一种边缘控制器主板、边缘控制器及数据处理方法与流程

1.本发明属于电子信息技术领域，具体涉及一种边缘控制器主板、边缘控制器及数据处理方法。


背景技术：

2.随着社会经济和科技的发展，物联网发展也越来越庞大，相应的，物联网的基础建设也越来越好。对于物联网而言，边缘控制器是其中极为关键的一环。但是，目前市面上的边缘控制器普遍存在运算能力差、通信数据差且接口类型少等问题，难以满足日渐多样化的需求以及高计算性能的需求。此外，目前，边缘控制器主要以依赖于进口国外设备，或者基于国外进口的电路模块在国内进行组装，导致边缘控制器的价格居高不下。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种数据处理能力强、接口丰富的国产边缘控制器主板。本发明还提出了一种边缘控制器和数据处理方法。
4.根据本发明第一方面实施例的边缘控制器主板，包括：
5.龙芯3a3000处理器；
6.龙芯7a1000桥片，与所述龙芯3a3000处理器连接；
7.内部存储单元，与所述龙芯3a3000处理器连接；
8.第一总线芯片，其内置有总线处理器，所述第一总线芯片分别与所述龙芯3a3000处理器、龙芯7a1000桥片连接，用于实现多种通信方式，多种所述通信方式中有autbus通信方式；
9.多个功能端口，皆与所述第一总线芯片连接，用于辅助所述第一总线芯片进行通讯。
10.根据本发明实施例的边缘控制器主板，至少具有如下技术效果：通过龙芯3a3000处理器和龙芯7a1000桥片可以极大的提高边缘控制器主板的数据处理能力；第一总线芯片可以实现autbus通信，进而可以提高与外部设备的通讯速率，且具备多种通信能力，便于后续进行功能端口拓展，满足多样化需求，同时，第一总线芯片作为龙芯3a3000处理器的协助处理单元，可以对接收的数据进行预处理，减少龙芯3a3000处理器数据处理的运算量，达到进一步提高数据处理能力的目的。本发明实施例的边缘控制器主板相较于传统的边缘控制器主板而言，接口多样、数据处理能力强、通讯速率高，足以满足现阶段的使用需求。此外，龙芯3a3000处理器和龙芯7a1000桥片皆为国产化芯片，autbus通信方式也为国内首创，基本实现了国产化的需求，足以打破国外的技术封锁。
11.根据本发明的一些实施例，上述边缘控制器主板还包括与所述龙芯3a3000处理器连接的健康管理单元，所述健康管理单元用于采集运行数据、以及依据所述运行数据生成健康信息并传输至所述龙芯3a3000处理器。
12.根据本发明的一些实施例，所述健康管理单元包括：
13.健康管理处理器，与所述龙芯3a3000处理器连接，用于依据所述运行数据生成健康信息并传输至所述龙芯3a3000处理器；
14.传感器组，与所述健康管理处理器连接，用于采集所述运行数据并传输至所述健康管理处理器；
15.ipmi通讯单元，与所述健康管理处理器连接。
16.根据本发明的一些实施例，多个所述功能端口有ipmi通讯接口，所述ipmi通讯接口与所述ipmi通讯单元连接。
17.根据本发明的一些实施例，多个所述功能端口至少包括：autbus接口、can接口、rs485接口、uart接口。
18.根据本发明的一些实施例，上述边缘控制器主板还包括与所述龙芯7a1000桥片连接的：
19.sata接口，用于连接固态存储单元；
20.网络接口，用于实现有线通讯。
21.根据本发明的一些实施例，上述边缘控制器主板还包括通过gpio接口与所述第一总线芯片连接的功能模块，所述功能模块至少包括光收模块、光发模块、光耦单元、数模转换单元、模数转换单元中的一种。
22.根据本发明第二方面实施例的边缘控制器，包括：
23.背板，其上设置有主板槽、多个功能板槽；
24.如上述的边缘控制器主板，设置于所述主板槽内；
25.分别设置于多个所述功能板槽内的多个功能板，皆与所述边缘控制器主板连接，每个所述功能板皆内置有第二总线芯片，所述第二总线芯片与所述第一总线芯片型号一致。
26.根据本发明实施例的边缘控制器，至少具有如下技术效果：通过增加本发明实施例的边缘控制器主板，可以有效的提高数据处理能力、与外部设备的通讯速率，还便于后续进行功能端口拓展，满足多样化需求。通过设置多个功能板，并在每个功能板上设置与第一总线芯片型号一致的第二总线芯片，可以实现多个功能板和主板之间的多样化通信，且通过第二总线芯片同样可以对数据进行预处理，进一步简化了龙芯3a3000处理器的数据预处理过程，使得整个边缘控制器的运算能力得到极大的提高。
