完成帧、定时巡检帧，主节点发出的帧长度最大为200位，单一帧在总线上传输时长约在10us，考虑主节点在发出初始化帧后需要等待各从节点回复注册信息帧，接入从节点40个的情况下，设计等待时间3ms。
对于主节点接收注册信息要进行说明的是，主节点接收到从节点配置确认帧后要对内部存储的路由表进行维护，路由表中标明了空闲信道和被占用的信道及占用信道的从节点信息。
预设信道2用于各个从节点向主节点发送注册信息帧、配置确认帧、巡检确认帧，从节点发出的帧长度176位，单一帧在总线上传输时长约在8.8us。从节点在收到主节点的初始化帧后等待随机时间后发送注册信息帧。
关于从节点等待的随机时间进行单独说明，首先从节点收到初始化帧后的随机等待时间必须小于主节点的等待时间，其次为保证各从节点在不同时间点发出的注册信息帧顺利完成发送，产生随机等待时间必须是40us的整数倍(基于单一帧传输时间不超过10us)，故计算方式可为：从节点SOC生成一个小于70(40us*70＝2.8ms，相对于主节点等待时间留有一定裕量)的随机整数，该随机数乘以40即可得到随机等待时间。当从节点数量较大时必然存在某些从节点的随机等待时间相同，导致主节点接收信息帧出错，同一时刻发出注册信息帧的从节点无法完成注册，所以为主节点设置等待时间，如果主节点在发出初始化帧后接收了错误的帧，则在等待时间后再次发送初始化帧，未注册成功的从节点会再次等待随机时间后发出注册信息帧。
基于此，本发明提供的最优实施例中，首先通信系统进入初始化状态，主节点执行如下操作：
1)系统上电后，主控节点经由信道1发出初始化帧；
2)进入等待回复状态，开始计时；
3)如果接收到正确的从节点注册信息帧，根据其优先级和申请信道数量为其分配通信信道(1、2号信道保留不进行分配)，在路由表中检查剩余空闲信道是否大于申请数量，大于则按其申请数量分配，小于则分配一条信道，在信道1发送网络配置帧，等待从节点回复配置确认帧；
4)如果接收到了错误的从节点注册信息帧，说明有多个从节点在同一时间点发送帧，等待时间结束后主控节点再次发送初始化帧并重置等待时间；
5)接收到从节点配置确认帧后，主控节点将从节点地址及为其分配的信道更新到路由表(路由表中包含已分配信道信息和空闲信道信息)中；
6)等待时间结束且没有收到错误的注册信息帧，表明所有从节点完成注册，组网配置结束，发送初始化完成帧，进入运行状态。
通信系统进入初始化状态，从节点执行如下操作：
1)系统上电后，等待主控节点发送初始化帧；
2)收到初始化帧后，等待随机时间后经由2号信道发出注册信息帧；
3)如果收到了网络配置帧，则经由分配到的信道发送配置确认帧，完成链接配置；
4)如未收到来自主控节点的网络配置帧，则等待主控节点再次发送初始化帧后，等待随机时间再次经由2号信道发送注册信息帧，然后回到第3步进行等待；
5)收到主控节点发送初始化完成帧后，进入运行时状态，开始发送数据。
进一步的，通信系统进入运行状态，主节点执行如下操作：
1)系统运行时，主控节点经由1号信道发送定时巡检帧，根据路由表，每一帧对一个接入系统的从节点进行巡检；
2)在规定时间内收到巡检目标的从节点的巡检确认帧后，继续巡检下一个从节点；
3)在规定时间内未收到巡检目标的从节点的巡检确认帧，重新发送定时巡检帧，如果连续2次未收到巡检确认帧，则说明该节点已退出系统，主控节点执行告警上报系统并在路由表中将其占用的信道资源释放；
4)当全部已注册从节点巡检完成后，主控节点会发出初始化帧，如果在等待时间内收到了从节点的注册信息帧，说明系统有新接入的从节点，主控节点将为其分配新的信道并发送网络配置帧；
5)主控节点接受到了新接入系统的从节点的配置确认帧后，将新的从节点信息更新至路由表，回复初始化完成帧激活其运行状态，完成定时巡检周期。
该实施例中的通信系统采用片上预置UID作为节点通讯地址，即保证单一无重复，又免除了人工维护的开销，将控制逻辑放在ARM核上实现，FPGA只作为数据传输接口，降低了开发难度，利用多通道的信道数量优势完成自动化配置，降低时间开销，在实施过程中仅在初始化阶段引入握手机制保证主从节点建立可靠链接，不影响运行时数据传输效率。
基于同一技术方案，本发明提供了一种通道总线信道的自动配置系统，如图2所示，所述系统包括：一个所述的主节点和多个所述的从节点。
进一步的，所述主节点包括：
第一发送单元，用于通过第一预设信道向通信系统中各从节点发送初始化帧，开始计时；
