CN117742881A - 一种用于串口管理设备的远程调试系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于串口管理设备的远程调试系统及方法，远程调试系统包括控制中心端、串口设备端、和若干个串口远程调试工具，串口远程调试工具分为Windows和Linux两个部分，分别运行在控制中心端计算机管理设备的Linux虚拟机和Windows主机，以及串口设备端的串口管理设备上。串口管理设备通过网络交换机进行串口终端及控制中心端计算机管理设备之间的数据交互，使得用户可以直接在控制中心端计算机管理设备的Linux虚拟机中，远程调试串口终端设备，提升了设备代理软件开发的时空利用率和用户友好性，同时也提高了软件开发人员的开发效率。
Description
技术领域
本发明涉及串口设备调试技术领域，特别涉及一种用于串口管理设备的远程调试系统及方法。
背景技术
目前，卫星地面站包括大量不同类型的设备，如卫星信道设备、图像编解码器、视音频矩阵、功放设备、天线控制器等，这些设备采用集中管理为主，对于接口统一且功能简单的设备比较容易管理。随着科技的飞速发展，各种卫星通信设备更新迭代也随着加快，在众多领域得到了广泛的应用，对多类型串口设备的通信控制及状态监控是卫星通信设备调试的一项关键技术。
现有技术中，串口设备的调试方式更多的是需要将代码编译后拷贝到串口管理设备上运行。传统的方法是通过输出日志来查看问题，修改相应的问题后再重新将代码拷贝到串口管理设备运行，调试的效率较低，且不能打断点进行单步调试，极大的影响了开发进度。
发明内容
本发明所要解决的问题是：提供一种用于串口管理设备的远程调试系统及方法，用户直接在Linux虚拟机中远程调试串口设备，提升了设备代理软件开发的时空利用率和用户友好性，提高了软件开发人员的开发效率。
本发明采用如下技术方案：一种用于串口管理设备的远程调试系统，包括：控制中心端、串口设备端、和若干个串口远程调试工具，
控制中心端包括计算机管理设备和网络交换机；
计算机管理设备，包含Linux虚拟机和Windows主机，其中Linux虚拟机安装在Windows主机上；在Linux虚拟机和Windows主机上分别运行第一Linux串口远程调试工具和第二Windows串口远程调试工具；
网络交换机，用于连接计算机管理设备和串口管理设备，通过数据交换的方式经过无线传输网络进行数据传输；
串口设备端包括串口管理设备和串口终端设备；
串口管理设备通过串口连接一个或多个串口终端设备，将串口终端设备的数据转换后，通过网络交换机发送至计算机管理设备；
串口管理设备上运行有第三Linux串口远程调试工具，获取串口终端设备的数据。
进一步地，Windows主机和Linux虚拟机通过虚拟串口通信，通过无线传输网络，经过网络交换机后与串口管理设备上通信，传输查询指令并获取串口终端设备的数据。
进一步地，网络交换机为网络提供多个连接端口，连接一个或多个计算机管理设备，经过无线传输网络，将计算机管理设备的指令传输至串口管理设备，并将串口管理设备获取的串口终端设备数据传输至计算机管理设备，所述计算机管理设备通过设置不同的IP和端口区分。
进一步地，串口管理设备上包含ARM板，第三Linux串口远程调试工具安装并运行于所述ARM板上，同时连接网络交换机进行数据通信，扩展串口管理设备的通信距离。
串口管理设备用于串口数据与TCP/IP协议网络接口数据双向透明传输，使不具备网络接口的串口终端设备通过串口管理设备接入TCP/IP网络，方法包括：
串口管理设备接收串口终端设备数据，经过数据处理后转换为TCP/IP协议格式，通过网络交换机发往指定IP地址的主机；同时监听网络端口，接收网络数据帧，从网络数据中获取指令数据并经过数据处理后，通过串口发送给串口终端设备。
串口的传输参数包括波特率、数据位、停止位和校验位；
串口的接口标准根据串口终端设备接口独立设置包括RS232、RS422、RS485，相应的串口数据包括RS232串口数据、RS485串口数据、RS422串口数据；
串口管理设备与网络交换机接口参数包括IP地址、子网掩码、网关；
串口管理设备参数的设置包括串口、Telnet、网页、PC客户端传输协议及工作模式。
