面向服务架构一体化数据交换机

技术领域

本实用新型是一种软硬件一体化的数据交换平台，针对企业单位、政府机关等用户的信息化建设提供服务，实现用户的不同地理位置、不同结构的数据源和应用系统之间的数据交换和共享。

背景技术

由于历史原因，目前各政府、企事业单位在以往的信息系统建设中，建设了大批综合性的、分布式应用系统，这些应用系统可能是在不同时期开发的，采用的硬件、软件可能分别来自不同的厂商，技术框架异构，数据、报表格式可能互不兼容，同一组数据难免需要重复录入，造成工作效率低下、数据一致性差等一系列问题。这些互相孤立的系统使企业的信息化建设陷入了“信息孤岛”的困境，成了制约政府信息化与企业信息化建设进一步发展的瓶颈。

同时，不同政府单位、企事业单位信息化建设的程度及方式存在巨大差异，使各信息系统间的数据交换与整合产生诸多困难。随着全球经济一体化进程的不断深入与市场化程度的不断提高，不同政府部门之间(G2G)、企业间(C2C)、政府与企业间(G2C)的数据交换与整合的自动化处理需求日益迫切。

发明内容

本实用新型的目的是：适用于企业单位、政府机关等用户在不同地理位置、不同结构的数据源和应用系统之间的数据交换和共享以解决用户信息化建设中“信息孤岛”的困境，为实现业务协同提供支撑，便于统一管理和提高工作效率。

本实用新型的目的通过如下方案实现：

面向服务架构一体化数据交换机，本实用新型中包含一块符合PCIE总线标准的板卡，板卡上芯片的其连接结构为：FPGA主处理芯片分别与电平转换芯片1.5V、电平转换芯片1.2V、主时钟晶振、四片DDR2、FPGA加载芯片连接，FPGA主处理芯片并通过PCIE总线与PCIE控制器连接；电平转换芯片1.5V和电平转换芯片1.2V又分别与主板电源连接；FPGA加载芯片通过JTAG线与JTAG插槽连接。

数据交换机设备外部是一个2U机架式服务器，只提供电源按钮、管理端口、以太网端口和USB端口，屏蔽其它所有不需要的端口；操作系统由通用的Linux操作系统。

软件部分由适配器、核心网关以及集中管理模块三个子系统组成。其中适配器与核心网关构成完整的运行环境，负责运行具体的数据交换服务。集中管理模块独立运行，负责对适配器和核心网关的监控和管理工作，并提供图形化的流程配置功能。三个子系统之间以标准SOAP消息进行通讯。

适配器使用Java语言开发，负责提供外部数据源的接入功能，在数据源和核心网关之间交换数据，主要功能是接口和协议的转换；把不同格式数据从不同数据源中获取并转换成核心网关使用的标准格式，或把标准格式转换成不同数据格式并加载到不同数据 源；其主要解决“从哪里获得数据、把数据放到何处”及“如何获得数据、如何放置数据”的问题。

核心网关使用C语言开发，负责提供数据交换的中间流程，包括数据的校验、转换、加工、过滤、路由等从适配器到适配器的全部数据服务。提供数据交换服务的运行环境支撑，包括接收请求、服务检索、服务调度、执行服务、服务监控、服务安全管理、服务结构校验等服务完整生命周期的管理。

集中管理模块使用Ruby语言开发，负责整个运行环境的监控和管理；提供对日志的报表展现，包括系统运行情况、服务执行结果、交换数据统计、异常数据记录等；提供对数据交换所有资源的管理，包括数据源、适配站点、元数据、字典等；提供对数据交换服务的管理，包括服务的注册、编辑、发布、销毁以及图形化的服务流程编排；提供对权限的管理，基于用户-角和用户-范围的权限管理模式能够将管理的粒度细化到每一个功能点、每一个资源和每一个交换服务。

集中管理模块的所有管理信息保存在数据库中，在发布时以配置文件的形式发布到适配器和核心网关，支持动态发布；适配器和核心网关的运行与集中管理模块完全独立。

本实用新型软件部分的核心模块，即适配器和核心网关中的核心部分是通过嵌入式芯片实现的，包括XML解析、表达式计算、压缩/解压、加密/解密、编码转换、队列管理等核心功能或大计算量的功能集成在一块嵌入式板卡上，以PCI接口连接系统总线；平台软件通过驱动程序进行调用，以达到进一步提升系统性能和处理能力的目的。

