CN117743211B - 基于微服务架构的Can设备管理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明所述的基于微服务架构的Can设备管理方法,在微服务架构下将多个同时需要进行数据通讯的设备服务进程共用于同一个Can接口,以期提高Can接口使用效率、可扩展性与可维护性能。包括下述实施步骤:步骤1、将Canbus接口设备驱动独立到进程;步骤2、管理Can接口设备;步骤3、Canid注册;步骤4、数据包组包与发布;步骤5、数据的解析与使用;步骤6、同一个Can接口对不同服务进程的共用;多个设备驱动服务进程通过Can接口将需要发送的Can数据包、Can接口、Canid注册信息组包为指定的自定义格式。Can接口管理服务进程收到多个设备驱动服务进程的数据包后分别组包为多个Can数据包,再通过SocketCan系统的Can接口调用方式分别将这些数据包发布到对应的Can总线接口中。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于微服务架构的Can设备管理方法及其在AGV中的应用,属于嵌入式设备数据通讯与物流仓储领域。
背景技术
微服务架构是一种新型软件架构模式,其将软件应用程序划分为一系列小型的、松耦合的服务模块,每个模块运行在自己的进程中,通过轻量级的通信机制相互通信,从而组合成一个完整的应用系统。
Can通讯接口设备在linux中被抽象成字符设备文件,需要使用到该设备的进程通过系统调用对设备文件进行操作,且在同一时刻仅有一个进程能够使用该设备文件。在现有技术的微服务架构软件设计中,一般的多个需要使用到Can总线接口的设备驱动会设计在同一个服务进程中,这种设计方法会导致代码的耦合性较强但扩展性与可维护性较差,如果将各个驱动解耦到不同的进程中,又无法同时开启和访问 Can通讯接口。
由于上述现有技术的局限性,目前尚无基于微服务架构的AGV嵌入式管理方法。这是因为当多个Can总线接口及存在多个需要Can通讯设备时,如普遍配置于AGV管理系统的多设备驱动服务均具有独立的进程维护,例如电机驱动服务进程等,这些进程都需要通过Can总线接口进行设备数据通讯。由于当前Can总线接口在linux系统中被抽象为字符设备同时仅能被一个进程开启访问,上述设备驱动的服务进程无法同时共用到Can通讯接口,从而不具备同时一个总线接口的设备数据通讯服务模式。
有鉴于此,特提出本专利申请。
发明内容
本发明所述基于微服务架构的Can设备管理方法,在于解决上述现有技术存在的问题而提出一种可应用于AGV嵌入式管理系统的Can总线接口设备管理方案,即在微服务架构下将多个同时需要进行数据通讯的设备服务进程共用于同一个Can总线接口,以期提高Can总线接口使用效率、可扩展性与可维护性能。
为实现上述设计目的,本申请所述基于微服务架构的Can设备管理方法,包括下述实施步骤:
步骤1、将Can总线接口设备驱动独立到Can总线接口驱动管理服务进程;
Can总线接口驱动管理服务进程通过基于QOS通讯机制的通讯方式建立与其他进程的通讯通道;
步骤2、管理Can总线接口设备;
Can总线接口驱动管理服务进程支持SocketCan系统调用接口或EMUC的Can通讯设备API库,以进行Can总线接口设备接口的调用与读写操作;
通过配置文件进行不同Can总线接口设备的管理;
步骤3、Canid注册;
使用Can总线接口进行设备通讯的驱动进程,通过注册方式向Can总线接口驱动管理服务进程进行Canid注册;
注册时,Can总线接口驱动管理服务进程将收到的Canid注册请求中的Canid与指定的通讯通道名称建立绑定关系;
步骤4、数据包组包与发布;
当Can总线接口驱动管理服务进程收到绑定过的Can数据包后,将Can数据包组包为指定的自定义格式,并将其通过与Canid 绑定过的通讯通道名称发布到指定的通道;
步骤5、数据的解析与使用;
外部设备驱动进程在Canid注册后,进行注册绑定通讯通道的数据订阅;
当Can总线接口驱动管理服务进程向该通道中发布数据后,该外部设备驱动进程接收到发布的数据并进行解析和使用;
步骤6、同一个Can总线接口对不同服务进程的共用;
多个外部设备驱动进程通过Can总线接口将需要发送的Can数据包、Can总线接口、Canid注册信息组包为指定的自定义格式,并发送到指定的通讯通道中;
Can总线接口驱动管理服务进程收到多个外部设备驱动进程的数据包后,分别组包为多个Can数据包,再通过SocketCan系统的Can总线接口调用方式分别将这些数据包发布到对应的Can总线接口中。
