CN115250288A

CN115250288A - 数据通信方法、下位机、上位机、数据传输系统和介质

Info

Publication number: CN115250288A
Application number: CN202210841866.XA
Authority: CN
Inventors: 胡韦生; 袁强; 孙思嘉
Original assignee: Chinainstru and Quantumtech Hefei Co Ltd
Current assignee: Chinainstru and Quantumtech Hefei Co Ltd
Priority date: 2022-07-18
Filing date: 2022-07-18
Publication date: 2022-10-28

Abstract

本申请公开了一种数据通信方法、下位机、上位机、数据传输系统和介质。其中，数据通信方法包括：向上位机连续地发送至少两组数据，每组数据包括N包数据，其中N≥2，N为自然数；每发送完一组数据后，接收上位机发送的一个握手序列号；在发送完第M组数据后，每发送一组数据，确认是否保存有对应的握手序列号，当前组数据的序号与对应的握手序列号的序号相差预定值，其中M≥2，M为自然数；在确认保存有对应的握手序列号后，继续发送下一组数据。如此，通过滑动握手的方式，相比较一般的数据通信过程中的握手等待，能够避免等待时间对数据传输时间的影响。

Description

数据通信方法、下位机、上位机、数据传输系统和介质

技术领域

本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种数据通信方法、下位机、上位机、数据传输系统和介质。

背景技术

在科学仪器、精密测量仪器等领域，越来越复杂的系统及测量精度的提高，如量子钻石单自旋谱仪、量子钻石原子力显微镜、电子顺磁共振波谱仪、扫描电子显微镜等检测设备会产生大量、高速数据需要通过局域网传输到计算机中。然而，相关网络接口传输协议的传输效率还有待进一步地提高，如何保证大量数据的传输高效性成为待解决的问题。

发明内容

本申请实施方式提供一种数据通信方法、下位机、上位机、数据传输系统和介质。

本申请实施方式的数据通信方法用于下位机，所述数据通信方法包括：

向上位机连续地发送至少两组数据，每组所述数据包括N包数据，其中N≥2，N为自然数；

每发送完一组所述数据后，接收所述上位机发送的一个握手序列号；

在发送完第M组数据后，每发送一组所述数据，确认是否保存有对应的握手序列号，当前组所述数据的序号与对应的所述握手序列号的序号相差预定值，其中M≥2，M为自然数；

在确认保存有对应的所述握手序列号后，继续发送下一组所述数据。

如此，通过滑动握手的方式，相比较一般的数据通信过程中的握手等待，能够避免等待时间对数据传输时间的影响。

在某些实施方式中，所述数据通信方法包括：

在确认没有保存对应的所述握手序列号后，开始计时；

在计时预定时长后，若收到对应的所述握手序列号，则继续发送下一组所述数据。

在某些实施方式中，所述向上位机发送数据包括：

与所述上位机单播通讯，向所述上位机逐包地发送所述数据。

本申请实施方式提供一种数据通信方法，用于上位机，所述数据通信方法包括：

接收下位机的采集卡连续发送的至少两组数据，每组数据包括N包数据，其中N≥2，N为自然数；

每接收完一组数据后，向所述采集卡发送一个握手序列号，以使所述采集卡在发送完第M组数据后，每发送一组所述数据，按所述握手序列号的接收顺序，确认是否保存有对应的一个所述握手序列号，在确认保存有对应的所述握手序列号后，继续发送下一组所述数据，其中，M≥2，M为自然数。

