CN116880339A - 基于双mcu的数据周期同步方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于双MCU的数据周期同步方法及系统，涉及数据同步技术领域。在基于双MCU的数据周期同步系统，设置两个MCU；两个所述MCU相连；每个所述MCU内置有定时器，在一个时间周期内，通过确定两个MCU中最先完成计时的为主MCU,另外一个为从MCU，从而实现二者的数据交互，在数据交互完成后，通过重置两个MCU的定时器，使得在下一个时间周期循环确定主MCU，实现了数据的同步。采用本发明技术方案，由于两个MCU分别根据定时器的计时完成速度更新主MCU，从而实现数据的交互，实现数据同步，由于硬件和软件设置均相同，减少了软件开发和维护的版本，生产时无需区分烧录程序，统一进行录入，方便、快捷，减了少流程，节约了时间成本。
Description
技术领域
本发明涉及数据同步技术领域，具体涉及一种基于双MCU的数据周期同步方法及系统。
背景技术
在工业控制领域，安全型控制器可以使用两系MCU（Microcontroller Unit，微控制单元）在同一个控制周期内进行数据的同步采集、交换、计算、表决以及控制输出，因此，保证数据周期同步的准确性，在工业控制领域具有重要作用。
相关技术中，数据周期同步方法可以分为外部同步方法和内部同步方法。外部同步方法一般由外部设备提供同步时钟源，两系MCU在时钟的上升沿或下降沿进行同步数据的处理；但需要外部设备，板卡的面积，物料成本和系统功耗都会增加。内部同步方法可以解决外部同步方法带来的弊端，一般是各MCU内部定时器设定相同的定时周期，定时器计数到期时与另一片MCU进行数据交互；但是，由于现实中同型号的晶体及MCU内部总是存在差异，各自定时在长时间运行后总是会存在时差导致两个MCU系统变为非同步状态。为了解决该技术问题，一般将一片MCU作为主，将它的计数周期作为同步信号基准，从MCU跟随主MCU进行同步数据的处理。
但是，这样的设置方式，由于主MCU和从MCU的配置不同，在使用时，需要对两个MCU进行不同的软件和硬件配置，例如，在硬件上，主MCU需要设置定时器，从MCU不需要设置定时器；在软件上，需要开发和维护主从两个版本的程序，调试和生产时需要预先对主MCU进行主MCU程序烧录，而对从MCU进行从MCU程序烧录，需要区分烧录程序，流程较多，耗费时间成本，调试和生产效率较低。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于双MCU的数据周期同步方法及系统，以克服目前主从MCU程序需要分别开发和维护，生产效率低的问题。
为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：
一方面，一种基于双MCU的数据周期同步方法，应用于基于双MCU的数据周期同步系统，所述基于双MCU的数据周期同步系统，包括：两个MCU；两个所述MCU相连；每个所述MCU内置有定时器；所述方法包括：
在任一时间周期内，确定先完成计时的定时器对应的MCU为主MCU，另一个MCU为从MCU；
控制所述主MCU和所述从MCU进行数据交互，并在数据交互完成后，重置两个MCU的所述定时器，以进入下一个时间周期。
可选的，所述确定先完成计时的定时器对应的MCU为主MCU，另一个MCU为从MCU，包括：
在任一MCU接收到另一MCU发送的中断信号时，该MCU的定时器停止计时；确定发送中断信号的MCU为主MCU，接收到中断信号的MCU为从MCU；
其中，所述中断信号的触发发送规则为每个定时器完成计时时，该定时器对应的MCU向另一MCU发送中断信号。
可选的，所述控制所述主MCU和所述从MCU进行数据交互，包括：
所述从MCU向所述主MCU发送数据交互请求；所述主MCU收到所述数据交互请求后，与所述从MCU进行数据交互。
可选的，两个所述MCU通过串行接口相连，所述串行接口用于数据传输；任一MCU通过中断输出口连接另一MCU的中断输入口；所述在任一MCU接收到另一MCU发送的中断信号时，该MCU的定时器停止计时，包括：
在任一MCU通过所述中断输入口接收到另一MCU发送的中断信号时，该MCU的定时器停止计时；其中，所述中断信号为所述另一MCU通过所述中断输出口发送；
所述控制所述主MCU和所述从MCU进行数据交互，包括：控制所述主MCU和所述从MCU通过所述串行接口进行数据交互。
