CN105243044A - 基于串口的管理***及管理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于串口的管理***及管理方法，该管理***包括：主控卡；背板，通过串口总线通信连接所述主控卡；以及多个业务卡，通过串口总线通信连接所述背板并通过所述串口总线与所述主控卡进行通信，多个所述业务卡和所述主控卡之间根据设定协议进行通信。实现了主控卡和业务卡之间的指令通信，完成一个指令只需要两个串口字节，效率高，设定协议简洁，业务卡用可编程逻辑模块的状态机即可实现，可靠性高。

Description

基于串口的管理***及管理方法
技术领域
本发明涉及***设备管理领域，特别是涉及一种基于串口的管理***及管理方法。
背景技术
在数据通信***设备中，常常使用机框式多业务板卡设计，以达到可以灵活配置业务及扩容需求，各业务卡之间通过背板相互连接。从功能上区分，在背板上一般有三类信号类型：高速大数据量业务信号，中速中等数据量协议处理信号，低速低数据量板卡管理信号。
对于低速低数据量板卡管理信号，因为其具有数据量少，对于可靠性要求高的特点，通常采用多路逻辑信号或串口总线来处理。现有技术中存在如下两种方案：
方案一为多路逻辑信号，其结构如图1所示，采用此方案，主控卡CPU模块通过访问总线直接将控制逻辑下发到各业务板卡，获取业务板卡信息。
方案二为串口总线，其结构如图2所示，采用此方案，主控卡CPU模块通过串口总线和业务卡专用标准串口协议转换装置(MCU)串口相连接，使用通用标准串口协议下发逻辑控制信号到各业务卡，实现对业务板卡的控制下发，获取业务板卡实时状态信息。方案二的协议流程如图3所示。
现有的两种方案都有其局限性，具体如下：
对于方案一，每个业务板卡使用固定的多路逻辑信号上联到背板，配置不够灵活，背板设计复杂程度高，设计成本高。
对于方案二，每个业务板卡需要一个专用标准串口协议转换装置(如图2中的MCU)，成本较高；使用标准串口协议，一个指令需要多个串口访问字节才能完成，效率不高，影响***性能。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于串口总线的管理***及管理方法，用于解决现有的多路逻辑信号的配置不够灵活、背板设计复杂程度高、和设计成本高，以及现有的串口总线的成本高、效率低、和影响***性能等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于串口的管理***，包括：
主控卡；
背板，通过串口总线通信连接所述主控卡；以及
多个业务卡，通过串口总线通信连接所述背板并通过所述串口总线与所述主控卡进行通信，多个所述业务卡和所述主控卡之间根据设定协议进行通信。
优选地，所述设定协议包括依序传送的命令字节和数据字节，所述命令字节包括命令类型信息、命令地址信息、以及业务卡编号信息，所述数据字节包括数据信息。
优选地，所述主控卡包括处理模块，所述处理模块内置有串口控制器，通过所述串口控制器形成对应所述设定协议的管理指令并将所述管理指令经所述串口总线发送至所述业务卡。
优选地，所述业务卡内设有可编程逻辑模块，所述可编程逻辑模块接收所述主控卡发送的所述管理指令并对所述管理指令根据所述设定协议进行译码并执行所述管理指令。
优选地，所述业务卡内的所述可编程逻辑模块实时监控所述串口总线以供及时获取所述管理指令，所述可编程逻辑模块获取所述管理指令后对所述管理指令中的业务卡编号信息进行识别：
若所述业务卡编号信息与所述可编程逻辑模块对应的业务卡相一致，则所述可编程逻辑模块根据所述管理指令执行业务卡写入数据或者业务卡读出数据，而后继续监控所述串口总线；
若所述业务卡编号信息与所述可编程逻辑模块对应的业务卡不一致，则所述可编程逻辑模块根据所述管理指令执行放弃所述管理指令中的数据字节或者结束所述管理指令，而后继续监控所述串口总线。
本发明还提供了一种基于串口的管理方法，包括：
将主控卡和多个业务卡通过背板上的串口总线进行通信连接，使得所述主控卡和所述业务卡之间通过所述串口总线进行通信；
对所述串口总线设置设定协议，并将所述设定协议存入所述主控卡和所述业务卡以使得所述主控卡和所述业务卡根据所述设定协议进行通信。
优选地，对所述串口总线设置设定协议，包括：