第一判断单元，用于等待接收从节点发送的注册信息帧，若单独时刻接收到单个从节点发送的注册信息帧，则转至第二发送单元，若单个时刻接收到多个从节点发送的注册信息帧，则计时至第一预设时间段后返回第一发送单元；
第二发送单元，用于根据所述单个从节点发送的注册信息帧向所述单个从节点发送网络配置帧；
第一接收单元，用于接收所述单个从节点返回的配置确认帧并更新路由表；
第三发送单元，用于计时至第一预设时间段后通过第一预设信道向通信系统中各从节点发送初始化完成帧；
初始化单元，用于初始化i＝1，开始计时；
第二判断单元，用于判断i是否等于N，若是，则转至计时单元，否则选择第i个从节点为巡检目标，并转至第四发送单元；
第四发送单元，用于通过第一预设信道向巡检目标发送巡检帧；
第三判断单元，用于若在第二预设时间段内接收到巡检目标返回的巡检确认帧，则令i＝i+1并转至第二判断单元，否则，重新通过第一预设信道向巡检目标发送巡检帧，若在第二预设时间段内接收到巡检目标返回的巡检确认帧，则令i＝i+1并转至第二判断单元，否则，释放该巡检目标对应的从节点所占用的信道资源，并更新路由表；
计时单元，用于计时至第三预设时间段后返回初始化单元；
其中，N为所述通信系统中信道总数。
所述从节点包括：
第二接收单元，用于等待接收主节点发送的初始化帧；
第五发送单元，用于接收主节点发送的初始化帧后等待随机时间段通过第二预设信道向主节点发送注册信息帧；
第四判断单元，用于等待接收主节点发送的网络配置帧，若接收到主节点发送的网络配置帧，则通过所述网络配置帧告知从节点为其分配的信道向所述主节点返回配置确认帧，并转至步骤d，否则返回步骤a；
数据传输单元，用于等待接收主节点发送的初始化完成帧，接收到所述初始化完成帧，通过所述网络配置帧告知从节点为其分配的信道进行数据传输；
其中，从节点在进行数据传输的过程中若接收到主节点发送的巡检帧，则通过所述网络配置帧告知从节点为其分配的信道向主节点返回的巡检确认帧。
具体的，上述系统中所述初始化帧用于激活各从节点上报注册信息，所述网络配置帧用于告知各从节点为其分配的信道，所述初始化完成帧用于激活从节点进入运行状态，所述巡检帧用于在通信系统运行期间定期检测是否有从通信系统退出或新接入的从节点；
所述注册信息帧用于向主节点进行接入注册，所述配置确认帧用于向主节点确认数据通路建立，所述巡检确认帧用于向主节点回报巡检确认信息。
进一步的，所述初始化帧包括：64位源地址信息+64位广播地址的帧头、16位帧长度、16位初始化请求识别符的帧命令、预留帧数据以及8位结束符的帧尾；
所述网络配置帧包括：64位源地址信息+64位目的地址信息的帧头、16位的帧长度、16位配置请求识别符的帧命令、32位信道号及预留数据的帧数据以及8位结束符的帧尾；
所述初始化完成帧包括：64位源地址信息+64位广播地址的帧头、16位帧长度、16位初始化完成请求识别符的帧命令、预留帧数据以及8位结束符的帧尾；
所述巡检帧包括：64位源地址信息+64位目的地址信息的帧头、16位的帧长度、16位巡检请求识别符的帧命令、预留帧数据以及8位结束符的帧尾；
所述注册信息帧包括：64位源地址信息+64位目的地址信息的帧头、16位的帧长度、16位注册请求标识符的帧命令、16位包括优先级和请求信道数量的帧数据以及8位结束符的帧尾；
所述配置确认帧包括：64位源地址信息+64位目的地址信息的帧头、16位的帧长度、16位配置确认标识符的帧命令、预留帧数据以及8位结束符的帧尾；
所述巡检确认帧包括：64位源地址信息+64位目的地址信息的帧头、16位的帧长度、16位巡检确认标识符的帧命令、保留帧数据以及8位结束符的帧尾。
所述主节点发出的帧长度最大为200位，单一帧在总线上传输时长为10us。
当所述通信系统接入的从节点数量不大于40时，所述第一预设时间段为3ms。
所述路由用于记录空闲信道和被占用的信道及占用信道的从节点信息。
所述随机时间段t＝x·(40μs)，其中，x为使x·(40μs)不超过第一预设时间段的随机数。
与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果：
本发明提供的技术方案，制定一套硬件平台组网通讯过程中自动配置通讯地址的流程，及面对系统需要扩展时对单元节点进行热插拔的应对措施，以通讯协议形式实现，应用于实际工程中将极大节省板卡程序版本管理及烧写的工作量，并且本发明提供的技术方案利用多通道的信道数量优势完成自动化配置，降低时间开销，基于此本发明提供的技术方案仅在初始化阶段引入握手机制保证主从节点建立可靠链接，不影响运行时数据传输效率。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (15)
