一种基于信息交互中间件的嵌入式多处理器通信网络

一种基于信息交互中间件的嵌入式多处理器通信网络
【技术领域】
1.本发明涉及分布式通信技术领域，具体涉及一种基于信息交互中间件的嵌入式多处理器通信网络。


背景技术：

2.嵌入式微控制器芯片种类繁多而且处理器架构也存在较大差异，例如有基于arm、risc-v，8051、dsp等架构的芯片，不同架构的芯片具有不同的指令集、性能等特点，这导致开发者在传统的多处理器嵌入式开发中，需要使用多种总线协议来实现设备间通信，例如i2c、spi、uart、can等，并且还需要考虑指令、信息、错误处理、冲突、优先级、延迟这些可能会导致系统的性能下降的问题。这种情况下，实现多处理器信息交互是一件复杂和耗时的事情，而且随着功能的变化也变得拓展困难。
3.基于以上原因，在多处理器嵌入式开发中，通常需要开发者使用多种总线协议来实现设备间通信，并且需要处理指令、信息、错误处理、冲突、优先级、延迟等，这不仅导致开发者花费大量时间在多处理器信息交互上，还造成后续更新和维护困难。
4.本发明针对多处理器嵌入式开发中，需要花费大量时间进行多处理器信息交互、且后续更新和维护困难的技术问题，对嵌入式多处理器通信网络信息交互中间件进行了技术改进。