可选的，两个所述MCU通过两路串行接口相连，每路串行接口分别包括主串行接口和从串行接口；
所述控制所述主MCU和所述从MCU通过所述串行接口进行数据交互，包括：控制所述主MCU通过主串行接口和所述从MCU的从串行接口进行数据交互。
可选的，所述串行接口为SPI接口，所述主串行接口为主SPI接口，所述从串行接口为从SPI接口。
可选的，还包括：
所述从MCU获取自身定时器的计时时长，并判断所述计时时长与时间周期的时长的差值是否大于预设差值阈值；
若所述计时时长与时间周期的时长的差值大于所述预设差值阈值，则确定所述基于双MCU的数据周期同步系统异常，进行异常预警。
又一方面，一种基于双MCU的数据周期同步系统，包括：两个MCU；两个所述MCU相连；每个所述MCU内置有定时器；所述两个MCU用于执行上述所述的基于双MCU的数据周期同步方法。
又一方面，一种基于双MCU的数据周期同步系统，包括：至少一组MCU，每组MCU为两个MCU，每组中两个MCU相连，每个所述MCU内置有定时器；所述两个MCU用于执行上述所述的基于双MCU的数据周期同步方法。
本发明提供的技术方案至少包括以下有益效果：
在基于双MCU的数据周期同步系统，设置两个MCU；两个所述MCU相连；每个所述MCU内置有定时器，在一个时间周期内，通过确定两个MCU中最先完成计时的为主MCU,另外一个为从MCU，从而实现二者的数据交互，在数据交互完成后，通过重置两个MCU的定时器，使得在下一个时间周期循环确定主MCU，实现了数据的同步。采用本发明技术方案，由于两个MCU分别根据定时器的计时完成速度更新主MCU，从而实现数据的交互，实现数据同步，由于硬件和软件设置均相同，减少了MCU开发和维护的版本，无需区分烧录程序，统一进行录入，方便、快捷，减了少流程，节约时间成本。并且每个同步周期都会对定时器进行故障诊断，提高了系统的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种现有技术中的基于双MCU的数据周期同步系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种基于双MCU的数据周期同步系统的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种基于双MCU的数据周期同步方法的流程示意图；
图4为本发明实施例提供的又一种基于双MCU的数据周期同步系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
如背景技术记载，相关技术中，数据周期同步方法可以分为外部同步方法和内部同步方法。外部同步方法一般由外部设备提供同步时钟源，两系MCU在时钟的上升沿或下降沿进行同步数据的处理；但需要外部设备，板卡的面积，物料成本和系统功耗都会增加。内部同步方法可以解决外部同步方法带来的弊端，一般是各MCU内部定时器设定相同的定时周期，定时器计数到期时与另一片MCU进行数据交互；但是，由于现实中同型号的晶体及MCU内部总是存在差异，各自定时在长时间运行后总是会存在时差导致两个MCU系统变为非同步状态。为了解决该技术问题，一般将一片MCU作为主，将它的计数周期作为同步信号基准，从MCU跟随主MCU进行同步数据的处理。
图1为本发明实施例提供的一种现有技术中的基于双MCU的数据周期同步系统的结构示意图，参阅图1，设置一个MCU一直为主MCU，另外一个MCU为从MCU，主MCU中设置定时器，通过串口进行数据的发送和接收。但是，这样的设置方式，由于主MCU和从MCU的配置不同，在使用时，需要对两个MCU进行不同的软件和硬件配置，例如，在硬件上，主MCU需要设置定时器，从MCU不需要设置定时器；在软件上，需要预先对主MCU进行主MCU程序烧录，而对从MCU进行从MCU程序烧录，需要区分烧录程序，耗费时间成本，流程较多，调试和生产效率比较低。由于一直以一片MCU为主，容易出现主MCU定时器故障无法被及时准确诊断出来的问题。
基于此，本发明实施例提供了一种基于双MCU的数据周期同步方法及系统。
图2为本发明实施例提供的一种基于双MCU的数据周期同步系统的结构示意图，参阅图2，本发明实施例提供的基于双MCU的数据周期同步系统，可以包括：两个MCU，两个所述MCU相连；每个所述MCU内置有定时器1。其中，定时器为预先封装在对应的MCU中。其中，每个MCU均可以为任一型号的单片机，两个MCU配置相同，本申请不对具体单片机型号进行限定。
