JP4696998B2 - Data communication system and data transmission method - Google Patents
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Description
本発明は、クライアント機器で時系列的に生成されるデータを、通信ラインを介してホスト機器に送信するデータ通信システム及びデータ送信方法に関するものである。 The present invention relates to a data communication system and a data transmission method for transmitting data generated in a time series by a client device to a host device via a communication line.
通信ラインを流れるデータを圧縮してトラフィックを緩和する技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。 A technique for reducing traffic by compressing data flowing through a communication line is disclosed (for example, see Patent Document 1).
図8は、従来のデータ通信システムの構成例を示す機能ブロック図である。複数の工業計器(差圧計、流量計、温度計等)11,12,13,14,15…からなるクライアント機器1が、共通の通信ライン2を介して1台のホスト機器3に時系列データを送信するプラント環境を示している。
FIG. 8 is a functional block diagram showing a configuration example of a conventional data communication system. A
フィールドバス通信に代表されるような通信形態をもつホスト機器3と、その系につながれたすべての工業計器は、ひとつの通信ライン2を使って、夫々の必要な情報を送受信する。
The
例えば、ホスト機器3は、系につながれた工業計器の持つプロセスデータやアラーム情報を、優先度や時間との同期性を考慮しながら取得する。また、工業計器はホスト機器3が管理する時間情報等を取得する。更に、複数の工業計器間でも様々な情報を送受信する。
For example, the
例えば、工業計器11からホスト機器3に送信されるデータAは、データの型毎に所定期間に発生する時系列データD1(A11, A12, A13…A1n)、時系列データD2(A21, A22, A23…A2n)、時系列データD3(A31, A32 A33…A3n)及び別途通信するデータ送信毎の時間データTmである。時系列データD1〜D3は、直列的に送信される。
For example, the data A transmitted from the
図9は、クライアント機器1からホスト機器3へのデータ送信のイメージ図である。頻繁な通信で時系列データを受信したホスト機器3は、これを時系列情報として収集し、用途に合わせて加工処理する。
FIG. 9 is an image diagram of data transmission from the
図10は、ホスト機器3で収集される時系列データD11〜D3を、データの型毎に区分して保持した時系列情報保持テーブルの一例である。
FIG. 10 is an example of a time-series information holding table in which the time-series data D11 to D3 collected by the
図11は、コントローラ4を経由してクライアント機器から送信される時系列データを受信するホスト機器3内で稼動するアプリケーションソフトの機能ブロック図である。31はデータ収集手段、32はデータ表示やトレンド画面等のGUI手段、32はアラーム判定手段、34は取得データ演算手段である。
FIG. 11 is a functional block diagram of application software that operates in the
従来のデータ通信システムでは、次のような問題点がある。
(1)工業計器は、ひとつの通信ラインを使って多くの情報を送受信している。ホスト機器が系につながれたある工業計器のデータAに関する時系列情報を取得する場合、ホスト機器3は、定期的に通信ライン2を使ってその工業計器のデータAを受信する必要がある。
The conventional data communication system has the following problems.
(1) Industrial meters send and receive a lot of information using a single communication line. When the host device acquires time-series information related to data A of an industrial instrument connected to the system, the
(2)データAの時系列情報をn個取得するためには、ホスト機器と工業計器はこのデータAを得るためだけに、n回の通信を実施しなければならない。また、別のデータT(例えば時間情報等)を取得するには、当然そのための通信も実施しなければならない。 (2) In order to obtain n pieces of time-series information of data A, the host device and the industrial instrument must perform communication n times in order to obtain this data A. Moreover, in order to acquire other data T (for example, time information etc.), the communication for that must also be implemented.
(3)時系列情報を短い周期で取得したい場合には、ホスト機器3は頻繁にデータAを受信する必要がある。ところが、他のデータや他の工業計器の情報もこの通信ライン2を使って送受信しなければならず、他のデータの優先度や同期性を考慮しながら通信を行うと、データAを短い周期で取得し続けることは困難である。
(3) When it is desired to acquire time-series information in a short cycle, the
(4)また、短い周期で繰り返しデータAを送受信するということは、その間の通信回数が増すため、通信負荷も大きくなる。しかしながら、実際には、1つの工業計器から複数のデータの時系列情報及びそのときの時間情報等を取得する機会が多い。 (4) In addition, when the data A is repeatedly transmitted and received in a short cycle, the number of communication during that time increases, so the communication load increases. However, in practice, there are many opportunities to obtain time series information of a plurality of data and time information at that time from one industrial instrument.