技术实现要素：

5.本发明的目的是，提出一种多种嵌入式微控制器芯片处理器规范化信息交互的通信网络。
6.为实现上述目的，本发明采取的技术方案是一种基于信息交互中间件的嵌入式多处理器通信网络，包括若干嵌入式单处理器节点，所述若干嵌入式单处理器节点通过通信总线连接成通信网络，所述嵌入式单处理器节点包括处理器、存储器、以及接入通信总线的通信接口，所述处理器包括多种嵌入式微控制器芯片，所述存储器中存储有信息交互中间件协议程序，所述处理器用于执行信息交互中间件协议程序，所述处理器受控于信息交互中间件协议程序向应用程序提供固定格式数据帧的信息发送和接收接口、对信息数据帧进行分析和路由管理、通过通信接口驱动程序将多种嵌入式微控制器芯片通信接口抽象规范化实现多种嵌入式微控制器芯片信息交互。
7.优选地，所述通信接口包括通信控制端口，所述若干嵌入式单处理器节点将通信接口发送端和接收端通过单总线连接在一起，并通过通信控制端口进行端口控制实现链式连接。
8.优选地，所述处理器受控于信息交互中间件协议程序在所述通信网络信息交互前进行通信网络探测包括以下步骤：
9.t1、由嵌入式单处理器节点1发起，嵌入式单处理器节点1通过端口控制发现嵌入式单处理器节点2，嵌入式单处理器节点2发现有节点控制，通过通信网络发送响应命令，嵌
入式单处理器节点1通过通信网络接收嵌入式单处理器节点2响应命令并通过通信网络发送嵌入式单处理器节点2的节点标识为2，此次探测结束；
10.t2、嵌入式单处理器节点2通过端口控制发现嵌入式单处理器节点3，嵌入式单处理器节点3发现有节点控制，通过通信网络发送响应命令，嵌入式单处理器节点2通过通信网络接收嵌入式单处理器节点3响应命令并通过通信网络发送嵌入式单处理器节点3的节点标识为3，以此往复，直到嵌入式单处理器节点n通过探测无法发现其他嵌入式单处理器节点；
11.t3、通信网络探测结束，嵌入式单处理器节点1向所有嵌入式单处理器节点发送通信网络探测结果，所有嵌入式单处理器节点将通信探测结果保存。
12.优选地，所述固定格式数据帧包括信息发送源标识、信息目标标识、信息格式、信息大小、实际的信息以及信息校验码。
13.优选地，所述处理器受控于信息交互中间件协议程序进行固定格式数据帧信息发送包括以下步骤：
14.s1、本嵌入式单处理器节点接收应用程序调用信息发送接口发送的固定格式数据帧；
15.s2、分析固定格式数据帧进行判断，信息目标是否位于本地，如是直接发送实际的信息给应用程序，如否广播固定格式数据帧给所有嵌入式单处理器节点；
16.s3、所有嵌入式单处理器节点接收并分析固定格式数据帧进行判断，是否存在信息目标，如是直接发送实际的信息给应用程序，如否丢弃所述固定格式数据帧信息。
17.本发明有如下一种基于信息交互中间件的嵌入式多处理器通信网络有益效果：通过信息交互中间件层，对应用层提供统一接口实现收发功能，只需要更改中间件层的驱动程序接口就可以适配不同种类和架构的嵌入式控制器，提高了代码的复用率，降低了程序维护和更新成本；通过单收发总线和端口控制配以网络探测方法，以及中间件对信息的管理和路由，很容易实现不同种类和架构的处理器分布式搭建方法和信息交互的能力。
【附图说明】
18.图1是一种基于信息交互中间件的嵌入式多处理器通信网络单处理器节点通信协议架构图。
19.图2是一种基于信息交互中间件的嵌入式多处理器通信网络结构图。
20.图3是一种基于信息交互中间件的嵌入式多处理器通信网络信息帧示意图。
21.图4是一种基于信息交互中间件的嵌入式多处理器通信网络应用程序信息发送流程图。
【具体实施方式】
22.下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步描述。
23.实施例
24.本实施例实现一种基于信息交互中间件的嵌入式多处理器通信网络。
25.本实施例通信网络基于一种多处理器信息交互的中间件，通过将不同处理器的驱动接口的驱动程序抽象出来，并通过通信网络和控制端口拓展，实现不同处理器规范化的
信息交互。
26.图1是一种基于信息交互中间件的嵌入式多处理器通信网络单处理器节点通信协议架构图。如附图1所示，本实施例通信网络将单处理器节点通信协议规范划归为三个层次，自上而下分为，应用层、中间件层、物理层。应用层为各种功能不同的应用程序，通过调用中间件层的程序接口向指定的应用固定格式的一帧数据。中间件向应用层提供信息发送接口，同时负责对来自应用程序发送的信息进行分析，对信息进行管理和路由，以及调用物理层抽象出来的驱动程序控制硬件接口。物理层为各种硬件设备及通信总线介质。
27.图2是一种基于信息交互中间件的嵌入式多处理器通信网络结构图。如附图2所示，本实施例通信网络所有节点将发送和接收通过单总线连接在一起，同时通过端口控制实现链式连接。本实施例通信网络在系统运行之前需要对网络进行探测，通常由节点1发起，节点1通过端口控制发现节点2，节点2发现有节点控制，通过通信网络发送响应命令，节点1通过通信网络接收节点2响应命令并通过通信网络发送节点2的节点标识为2，此次探测结束。节点2通过端口控制发现有节点3响应，节点3发现有节点控制，通过通信网络发送响应命令，节点1通过通信网络接收节点3响应命令发送给节点3的节点标识为3，以次往复，直到节点n通过探测无法发现其他节点，探测结束，最后节点1向所有节点发送探测结果，同时所有节点的中间件层将探测结果保存。
28.图3是一种基于信息交互中间件的嵌入式多处理器通信网络信息帧示意图。如附图3所示，本实施例通信网络标准的一帧信息格式，包含信息发送源标识，信息目标标识，信息格式，信息大小，实际的信息(信息体)以及信息校验码。