进一步的，串口终端设备用于完成卫星地面站通信业务，收集、处理和转发采集到的数据，并完成执行指令，所述串口终端设备包括但不限于：卫星信道设备、图像编解码器设备、视音频矩阵、功放设备、天线控制器设备。
进一步地，串口远程调试工具，包括第一Linux串口远程调试工具、第二Windows串口远程调试工具和第三Linux串口远程调试工具，模拟串口数据收发过程，方法包括；
第一Linux串口远程调试工具用于用户向下发指令；第三Linux串口远程调试工具用于接收串口终端设备的串口数据；
第二Windows串口远程调试工具用于接收指令，并将指令发送至串口管理设备，当串口管理设备返回串口终端设备的数据时，传输数据至第一Linux串口远程调试工具；
通过在Linux虚拟机中的第一Linux串口远程调试工具，远程调试串口终端设备，包括：实时调试串口管理设备代码、查看输出日志、查看告警操作。
本发明技术方案还包括一种用于串口管理设备的远程调试方法，基于上述任一种串口管理设备的远程调试系统，进行串口终端设备的远程调试，包括用户通过计算机管理设备主动发起的串口终端设备的控制或查询指令，具体步骤如下：
S1.1、在控制中心端，用户通过安装在计算机管理设备的Linux虚拟机中的第一Linux串口调试工具下发查询指令，Linux虚拟机通过虚拟串口将控制或查询指令发送到计算机管理设备的Windows主机中的第二Windows串口调试工具，通过计算机管理设备的Windows主机将数据通过无线网络发送到网络交换机；
S1.2、串口设备端的串口管理设备接收交换机数据，提取数据中的控制或查询指令，进行判断、处理，发送指令至相应的串口终端设备；
S1.3、串口终端设备响应串口管理设备发出的指令，进行串口终端设备控制操作或调取存储的信息，返回数据至串口管理设备；
S1.4、如果链路不通或者串口终端设备存在异常，串口终端设备发出的指令数据无响应，串口终端设备将链路不通的结果经由串口管理设备返回控制中心端；
S1.5、控制中心端的计算机管理设备通过网络交换机接收串口管理设备返回的数据，保存数据并显示串口终端设备在线或异常。
进一步的，串口管理设备的远程调试方法，还包括串口终端设备主动发送数据至计算机管理设备，包括如下步骤：
S2.1、串口设备端的串口终端设备有数据需要发送至计算机管理设备时，对链路是否可用进行检测，若链路存在则串口终端设备将数据发送到串口管理设备；
S2.2、串口管理设备接收串口终端设备的数据，并通过网络交换机发送数据至相应的串口终端设备计算机管理设备；
S2.3、控制中心端，计算机管理设备的Windows主机中的第二Windows串口调试工具接收到串口终端的数据，发送至Linux虚拟机的第一Linux串口调试工具，第一Linux串口调试工具显示或保存串口终端的数据。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明自主开发了用于串口管理设备的远程调试工具，该工具分为Windows和Linux两个部分，分别运行在Linux虚拟机、Windows本机和ARM板上，使得用户可以直接在Linux虚拟机中远程调试串口设备，极大地提升了设备代理软件开发的时空利用率和用户友好性，同时也提高了软件开发人员的开发效率。
附图说明
图1是本发明的远程调试系统的总体框图；
图2是本发明的远程调试系统的设备组成框图；
图3是本发明的远程调试方法的链路检测流程；
图4是本发明的远程调试方法的数据发送流程。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对申请的技术方案做进一步地详尽阐述，所描述的实施例，也只是本发明所涉及实施例的一部分。本领域其他研究人员在该实施例上的所有非创新型实施例，都属于本发明的保护范围。同时对于本发明实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
本发明一种用于串口管理设备的远程调试系统，如图1所示，包括：控制中心端、串口设备端、和若干个串口远程调试工具。
控制中心端包括计算机管理设备和网络交换机；
计算机管理设备，包含Linux虚拟机和Windows主机，其中Linux虚拟机安装在Windows主机上；在Linux虚拟机和Windows主机分别运行第一Linux串口远程调试工具和第二Windows串口远程调试工具；
