CN113326224B - 一种基于2取2架构的串口通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于2取2架构的串口通信方法，采用直连串口作为双CPU通道间2取2通信介质，包括：在第一CPU通道和第二CPU通道中初始化创建2oo2任务和非2oo2任务；所述第一CPU通道中需要进行双CPU通道间通信的第一非2oo2任务将数据标识和数据内容进行打包，放入消息队列中，同时通知第一2oo2任务有消息需要发送；所述第一2oo2任务取出消息并发送给第二CPU通道；所述第二CPU通道的第二2oo2任务接收发来的消息，通过校验后发送给对应的第二非2oo2任务；所述第二非2oo2任务对数据标识做校验，校验通过后对数据内容进行确认。本发明能够避免数据拥堵，减小***负荷。

Description

一种基于2取2架构的串口通信方法

技术领域

本发明涉及轨道交通控制技术领域，特别涉及一种基于2取2架构的串口通信方法。

背景技术

在轨道交通控制领域中，安全性与可靠性是其两个重要的指标，2取2组合-故障安全架构是轨旁及车载等高安全产品中较多采用的一种安全架构，两个功能相同的子***进行相同的逻辑运算处理，对处理后产生的数据信息进行双***间的比较确认，当处理结果符合预期，***才能继续正常运行，否则需要遵循故障导向安全的原则做出相应的反应，此架构可以有效提高***的安全性和可靠性。

基于使用场景不同，2取2架构***的软硬件实现形式也有所不同，当作为安全平台需再集成到其他***上时，要求2取2模块硬件所占用的体积和空间要尽可能小，通常会将2取2中的两个子***(每个子***包含一个CPU)作为一个整体集成到一块板卡中，由于空间限制，板卡上可用资源的合理利用尤为关键。双CPU通道间会频繁的进行信息交互，如任务同步、数据一致性比较、状态确认及表决等，这些信息的特点是数据量小、且重要性和实时性会根据功能的不同而有所不同，简单的根据先来先处理的原则进行信息交互难以满足以上需求。同时，两个子***不仅要进行双CPU通道间的通信，还要与外部网络、其他功能模块进行数据交互，容易造成数据拥堵、***负荷大。因此有必要予以改进。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于2取2架构的串口通信方法，通过合理选择2取2模块的通信介质和通信方式，避免数据拥堵，减小***负荷。

为了实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于2取2架构的串口通信方法，采用直连串口作为双CPU通道间2取2通信介质，采用2oo2任务作为双CPU通道间2取2专用通信任务，所述方法包括：

步骤S1、在第一CPU通道和第二CPU通道中初始化创建2oo2任务和非2oo2任务；

步骤S2、所述第一CPU通道中需要进行双CPU通道间通信的第一非2oo2任务将数据标识和数据内容进行打包，放入消息队列中，同时通知第一2oo2任务有消息需要发送；

步骤S3、所述第一2oo2任务取出消息并发送给第二CPU通道；

步骤S4、所述第二CPU通道的第二2oo2任务接收发来的消息，通过校验后发送给对应的第二非2oo2任务；

步骤S5、所述第二非2oo2任务对数据标识做校验，校验通过后对数据内容进行确认。

进一步的，在步骤S2中，所述第一非2oo2任务为打包数据计算出一个动态优先级，并重新打包后放入消息队列；

在步骤S3中，所述第一2oo2任务检查消息队列中是否有待发送消息，如果有则根据动态优先级从消息队列中取出优先级最高的消息，发送给第二CPU通道。

进一步的，所述第一2oo2任务检查滑动窗口是否有空闲来决定本次是否允许执行发送数据操作。

进一步的，步骤S3中所述第一2oo2任务取出消息并发送给第二CPU通道的过程包括：

步骤S31、所述第一2oo2任务检查消息队列中是否有待发送消息，如果有则取出一消息，对该消息进行计数为N并记录到滑动窗口中，再执行步骤S32，如果没有则执行步骤S35；

步骤S32、检查消息确认标识，如果需要向所述第二CPU通道回复确认消息则将需要确认的消息序号与目标消息一起打包到数据中，再执行步骤S33，如果不需要则直接执行步骤S33；