图3为本发明实施例提供的一种基于双MCU的数据周期同步方法的流程示意图，参阅图3，本实施例提供的方法，可以包括以下步骤：
步骤S31、在任一时间周期内，确定先完成计时的定时器对应的MCU为主MCU，另一个MCU为从MCU；
步骤S32、控制所述主MCU和所述从MCU进行数据交互，并在数据交互完成后，重置两个MCU的所述定时器，以进入下一个时间周期。
在具体的实现过程中，一个时间周期可以为100毫秒、50毫秒、20毫秒、10毫秒等，在每个时间周期内，执行本申请提供的基于双MCU的数据周期同步方法，在工业控制领域，对不同MCU进行数据同步，时间周期可以根据用户需要，进行设定。
值得说明的是，对每个MCU，通过自己的定时器设置其时间周期，在设定好时间周期后，在任一个时间周期，确定先完成计时的定时器对应的MCU为主MCU，另一个MCU为从MCU；从而使得所述主MCU和所述从MCU进行数据交互，并在数据交互完成后，重置两个MCU的所述定时器，以进入下一个时间周期。
可以理解的是，采用本实施例提供的技术方案，在基于双MCU的数据周期同步系统，设置两个MCU；两个所述MCU相连；每个所述MCU内置有定时器，在一个时间周期内，通过确定两个MCU中最先完成计时的为主MCU,另外一个为从MCU，从而实现二者的数据交互，在数据交互完成后，通过重置两个MCU的定时器，使得在下一个时间周期循环确定主MCU，实现了数据的同步。采用本发明技术方案，由于两个MCU分别根据定时器的计时完成速度更新主MCU，从而实现数据的交互，实现数据同步，由于硬件和软件设置均相同，提升了适用范围，无需区分烧录程序，统一进行录入，方便、快捷，节约时间成本。并且可以每个同步周期都会对定时器进行故障诊断，提高了系统的安全性。
在上述实施例的基础上，所述确定先完成计时的定时器对应的MCU为主MCU，另一个MCU为从MCU，包括：
在任一MCU接收到另一MCU发送的中断信号时，该MCU的定时器停止计时；确定发送中断信号的MCU为主MCU，接收到中断信号的MCU为从MCU；
其中，所述中断信号的触发发送规则为每个定时器完成计时时，该定时器对应的MCU向另一MCU发送中断信号。
可以理解的是，通过中断信号来确定先完成计时的MCU，方便快捷。每个MCU在定时器完成计时之后，向另一个MCU发送中断信号，而接收到中断信号的MCU则触发自己的定时器停止计时并进行故障诊断，此时，确定发送中断信号的MCU为主MCU，接收中断信号的MCU为从MCU。
相关技术中，由于一直以一片为主MCU，一旦其定时器故障无法被及时准确诊断出来，会导致系统处于不安全的状态的严重问题。
在一些实施例中，还包括：
所述从MCU获取自身定时器的计时时长，并判断所述计时时长与时间周期的时长的差值是否大于预设差值阈值；
若所述计时时长与时间周期的时长的差值大于所述预设差值阈值，则确定所述基于双MCU的数据周期同步系统异常，进行异常预警。
例如，系统还可以进行故障诊断，诊断动作的触发规则为MCU接收到另一MCU发送的中断信号并且该MCU的定时器已经停止计时。
其中，预设差值阈值可以为一个时间周期时长的10%、5%、2%等。当两个定时器的差值大于预设差值阈值时，说明两个定时器中存在故障定时器，可以发送异常预警，从而提醒用户进行维修。值得说明的是，基于双MCU的数据周期同步系统可以包括报警器，报警器分别连接两个MCU，当异常时，触发报警器进行报警；或者，基于双MCU的数据周期同步系统可以包括无线组件，无线组件分别连接两个MCU，当异常时，通过无线组件向预设终端发送。
其中，诊断周期可以为每个同步时间周期内均进行诊断，也可以为若干个同步时间周期。
可以理解的是，通过设置故障判断，可以保证系统的正常运行，在异常时进行报警。从MCU统计每个同步周期计数器的差值，一旦差值超出合理范围表明计数器出现了故障，避免了一直以某个MCU为主MCU无法诊断计数器故障的问题，使系统更加安全可控。
在一些实施例中，所述控制所述主MCU和所述从MCU进行数据交互，包括：所述从MCU向所述主MCU发送数据交互请求；所述主MCU收到所述数据交互请求后，与所述从MCU进行数据交互。
可以理解的是，在从MCU接收到中断信号停止定时器计时后进行故障诊断，确认无故障后，向主MCU发送数据交互请求，从而使得主MCU确定从MCU收到了中断信号，并确认自身的主MCU情况，同意从MCU的数据交互请求，开始进行数据交互。通过设置从MCU发送数据交互请求，使得主MCU进行了中断信号发送成功的确认，提升系统的运行准确性。
