一种基于火电厂高速串口的调试装置及使用方法与流程

1.本发明属于dcs传输数据的处理技术领域，具体涉及一种基于火电厂高速串口的调试装置及使用方法。


背景技术：

2.由于火电dcs控制系统中控制器和io之间已经采用最高5mbps速率通讯方案，而常用的笔记本电脑的rs232的速率最大只能支持到115200kpbs，所以目前只能通过示波器才能反映出串口传输的数据，不管从调试时的易用性、数据展示的方便程度、调试使用的方便程度都很麻烦，存在如下几方面问题：1)现有的上位机的串口通讯速率无法满足直接对高速率串口的调试要求；2)不能直观的监视和方便的查找在串口中通讯的每个数据包；3)不具备携带和连接的方便性。


技术实现要素：

3.为克服现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种基于火电厂高速串口的调试装置及使用方法。
4.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于火电厂高速串口的调试装置，包括嵌入式中央处理器、内存、网卡、存储器、fpga以及高速串口，其中，内存、网卡和存储器均与嵌入式中央处理器相连，嵌入式中央处理器和高速串口均与fpga连接；网卡连接有上位机；高速串口与待监测控制器的io分支相连，io分支上设置有若干io卡件。
5.本发明进一步的改进在于，存储器采用flash芯片；存储器通过spi总线与嵌入式中央处理器相连。
6.本发明进一步的改进在于，高速串口通过高速io bus总线与待监测控制器的io分支相连。
7.本发明进一步的改进在于，内存与fpga通过pci
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e总线相连。
8.一种如上所述装置的使用方法，高速串口采集串口数据后传输给fpga，fpga将串口数据写入内存中，内存将串口数据传输给嵌入式中央处理器，嵌入式中央处理器将串口数据写入存储器中的日志；上位机提取存储器中的日志，并对日志进行筛选，得到io卡件对应的数据包，完成调试。
9.本发明进一步的改进在于，内存包括若干个子存储区，每个子存储区存放若干条串口数据，fpga每次将串口数据存储到子存储区中；嵌入式中央处理器周期性判断内存的存放标志，当存放标志满足批量读取标准后，嵌入式中央处理器将串口数据从内存中读出并写入存储器中的日志中。
10.本发明进一步的改进在于，存储器中的日志以20个日志循环存储的方式存放在存储器上；每个日志大小为20mb。
11.本发明进一步的改进在于，上位机以ftp的方式通过网卡提取存储器中的日志。
12.本发明进一步的改进在于，嵌入式中央处理器将串口数据进行合法性校验，将通过合法性校验的串口数据按照私有串口数据包格式存储到内存中。
13.本发明进一步的改进在于，私有串口数据包格式包括槽号、卡件类型、卡件版本、指令码、合法标志、长度以及包本体。
14.本发明的进一步改进在于，通过配置可以针对不同速率下的串口进行调试。
15.和现有技术相比较，本发明具备如下有益效果：本发明通过设置嵌入式中央处理器以及高速串口，高速串口与待监测控制器和io卡件的io分支相连，保证了在不降低串口通讯速率的前提下，可以实时提取火电厂控制器的通讯数据，并且不影响实际通讯状态，并且能够实现火电控制领域中待监测控制器和io卡件之间高速串口数据调试抓包，有效的提高了开发人员诊断问题的效率，缩短了问题定位的时间，并且本发明模块化设计，便于携带和使用。
16.进一步的，通过设置fpga，可以满足采样速率5mbps或以上的采样速率，采集速率高并且采集结果可靠性高，解决了rs232波特率不足无法调试的问题，而且解决了高速串口采用示波器造成便携性和易用性的问题。
17.本发明的装置在使用时，高速串口采集到的数据传递给fpga，fpga将收到的数据包传递给嵌入式中央处理器，嵌入式中央处理器收到后再转存到内存中，嵌入式中央处理器读取内存中的串口数据并将串口数据写入存储器中的日志中，上位机提取串口数据并进行筛选，得到调试对象的数据包，完成调试工作。本发明通过嵌入式中央处理器实现了控制器和io卡件之间高速串口数据调试抓包的功能，克服了现有技术中上位机的串口通讯速率无法满足直接对高速率串口的问题以及不能方便查找每个数据包的问题。
附图说明
18.图1为本发明的基于火电厂高速串口的调试装置的框图。
19.图2为串口数据的结果图。
20.图中，1为嵌入式中央处理器，2为内存，3为网卡，4为存储器，5为fpga，6为高速串口。
具体实施方式
21.下面结合附图对本发明进行详细说明。
22.参见图1，一种基于火电厂高速串口的调试装置，包括嵌入式中央处理器1、内存2、网卡3、存储器4、fpga 5以及高速串口6，其中，内存2带有ecc校验功能，内存2、网卡3和存储器4均与嵌入式中央处理器1连接，嵌入式中央处理器1通过pci
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e与fpga 5连接，fpga 5扩展出来高速串口6，高速串口6与fpga 5相连；网卡3连接有上位机；嵌入式中央处理器1通过spi总线与存储器4连接；优选存储器4采用500mb容量的flash芯片，内存2为1gb，网卡3为千兆网卡，fpga 5优选国产紫光，设置国产紫光fpga 5的参数为5mbps。