网络交换机，用于连接计算机管理设备和串口管理设备，通过数据交换的方式经过无线传输网络进行数据传输；
串口设备端包括串口管理设备和串口终端设备；
串口管理设备通过串口连接一个或多个串口终端设备，将串口终端设备的数据转换后，通过网络交换机发送至计算机管理设备；
串口管理设备上运行有第三Linux串口远程调试工具，获取串口终端设备的数据。
在本发明的一个具体实施例中，用于串口管理设备的远程调试系统，如图2所示。
首先，在控制中心端，有计算机管理设备和网络交换机。
计算机管理设备，该设备在预装了Windows操作系统的计算机上安装了一台Linux虚拟机，分为用来运行Windows和Linux两个版本的串口调试工具。本机和虚拟机通过虚拟串口通信，同时通过以太网与串口管理设备的调试工具相互通信，串口管理设备上的调试工具与设备通过串口通信，从而模拟了Linux虚拟机直接通过串口连接设备的真实环境。通过此工具，可以实时调试串口管理设备代码、输出日志、查看告警等一系列操作，为研发人员调试设备提供了极大的便利。
网络交换机，该设备的作用是连接如电脑、路由器、摄像头、网络打印机等设备，使其网络互通。在这里的主要功能是连接计算机和串口管理设备，并通过数据交换的方式来进行数据传输。同时，网络交换机也是一个扩大网络的设备，能为子网络中提供更多的连接端口，以便连接更多的网络设备。
其次，在串口设备端，有串口管理设备和多类型串口终端设备。
串口管理设备，是一款全国产化的用于提供串口转网络功能的设备，能够将串口(RS-232/485/422)转换成TCP/IP协议网络接口，实现RS-232/485/422串口与TCP/IP协议网络接口的数据双向透明传输，使得串口设备能够立即具备TCP/IP网络接口功能，连接网络进行数据通信，扩展串口设备的通信距离。
串口管理设备包含有：处理器单元模块，串口接口电路单元，大规模可编程逻辑芯片，网络交换单元及电源管理单元。其中，核心处理器模块负责协议转化及系统管理等各个方面；串口接口电路模块负责完成串口数据的收发读写，并根据实际对接的串口设备的需要，独立设置成RS-232/RS-422/RS-485几种标准接口。
串口管理设备的核心处理器模块基于ARM Cortex-A9内核，当设备返回数据时，先通过串口将数据发送到串口管理设备，然后通过网口将数据发送到本机，本机再通过虚拟串口将数据发到Linux虚拟机中。
多类型的串口终端设备，如卫星信道设备、图像编解码器、视音频矩阵、功放设备、天线控制器等。这是完成卫星地面站通信业务的核心，所有的数据都最先由它们负责收集、处理和转发；所有的指令都由它们最终完成执行任务。
串口管理设备的主要功能是使现有不具备网络接口的设备具有接入网络的能力,实现RS-232/485/422串口与TCP/IP协议网络接口的数据双向透明传输，使得串口设备能够立即具备TCP/IP网络接口功能，连接网络进行数据通信，扩展串口设备的通信距离；
串口管理设备用于接收串口数据，并将其经过数据处理后转换为TCP/IP协议格式，发往指定IP地址的计算机管理设备；同时还负责监听网络端口，接收网络数据帧，从网络数据中获取数据，并经过数据处理后，通过串口发送给设备；
串口的传输参数可以设置，包括波特率、数据位、停止位和校验位；串口的接口标准RS232，RS422,RS485可根据实际的接口独立设置；网络接口参数可以设置，其中包括IP地址、子网掩码、网关；目标计算机管理设备的IP和端口可以设置；
系统参数的设置可以通过多种方式实现，包括串口、Telnet、网页、PC客户端传输协议(TCP/UDP)可选，工作模式(Server/Client)可选。
本实施例中，用于串口设备的串口远程调试工具，分为Windows和Linux两个部分，分别运行在Linux虚拟机、Windows本机和串口管理设备ARM板上，模拟了串口数据收发过程的真实开发环境。
该工具可以使得用户向设备下发指令时，先将虚拟机中的数据通过虚拟串口发送到本机，本机使用该工具将数据通过网口发送到串口管理设备，然后通过串口将数据传递给设备。当设备返回数据时，先通过串口将数据发送到串口管理设备，然后通过网口将数据发送到本机，本机再通过虚拟串口将数据发到Linux虚拟机中。
