CN115277646B - 一种以太网数据采集仪mac地址自动设置方法及装置 - Google Patents
一种以太网数据采集仪mac地址自动设置方法及装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及自动化仪器仪表技术领域，提出了一种以太网数据采集仪MAC地址自动设置方法及装置，包括以下步骤：读取非易失存储器中的MAC地址标志位；执行6次随机数生成操作，每一次随机数生成操作得到一个8位随机数，将6次随机数生成操作得到的6个8位随机数合并为一个48位随机数，该48位随机数作为以太网数据采集仪的MAC地址；任一次随机数生成操作包括：截取M个模数转换通道的模数转换值的低N位二进制值，合并为一个M×N位二进制值；将M×N位二进制值作为种子，生成一个8位随机数。通过上述技术方案，解决了相关技术中以太网数据采集仪MAC地址分配自动化程度低，费时费力，且难以保证每次分配的地址不重复的问题。
Description
技术领域
本发明涉及自动化仪器仪表技术领域，具体的，涉及一种以太网数据采集仪MAC地址自动设置方法及装置。
背景技术
以太网数据采集仪通常包含多路高精度模拟量采集通道，通过模数转换器将模拟量信号转换为一定分辨率的数字量信号，再将多个通道采集的数据经过处理后，通过以太网接口发送给上位机应用，当需要监测的监测点很多时，采用多台以太网数据采集仪连接交换机构建局域网，实现分布式多点同步数据采集。多个设备通过以太网组件局域网时，每个设备必须分配唯一的MAC地址（Medium Access Control Address，即网络物理地址），否则存在MAC地址冲突，设备间无法正常通信。MAC地址用来定义网络设备的位置，由48位二进制数字组成。以太网采集仪在出厂时手动逐一分配MAC地址，或者在安装现场人工设置每台采集仪的MAC地址，该项工作操作过程自动化程度低，费时费力，且难以保证每次分配的地址不重复，还存在有时候忘记设置MAC地址的问题，导致数据采集系统无法正常工作。
中国发明专利，申请号CN201810737828.3，提出一种物联网设备MAC地址动态分配的方法，一方面从IEEE申请购买前24位MAC地址，并建立待MAC地址池，每次从MAC池获取MAC地址，已分配的标记为已使用，并可回收不再使用的MAC地址，该方法可以有效避免MAC地址重复，但是对MAC地址池管理麻烦，自动化水平低。
中国发明专利，申请号CN201210284985.6，提出一种MAC地址分配方法，采用随机生成的身份ID标示不同的设备，通过组播方式实现设备与服务器之间的通信，进而完成MAC地址分配流程，将MAC地址的分配工作由工厂转移至设备安装调试现场，该方法提高了MAC地址分配的自动化程度和分配效率，但是该方法是在PC端运行的，PC端可以运行多种随机数生成函数。以太网数据采集仪采用嵌入式系统实现，不支持随机数生成函数，因此，对于以太网数据采集仪的MAC地址分配，目前仍在采用人工设置的方式。
发明内容
本发明提出一种以太网数据采集仪MAC地址自动设置方法及装置，解决了相关技术中以太网数据采集仪MAC地址分配自动化程度低，费时费力，且难以保证每次分配的地址不重复的问题。
本发明的技术方案如下：
第一方面，一种以太网数据采集仪MAC地址自动设置方法，应用于一处理器，所述处理器连接有非易失存储器和多路模数转换通道，其特征在于，包括以下步骤：
读取非易失存储器中的MAC地址标志位，所述MAC地址标志位保存在非易失存储器中的第一设定地址；
在MAC地址标志位不等于设定值时，执行6次随机数生成操作，每一次随机数生成操作得到一个8位随机数，将6次随机数生成操作得到的6个8位随机数合并为一个48位随机数，该48位随机数作为以太网数据采集仪的MAC地址；任一次随机数生成操作包括：
截取M个模数转换通道的模数转换值的低N位二进制值，合并为一个M×N位二进制值；其中M和N均为自然数，且2≤N≤6，M×N≥9；
将M×N位二进制值作为种子，生成一个8位随机数。
第二方面，一种以太网数据采集仪MAC地址自动设置装置，应用于一处理器模块，所述处理器模块连接有非易失存储器和多路模数转换通道，其特征在于，包括：
读取模块，读取非易失存储器中的MAC地址标志位，所述MAC地址标志位保存在非易失存储器中的第一设定地址；
循环采集模块，在MAC地址标志位不等于设定值时，执行6次随机数生成操作，每一次随机数生成操作得到一个8位随机数，将6次随机数生成操作得到的6个8位随机数合并为一个48位随机数，该48位随机数作为以太网数据采集仪的MAC地址；任一次随机数生成操作包括：
