一种多通道并行同步总线控制器制造技术

本发明专利技术公开了一种多通道并行同步总线控制器，包括MCU、FPGA，所述FPGA包括：复数个总线控制器，分别通过相应类型的总线与对应的总线设备电路连接；复数个配置寄存器，用于根据所述MCU的指令对各总线控制器进行总线配置；时钟，用于控制数据采集时钟；数据存储模块，用于存储各总线控制器在同一时刻返回的采样数据供MCU读取；采样控制器，用于接收MCU的指令进行采样设置，并根据所述采样设置，在采样时钟到达时，调整各总线控制器的采样启动信号发出时刻使各通道的采样数据返回时刻相一致。本发明专利技术具有多路并发、数据读取速度快、不占用MCU总线接口，适合于多通道、大数据量、高速、并行总线设备同步数据采集的应用需求。

【技术实现步骤摘要】
一种多通道并行同步总线控制器
本专利技术涉及数据采集
，特别地，涉及一种多通道并行同步总线控制器。
技术介绍
火箭发动机、航空发动机设计过程中，需要对发动机进行一系列的燃烧特性试验，为了获取准确的特性参数，需要对发动机进气道、燃烧室、喷管等不同截面、不同方位的压力参数进行测量，压力测量通道可达到数百路。目前很多压力传感器都是数字型传感器，并且大多为总线接口，从而使一个测量控制器可以采集多路信号。然而，由于总线通信必须采用分时方式，当传感器数量较多时，平均数据采样率会下降。并且，各通道采集需要串行进行，并非时间上的严格同步。测量控制器多使用MCU开发，MCU总线接口有限，在需要大规模、高速、同步采样的场合，难以满足需求。以I2C控制总线为例。I2C作为最成熟的总线标准之一，它是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，控制方式简单，通信速率较高的特点，在数据采集领域得到广泛的应用。现有技术中，在I2C控制总线上，每根总线上都连接一个或数个I2C传感器，只能有一个主节点，其他节点为从。在进行数据采集时，由于总线需要分时使用，当同一条总线上连接的传感器数量较多时，总线上的传感器在同一时刻只能采集一个传感器数据，效率不高。并且各通道之间的采集是串行的，在多传感器高速同步数据采集的应用中，每通道平均的采样速率会下降，无法同步获取多路的传感器数据。
技术实现思路
本专利技术提供了一种多通道并行同步总线控制器，以解决现有多通道同步采集时并发数少、采样速率低、无法同步获取多路的传感器数据的技术问题。本专利技术采用的技术方案如下：一种多通道并行同步总线控制器，包括MCU，还包括FPGA，所述FPGA包括复数个总线控制器、复数个配置寄存器、时钟、数据存储模块、采样控制器，所述复数个总线控制器分别通过相应类型的总线与对应的总线设备电路连接，用于负责与对应的总线设备之间的接口通信，并在同一时刻返回采样数据；所述复数个配置寄存器的数量与所述总线控制器相一致且分别与MCU和各总线控制器电路连接，用于根据所述MCU的指令对各总线控制器进行总线配置；所述时钟与所述配置寄存器和采样控制器电路连接，用于控制数据采集时钟；所述数据存储模块分别与MCU、各总线控制器电路连接，用于存储各总线控制器在同一时刻返回的采样数据供MCU读取；所述采样控制器分别与所述时钟、数据存储模块、各总线控制器、MCU电路连接，用于接收所述MCU的指令进行采样设置，并根据所述采样设置，在采样时钟到达时，调整各总线控制器的采样启动信号发出时刻使各通道的采样数据返回时刻相一致实现多通道同步采集。进一步地，所述总线控制器具体用于：根据历史采样过程消耗时间dt获得下一次的采样时间预估值并发送至采样控制器，所述历史采样过程消耗时间为某次采样从命令发出起，至数据返回数据存储模块为止所消耗的时间。进一步地，所述总线控制器包括:采样时间测量模块，用于测量各总线控制器的历史采样过程消耗时间dt；采样时间预测模块，用于根据总线控制器的历史采样过程消耗时间dt，采用预测算法对下一次采样时间进行预估获得采样时间预估值并发送至所述采样控制器；总线控制模块，用于负责与对应的总线设备之间的接口通信。进一步地，所述预测算法包括卡尔曼滤波算法。进一步地，所述采样控制器包括：采样时间调整模块，用于在采样时钟到达时，根据各总线控制器发送的采样时间预估值调整各总线控制器下一次的采样启动信号实际发出时刻t′0：其中，t0表示期望的采样时刻，各总线控制器读取的采样数据均在同一期望的采样时刻t0返回并存储至所述数据存储模块中，实现各通道采样的精确同步。进一步地，所述采样控制器还包括：数据读取通知模块，分别与所述MCU和数据存储模块电路连接，用于当数据存储模块存储的采样数据到达预设门限后，以中断方式通知MCU读取数据存储模块存储的采样数据。进一步地，所述数据存储模块包括：数据寄存器，分别与各总线控制器电路连接，用于存储各总线控制器某一时刻返回的采样数据：数据缓存区，分别与所述MCU、数据读取通知模块、数据寄存器电路连接，用于以FIFO方式存储所述数据寄存器中的多个时刻的采样数据，以及在所存的多个时刻的采样数据到达预设门限时触发所述数据读取通知模块以中断方式通知MCU读取数据缓存区存储的采样数据。进一步地，根据所述MCU的指令对各总线控制器进行总线配置具备包括配置各总线设备地址、通信速率、电平约定、保护时间间隔。进一步地，所述接收所述MCU的指令进行采样设置包括设置采样速率、通道选择、缓存深度。进一步地，所述相应类型的总线包括I2C、SPI、CAN、422、485总线。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的多通道并行同步总线控制器结合MCU和FPGA，并在PFGA中设置复数个总线控制器、复数个配置寄存器、时钟、数据存储模块、采样控制器等，采样控制器通过调整各总线控制器的采样启动信号发出时刻使各通道的采样数据返回时刻相一致实现多通道同步采集，具有多路并发、数据读取速度快、不占用MCU总线接口，适合于多通道、大数据量、高速、并行总线设备同步数据采集的应用需求，对总线类型无限制，可适用于I2C、SPI、CAN、422、485等常用总线，扩展性好，适用范围广。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本专利技术作进一步详细的说明。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是本专利技术优选实施例的多通道并行同步总线控制器示意图；图2是本专利技术优选实施例的总线控制器示意图。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。参照图1，本专利技术的优选实施例提供了一种多通道并行同步总线控制器，包括MCU，还包括FPGA，所述FPGA包括复数个总线控制器、复数个配置寄存器、时钟、数据存储模块、采样控制器，所述复数个总线控制器分别通过相应类型的总线与对应的总线设备电路连接，用于负责与对应的总线设备之间的接口通信，并在同一时刻返回采样数据；所述复数个配置寄存器的数量与所述总线控制器相一致且分别与MCU和各总线控制器电路连接，用于根据所述MCU的指令对各总线控制器进行总线配置；所述时钟与所述配置寄存器和采样控制器电路连接，用于控制数据采集时钟；所述数据存储模块分别与MCU、各总线控制器电路连接，用于存储各总线控制器在同一时刻返回的采样数据供MCU读取；所述采样控制器分别与所述时钟、数据存储模块、各总线控制器、MCU电路连接，用于接收所述MCU的指令进行采样设置，并根据所述采样设置，在采样时钟到达时，调整各总线控制器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多通道并行同步总线控制器，包括MCU，其特征在于，还包括FPGA，所述FPGA包括复数个总线控制器、复数个配置寄存器、时钟、数据存储模块、采样控制器，/n所述复数个总线控制器分别通过相应类型的总线与对应的总线设备电路连接，用于负责与对应的总线设备之间的接口通信，并在同一时刻返回采样数据；/n所述复数个配置寄存器的数量与所述总线控制器相一致且分别与MCU和各总线控制器电路连接，用于根据所述MCU的指令对各总线控制器进行总线配置；/n所述时钟与所述配置寄存器和采样控制器电路连接，用于控制数据采集时钟；/n所述数据存储模块分别与MCU、各总线控制器电路连接，用于存储各总线控制器在同一时刻返回的采样数据供MCU读取；/n所述采样控制器分别与所述时钟、数据存储模块、各总线控制器、MCU电路连接，用于接收所述MCU的指令进行采样设置，并根据所述采样设置，在采样时钟到达时，调整各总线控制器的采样启动信号发出时刻使各通道的采样数据返回时刻相一致实现多通道同步采集。/n

