CN115373875A - 实时操作系统下的基于消息队列的1553b通信接口的封装方法 - Google Patents

实时操作系统下的基于消息队列的1553b通信接口的封装方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种实时操作系统下的基于消息队列的1553B通信接口的封装方法，属于实时软件的开发技术领域。本发明以实时操作系统的任务的组织形式，将上层应用与具体的1553B通信解耦，使上层任务仅关注与通信内容和通信时间相关的部分，不必关心1553B通信过程中如何与硬件交互以及基于矢量字的通信协议过程，极大地提高了1553B通信软件的可移植性，也使得上层的调用变得更加方便好用。同时，利用实时操作系统优先级任务的功能，将上层任务的优先级设置得高于1553B任务，保证1553B任务在与硬件通信以及等待对端RT反应造成的延时，不会干扰上层任务的实时性，进而兼顾了高实时性的要求。

Description

实时操作系统下的基于消息队列的1553B通信接口的封装 方法
技术领域
本发明属于实时软件的开发技术领域，具体涉及一种实时操作系统下的基于消息队列的1553B通信接口的封装方法。
背景技术
1553B通信是一种在恶劣环境下常用的高可靠性的通信方式。在1553B通信技术规格下，基于矢量字的1553B通信协议是一种常用的通信协议。在该通信协议中，总线控制器(简称为BC)向远程终端(简称RT)发送数据时，放到RT相应的子地址空间即可；当需要从RT获取数据时，先通过有数据字的模式命令，从RT获取一个16位的数据字，这个数据字称为矢量字。
矢量字会根据需求，约定来代表该RT一共30个子地址的数据准备情况，标记哪些子地址的数据已经准备完成。BC通过矢量字，获取了RT准备好数据的子地址列表，再根据列表从RT获取对应子地址中的数据。
这种通信协议能够有效地协调BC与RT的通信，避免二者在临界数据空间中产生读写冲突。但是该通信协议步骤较多，且由于常规1553B总线的通信带宽并不大，因此完整地完成上述步骤需要较长的时间。而1553B通信经常在高实时性要求的需求中使用。没有合理地使用基于矢量字的1553B通信协议，会极大地影响整个系统的实时性。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何设计一种在实时操作系统下的1553B通信接口封装方法，作为1553B通信中的总线控制器BC的功能，以实现在保证实时性的前提下，完成基于矢量字的1553B通信协议。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种实时操作系统下的基于消息队列的1553B通信接口的封装方法，该方法中，将基于矢量字的1553B通信协议功能放在一个1553B任务中，对上层需要调用1553B通信的任务，提供基于四个消息队列的软件接口，来实现在保证实时性的前提下，完成基于矢量字的1553B通信协议。
优选地，所述四个消息队列作为上层任务调用1553B通信的接口，四个消息队列的消息格式设计如下：
发送队列消息：消息ID，目标RT地址，二元组<子地址，数据数组>的数组和二元组个数；
接收命令队列消息：消息ID，目标RT地址，期望的矢量字，超时时间；
接收队列消息：消息ID，来源RT地址，二元组<子地址，数据数组>的数组和二元组个数；
错误队列消息：消息ID，错误内容；
其中，错误队列消息的消息ID，对应着发送队列消息和接收命令队列消息的消息ID，指示是哪个队列哪个消息发生了错误；接收队列消息的消息ID，对应着接收命令队列消息的消息ID，标记来自于哪个接收命令；错误队列的错误内容描述错误类型和一些错误细节。
优选地，任务的运行流程，该运行流程是一个周期性循环的流程，1553B任务首先从发送队列中获取上层任务下发的消息，根据消息内容，与1553B通信硬件沟通，完成1553B通信的发送，然后检测并记录是否发送成功，在发送失败时将对应的记录作为后面的错误内容的一部分；
完成发送相关的工作后，1553B任务尽可能地获取接收命令队列中的全部消息，将已经超时的接收命令队列消息的消息ID记录下来，然后抛弃这些超时的接收命令，如果抛弃后还有未超时的接收命令，那么根据这些接收命令的内容，1553B任务与硬件沟通，获取对应RT的矢量字；
接着1553B任务将对应的接收命令和矢量字一一比对，把不匹配的接收命令放回接收命令队列；若存在与获取的矢量字匹配的接收命令，1553B任务再根据这些矢量字所对应的子地址，从对应的RT中获取具体的数据；将获取来的数据编组成二元组<子地址，数据数组>数组的形式，连同接收命令的消息ID，汇总成接收队列消息的格式，写入接收队列；
最后，1553B任务汇总在发送、获取矢量字、接收过程中的错误消息，按照错误队列消息的格式，写入错误队列，等待一段时间，进行下一次循环。
