基于RS-485半双工总线的通信系统及业务盘通信升级方法

摘要

本发明公开了一种基于RS-485半双工总线的通信系统及业务盘通信升级方法，涉及RS-485串口通信领域。该系统包括发送消息队列模块、发送任务模块、接收任务模块和定时器；发送消息队列模块用于：当主控盘需要向业务盘发送通信数据时，将应用层通信信息和目的业务盘地址封装为通信数据；发送任务模块用于：获取通信数据，检查当前RS-485半双工总线的通信状态；接收任务模块用于：接收发送任务模块发送的通信数据，当收到通信数据的完整数据帧后，确定数据帧的帧头检查结果。本发明不仅适用范围比较广泛，能够降低通信设备的维护成本；而且能够对多个业务盘的软件进行批量升级，工作效率较高，便于人们使用。

说明书

技术领域

本发明涉及RS-485串口通信领域，具体涉及一种基于RS-485 半双工总线的通信系统及业务盘通信升级方法。

背景技术

RS-485是EIA(Electronic Industries Association，电子工业协会) 制订的一种串行通信标准，基于RS-485的半双工总线通常用于通信 设备之间的数据通道。参见图1所示，通信设备包括控制模块(即主 控盘)和若干业务模块(即业务盘，业务盘1、业务盘2和业务盘3 等)。每个业务盘均通过RS-485半双工总线与主控盘进行通信，业务 盘的软件通过RS-485半双工总线进行升级。

但是，业务盘通过RS-485半双工总线进行通信和升级时，存在 以下缺陷：

(1)业务盘的软件进行升级时，需要将主控盘和业务盘对接在 通信设备外部机框的通信接口上，若通信设备没有通信接口，则业务 盘的软件无法升级。因此，现有的业务盘的软件只能在具有通信接口 的条件下进行升级，其适用范围比较单一。

(2)主控盘和业务盘进行通信时，需要人工将主控盘和业务盘 对接在通信设备机框的通信接口上，当业务盘数量较多时，插接较多 的业务盘的操作过程比较复杂，而且现有的主控盘一次只能对一个已 经插接的业务盘的软件进行升级，若需要升级其他业务盘的软件，需 要更换业务盘，其工作效率较低，而且不便于人们使用。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于 RS-485半双工总线的通信系统及业务盘通信升级方法，不仅适用范 围比较广泛，能够降低通信设备的维护成本；而且能够对多个业务盘 的软件进行批量升级，工作效率较高，便于人们使用。

为达到以上目的，本发明提供一种基于RS-485半双工总线的通 信系统，包括发送消息队列模块、发送任务模块、接收任务模块和定 时器；

所述发送消息队列模块用于：当主控盘需要向业务盘发送通信数 据时，根据预设的主控盘应用层通信协议，将主控盘的应用层通信信 息和目的业务盘地址封装为通信数据；

所述发送任务模块用于：从发送消息队列模块中获取通信数据， 检查当前RS-485半双工总线的通信状态：

若当前RS-485半双工总线的通信状态为空闲，通过RS-485半双 工总线向接收任务模块发送通信数据，标记当前的RS-485半双工总 线通信状态为繁忙；记录本次发送的目的业务盘地址和通信数据的数 据帧的序号，启动定时器；

若当前RS-485半双工总线的通信状态为繁忙，按照预先设定的 延迟时间进行等待，延迟时间过后，再次检查当前RS-485半双工总 线的总线通信状态；

所述接收任务模块用于：接收发送任务模块发送的通信数据，当 收到通信数据的完整数据帧后，确定数据帧的帧头检查结果：

若帧头检查结果为帧头数据非法，则丢弃当前通信数据：

若帧头检查结果为帧头数据合法，且帧头数据中的目的业务盘的 地址、数据帧的序号与当前RS-485半双工总线记录的目的业务盘的 地址、数据帧的序号一致，则确定当前通信数据为预期的应答数据， 将当前通信数据发送至相应的业务盘处理；控制发送任务模块停止定 时器，设置RS-485总线通信状态为空闲；

若帧头检查结果为帧头数据合法，且帧头数据中的目的业务盘的 地址、数据帧的序号与当前RS-485半双工总线记录的目的业务盘的 地址、数据帧的序号不一致，则确定当前通信数据不是预期的应答数 据，丢弃当前通信数据；

所述定时器用于：设置数据发送超时时间，在发送任务模块向接 收任务模块发送通信数据后启动；若在超时时间内接收任务模块收到 预期的通信数据，则停止工作；若在超时时间内接收任务模块未收到 预期的通信数据，则控制发送任务模块标记当前RS-485半双工总线 的通信状态为空闲。