(5)例えば、ホスト機器3においては、その工業計器のもつプロセス値だけではなく、圧力、温度、流量信号、センサからの信号等を直接監視した上で移動平均や2乗和などのデータ加工を施したものを用いて、工業計器の診断を実施するといった用途があげられる。
(5) For example, in the
(6)通常、このようなデータ収集は、制御運転で用いられる信号以外のものを用いることが多く、データ収集の周期は1機器あたり1パラメータ毎に数秒間隔(5秒程度)で実施される。従って、仮にプロセス値以外の1種類の情報につき100個の時系列情報を取得する場合には、その1種類の情報取得につき500秒(8分)を必要とする。 (6) Usually, such data collection often uses signals other than signals used in control operation, and the data collection cycle is performed at intervals of several seconds (about 5 seconds) for each parameter per device. . Therefore, if 100 pieces of time-series information are acquired for one type of information other than the process value, 500 seconds (8 minutes) are required to acquire the one type of information.
(7)時系列情報の取得による通信負荷の回避策として、工業計器内部に配列型のバッファを設け、時系列情報を1つの配列パラメータとして保持し、通信を介してホスト機器へデータを送信するという技術も存在する。 (7) As a measure to avoid communication load by acquiring time-series information, an array-type buffer is provided inside the industrial instrument, holds the time-series information as one array parameter, and transmits data to the host device via communication. There is also a technology.
(8)異なる型を持った複数のデータに関する時系列情報を取得するためには、複数の配列パラメータを用意する必要がある。また、そのときの時間情報などを取得したい場合にも、時間情報は専用型が存在するために、別途パラメータを設けなければならず、データの型や種類毎に多数の配列パラメータを設けなければならない。 (8) In order to acquire time-series information regarding a plurality of data having different types, it is necessary to prepare a plurality of array parameters. In addition, when you want to obtain the time information at that time, since there is a dedicated type of time information, you must provide a separate parameter, and you must provide a number of array parameters for each data type and type. Don't be.
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、ホスト機器がクライアント機器と頻繁に通信を介すことなく、クライアント機器が持つ複数のデータの時系列情報やそのときの時間情報の取得を可能にするデータ通信システムを実現することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems. The host device does not frequently communicate with the client device, and the time series information of the plurality of data held by the client device and the time information at that time are provided. It aims at realizing the data communication system which enables acquisition of.
このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成になっている。
(1)クライアント機器で時系列的に生成されるデータを、通信ラインを介してホスト機器に送信するデータ通信システムにおいて、前記クライアント機器は、前記データのブロックを文字列情報に変換するデータタイプ変換手段と、変換された文字列情報を保持するバッファ手段と、このバッファ手段に保持されている文字列情報を前記ホスト機器に送信する送信手段とを備え、前記ホスト機器は、クライアント機器から前記文字列情報を取得するデータ収集手段と、取得した文字列情報をデータのサイズ毎に分割して元のデータに戻すデコード手段とを備えることを特徴とするデータ通信システム。
(2)前記データタイプ変換手段は、生成される前記データの異なるデータ型毎にブロック化してひとつの文字列情報に変換することを特徴とする(1)に記載のデータ通信システム。
(3)前記デコード手段は、取得した文字列情報をデータのサイズ及びデータ型毎に分割して元のデータに戻すことを特徴とする(1)又は(2)に記載のデータ通信システム。
(4)前記クライアント機器は、前記ホスト機器からの指令に基づいて、前記バッファ手段の有効、無効を操作するバッファ機能操作手段を備えることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のデータ通信システム。
(5)前記クライアント機器は、前記バッファ手段の内容を外部機器から参照できるデータ参照手段を備えることを特徴とする(1)乃至(4)のいずれかに記載のデータ通信システム。
(6)前記クライアント機器は、プロセスの物理量を測定する工業計器であることを特徴とする(1)乃至(5)のいずれかに記載のデータ通信システム。
(7)クライアント機器で時系列的に生成されるデータのブロックを文字列情報に変換するデータタイプ変換ステップと、変換された文字列情報をバッファ手段に保持する保持ステップと、保持されている文字列情報を、ホスト機器に送信する送信ステップと、ホスト機器で取得した文字列情報を、データのサイズ毎に分割して元のデータに戻すデコードステップとを備えるデータ送信方法。
In order to achieve such a subject, the present invention has the following configuration.