29.图4是一种基于信息交互中间件的嵌入式多处理器通信网络应用程序信息发送流程图。如附图4所示，应用程序信息发送流程，应用程序调用中间件层发送信息，中间件接受数据后根据探测保存的结果判断，信息目标是否位于本地，位于本地直接发送给应用程序，如果不位于本地，广播给其他所有节点，其他节点接收数据根据探测保存的结果判断，信息目标是否位于本地，如果不位于本地，直接丢弃该信息，如果位于本地直接发送给应用程序，信息发送结束。
30.本实施例通信网络通过单收发总线和端口控制配以网络探测方法，实现根据探测结果就可知节点的物理位置，达到了分布式网络拓展的便利性，提高了开发的灵活性和可扩展性。
31.进一步地，本实施例通信网络所有节点将探测结果保存，将整个网络状态存储在中间件中，中间件根据探测结果和接收的信息帧内容实现对信息的整理和路由，对本地信息本地发送，降低网络负载，非本地信息通过硬件接口广播给其他所有节点，实现信息发送。
32.本实施例通信网络在stm32和esp32不同架构处理器上实验，通信网络使用串口，控制端口通过io控制(实现)，可以实现上述多处理器信息交互功能的中间件。
33.总之，本实施例通信网络的中间件层是重点，对应用层提供统一接口实现收发功能，只需要更改中间件层的驱动程序接口就可以适配不同种类和架构的嵌入式控制器，提高了代码的复用率，降低了程序维护和更新成本；通过单收发总线和端口控制配以网络探测方法，以及中间件对信息的管理和路由，很容易实现不同种类和架构的处理器分布式搭建方法和信息交互的能力。
34.本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-only memory，rom)或随机存储记忆体(random acess memory，ram)等。
35.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种基于信息交互中间件的嵌入式多处理器通信网络，包括若干嵌入式单处理器节点，其特征在于：所述若干嵌入式单处理器节点通过通信总线连接成通信网络，所述嵌入式单处理器节点包括处理器、存储器、以及接入通信总线的通信接口，所述处理器包括多种嵌入式微控制器芯片，所述存储器中存储有信息交互中间件协议程序，所述处理器用于执行信息交互中间件协议程序，所述处理器受控于信息交互中间件协议程序向应用程序提供固定格式数据帧的信息发送和接收接口、对信息数据帧进行分析和路由管理、通过通信接口驱动程序将多种嵌入式微控制器芯片通信接口抽象规范化实现多种嵌入式微控制器芯片信息交互。2.根据权利要求1所述的一种基于信息交互中间件的嵌入式多处理器通信网络，其特征在于：所述通信接口包括通信控制端口，所述若干嵌入式单处理器节点将通信接口发送端和接收端通过单总线连接在一起，并通过通信控制端口进行端口控制实现链式连接。3.根据权利要求2所述的一种基于信息交互中间件的嵌入式多处理器通信网络，其特征在于所述处理器受控于信息交互中间件协议程序在所述通信网络信息交互前进行通信网络探测包括以下步骤：t1、由嵌入式单处理器节点1发起，嵌入式单处理器节点1通过端口控制发现嵌入式单处理器节点2，嵌入式单处理器节点2发现有节点控制，通过通信网络发送响应命令，嵌入式单处理器节点1通过通信网络接收嵌入式单处理器节点2响应命令并通过通信网络发送嵌入式单处理器节点2的节点标识为2，此次探测结束；t2、嵌入式单处理器节点2通过端口控制发现嵌入式单处理器节点3，嵌入式单处理器节点3发现有节点控制，通过通信网络发送响应命令，嵌入式单处理器节点2通过通信网络接收嵌入式单处理器节点3响应命令并通过通信网络发送嵌入式单处理器节点3的节点标识为3，以此往复，直到嵌入式单处理器节点n通过探测无法发现其他嵌入式单处理器节点；t3、通信网络探测结束，嵌入式单处理器节点1向所有嵌入式单处理器节点发送通信网络探测结果，所有嵌入式单处理器节点将通信探测结果保存。4.根据权利要求3所述的一种基于信息交互中间件的嵌入式多处理器通信网络，其特征在于：所述固定格式数据帧包括信息发送源标识、信息目标标识、信息格式、信息大小、实际的信息以及信息校验码。5.根据权利要求4所述的一种基于信息交互中间件的嵌入式多处理器通信网络，其特征在于所述处理器受控于信息交互中间件协议程序进行固定格式数据帧信息发送包括以下步骤：s1、本嵌入式单处理器节点接收应用程序调用信息发送接口发送的固定格式数据帧；s2、分析固定格式数据帧进行判断，信息目标是否位于本地，如是直接发送实际的信息给应用程序，如否广播固定格式数据帧给所有嵌入式单处理器节点；s3、所有嵌入式单处理器节点接收并分析固定格式数据帧进行判断，是否存在信息目标，如是直接发送实际的信息给应用程序，如否丢弃所述固定格式数据帧信息。

技术总结
本发明涉及一种基于信息交互中间件的嵌入式多处理器通信网络，包括若干嵌入式单处理器节点，通过通信总线连接成通信网络，所述嵌入式单处理器节点包括处理器、存储器、以及接入通信总线的通信接口，所述处理器包括多种嵌入式微控制器芯片，所述存储器中存储有信息交互中间件协议程序，所述处理器用于执行信息交互中间件协议程序，所述处理器受控于信息交互中间件协议程序向应用程序提供固定格式数据帧的信息发送和接收接口、对信息数据帧进行分析和路由管理、通过通信接口驱动程序将多种嵌入式微控制器芯片通信接口抽象规范化实现多种嵌入式微控制器芯片信息交互。有益效果是多种嵌入式微控制器芯片处理器规范化信息交互。种嵌入式微控制器芯片处理器规范化信息交互。种嵌入式微控制器芯片处理器规范化信息交互。


技术研发人员：杨庆华 方涛 李徐辉
受保护的技术使用者：上海大学
技术研发日：2023.03.30
技术公布日：2023/7/7