在某些实施方式中，所述数据通信方法包括：

在所述上位机中设置单独的线程，并通过所述线程对所述数据进行包校验和包序号解析。

在某些实施方式中，所述数据通信方法包括：

将通信网卡巨型帧设置至9000Bytes以上。

本申请实施方式提供一种下位机，所述下位机包括采集卡，所述采集卡用于：

向上位机连续地发送至少两组数据，每组数据包括N包数据，其中N≥2，N为自然数；

本申请实施方式提供一种上位机，所述上位机用于：

每接收完一组数据后，向所述采集卡发送一个握手序列号，以使所述采集卡在发送完第M组数据后，每发送一组所述数据，确认是否保存有对应的握手序列号，当前组所述数据的序号与对应的所述握手序列号的序号相差预定值，在确认保存有对应的所述握手序列号后，继续发送下一组所述数据，M≥2，M为自然数。

本申请实施方式提供一种数据传输系统，所述数据传输系统包括上位机和下位机，所述下位机用于向所述上位机连续地发送至少两组数据，每组所述数据包括N包数据，其中N≥2，N为自然数；

所述上位机用于接收所述下位机的采集卡连续发送的至少两组数据，以及用于每接收完一组数据后，向所述采集卡发送一个握手序列号；

所述下位机还用于每发送完一组所述数据后，接收所述上位机发送的一个握手序列号；及用于在发送完第M组数据后，每发送一组所述数据，确认是否保存有对应的握手序列号，当前组所述数据的序号与对应的所述握手序列号的序号相差预定值；以及用于在确认保存有对应的所述握手序列号后，继续发送下一组所述数据，其中M≥2，M为自然数。

本申请实施方式提供一种计算机可执行指令的非易失性计算机可读存储介质，当所述计算机可执行指令被一个或多个处理器执行时，使得所述处理器执行以上任一实施方式所述的数据通信方法。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本申请实施方式中的数据通信方法的流程示意图；

图2是本申请实施方式中的数据传输系统的模块示意图；

图3是本申请实施方式中的数据通信方法的流程示意图；

图4是本申请实施方式中的数据通信方法的流程示意图；

图5是本申请实施方式中的数据通信方法的流程示意图；

图6是本申请实施方式中的数据通信方法的流程示意图；

图7是本申请实施方式中的数据通信方法的流程示意图；

图8是本申请实施方式中的数据通信方法的流程示意图。

主要元件符号说明：

上位机100、下位机200、数据传输系统1000。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请的描述中，需要说明的是，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，也可以是电连接或可以相互通讯；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

请参阅图1，本申请实施方式提供一种数据通信方法，用于下位机200，数据通信方法包括：

步骤S10：向上位机100连续地发送至少两组数据，每组数据包括N包数据，其中N≥2，N为自然数；

步骤S20：每发送完一组数据后，接收上位机100发送的一个握手序列号；

步骤S30：在发送完第M组数据后，每发送一组数据，确认是否保存有对应的握手序列号，当前组数据的序号与对应的握手序列号的序号相差预定值，其中M≥2，M为自然数；

步骤S40：在确认保存有对应的握手序列号后，继续发送下一组数据。

请参阅图2，本申请实施方式提供一种下位机200，下位机200包括采集卡，采集卡用于向上位机100连续地发送至少两组数据，每组数据包括N包数据，其中N≥2，N为自然数；及用于每发送完一组数据后，接收上位机100发送的一个握手序列号；及用于在发送完第M组数据后，每发送一组数据，确认是否保存有对应的握手序列号，当前组数据的序号与对应的握手序列号的序号相差预定值，其中M≥2，M为自然数；以及用于在确认保存有对应的握手序列号后，继续发送下一组数据。

请参阅图2，本申请实施方式提供一种上位机100，上位机100用于接收下位机200的采集卡连续发送的至少两组数据，每组数据包括N包数据，其中N≥2，N为自然数；以及用于每接收完一组数据后，向采集卡发送一个握手序列号，以使采集卡在发送完第M组数据后，每发送一组数据，确认是否保存有对应的握手序列号，当前组数据的序号与对应的握手序列号的序号相差预定值，在确认保存有对应的握手序列号后，继续发送下一组数据，M≥2，M为自然数。

