动态可重构高速串行总线的数据采集装置与方法制造方法及图纸

一种动态可重构高速串行总线的数据采集装置与方法，其特征在于：所述动态可重构高速串行总线的数据采集装置，包括多相位捕获器、边沿检测器、计数器、采样选择器和数据记录器，通过对总线上传输的数据信号的边沿进行检测统计，确定数据信号的采样点，从而在存在一定畸变的情况下，实现对动态可重构高速串行总线数据信号进行高可靠采集，可以提高动态可重构高速串行总线的系统可靠性，降低逻辑设计复杂度，降低对总线电缆传输质量的要求。

Data acquisition device and method of dynamic reconfigurable high speed serial bus

【技术实现步骤摘要】
动态可重构高速串行总线的数据采集装置与方法
本专利技术涉及一种高速串行总线的数据接收方法及装置，尤其涉及一种动态可重构高速串行总线中串行数据的高可靠接收方法及装置。
技术介绍
动态可重构高速串行总线(以下简称UM-BUS总线)是针对系统小型化与嵌入式一体化设计提出的一种能够将冗余容错与高速通信有机统一，具备远程扩展能力的高速串行总线。如图1所示，它采用基于MLVDS(MultipointLowVoltageDifferentialSignaling，多点低压差分信号)技术的总线型拓扑结构，支持多节点直接互连，最多可使用32条通道并发传输通信，通信速率可达6.4Gbps。在通信过程中，如果某些通道出现故障，总线控制器可实时地监测出来，将数据动态分配到剩余有效通道上进行传输，实现动态重构，对通信故障进行动态容错。UM-BUS总线采用主从命令应答的通信模式，通过总线数据包的形式进行信息交互。UM-BUS总线采用8b/10b编码方法，一个总线数据包中的所有数据与协议字按字节顺序平均分配到总线的所有可用通道上进行编码传输。总线通道进行数据传输时，会将其需要传输的数据进行二次封装，添加必要的协议控制字后，形成通道信息包进行传输。通道信息包的数据传输格式如图2所示，其中激活字用于接收方进行锁相，起始字为8b/10b控制字K28.5，目标节点与源节点表示通信的双方的节点号，结束字为8b/10b控制字K23.7，协议数据是UM-BUS总线协议数据包分配在通道上进行传输的所有数据。在使用单个通道进行传输时，协议数据长度达到最大值1041。采用8b/10b编码后，UM-BUS总线通道上进行数据传输时，信息1或0的最大持续时间不会超过6位。目前采用8b/10b编码进行数据传输是一种广泛应用的技术，也有一些公开的8b/10b数据恢复技术，如Xilinx公司XAPP224给出了一种从串行数据中提取时钟进行数据接收的方法。但这些技术都是针对信号传输质量比较理想的情况，在串行数据信号没有畸变或畸变很小能够对数据进行可靠接收恢复，如图3中的正常数据信号。当传输线控制不能达到理想状态，由于信号反射、衰减等原因，串行数据信号到达接收端时会发生一定的畸变，如图3中给出的畸变数据信号。对于这种畸变后的数据信号，由于信号变化的相位存在较大的抖动，现有的公开技术不能稳定地进行时钟相位提取，进而导致数据不能可靠地接收。针对UM-BUS总线通道信息包的传输特点，本专利技术提出一种基于数据变化边沿统计进行数据采样点选择的总线数据高可靠采集装置与方法，用来满足UM-BUS总线进行高速高可靠通信的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于设计一种适于UM-BUS总线结构的低开销、高可靠串行总线数据接收方法，为UM-BUS总线的高可靠通信提供基础支撑。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种动态可重构高速串行总线的数据采集装置，其特征在于：所述动态可重构高速串行总线的数据采集装置，包括多相位捕获器、边沿检测器、计数器、采样选择器和数据记录器，其中所述多相位捕获器采用4个时钟相位不间断对总线串行数据进行锁存，并采用统一的时钟对所有锁存数据进行缓冲；所述边沿检测器利用多相位捕获器的缓冲数据检测总线串行数据变化边沿的相位；所述计数器为每个时钟相位设置一个相位变化计数器，对总线串行数据在每个相位的变化边沿进行计数，提供总线串行数据在每个相位的变化边沿的数量；所述采样选择器根据计数器中总线串行数据在每个相位的变化边沿的数量，选择当前数据采样点，并将数据采样点的数据进行锁存输出；所述数据记录器对采样到的数据进行处理与存储；在动态可重构高速串行总线的每一个通道上设置一个所述动态可重构高速串行总线的数据采集装置，用于对通道上传输的数据进行采集。