1.一种多通道总线信道的自动配置方法，该方法应用于通信系统中的主节点，其特征在于，所述方法包括：
步骤A.通过第一预设信道向通信系统中各从节点发送初始化帧，开始计时；
步骤B.等待接收从节点发送的注册信息帧，若单独时刻接收到单个从节点发送的注册信息帧，则转至步骤C，若单个时刻接收到多个从节点发送的注册信息帧，则计时至第一预设时间段后返回步骤A；
步骤C.根据所述单个从节点发送的注册信息帧向所述单个从节点发送网络配置帧；
步骤D.接收所述单个从节点返回的配置确认帧并更新路由表；
步骤E.计时至第一预设时间段后通过第一预设信道向通信系统中各从节点发送初始化完成帧；
步骤F.初始化i＝1，开始计时；
步骤G.判断i是否等于N，若是，则转至步骤J，否则选择第i个从节点为巡检目标，并转至步骤H；
步骤H.通过第一预设信道向巡检目标发送巡检帧；
步骤I.若在第二预设时间段内接收到巡检目标返回的巡检确认帧，则令i＝i+1并转至步骤G，否则，重新通过第一预设信道向巡检目标发送巡检帧，若在第二预设时间段内接收到巡检目标返回的巡检确认帧，则令i＝i+1并转至步骤G，否则，释放该巡检目标对应的从节点所占用的信道资源，并更新路由表；
步骤J.计时至第三预设时间段后返回步骤F；
其中，N为所述通信系统中信道总数。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述初始化帧用于激活各从节点上报注册信息，所述网络配置帧用于告知各从节点为其分配的信道，所述初始化完成帧用于激活从节点进入运行状态，所述巡检帧用于在通信系统运行期间定期检测是否有从通信系统退出或新接入的从节点；
所述注册信息帧用于向主节点进行接入注册，所述配置确认帧用于向主节点确认数据通路建立，所述巡检确认帧用于向主节点回报巡检确认信息。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述初始化帧包括：64位源地址信息+64位广播地址的帧头、16位帧长度、16位初始化请求识别符的帧命令、预留帧数据以及8位结束符的帧尾；
所述网络配置帧包括：64位源地址信息+64位目的地址信息的帧头、16位的帧长度、16位配置请求识别符的帧命令、32位信道号及预留数据的帧数据以及8位结束符的帧尾；
所述初始化完成帧包括：64位源地址信息+64位广播地址的帧头、16位帧长度、16位初始化完成请求识别符的帧命令、预留帧数据以及8位结束符的帧尾；
所述巡检帧包括：64位源地址信息+64位目的地址信息的帧头、16位的帧长度、16位巡检请求识别符的帧命令、预留帧数据以及8位结束符的帧尾；
所述注册信息帧包括：64位源地址信息+64位目的地址信息的帧头、16位的帧长度、16位注册请求标识符的帧命令、16位包括优先级和请求信道数量的帧数据以及8位结束符的帧尾；
所述配置确认帧包括：64位源地址信息+64位目的地址信息的帧头、16位的帧长度、16位配置确认标识符的帧命令、预留帧数据以及8位结束符的帧尾；
所述巡检确认帧包括：64位源地址信息+64位目的地址信息的帧头、16位的帧长度、16位巡检确认标识符的帧命令、保留帧数据以及8位结束符的帧尾。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主节点发出的帧长度最大为200位，单一帧在总线上传输时长为10us。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述通信系统接入的从节点数量不大于40时，所述第一预设时间段为3ms。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述路由用于记录空闲信道和被占用的信道及占用信道的从节点信息。
7.一种应用于多通道总线信道的自动配置方法的主节点，其特征在于，所述主节点包括：
第一发送单元，用于通过第一预设信道向通信系统中各从节点发送初始化帧，开始计时；
第一判断单元，用于等待接收从节点发送的注册信息帧，若单独时刻接收到单个从节点发送的注册信息帧，则转至第二发送单元，若单个时刻接收到多个从节点发送的注册信息帧，则计时至第一预设时间段后返回第一发送单元；
第二发送单元，用于根据所述单个从节点发送的注册信息帧向所述单个从节点发送网络配置帧；
