CN114079614B - 一种嵌入式设备同时作为客户端和服务器的应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种嵌入式设备同时作为客户端和服务器的应用方法。为了克服现有技术设备仅能单独作为客户端或服务器的问题；本发明包括以下步骤：通过组态软件为设备配置设备信息、客户端配置信息和服务器配置信息；设备通过以太网接收组态软件的配置信息，并对配置信息做校验、解析，解析成功后，将客户端配置信息传递给客户端组件运行，服务器配置信息传递给服务器组件运行；客户端使用独立的客户端命令调度和TCP客户端任务完成客户端功能；服务器使用独立的服务器解析和TCP服务器任务，完成服务器功能。组态配置的信息包括客户端配置信息和服务器配置信息，独立解析和维护；客户端、服务器并行调度，设备能够同时作为客户端和服务器应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种数据传输领域，尤其涉及一种嵌入式设备同时作为客户端和服务器的应用方法。
背景技术
Modbus TCP协议作为一种简单、标准的通信协议在控制系统中广泛应用。在一般控制系统中，通常通过客户端模块实现对现场设备的访问，或者作为服务器，向第三方设备提供访问功能。
目前，设备要么作为服务器，接受客户端的访问要求，要么作为客户端，访问其他设备；在实际应用中，当需要系统即作为客户端，也作为服务器时，通常需要配置两个设备才能满足需求；另一方面，现有方案也不涉及通信配置的在线更改。
例如，一种在中国专利文献上公开的“一种基于Modbus-TCP协议的主站、从站及数据传输系统”，其公告号CN112929166A，从modbus协议本身出发进行有限的改写，既保留了modbus协议通用性和高效性的特点，又能有效地利用国密SM2非对称算法实现数据的加密。当功能码设为公共码时，就运行在标准状态下，当功能码设为自定义的号码时，就运行在加密传输的协议下。
该方案的设备能够单独作为客户端或服务器，功能单一。
发明内容
本发明主要解决现有技术设备仅能单独作为客户端或服务器的问题；提供一种嵌入式设备同时作为客户端和服务器的应用方法，通过软件配置，同时提供客户端和服务器功能，使该设备即可作为客户端，访问现场设备，也可作为服务器，接受第三方设备的访问需求。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种嵌入式设备同时作为客户端和服务器的应用方法，包括以下步骤：
通过组态软件为设备配置设备信息、客户端配置信息和服务器配置信息；
设备通过以太网接收组态软件的配置信息，并对配置信息做校验、解析，解析成功后，将客户端配置信息传递给客户端组件运行，服务器配置信息传递给服务器组件运行；
客户端使用独立的客户端命令调度和TCP客户端任务完成客户端功能；服务器使用独立的服务器解析和TCP服务器任务，完成服务器功能。
组态配置的信息包括客户端配置信息和服务器配置信息，独立解析和维护。TCP任务非阻塞方式设计，相互之间调度不影响，客户端、服务器并行调度的方法，设备能够同时作为客户端和服务器应用。
作为优选，所述的客户端配置信息包括第一TCP连接信息和Modbus命令信息；
第一TCP连接信息包括设备作为客户端与其通信的服务器配置信息，包括IP地址、端口地址、通信间隔、通信超时时间和服务器从站地址；
所述的服务器配置信息包括第二TCP连接信息和Modbus命令映射表；
第二TCP连接信息包括本机监听端口；
设备信息包括设备ID、设备版本和设备地址。
作为优选，所述的校验、解析的过程为：
设备获取配置信息后，对设备信息进行校验；
设备信息校验通过后，检查是首次运行还是运行过程中配置信息发生变化；