请再次参阅图2，本申请实施方式提供一种数据传输系统1000，数据传输系统1000包括上位机100和下位机200，下位机200用于向上位机100连续地发送至少两组数据，每组数据包括N包数据，其中N≥2，N为自然数；

其中，上位机100用于接收下位机200的采集卡连续发送的至少两组数据，以及用于每接收完一组数据后，向采集卡发送一个握手序列号；

另外，下位机200还用于每发送完一组数据后，接收上位机100发送的一个握手序列号；及用于在发送完第M组数据后，每发送一组数据，确认是否保存有对应的握手序列号，当前组数据的序号与对应的握手序列号的序号相差预定值；以及用于在确认保存有对应的握手序列号后，继续发送下一组数据，其中M≥2，M为自然数。

如此，本申请实施方式中的数据传输系统1000、上位机100、下位机200以及数据通信方法中，通过滑动握手的方式，相比较一般的数据通信过程中的握手等待，能够避免等待时间对数据传输时间的影响。

需要说明的是，在科学仪器、精密测量仪器等领域，越来越复杂的系统及测量精度的提高，使得仪器硬件设备会产生大量、高速数据需要通过局域网传输到计算机中。可以理解，在对数据传输系统1000的设计中，既要求满足大数据的时效性，又要满足大数据的准确性。

进一步地，科学仪器精密测量仪器可以包括量子钻石单自旋谱仪、量子钻石原子力显微镜、电子顺磁共振波谱仪、扫描电子显微镜等检测设备。硬件设备通过局域网传输数据到计算机中时，可以通过网络接口传输协议进行传输，其中主要有TCP协议和UDP协议，其中TCP协议传输准确性高但效率低下，需要多次握手等待，等待时间对数据传输时间的影响较大，且消耗网络带宽高；而UDP协议传输效率较高，消耗网络带宽低。但UDP协议的传输准确率还有待进一步地提高。

有鉴于此，本申请提供一种用于下位机200的数据通信方法、下位机200、上位机100以及数据传输系统1000，使得下位机200在向上位机100传输数据的过程中，等待时间减少，避免等待时间对数据传输时间的影响。

具体地，上位机100可以包括安装有数据传输、处理软件的电脑主机，下位机200可以是相关需要发送数据到上位机100进行处理的硬件设备，在本申请中可以是相关精密仪器。下位机200包括有采集卡，采集卡为采集数据的硬件板卡。下位机200可以装有采集卡固件，即相关软件如FPGA模块。

另外，本申请中可以采用千兆网作为基础物理传输环境。在步骤S10-步骤S40中，在一个实施例中，N为100，M为5，即一组数据可以包括有100包数据，在发送完第5组数据后，进行握手序列号的确认。

下位机200向上位机100连续地发送一组数据可以是采集卡，或者说采集卡固件连续地向上位机100发送一组数据。每发送完100包数据，下位机200接收上位机100发送的一个握手序列号，如1。

在这个过程中，可以理解，下位机200可以采用单播的方式将100包数据发送至上位机100，上位机100只接收数据，直至接收完第一个100包数据后，通过单播给下位机200发送握手序列号1，在接收完第二个100包数据后，通过单播给下位机200发送握手序列号2，并以此类推。

然后，在上述实施例中，下位机200发送完5组数据后，在发送后续组的数据时，也即发发送第6组数据时，先检测是否接收到握手序列号1。那么，当前组数据的序号(即发送第6组数据，序号为6)与对应的握手序列号的序号(第一个握手序列号，序号为1)相差预定值，此时预定值为5，也即预定值可以为M。

在下位机200的处理器确认保存有对应的握手序列号(1)后，采集卡继续发送下一组数据，即继续发送第6组的数据。以此类推，在发送第7组数据时，检测是否保存有握手序列号2，若有保存，继续发送数据。