Linux虚拟机和本机通过串口调试工具经虚拟串口通信，本机通过以太网与串口管理设备的调试工具相互通信，串口管理设备上的调试工具与设备通过串口通信。通过此工具，可以实时调试串口管理设备代码、输出日志、查看告警等一系列操作，为研发人员调试设备提供了极大的便利。
本实施例中，用于串口管理设备的远程调试方法，包括用户通过计算机管理设备主动发起的串口终端设备的控制或查询指令，才主动发起的指令传输需要进行链路检测，其流程如图3所示。
第一，由Linux虚拟机主动发起的控制、查询等操作，该情况下，指令首先通过虚拟串口工具生成的虚拟串口发送至Windows本机，然后经过串口管理设备发到相应的设备。设备收到数据后对指令进行判断、处理，经过对相应测控设备进行操作或直接调取设备存储的信息，执行结果经由串口管理设备返回给用户，表明链路已经打通，控制中心显示设备在线。
第二，由Linux虚拟机主动发起的控制、查询等操作，链路检测流程同上。如果链路不通或者设备存在异常，则将链路不通的结果经由串口管理设备返回给用户。
本实施例串口管理设备的远程调试方法，还包括串口终端设备主动发送数据至计算机管理设备，实现发明所述的用于串口设备远程调试的数据收发，其流程如附图4所示，分为Linux虚拟机数据发送流程和多类型串口设备数据发送流程。
首先是Linux虚拟机数据发送流程，其流程如下：首先对链路是否可用进行检测，若链路存在则由Linux虚拟机通过串口调试工具将数据发送到计算机管理设备Windows主机，后者接收到数据后将数据发送到串口管理设备，而后串口管理设备将数据发送到多类型串口设备。
其次是串口设备数据发送流程，其流程如下：当有数据需要发送时，首先需要对链路是否可用进行检测，若链路存在则设备将数据发送到串口管理设备，后者通过串口调试工具将数据经网口发送到计算机管理设备Windows主机，而后计算机管理设备Windows主机将数据通过虚拟串口转发到Linux虚拟机。
通过此工具，研发人员可以在计算机管理设备的Linux虚拟机，实时调试串口管理设备代码、输出日志、查看告警等一系列操作，为研发人员调试设备提供了极大的便利。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于相关技术领域的工程技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进和也应视为在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种用于串口管理设备的远程调试系统，其特征在于，包括：控制中心端、串口设备端、和若干个串口远程调试工具；
所述控制中心端包括计算机管理设备和网络交换机；
计算机管理设备，包含Linux虚拟机和Windows主机，其中Linux虚拟机安装在Windows主机上；在Linux虚拟机和Windows主机分别运行第一Linux串口远程调试工具和第二Windows串口远程调试工具；
网络交换机，用于连接计算机管理设备和串口管理设备，通过数据交换的方式经过无线传输网络进行数据传输；
所述串口设备端包括串口管理设备和串口终端设备；
串口管理设备通过串口连接一个或多个串口终端设备，将串口终端设备的数据转换后，通过网络交换机发送至计算机管理设备；
串口管理设备上运行有第三Linux串口远程调试工具，获取串口终端设备的数据。
2.根据权利要求1所述的用于串口管理设备的远程调试系统，其特征在于，所述Windows主机和Linux虚拟机通过虚拟串口通信，通过无线传输网络，经过网络交换机后与串口管理设备上通信，传输查询指令并获取串口终端设备的数据。
3.根据权利要求2所述的用于串口管理设备的远程调试系统，其特征在于，所述网络交换机为网络提供多个连接端口，连接一个或多个计算机管理设备，经过无线传输网络，将计算机管理设备的指令传输至串口管理设备，并将串口管理设备获取的串口终端设备数据传输至计算机管理设备，所述计算机管理设备通过设置不同的IP和端口区分。
4.根据权利要求1所述的用于串口管理设备的远程调试系统，其特征在于，所述串口管理设备上包含ARM板，第三Linux串口远程调试工具安装并运行于所述ARM板上，同时连接网络交换机进行数据通信，扩展串口管理设备的通信距离。