若是首次运行，则进入配置客户端组件和服务器组件的过程；根据客户端配置信息，建立TCP连接信息、Modbus命令信息、创建TCP客户端任务，完成客户端组件配置；根据服务器配置信息，建立TCP连接信息、Modbus映射表、创建TCP服务器任务，完成服务器组件配置；
若是运行过程中配置信息发生变化，则根据变化内容重置标志位，在客户端或者服务器任务中更新配置信息。
作为优选，客户端调度任务获取客户端配置信息后，进行Modbus客户端命令调度；
命令状态机为空闲状态、发送中、发送完成；
调度任务检查客户端接收缓冲区检查，若有服务器应答数据，且当前命令状态为等待数据接收，则进行命令接收数据处理；
调度任务轮询命令列表，当有命令满足发送条件时，按照命令配置信息组成Modbus命令，并存入客户端发送缓冲区，此时命令进入发送中状态，并等待TCP客户端任务发送数据；发送条件为命令空闲且命令周期、间隔满足配置要求；当命令状态为发送完成时，等待服务器应答数据；当命令超时或者接收到服务器应答时，进入空闲状态。
作为优选，客户端任务处理过程为：
TCP客户端任务对配置信息和通信数据做处理；
若客户端配置信息无变化，则根据客户端配置信息，进行TCP连接建立，从TCP连接中接收数据，并存入客户端接收缓冲区；轮询客户端发送缓冲区，并将数据发送给TCP连接；
若客户端配置信息发生变化，则断开所有TCP连接，并建立新的连接。
作为优选，服务器任务处理过程为：
TCP服务器任务轮询服务器配置信息是否发生变化，若无变化，则进行TCP连接接收数据，并缓存到服务器接收缓冲区；轮询服务器发送缓冲区，若有数据，则将数据发送只TCP连接；
若服务器配置信息发生变化，则断开所有连接。
作为优选，服务器解析过程为：服务器协议栈处理任务获取轮询服务器接收缓冲区，若有数据，则进行服务器协议解析，并将应答数据存入服务器发送缓冲区。
本发明的有益效果是：
1. 组态配置的信息包括客户端配置信息和服务器配置信息，独立解析和维护。
2. TCP任务非阻塞方式设计，相互之间调度不影响，客户端、服务器并行调度的方法，设备能够同时作为客户端和服务器应用。
3.客户端支持单链接和单命令的在线更新，更改任何一个参数，其他链接不需要重新建立，其他命令数据能够保持。
附图说明
图1是本发明的一种组态解析过程流程图。
图2是本发明的客户端任务处理流程图。
图3是本发明的客户端数据收发过程流程图。
图4是本发明的客户端命令调度过程流程图。
图5是本发明的服务器任务处理过程流程图。
图6是本发明的服务器命令解析过程流程图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：
本实施例的一种嵌入式设备同时作为客户端和服务器的应用方法，包括以下步骤：
通过组态软件为设备配置设备信息、客户端配置信息和服务器配置信息。
设备信息包括设备ID、设备版本和设备地址等信息，用于组态配置一致性检查。
客户端配置信息包括第一TCP连接信息和Modbus命令信息。
第一TCP连接信息包括设备作为客户端与其通信的服务器配置信息，具体包括IP地址、端口地址、通信间隔、通信超时时间和服务器从站地址等。
服务器配置信息包括第二TCP连接信息和Modbus命令映射表。
第二TCP连接信息包括本机监听端口。
Modbus命令映射表包括本机端口与控制系统数据的映射关系，可根据需要配置为多个分段。
设备通过以太网接收组态软件的配置信息，并对配置信息做校验、解析，解析成功后，将客户端配置信息传递给客户端组件运行，服务器配置信息传递给服务器组件运行。
校验、解析的过程为：
设备获取配置信息后，对设备信息进行校验。
设备信息校验通过后，检查是首次运行还是运行过程中配置信息发生变化。
若是首次运行，则进入配置客户端组件和服务器组件的过程；根据客户端配置信息，建立TCP连接信息、Modbus命令信息、创建TCP客户端任务，完成客户端组件配置；根据服务器配置信息，建立TCP连接信息、Modbus映射表、创建TCP服务器任务，完成服务器组件配置。