27.根据本发明第三方面实施例的数据处理方法，应用于如上述的边缘控制器，包括以下步骤：
28.通过所述功能板获取通信数据；
29.当所述功能板确认所述通信数据为紧急中断数据，发送紧急中断信号至所述第一总线芯片；
30.所述第一总线芯片依据所述紧急中断信号传入的接口确认所述紧急中断信号对应的紧急等级和紧急操作指令，并将所述紧急等级和所述紧急操作指令传输至所述龙芯3a3000处理器和/或功能板；所述第一总线芯片用于接收所述功能板发送所述紧急中断信号的接口有多个，多个所述接口分别对应多个不同的紧急等级和多种紧急操作指令。
31.根据本发明实施例的数据处理方法，至少具有如下技术效果：通过使用功能板对
通信数据进行预处理，可以在数据传输的第一环节便知晓是否出现紧急时间，进而可以直接发送紧急中断信号到第一总线芯片进行处理；通过第一总线芯片进一步确认故障紧急等级后便可以直接通过龙芯3a3000处理器和/或功能板采取保护动作，避免危情扩大。本发明实施例的数据处理方法相较于将所有通信数据都依次传输到中央处理器并由中央处理器进行集中计算触发的方式而言，极大的减少了龙芯3a3000处理器的运算量，减少了危情出现时需要传输的数据量，可以更快的响应紧急操作，提高了安全性。
32.根据本发明的一些实施例，上述数据处理方法还包括以下步骤：
33.确认所述通信数据的数据类型，所述数据类型有多种，多种所述数据类型对应多个不同的传输优先级，多个所述传输优先级分别对应多种通讯方式，所述传输优先级越高对应的所述通讯方式的通讯速率越高；
34.依据与所述通信数据对应的所述传输优先级，选择对应的通讯方式进行通讯。
35.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
36.本发明的上述或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
37.图1是本发明实施例的边缘控制器主板的系统框图；
38.图2是本发明实施例的边缘控制器的背板示意图；
39.图3是本发明实施例的第一总线芯片的拓展示意图；
40.图4是本发明实施例的数据处理方法的流程图。
41.附图标记：
42.龙芯3a3000处理器100、
43.龙芯7a1000桥片200、
44.内部存储单元300、
45.第一总线芯片400、
46.健康管理单元500、健康管理处理器510、传感器组520、
47.功能模块600、
48.主板槽710、功能板槽720。
具体实施方式
49.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
50.在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
51.在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、
第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
52.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
53.下面参考图1至图3描述根据本发明第一方面实施例的边缘控制器主板。
54.根据本发明实施例的边缘控制器主板，包括：龙芯3a3000处理器100、龙芯7a1000桥片200、内部存储单元300、第一总线芯片400、多个功能端口。
55.龙芯3a3000处理器100；
56.龙芯7a1000桥片200，与龙芯3a3000处理器100连接；
57.内部存储单元300，与龙芯3a3000处理器100连接；
58.第一总线芯片400，其内置有总线处理器，第一总线芯片400分别与龙芯3a3000处理器100、龙芯7a1000桥片200连接，用于实现多种通信方式，多种通信方式中有autbus通信方式；
59.多个功能端口，皆与第一总线芯片400连接，用于辅助第一总线芯片400进行通讯。
60.参考图1至图3，龙芯3a3000处理器100是国产处理器，具备极佳的数据处理能力。龙芯7a1000桥片200具备较好的拓展能力，可以有效的保证龙芯3a3000处理器100的数据处理能力的到释放。内部存储单元300主要用于辅助龙芯3a3000处理器100进行数据处理。在本发明的一些实施例中，内部存储单元300可以采用ddr3(64位)存储器即可。
