CN104601423B - Spi总线节点设备及其通信方法以及spi总线系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种SPI总线节点设备及其通信方法以及SPI总线系统。该SPI总线节点设备包括SPI总线接口、接收数据缓存器、发送数据缓存器、CANopen协议单元以及存储器。该CANopen协议单元连接该接收数据缓存器和该发送数据缓存器且该CANopen协议单元中CANopen协议，使该SPI总线节点设备在SPI总线协议之上的数据收发遵循CANopen协议，该存储器连接该CANopen协议单元且储存对象字典，该对象字典用于和应用层交换数据。该SPI总线节点设备和该SPI总线系统具有更高的可靠性和通用性。
Description
技术领域
本发明主要涉及SPI总线，尤其涉及一种SPI总线节点设备及其通信方法以及SPI总线系统。
背景技术
串行外设接口(Serial Peripheral Interface,SPI)是一种高速、全双工、同步的通信总线。这种总线的优点是在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供了方便。但是这种总线的缺点也很明显，即没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据。
为了克服SPI总线的缺点，工程上都会在SPI总线协议的基础上添加一个私有协议，这个私有协议位于SPI总线协议的上层，也就是私有协议仅仅利用SPI总线实现数据的收发，而数据的管理则由私有协议进行。
目前，私有协议大都由工程师自己定义，这样定义的协议可靠性较差，效率较低，而且不能通用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种SPI总线节点设备以及SPI总线系统，其具有更高的可靠性和通用性。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种SPI总线节点设备，包括SPI总线接口、接收数据缓存器、发送数据缓存器、CANopen协议单元以及存储器，该CANopen协议单元连接该接收数据缓存器和该发送数据缓存器且该CANopen协议单元中配置CANopen协议，使该SPI总线节点设备在SPI总线协议上层的数据收发遵循CANopen协议，该存储器连接该CANopen协议单元且储存对象字典，该对象字典用于和应用层交换数据。
可选地，该对象字典的各条目为该SPI总线节点设备的各功能的映射。
可选地，该SPI总线节点设备可以配置为主设备。
可选地，该SPI总线节点设备可以配置为从设备。
可选地，其特征在于，该SPI总线节点设备具有节点识别号。
可选地，该SPI总线节点设备传输的数据包遵循CANOpen协议的规定。
本发明还提出一种SPI总线系统，包括多个SPI总线节点设备，每一SPI总线节点设备包括SPI总线接口、接收数据缓存器以及发送数据缓存器，其特征在于，该SPI总线节点设备还包括CANopen协议单元和存储器，该CANopen协议单元连接该接收数据缓存器和该发送数据缓存器且该CANopen协议单元中配置CANopen协议，使该SPI总线节点设备在SPI总线协议上层的数据收发遵循CANopen协议，该存储器连接该CANopen协议单元且储存对象字典，该对象字典用于和应用层交换数据。
可选地，该多个SPI总线节点设备包括一个主设备和至少一个从设备。
可选地，该对象字典的各条目为该SPI总线节点设备的各功能的映射。
可选地，每个SPI总线节点设备具有节点识别号，且各SPI总线节点设备的节点识别号不同。
可选地，各SPI总线节点设备之间传输的数据包遵循CANOpen协议的规定。
本发明还提供一种SPI总线节点设备的通信方法，该方法包括以下步骤：在SPI总线节点设备设置CANopen协议单元，CANopen协议单元连接SPI总线节点设备的接收数据缓存器和发送数据缓存器，且CANopen协议单元中配置CANopen协议；在SPI总线节点设备的存储器中储存对象字典，该存储器连接CANopen协议单元；使用CANopen协议单元使得在SPI总线协议上层的数据收发遵循CANopen协议；以及使用该对象字典和应用层交换数据。
与现有技术相比，本发明通过在SPI总线节点设备中配置CANopen协议单元和储存对象字典的存储器，使得各SPI总线节点设备能够在SPI总线协议上运行CANopen协议，从而模拟成CAN设备。由于CANOpen通信协议是成熟、稳定和高效的协议，将SPI总线节点设备模拟成CAN设备，提高了SPI总线节点设备之间通信的可靠性，并且克服了私有协议缺乏通用性的问题。
附图说明
图1是本发明第一实施例的SPI总线系统结构图。
图2是本发明第二实施例的SPI总线系统结构图。
具体实施方式
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
第一实施例
图1是本发明第一实施例的SPI总线系统结构图。参考图1所示，本实施例的SPI总线系统结构100包括SPI总线节点设备110和120，二者间通过SPI总线130连接。SPI总线节点设备110是主设备，SPI总线节点设备120是从设备。SPI总线130典型地包括4根线，它们是MOSI(数据输入)线、MISO(数据输出)线、SCLK(时钟)线、SS(片选)线。MOSI是用于主设备110的数据输出，从设备120的数据输入。MISO用于主设备110的数据输入，从设备120的数据输出。SCLK是时钟信号，由主设备110产生。SS用于发送从设备120的使能信号，由主设备110控制。