一种动态可重构高速串行总线的数据采集方法，由前述所述动态可重构高速串行总线的数据采集装置采用如下步骤方法对总线上传输的高速串行数据进行采集：(1)采用与动态可重构高速串行总线数据速率相近频率的时钟作为所述数据采集装置的工作时钟CLK，将该工作时钟划分为4个相位，从前到后定义为P0、P1、P2与P3；(2)在复位时，或动态可重构高速串行总线上长时间没有数据传输时，所述数据采集装置的采样选择器进入非工作状态，不输出数据，计数器中4个相位变化计数器被清除为0；(3)当动态可重构高速串行总线通道上有数据传送时，利用多相位捕获器在4个相位上，对总线通道上的数据信号进行采样，并利用工作时钟CLK对4个相位点上的采样数据值进行缓冲锁存，得到一级缓冲数据R1，对R1进行缓冲锁存得到二级缓冲数据R2，R1和R2均为4位数据，位0、1、2、3分别对应4个相位P0、P1、P2、P3；(4)边沿检测器对两级缓冲数据R1、R2进行判断，查找总线通道上的数据信号变化边沿对应的相位；如果总线通道上的数据信号没有变化，则不产生输出，如果有变化，则输出数据变化相位指示信号给计数器；(5)计数器中的4个相位变化计数器，根据边沿检测器给出的数据变化相位指示信号，对各个相位的信号变化进行计数；一个相位变化计数器，在其对应的数据变化相位指示信号有效时加1，否则保持不变；(6)当至少一个相位变化计数器不为0时，采样选择器进入工作状态，对计数器中4个相位变化计数器的计数值进行比较，根据以下策略选择数据采样点：1)如果存在一个最大的计数值，按照P0、P1、P2、P3、P0、P1的顺序，选择最大计数值对应的相位之后的第二个相位作为数据采样点；2)如果存在两个计数值相等，并且大于其他两个计数值，当这两个较大的计数值对应的相位是连续的，选择其中较早的那个相位之后的第二个相位作为数据采样点；如果这两个相位不连续时，不改变数据采样点；3)如果存在三个计数值相等，并且大于另外一个计数值，则选择最小的那个计数值对应的相位作为数据采样点；4)如果4个计数值全部相等，则不改变数据采样点；(7)采样选择器对缓冲数据R2继续缓冲，形成新的缓冲数据Rx，缓冲级数与进行采样点选择所需要的时钟周期数相同；采样选择器进入工作状态后，输出一个数据有效标志，在工作时钟的每一个上升沿，将缓冲数据Rx中数据采样点对应的数据作为采集到的通信数据输出；(8)数据记录器在采样选择器给出数据有效标志后，对采样选择器输出的数据进行串并转换组装，并检测动态可重构高速串行总线的通信协议中规定的起始字，当检测到起始字后，计数器中的所有相位变化计数器停止计数，采样选择器保持当前的数据采样点不变；之后，数据记录器持续接收采样选择器送来的数据，进行串并转换组装，每组装好一个并行数据字后，输出给总线控制器进行处理，并检测是否是动态可重构高速串行总线的通信协议中规定的结束字；(9)当数据记录器检测到动态可重构高速串行总线通信协议中规定的结束字时，停止本次总线数据采集过程，将计数器中的所有相位变化计数器清除为0，使采样选择器进入非工作状态，撤消已选择的数据采样点。本专利技术实现的动态可重构高速串行总线的数据采集装置与方法，能够提高动态可重构高速串行总线通道数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种动态可重构高速串行总线的数据采集装置，其特征在于：包括多相位捕获器、边沿检测器、计数器、采样选择器和数据记录器，其中所述多相位捕获器采用4个时钟相位不间断对总线串行数据进行锁存，并采用统一的时钟对所有锁存数据进行缓冲；所述边沿检测器利用多相位捕获器的缓冲数据检测总线串行数据变化边沿的相位；所述计数器为每个时钟相位设置一个相位变化计数器，对总线串行数据在每个相位的变化边沿进行计数，提供总线串行数据在每个相位的变化边沿的数量；所述采样选择器根据计数器中总线串行数据在每个相位的变化边沿的数量，选择当前数据采样点，并将数据采样点的数据进行锁存输出；所述数据记录器对采样到的数据进行处理与存储；在动态可重构高速串行总线的每一个通道上设置一个所述动态可重构高速串行总线的数据采集装置，用于对通道上传输的数据进行采集。/n