61.第一总线芯片400具有autbus通信能力，进而，可以利用autbus接口实现与外部的高速通信。同时，第一总线芯片400因为具备多种通信能力，可以通过外接丰富的功能端口来实现功能拓展。
62.在本发明的一些实施例中，第一总线芯片400可以采用东土的ky3001芯片或ky3000芯片，这里以ky3001芯片为例，ky3001芯片可以实现autbus、can、rs485、uart通信，且可以同时提供满足这些通信需求的接口(即有足够的芯片管脚)，此外，ky3001芯片还具有富余的i/o脚，可用于实现中断响应，便于实现后续的本发明实施例提出的数据处理方法。且ky3001芯片或ky3000芯片内部都具有总线处理器，能够协助龙芯3a3000处理器100进行数据处理。这里需要说明，autbus总线通信为东土提出，是国产化的产品，至此，龙芯3a3000处理器100、龙芯7a1000桥片200和第一总线芯片400等核心部件采用国产部件，实现边缘控制器主板的国产化。
63.根据本发明实施例的边缘控制器主板，通过龙芯3a3000处理器100和龙芯7a1000桥片200可以极大的提高边缘控制器主板的数据处理能力；第一总线芯片400可以实现autbus通信，进而可以提高与外部设备的通讯速率，且具备多种通信能力，便于后续进行功能端口拓展，满足多样化需求，同时，第一总线芯片400作为龙芯3a3000处理器100的协助处理单元，可以对接收的数据进行预处理，减少龙芯3a3000处理器100数据处理的运算量，达到进一步提高数据处理能力的目的。本发明实施例的边缘控制器主板相较于传统的边缘控制器主板而言，接口多样、数据处理能力强、通讯速率高，足以满足现阶段的使用需求。此外，龙芯3a3000处理器100和龙芯7a1000桥片200皆为国产化芯片，autbus通信方式也为国内首创，基本实现了国产化的需求，足以打破国外的技术封锁。
64.在本发明的一些实施例中，参考图1，上述边缘控制器主板还包括与龙芯3a3000处理器100连接的健康管理单元500，健康管理单元500用于采集运行数据、以及依据运行数据生成健康信息并传输至龙芯3a3000处理器100。通过健康管理单元500可以对整个边缘控制器主板的运行环境进行有效监测，例如通过采集环境温度、系统电压、系统电流、风扇运行状态信息等运行数据来确定边缘控制器主板的运行状态，从而可以在超温、超压或过载等情况下及时通知龙芯3a3000处理器100进行相应的保护操作(例如：降低处理速度或断开外接负载等等)。
65.在本发明的一些实施例中，参考图1，健康管理单元500包括：健康管理处理器510、传感器组520。健康管理处理器510，与龙芯3a3000处理器100连接，用于依据运行数据生成健康信息并传输至龙芯3a3000处理器100；传感器组520，与健康管理处理器510连接，用于采集运行数据并传输至健康管理处理器510；ipmi通讯单元，与健康管理处理器510连接。传感器组520包括多种类型的传感器，能够实现对计算机主板的环境温度、系统电压、风扇运行状态信息的数据采集，例如：监测温度使用温度传感器，检测电压使用电压传感器，检测风扇运行状态可以直接检测风扇电源线的电流即可。健康管理处理器510具备一定的数据处理能力，能够对传感器组520采集的数据进行简单的逻辑判断，并且可以通过ipmi通讯单元实现监测告警。ipmi通讯单元，即ipmb总线，可以采用ipmi2.0标准协议命令完成通讯。此外需要说明，健康管理处理器510可以直接使用国产单片机，例如：stc、sigma，进一步保证国产化率。
66.在本发明的一些实施例中，参考图1，健康管理单元500还包括与健康管理处理器510连接的指示单元，通过指示单元可以直观的了解健康管理单元500是否出现报警。在本发明的一些实施例中，指示单元直接采用led灯组进行指示即可。
67.在本发明的一些实施例中，多个功能端口至少包括：autbus接口、can接口、rs485接口、uart接口。总线芯片可以实现多种通信能方式，其本身也具备相应的管脚来实现，为了便于总线芯片与外部进行连接，会从将这些管脚对应引出到autbus接口、can接口、rs485接口、uart接口上，从而可以实现与外部设备的连接。此外，总线芯片还会引出部分i/o管脚，这些i/o管脚同样会以接口的形式存在，便于后续与功能板连接，辅助实现快速中断。