步骤S33、对最终数据计算校验码并打包，通过串口发送给所述第二CPU通道；

步骤S34、更新滑动窗口，并开启定时器，本次发送流程结束；

步骤S35、检查消息确认标识，如果需要向所述第二CPU通道回复确认消息则对要确认的消息序号单独打包计算校验码，通过串口发送给所述第二CPU通道，如果不需要则本次发送流程结束。

进一步的，在步骤S31中，还包括：将所述目标消息的类型定义为DATA；

在步骤S32中，还包括：如果需要向所述第二CPU通道回复确认消息，则将所述目标消息的类型定义为DATA+ACK；

在步骤S35中，还包括：如果需要向所述第二CPU通道回复确认消息，则将所述目标消息的类型定义为ACK。

进一步的，步骤S4具体包括：

步骤S41，所述第二2oo2任务对接收的消息进行完整性校验；

步骤S42，解析消息的类型，如果消息类型包括ACK，则更新滑动窗口，对消息进行确认，关闭定时器；如果消息类型包括DATA，则更新本通道需确认消息序号和标识；

步骤S43，将数据发送给对应的非2oo2任务。

进一步的，在步骤S41中，所述第二2oo2任务取出动态优先级最高的消息，对该消息进行完整性校验，校验通过则执行步骤S42，不通过则宕机。

进一步的，在步骤S42中，如果消息类型包括DATA，对消息中的计数值N进行验证，需与本通道期望的N值相等。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、本发明采用直连串口用作双CPU通道间2取2通信介质，专线专用，不占用已有的CAN、网络等通信资源，可有效提高通信效率。

2、本发明将双CPU通道间的数据发送与接收设计为一个单独的2oo2任务模块，当有多个任务需要进行双通道通信时，数据均先发送给2oo2任务模块，2oo2任务模块可对消息统一进行编号、处理，进行收发，避免拥堵；

3、本发明中非2oo2任务在发送消息时会根据消息包的内容、数据的大小等因素动态决策出一个优先级，2oo2任务模块根据消息中的优先级来决定处理消息的先后顺序，保证了高实时性任务的消息可以被优先处理；

4、本发明在数据收发过程中采用滑动窗口确认、数据校验、超时机制相结合的方式，保证双通道交互数据的正确性和及时性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1为本发明一实施例提供的一种基于2取2架构的串口通信方法的流程示意图；

图2为基于串口的双通道2取2通信方案整体架构示意图；

图3为CPUA作为数据发送方时的流程图；

图4为CPUB作为数据接收方时的流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的方案作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

本发明为了克服现有技术存在的缺陷而提供一种基于2取2架构的串口通信方法，本发明在设备已有的网络、CAN总线通信方式基础上，采用直连串口用做双CPU通道间2取2通信介质，专线专用，不占用其他通信资源，可有效提高通信效率。同时软件上设计了2取2专用通信任务，并采用动态优先级设定和超时判定来保证数据交互的实时性，结合滑动窗口，数据校验，来保证数据的可靠性。为便于标识，下文中以2oo2表示2取2，2oo2任务表示用于双CPU通道间收发数据的专用任务；非2oo2任务表示逻辑处理任务，此类任务进行双CPU通道间通信时需要通过2oo2任务来实现。

如图1所示，本发明提供的一种基于2取2架构的串口通信方法，包括如下步骤：

步骤S1、在第一CPU通道和第二CPU通道中初始化创建2oo2任务和非2oo2任务；

步骤S2、所述第一CPU通道中需要进行双CPU通道间通信的第一非2oo2任务将数据标识和数据内容进行打包，放入消息队列中，同时通知第一2oo2任务有消息需要发送；

步骤S3、所述第一2oo2任务取出消息并发送给第二CPU通道；

步骤S4、所述第二CPU通道的第二2oo2任务接收发来的消息，通过校验后发送给对应的第二非2oo2任务；

步骤S5、所述第二非2oo2任务对数据标识做校验，校验通过后对数据内容进行确认。

优选的，在步骤S2中，所述第一非2oo2任务为打包数据计算出一个动态优先级，并重新打包后放入消息队列；相应的，在步骤S3中，所述第一2oo2任务检查消息队列中是否有待发送消息，如果有则根据动态优先级从消息队列中取出优先级最高的目标消息，发送给第二CPU通道。相应的，第二CPU通道中的第二2oo2任务可以根据动态优先级的顺序取出消息，对消息处理。由此，本发明中非2oo2任务在发送消息时可以根据消息包的内容、数据的大小等因素动态决策出一个优先级，进而2oo2任务可以根据消息的优先级来决定处理消息的先后顺序，保证了高实时性任务的消息可以被优先处理。

