一種基于rs-422串行總線技術(shù)的數(shù)據(jù)可靠交互方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于RS-422串行總線技術(shù)的數(shù)據(jù)可靠交互方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在嵌入式系統(tǒng)中，通常將等待調(diào)試或接收數(shù)據(jù)的目標(biāo)系統(tǒng)稱為下位機，而與其對應(yīng)的調(diào)試或發(fā)送數(shù)據(jù)的目標(biāo)系統(tǒng)稱為上位機。上位機通過通信來實現(xiàn)對下位機的控制。
[0003]嵌入式系統(tǒng)在航空航天領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。航空航天領(lǐng)域中的上位機與下位機一般通過RS-422串行總線技術(shù)實現(xiàn)通信，通過通用異步接收/發(fā)送裝置緩存進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，通用異步接收/發(fā)送裝置的緩存結(jié)構(gòu)是采用先入先出隊列(First Input First0utput，F(xiàn)IF0)實現(xiàn)。傳輸數(shù)據(jù)時，在需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)頭處添加固定指向數(shù)據(jù)(例如“00”)作為幀頭，表明該數(shù)據(jù)為一個新的需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的開始，在數(shù)據(jù)尾處用添加固定指向數(shù)據(jù)(例如“FD作為幀尾，表明該數(shù)據(jù)已完整傳輸。
[0004]但是，由于固定指向數(shù)據(jù)(例如“00”、“FF”)為十六進(jìn)制數(shù)，當(dāng)需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中出現(xiàn)與固定指向數(shù)據(jù)相同的數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)會認(rèn)為數(shù)據(jù)已經(jīng)傳輸完畢或有新的數(shù)據(jù)幀需要傳輸，造成通信錯誤。且航空航天領(lǐng)域應(yīng)用場合存在復(fù)雜的電磁環(huán)境，串行總線在傳輸過程中容易受到外界干擾導(dǎo)致丟幀現(xiàn)象，使傳輸數(shù)據(jù)的完整性受到破壞。如果一旦出現(xiàn)傳輸錯誤，會導(dǎo)致嚴(yán)重的系統(tǒng)故障。因此，現(xiàn)有技術(shù)中的數(shù)據(jù)傳輸方法具有局限性。
[0005]隨著數(shù)字處理器技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的控制規(guī)律日益復(fù)雜、控制變量日益增多、控制精度要求越來越高。要求上位機與下位機可同時實現(xiàn)多狀態(tài)的交互，在保證通信可靠性的基礎(chǔ)上盡可能的提高通信速度。
[0006]為解決通信中易受干擾的問題?，F(xiàn)有技術(shù)中，一般通過采用較低的波特率來降低的電平變化頻率，從而實現(xiàn)削弱干擾影響，減少上位機與下位機通訊中錯誤的目的。但是較低的波特率會降低數(shù)據(jù)單位傳輸量，將影響系統(tǒng)整體的動態(tài)性能，而且這種做法對于提高通信可靠性的效果也很有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]要解決的技術(shù)問題
[0008]為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種基于RS-422串行總線技術(shù)的數(shù)據(jù)可靠交互方法。
[0009]技術(shù)方案
[0010]—種基于RS-422串行總線技術(shù)的數(shù)據(jù)可靠交互方法，其特征在于:上位機與下位機通信的數(shù)據(jù)幀格式依次排列為:幀頭、幀標(biāo)簽、幀類型、幀長度、幀信息、幀校驗和幀尾;所述幀頭為雙幀頭，第一個幀頭用來表明該數(shù)據(jù)為一個新的需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的開始，第二個幀頭來校驗，以防數(shù)據(jù)中偶然出現(xiàn)與第一個幀頭相同的數(shù)據(jù)而被下位機誤認(rèn)為新的數(shù)據(jù)幀;所述幀標(biāo)簽:前段字節(jié)表示幀計數(shù)，后段字節(jié)表示時間標(biāo)簽構(gòu)成以表明幀的唯一性;所述幀類型包括:參數(shù)、