优选地，该方法中，所述上层任务的优先级高于1553B任务，以保证1553B任务不会干扰到上层任务的实时性，在执行1553B发送工作时，上层任务在需要的时候，将需要发送的信息，以发送队列消息的格式，写入发送队列即可。
优选地，在执行1553B接收工作时，上层任务维护一段以接收命令队列消息的消息ID为索引的内存空间，用于存储接收来的数据。
优选地，所述上层任务在通过1553B接收数据的时候，根据目标RT地址、期望的矢量字、超时时间，以及与需求相关的消息ID，组织成接收命令队列消息，写入接收命令队列。
优选地，所述上层任务周期性地查询接收队列，若接收队列中有消息，则根据消息的消息ID，将内容存入上文提到的以消息ID为索引的内存空间中，以供使用。
优选地，所述上层任务在处理与1553B通信错误的问题时，周期性地查询错误队列，根据错误队列消息的消息ID和错误内容，做出相应的动作。
本发明还提供了一种用于实现所述方法的系统。
优选地，所述系统为1553B通信中的总线控制器。
(三)有益效果
本发明以实时操作系统的任务的组织形式，将上层应用与具体的1553B通信解耦，使上层任务仅关注与通信内容和通信时间相关的部分，不必关心1553B通信过程中如何与硬件交互以及基于矢量字的通信协议过程，极大地提高了1553B通信软件的可移植性，也使得上层的调用变得更加方便好用。同时，利用实时操作系统优先级任务的功能，将上层任务的优先级设置得高于1553B任务，保证1553B任务在与硬件通信以及等待对端RT反应造成的延时，不会干扰上层任务的实时性，进而兼顾了高实时性的要求。
附图说明
图1为本发明实施例提供的实现原理图；
图2为本发明实施例提供的1553B任务的运行流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
如图1所示，本发明设计了一种在实时操作系统下，基于消息队列的1553B通信接口封装方法，作为1553B通信中的总线控制器BC的功能，本发明将基于矢量字的1553B通信协议功能的主要部分放在了一个任务——1553B任务中，对上层需要调用1553B通信的任务，提供了基于四个消息队列的软件接口，来实现在保证实时性的前提下，完成基于矢量字的1553B通信协议。
本发明主要涉及以下几个部分：1、四个消息队列的消息格式；2、1553B任务的运行流程；3、上层任务的调用方法。
本发明需要用到四个消息队列作为上层任务调用1553B通信的接口，四个消息队列的消息格式设计如下：
发送队列消息：消息ID，目标RT地址，二元组<子地址，数据数组>的数组和二元组个数；
接收命令队列消息：消息ID，目标RT地址，期望的矢量字，超时时间；
接收队列消息：消息ID，来源RT地址，二元组<子地址，数据数组>的数组和二元组个数；
错误队列消息：消息ID，错误内容。
其中，错误队列消息的消息ID，对应着发送队列消息和接收命令队列消息的消息ID，指示是哪个队列哪个消息发生了错误；接收队列消息的消息ID，对应着接收命令队列消息的消息ID，标记来自于哪个接收命令；错误队列的错误内容描述错误类型和一些错误细节。
1553B任务的运行流程如图2所示，是一个周期性循环的流程。1553B任务首先从发送队列中获取上层任务下发的消息，根据消息内容，与1553B通信硬件沟通，完成1553B通信的发送，然后检测并记录是否发送成功，作为后面的错误内容(错误信息)的一部分。
完成发送相关的工作后，1553B任务尽可能地获取接收命令队列中的全部消息，将已经超时的接收命令队列消息的消息ID记录下来，然后抛弃这些超时的接收命令。如果抛弃后还有没有超时的接收命令，那么根据这些接收命令的内容，1553B任务与硬件沟通，获取对应RT的矢量字。
接着1553B任务将对应的接收命令和矢量字一一比对，把不匹配的接收命令放回接收命令队列；若存在与获取的矢量字匹配的接收命令，1553B任务再根据这些矢量字所对应的子地址，从对应的RT中获取具体的数据；将获取来的数据编组成二元组<子地址，数据数组>数组的形式，连同接收命令的消息ID，汇总成接收队列消息的格式，写入接收队列。
最后，1553B任务汇总在发送、获取矢量字、接收过程中的错误消息，按照错误队列消息的格式，写入错误队列，等待一段时间，进行下一次循环。
上层任务的优先级要高于1553B任务，以保证1553B任务不会干扰到上层任务的实时性。在执行1553B发送工作时，上层任务在需要的时候，将需要发送的信息，以发送队列消息的格式，写入发送队列即可。
在执行1553B接收工作时，上层任务需要维护一段以接收命令队列消息的消息ID为索引的内存空间，用以存储接收来的数据。上层任务在需要通过1553B接收数据的时候，根据目标RT地址、期望的矢量字、超时时间，以及与需求相关的消息ID，组织成接收命令队列消息，写入接收命令队列。上层任务要周期性地查询接收队列，若接收队列中有消息，根据消息的消息ID，将内容存入上文提到的以消息ID为索引的内存空间中，以供使用。
上层任务在处理与1553B通信错误的问题时，周期性地查询错误队列，根据错误队列消息的消息ID和错误内容，做出相应的动作。