若是运行过程中配置信息发生变化，则根据变化内容重置标志位，在客户端或者服务器任务中更新配置信息。
如图1所示，对配置信息做校验、解析过程包括具体包括：
从UCP协议栈中获取配置信息后，首先判断设备ID是否正确，若是，则进入下一步判断，否则返回组态错误信息；
判断设备固件版本是否正确，若是，则进入下一步判断，否则返回组态错误信息；
判断设备地址是否匹配，若是，则停止发布接收服务，并保证组态至组态缓冲区；否则返回组态错误信息。
进一步判断是否为第一次下载组态，若是，则进入无异构组态判断，否则进入端口类型改变判断。
无异构组态判断为判断下载的组态中是否无异构组态，若是，则使能发布接收端口类型设置为无，返回组态正确信息；否则设置硬件信息，并判断组态模式。
端口类型改变判断为判断端口类型是否改变，若是，则设置热复位后返回组态正确信息；否则，设置组态更新标志后返回组态正确信息。
组态模式判断为判断组态模式为客户端还是服务器；若组态模式是客户端，则依次进行安装以太网端口、逐一安装连接、逐一安装命令和创建client任务，然后使能发布接收端口类型设置为无后返回组态正确信息；若是组态模式是服务器，则依次进行安装以太网端口、服务器协议设置、服务器地址设置、UCP路径设置和创建sener任务，然后使能发布接收端口类型设置为无后返回组态正确信息。
客户端使用独立的客户端命令调度和TCP客户端任务完成客户端功能；服务器使用独立的服务器解析和TCP服务器任务，完成服务器功能。
如图2所示，TCP客户端任务对配置信息和通信数据做处理；
若客户端配置信息无变化，则根据客户端配置信息，进行TCP连接建立，从TCP连接中接收数据，并存入客户端接收缓冲区；轮询客户端发送缓冲区，并将数据发送给TCP连接；
若客户端配置信息发生变化，则断开所有TCP连接，并建立新的连接。
如图2所示，客户端任务处理具体过程为：
判断模块是否要重组态，若是，则断开所有连接，否则，判断以太网状态是否正常，若否，则断开所有连接，若是，则进入下一步判断。
判断是否所有链接均未建立，若是，则判断是否连接建立间隔已到，若否，则判断链接是否正常；
若判断连接建立间隔已到，则建立链接，并指向下一条链接后判断链接是否正常；若判断连接建立间隔未到，则指向下一条链接后判断连接是否正常；
若判断链接正常，则依次执行命令接收和命令发送；若判断链接不正常，则断开当前链接，并指向下一条链接后继续判断链接是否正常。
如图3和图4所示，客户端调度任务获取客户端配置信息后，进行Modbus客户端命令调度。
命令状态机为空闲状态、发送中、发送完成。
调度任务检查客户端接收缓冲区检查，若有服务器应答数据，且当前命令状态为等待数据接收，则进行命令接收数据处理。
调度任务轮询命令列表，当有命令满足发送条件时，按照命令配置信息组成Modbus命令，并存入客户端发送缓冲区，此时命令进入发送中状态，并等待TCP客户端任务发送数据；发送条件为命令空闲且命令周期、间隔满足配置要求；当命令状态为发送完成时，等待服务器应答数据；当命令超时或者接收到服务器应答时，进入空闲状态。
如图3所示，客户端数据收发过程具体为：
A1:判断是否有数据要接收，若是，则接收数据并判断数据是否接收成功；否则进入步骤A5。
A2：若是数据接收成功，则判断是否为串行模式，若是，则进入步骤A4；否则，将数据存入接收缓冲区后进入步骤A5；
A3：若数据接收没有成功，则断开当前链接，并进入步骤A5。
A4：判断是否有对应命令，若是，则将数据存入接收缓冲区后进入步骤A5；否则丢弃数据后进入步骤A5。
A5：判断是否为串行模式且时间间隔已到；若判断为是串行模式，且时间间隔已到，则发送数据后进入步骤A6；若不是串行模式，但时间间隔已到，则指向下一条命令后进入步骤A7；若时间间隔未到，则进入步骤A9。