请参阅图3，本申请实施方式提供一种数据通信方法，用于上位机100，数据通信方法包括：

步骤S1：接收下位机200的采集卡连续发送的至少两组数据，每组数据包括N包数据，其中N≥2，N为自然数；

步骤S2：每接收完一组数据后，向采集卡发送一个握手序列号，以使采集卡在发送完第M组数据后，每发送一组数据，按握手序列号的接收顺序，确认是否保存有对应的一个握手序列号，在确认保存有对应的握手序列号后，继续发送下一组数据，其中，M≥2，M为自然数。

请参阅图4，在某些实施方式中，上位机100侧的数据通信方法包括：

步骤S3：在上位机100中设置单独的线程，并通过线程对数据进行包校验和包序列解析。

如此，上位机100的处理流程、逻辑简单，在处理网络数据过程中，单独开辟线程操作IO事件，且只是对数据包头简单解析，就能继续接收下一包数据，能够避免网卡缓存中的数据堆积。

具体地，在上位机100侧的数据通信方法中，在上位机100中设置有单独的线程操作IO事件，在步骤S1-步骤S3中，在上位机100的软件接收下位机200发送的第1包到第一个N包的过程中，可以不做任何逻辑，只做简单的包校验和包序号解析，然后在接收到第一个N包的情况下，通过单播给下位机200的采集卡发送一个握手序列号。

请参阅图5，在某些实施方式中，下位机200侧的数据通信方法包括：

步骤S50：在确认没有保存对应的握手序列号后，开始计时；

步骤S60：在计时预定时长后，若收到对应的握手序列号，则继续发送下一组数据。

如此，可以通过设置握手等待时间，提高数据传输的准确性。

具体地，在一个实施例中，在步骤S50和步骤60中，下位机200向上位机100发送了M组N包数据，在发送第M+1组数据时，下位机200未检测到有记录有对应的握手序列号1，那么下位机200侧的处理器可以在在确认没有保存对应的握手序列号1后，开始计时。

另外，在计时时间内，下位机200的采集卡固件可以将待发送的第M+1组数据缓存在内存中。并且，可以设置一个超时时长，即预定时长，在预定时长内若等待到了上位机100发送的对应的握手序列号1，则将缓存的第M+1组数据继续向上位机100发送。可以理解，预定时间可以按照实际需要进行设置，如0.5秒、1秒等。可以理解，在继续发送完第M+1组数据后，下位机200检查是否收到握手序列号2，然后在未收到握手序列号2的情况下再次进入计时，以此类推。

请参阅图6，在某些实施方式中，下位机200侧的数据通信方法包括：

步骤S61：在计时预定时长后，若没有收到对应的握手序列号，则继续发送下一组数据。

如此，可以提高数据传输效率，避免等待握手的时间过长影响数据传输。

具体地，在步骤S61中，在一个实施例中，计时预定时长后，即超时后，若还没有收到对应的握手序列号，下位机200的处理器仍控制继续发送下一组数据，如第M+1组数据，从而避免握手等待时间过长影响后续数据传输。为了提高数据传输的准确度，可以在发送完下一组数据的情况下，检测时候接收到下一个对应的握手序列号，如上一个为1，此次检测是否接收到2，以此类推。

请参阅图7，在某些实施方式中，向上位机100发送数据(步骤S10)：步骤S11：与上位机100单播通讯，向上位机100逐包地发送数据。如此，上位机100能够及时响应、接收下位机200的发送的数据。

请参阅图8，在某些实施方式中，上位机100侧的数据通信方法还包括：

步骤S00：将通信网卡巨型帧设置至9000Bytes以上。

如此，采用巨型帧能够令千兆以太网性能充分发挥，使得数据传输效率提高50％～100％。

具体地，在本申请中，采用千兆网作为基础物理传输环境，那么使用巨型帧配合千兆网，可以令千兆以太网性能充分发挥，使数据传输效率提高50％～100％，在步骤S00中，开发人员可以在上位机100的网络适配器上设置，以使处理器将上位机100的网卡巨型帧的值设置为9000Bytes以上，例如可以为9014Bytes。这样，在下位机200中，采集卡通过发送巨型帧传输数据，降低了CPU消耗和网络组包带宽，再次综合性提高了数据传输效率。