在上述技术方案的基础上，所述应用层通信协议规定通信数据包 括帧头和数据静荷，

所述帧头包括：

长度为2字节的地址address，address用于标识业务盘的地址， 发送任务模块发送通信数据时填写为业务盘的地址，接收任务模块接 收通信数据后，仅当该通信数据中的业务盘地址与address标识的业 务盘的地址相同时，才处理通信数据；

长度为2字节的长度length，length用于标识数据帧的总长度， 总长度包括帧头的长度和数据静荷的长度；

长度为2字节的数据帧的序号sequence，sequence用于在发送任 务模块发送通信数据时生成一个新的序号、并填写至通信数据的帧头 中，接收任务模块接收通信数据后，仅当该通信数据中的数据帧的序 号与sequence中的序号相同时，才确定为预期的应答数据；

长度为2字节的分片数fragment Num，fragment Num用于限制 主控盘和业务盘的通信资源；

长度为2字节的分片序号Fragment No，Fragment No从1开始设 置，其用于标识此当前分片在所有分片中的序号；

长度为2字节的数据类型type，type用于标识后续数据静荷的类 型。

本发明还提供一种用于上述系统的基于RS-485半双工总线的业 务盘通信方法，包括以下步骤：

A、当主控盘需要向业务盘发送数据时，发送消息队列模块根据 预设的主控盘应用层通信协议，将主控盘的应用层通信信息和目的业 务盘地址封装为通信数据；转到步骤B；

B、在发送任务模块中预先设定延迟时间，发送任务模块从发送 消息队列模块中获取通信数据；转到步骤C；

C、发送任务模块检查当前RS-485半双工总线的通信状态：

若当前RS-485半双工总线的通信状态为空闲，通过RS-485半双 工总线向接收任务模块发送通信数据，并标记当前的RS-485半双工 总线通信状态为繁忙；记录本次发送的目的业务盘地址和通信数据的 数据帧的序号，启动定时器，在定时器中设置数据发送超时时间，转 到步骤D；

若当前RS-485半双工总线的通信状态为繁忙，按照延迟时间进 行等待，延迟时间过后，重新执行步骤C；

D、接收任务模块判断在超时时间内是否收到通信数据的完整数 据帧，若是，转到步骤E，否则发送任务模块标记当前RS-485半双 工总线的通信状态为空闲，结束；

E、接收任务模块确定数据帧的帧头检查结果：

若帧头检查结果为帧头数据非法，则丢弃当前通信数据，结束；

若帧头检查结果为帧头数据合法，且帧头数据中的目的业务盘的 地址、数据帧的序号与当前RS-485半双工总线记录的目的业务盘的 地址、数据帧的序号一致，则确定当前通信数据为预期的应答数据， 将当前通信数据发送至相应的业务盘处理；发送任务模块停止定时 器，结束；

若帧头检查结果为帧头数据合法，且帧头数据中的目的业务盘的 地址、数据帧的序号与当前RS-485半双工总线记录的目的业务盘的 地址、数据帧的序号不一致，则确定当前通信数据不是预期的应答数 据，丢弃当前通信数据，结束。

在上述技术方案的基础上，步骤D中若帧头检查结果为帧头数 据非法包括以下步骤：若帧头检查结果为帧头数据中的帧长、目的业 务盘地址或者数据帧的序号错误，则确定帧头数据非法。

本发明还提供一种应用上述通信方法的业务盘升级方法，包括以 下步骤：

S1：用户选择基于RS-485半双工总线的业务盘升级软件，用户 在业务盘升级软件中选择需要升级的软件文件；

S2：发送任务模块从发送消息队列模块中获取与当前软件文件对 应的通信数据包，发送任务模块根据通信数据包构造RS485发送消 息报文、并将RS485发送消息报文发送至接收任务模块；