优选的，本发明在数据收发过程中还可以采用滑动窗口确认、数据校验、超时机制相结合的方式，保证双通道交互数据的正确性和及时性。以下结合具体实施例对本发明的上述步骤进行详细说明。

首先参考图2，介绍双CPU通道间进行数据2oo2的整体交互过程。本实施例中双CPU通道分别为CPUA(即第一CPU通道)和CPUB(即第二CPU通道)，在两个CPU通道上都运行相同的非2oo2任务(如CPUA的Task2和CPUB的Task2)，对输入输出数据做相同的逻辑处理，并将处理结果通过本通道的2oo2任务与另一通道的2oo2任务进行交互。以Task2为例，一个任务的完整2oo2交互过程包括F1到F4(CPUA发送，CPUB接收)、F5到F8(CPUB发送，CPUA接收)。F1表示CPUA的Task2任务(即第一非2oo2任务)将数据发往本通道的2oo2任务(即第一2oo2任务)；F2表示2oo2任务(即第一非2oo2任务)在对数据进行处理后发送到CPUB；F3表示CPUB的2oo2任务(即第二2oo2任务)接收数据进行解析处理，并发送给对应非2oo2任务Task2(即第二非2oo2任务)；F4表示CPUB的非2oo2任务对CPUA发来的数据进行比较确认。F5、F6、F7、F8为CPUB发送数据，CPUA接收数据，即上述过程的逆过程。

再参考图3-4，介绍本实施例非2oo2任务通过2oo2任务交互数据的详细过程，本实施例中以CPUA作为数据发送方，CPUB作为数据接收方来对本发明进行说明，即图1中F1到F4的过程，需说明的是CPUA和CPUB均有发送和接收过程，技术人员应当在动态交互的过程中理解下述实例。

参考图3，对于CPUA包括以下步骤：

步骤1、非2oo2任务将任务ID、周期号、包号和数据内容等进行打包；

步骤2、非2oo2任务根据打包数据动态决策出优先级，并再次打包到消息中，然后将消息存放到消息队列中，通知2oo2任务有消息需要发送；

步骤3、2oo2任务检查滑动窗口，窗口大小为9，若窗口中记录的未被确认消息未达到9条则允许发送数据，转步骤4，否则本次流程结束；

步骤4、2oo2任务检查消息队列中是否有待处理消息，有则转步骤5，没有转步骤7；

步骤5、从消息队列中按照动态优先级取出当前优先级最高的消息，对消息进行计数为N，并记录到滑动窗口中，同时将消息类型Type定义为DATA；

步骤6、检查消息确认标识，如果有消息需要确认则获取需确认消息序号RevNb添加到消息中，并将消息类型Type定义为DATA+ACK，转步骤8，如果没有消息需要确认则直接转步骤8；

步骤7、检查消息确认标识，如果有消息需要确认则获取需确认消息序号RevNb添加到消息中，同时将消息类型Type定义为ACK，转步骤8，如果没有消息需要确认则本次流程结束；