【技术特征摘要】
1.一种动态可重构高速串行总线的数据采集装置，其特征在于：包括多相位捕获器、边沿检测器、计数器、采样选择器和数据记录器，其中所述多相位捕获器采用4个时钟相位不间断对总线串行数据进行锁存，并采用统一的时钟对所有锁存数据进行缓冲；所述边沿检测器利用多相位捕获器的缓冲数据检测总线串行数据变化边沿的相位；所述计数器为每个时钟相位设置一个相位变化计数器，对总线串行数据在每个相位的变化边沿进行计数，提供总线串行数据在每个相位的变化边沿的数量；所述采样选择器根据计数器中总线串行数据在每个相位的变化边沿的数量，选择当前数据采样点，并将数据采样点的数据进行锁存输出；所述数据记录器对采样到的数据进行处理与存储；在动态可重构高速串行总线的每一个通道上设置一个所述动态可重构高速串行总线的数据采集装置，用于对通道上传输的数据进行采集。


2.一种动态可重构高速串行总线的数据采集方法，其特征在于，由根据权利要求1所述的动态可重构高速串行总线的数据采集装置采用如下步骤方法对总线上传输的高速串行数据进行采集：
(1)采用与动态可重构高速串行总线数据速率相近频率的时钟作为所述数据采集装置的工作时钟CLK，将该工作时钟划分为4个相位，从前到后定义为P0、P1、P2与P3；
(2)在复位时，或动态可重构高速串行总线上长时间没有数据传输时，所述数据采集装置的采样选择器进入非工作状态，不输出数据，计数器中4个相位变化计数器被清除为0；
(3)当动态可重构高速串行总线通道上有数据传送时，利用多相位捕获器在4个相位上，对总线通道上的数据信号进行采样，并利用工作时钟CLK对4个相位点上的采样数据值进行缓冲锁存，得到一级缓冲数据R1，对R1进行缓冲锁存得到二级缓冲数据R2，R1和R2均为4位数据，位0、1、2、3分别对应4个相位P0、P1、P2、P3；
(4)边沿检测器对两级缓冲数据R1、R2进行判断，查找总线通道上的数据信号变化边沿对应的相位；如果总线通道上的数据信号没有变化，则不产生输出，如果有变化，则输出数据变化相位指示信号给计数器；
(5)计数器中的4个相位变化计数器，根据边沿检测器给出的数据变化相位指示信号，对各个相位的信号变化进行计数；一个相位变化计数器，在其对应的数据变化相位指示信号有效时加1，否则保持不变；
(6)当至少一个相位变化计数器不为0时，采样选择器进入工作状态，对计数器中4个相位变化计数器的计数值进行比较，根据以下策略选择数据采样点：1)如果存在一个最大的计数值，按照P0、P1、P2、P3、P0、P1的顺序，选择最大计数值对...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟功，王莹，王姗，王晶，
申请(专利权)人：首都师范大学，
类型：发明
国别省市：北京;11