68.在本发明的一些实施例中，参考图1，多个功能端口有ipmi通讯接口，ipmi通讯接口与ipmi通讯单元连接。第一总线芯片400还可以实现ipmi通讯方式，进而可以利用ipmi通讯接口与外部进行通讯。这里需要说明，健康管理单元500中ipmi通讯单元会将与外部的通讯接口设置在背板上，第一总线芯片400连接的ipmi通讯接口同样也设置在背板上，进而可以直接在背板上将两者进行并联，从而可以利用健康管理单元500直接对与总线芯片连接的功能板进行管理，这一点在出现超温、过流等紧急情况时，可以有效的减少应急手段的响应时间，例如：传统的响应过程为，在健康管理单元500监测到报警数据后向传输到龙芯3a3000处理器100，然后龙芯3a3000处理器100再通过总线芯片控制功能板工作，而现在的响应过程为，直接通过健康管理单元500控制功能板工作，减少了数据的传输和处理时间。
69.在本发明的一些实施例中，参考图1，上述边缘控制器主板还包括与龙芯7a1000桥片200连接的：sata接口、网络接口。sata接口，用于连接固态存储单元；网络接口，用于实现有线通讯。通过sata接口可以连接固态硬盘，进而可以利用固态硬盘进一步保证数据处理的速率。通过网络接口可以连接外部网络，便于实现有线网络通讯。网络接口可以直接使用
base
‑
t网络接口。龙芯7a1000桥片200还可以引出pcie2.0接口、usb2.0接口、显卡接口等等。这里进一步说明，龙芯7a1000桥片200与总线芯片之间可以通过uart接口、spi接口、i2c接口、base
‑
x网络接口、gpio接口连接，以进一步保证多样化通讯的需求。
70.在本发明的一些实施例中，参考图3，上述边缘控制器主板还包括通过gpio接口与第一总线芯片400连接的功能模块600，功能模块600至少包括光收模块、光发模块、光耦单元、数模转换单元、模数转换单元中的一种。第一总线芯片400还具有gpio接口，通过gpio接口连接光收模块、光发模块可以实现光通讯功能，通过gpio接口连接数模转换模块、模数转换模块可以实现数模转换、模数转换功能，实现功能拓展。gpio接口还可以连接继电器以实现对部分电路的通断控制，以及连接光耦以实现隔离控制。
71.根据本发明第二方面实施例的边缘控制器，包括：背板、如上述的边缘控制器主板、多个功能板。
72.背板，其上设置有主板槽710、多个功能板槽720；
73.如上述的边缘控制器主板，设置于主板槽710内；
74.分别设置于多个功能板槽720内的多个功能板，皆与边缘控制器主板连接，每个功能板皆内置有第二总线芯片，第二总线芯片与第一总线芯片400型号一致。
75.参考图2，边缘控制器主板可以通过背板上的主板槽710进行安装，多个功能板可以通过多个功能板槽720进行安装，通常功能板槽720的数量会高于功能板的数量，以便后续拓展更多的功能板时使用。功能板和边缘控制器主板都具有相同的总线芯片，以便能够实现有效的通讯。这里对功能板进行一个简要说明，功能板根据具体功能的不同会具有相应的功能电路，这些功能电路可以会用于实现参数采集、开关控制或监测等等，但最终都会与功能板内的处理器连接，而功能板内的处理器可以通过第二总线芯片进一步与第一总线芯片400连接，第二总线芯片因为与第一总线芯片400使用相同型号，因此第二总线芯片内部也内置有总线处理器，进而可以利用第二总线芯片内置的处理器对需要传输到第一总线芯片400的信号进行预处理。
76.根据本发明实施例的边缘控制器，通过增加本发明实施例的边缘控制器主板，可以有效的提高数据处理能力、与外部设备的通讯速率，还便于后续进行功能端口拓展，满足多样化需求。通过设置多个功能板，并在每个功能板上设置与第一总线芯片400型号一致的第二总线芯片，可以实现多个功能板和主板之间的多样化通信，且通过第二总线芯片同样可以对数据进行预处理，进一步简化了龙芯3a3000处理器100的数据预处理过程，使得整个边缘控制器的运算能力得到极大的提高。
77.根据本发明第三方面实施例的数据处理方法，应用于如上述的边缘控制器，包括以下步骤：
78.通过功能板获取通信数据；
79.当功能板确认通信数据为紧急中断数据，发送紧急中断信号至第一总线芯片400；
80.第一总线芯片400依据紧急中断信号传入的接口确认紧急中断信号对应的紧急等级和紧急操作指令，并将紧急等级和紧急操作指令传输至龙芯3a3000处理器100和/或功能板；第一总线芯片400用于接收功能板发送紧急中断信号的接口有多个，多个接口分别对应多个不同的紧急等级和多种紧急操作指令。