本实用新型的操作系统基于通用的Linux操作系统，比Windows系统更加安全可靠；操作系统针对平台软件进行了优化，主要提高了队列和线程的处理能力，并针对平台软件进行了裁减，去除了所有不必要的模块，关闭了所有不必要的服务，更加提升了系统的性能和稳定性。本实用新型对操作系统命令的权限进行了控制并重新开发了一整套新的命令，用户无法直接使用原有的操作系统命令，只能使用新开发的命令；这些命令主要有以下几类：

●停止和启动服务的命令；

●查看和配置网络的命令；

●日常巡检查看服务器状态的命令；

●查看下载日志文件和备份文件以及上传升级文件的命令；

●备份和恢复出厂设置的命令等。

通过这些命令权限的控制最大限度的避免用户的错误操作，同时简化用户执行复杂命令的操作，更加易于使用。

本实用新型的硬件设备为定制的2U机架式服务器；在散热性和抗震性上进行了优化，可以更好的适应用户的生产环境。设备机箱上只提供电源按钮、管理端口、以太网端口和USB端口，屏蔽了其它所有不需要的端口；部署方便快捷，易学易用。

本实用新型的有益效果是，能够通过快速灵活的配置实现异构数据源之间的数据提取、转换、传输，解决了企业在不同应用系统间信息数据无法自由交换的问题。并且具有数据吞吐量大、处理能力强、运行稳定可靠、部署方便快捷、操作简单易用等优点。

下面结合附图进一步阐述本实用新型内容。

附图说明

图1为本实用新型嵌入式板卡结构示意图；

图2为本实用新型软件架构图；

图3为本实用新型软件架构适配器部分结构图；

图4为本实用新型软件架构核心网关部分机构图；

图5为本实用新型设备外观示意图；

图6嵌入式板卡原理示意图；

图7为本实用新型使用场景示意图。

具体实施方式

如图1，本实用新型中包含一块符合PCIE总线标准的板卡，板卡上芯片的其连接结构为：Fpga主处理芯片分别与电平转换芯片1.5V、电平转换芯片1.2V、主时钟晶振、四片DDR2、FPGA加载芯片连接，Fpga主处理芯片并通过PCIE总线与PCIE控制器连接；电平转换芯片1.5V和电平转换芯片1.2V又分别与主板电源连接；FPGA加载芯片通过JTAG线与JTAG插槽连接。数据交换机设备外部是一个2U机架式服务器，只提供电源按钮、管理端口、以太网端口和USB端口，屏蔽其它所有不需要的端口；操作系统由通用的Linux操作系统。

本实用新型是一种SOA集成软硬件一体化的设备；其硬件部分是一个定制的2U机架式服务器，只提供电源按钮、管理端口、以太网端口和USB端口，屏蔽了其它所有不需要的端口，并对散热系统和抗震性能做了加强；操作系统由通用的Linux操作系统经过裁剪而成，针对软件部分做了专门的优化，并重新开发了整套系统命令；其软件部分是一种数据交换平台；软件的核心模块通过嵌入式技术以硬件芯片实现，集成在一块板卡上通过PCI接口连接系统总线；平台软件分为适配器、核心网关和集中管理模块三个子系统，适配器采用组件模式，集成各种适配器组件提供外部异构数据源的接入和数据格式解析；核心网关维护队列和线程池，集成各种公共数据服务组件提供数据的路由、过滤、加工、校验等服务，完成整个交换流程的调度和执行；集中管理模块提供对适配器和核心网关的监控和管理功能，并提供对数据交换服务的管理和图形化的流程编排。

本实用新型软件部分的核心模块，即适配器和核心网关中的核心部分通过嵌入式芯片实现；包括XML解析、表达式计算、压缩/解压、加密/解密、编码转换、队列管理等核心功能或大计算量的功能集成在一块嵌入式板卡上，通过PCI接口与系统总线通讯；平台的软件部分通过驱动程序调用嵌入式芯片的功能；CPU控制嵌入式，采用DMA方式从内存中得到数据并处理，处理完成后，又采用DMA方式回写至内存。最后通过中断通知CPU。图中的红线1表示软件功能主要通过CPU与内存的交互来完成；红线3表示用嵌入式技术实现的功能主要通过嵌入式芯片与内存的交互来完成；蓝线2表示软件系统通过驱动程序调用嵌入式芯片时由CPU向芯片发出控制命令，然后CPU可以处理其他的工作，直到处理结束嵌入式芯片发出中断通知CPU，CPU接收处理结果；因此嵌入式芯片分担了CPU的部分工作，实现性能的提升。如图2，本实用新型软件部分包括核心网关(IGate)、服务接入适配器(Adaptor)和集成管理控制平台(Console)三个子系统，三个子系统之间使用SOAP消息进行通讯。

