CN109710417A - 智能音箱***及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能音箱***架构，包括至少一个输入模块、至少一个输出模块、和状态机模块；输入模块与状态机模块之间基于消息队列进行通信，输出模块与状态机模块之间基于调用接口通信；各输入模块和输出模块之间通过状态机模块进行通信和调度。本发明还公开了一种智能音箱***架构的实现方法，根据本发明的***架构和实现方法，可以使得智能音箱内部的各个模块在发送数据时不互相干扰，并且确保了数据完整性。还可以快速开发智能音箱功能，提高***稳定性和可扩展性，以及便于***维护。

Description

智能音箱***及其实现方法

技术领域

本发明涉及智能音箱技术领域，特别是一种智能音箱***及其实现方法。

背景技术

目前随着科技的进步，智能化的产品越来越多。对于智能音箱来说，它可以使得普通的音箱更加智能化，例如可以增添语音交互的功能等，因而受到了大众的喜爱。随着用户需求的日益增长，智能音箱上的功能扩展已经成为一种更为广泛的需求，但是，对于现有的智能音箱来说，其内部各模块互相耦合，且各个模块间会存在相互传输数据和调度的情况，这就导致在现有智能音箱***上的进一步功能扩展，变得非常的困难。

发明内容

为了解决上述问题，本发明旨在提出一种完全解耦的智能音箱***，以使得音箱***各模块间能够独立去处理自己的业务逻辑，而不会因为其他模块的变化，造成整个***的修改。

基于该目的出发，发明人想到了对音箱***的整体架构进行重新设计，通过构建一个状态机来进行调度管理，实现模块间的解耦，使得各个模块能够独立运行，提升智能音箱的可扩展性。

根据本发明的第一方面，提供了一种智能音箱***，包括至少一个输入模块、至少一个输出模块、和状态机模块；

输入模块与状态机模块之间基于消息队列进行通信，输出模块与状态机模块之间基于调用接口通信；

各输入模块和输出模块之间通过状态机模块进行通信和调度。

根据本发明的第二方面，提供了一种根据智能音箱***的实现方法，包括

配置进行***状态切换和模块间事件调度的状态机模块；

在状态机模块中配置智能音箱的***状态和各***状态对应的事件名称；

通过状态机模块创建消息队列和互斥锁；

在状态机模块中进行输入模块的注册和初始化；

输入模块在发生事件时，基于互斥锁向所述消息队列顺序写入事件消息；

状态机模块依次读取消息队列中的消息，根据***状态和各***状态对应的事件名称对消息进行响应处理。

本发明提供的***和实现方法，通过设立一个用于进行调度管理的状态机模块，将所有的模块都与状态机模块进行通信，通过状态机模块进行调度和事件响应，实现了模块间的解耦，提高了智能音箱***的可扩展性，有利于实现快速功能扩展和快速开发。而且，考虑到音箱项目之间的模块与状态间通信的数据频率不需要太快，本发明通过一个队列和互斥锁实现消息事件的管理和调度，这样状态机可以根据数据进入队列的时间顺序来处理，实现简单；而引入互斥锁，可以确保各个模块在发送数据时不互相干扰，确保数据完整性。

附图说明

图1为本发明一实施方式的智能音箱***的架构框图；

图2为本发明一实施方式的实现智能音箱***的方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、元件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本发明，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

在本发明中，“模块”、“装置”、“***”等指应用于计算机的相关实体，如硬件、硬件和软件的组合、软件或执行中的软件等。详细地说，例如，元件可以、但不限于是运行于处理器的过程、处理器、对象、可执行元件、执行线程、程序和/或计算机。还有，运行于服务器上的应用程序或脚本程序、服务器都可以是元件。一个或多个元件可在执行的过程和/或线程中，并且元件可以在一台计算机上本地化和/或分布在两台或多台计算机之间，并可以由各种计算机可读介质运行。元件还可以根据具有一个或多个数据包的信号，例如，来自一个与本地***、分布式***中另一元件交互的，和/或在因特网的网络通过信号与其它***交互的数据的信号通过本地和/或远程过程来进行通信。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”，不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

图1示意性地显示了根据本发明一实施方式的智能音箱***架构框图，如图1所示，

该智能音箱***架构包括至少一个输入模块1、至少一个输出模块3、和状态机模块2。该输入模块1和输出模块3的个数可以根据开发需求进行个性化的功能定制。

示例性地，输入模块1实现为包括有用于进行语音交互的语音平台模块、用于进行设备的网络连接状态的网络管理模块、用于接收用户输入的按键模块、用于进行时间设定的定时模块和用于实现与其他设备的交互的iot(物联网)模块中的一个或两个以上的组合。将这些功能性的模块单独运作，可以防止在运行时的数据传输混乱。