截取M个模数转换通道的模数转换值的低N位二进制值，合并为一个M×N位二进制值；其中M和N均为自然数，且2≤N≤6，M×N≥9；
将M×N位二进制值作为种子，生成一个8位随机数。
第三方面，一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的一种以太网数据采集仪MAC地址自动设置方法的步骤。
本发明的工作原理及有益效果为：
本发明提供一种解决办法，解决以太网数据采集仪组网时，手动设置每台以太网数据采集仪的MAC地址费时费力，且存在重复的问题。
具体的，利用以太网数据采集仪的模拟量采集通道存在的低位随机误差的特点，截取M个通道模数转换值的低N位构造M×N位随机种子生成8位随机数，重复6次得到MAC地址，实现对每台采集仪在出厂前自动设置MAC地址，且保证重复概率极低。相对手动设置的方法，显著提升产品生产调试效率，避免人为失误，同时降低对工人的技术要求。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明；
图1为本发明以太网数据采集仪MAC地址自动设置方法流程图；
图2为本发明以太网数据采集仪MAC地址自动设置方法的一个实施例流程图；
图3为本发明以太网数据采集仪MAC地址自动设置装置结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，为本实施例一种以太网数据采集仪MAC地址自动设置方法的流程图，包括以下步骤：
S1：读取非易失存储器中的MAC地址标志位，MAC地址标志位保存在非易失存储器中的第一设定地址；
具体的，非易失存储器可以是flash或者EEPROM。非易失存储器的第一设定地址内保存有MAC地址标志位，本领域技术人员可灵活设计第一设定地址。以太网数据采集仪开机后，读取非易失存储器中第一设定地址的数据，即得到MAC地址标志位。
S2：在MAC地址标志位不等于设定值时，执行6次随机数生成操作，每一次随机数生成操作得到一个8位随机数，将6次随机数生成操作得到的6个8位随机数合并为一个48位随机数，该48位随机数作为以太网数据采集仪的MAC地址；
本领域技术人员可灵活设计MAC地址标志位的设定值，例如0x55，0x66，0x99等。
任一次随机数生成操作包括：
S21：截取M个模数转换通道的模数转换值的低N位二进制值，合并为一个M×N位二进制值；其中M和N均为自然数，且2≤N≤6，M×N≥9；
以太网数据采集仪的模数转换器集成4通道或者更多通道，分辨率为16位或24位或更高。
本领域技术人员可灵活设计M和N的具体数值，以N=2，M=5，M×N=10为例，读取模数转换器5个通道的模数转换编码值，并分别截取每一通道的低2位编码值，将5个通道的低2位编码值按照通道序号进行排序，其中第一通道的低2位编码值作为低位，第五通道的低2位编码值作为高位，合并为一个10位二进制值。
再以N=4，M=4，M×N=16为例，按照上述同样的方法，读取模数转换器4个通道的模数转换编码值，并分别截取每一通道的低4位编码值，合并为一个16位二进制值。
再以N=6，M=4，M×N=24为例，按照上述同样的方法，读取模数转换器4个通道的模数转换编码值，并分别截取每一通道的低6位编码值，合并为一个24位二进制值。
S22：将M×N位二进制值作为种子，生成一个8位随机数。具体步骤如下：
将M×N位二进制值拆分为多个字节；
计算多个字节的平方和；
多个字节的平方和对256取余，得到8位随机数。
以N=2，M=5，M×N=10为例，10位二进制值分为三个字节，计算三个字节的平方和，然后三个字节的平方和对256取余，得到8位随机数。
再以N=4，M=4，M×N=16为例，16位二进制值分为两个字节，计算两个字节的平方和，然后两个字节的平方和对256取余，得到8位随机数。
再以N=6，M=4，M×N=24为例，24位二进制值分为三个字节，计算三个字节的平方和，然后三个字节的平方和对256取余，得到8位随机数。
S23：采用与步骤S21~S22同样的方法，重复6次随机数生成操作，最终得到6个8位随机数，将6个8位随机数合并为一个48位随机数，该48位随机数作为以太网数据采集仪的MAC地址。
具体的，将6个8位随机数按照生成的先后顺序排序，第一次随机数生成操作得到的8位随机数作为48位随机数的低8位，第6次随机数生成操作得到的8位随机数作为48位随机数的高8位。