SPI总线节点设备110包括SPI总线接口111、接收数据缓存器112以及发送数据缓存器113这些SPI总线节点设备的基本配置。SPI总线接口111连接SPI总线130，因此SPI总线接口111对应的配备4个针脚。SPI总线接口111可以发送和接收数据，发送时钟信号和从设备使能信号。接收数据缓存器112连接SPI总线接口111，负责接收数据的缓存。发送数据缓存器113也连接SPI总线接口111，负责发送数据的缓存。
在本实施例中，SPI总线节点设备110还包括CANopen协议单元114和存储器115。CANopen协议单元114连接接收数据缓存器112和发送数据缓存器113。CANopen协议单元114中配置CANopen协议，使SPI总线节点设备110数据收发遵循CANopen协议。CANopen协议是一种架构在控制局域网络(Controller Area Network,CAN)上的高层通讯协议，具有成熟、稳定和高效的特点。在此，CANopen协议是运行在SPI总线协议的上层，用来弥补SPI总线协议没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据的缺点。
本实施例中SPI总线协议和CANopen协议组合的特点是，不用加装CAN通信模块，通过SPI总线协议模拟实现CANOpen协议的各种功能。为此，根据CANOpen协议，将各SPI总线节点设备提供的功能用对象字典的方式表述出来。
具体实施时，在连接CANopen协议单元114的存储器115中储存CANopen协议的对象字典。对象字典的各条目为SPI总线节点设备110的各功能的映射。举例来说，如果当前SPI总线节点设备提供读取温度值的功能，可以将这一功能映射成对象字典中的一个条目。
在本实施例中，可以使用指向条目的索引来查找对象字典中的条目。索引之下还可以设置子索引。
在此，对象字典存储区115可以是存储对象字典的专用存储器，也可以是具有用于存储对象字典的存储区的通用存储器。
类似地，SPI总线节点设备120包括SPI总线接口121、接收数据缓存器122以及发送数据缓存器123这些SPI总线节点设备的基本配置，以及用于运行CANopen协议的CANopen协议单元124和存储器125。
SPI总线节点设备110和SPI总线节点设备120之间通信时是将SPI总线节点设备110、120看作CAN设备。进一步，将SPI主设备作为CAN链路的主节点，而将SPI从设备作为从节点。通信时是通过SPI总线协议发送CAN通信的数据，例如SDO、PDO等。具体地说，在下层是按照SPI总线协议，而在上层是按照CANopen协议。
根据CANopen协议，还需对每个SPI总线节点设备110、120分配节点识别号(NodeId)。各个SPI总线节点设备110、120的节点识别号不同。
下面描述示例性的通信过程。
当SPI主设备110要访问任何一个SPI从设备时，需要片选相应的从设备。例如，当SPI主设备要访问SPI从设备120时，需要首先拉低SS引脚上的电平，然后才能开始数据传输。
两个SPI总线节点设备110、120之间以SDO方式进行数据通讯的过程如下：
假设SPI总线节点设备110(假设其节点识别号为0x02)要获取SPI总线节点设备120(假设其节点识别号为0x03)的温度值，而SPI总线节点设备120的温度值放在其对象字典中的索引0x2000的子索引0x01中，而且SPI总线节点设备120的温度值用一个8位(bit)的有符号数表示，则SPI总线节点设备110需要发送的命令数据的格式如下表1：
表1
表1中COB-ID是通信对象识别号(Communication Object Identifier)，是由功能码Function Code)和节点识别号组成。在此，功能码是0x600，SPI总线节点设备120的节点识别号0x03。
表1最后的Reserved是保留字节。
SPI总线节点设备120在接收到这个命令后需要发送下表2的响应数据给SPI总线节点设备110：
表2
表2中COB-ID是由功能码0x580和SPI总线节点设备120的节点识别号0x03组成。表2最后的Reserved是保留字节。
至此，SPI总线节点设备110获取SPI总线节点设备120的温度值完成。
另外，两个SPI总线节点设备110、120之间以PDO的方式进行数据通讯的过程如下：
假设SPI总线节点设备110(假设其节点识别号仍为0x02)作为PDO通信的消费者，SPI总线节点设备120作为PDO通信的生产者。当SPI总线节点设备120发生温度过高事件时，SPI总线节点设备120向SPI总线节点设备110发送PDO消息，当SPI总线节点设备110接收到SPI总线节点设备110发送过来的数据后，则对SPI总线节点设备120温度过高事件作出相应的处理。
假设SPI总线节点设备110温度过高事件使用的PDO为SPI总线节点设备120的第一个PDO，且以0x01表示温度过高事件，则SPI总线节点设备120需要发送的数据如下表3：
表3
表2中COB-ID是由功能码0x180和SPI总线节点设备110的节点识别号0x02组成。表2最后的Reserved是保留字节。
SPI总线节点设备110在接收到这条消息后，会对SPI总线节点设备120温度过高事件进行处理。但是根据CANOpen协议的规定，SPI总线节点设备110不会发送响应消息给SPI总线节点设备120。
