一种适用于多点互联的高速串行总线的通信方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于多点互联的高速串行总线结构及其通信方法，涉及通信设备的信息交互领域。该总线结构的主站单板与各从站单板之间具有一条时钟传输通道和一条数据传输通道，时钟传输通道和数据传输通道均由M‑LVDS总线实现。其中，主站单板利用时钟传输通道提供总线时钟，供各站点单板收发数据；同时负责维护总线，当总线空闲时，授予各从站单板发送权限，让各从站单板发送数据。从站单板用于：在获得发送权限后，通过比较各从站单板地址的高低，区分不同的优先级来竞争总线使用权，进行数据的发送。总线上所有站点采用竞争方式使用总线，具有更高的实时性；采用主站管理总线方式，让每个站点在竞争总线时，可以获得均等机会。

High speed serial bus structure suitable for multipoint interconnection and communication method thereof

The invention discloses a high-speed serial bus structure suitable for multipoint interconnection and a communication method thereof, relating to the field of information interaction of communication devices. The master board the bus structure and the station has a single board clock transmission channel and a data transmission channel, transmission channel clock and data transmission channel are realized by the M LVDS bus. The master board uses the clock transmission channel provides bus clock for each site single board to send and receive data; at the same time responsible for the maintenance of the bus, when the bus is idle, the station sent from single board granted permissions, the single board to send data from the station. From the station single board for: after obtaining the transmission authority, by comparing the address of each station from the single board level, distinguish different priority to compete bus rights, data transmission. All sites on the bus, using a competitive way using the bus, have higher real-time performance; use the master station management bus mode, so that each site can gain equal opportunities when competing for the bus.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于多点互联的高速串行总线结构及其通信方法
本专利技术涉及通信设备的信息交互
，具体来讲是一种适用于多点互联的高速串行总线结构及其通信方法。
技术介绍
通信设备及一些大型电子设备通常由多块电路板(简称单板)共同实现复杂的功能，各单板之间需要进行信息沟通，如各单板的工作状态、相互之间的控制等。采用总线实现各单板之间的互连，可以大大减少背板连线的数量，是一种必然的选择。现有总线技术很多，如I2C(Inter-IntegratedCircuit，内部集成电路)总线和CAN(ControllerAreaNetwork，控制器局域网络)总线等，这些技术在工业电子、通信设备等领域都已有广泛应用，但存在传输数据速率不高(CAN总线最高速率只有1Mbps)、信息量不大等方面的限制。对大容量通信系统或一些大型电子设备，单板之间需要传送大量信息，并且信息要求实时性强的场合，无法满足使用要求。例如：在通信设备中，很多板卡之间需要通告板在位信息、实时告警信息等，这些信息数据量不大，但要求高的实时性和可靠性，且由于板卡数量多，必须采用高速总线才能实现。