A6：判断数据是否发送成功，若是，则命令超时定时器清零，命令间隔定时器清零后进入步骤A9；否则，断开当前链接后命令超时定时器清零，命令间隔定时器清零后进入步骤A9。
A7：判断是否时间间隔已到，若时间间隔已到，则发送数据后判断数据是发送成功，若数据发送成功，则命令超时定时器清零，命令间隔定时器清零，保存当前命令后进入A8；若数据没有发送成功，则断开当前链接后，命令超时定时器清零，命令间隔定时器清零后进入A8；若时间间隔未到则命令超时定时器清零，命令间隔定时器清零后进入A8。
A8：判断当前链接命令扫描是否完成，若是，则进入步骤A9；否则，指向下一条命令后进入步骤A7。
A9：判断是否所有链接已经扫描，若是，结束；否则指向下一条链接后返回A1。
如图4所示，客户端命令调度具体过程为：
命令调度任务累加所有命令发送周期，判断是否链接已组态且TCP连接正常，若是，则执行命令调度后判断是否所有链接已扫描；否则，判断是否所有链接已扫描。
当所有链接已扫描时，结束；当有链接未扫描时指向下一条链接后返回判断是否链接已组态且TCP连接正常。
命令调度判断链接N的状态；当状态为待接收时，判断驱动缓冲区是否有数据，若是，则接收数据后进入待发送状态；否则继续判断命令是否接收超时；若判断命令接收超时，则重置链接后进入待发送状态；若判断命令接收没有超时，则返回。
当状态为发送状态时，判断连接N是否达到间隔时间，若是，则进入下一步判断，否则返回。
判断是否有变化发布的命令要发送，若是，则命令组包发送到缓冲区，保存当前命令后返回；否则进入下一步判断。
判断是否有周期发布的命令要发送，若是，则命令组包发送到缓冲区，保存当前命令后返回；否则返回。
如图5所示，TCP服务器任务轮询服务器配置信息是否发生变化，若无变化，则进行TCP连接接收数据，并缓存到服务器接收缓冲区；轮询服务器发送缓冲区，若有数据，则将数据发送只TCP连接；若服务器配置信息发生变化，则断开所有连接。
服务器任务处理过程为：
B1：服务器任务绑定socket端口，判断是否有新组态或关闭所有连接标志；若是，则关闭所有连接后结束；否则复位所有连接。
B2：判断是否有行的连接请求，若是，则判断连接数是否已满；否则进入B3；若连接数已满则进入B3，若连接数未满则建立连接后进入B3。
B3：令链接N为链接0；判断是否有数据要接收，若是，则接收数据后判断数据是否接收成功；否则进入步骤B4；若是数据接收成功，则进入步骤B4；若数据接收失败，则断开连接后进入步骤B4。
B4：判断是否有数据要发送，若是，则发送数据后判断数据是否发送成功；否则进入步骤B5；若是数据发送成功，则进入步骤B5；若数据发送失败，则断开连接后进入步骤B5。
B5：判断链接N是否为最后一条链接；若是，则结束，否则返回步骤B3。
如图6所示，服务器协议栈处理任务获取轮询服务器接收缓冲区，若有数据，则进行服务器协议解析，并将应答数据存入服务器发送缓冲区。
服务器命令解析过程为：
服务器协议解析为依次判断协议、命令长度和数据长度是否正确，若均正确，则判断为解析正常，否则判断为解析错误。
过程中每100ms存在触发任务，触发任务判断命令缓冲链表是否为空，若是，则结束，否则判断表头项是否已经超时；若判断表头项已超时，则删除表头后结束；若判断表头项未超时，则结束。
C1：服务器协议栈处理任务获取轮询服务器接收缓冲区，当判断端口协议类型为ModbusTCP后判断接收缓冲区数据是否有效，若是，则进入C2；否则进入C3。
C2：判断协议解析是否正确，若否，则返回解析错误报文；若是，则打包UCP报文后判断UCP打包是否出错，若判断UCP打包出错，则返回解析错误报文；若判断UCP打包没有出错，则发送至控制器后添加到命令缓冲链表，进入C3。
C3：判断是否所有缓冲区已轮询，若是，则结束；若否，则指向下一个缓冲区后返回C1判断接收缓冲区数据是否有效。