時序和指令，用于區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)幀的類別;所述幀標(biāo)簽:前段字節(jié)表示幀計數(shù)，后段字節(jié)表示時間標(biāo)簽構(gòu)成以表明幀的唯一性;所述幀長度:數(shù)據(jù)區(qū)的字節(jié)數(shù)加上固定字節(jié)數(shù);所述幀信息:上位機與下位機具體的通信內(nèi)容;所述幀校驗:對發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗，檢驗數(shù)據(jù)傳輸是否出現(xiàn)錯誤;所述幀尾:表明該數(shù)據(jù)已完整傳輸;上位機與下位機的數(shù)據(jù)交互步驟如下:
[0011]步驟1:上位機編寫幀信息并選擇幀類型，按照數(shù)據(jù)幀格式添加幀頭和幀尾，計算幀信息長度在幀長度格式位添加幀長度，將當(dāng)前系統(tǒng)時間添加于幀標(biāo)簽位上，循環(huán)冗余檢查幀標(biāo)簽、幀類型及幀信息的數(shù)據(jù)，并將得到的結(jié)果作為幀校驗數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)幀的完整拼接；
[0012]步驟2:上位機完成所有數(shù)據(jù)幀的拼接后對數(shù)據(jù)幀進(jìn)行發(fā)送，同時上位機構(gòu)建發(fā)送緩存，將發(fā)送的數(shù)據(jù)幀副本保存在發(fā)送緩存中；
[0013]步驟3:下位機接收到數(shù)據(jù)幀后，首先按照協(xié)議對幀頭進(jìn)行校驗，如果幀頭校驗未通過，則丟棄接收到數(shù)據(jù);如果通過，則對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行循環(huán)冗余檢查，其結(jié)果與接收到的幀校驗數(shù)據(jù)進(jìn)行CRC-32校驗；
[0014]步驟4:當(dāng)CRC-32校驗通過后，下位機向上位機反饋應(yīng)答幀，表示數(shù)據(jù)幀已經(jīng)收到，上位機接收到應(yīng)答幀后，刪除緩存中的對應(yīng)的數(shù)據(jù)幀副本;如果CRC-32校驗未通過，則丟棄接收到的數(shù)據(jù)，不向上位機反饋應(yīng)答幀;所述應(yīng)答幀中主要返回數(shù)據(jù)幀中的幀標(biāo)簽；
[0015]步驟5:下位機在CRC-32校驗后，通過檢查是否已經(jīng)接收到相同的幀標(biāo)簽進(jìn)行重復(fù)幀校驗，如果重復(fù)幀校驗通過，將該數(shù)據(jù)幀的幀標(biāo)簽保存在下位機中；如果下位機中已經(jīng)存在相同的幀標(biāo)簽，則表明已經(jīng)接收到該數(shù)據(jù)幀，則將其丟棄，開始接收新的數(shù)據(jù)幀；
[0016]步驟6:以上三個檢驗都通過后，下位機按照幀類型解析數(shù)據(jù)幀，如果幀類型為時序或參數(shù)，則將其添加到對應(yīng)的鏈表中；如果為指令，則執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)；
[0017]步驟7:重復(fù)步驟I?步驟6;當(dāng)發(fā)送完所有數(shù)據(jù)幀后，檢查發(fā)送緩存是否為空，如果為空，則結(jié)束發(fā)送，如果不為空，則將發(fā)送緩存中的數(shù)據(jù)幀發(fā)送出去，直至其為空后，結(jié)束發(fā)送。
[0018]當(dāng)緩存未被存滿時，上位機發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)后，不用等待下位機的應(yīng)答幀，繼續(xù)發(fā)送下一幀數(shù)據(jù);如果緩存被存滿，則暫停發(fā)送新的數(shù)據(jù)幀，將緩存中的數(shù)據(jù)再次重新發(fā)送出去后，再發(fā)送新的數(shù)據(jù)幀。
[0019]有益效果
[0020]本發(fā)明提出的一種基于RS-422串行總線技術(shù)的數(shù)據(jù)可靠交互方法，結(jié)合連續(xù)自動重傳請求(Auto Repeat reQuest，ARQ)協(xié)議，提出了一種新穎的基于RS-422串行總線技術(shù)的數(shù)據(jù)交互及校驗方法。本發(fā)明方法的上位機與下位機之間存在應(yīng)答機制，及重復(fù)幀校驗，提高了通信的可靠性。而且，上位機不必接收到下位機發(fā)送的應(yīng)答幀后，再發(fā)送下一數(shù)據(jù)幀。而是可以連續(xù)發(fā)送若干個數(shù)據(jù)幀，在發(fā)送數(shù)據(jù)幀的同時將其副本保存在發(fā)送緩存中，上位機接收到應(yīng)答幀后刪除緩存中對應(yīng)的數(shù)據(jù)幀副本。直到未收到應(yīng)答幀的數(shù)據(jù)幀積累到一定數(shù)量后，再停下來重發(fā)緩存中的數(shù)據(jù)幀副本?？擅黠@提高了信道的利用率和通信速度。本發(fā)明針對嵌入式系統(tǒng)的特征，上位機與下位機通信的數(shù)據(jù)幀中增加信息類型的識別碼，可同時實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)多時序，參數(shù)，任務(wù)指令的通信。