5.根据权利要求4所述的用于串口管理设备的远程调试系统，其特征在于，所述串口管理设备用于串口数据与TCP/IP协议网络接口数据双向透明传输，使不具备网络接口的串口终端设备通过串口管理设备接入TCP/IP网络，方法包括：
串口管理设备接收串口终端设备数据，经过数据处理后转换为TCP/IP协议格式，通过网络交换机发往指定IP地址的主机；同时监听网络端口，接收网络数据帧，从网络数据中获取指令数据并经过数据处理后，通过串口发送给串口终端设备。
6.根据权利要求4所述的用于串口管理设备的远程调试系统，其特征在于，所述串口管理设备中，串口的传输参数包括波特率、数据位、停止位和校验位；
串口的接口标准根据串口终端设备接口独立设置包括RS232、RS422、RS485，相应的串口数据包括RS232串口数据、RS485串口数据、RS422串口数据；
串口管理设备与网络交换机接口参数包括IP地址、子网掩码、网关；
串口管理设备参数的设置包括串口、Telnet、网页、PC客户端传输协议及工作模式。
7.根据权利要求1所述的用于串口管理设备的远程调试系统，其特征在于，串口终端设备用于完成卫星地面站通信业务，收集、处理和转发采集到的数据，并完成执行指令，所述串口终端设备包括但不限于：卫星信道设备、图像编解码器设备、视音频矩阵、功放设备、天线控制器设备。
8.根据权利要求1所述的用于串口管理设备的远程调试系统，其特征在于，串口远程调试工具，包括第一Linux串口远程调试工具、第二Windows串口远程调试工具和第三Linux串口远程调试工具，模拟串口数据收发过程，方法包括：
第一Linux串口远程调试工具用于用户向下发指令；第三Linux串口远程调试工具用于接收串口终端设备的串口数据；
第二Windows串口远程调试工具用于接收指令，并将指令发送至串口管理设备，当串口管理设备返回串口终端设备的数据时，传输数据至第一Linux串口远程调试工具；
通过在Linux虚拟机中的第一Linux串口远程调试工具，远程调试串口终端设备，包括：实时调试串口管理设备代码、查看输出日志、查看告警操作。
9.一种用于串口管理设备的远程调试方法，其特征在于，基于权利要求1至8任一项所述的用于串口管理设备的远程调试系统，进行串口终端设备的远程调试，包括用户通过计算机管理设备主动发起的串口终端设备的控制或查询指令，具体步骤如下：
S1.1、在控制中心端，用户通过安装在计算机管理设备的Linux虚拟机中的第一Linux串口调试工具下发查询指令，Linux虚拟机通过虚拟串口将控制或查询指令发送到计算机管理设备的Windows主机的第二Windows串口调试工具，通过计算机管理设备的Windows主机将数据通过无线网络发送到网络交换机；
S1.2、串口设备端的串口管理设备接收交换机数据，提取数据中的控制或查询指令，进行判断、处理，发送指令至相应的串口终端设备；
S1.3、串口终端设备响应串口管理设备发出的指令，进行串口终端设备控制操作或调取存储的信息，返回数据至串口管理设备；
S1.4、如果链路不通或者串口终端设备存在异常，串口终端设备发出的指令数据无响应，串口终端设备将链路不通的结果经由串口管理设备返回控制中心端；
S1.5、控制中心端的计算机管理设备通过网络交换机接收串口管理设备返回的数据，保存数据并显示串口终端设备在线或异常。
10.根据权利要求9所述的用于串口管理设备的远程调试方法，还包括串口终端设备主动发送数据至计算机管理设备，步骤如下：
S2.1、串口设备端的串口终端设备有数据需要发送至计算机管理设备时，对链路是否可用进行检测，若链路存在则串口终端设备将数据发送到串口管理设备；
S2.2、串口管理设备接收串口终端设备的数据，并通过网络交换机发送数据至相应的串口终端设备计算机管理设备；
S2.3、控制中心端，计算机管理设备的Windows主机中的第二Windows串口调试工具接收到串口终端的数据，发送至Linux虚拟机的第一Linux串口调试工具，第一Linux串口调试工具显示或保存串口终端的数据。
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