【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及数据通信，尤其涉及一种基于总线结构的嵌入式平台同步通信系统和方法。
技术介绍
1、当前嵌入式下位机系统中，常用单片机、dsp和可编程逻辑芯片组成系统。单片机有成熟的开发平台和丰富的接口资源，能实现低成本、短周期的开发；dsp芯片常用于涉及大量计算的场景，一般配合cpld或者fpga芯片实现下位机的数据吞吐、计算和控制等任务；cpld/fpga芯片内含丰富的数字逻辑资源和成熟的ip核，能通过编程实现几乎所有的数字功能，但是存在开发门槛较高、每个项目都需要根据项目要求量身定制的问题。
2、在嵌入式同步系统中，基于cpu核心的单片机或dsp芯片只能通过对cpu线程的调度完成任务，其性能受制于嵌入式平台的功耗和成本等，cpu核心的工作频率较低，因此做不到高精度的同步控制。现有技术方案中，通常采取多芯片并联受控的方案解决多传感器同步控制的问题，而在多芯片方案中整个系统极其臃肿，整体功耗和成本大幅增加，同时对硬件设计和pcb焊接工艺也有更高的要求，导致整个下位机系统的硬件容错率和复用性降低，不利于项目的复现和批量生产；同时，多芯片方案采用各自的开发ide软件和调试软件，分别需要具备不同的开发技能和开发语言，且需要相互配合以达到系统级测试的目的，主控芯片的通信和配合存在一定难度，在需要配合调试的场景中造成了一定困难。
技术实现思路
1、基于上述多芯片并控方案所存在的问题，本专利技术提出了一种基于总线结构的嵌入式平台同步通信系统和方法，将下位机逻辑功能部署在一片逻辑芯片（
2、第一方面，一种基于总线结构的嵌入式平台同步通信系统，包括上位机子系统和下位机子系统，所述上位机子系统发送指令时，对需要发送的指令进行包装，将满足传输协议和通讯协议的数据包发送至下位机子系统主板，下位机子系统主板通过物理接口和pcb走线将数据传入芯片中的下位机子系统；所述下位机子系统为嵌入式系统，包括以下模块：
3、上位机数据包处理模块：作为系统的主模块之一，将上位机子系统发送至下位机子系统的指令数据包进行解包，提取数据；然后对数据进行解码，提取出要发送至从设备模块的指令；
4、中断管理与仲裁模块：作为系统的另一主模块，接收来自从设备模块的中断并对其进行响应；
5、同步总线管理模块：作为数据传输桥梁传输数据，实现上位机数据包处理模块与各个从设备模块的通信，以及访存请求信号的传递；
6、从设备模块：包括一个或多个可配置可修改来实现从设备模块功能的控制和状态寄存器；收集各个子模块中从设备的数据并进行存储，当存储的数据满足发送要求时，将通信和传输协议打包并发送至上位机子系统。
7、进一步，所述从设备模块各个子模块功能及产生的中断信号等级并不相同，具体包括以下子模块：
8、中断信号从设备子模块：产生系统中断信号，中断信号优先级最高；
9、直连外设从设备子模块：通过不同通讯接口直连外设设备，进行控制、通讯和数据获取，产生的中断信号指挥系统进行数据存储和发送低等级的中断逻辑；
10、数据存储发送从设备子模块：存储所述直连外设从设备模块获取的各个外设设备的数据，当存储的数据满足指定的发送要求或上位机直接读取该模块所有数据时，按指定通讯和传输协议打包数据并发送至上位机子系统，产生的中断信号告知整个系统数据存储状态和发送是否完成，优先级最低。
11、进一步，所述上位机数据包处理模块具体包括：
12、传输协议解包与校验模块：根据采用的传输协议解析数据包，对上位机ip地址以及mac地址进行解析，对本机地址与数据包中的目的ip地址进行核验，再进行校验，最终得到上位机发送的正确数据；
13、通讯协议解包与校验模块：根据项目采用的通讯协议解析上一个模块传入的数据包，对上级模块数据解析，得到协议中的功能码、读写使能信号、读写地址和读写数据，还设置有错误判断功能。
14、进一步，所述通讯协议包括：网络层ip协议、传输层udp协议和应用层modbus协议。
15、进一步，所述中断管理与仲裁模块的中断响应根据从设备模块优先级进行仲裁，高优先级的中断优先处理，低优先级的中断信号保持并处于等待状态，直到高优先级信号处理完毕。
16、进一步，所述同步总线管理模块总线上的各个系统主模块之间采用固定优先级仲裁机制，优先响应所述中断管理与仲裁模块的读写请求；同时采用组合逻辑设计和同步触发功能，在关键信号来临时，整个系统所挂载的从设备模块在总线的同步控制下完成数据采集和发送的自动化工作。
17、另一方面，一种基于总线结构的嵌入式平台同步通信方法，基于所述的一种基于总线结构的嵌入式平台同步通信系统实现，包括以下步骤：
18、步骤s1：系统初始化，上位机子系统向下位机子系统发送系列初始化指令数据包，向不同从设备模块对应控制和状态寄存器内写入预设值数据，启动对应从设备模块并提供自动化功能的条件；
19、步骤s2：中断信号从设备子模块按给定频率或给定次数产生同步触发中断信号，若未达到预设触发次数，则进入步骤s3；若达到预设触发次数，则直接进入步骤s5；
20、步骤s3：将中断信号传输到中断管理与仲裁模块，中断管理与仲裁模块向同步总线管理模块写入同步触发指令；
21、步骤s4：下位机子系统中所有从设备模块接收到同步触发指令，进行一次数据采集并将数据存入数据发送模块，若未满足数据发送模块预设数据深度，则返回步骤s2进行循环，若满足数据发送模块预设数据深度，则进入步骤s5；