于所述串口总线上传输命令字节，所述命令字节包括命令类型信息、命令地址信息、以及业务卡编号信息，；
再于所述串口总线上传输数据字节进而结束本次通信，所述数据字节包括数据信息。
优选地，所述主控卡根据所述设定协议形成管理指令并将所述管理指令通过所述串口总线发送至所述业务卡。
优选地，于所述业务卡内设置可编程逻辑模块，将所述可编程逻辑模块与所述串口总线连接并接收所述主控卡发送的所述管理指令，通过所述可编程逻辑模块对所述管理指令根据所述设定协议进行译码并执行所述管理指令。
优选地，所述业务卡内的所述可编程逻辑模块实时监控所述串口总线，并及时获取所述串口总线上传来的所述管理指令，所述可编程逻辑模块获取所述管理指令后对所述管理指令中的业务卡编号信息进行识别：
若所述业务卡编号信息与所述可编程逻辑模块对应的业务卡相一致，则所述可编程逻辑模块根据所述管理指令执行业务卡写入数据或者业务卡读出数据，而后继续监控所述串口总线；
若所述业务卡编号信息与所述可编程逻辑模块对应的业务卡不一致，则所述可编程逻辑模块根据所述管理指令执行放弃所述管理指令中的数据字节或者结束所述管理指令，而后继续监控所述串口总线。
如上所述，本发明的基于串口的管理***及管理方法，具有以下有益效果：
本发明的基于串口的管理***及管理方法，完成一个指令只需要两串字节，具有效率高；设定协议简洁，业务卡用可编程逻辑模块的状态机实现，可靠性高；业务卡不需要使用专用标准串口协议转换装置(如MCU)，降低了硬件成本和软件开发成本；设定协议中定义了业务卡编号信息，支持多路从串口访问。
附图说明
图1显示为现有技术中多路逻辑信号方案结构框图。
图2显示为现有技术中串口总线方案结构框图。
图3显示为串口总线方案中协议流程框图。
图4显示为本发明基于串口的管理***的结构框图。
图5显示为本发明基于串口的管理***的设定协议的流程框图。
图6显示为本发明基于串口的管理***中主控卡的指令逻辑流程框图。
图7显示为本发明基于串口的管理***中业务卡的指令逻辑流程框图。
元件标号说明
10主控卡
101CPU模块
20背板
30串口总线
41业务卡
4n业务卡
411可编程逻辑模块
4n1可编程逻辑模块
412输出信号
4n2输出信号
413输入信号
4n3输入信号
S11～S14步骤S11～S14
S21～S25步骤S21～S25
S301～S313步骤S301～S313
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
请参阅图4，本发明提供一种基于串口的管理***，主控卡使用串口总线作为背板总线结构和业务卡进行通信，串口总线物理层使用串口标准格式，串口总线的上层协议使用自定义的简洁的设定协议来完成通信，利用该设定协议进行通信，使得本发明完成一个指令只需要两个串口访问字节即可，兼备背板简洁可扩展设计，又具有高效率的特点。在硬件结构上，主控卡使用CPU模块的串口控制器作为主控，业务卡由于设定协议简单，不需要使用串口协议转换装置，仅采用可编程逻辑模块做简单的状态机即可完成通信控制，既降低了硬件成本，也降低了软件开发成本，具有较好的经济效益。下面结合附图对本发明基于串口的管理***进行说明。
如图4所示，本发明基于串口的管理***包括主控卡10、背板20、以及多个业务卡，业务卡包括业务卡41至业务卡4n，其中n为大于1的正整数，背板20的接口采用串口，利用串口作为管理***的低速低数据量板卡管理信号的背板接口，该背板20通过串口总线通信连接主控卡10，业务卡41至业务卡4n通过串口总线通信连接背板20，业务卡41至业务卡4n通过串口总线与主控卡10进行通信，在业务卡41至业务卡4n和主控卡10之间的串口上层协议采用自定义的简洁的设定协议，使得业务卡41至业务卡4n和主控卡10之间根据设定协议进行通信。
本发明基于串口的管理***中的主控卡10包括处理模块101，该处理模块101为CPU模块，处理模块101内置有串口控制器，通过串口控制器形成对应设定协议的管理指令并将管理指令经串口总线30发送给业务卡41至业务卡4n。该主控卡10通过串口总线30发送指令，进一步地，主控卡30通过处理模块101作为控制端，通过使用处理模块101内置的串口控制器完成对业务卡41至业务卡4n的控制命令下发和状态获取。该串口控制器的物理层使用标准8bit模式传输，每次发送8bit数据，每次发送的8bit数据为一个字节。