本方案的组态配置的信息包括客户端配置信息和服务器配置信息，独立解析和维护。TCP任务非阻塞方式设计，相互之间调度不影响，客户端、服务器并行调度的方法，设备能够同时作为客户端和服务器应用。客户端支持单链接和单命令的在线更新，更改任何一个参数，其他链接不需要重新建立，其他命令数据能够保持。
应理解，实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (3)
1.一种嵌入式设备同时作为客户端和服务器的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过组态软件为设备配置设备信息、客户端配置信息和服务器配置信息；
设备通过以太网接收组态软件的配置信息，并对配置信息做校验、解析，解析成功后，将客户端配置信息传递给客户端组件运行，服务器配置信息传递给服务器组件运行；
客户端使用独立的客户端命令调度和TCP客户端任务完成客户端功能；服务器使用独立的服务器解析和TCP服务器任务，完成服务器功能；
所述的客户端配置信息包括第一TCP连接信息和Modbus命令信息；
第一TCP连接信息包括设备作为客户端与其通信的服务器配置信息，包括IP地址、端口地址、通信间隔、通信超时时间和服务器从站地址；
所述的服务器配置信息包括第二TCP连接信息和Modbus命令映射表；
第二TCP连接信息包括本机监听端口；
设备信息包括设备ID、设备版本和设备地址；
客户端调度任务获取客户端配置信息后，进行Modbus客户端命令调度；
命令状态机为空闲状态、发送中、发送完成；
调度任务检查客户端接收缓冲区检查，若有服务器应答数据，且当前命令状态为等待数据接收，则进行命令接收数据处理；
调度任务轮询命令列表，当有命令满足发送条件时，按照命令配置信息组成Modbus命令，并存入客户端发送缓冲区，此时命令进入发送中状态，并等待TCP客户端任务发送数据；发送条件为命令空闲且命令周期、间隔满足配置要求；当命令状态为发送完成时，等待服务器应答数据；当命令超时或者接收到服务器应答时，进入空闲状态；
客户端任务处理过程为：
TCP客户端任务对配置信息和通信数据做处理；
若客户端配置信息无变化，则根据客户端配置信息，进行TCP连接建立，从TCP连接中接收数据，并存入客户端接收缓冲区；轮询客户端发送缓冲区，并将数据发送给TCP连接；
若客户端配置信息发生变化，则断开所有TCP连接，并建立新的连接；
服务器任务处理过程为：
TCP服务器任务轮询服务器配置信息是否发生变化，若无变化，则进行TCP连接接收数据，并缓存到服务器接收缓冲区；轮询服务器发送缓冲区，若有数据，则将数据发送只TCP连接；
若服务器配置信息发生变化，则断开所有连接。
2.根据权利要求1所述的一种嵌入式设备同时作为客户端和服务器的应用方法，其特征在于，所述的校验、解析的过程为：
设备获取配置信息后，对设备信息进行校验；
设备信息校验通过后，检查是首次运行还是运行过程中配置信息发生变化；
若是首次运行，则进入配置客户端组件和服务器组件的过程；根据客户端配置信息，建立TCP连接信息、Modbus命令信息、创建TCP客户端任务，完成客户端组件配置；根据服务器配置信息，建立TCP连接信息、Modbus映射表、创建TCP服务器任务，完成服务器组件配置；
若是运行过程中配置信息发生变化，则根据变化内容重置标志位，在客户端或者服务器任务中更新配置信息。
3.根据权利要求1所述的一种嵌入式设备同时作为客户端和服务器的应用方法，其特征在于，服务器解析过程为：服务器协议栈处理任务获取轮询服务器接收缓冲区，若有数据，则进行服务器协议解析，并将应答数据存入服务器发送缓冲区。
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