S3：接收任务模块确定RS485发送消息报文的参数后，将RS485 发送消息报文分发至对应的业务盘；

S4：业务盘的软件根据收到的RS485发送消息报文进行升级。

在上述技术方案的基础上，步骤S2具体包括以下步骤：

S201：发送任务模块从发送消息队列模块中获取通信数据包，发 送任务模块获取目的业务盘支持主从通信协议的最大包长；

S202：发送任务模块确定当前通信数据包的长度是否超过最大包 长，若是，转到步骤S203，否则转到步骤S204；

S203：发送任务模块对当前通信数据包进行分包和压缩，转到步 骤S204；

S204：发送任务模块根据通信数据包构造RS485发送消息报文， 将所有RS485发送消息报文形成RS485发送队列，转到步骤S205；

S205：发送任务模块按照RS485发送队列的顺序确定当前需要 发送的RS485发送消息报文，转到步骤S206；

S206：发送任务模块锁定并读取与当前RS485发送消息报文对 应的RS485会话记录，转到步骤S207；

S207：发送任务模块判断当前RS485发送消息报文的属性与当 前会话记录的属性是否相同，若是，转到步骤S208，否则转到步骤 S210；

S208：发送任务模块确定定时器的工作状态，若定时器启动，停 止定时器；若定时器未启动，发送任务模块通过RS485驱动程序发 送当前RS485发送消息报文；并启动定时器，若在定时器设置的超 时时间内收到接收任务模块的应答，则解锁当前RS485会话记录， 转到步骤S209；若在超时时间内未收到接收任务模块的应答，则解 锁并清楚当前RS485会话记录，转到步骤S209；

S209：判断RS485发送队列中的RS485发送消息报文是否全部 发送，若是，步骤S2结束，转到步骤S3；否则再次执行步骤S205；

S210：解锁当前RS485会话记录，根据预先设置的延迟时间进 行等待，延迟时间过后，重新执行步骤S206。

在上述技术方案的基础上，步骤S206中所述会话记录包括槽位 号、消息码和会话ID信息。

在上述技术方案的基础上，步骤S3具体包括以下步骤：

S301：接收任务模块接收RS485发送消息报文，获取当前业务 盘的最大分片长度；

S302：接收任务模块根据最大分片长度，判断当前RS485发送 消息报文是否为分片报文，若是，转到步骤S303，否则转到步骤S304；

S303：接收任务模块对当前RS485发送消息报文进行重组，转 到步骤S304；

S304：接收任务模块比较当前RS485发送消息报文与其对应的 RS485发送记录中的消息属性是否相同，若是，转到步骤S305，否 则转到步骤S306；

S305：接收任务模块清除与当前RS485发送消息报文对应的 RS485发送记录，转到步骤S306；

S306：接收任务模块判断当前RS485发送消息报文是否为压缩 报文，若是，转到步骤S307，否则转到步骤S308；

S307：接收任务模块对当前RS485发送消息报文进行解压，转 到步骤S308；

S308：接收任务模块将解压后的RS485发送消息报文分发至对 应的业务盘，结束。

在上述技术方案的基础上，步骤S4中所述业务盘的软件根据收 到的RS485发送消息报文进行升级之后，还包括以下步骤：业务盘 的软件升级成功后，向主控盘返回升级成功信息，业务盘的软件升级 失败后，向主控盘返回升级失败信息。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明的主控盘能够复用RS-485半双工总线直接向业务盘 的端口发送通信数据，与现有技术中只能通过通信设备外部的通信接 口对业务盘的软件进行升级相比，本发明能够在不使用通信设备外部 的通信接口的情况下对业务盘的软件进行升级，不仅适用范围比较广 泛，而且能够降低通信设备的维护成本。

(2)本发明对业务盘的软件进行升级时，主控盘能够同时对多 个业务盘发送通信数据，与现有技术中一次只能对一个业务盘的软件 进行升级相比，本发明能够对多个业务盘的软件进行批量升级，其工 作效率较高，便于人们使用。

附图说明

图1为背景技术中通信设备通过RS-485半双工总线通信和升级 的结构框图；

图2为本发明实施例中步骤S2的流程图；

图3为本发明实施例中步骤S3的流程图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

在RS-485半双工总线系统中，主控盘(即通信设备的“主”设 备)主动向业务盘(即通信设备的“从”设备)发送数据，业务盘仅 对目的为自身的数据回复应答，不允许主动发送数据。

本发明实施例中的基于RS-485半双工总线的通信系统，包括发 送消息队列模块、发送任务模块、接收任务模块和定时器。

发送消息队列模块用于：当主控盘需要向业务盘发送通信数据 时，根据预设的主控盘应用层通信协议，将主控盘的应用层通信信息 和目的业务盘地址封装为通信数据。

发送任务模块用于：从发送消息队列模块中获取通信数据，检查 当前RS-485半双工总线的通信状态：

若当前RS-485半双工总线的通信状态为空闲，通过RS-485半双 工总线向接收任务模块发送通信数据，标记当前的RS-485半双工总 线通信状态为繁忙；记录本次发送的目的业务盘地址和通信数据的数 据帧的序号，启动定时器。

