CN117092958A - 一种软件定义硬件的多平台控制器同步方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种软件定义硬件的多平台控制器同步方法,上位机与控制器相互配合的软件,可以通过上位机配置不同控制器的功能,旨在使用同一套软件就可以配置不同类型的控制器的不同功能,达到软件定义硬件的目的,提高了易用易维护的能力,大幅提升了生产、研发维护的便利性。
Description
技术领域
本发明涉及工业自动化领域,尤其涉及一种软件定义硬件的多平台控制器同步方法。
背景技术
现有控制器的软件体系比较固化,一套软件对应一套硬件,缺乏灵活性,不方便维护,没有配套的易用的上位机可用,控制器多型号、多功能且无法统一维护。
综上所述,需要一种软件定义硬件的多平台控制器同步方法来解决现有技术中所存在的不足之处。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供了一种软件定义硬件的多平台控制器同步方法,旨在解决控制器多型号、多功能且无法统一维护的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种软件定义硬件的多平台控制器同步方法,适用于上位机与控制器之间的一体化控制,上位机与控制器之间通信连接,其特征在于,所述上位机中存储有包含所有所需控制器和控制器对应服务在内的数据库,包括上位机配置步骤和控制器配置步骤,
上位机配置步骤包括:
上位机配置步骤一,上位机根据接收的组播包,并发现控制器,
上位机配置步骤二,上位机选择目标控制器,调用数据库中目标控制器对应服务的数据,人工或自动选择对应服务的状态,
上位机配置步骤三,上位机下发控制器配置文件至目标控制器;
控制器配置步骤包括:
控制器配置步骤一,控制器发送包含有标识码的组播包,供上位机接收查询,
控制器配置步骤二,启动时读取配置文件,并根据配置文件执行对应的服务。
可选的,在所述上位机配置步骤一中,上位机解析控制器的组播包的标识码来区分控制器的属性,所述的标识码为组播包内自定义的地址字段。
可选的,所述上位机配置步骤二中,上位机选择目标控制器包括对控制器的批量选择和单独选择,然后根据控制器的属性在上位机上由人工或自动选择对应服务的状态。
可选的,若控制器的属性为符合设定属性,在上位机上自动选择已经预设的对应服务的状态进行下发。
可选的,所述的控制器至少包括网络通信模块和守护进程模块,
所述网络通信模块与上位机进行通讯,收发网络数据包、发送包含标识控制器的地址字段的组播包、接收上位机下发的配置文件、并配合上位机完成站间大小包无扰切换机制;
所述守护进程模块在控制器启动时读取配置文件,根据配置文件来确定控制器属性、根据配置文件打开或关闭对应服务。
可选的,所述站间大小包无扰切换机制适用于站间若干控制器之间的通信,所述的大小包中的大包为超过1MTU单元的数据包,所述的大小包中的小包为小于等于1MTU单元的数据包。
可选的,所述站间大小包无扰切换机制包括以下步骤,
站间大小包无扰切换机制步骤一,各参与站间通信的控制器启动,读取配置文件,并根据配置文件配置成发送站或接收站,
站间大小包无扰切换机制步骤二,发送站一开始用以前的大包方式发送,如果发送站检测到拓扑网络里的所有站点都是能够处理小包的,则改用小包发送,如果发送站检测到拓扑网络里存在未升级过的不能处理小包的站点,则仍然使用大包发送。
可选的,各参与站间通信的控制器发送的大包中,至少包括一个字段用于标记当前控制器是否能够处理小包。
可选的,若在站间通信中,发送站目标中只存在能够处理小包的接收站,即使站间通信时网络拓扑结构中连接有只能处理大包的接收站,发送站依然切换为小包形式进行站间通信,不能处理小包的接收站,接收小包数据后,根据配置文件对本次通信行为进行处理。
本发明的有益效果:
