一种基于网联测试服务节点的板卡兼容性管理系统及方法

技术领域

本发明是一种基于网联测试服务节点的板卡兼容性管理系统及方法，尤其涉及交通路口节点的板卡兼容性管理，属于智能交通领域。

背景技术

随着5G技术的应用和普及，智能交通领域也在经历飞速发展。我们对路口数据信息采集设备进行数字化和智能化设计，一体化网联测试服务节点主要就是应用于交通路口。它不仅具有传统的信号机功能，而且还具有数字化图像处理能力，是一个运算能力超强的边缘计算产品。在智能交通设备中板卡种类有：信号灯色检测/输出控制卡、视频分析卡、IO数据采集卡、RS485服务器卡等。

因为交通路口情况复杂，有十字、丁字甚至米字路口，所有对板卡的需求也不相同。因此机箱设计过程中若不能做到兼容，会造成严重的空间浪费及成本浪费。一体化网联测试服务节点会根据路口情况和客户需求配置不同的板卡，例如：一个普通的十字路口，需要信号机功能和采集各个方向视频数据。这个时候就最少需要4块信号灯色检测/控制卡、4块视频分析卡和1块RS485数据采集卡。为了满足这种板卡数量和种类多样性的这一特性，为此专门设计一种多功能底板来实现板卡地址/ID管理、状态监管以及智能运维。

这种多功能底板设计需要解决两个关键问题：

1、不同板卡与底板的接口不同，要做到完全兼容。

2、相同板卡需要做地址区分，同时需要设计成无需占用板卡资源的方式。

现有技术方法1：结构上采用防呆设计，防止不同板卡插入导致的板卡损坏情况。对于同一类型板卡通过IO口方式生成地址的方法，底板上用电阻上下拉的方式来生成一个卡槽地址，然后各个板卡通过IO口读取卡槽地址信息。子板读取到地址信息后，通过串口或者以太网等方式告知CPU卡。

现有技术方法2:结构上采用防呆设计，通过软件生成地址码的方式，就是通过随机算法编写一套地址码。然后通过固件烧写的方式将地址烧录到不同的板卡里。

现有技术中存在的缺点，方法1：需要占用板卡多个IO资源，而且只能通过其他通信方式告知地址信息，功能单一。并且需要在前期规划好板卡的数量和个数，以及装配时的结构差异，不利于板卡的扩展，同时增加结构设计难度。

现有技术中存在的缺点，方法2：这种方式相对硬件比较简单，但是需要软件做地址码管理、同时还需对样机进行烧录管理。不断增加生产过程复杂性，同时还需要承担地址管理失败的风险。

发明内容

为解决不同板卡与底板的接口不同，要做到完全兼容以及相同板卡需要做地址区分，同时需要设计成无需占用板卡资源的方式的问题，本发明提出一种基于网联测试服务节点的板卡兼容性管理系统及方法，具体技术方案如下：

方案一：一种基于网联测试服务节点的板卡兼容性管理系统，该系统包括电源区，CPU区，数据交换区和地址管理器，系统中按上述顺序各个区之间呈递进逻辑关系链接；

其中电源区负责对板卡进行统一供电和电量监控，同时根据耗电情况控制散热；

CPU区利用CAN总线方式进行地址和状态监控；

数据交换区通过网络或数据传输协议进行交换；

地址管理器负责通过硬件方式区分板卡的硬件地址和类型。

进一步地，所述的地址管理器包括RC电路和并行输入串行输出模块；所述的CPU区包括并行输入和串行输出移位的寄存器，负责采集中断信号和读取串行数据。

方案二：一种基于网联测试服务节点的板卡兼容性管理方法，是基于上述系统为基础而实现的，具体方法步骤如下：

步骤一，所述的CPU区实时读取串行数据信息，实时监控当前板卡状态；

步骤二，当有板卡插入时，会触发RC电路和产生一个低电平脉冲信号经过电压比较器后，生成一个高电平信号作为中断信号，提示CPU区有板卡插入；

步骤三，CPU区读取并行输入或串行输出移位寄存器的串行数据，并用该数据作为插入板卡的地址；

步骤四，所述的地址管理器获取硬件地址后，所述的CPU区通过地址解析协议控制相应板卡的上电时序，最后通过以太网或RS485通讯方式建立物理链接。

进一步地，在步骤二中，当CPU和多板卡同时上电时，RC电路因为无法检测到热插拔而失效，此时会自动根据读取数据并解析生成初始地址。

进一步地，当板卡在CPU上电后插入时，所述的RC电路触发中断，系统判断有板卡插入，进行地址更新，并将当前读到的数据分配为该板卡的地址；实际当有热插拔板卡时，板卡地址组成初始地址并恢复插入前状态数据。