若当前RS-485半双工总线的通信状态为繁忙，按照预先设定的 延迟时间进行等待，延迟时间过后，再次检查当前RS-485半双工总 线的总线通信状态。

接收任务模块用于：接收发送任务模块发送的通信数据，当收到 通信数据的完整数据帧后，确定数据帧的帧头检查结果：

若帧头检查结果为帧头数据非法(例如帧头数据中的帧长、目的 业务盘地址或者数据帧的序号错误等参数)，则丢弃当前通信数据。

若帧头检查结果为帧头数据合法，且帧头数据中的目的业务盘的 地址、数据帧的序号与当前RS-485半双工总线记录的目的业务盘的 地址、数据帧的序号一致，则确定当前通信数据为预期的应答数据， 将当前通信数据发送至相应的业务盘处理；控制发送任务模块停止定 时器，设置RS-485总线通信状态为空闲。

若帧头检查结果为帧头数据合法，且帧头数据中的目的业务盘的 地址、数据帧的序号与当前RS-485半双工总线记录的目的业务盘的 地址、数据帧的序号不一致，则确定当前通信数据不是预期的应答数 据，丢弃当前通信数据。

定时器用于：设置数据发送超时时间，在发送任务模块向接收任 务模块发送通信数据后启动；若在超时时间内接收任务模块收到预期 的通信数据，则停止工作；若在超时时间内接收任务模块未收到预期 的通信数据，则控制发送任务模块标记当前RS-485半双工总线的通 信状态为空闲。

本发明实施例中的应用层通信协议规定通信数据包括帧头和数 据静荷，帧头包括：

长度为2字节的address(地址)，address用于标识业务盘的地址， 发送任务模块发送通信数据时填写为业务盘的地址，接收任务模块接 收通信数据后，仅当该通信数据中的地址与标识业务盘的地址相同 时，才处理通信数据，处理通信数据时填写当前业务盘的地址。

长度为2字节的length(长度)，length用于标识数据帧的总长度， 总长度包括帧头的长度和数据静荷的长度等。由于数据静荷部分长度 可变，因此length能够用于接收端识别完整数据帧的结束位置。

长度为2字节的sequence(数据帧的序号)，sequence用于在发 送任务模块发送通信数据时生成一个新的序号、并填写至通信数据的 帧头中，接收任务模块接收通信数据后，仅当该通信数据中的数据帧 的序号与sequence中的序号相同时，才确定为预期的应答数据。

长度为2字节的fragment Num(分片数)，fragment Num用于限 制主控盘和业务盘的通信资源，由于在RS-485半双工总线上传输的 最大数据帧的长度有限，因此当待发送数据的长度超过最大长度时， 需要分片后再发送。fragment Num记录通信数据分片后的总分片数， fragment Num为0表示未分片。

长度为2字节的Fragment No(分片序号)，Fragment No从1开 始设置，其用于标识此当前分片在所有分片中的序号。

长度为2字节的type(数据类型)，type用于标识后续数据静荷 的类型。

通信数据的数据静荷用于携带通信数据的详细信息，数据静荷的 长度根据内容的不同发生改变，数据静荷一般为主控盘向业务盘下发 的配置或控制命令，或者业务盘向主控盘应答的状态信息。本实施例 中的净荷承载为软件版本信息和软件版本文件。

本发明实施例中的用于上述系统的基于RS-485半双工总线的业 务盘通信方法，包括以下步骤：

A、当主控盘需要向业务盘发送数据时，发送消息队列模块根据 预设的主控盘应用层通信协议，将主控盘的应用层通信信息和目的业 务盘地址封装为通信数据，转到步骤B。

B、在发送任务模块中预先设定延迟时间，发送任务模块从发送 消息队列模块中获取通信数据，转到步骤C。

C、发送任务模块检查当前RS-485半双工总线的通信状态：

若当前RS-485半双工总线的通信状态为空闲，通过RS-485半双 工总线向接收任务模块发送通信数据，并标记当前的RS-485半双工 总线通信状态为繁忙；记录本次发送的目的业务盘地址和通信数据的 数据帧的序号，启动定时器，在定时器中设置数据发送超时时间，转 到步骤D。