第二实施例
图2是本发明第二实施例的SPI总线系统结构图。参考图2所示，本实施例的SPI总线系统结构200包括SPI总线节点设备210、220和230，三者间通过SPI总线240连接。SPI总线节点设备210是主设备，SPI总线节点设备220和230是从设备。SPI总线130典型地包括4根线，它们是MOSI(数据输入)线、MISO(数据输出)线、SCLK(时钟)线、SS(片选)线。SS线对不同从设备有不同。对SPI总线节点设备220，其使能信号SS线的编号是SS_0。对SPI总线节点设备230，其使能信号SS线的编号是SS_1。
根据CANopen协议，对每个SPI总线节点设备210、220和230分配节点识别号(NodeId)。各个SPI总线节点设备210、220和230的节点识别号不同。
当SPI主设备210要访问任何一个SPI从设备220和230时，需要片选相应的从设备。例如，当SPI主设备210要访问SPI从设备220时，需要首先拉低SS_0引脚上的电平，然后才能开始数据传输。当SPI主设备210要访问SPI从设备230时，需要首先拉低SS_1引脚上的电平，然后才能开始数据传输。
本实施例的其它细节，例如各SPI总线节点设备210的结构与第一实施例相似，在此不再展开赘述。
从另一角度看，本发明的实施例提供一种SPI总线节点设备的通信方法，该方法包括以下步骤：在SPI总线节点设备设置CANopen协议单元，CANopen协议单元连接SPI总线节点设备的接收数据缓存器和发送数据缓存器，且CANopen协议单元中配置CANopen协议；在SPI总线节点设备的存储器中储存对象字典，该存储器连接CANopen协议单元；使用CANopen协议单元使得在SPI总线协议上层的数据收发遵循CANopen协议；以及使用该对象字典和应用层交换数据。
本发明的上述实施例通过在SPI总线节点设备中配置CANopen协议单元和储存对象字典的存储器，使得各SPI总线节点设备能够在SPI总线协议上运行CANopen协议，从而模拟成CAN设备。由于CANOpen通信协议是成熟、稳定和高效的协议，将SPI总线节点设备模拟成CAN设备，提高了SPI总线节点设备之间通信的可靠性，并且解决了私有协议缺乏通用性的问题。
虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。
Claims (13)
1.一种SPI总线节点设备，包括SPI总线接口、接收数据缓存器以及发送数据缓存器，其特征在于，该SPI总线节点设备还包括CANopen协议单元和存储器，该CANopen协议单元连接该接收数据缓存器和该发送数据缓存器且该CANopen协议单元中配置CANopen协议，使该SPI总线节点设备在SPI总线协议上层的数据收发遵循CANopen协议，该存储器连接该CANopen协议单元且储存对象字典，该对象字典用于和应用层交换数据。
2.如权利要求1所述的SPI总线节点设备，其特征在于，该对象字典的各条目为该SPI总线节点设备的各功能的映射。
3.如权利要求1所述的SPI总线节点设备，其特征在于，该SPI总线节点设备配置为主设备。
4.如权利要求1所述的SPI总线节点设备，其特征在于，该SPI总线节点设备配置为从设备。
5.如权利要求1所述的SPI总线节点设备，其特征在于，该SPI总线节点设备具有节点识别号。
6.如权利要求1所述的SPI总线节点设备，其特征在于，该SPI总线节点设备传输的数据遵循CANOpen协议的规定。
7.一种SPI总线系统，包括多个SPI总线节点设备，每一SPI总线节点设备包括SPI总线接口、接收数据缓存器以及发送数据缓存器，其特征在于，该SPI总线节点设备还包括CANopen协议单元和存储器，该CANopen协议单元连接该接收数据缓存器和该发送数据缓存器且该CANopen协议单元中配置CANopen协议，使该SPI总线节点设备在SPI总线协议上层的数据收发遵循CANopen协议，该存储器连接该CANopen协议单元且储存对象字典，该对象字典用于和应用层交换数据。
8.根据权利要求7所述的SPI总线系统，其特征在于，该多个SPI总线节点设备包括一个主设备和至少一个从设备。
9.根据权利要求7所述的SPI总线系统，其特征在于，该对象字典的各条目为该SPI总线节点设备的各功能的映射。
10.根据权利要求7所述的SPI总线系统，其特征在于，每个SPI总线节点设备具有节点识别号，且各SPI总线节点设备的节点识别号不同。
11.根据权利要求7所述的SPI总线系统，其特征在于，各SPI总线节点设备之间传输的数据遵循CANOpen协议的规定。
12.一种SPI总线节点设备的通信方法，包括以下步骤：
在该SPI总线节点设备设置CANopen协议单元，该CANopen协议单元连接该SPI总线节点设备的接收数据缓存器和发送数据缓存器且该CANopen协议单元中配置CANopen协议；
在该SPI总线节点设备的存储器中储存对象字典，该存储器连接该CANopen协议单元；
使用该CANopen协议单元使得在SPI总线协议上层的数据收发遵循CANopen协议；以及
使用该对象字典和应用层交换数据。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，该对象字典的各条目为该SPI总线节点设备的各功能的映射。
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