本发明基于串口的管理***中的业务卡41至业务卡4n内设有可编程逻辑模块411、41n，业务卡使用可编程逻辑模块解析主控卡10发出的指令并响应，该可编程逻辑模块采用编写状态机，接收串口总线30发送的管理指令，对管理指令进行译码并执行该管理指令，完成主控卡10和业务卡之间的通信，实现主控卡10对业务卡的下发控制和状态获取。在可编程逻辑模块中包括有译码模块、通道控制模块、以及I2C从设备模块，通过可编程逻辑模块实现串口的协议译码以及响应，当可编程逻辑模块译码发现为给本板卡的读指令，将相应业务卡输出信号412、4n2通过串口总线30发送给主控卡10，当为给本板卡的写指令时，将相应数据信息写入相应的业务卡输入信号413、4n3的端口。
本发明基于串口的管理***中的设定协议采用自定义的简洁的协议，该设定协议包括依序传送的命令字节和数据字节，其中的命令字节由主控卡10发送给业务卡41至业务卡4n，而数据字节为紧随着命令字节后面的一个字节，如果命令字节为写命令，该数据字节由主控卡10发送给业务卡41至业务卡4n，如果命令字节为读命令，该数据字节由业务卡41至业务卡4n回送给主控卡10。由于串口采用8bit标准传输模式，本发明的命令字节和数据字节的数据宽度都为8位，命令字节包括命令类型信息、命令地址信息、以及业务卡编号信息，具体编码格式见表1，数据字节包括数据信息，其编码格式见表2。
表1：命令字节格式
表2：数据字节格式
表1中的业务卡槽位信息为业务卡编号信息，用于标识该命令字节所要控制的业务卡。根据设定协议进行通信时的流程如图5所示，先发送命令字节，此时由主控卡10发送命令字节给业务卡，经过串口总线30将命令字节发送给各个业务卡，各个业务卡的可编程逻辑模块接收命令字节，通过命令字节的第一位得知是读命令还是写命令，若为读命令，则根据第五位至第八位判断是哪一个业务卡需要执行命令，然后根据获得第二位至第四位上的业务卡数据访问地址位，将该地址位上的数据信息作为数据字节传送给主控卡10，若为写命令，则根据第五位至第八位判断是哪一个业务卡需要执行命令，然后根据获得第二位至第四位上的业务卡数据访问地址位，将接着的数据字节写入该地址位上。完成两个字节的传输后就完成了一个协议指令。
如图4和图6所示，主控卡10内的处理模块101启动一个协议指令需要两个字节的串口访问，也就是说处理模块101对应设定协议形成的管理指令包括两个字节，分别是命令字节和数据字节，命令字节为主控卡10在串口总线30上下发命令给业务卡，根据命令字节中的命令类型信息进行分类，若命令类型信息为写命令，则主控卡10接着命令字节在串口总线30上下发数据字节，若命令类型信息为读命令，则主控卡10接着在串口总线30上接收一个字节的数据，在这两个字节后，主控卡10完成了一个完整的指令周期。
如图4和图7所示，业务卡的指令实现由可编程逻辑模块实现，该可编程逻辑模块采用编写状态机实现，其实现的过程为；每一业务卡内的可编程逻辑模块实时监控串口总线30上的输入，以供及时获取管理指令中的命令字节，获取命令字节后解析该命令，对命令字节中的业务卡编号信息进行识别：若命令字节中的业务卡编号信息与可编程逻辑模块对应的本业务卡相一致，则根据该命令字节执行业务卡写入数据或者业务卡读出数据，即判断命令字节的首字节为写命令还是为读命令，若是写命令，就是本业务卡的写命令，根据命令字节内的地址位，将下一个接收的数据字节写入该地址位定义的数据接口，结束本次指令继续监控串口总线30；若是读命令，就是本业务卡的读命令，根据命令字节内的地址位，将该地址位定义的数据接口状态存入串口总线30发送寄存器后，通过串口将该数据字节发送给主控卡10，结束本次指令继续监控串口总线30。若命令字节中的业务卡编号信息与可编程逻辑模块对应的本业务卡不一致，可编程逻辑模块根据命令字节执行放弃随后的数据字节或者结束本次管理指令，其中命令字节若是写命令，就是非本业务卡的写命令，则接收下一个数据字节后丢弃，然后接收本次指令继续监控串口总线30，命令字节若是读命令，则直接接收本次指令继续监控串口总线30。
本发明还提供了一种基于串口的管理方法，下面对本发明基于串口的管理方法进行说明。