若当前RS-485半双工总线的通信状态为繁忙，按照延迟时间进 行等待，延迟时间过后，重新执行步骤C。

D、接收任务模块判断在超时时间内是否收到通信数据的完整数 据帧，若是，转到步骤E，否则发送任务模块标记当前RS-485半双 工总线的通信状态为空闲，结束。

E、接收任务模块确定数据帧的帧头检查结果：

若帧头检查结果为帧头数据非法，则丢弃当前通信数据，结束。

若帧头检查结果为帧头数据合法，且帧头数据中的目的业务盘的 地址、数据帧的序号与当前RS-485半双工总线记录的目的业务盘的 地址、数据帧的序号一致，则确定当前通信数据为预期的应答数据， 将当前通信数据发送至相应的业务盘处理；发送任务模块停止定时 器，结束。

若帧头检查结果为帧头数据合法，且帧头数据中的目的业务盘的 地址、数据帧的序号与当前RS-485半双工总线记录的目的业务盘的 地址、数据帧的序号不一致，则确定当前通信数据不是预期的应答数 据，丢弃当前通信数据，结束。

本发明实施例中的应用上述通信方法的业务盘升级方法，包括以 下步骤：

S1：用户选择基于RS-485半双工总线的业务盘升级软件，用户 在业务盘升级软件中选择需要升级的软件文件。

S2：发送任务模块从发送消息队列模块中获取与当前软件文件对 应的通信数据包，发送任务模块根据通信数据包构造RS485发送消 息报文、并将RS485发送消息报文发送至接收任务模块。

S3：接收任务模块确定RS485发送消息报文的参数后，将RS485 发送消息报文分发至对应的业务盘。

S4：业务盘的软件根据收到的RS485发送消息报文(即升级软 件文件包)进行升级，业务盘的软件升级成功后，向主控盘返回升级 成功信息，业务盘的软件升级失败后，向主控盘返回升级失败信息。

参加图2所示，步骤S2具体包括以下步骤：

S201：发送任务模块从发送消息队列模块中获取通信数据包，发 送任务模块获取目的业务盘支持主从通信协议的最大包长。

S202：发送任务模块确定当前通信数据包的长度是否超过最大包 长，若是，转到步骤S203，否则转到步骤S204。

S203：发送任务模块对当前通信数据包进行分包和压缩，转到步 骤S204。

S204：发送任务模块根据通信数据包构造RS485发送消息报文， 将所有RS485发送消息报文形成RS485发送队列，转到步骤S205。

S205：发送任务模块按照RS485发送队列的顺序确定当前需要 发送的RS485发送消息报文，转到步骤S206。

S206：锁定并读取与当前RS485发送消息报文对应的RS485会 话记录，会话记录包括槽位号、消息码和会话ID信息等，转到步骤 S207。

S207：发送任务模块判断当前RS485发送消息报文的属性与当 前会话记录的属性(目的业务盘的地址、数据帧的序号)是否相同， 若是，转到步骤S208，否则转到步骤S210。

S208：发送任务模块确定定时器的工作状态，若定时器启动，停 止定时器；若定时器未启动，发送任务模块通过RS485驱动程序发 送当前RS485发送消息报文。启动定时器，若在定时器设置的超时 时间内收到接收任务模块的应答，则解锁当前RS485会话记录，转 到步骤S209；若在超时时间内未收到接收任务模块的应答，则解锁 并清楚当前RS485会话记录，转到步骤S209。

S209：判断RS485发送队列中的RS485发送消息报文是否全部 发送，若是，步骤S2结束，转到步骤S3；否则转到步骤S205。

S210：解锁当前RS485会话记录，根据预先设置的延迟时间进 行等待，延迟时间过后，重新执行步骤S206。

参见图3所示，步骤S3具体包括以下步骤：

S301：接收任务模块接收RS485发送消息报文，获取当前业务 盘的最大分片长度。

S302：接收任务模块根据最大分片长度，判断当前RS485发送 消息报文是否为分片报文，若是，转到步骤S303，否则转到步骤S304。

S303：接收任务模块对当前RS485发送消息报文进行重组，转 到步骤S304。

S304：接收任务模块比较当前RS485发送消息报文与其对应的 RS485发送记录中的消息属性(目的业务盘的地址、数据帧的序号) 是否相同，若是，转到步骤S305，否则转到步骤S306。

S305：接收任务模块清除与当前RS485发送消息报文对应的 RS485发送记录，转到步骤S306。

S306：接收任务模块判断当前RS485发送消息报文是否为压缩 报文，若是，转到步骤S307，否则转到步骤S308。

S307：接收任务模块对当前RS485发送消息报文进行解压，转 到步骤S308。

S308：接收任务模块将解压后的RS485发送消息报文分发至对 应的业务盘，结束。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰， 这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细 描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。