(1) In a data communication system in which data generated in a time series by a client device is transmitted to a host device via a communication line, the client device converts the data block into character string information. Means, buffer means for holding the converted character string information, and transmission means for transmitting the character string information held in the buffer means to the host device, wherein the host device receives the character from the client device. A data communication system comprising: data collection means for obtaining column information; and decoding means for dividing the obtained character string information for each data size and returning the original data.
(2) The data communication system according to (1), wherein the data type conversion unit converts the generated data into different character types and converts the data into one character string information.
(3) The data communication system according to (1) or (2), wherein the decoding unit divides the acquired character string information for each data size and data type and restores the original data.
(4) The client device includes buffer function operation means for operating validity / invalidity of the buffer means based on a command from the host device. Data communication system.
(5) The data communication system according to any one of (1) to (4), wherein the client device includes data reference means that can refer to the contents of the buffer means from an external device.
(6) The data communication system according to any one of (1) to (5), wherein the client device is an industrial instrument that measures a physical quantity of a process.
(7) a data type conversion step for converting a block of data generated in a time series by the client device into character string information, a holding step for holding the converted character string information in the buffer means, and the held characters A data transmission method comprising: a transmission step of transmitting column information to a host device; and a decoding step of dividing character string information acquired by the host device for each data size and returning it to the original data.
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
(1)工業計器がある一定時間分のデータAの時系列情報をブロック化した文字列で保持することで、ホスト機器はデータAの情報取得のために工業計器と頻繁に通信を介す必要がなくなる。
As is apparent from the above description, the present invention has the following effects.
(1) By holding time series information of data A for a certain period of time as a block of character strings, the host device needs to frequently communicate with the industrial meter to obtain data A information. Disappears.
(2)データAに関する複数個の時系列情報をブロック化してひとつの文字列情報AAとして定義することで、従来技術ではn回の通信が必要だったデータの取得を、1回の通信で取得することが可能となる。これにより、ホスト機器と工業計器との通信回数は減り、通信負荷も小さくなる。 (2) Blocking multiple time-series information related to data A and defining it as a single character string information AA makes it possible to acquire data that had to be communicated n times in the prior art in one communication. It becomes possible to do. As a result, the number of communications between the host device and the industrial instrument is reduced, and the communication load is also reduced.
(3)データを、配列でない1つの文字列情報AAとして定義することで、通常、異なる型で別々に定義された情報も、ひとつの文字列情報として取得することが可能となる。 (3) By defining data as one piece of character string information AA that is not an array, it is usually possible to obtain information that is separately defined in different types as one piece of character string information.
(4)データを、配列や構造体ではない1つの文字列情報AAとして定義することで、例え1つのデータであっても、配列や構造体のメンバ毎に通信を介してデータ取得をしなければならない通信システムを持ったホスト機器においても、1回の通信でデータ取得が可能となる。 (4) By defining the data as one character string information AA that is not an array or structure, even for a single data, data must be obtained via communication for each member of the array or structure. Even in a host device having an indispensable communication system, data can be acquired by one communication.
(5)例えば、フィールドバス通信を利用する場合、一般的に、標準仕様の1つとして構造体のメンバ構成には制限が設けられている。しかしながら、データを1つの文字列情報AAとして定義すれば、取得したいデータの型に制限されることなく、文字列情報AAに組み入れることが可能となる。 (5) For example, in the case of using fieldbus communication, in general, there is a restriction on the member configuration of the structure as one of the standard specifications. However, if data is defined as one piece of character string information AA, it can be incorporated into the character string information AA without being limited to the type of data desired to be acquired.
(6)文字列情報AAに組み入れた時間情報は、必ず時系列情報と同期の取れた値として取得することが可能となる。 (6) The time information incorporated in the character string information AA can always be acquired as a value synchronized with the time series information.