进一步地,所述的步骤1,建立通讯通道时进行通讯节点的初始化,包括接口名称、远程帧描述符、扩展帧描述符、数据长度、数据段的定义。
进一步地,所述的步骤1,建立通讯通道时进行Can数据注册结构的定义,包括注册数据来源、Can 接口名称、Canid与需要绑定的通讯通道名称。
进一步地,所述的步骤2,配置文件通过Json、Xml或Protobuf进行结构定义。
进一步地,通过Protobuf定义Canbus驱动服务配置结构时,配置文件包含Can总线接口类型、Can总线接口名称、Can总线接口波特率、Canid注册接口通道名称和Can数据包转发通道名称信息。
如上内容,本申请提出的基于微服务架构的Can设备管理方法具有的优点是,实现
了一种多个设备驱动的服务进程能够同时共用到一个Can通讯接口,不仅显著地提高了设备数据通讯效率,而且基于微服务架构的软件代码能够兼具1. 高适用性 低耦合性 高聚合性的特点。
附图说明
现结合以下附图来进一步地说明本发明。
图1是所述基于微服务架构的Can设备管理方法应用于AGV管理系统的架构图;
具体实施方式
实施例1,如图1所示,本申请提出一种基于微服务架构的Can设备管理方法,该
方法应用于AGV嵌入式管理系统中。
AGV嵌入式管理系统包括多个Can总线接口及多个需要Can数据通讯的设备,这些设备在微服务结构下为了满足低耦合、高维护性的需求,各设备都有独立的进程维护和驱动服务,包括电机驱动服务进程、电池驱动服务进程、RFID外部设备驱动进程等,这些进程都需要通过Can总线接口进行设备数据通讯。具体地,AGV嵌入式管理系统包含了两个Can总线接口、Can总线接口通讯的驱动电机与转向电机、三个Can总线接口通讯的IoBoard模块、以及一个遥控手柄,其中遥控手柄的io接口来自于3个ioboard模块。
由于Can总线接口在linux系统中被抽象为字符设备同时仅能被一个进程开启访问,为了上述设备驱动的服务进程都可以共用到Can通讯接口,基于微服务架构的Can设备管理方法按如下步骤实施:
步骤1、将Can总线接口设备驱动独立到进程;
为了保证进程间通讯的实时性与安全性,进程通过基于QOS通讯机制的通讯方式建立与其他进程的通讯通道,本实施例优选通过CyberRT通讯方式建立通道;
建立通讯通道时进行通讯节点的init初始化,并在Can总线接口驱动管理服务进程中实现CanbusFrame自定义Can发布与接收接口数据结构、FilterInfo自定义Canid过滤数据结构、CanbusRegistRequest自定义Can数据注册请求数据结构,与CanbusRegistResponse自定义Can数据注册应答数据结构;
其中,CanbusFrame的数据结构定义包括下述进程间Can通讯接口的定义:ifname(接口名称)、Canid、req(远程帧描述符)、ext(扩展帧描述符)、data_len(数据长度)、data(Can数据);
FilterInfo自定义Canid过滤数据结构定义包括ifname(Can总线接口名称)、Canid(需要过滤接收的Canid)、mask(需要过滤Canid的掩码);
CanbusRegistRequest自定义Can数据注册请求数据结构定义包括ifname(注册数据来源Can总线接口名称)、Canid(can数据的id)、channel(需要绑定的通道名);
CanbusRegistResponse自定义Can数据注册应答数据结构定义包括request_state(Can数据注册返回的结果),true表示注册成功,false表示注册失败;
在上述模块中需要实现以下接口:WriteCanbusFrame(can数据发布接口)、RegisterCanbusFrameReader(can数据接收绑定接口)、RegisterCanbusRegistService(can数据注册接口);其中,WriteCanbusFrame作为Can数据包转自定义结构后的发布接口包含有两个参数:topic(发布的通道名称)、frame(Can数据包转自定义结构后的自定义数据包);当Can总线接口驱动管理服务进程调用该接口时会将组包好的frame发布到topic名称的通道中;RegisterCanbusFrameReader作为Can数据接收转发接口,接收其他各个模块发布的Can自定义结构数据,并通过指定的Can总线接口将Can数据发布到Can总线上,该接口包含有两个参数:service_name参数输入Can自定义数据接收的通道名称,reader_func参数输入Can自定义数据接收是触发的回调函数;RegisterCanbusRegistService作为Canid注册输入接口,用于其他需要注册Can数据的模块通过指定通道发布注册数据时,将触发该接口方法绑定的回调函数,并将注册数据通过参数形式给到Can总线接口驱动管理服务进程执行Canid绑定,该接口包含有两个参数:channel_name作为接收注册数据的通道名称,serivce_func作为接收到注册数据时触发的回调函数。