如图4所示，本发明基于串口的管理方法包括：将主控卡10和多个业务卡(即业务卡41至业务卡4n)通过背板20上的串口总线30进行通信连接，使得主控卡10和多个业务卡之间通过串口总线30进行通信；对串口总线30设置设定协议，并将设定协议存入主控卡10和多个业务卡内以使得主控卡10和多个业务卡根据设定协议进行通信。使用串口总线30作为背板20总线接口，实现主控卡10和业务卡通过串口总线30进行通信，且上层协议采用自定义的简洁的设定协议来完成通信，在主控卡10和业务卡之间的通信指令只需要两个串口字节访问接口，兼备了背板20简洁可扩展设计，又具有高效率的特点。
如图5所示，本发明基于串口的管理方法中的设定协议包括依序传送的命令字节和数据字节，命令字节和数据字节的格式见上面的表1和表2，下面对设定协议的流程进行说明，根据设定协议完成一个协议指令的过程包括如下步骤：首先执行步骤S11开始，开始协议指令后接着执行步骤S12，执行步骤S12，发送命令字节，在串口总线30上传送命令字节，发送命令字节后接着执行步骤S13，执行步骤S13，发送数据字节，在串口总线30上传送数据字节，接着执行步骤S14，执行步骤S14结束本次协议指令，这样通过在串口总线30上传输命令字节和数据字节后就完成了一个协议指令，协议简洁简单，效率高。在设定协议中的命令字节包括命令类型信息、命令地址信息、以及业务卡编号信息，数据字节包括数据信息。
如图4和图6所示，主控卡完成一个协议指令的流程如下：步骤S11开始，接着执行步骤S12命令字节，此时有主控卡10发送命令字节给业务卡，经过串口总线30将命令字节发送给各个业务卡，各个业务卡的可编程逻辑模块接收命令字节，通过命令字节的第一位得知是读命令还是写命令，若为读命令，则根据第五位至第八位判断是哪一个业务卡需要执行命令，然后根据获得第二位至第四位上的业务卡数据访问地址位，执行步骤S13，将该地址位上的数据信息作为数据字节传送给主控卡10，若为写命令，则根据第五位至第八位判断是哪一个业务卡需要执行命令，然后根据获得第二位至第四位上的业务卡数据访问地址位，执行步骤S13，将接着的数据字节写入该地址位上。接着执行步骤S14结束，完成两个字节的传输后就完成了一个指令。
如图4和图7所示，在业务卡内设置可编程逻辑模块，将可编程逻辑模块与串口总线30连接并接收主控卡10发送的管理指令，通过可编程逻辑模块对管理指令根据设定协议进行译码并执行管理指令，通过设定协议该可编程逻辑模块可将管理指令中的命令字节进行解析，而后对解析的命令进行执行。具体可编程逻辑模块完成一个指令的流程包括如下步骤：
执行步骤S301，开始，开始后接着执行步骤S302；
执行步骤S302，监控串口接收，可编程逻辑模块实时监控串口总线30的输入，以及时获取命令字节，根据监控串口接收进行判断，若无数据输入，则接着执行步骤S313，若有数据输入，则接着执行步骤S303；
执行步骤S303，串口接收命令字节判断，通过接收的命令字节的首字节判断命令类型信息，若命令类型信息是写命令，则接着执行步骤S304，若命令类型信息是读命令，则接着执行步骤S305；
执行步骤S304，判定是否本业务卡，通过命令字节中的业务卡编号信息进行判断，若与本业务卡相一致，则是本业务卡，接着执行步骤S307，若与本业务卡不一致，则不是本业务卡，接着执行步骤S306；
执行步骤S307，是本业务卡的写命令后，锁定访问地址位，根据命令字节获取地址位，接着执行步骤S308；
执行步骤S308，串口接收数据字节，命令字节为写命令，该命令字节随后跟着的数据字节由主控卡发送，接着执行步骤S309；
执行步骤S309，将数据字节写入地址位定义信号接口，将步骤S308中接收的数据字节写入步骤S307获取的地址位，接着执行步骤S313；
执行步骤S306，串口接收数据字节，本次命令字节不是本业务卡的写命令，接收数据字节后丢弃，然后接着执行步骤S313；
执行步骤S305，判定是否本业务卡，判断读命令是否是本业务卡，通过命令字节中的业务卡编号信息进行判断，若与本业务卡相一致，则是本业务卡，接着执行步骤S310，若与本业务卡不一致，则不是本业务卡，接着执行步骤S313；
执行步骤S310，是本业务卡的读命令后，锁定访问地址位，根据命令字节获取地址位，接着执行步骤S311；