可以看出，本发明以实时操作系统的任务的组织形式，将上层应用与具体的1553B通信解耦，使上层任务仅关注与通信内容和通信时间相关的部分，不必关心1553B通信过程中如何与硬件交互以及基于矢量字的通信协议过程，极大的提高了1553B通信软件的可移植性，也使得上层的调用变得更加方便好用。同时，利用实时操作系统优先级任务的功能，将上层任务的优先级设置得高于1553B任务，保证1553B任务在与硬件通信以及等待对端RT反应造成的延时，不会干扰上层任务的实时性，进而兼顾了高实时性的要求。。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种实时操作系统下的基于消息队列的1553B通信接口的封装方法，其特征在于，该方法中，将基于矢量字的1553B通信协议功能放在一个1553B任务中，对上层需要调用1553B通信的任务，提供基于四个消息队列的软件接口，来实现在保证实时性的前提下，完成基于矢量字的1553B通信协议。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述四个消息队列作为上层任务调用1553B通信的接口，四个消息队列的消息格式设计如下：
发送队列消息：消息ID，目标RT地址，二元组<子地址，数据数组>的数组和二元组个数；
接收命令队列消息：消息ID，目标RT地址，期望的矢量字，超时时间；
接收队列消息：消息ID，来源RT地址，二元组<子地址，数据数组>的数组和二元组个数；
错误队列消息：消息ID，错误内容；
其中，错误队列消息的消息ID，对应着发送队列消息和接收命令队列消息的消息ID，指示是哪个队列哪个消息发生了错误；接收队列消息的消息ID，对应着接收命令队列消息的消息ID，标记来自于哪个接收命令；错误队列的错误内容描述错误类型和一些错误细节。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，该方法中，实现1553B任务的运行流程，该运行流程是一个周期性循环的流程，1553B任务首先从发送队列中获取上层任务下发的消息，根据消息内容，与1553B通信硬件沟通，完成1553B通信的发送，然后检测并记录是否发送成功，在发送失败时将对应的记录作为后面的错误内容的一部分；
完成发送相关的工作后，1553B任务尽可能地获取接收命令队列中的全部消息，将已经超时的接收命令队列消息的消息ID记录下来，然后抛弃这些超时的接收命令，如果抛弃后还有未超时的接收命令，那么根据这些接收命令的内容，1553B任务与硬件沟通，获取对应RT的矢量字；
接着1553B任务将对应的接收命令和矢量字一一比对，把不匹配的接收命令放回接收命令队列；若存在与获取的矢量字匹配的接收命令，1553B任务再根据这些矢量字所对应的子地址，从对应的RT中获取具体的数据；将获取来的数据编组成二元组<子地址，数据数组>数组的形式，连同接收命令的消息ID，汇总成接收队列消息的格式，写入接收队列；
最后，1553B任务汇总在发送、获取矢量字、接收过程中的错误消息，按照错误队列消息的格式，写入错误队列，等待一段时间，进行下一次循环。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，该方法中，所述上层任务的优先级高于1553B任务，以保证1553B任务不会干扰到上层任务的实时性，在执行1553B发送工作时，上层任务在需要的时候，将需要发送的信息，以发送队列消息的格式，写入发送队列即可。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在执行1553B接收工作时，上层任务维护一段以接收命令队列消息的消息ID为索引的内存空间，用于存储接收来的数据。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述上层任务在通过1553B接收数据的时候，根据目标RT地址、期望的矢量字、超时时间，以及与需求相关的消息ID，组织成接收命令队列消息，写入接收命令队列。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述上层任务周期性地查询接收队列，若接收队列中有消息，则根据消息的消息ID，将内容存入上文提到的以消息ID为索引的内存空间中，以供使用。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述上层任务在处理与1553B通信错误的问题时，周期性地查询错误队列，根据错误队列消息的消息ID和错误内容，做出相应的动作。
9.一种用于实现如权利要求1至8中任一项所述方法的系统。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述系统为1553B通信中的总线控制器。
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