步骤2、管理Can总线接口设备;
为了兼容不同厂家的CAN通讯设备,Can总线接口驱动管理服务进程支持SocketCan系统调用接口、EMUC等不同Can通讯设备API库以进行Can总线接口设备接口的调用与读写操作;
通过配置文件进行不同Can总线接口设备的管理;
配置文件可通过Json、Xml、Protobuf进行定义,本实施例优选Protobuf作为配置文件的结构定义。具体地,通过Protobuf定义Canbus驱动服务配置结构:包含Can总线接口类型(CanSocket、EMUC等)、Can总线接口名称、Can总线接口波特率、Canid注册接口通道名称、Can数据转发通道名称等信息;
将Can总线接口抽象成工厂类,并定义接口工厂类的方法:初始化(init)、Can总线接口运行(start)、Can总线接口停止(stop)、Can数据过滤器配置(SetFilter)、Can数据发布接口(SendMessage)等;
其他各个Can总线接口子类只需要继承该工厂类,并通过不同接口的调用方式实现其功能,在AGV系统中需要定义好Can总线接口驱动管理服务进程的配置文件,其中需要指定Can总线接口类型(interface_type)、Can总线接口名称(ifname)、Can总线接口波特率(baudrate)、Can数据注册通道名称(regist_channel_name)、Can数据发布通道(frame_channel_name)。通过配置文件加载不同的Can卡设备。
步骤3、Canid注册;
使用Can总线接口进行设备通讯驱动进程,通过注册方式向Can总线接口驱动管理服务进程进行Canid注册;
注册时,Can总线接口驱动管理服务进程将收到的Canid注册请求中的Canid与指定的通讯通道名称建立绑定关系;
例如,AGV的电机驱动进程可以在初始化的时候,组包CanbusRegistRequest数据,指定需要注册接收从接口Can0读取的CanId为0x281的数据包,将Canid赋值为0x281,Can总线接口名称ifname设置为Can0,并赋值channel指定绑定该Canid的数据发布通道;
将组包后的数据通过接口CanbusRegistRequest发布到Can数据注册通道名称(regist_channel_name),该数据包将会被Can总线接口驱动管理服务进程订阅读取到,并触发该模块回调函数;Can总线接口驱动管理服务进程接收到该数据包后,将Can总线接口名称、Canid、与指定的发布通道名称,填充到一个嵌套的map容器中;第一层map键为Can总线接口名称,值为第二层map容器,该map容器键为Canid,值为通道名称。
步骤4、数据包组包与发布;
当Can总线接口驱动管理服务进程收到绑定过的Can数据包后,将Can数据包组包为指定的自定义格式,并将其通过与Canid绑定过的通讯通道名称发布到指的通道;
例如,当Can总线接口驱动管理服务进程接收到Can0接口发布的Can数据时,在接口子类中将触发recv_message回调函数;在该回调函数中,将Can总线接口数据组包为CanbusFrame数据,将ifname(接口名称)、Canid、req(远程帧描述符)、ext(扩展帧描述符)、data_len(数据长度)、data(Can数据)等数据填充到对应的字段中,后调用共用的接口进行嵌套的map容器键值对比;具体地,将第一层map容器键Can总线接口与数据结构中ifname做对比;若存在相同键,则再将第二层map容器键Canid与数据结构中Canid对比;若存在相同键,则获取到对应的通道名称,并将该数据发布的对应的通道中。
步骤5、数据的解析与使用;
外部设备驱动进程在Canid注册后,进行注册绑定通讯通道的数据订阅;
当Can总线接口驱动管理服务进程向该通道中发布数据后,该外部设备驱动进程接收到发布的数据并进行解析和使用;
例如,电机驱动服务进程通过frame_channel_name注册该数据的发布通道,Can总线接口驱动管理服务进程发布指定的数据到该通道后,将会触发电机驱动服务进程的回调函数,并将再该回调函数中,解析并使用该数据。
步骤6、同一个Can总线接口对不同服务进程的共用;
多个外部设备驱动进程通过Can总线接口将需要发送的Can数据包、Can总线接口、Canid注册信息组包为指定的自定义格式,并发送到指定的通讯通道中;