本发明中,提供了一套上位机与控制器相互配合的软件,可以通过上位机配置不同控制器的功能,旨在使用同一套软件就可以配置不同类型的控制器的不同功能,达到软件定义硬件的目的,有助于软件向个性化方向发展、硬件向标准化方向发展;
本发明中,采用配套易用的上位机,实现一个上位机配置多个控制器;
本发明中,上位机与控制器通过以太网进行通讯,上位机可以发现多个控制器,并对多个控制器进行批量配置,具有一定的使用价值和推广价值。
附图说明
图1为本发明上位机与控制器的一种结构示意图。
图2为本发明网络数据包大小切换的一种结构示意图。
图3为本发明上位机的一种配置界面示意图。
图4为控制器内部模块的一种结构示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例,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。
如图1-图4所示,一种软件定义硬件的多平台控制器同步方法,适用于上位机与控制器之间的一体化控制,上位机与控制器之间通信连接,其特征在于,所述上位机中存储有包含所有所需控制器和控制器对应服务在内的数据库,包括上位机配置步骤和控制器配置步骤,
上位机配置步骤包括:
上位机配置步骤一,上位机根据接收的组播包,并发现控制器,
上位机配置步骤二,上位机选择目标控制器,调用数据库中目标控制器对应服务的数据,人工或自动选择对应服务的状态,
上位机配置步骤三,上位机下发控制器配置文件至目标控制器;
控制器配置步骤包括:
控制器配置步骤一,控制器发送包含有标识码的组播包,供上位机接收查询,
控制器配置步骤二,启动时读取配置文件,并根据配置文件执行对应的服务。
在所述上位机配置步骤一中,上位机解析控制器的组播包的标识码来区分控制器的属性,所述的标识码为组播包内自定义的地址字段。
上位机配置步骤二中,上位机选择目标控制器包括对控制器的批量选择和单独选择,然后根据控制器的属性在上位机上由人工或自动选择对应服务的状态。
若控制器的属性为符合设定属性,在上位机上自动选择已经预设的对应服务的状态进行下发。
所述的控制器至少包括网络通信模块和守护进程模块,
所述网络通信模块与上位机进行通讯,收发网络数据包、发送包含标识控制器的地址字段的组播包、接收上位机下发的配置文件、并配合上位机完成站间大小包无扰切换机制;
所述守护进程模块在控制器启动时读取配置文件,根据配置文件来确定控制器属性、根据配置文件打开或关闭对应服务。
站间大小包无扰切换机制适用于站间若干控制器之间的通信,所述的大小包中的大包为超过1MTU单元的数据包,所述的大小包中的小包为小于等于1MTU单元的数据包。
站间大小包无扰切换机制包括以下步骤,
站间大小包无扰切换机制步骤一,各参与站间通信的控制器启动,读取配置文件,并根据配置文件配置成发送站或接收站,
站间大小包无扰切换机制步骤二,发送站一开始用以前的大包方式发送,如果发送站检测到拓扑网络里的所有站点都是能够处理小包的,则改用小包发送,如果发送站检测到拓扑网络里存在未升级过的不能处理小包的站点,则仍然使用大包发送。
各参与站间通信的控制器发送的大包中,至少包括一个字段用于标记当前控制器是否能够处理小包。
若在站间通信中,发送站目标中只存在能够处理小包的接收站,即使站间通信时网络拓扑结构中连接有只能处理大包的接收站,发送站依然切换为小包形式进行站间通信,不能处理小包的接收站,接收小包数据后,根据配置文件对本次通信行为进行处理。
上位机通过以太网与控制器进行通讯,形成拓扑网络,上位机发现控制器并对控制器进行配置,具体步骤为:上位机选择需要配置的控制器,再根据需要选择控制器的型号,选择开启或关闭modbusTCP服务,上位机下发一个配置文件到控制器,控制器的网络模块与上位机进行通讯,接收上位机下发的配置文件,启动守护进程,守护进程读取配置文件,根据配置文件来确定控制器型号是否正确,守护进程根据配置文件打开或关闭modbusTCP服务的功能。