实际操作中，多个节点互连的高速背板总线(速率大于1Mbps)硬件上可采用TIA/EIA-899标准的M-LVDS(MultipointlowVoltageDifferentialSignaling，多点低电压差分信号)电平实现，但在总线链路层协议方面，主要采用HDLC(HighLevelDataLinkControl，高级数据链路控制规程)协议实现多节点之间的通信，在HDLC协议中，定义了主站、从站和复合站三种链路结构，但没有给出多节点共用同一总线的仲裁方法，对多节点共用同一根背板总线的实现不具有指导意义。而中国公开的公告号为CN200810242609.4A的《一种实时多路复用同步高速传输串行总线协议》提出了一种实时多路复用同步高速传输串行总线协议，该协议预先定义一个节点作为主节点，由该主节点控制，各节点依次轮流发送数据。但是，利用该协议实现的传输方法中，各节点只能按照预先分配时间间隔传输数据，当某一个节点数据较长，需要多次传输才能实现；或者当该节点不存在时，仍然占用时间段，总线的实时性和灵活性较差。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服上述
技术介绍
的不足，提供一种适用于多点互联的高速串行总线结构及其通信方法，能在多点互联应用场合下利用高速串行总线实现多节点之间的通信，且能满足多节点之间高速、实时通信需求。为达到以上目的，本专利技术采取的技术方案是：一种适用于多点互联的高速串行总线结构，包括一个作为主站的单板和若干作为从站的单板；主站单板与各从站单板之间具有一条时钟传输通道和一条数据传输通道，时钟传输通道采用由主站单板发送、从站单板接收的单向传输方式，数据传输通道采用主站单板、从站单板均可发送、接收的双向传输方式，且时钟传输通道和数据传输通道均由M-LVDS总线实现。所述主站单板用于：利用时钟传输通道提供总线时钟，供各站点单板同步发送和接收数据；同时负责维护总线，当总线空闲时，授予各从站单板发送权限，让各从站单板利用数据传输通道发送数据；所述从站单板用于：在获得发送权限后，通过比较各从站单板地址的高低，区分不同的优先级来竞争总线使用权，进行数据的发送。本专利技术还提供一种基于上述总线结构的适用于多点互联的高速串行总线的通信方法，该通信方法包括主站单板收发数据流程和从站单板收发数据流程。其中，主站单板收发数据流程包括以下步骤：步骤A1、主站单板上电，等总线稳定后检测总线是否处于完全空闲状态，若是，转入步骤A2；否则，转入步骤A3，等待接收各从站单板发来的数据；步骤A2、主站单板利用时钟传输通道向各从站单板发送允许从站单板发送数据的主站轮询，交出总线占用权限，请求从站单板发送数据，转入步骤A3；步骤A3、主站单板利用数据传输通道接收各从站单板发来的数据，判断发来的数据中是否有应答请求，若有，则在总线处于一般空闲状态时，开始竞争总线使用权，发送本站的响应应答，然后返回步骤A1，继续检测总线状态；若没有，表明发来的数据是各从站单板回复的各从站的信息数据，则记录所述发来的数据，然后返回步骤A1，继续检测总线状态。从站单板收发数据流程包括以下步骤：步骤B1、从站单板实时检测总线是否处于一般空闲状态，若否，表明从站单板无法使用总线，只能接收数据，转入步骤B2；若是，转入步骤B3；步骤B2、从站单板利用时钟传输通道和数据传输通道接收从其他站点发来的数据，一旦发来的数据中有主站轮询或应答请求，则记录下相应的主站轮询标志或应答请求标志，然后返回步骤B1检测总线状态；步骤B3、当有主站轮询标志时，从站单板开始竞争总线使用权，利用数据传输通道发送本站的信息数据，然后返回步骤B1继续检测总线状态；当有应答请求标志时，从站单板开始竞争总线使用权，利用数据传输通道发送本站的响应应答，然后返回步骤B1继续检测总线状态。本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术的高速串行总线结构，采用主站单板提供数据收发时钟，可以使各从站的数据接收同步更快；且总线上所有站点采用竞争方式使用总线发送数据，比传统的定时轮询或定时循环等方式具有更高的实时性。本专利技术采用主站单板负责总线管理的方式，让每个站点在竞争总线使用权的同时，可以获得均等机会使用总线，满足了实时性和大信息量数据传输要求。2、本专利技术中，主站单板、从站单板在竞争总线使用权发送本站的数据时，均需经过总线仲裁流程。该仲裁原则根据起始位、应答位和仲裁字构成的三级仲裁字段设计，有效保证了各个站点在竞争总线使用权时的公平性、可靠性和及时性。3、本专利技术中，仲裁字中的单板地址进行了4B/5B编码，可防止出现5个以上的连“0”或连“1”，避免与标志字码型重合，利于恢复时钟。并且，对帧结构中的数据帧(即目标地址、控制字、长度字、数据段、校验字)采用比特填充处理，也可防止在一串比特数据中，有可能产生与标志字段的码型相同的比特组合，保证了数据的透明传输，同时也利于接收端恢复时钟。4、为保证总线管理和维护的可靠性，本专利技术的总线结构中还包括一个作为备用主站的单板，该备用主站单板在通常情况下，工作于从站状态，当主站故障时，能自动切换代替主站单板工作，保证了总线的可靠性。