理论上来说，采用本实施例方法得到的两个MAC地址中，其中一个MAC地址的8位数值与另一个MAC地址的8位数值重复的概率为1/28=1/256，6个8位数值重复的概率则为1/2566，因此重复的概率极低，可以忽略不计。
进一步，任意两次随机数生成操作之间设置有时间间隔。
设置时间间隔目的是保证后一次采集模数转换通道的数值时，得到不一样的数值，进一步降低重复率。
进一步，时间间隔为8ms~12ms，例如延迟10ms。
进一步，在MAC地址标志位等于设定值时，读取非易失存储器中从第二设定地址到第三设定地址的数据，作为以太网数据采集仪的MAC地址。
如果MAC地址标志位等于设定值，则表示该以太网数据采集仪已经自动分配过MAC地址，从非易失存储器中对应的存放区域读取MAC地址即可。其中，存放区域为从第二设定地址到第三设定地址的一段存储区域，第二设定地址用于存放MAC地址的低8位，第三设定地址用于存放MAC地址的高8位。
在一个示例中，如图2所示，本实施例一种以太网数据采集仪MAC地址自动设置方法包括：
01：以太网数据采集仪开机后首先读取非易失存储器中的MAC地址标志位。此处非易失存储器可以是flash或者EEPROM。
02：判断MAC地址标志位是否为特定的数值0X55；
如果是，则表示该以太网数据采集仪已经自动分配过MAC地址，转至03；否则转到步骤04。该MAC地址标志位主要用于判断是否为首次设置MAC地址，保证每台以太网数据采集仪只自动设置一次MAC地址。
03：从非易失存储器中读取保存的MAC地址作为采集仪的MAC地址；转至步骤13；
04：初始化重复次数n=0；
05：从模数转换器读取各模数转换通道的模数转换编码值；
太网数据采集仪的模数转换器集成4通道或者更多通道，分辨率为16位或24位或更高。
06：截取4个通道的模数转换值的低4位编码值，合并为一个16位数值，设为X；
由于模数转换器和前置处理电路存在白噪声随机本底误差，每个通道的低4位编码值为不确定的随机数，将4个通道的低4位编码值合并在一起可以得到一个随机性更大的随机数。
07：以06得到的X为种子，生成一个8位的随机数；
08：延时一段很短的时间t；
延时目的是保证下一个执行步骤05时，得到不一样的数值。例如延迟10ms。
09：重复次数n累加1；即n=n+1。
10：判断重复次数是否大于等于6（n>=6），如果是转到步骤11，否则转到步骤05。
重复步骤05至步骤07共6次，得到6个8位的随机数。
11：将得到的6个8位随机数合并为一个48位的MAC地址，作为以太网数据采集仪的MAC地址，并存储到非易失存储器中。具体合并过程包括：
将6个8位随机数按照生成的先后顺序排序，第一次随机数生成操作得到的8位随机数作为48位随机数的低8位，第6次随机数生成操作得到的8位随机数作为48位随机数的高8位。
理论上该随机数重复的概率为1/2556，因此重复的概率极低，可以忽略不计。
12：将非易失存储器中的MAC标志位置为某个特定的数值。
13：采集仪MAC地址自动设置流程结束。
实施例2
如图3所示，基于与上述实施例1相同的构思，本实施例还提出了一种以太网数据采集仪MAC地址自动设置装置，应用于一处理器模块，处理器模块连接有非易失存储器和多路模数转换通道，包括：
读取模块，读取非易失存储器中的MAC地址标志位，MAC地址标志位保存在非易失存储器中的第一设定地址；
循环采集模块，在MAC地址标志位不等于设定值时，执行6次随机数生成操作，每一次随机数生成操作得到一个8位随机数，将6次随机数生成操作得到的6个8位随机数合并为一个48位随机数，该48位随机数作为以太网数据采集仪的MAC地址；任一次随机数生成操作包括：
截取M个模数转换通道的模数转换值的低N位二进制值，合并为一个M×N位二进制值；其中M和N均为自然数，且2≤N≤6，M×N≥9；
将M×N位二进制值作为种子，生成一个8位随机数。
进一步，还包括：合并模块，用于将6次随机数生成操作得到的6个8位随机数合并为一个48位随机数，具体包括：
将6个8位随机数按照生成的先后顺序排序，第一次随机数生成操作得到的8位随机数作为48位随机数的低8位，第6次随机数生成操作得到的8位随机数作为48位随机数的高8位。
进一步，还包括：计时模块，用于在任意两次随机数生成操作之间设置有时间间隔。
进一步，还包括：读取模块，用于在MAC地址标志位等于设定值时，读取非易失存储器中从第二设定地址到第三设定地址的数据，作为以太网数据采集仪的MAC地址。