【技术特征摘要】
1.一种多通道并行同步总线控制器，包括MCU，其特征在于，还包括FPGA，所述FPGA包括复数个总线控制器、复数个配置寄存器、时钟、数据存储模块、采样控制器，
所述复数个总线控制器分别通过相应类型的总线与对应的总线设备电路连接，用于负责与对应的总线设备之间的接口通信，并在同一时刻返回采样数据；
所述复数个配置寄存器的数量与所述总线控制器相一致且分别与MCU和各总线控制器电路连接，用于根据所述MCU的指令对各总线控制器进行总线配置；
所述时钟与所述配置寄存器和采样控制器电路连接，用于控制数据采集时钟；
所述数据存储模块分别与MCU、各总线控制器电路连接，用于存储各总线控制器在同一时刻返回的采样数据供MCU读取；
所述采样控制器分别与所述时钟、数据存储模块、各总线控制器、MCU电路连接，用于接收所述MCU的指令进行采样设置，并根据所述采样设置，在采样时钟到达时，调整各总线控制器的采样启动信号发出时刻使各通道的采样数据返回时刻相一致实现多通道同步采集。


2.根据权利要求1所述的多通道并行同步总线控制器，其特征在于，
所述总线控制器具体用于：根据历史采样过程消耗时间dt获得下一次的采样时间预估值并发送至采样控制器，所述历史采样过程消耗时间为某次采样从命令发出起，至数据返回数据存储模块为止所消耗的时间。


3.根据权利要求2所述的多通道并行同步总线控制器，其特征在于，所述总线控制器包括:
采样时间测量模块，用于测量各总线控制器的历史采样过程消耗时间dt；
采样时间预测模块，用于根据总线控制器的历史采样过程消耗时间dt，采用预测算法对下一次采样时间进行预估获得采样时间预估值并发送至所述采样控制器；
总线控制模块，用于负责与对应的总线设备之间的接口通信。


4.根据权利要求3所述的多通道并行同步总线控制器，其特征在于，
所述预测算法包括卡尔曼滤波算法...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海涛，李振华，
申请(专利权)人：湖南苍树航天科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43