进一步地，在步骤四中，所述的地址解析协议的原理具体为：每个板卡使用两个BIT的数据，把原本一个位数据拆分为两部分，时钟周期内有电平变化的表示数据“1”，时钟周期内无电平变化的为数据“0”，同时每个位开头电平和上一个位结尾电平不同，保证接收端能判断每个数据位的边界，通过该解析协议中的两个BIT的数据来区分板卡信息，及00、01、10均能代表一种板卡。

本发明的有益效果体现在：

1.针对交通领域不同路口数据采集设备多样性的这一特点，板卡设计成相同的背板接口，不仅极大的方便结构设计，同时也减少硬件开发人员的板卡管理工作。对整个系统设计来说极大的简化工作量。

2.全新的地址管理器，通过单线解析协议，将原有的CLK和DATA线融合在一起，通过电平变化来使区分数据和时钟信号，不仅有效的减少主控板的资源而且还增加了系统检测的稳定性。

3.CPU卡设计完全不需要考虑其他板卡的数量和类型，只需要再底板预留相应的卡槽数量即可。

4.优化了子板卡的设计，完全不需要使用子板卡的资源，即可实现地址分配和状态监控。实时判断板卡的插入，方便控制板卡的上电时序及判断通讯是否OK，同时可让CPU实时监测板卡插入情况。

5.采用8bit数据作为地址码，增加了系统容错率。

附图说明

图1是基于网联测试服务节点的板卡兼容性管理系统结构示意图；

图2是板卡兼容性管理系统工作流程图；

图3是地址解析协议原理示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：一种基于网联测试服务节点的板卡兼容性管理系统工作流程为：当板卡插入时，电源系统供电并监控板卡电流是否正常。然后通过地址管理器自动分配硬件地址。地址识别正常后通过CAN总线跟主机建立通讯，告知主板当前板卡的供电情况以及地址状态信息等。待总线通讯成功后，通过串口或以太网的方式进行数据交换，实现硬件板卡系统完整运行。

多板卡地址管理器的电路主要是在背板上完成，主要利用一个并行输入、串行输出的移位寄存器即可实现。背板各板卡卡槽上拉出2个PIN接上拉电阻到电源，确保无板卡插入时，背板中该管脚为高，各板卡的对应PIN接地。当板卡插入到背板中时，对应的PIN脚会被拉低，并行输入对应的PIN会发生电平转换，相应的串行输出的数据发生变化。板卡插入信号检测主要是利用RC电路中的电容储能的原理来实现，同样也只需要子板卡对应的PIN脚接地，当板卡插入时，输出一个低电平信号。

卡槽的地址PIN脚接入并行输入串行输出的寄存器中，CPU通过串行通信的方式读取寄存器中的值。例如：读取到的数据为“01010110”，1表示样机存在，0 表示样机未插入状态。

具体实施方式二：除具体实施方式一种描述的系统工作流程，还可利用CPU部分进行实施，具体实施步骤如下：

步骤一，CPU实时读取串行数据信息，实时监控当前板卡状态。

步骤二，当有板卡插入时，会触发RC电路和产生一个低电平脉冲信号经过电压比较器后生成一个高电平信号作为中断信号告诉CPU有板卡插入。

步骤三，CPU板读取并行输入/串行输出移位寄存器的串行数据，并用该数据作为插入板卡的地址。

步骤四，获取硬件地址后，CPU通过地址解析协议控制相应板卡的上电时序，最后通过以太网/RS485等通讯方式建立物理链接。

1）其中关于地址解析协议原理:每个板卡使用两个BIT的数据，把原本一个位数据拆分为两部分，时钟周期内有电平变化的表示数据“1”，时钟周期内无电平变化的为数据“0”，同时每个位开头电平和上一个位结尾电平不同，保证接收端能判断每个数据位的边界，地址解析协议原理如图2所示。

同时通过该解析协议，还能通过这两个BIT的数据来区分板卡信息，及00、01、10都可代表一种板卡。

2）当CPU和多板卡同时上电时，RC电路因为无法检测到热插拔而失效。此时会自动根据读取数据并解析生成初始地址。示例读取地址：0 1 0 1 1 0 0 1，地址分配规则如下表所示：

即解析到相应位为“1”将其他位置0，生成的数据作为此板卡的初始地址。

3)当板卡在CPU上电后插入时，RC电路触发中断，系统判断有板卡插入，进行地址更新，并将当前读到的数据分配为该板卡的地址。示例当前读出值：0000 1000|010 10001=0x59; 0000 1000表示板卡的初始地址，0101 0001代表板卡插入前数据；实际当有热插拔板卡时，板卡地址组成：初始地址|插入前状态数据。

综上该实施方式设计简洁、使用方便：不同类型、不同数量的数据采集卡任意搭配，不需要人工和设计人员去管理，方便开发的同时也方便维护。

关于智能化地址管理不需要人工分配地址，自动生成地址。可广泛应用于多路协同数字化处理设备中，特别是多路视频、雷达等数据处理设备。

关于硬件兼容性，增加了板卡的可扩展性，因为不占用子板卡资源，不同系统之间板卡可以相互利用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。