前述实施例1中的一种以太网数据采集仪MAC地址自动设置方法的各种变化方式和具体实例同样适用于本实施例的一种以太网数据采集仪MAC地址自动设置装置，通过前述一种以太网数据采集仪MAC地址自动设置方法的详细描述，本领域技术人员可以清楚的知道本实施例中一种以太网数据采集仪MAC地址自动设置装置的实施方法，所以为了说明书的简洁，在此不再详述。
实施例3
基于上述实施例1相同的发明构思，本发明还提出了一种计算机可读存储介质，其中，计算机可读存储介质中存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的一种以太网数据采集仪MAC地址自动设置方法的步骤。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种以太网数据采集仪MAC地址自动设置方法，应用于一处理器，所述处理器连接有非易失存储器和多路模数转换通道，其特征在于，包括以下步骤：
读取非易失存储器中的MAC地址标志位，所述MAC地址标志位保存在非易失存储器中的第一设定地址；
在MAC地址标志位不等于设定值时，执行6次随机数生成操作，每一次随机数生成操作得到一个8位随机数，将6次随机数生成操作得到的6个8位随机数合并为一个48位随机数，该48位随机数作为以太网数据采集仪的MAC地址；任一次随机数生成操作包括：
截取M个模数转换通道的模数转换值的低N位二进制值，合并为一个M×N位二进制值；其中M和N均为自然数，且2≤N≤6，M×N≥9；
将M×N位二进制值作为种子，生成一个8位随机数，具体包括：
将M×N位二进制值拆分为多个字节；
计算多个字节的平方和；
多个字节的平方和对256取余，得到8位随机数。
2.根据权利要求1所述的一种以太网数据采集仪MAC地址自动设置方法，其特征在于，所述将6次随机数生成操作得到的6个8位随机数合并为一个48位随机数，具体包括：
将6个8位随机数按照生成的先后顺序排序，第一次随机数生成操作得到的8位随机数作为48位随机数的低8位，第6次随机数生成操作得到的8位随机数作为48位随机数的高8位。
3.根据权利要求1所述的一种以太网数据采集仪MAC地址自动设置方法，其特征在于，任意两次随机数生成操作之间设置有时间间隔。
4.根据权利要求3所述的一种以太网数据采集仪MAC地址自动设置方法，其特征在于，所述时间间隔为8ms~12ms。
5.根据权利要求1所述的一种以太网数据采集仪MAC地址自动设置方法，其特征在于，所述M=4，所述N=4，所述M×N=16。
6.根据权利要求1所述的一种以太网数据采集仪MAC地址自动设置方法，其特征在于，在MAC地址标志位等于设定值时，读取非易失存储器中从第二设定地址到第三设定地址的数据，作为以太网数据采集仪的MAC地址。
7.一种以太网数据采集仪MAC地址自动设置装置，应用于一处理器模块，所述处理器模块连接有非易失存储器和多路模数转换通道，其特征在于，包括：
读取模块，读取非易失存储器中的MAC地址标志位，所述MAC地址标志位保存在非易失存储器中的第一设定地址；
循环采集模块，在MAC地址标志位不等于设定值时，执行6次随机数生成操作，每一次随机数生成操作得到一个8位随机数，将6次随机数生成操作得到的6个8位随机数合并为一个48位随机数，该48位随机数作为以太网数据采集仪的MAC地址；任一次随机数生成操作包括：
截取M个模数转换通道的模数转换值的低N位二进制值，合并为一个M×N位二进制值；其中M和N均为自然数，且2≤N≤6，M×N≥9；
将M×N位二进制值作为种子，生成一个8位随机数。
8.根据权利要求7所述的一种以太网数据采集仪MAC地址自动设置装置，其特征在于，还包括：
合并模块，将6次随机数生成操作得到的6个8位随机数合并为一个48位随机数，具体包括：
将6个8位随机数按照生成的先后顺序排序，第一次随机数生成操作得到的8位随机数作为48位随机数的低8位，第6次随机数生成操作得到的8位随机数作为48位随机数的高8位。
9.根据权利要求7所述的一种以太网数据采集仪MAC地址自动设置装置，其特征在于，还包括：
计时模块，用于在任意两次随机数生成操作之间设置有时间间隔。
10.根据权利要求7所述的一种以太网数据采集仪MAC地址自动设置装置，其特征在于，
读取模块，在MAC地址标志位等于设定值时，读取非易失存储器中从第二设定地址到第三设定地址的数据，作为以太网数据采集仪的MAC地址。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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