附图说明图1为本专利技术实施例中适用于多点互联的高速串行总线结构的示意图；图2为本专利技术实施例中主站单板收发数据流程的示意图；图3为本专利技术实施例中从站单板收发数据流程的示意图；图4为本专利技术实施例中总线仲裁流程的示意图。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步的详细描述。参见图1所示，本专利技术实施例提供一种适用于多点互联的高速串行总线结构，包括一个作为主站的单板和若干作为从站的单板，主站单板与各从站单板之间具有一条时钟传输通道和一条数据传输通道，时钟传输通道采用由主站单板发送、从站单板接收的单向传输方式，数据传输通道采用主、从站单板均可发送、接收的双向传输方式(分时复用)，且时钟传输通道和数据传输通道均由M-LVDS总线实现(即主站与各从站之间通过M-LVDS总线相连)。其中，主站单板用于：利用时钟传输通道提供总线时钟，供各站点单板同步发送和接收数据；同时负责维护总线，当总线空闲时，授予各从站单板发送权限，让各从站单板利用数据传本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于多点互联的高速串行总线结构，包括一个作为主站的单板和若干作为从站的单板，其特征在于：主站单板与各从站单板之间具有一条时钟传输通道和一条数据传输通道，时钟传输通道采用由主站单板发送、从站单板接收的单向传输方式，数据传输通道采用主站单板、从站单板均可发送、接收的双向传输方式，且时钟传输通道和数据传输通道均由M‑LVDS总线实现；所述主站单板用于：利用时钟传输通道提供总线时钟，供各站点单板同步发送和接收数据；同时负责维护总线，当总线空闲时，授予各从站单板发送权限，让各从站单板利用数据传输通道发送数据；所述从站单板用于：在获得发送权限后，通过比较各从站单板地址的高低，区分不同的优先级来竞争总线使用权，进行数据的发送。

【技术特征摘要】
1.一种适用于多点互联的高速串行总线结构，包括一个作为主站的单板和若干作为从站的单板，其特征在于：主站单板与各从站单板之间具有一条时钟传输通道和一条数据传输通道，时钟传输通道采用由主站单板发送、从站单板接收的单向传输方式，数据传输通道采用主站单板、从站单板均可发送、接收的双向传输方式，且时钟传输通道和数据传输通道均由M-LVDS总线实现；所述主站单板用于：利用时钟传输通道提供总线时钟，供各站点单板同步发送和接收数据；同时负责维护总线，当总线空闲时，授予各从站单板发送权限，让各从站单板利用数据传输通道发送数据；所述从站单板用于：在获得发送权限后，通过比较各从站单板地址的高低，区分不同的优先级来竞争总线使用权，进行数据的发送。2.如权利要求1所述的适用于多点互联的高速串行总线结构，其特征在于：该总线结构还包括一个作为备用主站的单板，该备用主站单板在通常情况下，工作于从站状态，当主站故障时，自动切换代替主站单板工作。3.如权利要求1或2所述的适用于多点互联的高速串行总线结构，其特征在于：所述M-LVDS总线采用TIA/EIA-899标准的M-LVDS电平实现，发送和接收接口均采用支持M-LVDS电平标准的接口芯片实现。4.一种基于权利要求1所述总线结构的适用于多点互联的高速串行总线的通信方法，该通信方法包括主站单板收发数据流程和从站单板收发数据流程，其特征在于，所述主站单板收发数据流程包括以下步骤：步骤A1、主站单板上电，等总线稳定后检测总线是否处于完全空闲状态，若是，转入步骤A2；否则，转入步骤A3，等待接收各从站单板发来的数据；步骤A2、主站单板利用时钟传输通道向各从站单板发送允许从站单板发送数据的主站轮询，交出总线占用权限，请求从站单板发送数据，转入步骤A3；步骤A3、主站单板利用数据传输通道接收各从站单板发来的数据，判断发来的数据中是否有应答请求，若有，则在总线处于一般空闲状态时，开始竞争总线使用权，发送本站的响应应答，然后返回步骤A1，继续检测总线状态；若没有，表明发来的数据是各从站单板回复的各从站的信息数据，则记录所述发来的数据，然后返回步骤A1，继续检测总线状态。5.如权利要求4所述的适用于多点互联的高速串行总线的通信方法，其特征在于，所述从站单板收发数据流程包括以下步骤：步骤B1、从站单板实时检测总线是否处于一般空闲状态，若否，表明从站单板无法使用总线，只能接收数据，转入步骤B2；若是，转入步骤B3；步骤B2、从站单板利用时钟传输通道和数据传输通道接收从其他站点发来的数据，一旦发来的数据中有主站轮询或应答请求，则记录下相应的主站轮询标志或应答请求标志，然后返回步骤B1检测总线状态；步骤B3、当有主站轮询标志时，从站单板开始竞争总线使用权，利用数据传输通道发送本站的信息数据，然后返回步骤B1继续检测总线状态；当有应答请求标志时，从站单板开始竞争总线使用权，利用数据传输通道发送本站的响应应答，然后返回步骤B1继续检测总线状态。6.如权利要求5所述的适用于多点互联的高速串行总线的通信方法，其特征在于：所述主站单板、从站单板依据指定的帧...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕建新，
申请(专利权)人：烽火通信科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42