第一接收单元，用于接收所述单个从节点返回的配置确认帧并更新路由表；
第三发送单元，用于计时至第一预设时间段后通过第一预设信道向通信系统中各从节点发送初始化完成帧；
初始化单元，用于初始化i＝1，开始计时；
第二判断单元，用于判断i是否等于N，若是，则转至计时单元，否则选择第i个从节点为巡检目标，并转至第四发送单元；
第四发送单元，用于通过第一预设信道向巡检目标发送巡检帧；
第三判断单元，用于若在第二预设时间段内接收到巡检目标返回的巡检确认帧，则令i＝i+1并转至第二判断单元，否则，重新通过第一预设信道向巡检目标发送巡检帧，若在第二预设时间段内接收到巡检目标返回的巡检确认帧，则令i＝i+1并转至第二判断单元，否则，释放该巡检目标对应的从节点所占用的信道资源，并更新路由表；
计时单元，用于计时至第三预设时间段后返回初始化单元；
其中，N为所述通信系统中信道总数。
8.一种多通道总线信道的自动配置方法，该方法应用于通信系统中的从节点，其特征在于，所述方法包括：
步骤a.等待接收主节点发送的初始化帧；
步骤b.接收主节点发送的初始化帧后等待随机时间段通过第二预设信道向主节点发送注册信息帧；
步骤c.等待接收主节点发送的网络配置帧，若接收到主节点发送的网络配置帧，则通过所述网络配置帧告知从节点为其分配的信道向所述主节点返回配置确认帧，并转至步骤d，否则返回步骤a；
步骤d.等待接收主节点发送的初始化完成帧，接收到所述初始化完成帧，通过所述网络配置帧告知从节点为其分配的信道进行数据传输；
其中，从节点在进行数据传输的过程中若接收到主节点发送的巡检帧，则通过所述网络配置帧告知从节点为其分配的信道向主节点返回的巡检确认帧。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述初始化帧用于激活各从节点上报注册信息，所述网络配置帧用于告知各从节点为其分配的信道，所述初始化完成帧用于激活从节点进入运行状态，所述巡检帧用于在通信系统运行期间定期检测是否有从通信系统退出或新接入的从节点；
所述注册信息帧用于向主节点进行接入注册，所述配置确认帧用于向主节点确认数据通路建立，所述巡检确认帧用于向主节点回报巡检确认信息。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述初始化帧包括：64位源地址信息+64位广播地址的帧头、16位帧长度、16位初始化请求识别符的帧命令、预留帧数据以及8位结束符的帧尾；
所述网络配置帧包括：64位源地址信息+64位目的地址信息的帧头、16位的帧长度、16位配置请求识别符的帧命令、32位信道号及预留数据的帧数据以及8位结束符的帧尾；
所述初始化完成帧包括：64位源地址信息+64位广播地址的帧头、16位帧长度、16位初始化完成请求识别符的帧命令、预留帧数据以及8位结束符的帧尾；
所述巡检帧包括：64位源地址信息+64位目的地址信息的帧头、16位的帧长度、16位巡检请求识别符的帧命令、预留帧数据以及8位结束符的帧尾；
所述注册信息帧包括：64位源地址信息+64位目的地址信息的帧头、16位的帧长度、16位注册请求标识符的帧命令、16位包括优先级和请求信道数量的帧数据以及8位结束符的帧尾；
所述配置确认帧包括：64位源地址信息+64位目的地址信息的帧头、16位的帧长度、16位配置确认标识符的帧命令、预留帧数据以及8位结束符的帧尾；
所述巡检确认帧包括：64位源地址信息+64位目的地址信息的帧头、16位的帧长度、16位巡检确认标识符的帧命令、保留帧数据以及8位结束符的帧尾。
11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述随机时间段t＝x·(40μs)，其中，x为使x·(40μs)不超过第一预设时间段的随机数。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，当所述通信系统接入的从节点数量不大于40时，所述第一预设时间段为3ms。
13.一种应用于多通道总线信道的自动配置方法的从节点，其特征在于，所述从节点包括：
第二接收单元，用于等待接收主节点发送的初始化帧；
第五发送单元，用于接收主节点发送的初始化帧后等待随机时间段通过第二预设信道向主节点发送注册信息帧；
第四判断单元，用于等待接收主节点发送的网络配置帧，若接收到主节点发送的网络配置帧，则通过所述网络配置帧告知从节点为其分配的信道向所述主节点返回配置确认帧，并转至步骤d，否则返回步骤a；