(7)時系列情報の保持機能の有効・無効を操作できる手段を設けることで、本機能が不要な際には、不要な情報の保持を回避することが可能となる。 (7) By providing means for enabling / disabling the time-series information holding function, it is possible to avoid holding unnecessary information when this function is unnecessary.
(8)通信を使わず工業計器内でデータAを溜め込むため、他のデータが送受信されている間もデータAの情報を収集することが可能となる。 (8) Since the data A is stored in the industrial instrument without using communication, the information of the data A can be collected while other data is being transmitted / received.
(9)工業計器内で実行されるプロセス値を計算するための演算周期は数100msec程度であり、通信サーバーを介したデータ取得周期(5sec程度)に比べると格段に速いものであるため、数100msec間隔で取得された時系列データを1回の通信でホスト機器は取得することが可能となる。 (9) The operation cycle for calculating the process value executed in the industrial instrument is about several hundreds msec, which is much faster than the data acquisition cycle (about 5 sec) via the communication server. The host device can acquire the time series data acquired at 100 msec intervals by one communication.
(10)また、工業計器に複数データの時系列情報を保持させれば、複数の時系列情報を一挙に取得することが可能となる。 (10) Moreover, if the time series information of a plurality of data is held in the industrial instrument, a plurality of time series information can be acquired at once.
以下、本発明を図面により詳細に説明する。図1は、本発明を適用したデータ通信システムの一実施形態を示す機能ブロック図である。以下、本発明により追加される特徴部につき説明する。 The present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 is a functional block diagram showing an embodiment of a data communication system to which the present invention is applied. Hereinafter, the characteristic part added by this invention is demonstrated.
100は、本発明が適用されるクライアント機器(工業計器等)である。300はホスト機器であり、文字列情報AAに変換された時系列データを、通信ライン2を介してクライアント機器100より取得する。
クライアント機器100において、101は時系列データ生成手段であり、プロセスの物理量測定値を処理して時系列データに生成する。102はデータタイプ変換手段であり、所定期間に生成される時系列データをブロック化して文字列情報に変換する。データを文字列に変換するには、例えば、C言語を使用する場合には、標準ライブラリ関数(memcpy)を利用することで実現できる。
In the
103は、変換された文字列情報を一時的に保持するバッファ手段である。104は送信手段であり、バッファ手段ホスト機器300側からの送信要求に基づいて、又はバッファ手段103が所定期間分蓄積されると自動的に、一時的に保持されている文字列情報を取得して送信する。
送信手段104は、送信後にバッファ手段103の内容をクリアする。このクリア処理により、バッファ手段103は、文字列情報に変換された次の送信周期のための時系列データの蓄積をスタートする。
The
105は、データ参照手段であり、通信ライン2に接続されるメンテナンス用の外部機器等に対してバッファ手段103で保持されている文字列情報を読み出して提供する。106はバッファ機能操作手段であり、ホスト機器300からの指令に基づいてバッファ手段103の一時保持機能の有効・無効を操作する。
ホスト機器300において、301はデータ収集手段であり、クライアント機器100にデータ送信要求を出力し、この要求に基づいて送信手段104から送信される文字列情報を取得し保持する。
In the
302はデコード手段であり、収集された文字列情報をデータのサイズ毎に分割して元のデータに戻すデータ加工を実行する。文字列情報が複数の異なるデータ型を持つ場合には、取得した文字列情報を、データのサイズ及びデータ型毎に分割して元のデータに戻す。分割された時系列データは、分割データ保持手段303に渡されて保持される。
A
デコード手段302は、取得した文字列情報の加工処理の部分において、工業計器から取得した情報とデータ型を判断し、データ型毎に異なるデータサイズに正しく分割する機能を備える。文字列情報を分割した数値データに変換する処理は、標準的な変換ツールを利用することができる。 The decoding means 302 has a function of determining the information and data type acquired from the industrial instrument in the processing portion of the acquired character string information, and correctly dividing it into different data sizes for each data type. A standard conversion tool can be used to convert the character string information into the divided numerical data.