步骤8、计算数据校验码并打包，通过串口发送给CPUB，更新滑动窗口，并开启定时器，本次发送流程结束。

参考图4，对于CPUB包括以下步骤：

步骤1、CPUB的2oo2任务根据动态优先级取出当前优先级最高的消息；

步骤2、CPUB的2oo2任务对接收到CPUA的消息进行完整性校验，校验通过转步骤3，不通过则宕机；

步骤3、解析消息中的Type类型，若Type类型中含有ACK类型则转步骤4，如果不含有ACK类型则转步骤5；

步骤4、CPUB根据CPUA发来消息中的RevNb对本通道滑动窗口中记录的数据进行确认，同时关闭对应消息的定时器；

步骤5、解析消息中的Type类型，若Type类型中含有DATA类型则转步骤6，否则本次接收流程结束；

步骤6、对消息中的计数值N进行验证，需与本通道期望的N值相等，同时更新本通道需确认消息序号RevNb和标识。

步骤7、根据数据中的任务ID号将消息发送给对应的非2oo2任务；

步骤8、非2oo2任务通过对任务ID、周期号、包号等做校验来保证数据的有效性、时效性、时序性，最后对数据内容进行确认。

本具体实施例的方法已应用在上海地铁15号和18号线屏蔽门控制器上，自开通以来运行情况稳定，实时性与可靠性大幅提升。

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”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，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“包括一个……”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。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种基于2取2架构的串口通信方法，其特征在于，采用直连串口作为双CPU通道间2取2通信介质，采用2oo2任务作为双CPU通道间2取2专用通信任务，所述2oo2任务表示用于双CPU通道间收发数据的专用任务，非2oo2任务表示逻辑处理任务，所述非2oo2任务进行双CPU通道间通信时需要通过所述2oo2任务来实现，所述方法包括：

步骤S1、在第一CPU通道和第二CPU通道中初始化创建2oo2任务和非2oo2任务；

步骤S2、所述第一CPU通道中需要进行双CPU通道间通信的第一非2oo2任务将数据标识和数据内容进行打包，放入消息队列中，同时通知第一2oo2任务有消息需要发送；

步骤S3、所述第一2oo2任务取出消息并发送给第二CPU通道；

步骤S4、所述第二CPU通道的第二2oo2任务接收发来的消息，通过校验后发送给对应的第二非2oo2任务；

步骤S5、所述第二非2oo2任务对数据标识做校验，校验通过后对数据内容进行确认。

2.如权利要求1所述的基于2取2架构的串口通信方法，其特征在于，在步骤S2中，所述第一非2oo2任务为打包数据计算出一个动态优先级，并重新打包后放入消息队列；

在步骤S3中，所述第一2oo2任务检查消息队列中是否有待发送消息，如果有则根据动态优先级从消息队列中取出优先级最高的消息，发送给第二CPU通道。

3.如权利要求1所述的基于2取2架构的串口通信方法，其特征在于，在步骤S3中，所述第一2oo2任务检查滑动窗口是否有空闲来决定本次是否允许执行发送数据操作。

4.如权利要求3所述的基于2取2架构的串口通信方法，其特征在于，步骤S3中所述第一2oo2任务取出消息并发送给第二CPU通道的过程包括：

步骤S31、所述第一2oo2任务检查消息队列中是否有待发送消息，如果有则取出一消息，对该消息进行计数为N并记录到滑动窗口中，再执行步骤S32，如果没有则执行步骤S35；

步骤S32、检查消息确认标识，如果需要向所述第二CPU通道回复确认消息则将需要确认的消息序号与目标消息一起打包到数据中，再执行步骤S33，如果不需要则直接执行步骤S33；

步骤S33、对最终数据计算校验码并打包，通过串口发送给所述第二CPU通道；

步骤S34、更新滑动窗口，并开启定时器，本次发送流程结束；

步骤S35、检查消息确认标识，如果需要向所述第二CPU通道回复确认消息则对要确认的消息序号单独打包计算校验码，通过串口发送给所述第二CPU通道，如果不需要则本次发送流程结束。

5.如权利要求4所述的基于2取2架构的串口通信方法，其特征在于，在步骤S31中，还包括：将所述目标消息的类型定义为DATA；

在步骤S32中，还包括：如果需要向所述第二CPU通道回复确认消息，则将所述目标消息的类型定义为DATA+ACK；

在步骤S35中，还包括：如果需要向所述第二CPU通道回复确认消息，则将所述目标消息的类型定义为ACK。

6.如权利要求5所述的基于2取2架构的串口通信方法，其特征在于，步骤S4具体包括：

步骤S41，所述第二2oo2任务对接收的消息进行完整性校验；

步骤S42，解析消息的类型，如果消息类型包括ACK，则更新滑动窗口，对消息进行确认，关闭定时器；如果消息类型包括DATA，则更新本通道需确认消息序号和标识；

步骤S43，将数据发送给对应的非2oo2任务。

7.如权利要求6所述的基于2取2架构的串口通信方法，其特征在于，在步骤S41中，所述第二2oo2任务取出动态优先级最高的消息，对该消息进行完整性校验，校验通过则执行步骤S42，不通过则宕机。

8.如权利要求6所述的基于2取2架构的串口通信方法，其特征在于，在步骤S42中，如果消息类型包括DATA，对消息中的计数值N进行验证，需与本通道期望的N值相等。

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