[0021]本發(fā)明能夠達(dá)到如下效果:
[0022]1、上位機與下位機之間增加應(yīng)答機制，下位機采用重復(fù)幀校驗，提高了通信的可靠性；
[0023]2、使用連續(xù)ARQ協(xié)議，提高了上位機與下位機的通信速度及信道利用率；
[0024]3、上位機與下位機通信中增加信息類型的識別碼，可同時實現(xiàn)多時序、多參數(shù)、及任務(wù)指令的通信。
【附圖說明】
[0025]圖1: 一般方法的通信數(shù)據(jù)幀格式
[0026]圖2:本發(fā)明的通信數(shù)據(jù)幀格式
[0027]圖3:上位機發(fā)送數(shù)據(jù)幀示意圖
[0028]圖4:下位機接收數(shù)據(jù)幀示意圖
【具體實施方式】
[0029]現(xiàn)結(jié)合實施例、附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
[0030]—般的上位機與下位機通信方法，傳輸數(shù)據(jù)時，在需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)頭處添加幀頭，表明該數(shù)據(jù)為一個新的需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的開始，在數(shù)據(jù)尾處用添加幀尾，表明該數(shù)據(jù)已完整傳輸，以此實現(xiàn)上位機與下位機的通信。一般上位機與下位機中的數(shù)據(jù)幀格式如圖1所不O
[0031]傳統(tǒng)的通信方式顯然不能實現(xiàn)多種類型數(shù)據(jù)的通信。為滿足發(fā)動機燃油供應(yīng)系統(tǒng)多種類型數(shù)據(jù)的通信需求，及實現(xiàn)在較強電磁干擾的環(huán)境中可靠通信的目的。
[0032]本發(fā)明重新設(shè)計了上位機與下位機通信的數(shù)據(jù)幀格式，具體數(shù)據(jù)幀格式如圖2所示。其中各字段的含義如下，幀頭:本發(fā)明的幀頭為雙幀頭，第一個幀頭用來表明該數(shù)據(jù)為一個新的需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的開始，第二個幀頭來校驗，以防數(shù)據(jù)中偶然出現(xiàn)與第一個幀頭相同的數(shù)據(jù)而被下位機誤認(rèn)為新的數(shù)據(jù)幀;幀標(biāo)簽:前段字節(jié)表示幀計數(shù)，后段字節(jié)表示時間標(biāo)簽構(gòu)成，表明幀的唯一性;幀類型包括:參數(shù)、時序和指令，用于區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)幀的類別；幀長度:數(shù)據(jù)區(qū)的字節(jié)數(shù)加上固定字節(jié)數(shù);幀信息:上位機與下位機具體的通信內(nèi)容;幀校驗:對發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗，檢驗數(shù)據(jù)傳輸是否出現(xiàn)錯誤;幀尾與一般方法中幀尾的意義一樣，表明該數(shù)據(jù)已完整傳輸。
[0033]當(dāng)使用者需要通過上位機對下位機進(jìn)行指令控制或下載時序/參數(shù)時，使用者根據(jù)實際控制需求，按照圖2中的通信數(shù)據(jù)幀格式編寫通信的幀信息，及選擇對應(yīng)的幀類型，上位機根據(jù)自動添加幀頭、幀尾、幀信息、幀長度，對包括幀標(biāo)簽、幀類型、幀長度及幀信息在內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行循環(huán)冗余檢查，將得到的結(jié)果作為幀校驗數(shù)據(jù)。然后通過連續(xù)ARQ協(xié)議將數(shù)據(jù)幀發(fā)送給下位機，實現(xiàn)通信。整個過程涉及到數(shù)據(jù)幀的解析、校驗及重發(fā)技術(shù)。下面分別對上位機和下位機的工作過程作出詳細(xì)說明:
[0034]對于上位機:
[0035]—、使用者編寫幀信息、選擇幀類型后，上位機按照協(xié)議添加幀頭、幀尾，計算使用者編寫的幀信息長度得到幀長度，按照幀計數(shù)及當(dāng)前系統(tǒng)時間添加幀標(biāo)簽，對包括幀標(biāo)簽、幀類型及幀信息在內(nèi)的