デコード手段302は、複数の種類のデータ型を取得、分解できることから、時間情報もデータ型として含むことにより、工業計器で実際に取得した正確な時間情報を得ることも可能となる。 Since the decoding means 302 can acquire and decompose a plurality of types of data types, it can also obtain accurate time information actually acquired by an industrial instrument by including time information as a data type.
304は、バッファ機能指令手段であり、クライアント機器100のバッファ機能操作手段105に対してバッファ手段103の一時保持機能の有効・無効を指令する。
図2は、図8で説明した従来システムと対応した、工業計器からホスト機器300に時系列データを送信する本発明のデータ通信システムの具体的構成例を示す機能ブロック図である。
FIG. 2 is a functional block diagram showing a specific configuration example of the data communication system of the present invention that transmits time series data from an industrial instrument to the
工業計器11からホスト機器300に一度に送信されるデータは、データの型毎に所定期間に発生する時系列データD1(A11, A12, A13…A1n)、時系列データD2(A21, A22, A23…A2n)、時系列データD3(A31, A32 A33…A3n)及び送信時間データTnを一つのブロックとして扱い、一連の時系列データ及び時間データを1個の文字列情報AAに変換し、時刻Tnの1回の送信でホスト機器300に渡す。
Data transmitted from the
このように、1回の送信で時系列データD1〜D3を一挙にホスト機器300に渡すことで、従来のデータ通信システムのような頻繁な送信が不要となり、通信ライン2の負荷を大幅に軽減することができる。
In this way, by passing the time-series data D1 to D3 to the
図3は、図9で説明した従来システムのイメージと対応した、本発明におけるクライアント機器100からホスト機器300へのデータ送信のイメージ図である。工業機器はデータの時系列情報を内部に蓄積する。
FIG. 3 is an image diagram of data transmission from the
一定時間分の情報が蓄積されると、またはホスト機器からの送信要求で、文字列情報を1回の送信でホスト機器300に渡す。ホスト機器300は、取得した文字列情報を解読し、元の時系列データに分解して、これを用途に合わせて加工処理する。
When information for a certain period of time is accumulated, or in response to a transmission request from the host device, the character string information is passed to the
図4は、ホスト機器300が取得する文字列情報の分解工程を説明する遷移図である。取得する文字列情報AAは、複数のデータ型をもつ時系列データ及び送信時間情報Tnが、1つのテーブルに保持される。
FIG. 4 is a transition diagram illustrating a process of decomposing character string information acquired by the
ホスト機器300のデコード手段302は、このテーブルの文字列情報を、先頭からデータ型順に順次取得し、データ型により決まっているデータサイズに分割し、データの型毎に元の時系列データに分解して元の時系列データに戻す。
The decoding means 302 of the
図5は、本発明データ送信方法の送信手順を説明するタイムチャートである。データタイプ変換ステップでは、クライアント機器100において時刻T1〜Tnで生成される時系列データA1〜Anを、順次文字列情報に変換する。保持ステップでは、変換された文字列情報をバッファ手段103に順次追加して蓄積する。
FIG. 5 is a time chart for explaining the transmission procedure of the data transmission method of the present invention. In the data type conversion step, the time series data A1 to An generated at times T1 to Tn in the
送信ステップでは、時刻t1でホスト機器300から受信した送信要求に基づいてバッファ手段103に保持された文字列情報を一挙にホスト機器300に送信する。ホスト機器300でのデコードステップでは、取得した文字列情報をデコード手段302の機能でデータの型及びサイズ毎に分割して元のデータに分解する。
In the transmission step, the character string information held in the buffer means 103 is transmitted to the
図6は、図11の従来システムと対応した、ホスト機器300内で稼動するアプリケーションソフトの機能ブロック図である。従来システムと同一機能であるデータ収集手段31、GUI手段32、アラーム判定手段32、取得データの演算手段34の構成に追加されて、デコード手段302を備える。
FIG. 6 is a functional block diagram of application software running in the
図7は、通信ライン2を介した外部機器の接続イメージ図である。工業計器にある一定時間分の時系列データを、文字列情報の形態で保持しておけば、ホスト機器300のように常時機器を監視するシステムでなくても、1回の通信で一定時間分の時系列情報を取得することが可能となる。
FIG. 7 is a connection image diagram of an external device via the
従って、異常状態発生時やメンテナンス時等、一時的に通信ライン2に接続するメンテナンスツール400やPC500を用いて、現在の工業計器の情報や状態を検知するだけでなく、過去のデータの傾向把握や履歴情報の取得が可能となる。
Therefore, when an abnormal condition occurs or during maintenance, the maintenance tool 400 or
また、代表的な通信形態であるフィールドバス通信には、仕様の1つとしてトレンド機能が設けられており、ホスト機器のような常時工業計器を監視するシステム以外からも一定期間分(16個分)の時系列情報が取得可能である。 In addition, fieldbus communication, which is a typical communication form, is provided with a trend function as one of its specifications. It can be used for a certain period (16 units) from systems other than the system that constantly monitors industrial instruments such as host equipment. ) Time series information can be acquired.