Can总线接口驱动管理服务进程收到多个外部设备驱动进程的数据包后,分别组包为多个Can数据包,再通过SocketCan系统的Can总线接口调用方式分别将这些数据包发布到对应的Can总线接口中。由此可实现同一个Can总线接口对不同服务进程的共用。
应用上述基于微服务架构的Can总线接口设备管理方法,AGV嵌入式管理系统包含了4个服务进程,分别是ioboard驱动服务进程、底盘驱动服务进程、遥控手柄驱动服务进程、Can总线接口驱动管理服务进程。
其中,Ioboard驱动模块与底盘驱动模块都需要通过Can总线接口与外接设备进行Can数据通讯,Can总线接口驱动管理服务进程作为Can总线接口设备的管理进程将接收Ioboard驱动模块与底盘驱动模块发布的Canid注册信息,并将注册的Canid与对应的输出通道进行绑定,各个模块Can数据注册完成后,当Can总线接口接收到注册id的Can数据后,将该Can数据组包为指定的自定义数据格式后将该数据发布到注册绑定的通道中,由注册该Canid的模块订阅该数据的消息并进行解析使用;Ioboard驱动模块与底盘驱动模块如需要通过指定的Can总线接口发布Can数据到外接设备,只需要将需要发布的Can数据组包为指定的自定义格式数据,并发布到Can数据发送通道,Can总线接口驱动管理服务进程订阅该通道的信息,当接收到消息后,将自定义格式的数据解析并识别出需要发布Can数据的物理接口,重新组包为Can数据包后,调用指定API通过该Can总线接口将该数据发布到指定设备。
如上内容,结合附图中给出的实施例仅是实现本发明目的的优选方案。对于所属领域技术人员来说可以据此得到启示,而直接推导出符合本发明设计构思的其他替代结构。由此得到的其他结构特征,也应属于本发明所述的方案范围。
Claims (5)
1.一种基于微服务架构的Can设备管理方法,其特征在于:包括下述实施步骤,
步骤1、将Can总线接口设备驱动独立到Can总线接口驱动管理服务进程;
Can总线接口驱动管理服务进程通过基于QOS通讯机制的通讯方式建立与其他进程的通讯通道;
步骤2、管理Can总线接口设备;
Can总线接口驱动管理服务进程支持SocketCan系统调用接口或EMUC的Can通讯设备API库,以进行Can总线接口的调用与读写操作;
通过配置文件进行不同Can总线接口设备的管理;
步骤3、Canid注册;
使用Can总线接口进行设备通讯的驱动进程,通过注册方式向Can总线接口驱动管理服务进程进行Canid注册;
注册时,Can总线接口驱动管理服务进程将收到的Canid注册请求中的Canid与指定的通讯通道名称建立绑定关系;
步骤4、数据包组包与发布;
当Can总线接口驱动管理服务进程收到绑定过的Can数据包后,将Can数据包组包为指定的自定义格式,并将其通过与Canid 绑定过的通讯通道名称发布到指定的通道;
步骤5、数据的解析与使用;
外部设备驱动进程在Canid注册后,进行注册绑定通讯通道的数据订阅;
当Can总线接口驱动管理服务进程向该通道中发布数据后,该外部设备驱动进程接收到发布的数据并进行解析和使用;
步骤6、同一个Can总线接口对不同服务进程的共用;
多个外部设备驱动进程通过Can总线接口将需要发送的Can数据包、Can总线接口、Canid注册信息组包为指定的自定义格式,并发送到指定的通讯通道中;
Can总线接口驱动管理服务进程收到多个外部设备驱动进程的数据包后,分别组包为多个Can数据包,再通过SocketCan系统的Can总线接口调用方式分别将这些数据包发布到对应的Can总线接口中。
2.根据权利要求1所述的基于微服务架构的Can设备管理方法,其特征在于:所述的步骤1,建立通讯通道时进行通讯节点的初始化,包括Can 总线接口名称、远程帧描述符、扩展帧描述符、数据长度、数据段的定义。
3.根据权利要求1所述的基于微服务架构的Can设备管理方法,其特征在于:所述的步骤1,建立通讯通道时进行Can数据注册结构的定义,包括注册数据来源、Can 总线接口名称、Canid与需要绑定的通讯通道名称。
4.根据权利要求1所述的基于微服务架构的Can设备管理方法,其特征在于:所述的步骤2,配置文件通过Json、Xml或Protobuf进行结构定义。
5.根据权利要求4所述的基于微服务架构的Can设备管理方法,其特征在于:通过Protobuf定义Canbus驱动服务配置结构时,配置文件包含Can总线接口类型、Can总线接口名称、Can总线接口波特率、Canid注册接口通道名称和Can数据包转发通道名称信息。
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