在一些实施例中，基于双MCU的数据周期同步系统中的两个所述MCU通过串行接口相连，所述串行接口用于数据传输；任一MCU通过中断输出口连接另一MCU的中断输入口；所述在任一MCU接收到另一MCU发送的中断信号时，该MCU的定时器停止计时，包括：
在任一MCU通过所述中断输入口接收到另一MCU发送的中断信号时，该MCU的定时器停止计时并进行故障诊断；其中，所述中断信号为所述另一MCU通过所述中断输出口发送；
所述控制所述主MCU和所述从MCU进行数据交互，包括：控制所述主MCU和所述从MCU通过所述串行接口进行数据交互。
例如，串行接口可以为SPI接口，用于数据传输，主MCU和从MCU通过SPI接口进行数据的交互。而中断信号通过中断输入口和中断输出口进行接收和发送。在单片机上，将中断引脚设置为中断输入口和中断输出口，方便、快捷，中断信号传递更加迅速。
在一些实施例中，两个所述MCU通过两路串行接口相连，每路串行接口分别包括主串行接口和从串行接口；
所述控制所述主MCU和所述从MCU通过所述串行接口进行数据交互，包括：控制所述主MCU通过主串行接口和所述从MCU的从串行接口进行数据交互。
图4为本发明实施例提供的又一种基于双MCU的数据周期同步系统的结构示意图，参阅图4，本实施例提供的基于双MCU的数据周期同步系统，可以设置两个MCU为MCUA和MCUB，两个MCU通过两路串行接口相连。其中，两路串行接口可以为MCUA的主串行接口A1（例如，可以为主SPI接口），和MCUB的从串行接口B2（例如，可以为从SPI接口）为一路串行接口；MCUA的从串行接口A2（例如，可以为从SPI接口），和MCUB的主串行接口B1（例如，可以为主SPI接口）为另一路串行接口。其中，可以预先设定每个串行接口的主从关系，MCUA通过主串行接口和MCUB的从串行接口将数据发送给MCUB，进行数据传输；同理，MCUB通过自己的主串行接口和MCUA的从串行接口将数据发送给MCUA，进行数据传输，从而实现数据的准确传输。MCUA通过中断输入口A3和中断输出口A4与MCUB的中断输出口B3和中断出入口B4进行中断信号的传输。
可以理解的是，所述串行接口为SPI接口，所述主串行接口为主SPI接口，所述从串行接口为从SPI接口。通过设置SPI接口，实现数据的快速传输。
基于一个总的发明构思，本发明实施例还提供一种基于双MCU的数据周期同步系统。
本发明实施例提供的一种基于双MCU的数据周期同步系统，包括：两个MCU；两个所述MCU相连；每个所述MCU内置有定时器；所述两个MCU用于执行上述任一实施例记载的基于双MCU的数据周期同步方法。
基于一个总的发明构思，本发明实施例还提供又一种基于双MCU的数据周期同步系统。
本发明实施例提供的又一种基于双MCU的数据周期同步系统，包括：至少一组MCU，每组MCU为两个MCU，每组中两个MCU相连，每个所述MCU内置有定时器；所述两个MCU用于执行上述任一实施例记载的基于双MCU的数据周期同步方法。
例如，在具体的应用中，可以设置多组MCU，从而实现对大量数据的控制要求。
值得说明的是，关于上述系统中具体的同步方法，具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
可以理解的是，参阅图1和图4，本实施例提供的技术方案，与现有技术对比，存在以下优点：
1.硬件构架和软件框架不同。现有技术中的主从MCU软硬件构架都不相同；而本申请的主从MCU软硬件构架完全相同，使用更加便捷，使用范围更广泛。
2.主从MCU确定方式不同。现有技术中的主从MCU是确定的，由烧写的固件确定；而本申请的软件不区分主从MCU，由纯硬件的定时器和中断输出进行抢主确定，数据周期确定更加准确。
3.定时器使用数量不同。现有技术中只有主MCU需要定时器；而本申请的两个MCU都需要用到定时器，实现对主MCU的轮换，提升数据周期同步的准确性。
4.硬件接口不同。现有技术使用串口接口；而本申请的使用两路SPI和两路中断信号，速度更快。
5.程序固件不同。现有技术需要主MCU程序和从MCU程序两个固件；而本申请两个MCU使用同一个程序固件，减少了开发成本也便于产品维护。
