一种一主多从式高速串行通信系统和通讯方法技术方案

本发明专利技术公开一种基于时间片的一主多从式高速串行通信系统，包括含有多路串行处理模块的主机和若干条通信支路，每个通信支路上连接若干个从机。主机的多路串行处理模块，由FPGA实现，可以同步处理所有支路报文的发送和接收，保证所有支路可以并行通信，提高通信带宽。主机借助FPGA实现从机的精准对时。同时也公开了一种基于时间片的一主多从式高速串行通信的方法。本发明专利技术可以显著提升串行通信的效率，提高了系统响应速度。

【技术实现步骤摘要】
一种一主多从式高速串行通信系统和通讯方法
本专利技术属于网络通信领域，特别涉及工业过程控制领域中主从式高速串行通信系统结构和方法。
技术介绍
串行通信广泛应用于工业过程控制领域，例如火电厂主辅机DCS控制（DistributedControlSystem）、水电厂LCU控制（LocalControlUnit）、工艺及设备的监视和控制、城市水处理及泵站管网控制等。过程控制系统采集的开关量和模拟量信号，通过串行通信上送控制器；控制器的控制指令通过串行通信下发至IO单元，输出开关量或模拟量实现对现场设备运行的控制。串行通信总线作为一种高性价比的通信解决方案，在工业过程控制领域得到广泛的应用。随着现场通信数据量增加和实时性要求的提高，传统低速（不大于115200bps）串行总线难以满足需求，现场IO单元数量增多问题更加凸显。需要设计一种高速串行通信系统，本案由此产生。现有实现方案，如图1所示，具体如下：（1）通信系统主机通过一条通信链路与n（n=1,2,3……）个从机通信。（2）非广播报文，某一时刻主机仅能与一个从机通信。可见，上述流程中，通信效率较低，不能满足数据量大、实时性高的现场需求。
技术实现思路
本专利技术的目的，在于提供一种一主多从式高速串行通信系统和通讯方法，系统采用一个主机多个从机的高速串行通信模式，以充分利用高速串行通信的带宽，提高系统通信的实时性。为了达成上述目的，本专利技术的技术方案是：一种一主多从式高速串行通信系统，包括主机和一或多条通信支路，所述通信支路上连接若干个从机；所述主机包含多路串行处理模块；所述串行通信模块由FPGA实现，用于同步处理所有支路报文的发送和接收，保证所有通信支路并行通信，提高通信带宽。进一步地，所述通信支路同时进行通信，支路间通信互不影响。进一步地，所述主机借助FPGA通过串口报文实现从机精准对时。本专利技术同时提出了上述一种一主多从式高速串行通信系统的通信方法，包括：所述通信系统的通信支路间相互独立、通信隔离，所有通信支路能够同时进行通信交互，通信支路内部通信过程采用时间片方式，时分复用占用通信总线；每次通信过程均由主机发起，从机仅响应主机的请求或命令；在一次通信过程中，主机发送请求或命令报文，从机接收到完整一帧报文后，立即处理并发送回复报文进行响应；主机侧收到响应报文后，等待一个分帧间隔，随即开始下一个通信过程。当主机向从机发送广播报文或组播报文时，从机不作响应。进一步地，报文的发送和接收由主机中的多路串行处理模块完成。进一步地，从机侧采用DMA模式接收报文，或者使用FPGA接收串行报文；在完成一帧报文的接收后，立即触发中断处理请求或命令报文，提高从机的响应效率。进一步地，通信数据量大和实时性高的通信支路，串行通信波特率选择1M~10Mbps。进一步地，每个通信支路的通信波特率能够分别设置。进一步地，在特定时刻，主机借助FPGA串行通信模块同步给所有通信支路发送对时报文，将发送时刻的UTC秒和微秒数填入报文中；从机接收到对时报文时，解析出UTC秒和微秒数，并根据报文传输延时，精确推算出当前时间，实现精准对时。本专利技术的有益效果是：本方案中的所有通信支路可以并行通信，提高了通信带宽。采用上述方案后，可以有效提高串行通信的带宽和效率，提高了系统响应速度。。附图说明图1是现有通信系统结构示意图；图2是本专利技术通信系统结构示意图。具体实施方式以下将结合附图，对本专利技术的技术方案进行详细说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此限制本专利技术的保护范围。如图2所示，一种一主多从式高速串行通信系统，包括含有主机和M（M=1,2,3……）条支路，每个通信支路上连接若干个从机。一般地，控制器作为主机，IO单元作为从机。主机包含多路串行处理模块，所述串行通信模块由FPGA实现，可以提供通信带宽，减少报文接收和发送的处理器耗时；可以同时向所有支路发送请求或命令报文；也可以同时处理所有支路上从机的响应报文，保证所有支路可以并行通信，提高通信带宽。通信支路同时进行通信，支路间通信互不影响。主机借助FPGA通过串口报文实现从机精准对时。上述一主多从式高速串行通信系统的通讯方法，包括：（1）通信系统的通信支路间相互独立、通信隔离，所有通信支路可以同时进行通信交互。通信支路内部通信过程采用时间片方式，时分复用占用通信总线。本系统可以由一到多条支路组成，支路间电气隔离，相互独立。通信支路的数量、每条通信支路上从机的数量需合理布置，以保证通信的实时性。所有支路可以同时通信，大大提高通信带宽。支路内部通信采用时间片的方式，主机发送报文时，从机只能接收报文。除广播或组播报文外，从机接收到主机的报文后，需要在设定的时间内响应主机的请求或命令报文。（2）每次通信过程均由主机发起，从机仅响应主机的请求或命令。该通信系统采用一主多从模式，通信过程均由主机发起，从机不能主动发起通信。（3）在一次通信过程中，主机发送请求或命令报文，从机接收到完整一帧报文后，立即处理并发送回复报文进行响应。主机侧收到响应报文后。等待一个分帧间隔，随即开始下一个通信过程。报文的发送和接收由主机中的多路串行处理模块完成。优先地，从机侧采用DMA模式接收报文，或者使用FPGA接收串行报文。在完成一帧报文的接收后，立即触发中断处理请求或命令报文，可以提高从机的响应效率。优选地，主机侧采用FPGA实现多路串行处理模块，保证所有支路可以同时发送和接收串行报文。主机接收到从机的回复报文后，等待一个分帧间隔，以便其他从机可以区分两帧不同的报文。同时分帧间隔不易过长，以提高通信效率。优选地，通信数据量大和实时性高的通信支路，串行通信波特率一般选择1M~10Mbps。每个通信支路的通信波特率可以分别设置，在满足要求的情况下，可以分别降低波特率提高通信抗干扰性。（4）主机可以向从机发送广播报文或组播报文，从机不响应。对于不需响应的特定功能报文，主机可以向从机发送广播报文或组播报文，以提高通信效率。（5）主机借助FPGA实现从机精准对时。在特定时刻，主机借助FPGA串行通信模块同步给所有支路发送对时报文，将发送时刻的UTC秒和微秒数填入报文中。从机接收到对时报文时，解析出UTC秒和微秒数，并根据报文传输延时，精确推算出当前时间，实现了精准对时。以上实施例仅为说明本专利技术的技术思想，不能以此限定本专利技术的保护范围，凡是按照本专利技术提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本专利技术保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种一主多从式高速串行通信系统，其特征在于，包括主机和一或多条通信支路，所述通信支路上连接若干个从机；所述主机包含多路串行处理模块；所述串行通信模块由FPGA实现，用于同步处理所有支路报文的发送和接收，保证所有通信支路并行通信，提高通信带宽。