しかしながら、本発明を用いれば、工業計器の定義次第で、数百個分の時系列情報も一度に取得することが可能となり、過去のデータからの傾向把握には非常に優位であると予想される。 However, with the present invention, depending on the definition of industrial instruments, it is possible to acquire several hundred pieces of time-series information at a time, and it is expected to be extremely advantageous for grasping trends from past data. The
以上説明した実施形態では、クライアント機器100として工業計器を例示してプロセスの測定から生成された時系列データの送信について説明したが、本発明のクライアント機器は工業計器に限定されるものではなく、時系列的に生成されるデータを所定の通信プロトコルでホスト機器に送信するデータ通信一般に適用することができ、通信ラインの負荷軽減に貢献することができる。
In the embodiment described above, the industrial instrument is exemplified as the
2 通信ライン
100 クライアント機器
101 時系列データ生成手段
102 データタイプ変換手段
103 バッファ手段
104 送信手段
105 データ参照手段
106 バッファ機能操作手段
300 ホスト機器
301 データ収集手段
302 デコード手段
303 分割データ保持手段
304 バッファ機能指令手段
2
Claims (7)
前記クライアント機器は、前記データのブロックを文字列情報に変換するデータタイプ変換手段と、変換された文字列情報を保持するバッファ手段と、このバッファ手段に保持されている文字列情報を前記ホスト機器に送信する送信手段とを備え、
前記ホスト機器は、クライアント機器から前記文字列情報を取得するデータ収集手段と、取得した文字列情報をデータのサイズ毎に分割して元のデータに戻すデコード手段とを備える
ことを特徴とするデータ通信システム。 In a data communication system that transmits data generated in a time series by a client device to a host device via a communication line,
The client device includes data type conversion means for converting the block of data into character string information, buffer means for holding the converted character string information, and character string information held in the buffer means as the host device. Transmission means for transmitting to
The host device includes data collecting means for acquiring the character string information from the client device, and decoding means for dividing the acquired character string information for each data size and returning it to the original data. Communications system.
ことを特徴とする請求項1に記載のデータ通信システム。 The data communication system according to claim 1, wherein the data type conversion unit converts the generated data into different character types and converts the data into one character string information.
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のデータ通信システム。 3. The data communication system according to claim 1, wherein the decoding unit divides the acquired character string information for each data size and data type and restores the original data.
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のデータ通信システム。 4. The data communication system according to claim 1, wherein the client device includes a buffer function operation unit that operates the buffer unit to be valid / invalid based on a command from the host device. .
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のデータ通信システム。 5. The data communication system according to claim 1, wherein the client device includes a data reference unit that can refer to the contents of the buffer unit from an external device.
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のデータ通信システム。 6. The data communication system according to claim 1, wherein the client device is an industrial instrument that measures a physical quantity of a process.
変換された文字列情報をバッファ手段に保持する保持ステップと、
保持されている文字列情報を、ホスト機器に送信する送信ステップと、
ホスト機器で取得した文字列情報を、データのサイズ毎に分割して元のデータに戻すデコードステップと
を備えるデータ送信方法。
A data type conversion step for converting a block of data generated in a time series by a client device into character string information;
A holding step for holding the converted character string information in the buffer means;
A transmission step of transmitting the held character string information to the host device;
A data transmission method comprising: a decoding step of dividing character string information acquired by a host device into data for each size and returning the original data.
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