输出模块3实现为包括播放器、LED灯或其组合。这样可以使智能音箱不仅实现播放功能，还可以配合LED灯显示，赋予用户更好的体验感。

其中，输入模块1与状态机模块2之间基于消息队列进行双向通信，输出模块3与状态机模块2之间基于调用接口单向通信，其中，输出模块3与状态机模块2之间的单向通信方向为：状态机模块2能够向输出模块3发送消息，而输出模块3不能够向状态机模块2发送消息，只能通过其预留接口接收状态机模块2对其的调用，状态机模块2对输出模块3的调用，根据输出模块3的功能和提供的调用接口而定，主要包括向其写入消息指令和从其读取信息两类。这样各输入模块1和输出模块3之间就可以通过状态机2模块进行通信和调度。状态机模块2用于进行智能音箱的***状态切换和基于***状态进行模块事件调度，作为一种优选实现例，***状态设置为包括connected(联网状态)、disconnect(断网状态)、connecting(网络连接中的状态)和poweron状态(开机状态)，例如根据网络管理模块的相应事件消息将***状态切换为disconnect，之后在接收到其他模块消息事件时，根据***状态为disconnect进行具体的调度处理。

具体地，可以将该状态机模块2实现为包括存储单元201和主处理单元202。

存储单元201用于存储***状态、各***状态对应的事件名称和消息队列信息，其中，***状态存储为包括connected(联网状态)、disconnect(断网状态)、connecting(网络连接中的状态)和poweron状态(开机状态)，另外还会配置一个状态与事件的映射信息表，用于存储各***状态对应的事件名称，以将***状态与事件对应关联起来。其中，消息队列信息包括消息队列ID和互斥锁，消息队列以及互斥锁均由主函数创建，消息队列ID用于标识消息队列，该互斥锁可以确保各个模块数据的完整性。在具体使用时，在使用消息队列时(即在某个输入模块向消息队列写入消息时)需要先通过该互斥锁进行加锁处理。其中，互斥锁设置为全局变量，输入模块1间共用消息队列和互斥锁，根据互斥锁状态顺序向消息队列写入事件消息。

作为一种优选实施例，写入的事件消息内容包括模块名称、事件名称和数据信息，数据信息包括数据地址和数据长度。由于各个模块处理的事件不同，抛入消息队列的数据也无法统一，因而如果要实现状态机模块的有效调度，在下入消息队列的消息上如何形成方便处理的布局，也是在研发过程中遇到的一个难题。发明人经过研究和实践，想到统一模块入队的数据格式(xxx结构体)的解决方案，但进行统一数据格式实现方案众多，也存在一定难度，很难找到有效、便捷的实现手段。经过试验与验证，最终发明人想到了在向消息队列写入消息时，不写入具体数据，而是写入包括模块名称，事件名称，以及数据地址和数据长度的消息内容，这样就能实现对消息长度的固定化，使得能够统一所有模块发送的数据长度，状态机只需要按长度读取队列数据，读入后按照模块名再做下一步处理即可。写入的数据地址为模块的具体消息数据的存储地址，其采用ring_buffer存储，因而写入时只需要填入对应的ring_buffer指针。这样状态机就可以根据指针地址和数据长度读取到具体的数据内容，实现简单方便，且能保证各模块写入消息的统一化。

主处理单元202用于依次获取消息队列中的信息，根据***状态和各***状态对应的事件名称，对消息队列中的消息进行响应处理。主处理单元202实现为循环读取消息队列的内容，且读取固定长度的内容，该固定程度根据约定的消息长度而定，并对读取出的内容进行解析(根据约定协议进行解析，解析方法可以参照现有技术实现，例如通过关键词匹配或通过固定长度分割等，本发明实施例不对此进行限制)，获取到模块名称、事件名称、数据地址和数据长度。之后，主处理单元202从存储单元201获取当前***状态，根据当前***状态和事件名称确定当前消息对应的响应动作。其中，***状态和事件名称的映射表中，还存储有对应的响应动作，该动作由相应的模块根据其实现方式来提供。

这样，该***下的各模块，即输入模块和输出模块只需负责本身逻辑，需要相互调度时通过消息队列，抛出数据给到状态机，由状态机统一调度，不需要将各个模块之间进行耦合，真正实现了***的解耦。并且根据该框架可以快速开发智能音箱功能，提高***稳定性，以及便于***维护。

图2示意性地显示了根据本发明一实施方式的智能音箱***的实现方法流程图，如图2所示，本实施例包括如下步骤：

步骤S201：配置进行***状态切换和模块间事件调度的状态机模块。将该状态机模块的原理实现可以参照上述的方法部分。其中，***状态切换可以是基于相应的模块写入的事件消息触发的，以***状态分为connected、disconnect、connecting和poweron为例，是由网络管理模块写入的网络状态改变的事件消息触发而进行相应的状态切换。

步骤S202：在状态机模块中配置智能音箱的***状态和各***状态对应的事件名称。其中，***状态包括connected、disconnect、connecting和poweron。***状态对应的事件名称为各输入模块的事件名称，用以将***状态、事件和响应动作关联上，即形成三者间的映射关系，其中，事件名称对应的响应动作，由具体的输入模块根据其功能实现进行定制，并由其提供。