综上，在本申请中，采用千兆网作为本发明的基础物理传输环境，采集数据可以通过下位机200发送巨型帧降低CPU消耗，下位机200的采集卡以N包为一组，将N包数据一包一包的单播发送至上位机100，上位机100软件在架构设计中，单独开启一个IO线程，接收数据，且不做任何额外逻辑，只做简单的包校验，包序号解析。上位机100软件从第1包接收到第一个N包的过程中，不做任何逻辑，当接收到第一个N包时通过单播给采集卡发送握手序列号1，采集卡在发送完第一个N包时，并不停止发送下一组N包数据包，且此时采集卡收到上位机100软件发来的握手序列号1，并仅仅只是对该序列号做收到记录。

采集卡依次发送以N包为一组数据，当发送完约定的M组数据时，每发送后续的组数据，下位机200检测对应的握手序列号是否收到，此时为1。如果检测缓存的握手序列号已经收到1，则继续发送N包数据，并在发送后续的下一组数据时检测握手序列号2是否收到，以此类推。

如果下位机200在缓存序列号中未检测到对应的握手序列号1，则采集卡将生成数据缓存在内存中，并在预定时长内等待上位机100的握手序列号1，如果等到握手序列号1，则继续发送缓存的数据；如果未能等到握手序列号1，则预定时长后，继续发送N包数据，并在发送后续组数据时检测握手序列号2是否收到，以此类推。

这样，通过滑动握手的方式，相比较数据传输、握手、等待，能够避免等待时间对数据传输时间的影响；另外，本申请中的上位机100软件在处理网络数据过程中，单独开辟线程操作IO事件，且只是对数据包头简单解析，就能继续接收下一包数据，能够避免网卡缓存中的数据堆积。

本申请实施方式提供了一种存储有计算机程序的非易失性计算机可读存储介质，当计算机程序被一个或多个处理器执行时，使得处理器执行以上任一实施方式的数据通信方法。

具体地，在一个实施例中，处理器可以为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。处理器还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。

计算机程序可以被存储在存储器中，存储器作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如上述方法实施例中的方法所对应的程序指令/模块。处理器通过运行存储在存储器中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的方法。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，实现的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read－Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid－State Drive，SSD)等；存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本申请的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种数据通信方法，用于下位机，其特征在于，所述数据通信方法包括：

2.根据权利要求1所述的数据通信方法，其特征在于，所述数据通信方法包括：

在确认没有保存对应的所述握手序列号后，开始计时；

3.根据权利要求2所述的数据通信方法，其特征在于，所述数据通信方法包括：

在计时预定时长后，若没有收到对应的所述握手序列号，则继续发送下一组所述数据。

4.根据权利要求1所述的数据通信方法，其特征在于，所述向上位机发送数据包括：

5.一种数据通信方法，用于上位机，其特征在于，所述数据通信方法包括：

6.根据权利要求5所述的数据通信方法，其特征在于，所述数据通信方法包括：

7.根据权利要求5所述的数据通信方法，其特征在于，所述数据通信方法包括：

将通信网卡巨型帧设置至9000Bytes以上。

8.一种下位机，其特征在于，所述下位机包括采集卡，所述采集卡用于：

9.一种上位机，其特征在于，所述上位机用于：

10.一种数据传输系统，其特征在于，包括上位机和下位机，所述下位机用于向所述上位机连续地发送至少两组数据，每组所述数据包括N包数据，其中N≥2，N为自然数；

11.一种计算机可执行指令的非易失性计算机可读存储介质，其特征在于，当所述计算机可执行指令被一个或多个处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1-7中任一项所述的数据通信方法。