5.故障诊断不同。现有技术主MCU定时器无诊断功能；而本申请由独立硬件从MCU对主MCU定时器硬件进行诊断，安全性和可靠性更高。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。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例或示例。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例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (9)
1.一种基于双MCU的数据周期同步方法，其特征在于，应用于基于双MCU的数据周期同步系统，所述基于双MCU的数据周期同步系统，包括：两个MCU；两个所述MCU相连；每个所述MCU内置有定时器；所述方法包括：
在任一时间周期内，确定先完成计时的定时器对应的MCU为主MCU，另一个MCU为从MCU；
控制所述主MCU和所述从MCU进行数据交互，并在数据交互完成后，重置两个MCU的所述定时器，以进入下一个时间周期。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定先完成计时的定时器对应的MCU为主MCU，另一个MCU为从MCU，包括：
在任一MCU接收到另一MCU发送的中断信号时，该MCU的定时器停止计时；确定发送中断信号的MCU为主MCU，接收到中断信号的MCU为从MCU；
其中，所述中断信号的触发发送规则为每个定时器完成计时时，该定时器对应的MCU向另一MCU发送中断信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制所述主MCU和所述从MCU进行数据交互，包括：
所述从MCU向所述主MCU发送数据交互请求；所述主MCU收到所述数据交互请求后，与所述从MCU进行数据交互。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，两个所述MCU通过串行接口相连，所述串行接口用于数据传输；任一MCU通过中断输出口连接另一MCU的中断输入口；所述在任一MCU接收到另一MCU发送的中断信号时，该MCU的定时器停止计时，包括：
在任一MCU通过所述中断输入口接收到另一MCU发送的中断信号时，该MCU的定时器停止计时；其中，所述中断信号为所述另一MCU通过所述中断输出口发送；
所述控制所述主MCU和所述从MCU进行数据交互，包括：控制所述主MCU和所述从MCU通过所述串行接口进行数据交互。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，两个所述MCU通过两路串行接口相连，每路串行接口分别包括主串行接口和从串行接口；
所述控制所述主MCU和所述从MCU通过所述串行接口进行数据交互，包括：控制所述主MCU通过主串行接口和所述从MCU的从串行接口进行数据交互。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述串行接口为SPI接口，所述主串行接口为主SPI接口，所述从串行接口为从SPI接口。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：
所述从MCU获取自身定时器的计时时长，并判断所述计时时长与时间周期的时长的差值是否大于预设差值阈值；
若所述计时时长与时间周期的时长的差值大于所述预设差值阈值，则确定所述基于双MCU的数据周期同步系统异常，进行异常预警。
8.一种基于双MCU的数据周期同步系统，其特征在于，包括：两个MCU；两个所述MCU相连；每个所述MCU内置有定时器；所述两个MCU用于执行权利要求1-7任一所述的基于双MCU的数据周期同步方法。
9.一种基于双MCU的数据周期同步系统，其特征在于，包括：至少一组MCU，每组MCU为两个MCU，每组中两个MCU相连，每个所述MCU内置有定时器；所述两个MCU用于执行权利要求1-7任一所述的基于双MCU的数据周期同步方法。
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2023
- 2023-09-07 CN CN202311145949.6A patent/CN116880339B/zh active Active
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