22、步骤s5：停止采集数据，数据发送模块打包当前采集的所有数据并按协议发送至上位机子系统。
23、进一步，所述步骤s1还包括：数据包在上位机数据包处理模块中进行解包和解码，提取指令后发送至同步总线管理模块中的总线，总线将指令送至各个从设备模块中的控制和状态寄存器，对从设备模块状态进行修改和控制；初始化后，整个系统被写入后续工作的各项参数，并等待启动指令。
24、进一步，所述步骤s1系统初始化时，控制和状态寄存器根据指令进行修改，实现从设备模块的自动运行及产生中断，具体包括：
25、确定每个从设备模块控制和状态寄存器的物理地址，包括基地址和偏移地址；
26、通过总线访问从设备模块的控制和状态寄存器，将数据写入特定地址以配置从设备模块的参数和状态；
27、确定需要配置的信息或参数，并将其编码成相应的数据，然后写入到每个从设备模块的控制和状态寄存器中；
28、通过读取控制和状态寄存器来监控从设备模块态信息，确定从设备模块的状态以及是否发生错误、是否需要下一步的措施；
29、根据所使用的通信协议，遵循相应的通信协议来正确地进行控制和状态寄存器的设置和控制。
30、本专利技术的有益效果：本专利技术提出了一种基于总线结构的嵌入式平台同步通信系统和方本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于总线结构的嵌入式平台同步通信系统，其特征在于，包括上位机子系统和下位机子系统，所述上位机子系统发送指令时，对需要发送的指令进行包装，将满足传输协议和通讯协议的数据包发送至下位机子系统主板，下位机子系统主板通过物理接口和PCB走线将数据传入芯片中的下位机子系统；所述下位机子系统为嵌入式系统，包括以下模块：
2.根据权利要求1所述的一种基于总线结构的嵌入式平台同步通信系统，其特征在于，所述从设备模块各个子模块功能及产生的中断信号等级并不相同，具体包括以下子模块：
3.根据权利要求1所述的一种基于总线结构的嵌入式平台同步通信系统，其特征在于，所述上位机数据包处理模块具体包括：
4.根据权利要求3所述的一种基于总线结构的嵌入式平台同步通信系统，其特征在于，所述通讯协议包括：网络层IP协议、传输层UDP协议和应用层Modbus协议。
5.根据权利要求1所述的一种基于总线结构的嵌入式平台同步通信系统，其特征在于，所述中断管理与仲裁模块的中断响应根据从设备模块优先级进行仲裁，高优先级的中断优先处理，低优先级的中断信号保持并处于等待状态
6.根据权利要求1所述的一种基于总线结构的嵌入式平台同步通信系统，其特征在于，所述同步总线管理模块总线上的各个系统主模块之间采用固定优先级仲裁机制，优先响应所述中断管理与仲裁模块的读写请求；同时采用组合逻辑设计和同步触发功能，在关键信号来临时，整个系统所挂载的从设备模块在总线的同步控制下完成数据采集和发送的自动化工作。
7.一种基于总线结构的嵌入式平台同步通信方法，基于权利要求1~6任意一项所述的一种基于总线结构的嵌入式平台同步通信系统实现，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的一种基于总线结构的嵌入式平台同步通信方法，其特征在于，所述步骤S1还包括：数据包在上位机数据包处理模块中进行解包和解码，提取指令后发送至同步总线管理模块中的总线，总线将指令送至各个从设备模块中的控制和状态寄存器，对从设备模块状态进行修改和控制；初始化后，整个系统被写入后续工作的各项参数，并等待启动指令。
9.根据权利要求8所述的一种基于总线结构的嵌入式平台同步通信方法，其特征在于，所述步骤S1系统初始化时，控制和状态寄存器根据指令进行修改，实现从设备模块的自动运行及产生中断，具体包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于总线结构的嵌入式平台同步通信系统，其特征在于，包括上位机子系统和下位机子系统，所述上位机子系统发送指令时，对需要发送的指令进行包装，将满足传输协议和通讯协议的数据包发送至下位机子系统主板，下位机子系统主板通过物理接口和pcb走线将数据传入芯片中的下位机子系统；所述下位机子系统为嵌入式系统，包括以下模块：
2.根据权利要求1所述的一种基于总线结构的嵌入式平台同步通信系统，其特征在于，所述从设备模块各个子模块功能及产生的中断信号等级并不相同，具体包括以下子模块：
3.根据权利要求1所述的一种基于总线结构的嵌入式平台同步通信系统，其特征在于，所述上位机数据包处理模块具体包括：
4.根据权利要求3所述的一种基于总线结构的嵌入式平台同步通信系统，其特征在于，所述通讯协议包括：网络层ip协议、传输层udp协议和应用层modbus协议。
5.根据权利要求1所述的一种基于总线结构的嵌入式平台同步通信系统，其特征在于，所述中断管理与仲裁模块的中断响应根据从设备模块优先级进行仲裁，高优先级的中断优先处理，低优先级的中断信号保持并处于等待状态，直到高优先级信号处理完毕。
...【专利技术属性】
技术研发人员：王康年，黄战华，胡朝正，徐智伟，龙子洋，
申请(专利权)人：天津大学四川创新研究院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。