步骤S203：通过状态机模块创建消息队列和互斥锁。创建方式可以利用***自带的函数。

步骤S204：在状态机模块中进行输入模块的注册和初始化。具体实现为：先在状态机模块上创建注册调用接口，在新增输入模块时，由需要注册的输入模块通过调用注册接口状态机模块发送注册请求，状态机模块在接收到新增的输入模块的注册请求时，通过创建该新增的输入模块的对象，将其初始化，并将创建的对象存储，同时通过该注册接口向新增的输入模块返回一个消息队列ID和互斥锁，由此完成对新增输入模块的注册。其中，输入模块示例性地可以是包括有语音平台模块、网络管理模块、按键模块、定时模块和iot模块，可以根据需求确定各事件名称对应的响应动作，并将响应动作在状态机模块中进行关联绑定。示例地，对于定时模块，可以根据用户的定时播放需求确定响应动作为在接收到定时播放消息请求时，通过调用播放器播放相应文件实现定时开始播放的功能，并且将该响应动作与***状态及其对应的事件名称进行绑定，即可在根据写入消息队列的相应消息执行指定的动作。

步骤S205：输入模块在发生事件时，基于互斥锁向消息队列顺序写入事件消息。在完成输入模块的注册和初始化后，输入模块在自身发生相应事件时，就可以通过获取到的消息队列ID和互斥锁，向消息队列写入事件消息。其中，输入模块向消息队列写入的事件消息的内容包括模块名称、事件名称和数据信息，并且输入模块向消息队列写入的事件消息的内容具有设定长度。

步骤S206：状态机模块依次读取消息队列中的消息，根据***状态和各***状态对应的事件名称对消息进行响应处理。状态机模块设置成循环读取消息队列中的消息，并对消息进行解析，同时还获取***状态，根据***状态、事件名称获取到响应动作，以进行相应的响应处理。

在优选实施方式中，状态机模块还可以根据输出模块提供的调用接口，与输出模块进行通信，对输出模块进行调度或获取输出模块的状态。这样可以保证点对点的输出数据，不会引起数据缺失等情况。

根据本实施例的方法可以实现各个模块在发送数据和相关的响应指令时互不影响互不干扰，确保数据完整性，使得形成各模块相互独立的智能音箱***成为可能。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (14)

1.智能音箱***，其特征在于，包括至少一个输入模块、至少一个输出模块、和状态机模块；

所述输入模块与状态机模块之间基于消息队列进行通信，所述输出模块与状态机模块之间基于调用接口通信；

各输入模块和输出模块之间通过状态机模块进行通信和调度。

2.根据权利要求1所述的智能音箱***，其特征在于，所述输入模块包括语音平台模块、网络管理模块、按键模块、定时模块和iot模块中的一个或两个以上的组合。

3.根据权利要求2所述的智能音箱***，其特征在于，所述输出模块包括播放器和/或LED灯。

4.根据权利要求1所述的智能音箱***，其特征在于，所述状态机模块用于进行智能音箱的***状态切换和基于***状态进行模块事件调度，其包括

存储单元，用于存储***状态、各***状态对应的事件名称和消息队列信息，其中，所述消息队列信息包括消息队列ID和互斥锁；

所述输入模块间共用消息队列和互斥锁，根据互斥锁状态顺序向消息队列写入事件消息，写入的事件消息内容包括模块名称、事件名称和数据信息；

主处理单元，用于依次获取消息队列中的信息，根据***状态和各***状态对应的事件名称，对消息队列中的消息进行响应处理。

5.根据权利要求4所述的智能音箱***架构，其特征在于，所述***状态包括connected、disconnect、connecting和poweron。

6.根据权利要求1至5任一项所述的智能音箱***架构，其特征在于，所述输入模块与状态机模块之间进行双向通信，所述输出模块与状态机模块之间进行单向通信；

其中，所述输出模块与状态机模块之间的单向通信方向为：状态机模块能够向输出模块发送消息。

7.根据权利要求6所述的智能音箱***架构，其特征在于，所述数据信息包括数据地址和数据长度。

8.根据权利要求1至7任一项所述的智能音箱***的实现方法，其特征在于，包括

配置进行***状态切换和模块间事件调度的状态机模块；

在状态机模块中配置智能音箱的***状态和各***状态对应的事件名称；

通过所述状态机模块创建消息队列和互斥锁；

在所述状态机模块中进行输入模块的注册和初始化；

输入模块在发生事件时，基于互斥锁向所述消息队列顺序写入事件消息；

所述状态机模块依次读取消息队列中的消息，根据***状态和各***状态对应的事件名称对消息进行响应处理。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述在所述状态机模块中进行输入模块的注册和初始化包括：

创建注册接口，接收输入模块的注册调用；

根据输入模块的注册调用请求，向输入模块进行调用授权；

对注册的输入模块进行初始化。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述输入模块根据需求确定各事件名称对应的响应动作，并将响应动作在状态机模块中进行关联绑定。

11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：

根据输出模块提供的调用接口，与输出模块进行通信，对输出模块进行调度或获取输出模块的状态。

12.根据权利要求8至11任一项所述的方法，其特征在于，所述***状态包括connected、disconnect、connecting和poweron。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述输入模块向消息队列写入的事件消息的内容包括模块名称、事件名称和数据信息。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述输入模块向消息队列写入的事件消息的内容具有设定长度。