本发明工作原理:上位机通过以太网与控制器进行通讯,上位机可以发现多个控制器,并对多个控制器进行批量配置,上位机软件可以通过接收控制器的组播包来发现控制器,不同的控制器通过组播包里的一个地址字段来区分,通常称作SNet地址字段,也可以根据自己需要定义类似的字段。
首先选择需要配置的控制器,可以选择全部控制器或部分控制器或单个控制器,再选择需要的型号,图3中选择为CT1161,同时,可以选择开启或者关闭ModbusTCP服务,选择完毕后,上位机会下发一个配置文件到控制器上,之后就是控制器根据此配置文件进行处理。
控制器内部有多个模块,图4中只标识了与本发明有关的两个功能模块,网络模块和守护进程模块。
网络模块:负责与上位机进行通讯,收发网络数据包;发送组播包,其中包含标识控制器的地址字段;支撑下载文件功能,接收上位机下发的配置文件;能够站间大小包无忧切换。
站间大小包无忧切换,具体为:控制器配置成发送站点或接收站点;发送站点采用网络数据包大包发送;发送站点判断拓扑网络的站点是否能够处理网络数据包小包;能够处理网络数据包小包的站点,发送站点改用小包发送至接收站点,不能处理网络数据包小包的站点,发送站点用网络数据包大包发送至接收站点;新升级的版本通过一个包中的字段,本发明使用 STATION_INFO包内标记,标记自己能否处理改过的小包。
站间通讯问题是控制***的一大痛点。包过大容易引发站间变量调用失败现象,具体的原因分析为: 大量的超过1个MTU单元大小的数据包通讯时易引发协议栈不稳定,进而导致站间通讯故障。于是,需要控制器具有支持大小包切换的能力。此功能应用于多个控制器间通讯的场景,现有的控制***存在不同的站间变量的通讯格式,通过软件定义硬件的方式,可以实现站间通讯的协议兼容无扰切换大小包的网络数据的发送和接收。
守护进程:启动时读取配置文件,根据配置文件来确定控制器型号;根据配置文件打开或关闭对应功能,本发明是打开或关闭modbusTCP的功能。
另外,可以增加特殊控制器型号的配置,我们有一款特殊的控制器型号称为CT1161B,此型号由硬件决定,在读取到硬件是CT1161B时则强制设置为此型号,然后打开、关闭此型号的对应功能,不再理会配置文件;此策略拓展配置能力,且如果现场已有此类型号的设备时,可以直接升级控制器使用,提高了易用易维护的能力
网络数据包采用STATION_INFO包内标记来标记自己能否处理改过的小包,上位机可以选择全部控制器或部分控制器或单个控制器。
已知每个控制器都能收到各个控制模块发出来的STATION_INFO包,是一种小于1500B的包,在升级版本程序里,用这个STATION_INFO包,标记上自己能否接收新的NETRDB_SMALL_BRD包,只要网络上存在未升级的,则用原来的STATION_INFO包发送站间变量数据,若网络上其他站点都是升级过的,则用新的NETRDB_SMALL_BRD包发送站间变量数据。
一种软件定义硬件的多平台控制器同步装置,包括上位机和控制器,上位机与控制器之间的一体化控制,所述上位机中存储有包含所有所需控制器和控制器对应服务在内的数据库,上位机与控制器之间通信连接,所述上位机工作时执行以下步骤:
上位机配置步骤一,上位机根据接收的组播包,并发现控制器,
上位机配置步骤二,上位机选择目标控制器,调用数据库中目标控制器对应服务的数据,人工或自动选择对应服务的状态,
上位机配置步骤三,上位机下发控制器配置文件至目标控制器;
所述控制器工作配置时执行以下步骤:
控制器配置步骤一,控制器发送包含有标识码的组播包,供上位机接收查询,
控制器配置步骤二,启动时读取配置文件,并根据配置文件执行对应的服务。