【技术特征摘要】
1.一种一主多从式高速串行通信系统，其特征在于，包括主机和一或多条通信支路，所述通信支路上连接若干个从机；所述主机包含多路串行处理模块；所述串行通信模块由FPGA实现，用于同步处理所有支路报文的发送和接收，保证所有通信支路并行通信，提高通信带宽。2.根据权利要求1所述的一种一主多从式高速串行通信系统，其特征在于：所述通信支路同时进行通信，支路间通信互不影响。3.根据权利要求1所述的一种一主多从式高速串行通信系统，其特征在于：所述主机借助FPGA通过串口报文实现从机精准对时。4.如权利要求1至3任一项所述的一种一主多从式高速串行通信系统的通信方法，其特征在于：包括，所述通信系统的通信支路间相互独立、通信隔离，所有通信支路能够同时进行通信交互，通信支路内部通信过程采用时间片方式，时分复用占用通信总线；每次通信过程均由主机发起，从机仅响应主机的请求或命令；在一次通信过程中，主机发送请求或命令报文，从机接收到完整一帧报文后，立即处理并发送回复报文进行响应；主机侧收到响应报文后，等待一个分帧间隔，随即开始下一个通信过...

【专利技术属性】
技术研发人员：王长清，蔡菠，咸光全，文继锋，周强，赵天恩，张杰，何嵘，臧峰，
申请(专利权)人：南京南瑞继保电气有限公司，南京南瑞继保工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32