1.核心网关(IGate)

接收业务数据和服务编排规则，按照自定义服务流程完成数据转换、复杂表达式 计算、数据统计和动态流程编排。在后台完成大数据量交互、复杂数据处理、任务执行调度、服务容错处理等核心功能。

2.服务接入适配器(Adaptor)

适配器负责支持多种协议、应用的数据获取或转发，通过各种途径获取不同格式、不同协议的数据源，转换成服务集成网关能够接收的通用格式，主要完成数据的获取和存储功能。

3.集成管理控制平台(Console)

集中管理控制台完成服务注册、编排、发布、监控以及统一的资源管理，它负责数据服务总线、各适配器(站点)之间的服务配置下发、通讯等功能，是整个平台中人机交互的主要途经。

如图3，适配器部分使用Java语言开发，适配器模块包括有接入监听、适配器组件、SOAP格式化读写组件、配置管理器、基础工具库等部分。

接入监听负责接收请求并分发到相应的适配器组件；适配器组件包括数据库、JMS、Tuxedo、HTTP/HTTPS、Webservice、XML、FTP、Email等预设的适配器组件，支持常用的数据库以及多种外部数据源的接入；SOAP/格式化读写组件负责适配器与IGate或外部数据源之间的通讯(数据库类型数据源除外)，将Text、Excel、Html、XML类型的数据格式化为SOAP对象或将SOAP对象格式化为Text类型的数据；配置管理器负责配置文件的管理、解析和发布；基础工具库提供各种通用工具的支持如日志记录、连接池管理等。

如图4，核心网关部分使用C语言开发，有定时器、接入、任务管理器、配置管理器、流程引擎、工作组、数据服务组件等模块。

定时器用于定时触发数据交换服务；接入接收请求并分发；配置管理器负责配置文件的解析和发布；任务管理器解析请求，调用配置管理器读取配置信息，将请求信息、配置信息封装为任务放入工作组并调度；工作组是一个队列负责缓存任务；流程引擎负责按照任务的流程配置组织和调用数据服务组件进行处理；数据服务组件包括字典转换、适配器、数据计算、安全验证、对象构造、对象合并、数据统计、数据路由、循环处理等提供常用数据加工服务的组件。

如图5，本实用新型的设备外观为定制的2U机架式服务器，包括如下部分：

①：产品LOGO

②：配置端口(RS232串口或RJ-45串口)，通过此端口可以连接终端对设备进行管理

③：专用USB接口

④：以太网口(电口或光口)，提供4-8个以太网端口，可以连接不同的安全域。

⑤：LCD屏及其显示控制按钮

⑥：电源开关(在后面板上)

其他所有普通服务器上具有的端口本设备都不提供，如VGA端口、PS/2端口、音频端口等。

如图6，本实用新型中包含一块符合PCIE总线标准的板卡。板卡上主要部件有：FPGA主处理芯片、DDR内存、主时钟晶振、电平转换芯片、FPGA加载芯片。

各部分的功能如下：

主时钟晶振：为FPGA提供主时钟。

四片DDR2：为FPGA提供存储空间。

电平转换芯片：将主板提供的电平转换成FPGA及其他芯片所需要的电平。

FPGA加载芯片：存储FPGA逻辑程序，上电时，负责加载FPGA逻辑。

JTAG插槽：用于JTAG线下载FPGA逻辑和烧写FLASH芯片。

子卡上电后，首先从FLASH芯片将逻辑加载到FPGA主处理芯片。FPGA主处理芯片内部复位，对片上的寄存器进行初始化，然后开始按预定逻辑进行工作。其大致的处理流程是，收到主机的中断后，经过PCIE将控制命令和待处理数据接收到片内或DDR2中，然后根据控制命令，对数据进行不同的处理。处理完毕后，通过PCIE将数据送至主机内存，然后产生中断给主机，通知主机数据已经处理完毕。

如图7，本实用新型通常的应用场景为：用户可以以本设备为中心连接客户的各个应用系统、数据库及其它数据源(如：FTP服务器、邮件服务器、文本文件等)构成总线型的网络结构。各异构数据源通过适配器组件接入平台，实现相互间的信息交换、数据共享和应用的集成。

实际使用时先通过集中管理模块配置所需的数据交换服务流程，发布到核心网关；然后通过定时器或外部请求触发核心网关运行该服务；通过适配器从数据源A读取数据到核心网关；根据流程配置对数据进行加工；最后通过适配器将数据加载到数据源B。