数据传输单元，用于等待接收主节点发送的初始化完成帧，接收到所述初始化完成帧，通过所述网络配置帧告知从节点为其分配的信道进行数据传输；
其中，从节点在进行数据传输的过程中若接收到主节点发送的巡检帧，则通过所述网络配置帧告知从节点为其分配的信道向主节点返回的巡检确认帧。
14.一种多通道总线信道的自动配置方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1.主节点通过第一预设信道向通信系统中各从节点发送初始化帧，开始计时；
步骤2.从节点等待接收主节点发送的初始化帧；
步骤3.从节点接收主节点发送的初始化帧后等待随机时间段通过第二预设信道向主节点发送注册信息帧；
步骤4.主节点等待接收从节点发送的注册信息帧，若单独时刻接收到单个从节点发送的注册信息帧，则转至步骤5，若单个时刻接收到多个从节点发送的注册信息帧，则计时至第一预设时间段后返回步骤1；
步骤5.主节点根据所述单个从节点发送的注册信息帧向所述单个从节点发送网络配置帧；
步骤6.从节点等待接收主节点发送的网络配置帧，若接收到主节点发送的网络配置帧，则通过所述网络配置帧告知从节点为其分配的信道向所述主节点返回配置确认帧，并转至步骤9，否则返回步骤2；
步骤7.主节点接收所述单个从节点返回的配置确认帧并更新路由表；
步骤8.主节点计时至第一预设时间段后通过第一预设信道向通信系统中各从节点发送初始化完成帧；
步骤9.从节点等待接收主节点发送的初始化完成帧，接收到所述初始化完成帧，通过所述网络配置帧告知从节点为其分配的信道进行数据传输；
步骤10.主节点初始化i＝1，开始计时；
步骤11.主节点判断i是否等于N，若是，则转至步骤14，否则选择第i个从节点为巡检目标，并转至步骤12；
步骤12.主节点通过第一预设信道向巡检目标发送巡检帧；
步骤13.主节点若在第二预设时间段内接收到巡检目标返回的巡检确认帧，则令i＝i+1并转至步骤11，否则，重新通过第一预设信道向巡检目标发送巡检帧，若在第二预设时间段内接收到巡检目标返回的巡检确认帧，则令i＝i+1并转至步骤11，否则，释放该巡检目标对应的从节点所占用的信道资源，并更新路由表；
步骤14.主节点计时至第三预设时间段后返回步骤10；
其中，N为所述通信系统中信道总数，从节点在进行数据传输的过程中若接收到主节点发送的巡检帧，则通过所述网络配置帧告知从节点为其分配的信道向主节点返回的巡检确认帧。
15.一种多通道总线信道的自动配置系统，其特征在于，所述系统包括：一个如权利要求7所述的主节点和多个如权利要求13所述的从节点。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202010323577.1A CN113542133A (zh) | 2020-04-22 | 2020-04-22 | 多通道总线信道的自动配置方法、主节点、从节点及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010323577.1A CN113542133A (zh) | 2020-04-22 | 2020-04-22 | 多通道总线信道的自动配置方法、主节点、从节点及系统 |
Publications (1)
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|---|---|
| CN113542133A true CN113542133A (zh) | 2021-10-22 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010323577.1A Pending CN113542133A (zh) | 2020-04-22 | 2020-04-22 | 多通道总线信道的自动配置方法、主节点、从节点及系统 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN113542133A (zh) |
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2020
- 2020-04-22 CN CN202010323577.1A patent/CN113542133A/zh active Pending
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