23.高速串口6与火电厂控制器下的其中一条io分支相连，io分支上设置有若干io卡件。
24.本发明的原理为：本装置通过采用fpga 5扩展出的高速串口6通过高速io bus总
线与待监测控制器的io分支相连，fpga5按照5mbps的速率处理高速串口6的数据发送与接收，高速串口6接入高速iobus总线并取得iobus总线上的串口数据，并将取得的串口数据传输给fpga5，fpga5通过pci
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e总线将串口数据存放在内存2中。
25.为了解决共享内存溢出和存取互锁的影响，保证将全部采集到的串口数据写入存储器4中的日志中，将内存2包括循环存储区，再将循环存储区分为1000个子存储区，每个子存储区可以存放1000条串口数据，fpga5每次将取得的串口数据存储到这个循环存储区中某个子存储区中的某个区域中。嵌入式中央处理器1周期性判断内存2的存放标志，当存放标志满足批量读取标准后，嵌入式中央处理器1将这一批串口数据从内存2中读出并写入存储器4中的日志中。
26.由于存储器4存储容量上的要求，采用20个日志循环存储的方式存放在存储器4上，一个日志存满后才开始存下一个日志，单个日志大小被设定为20mb，全部20个日志都存满后再从第一个日志开始覆盖存储，使得总大小不超过400mb的要求。
27.最后上位机以ftp的方式通过网卡3提取存储器4中的日志；上位机的应用程序根据定义好的数据结构加载每个日志，可以通过槽号、kks、指令码等关键数据过滤和展示数据包，上位机中包括解析模块，解析模块对导入至上位机的日志进行解析，最终完成调试。
28.本发明的使用方法为：此装置上电后嵌入式中央处理器1先初始化内存2，接着在初始化fpga5，同时初始化网卡3和存储器4，fpga5的初始化过程中开始初始化高速串口6，至此装置硬件便可正常工作。
29.此装置上电后嵌入式中央处理器1启动串口数据采集线程和数据存储线程。数据采集线程负责将fpga5采集到的串口数据进行合法性校验，并且将通过合法性校验的串口数据按照私有串口数据包格式存储到循环缓冲区里。数据存储线程判断循环缓冲区里每个子存储区的存储标记，如果当前子存储区标记为新采集并未存储文件的状态，存储线程就将此子存储区的全部数据取出并写日志，日志成功写入后将刚处理的循环缓冲区里的子存储区状态设置为已处理，当再次循环存储到这个子存储区时，便可以再次使用此子存储区内存存放新的串口数据。
30.由fpga5通过高速串口6连接火电厂监视器的io分支，通过高速串口6取得信号，高速串口6采集到单次数据包传递给fpga5，fpga5将串口数据包按照20ns低电平的原则进行断针处理，将断针处理后得到的串口数据包通过共享内存的方式传输给嵌入式中央处理器1，嵌入式中央处理器1开始对fpga5转发过来的串口数据包进行合法性校验：首先嵌入式中央处理器1根据私有数据包中crc字段判断串口数据是否合法，如果合法，嵌入式中央处理器1将串口数据拆分并按照表1的存储格式填写一条合法的串口报文数据记录，最后将串口报文数据记录存储到内存2中，所有处理合法后的串口报文数据按照子存储区的循环缓冲区分区存放方式存放在内存2中。这时数据采集线程判断上次存放的位置分区，由采集线程将数据放到对应的循环缓冲区里，同时刻数据存储线程判断循环缓冲区中取过的子存储区是否存满1000个数据包，如果存满即可将此子存储区的全部数据提取出来，判断当前要写入存储器4中的日志是否超过20mb，如果超过新建另一个日志开始存储，如果没超过直接写入当前日志，最后将从内存2中循环缓冲区中数据清空。
31.表1存储格式
槽号卡件类型卡件版本指令码合法标志长度包本体因为5mbps的io分支速率通讯效率非常高，而600kbps存储器4的文件读写非常慢，为了解决两种速率下的数据传输，并保证每个数据包都能被记录下来，嵌入式中央处理器1中数据存储线程利用存储器4连续写入速度的优势，按照一定的时间频率和批量的方式从上述循环缓冲区中按先后顺序取走每个子分区的串口数据，然后传输并存储到存储器4中。
32.如图1所示，本发明中，网卡3与上位机通过以太网线相连，上位机通过网卡3采用ftp传输协议访问存储器4中的日志，上位机取得日志后可对此日志中的串口报文进行分析，从而实现串口报文问题的查找与定位。装置高速串口6与需要监视火电厂控制器的io分支相连，串口数据通过fpga 5断针处理后传递给数据采集线程，数据采集线程将fpga 5中采集到的数据存入内存2中，再由数据存储线程将内存2中的串口数据写入存储器4中的日志。
33.上位机可通过运行“高速串口调试的装置数据解析”程序通过私有协议进行串口数据筛选，实现了更为直观的视可化展示，参见图2，同时也提供了更方便的查找和过滤功能，使得开发人员能够快速定位问题。
34.现有技术中，控制器和io之间通过5mbps的串口相连，为了满足控制器与io之间数据调试要求，本发明通过嵌入式中央处理器1实现了控制器和io卡件之间高速串口数据调试抓包的功能，实现了在火电控制领域中控制器与io卡件之间数据抓取功能，有效的提高了开发人员诊断问题的效率缩短了问题定位的时间。