执行步骤S311，将地址位定义信号状态存入串口发送寄存器，命令字节为读命令，该命令字节随后跟着的数据字节由业务卡发送，接着执行步骤S312；
执行步骤S312，将串口发送寄存器数据从串口发出，将步骤S310中获取的地址位定义的信号状态发送给主控卡，接着执行步骤S313；
执行步骤S313，结束本次指令。
综上所述，本发明基于串口的管理***及管理方法，实现了主控卡和业务卡之间的指令通信，完成一个指令只需要两个串口字节，效率高，设定协议简洁，业务卡用可编程逻辑模块的状态机即可实现，可靠性高。业务卡不需要使用专用标准串口协议转换装置，降低了硬件成本和软件开发成本，设定协议定义了槽位信息，支持多路从串口访问。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种基于串口的管理***，其特征在于，包括：
主控卡；
背板，通过串口总线通信连接所述主控卡；以及
多个业务卡，通过串口总线通信连接所述背板并通过所述串口总线与所述主控卡进行通信，多个所述业务卡和所述主控卡之间根据设定协议进行通信。
2.如权利要求1所述的基于串口的管理***，其特征在于，所述设定协议包括依序传送的命令字节和数据字节，所述命令字节包括命令类型信息、命令地址信息、以及业务卡编号信息，所述数据字节包括数据信息。
3.如权利要求2所述的基于串口的管理***，其特征在于，所述主控卡包括处理模块，所述处理模块内置有串口控制器，通过所述串口控制器形成对应所述设定协议的管理指令并将所述管理指令经所述串口总线发送至所述业务卡。
4.如权利要求3所述的基于串口的管理***，其特征在于，所述业务卡内设有可编程逻辑模块，所述可编程逻辑模块接收所述主控卡发送的所述管理指令并对所述管理指令根据所述设定协议进行译码并执行所述管理指令。
5.如权利要求4所述的基于串口的管理***，其特征在于，所述业务卡内的所述可编程逻辑模块实时监控所述串口总线以供及时获取所述管理指令，所述可编程逻辑模块获取所述管理指令后对所述管理指令中的业务卡编号信息进行识别：
若所述业务卡编号信息与所述可编程逻辑模块对应的业务卡相一致，则所述可编程逻辑模块根据所述管理指令执行业务卡写入数据或者业务卡读出数据，而后继续监控所述串口总线；
若所述业务卡编号信息与所述可编程逻辑模块对应的业务卡不一致，则所述可编程逻辑模块根据所述管理指令执行放弃所述管理指令中的数据字节或者结束所述管理指令，而后继续监控所述串口总线。
6.一种基于串口的管理方法，其特征在于，包括：
将主控卡和多个业务卡通过背板上的串口总线进行通信连接，使得所述主控卡和所述业务卡之间通过所述串口总线进行通信；
对所述串口总线设置设定协议，并将所述设定协议存入所述主控卡和所述业务卡以使得所述主控卡和所述业务卡根据所述设定协议进行通信。
7.如权利要求6所述的基于串口的管理方法，其特征在于，对所述串口总线设置设定协议，包括：
于所述串口总线上传输命令字节，所述命令字节包括命令类型信息、命令地址信息、以及业务卡编号信息，；
再于所述串口总线上传输数据字节进而结束本次通信，所述数据字节包括数据信息。
8.如权利要求7所述的基于串口的管理方法，其特征在于，所述主控卡根据所述设定协议形成管理指令并将所述管理指令通过所述串口总线发送至所述业务卡。
9.如权利要求8所述的基于串口的管理方法，其特征在于，于所述业务卡内设置可编程逻辑模块，将所述可编程逻辑模块与所述串口总线连接并接收所述主控卡发送的所述管理指令，通过所述可编程逻辑模块对所述管理指令根据所述设定协议进行译码并执行所述管理指令。
10.如权利要求9所述的基于串口的管理方法，其特征在于，所述业务卡内的所述可编程逻辑模块实时监控所述串口总线，并及时获取所述串口总线上传来的所述管理指令，所述可编程逻辑模块获取所述管理指令后对所述管理指令中的业务卡编号信息进行识别：
若所述业务卡编号信息与所述可编程逻辑模块对应的业务卡相一致，则所述可编程逻辑模块根据所述管理指令执行业务卡写入数据或者业务卡读出数据，而后继续监控所述串口总线；
若所述业务卡编号信息与所述可编程逻辑模块对应的业务卡不一致，则所述可编程逻辑模块根据所述管理指令执行放弃所述管理指令中的数据字节或者结束所述管理指令，而后继续监控所述串口总线。
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