本发明聚焦了软件定义硬件的新概念,所谓软件定义硬件,就是用软件去定义硬件的功能,用软件为硬件赋能。软件定义的核心是API(Application ProgrammingInterface);在API之上,一切皆可编程;API之下,“如无必要、勿增实体”,其核心思想是:软件和硬件在逻辑上是等价的;以充分且必要的硬件为基础,通过软件可以实现任意丰富的功能;API解除了软硬件之间的耦合关系,使得两者可以各自独立演化,有助于软件向个性化方向发展、硬件向标准化方向发展。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种软件定义硬件的多平台控制器同步方法,适用于上位机与控制器之间的一体化控制,上位机与控制器之间通信连接,其特征在于,所述上位机中存储有包含所有所需控制器和控制器对应服务在内的数据库,包括上位机配置步骤和控制器配置步骤,
上位机配置步骤包括:
上位机配置步骤一,上位机根据接收的组播包,并发现控制器,
上位机配置步骤二,上位机选择目标控制器,调用数据库中目标控制器对应服务的数据,人工或自动选择对应服务的状态,
上位机配置步骤三,上位机下发控制器配置文件至目标控制器;
控制器配置步骤包括:
控制器配置步骤一,控制器发送包含有标识码的组播包,供上位机接收查询,
控制器配置步骤二,启动时读取配置文件,并根据配置文件执行对应的服务。
2.根据权利要求1所述一种软件定义硬件的多平台控制器同步方法,其特征在于,在所述上位机配置步骤一中,上位机解析控制器的组播包的标识码来区分控制器的属性,所述的标识码为组播包内自定义的地址字段。
3.根据权利要求2所述一种软件定义硬件的多平台控制器同步方法,其特征在于,所述上位机配置步骤二中,上位机选择目标控制器包括对控制器的批量选择和单独选择,然后根据控制器的属性在上位机上由人工或自动选择对应服务的状态。
4.根据权利要求3所述一种软件定义硬件的多平台控制器同步方法,其特征在于,若控制器的属性为符合设定属性,在上位机上自动选择已经预设的对应服务的状态进行下发。
5.根据权利要求3所述一种软件定义硬件的多平台控制器同步方法,其特征在于,所述的控制器至少包括网络通信模块和守护进程模块,
所述网络通信模块与上位机进行通讯,收发网络数据包、发送包含标识控制器的地址字段的组播包、接收上位机下发的配置文件、并配合上位机完成站间大小包无扰切换机制;
所述守护进程模块在控制器启动时读取配置文件,根据配置文件来确定控制器属性、根据配置文件打开或关闭对应服务。
6.根据权利要求5所述一种软件定义硬件的多平台控制器同步方法,其特征在于,所述站间大小包无扰切换机制适用于站间若干控制器之间的通信,所述的大小包中的大包为超过1MTU单元的数据包,所述的大小包中的小包为小于等于1MTU单元的数据包。
7.根据权利要求6所述一种软件定义硬件的多平台控制器同步方法,其特征在于,所述站间大小包无扰切换机制包括以下步骤,
站间大小包无扰切换机制步骤一,各参与站间通信的控制器启动,读取配置文件,并根据配置文件配置成发送站或接收站,
站间大小包无扰切换机制步骤二,发送站一开始用以前的大包方式发送,如果发送站检测到拓扑网络里的所有站点都是能够处理小包的,则改用小包发送,如果发送站检测到拓扑网络里存在未升级过的不能处理小包的站点,则仍然使用大包发送。
8.根据权利要求7所述一种软件定义硬件的多平台控制器同步方法,其特征在于,各参与站间通信的控制器发送的大包中,至少包括一个字段用于标记当前控制器是否能够处理小包。
9.根据权利要求8所述一种软件定义硬件的多平台控制器同步方法,其特征在于,若在站间通信中,发送站目标中只存在能够处理小包的接收站,即使站间通信时网络拓扑结构中连接有只能处理大包的接收站,发送站依然切换为小包形式进行站间通信,不能处理小包的接收站,接收小包数据后,根据配置文件对本次通信行为进行处理。
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