81.参考图1至图4，功能板接收到其他设备传输到边缘控制器的通信数据后，并不会
直接将通信数据直接传输到第一总线芯片400，而是会相对通信数据进行一个预判断，即，先确认通信数据是否是紧急中断数据，如果不是，则作为普通通信处理即可，如果是，则会直接发送紧急中断信号到第一总线芯片400，紧急中断信号直接使用高低电平信号，并直接传输到第一总线芯片400的i/o接口。这里需要说明，紧急中断数据也有多种(例如：保护数据、中断数据、时钟数据等等)，不同具体数据对应输出到第一总线芯片400不同的i/o接口。
82.第一总线芯片400可以进一步判断i/o接口位置信息，第一总线芯片400用于接收紧急中断信号的不同i/o接口对应着不同的紧急等级和紧急操作指令，这些紧急等级和紧急操作指令会预存在第一总线芯片400内置总线处理器中，在某一个i/o接口接收到紧急中断信号后便会选取对应的紧急等级和紧急操作指令，然后直接传输到龙芯3a3000处理器100和/或功能板。这里需要说明，保护功能有多种，有的保护功能是由龙芯3a3000处理器100触发，有的保护功能是由功能板触发，因此，在确认具体的紧急等级和紧急操作指令便会传输到对应的龙芯3a3000处理器100和/或功能板。
83.根据本发明实施例的数据处理方法，通过使用功能板对通信数据进行预处理，可以在数据传输的第一环节便知晓是否出现紧急时间，进而可以直接发送紧急中断信号到第一总线芯片400进行处理；通过第一总线芯片400进一步确认故障紧急等级后便可以直接通过龙芯3a3000处理器100和/或功能板采取保护动作，避免危情扩大。本发明实施例的数据处理方法相较于将所有通信数据都依次传输到中央处理器并由中央处理器进行集中计算触发的方式而言，极大的减少了龙芯3a3000处理器100的运算量，减少了危情出现时需要传输的数据量，可以更快的响应紧急操作，提高了安全性。
84.在本发明的一些实施例中，上述数据处理方法还包括以下步骤：
85.确认通信数据的数据类型，数据类型有多种，多种数据类型对应多个不同的传输优先级，多个传输优先级分别对应多种通讯方式，传输优先级越高对应的通讯方式的通讯速率越高；
86.依据与通信数据对应的传输优先级，选择对应的通讯方式进行通讯。
87.除了考虑考虑优先处理紧急中断数据，另外也会依据各种通信数据的重要性或实时性要求，来合理的利用第一总线芯片400的多样化通讯能力。具体哪种类型的数据的传输优先级比较高，则需要依据不同用途的边缘控制器来决定，这里的传输优先级高低可以通过程序写入来预先设置。
88.这里以第一总线芯片400中是autbus总线、can总线、uart总线、rs485为例进行简要说明，autbus总线通信速率最高，其次是can总线，之后是uart总线，最低的是rs485，这四者分别对应不同的传输优先级。在第二总线芯片接收到通信数据后如果不是紧急中断数据，则会先判断数据类型，并依据数据类型确认对应的传输优先级，进而依据传输优先级进一步确认具体需要使用的通信方式，如果需要使用autbus总线通讯，则需要使用autbus总线的功能板会占用第一总线芯片400对应的autbus接口，然后进行高速数据传输，从而既保证了数据传输的实时性，也保证了传输的稳定性。
89.在本发明的一些实施例中，使用autbus总线进行数据传输的都是对实时性要求极高的，在极少的情况下，即使是都使用了autbus总线进行传输的通信数据也会有不同的重要程度。这里会在通信数据中设置优先标识符，优先标识符有多种，不同的数值对应不同的优先级别。下面以一个示例进行说明，在第一总线芯片400接收到autbus总线传输的第一个
通信数据后，会直接对该通信数据进行处理，在未处理结束之前，第一总线芯片400接收到autbus总线传输的第二个通信数据，且第二个通信数据的优先标识符对应的优先级别高于第一个通信数据，此时，则直接中断对第一个通信数据的处理，先优先数据第二个通信数据，待第二个通信数据处理结束后，再继续执行第一个通信数据。
90.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
91.尽管上述结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。