CN101005376A - 一种实现业务板和主控板通信的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种实现业务板和主控板通信的装置和方法，属于数据通信领域。为了简化连接业务板和主控板的背板的结构设计，本发明提供了一种实现业务板和主控板通信的装置，装置包括USB通信模块、查询模块、数据写入模块、数据读取模块和数据收发模块。本发明还提出了一种利用USB技术实现业务板和主控板通信的方法：业务板的CPU查询到数据队列中有需要发送的数据，将需要发送的数据通过业务板的USB数据端口寄存器写入到业务板的端点缓冲区中；业务板的端点缓冲区被写满后，当USB数据总线下一个IN令牌到来时，通过USB数据总线将业务板的端点缓冲区中的首帧数据发送给主控板；主控板收到首帧数据后，向业务板发送应答数据。

Description

一种实现业务板和主控板通信的装置和方法
技术领域
本发明涉及数据通信领域，特别涉及一种实现业务板和主控板通信的装置和方法。
背景技术
在目前现有技术中，业务板和主控板通过背板连接起来，背板起固定单板和协助业务板与主控板完成通信，同时背板还负责给整个网元供电。如图1所示，为了实现业务板和主控板的通信，背板往往要经过众多的信号线和电源线，背板所承受的电源电压高达48V，而且电源线和信号线混在一起很容易引起通信信号质量的下降，业务板和主控板要通过信号线中的时钟线、地址线、数据线、控制线等诸多类别信号来完成通信和各种功能，这其中除了复杂的时序调整外，传输速率也会受到一定限制，高的信号质量必然对背板提出很高的要求。通常情况下，主控CPU会根据单板的状况以及业务需求对单板进行实时配置，但是由于背板所提供的上电自检功能有限，不具备通过自检把单板当前状态上报给主控CPU的功能，使得主控CPU不能准确及时地对单板进行配置。同时，业务板与主控板的位置由于背板的限制，使得业务板与主控板不能实现空间分离，而事实上主控板完全可以独立放置，通过外设接口与业务板建立连接。迫于上述情况，急需一种新的通信方式来取代现有的业务板与主控板的通信方式。
发明内容
为了简化连接业务板和主控板的背板的结构设计，本发明实施例提供了一种实现业务板和主控板通信的装置，所述装置包括USB通信模块、查询模块、数据写入模块、数据读取模块和数据收发模块；
所述USB通信模块用于通过USB通讯协议将所述业务板和主控板建立通信连接；
所述查询模块用于查询所述业务板的数据队列中是否有需要发送的数据，并将查询到的需要发送的数据发送给所述数据写入模块；
所述数据写入模块用于将收到的数据写入到所述业务板中；
所述数据读取模块用于读取所述业务板中的数据，并将读取出的数据发送给所述数据收发模块；
所述数据收发模块用于接收所述数据读取模块发送的数据，并将收到的数据通过所述USB通信模块发送给所述主控板。
本发明实施例还提出了一种实现业务板和主控板通信的方法，所述方法包括以下步骤：
所述业务板的CPU查询到数据队列中有需要发送的数据，将所述数据队列中的需要发送的数据通过所述业务板的USB数据端口寄存器写入到所述业务板的端点缓冲区中；
所述业务板的端点缓冲区被写满后，当USB数据总线下一个IN令牌到来时，通过所述USB数据总线将所述业务板的端点缓冲区中的首帧数据发送给所述主控板；
所述主控板收到所述首帧数据后，向所述业务板发送应答数据。
有益效果：
1.由于本发明实施例利用了USB技术，使得背板的设计简单化、功能单一化、增强了背板的灵活性，而且还减小了背板设计人员的负担。
2.由于本发明实施例利用了USB技术，所以可以使数据传输与电源供电分离，这样数据线可以分离出来，方便了优化整个网元的布局。
3.由于本发明实施例利用了USB技术，所以数据传输率得到了很大地提高，使得单板与主控板的通信乃至整个网元的通信更加流畅，这样可以充分利用带宽来处理更多的事情，单板的可靠性得到了成倍地增强。
附图说明
图1是现有技术中业务板与主控板的连接示意图；
图2是本发明实施例实现业务板和主控板通信的装置的结构图；
图3是本发明实施例实现业务板和主控板通信的方法流程图；
图4是本发明实施例业务板和主控板的连接示意图；
图5是本发明实施例USB主控制器的结构框图；
图6是本发明实施例USB主控制器的PL内部结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。
参见图2，本发明实施例提供了一种实现业务板和主控板通信的装置，装置包括USB通信模块、查询模块、数据写入模块、数据读取模块和数据收发模块；
USB通信模块用于通过USB通讯协议将业务板和主控板建立通信连接；
查询模块用于查询业务板的数据队列中是否有需要发送的数据，并将查询到的需要发送的数据发送给数据写入模块；
数据写入模块用于将收到的数据写入到业务板中；
数据读取模块用于读取业务板中的数据，并将读取出的数据发送给数据收发模块；
数据收发模块用于接收数据读取模块发送的数据，并将收到的数据通过USB通信模块发送给主控板。
数据写入模块通过它内部的USB数据端口寄存器将收到的数据写入到业务板中。
当USB数据总线下一个IN令牌到来时，数据读取模块读取出业务板中的数据。
本发明实施例还提出了一种利用USB技术实现业务板和主控板通信的方法，具体包括以下步骤，参见图3：
步骤101：业务板通过背板、USB电缆与主控板建立物理连接，主控板激活连接端口。
图4给出了业务板和主控板的连接示意图。背板通过USB接口分别与主控板的USB HUB和业务板的USB设备控制器连接。背板可以采用菊花链的形式把最多127个业务板连接起来，所有业务板通过USB协议来共享USB的带宽。业务板与主控板连接后，主控板通过它的控制端点发送包含标准USB请求的控制传输(即Setup包)，业务板通过读它的中断寄存器和最后一次传输状态寄存器对每一个请求作出响应，并通过它的控制端点回送请求信息。
步骤102：主控板通过USB电缆自动枚举，下载固件程序和USB设备描述符表，并根据下载的USB设备描述符表来定义业务板的设备类型，同时业务板设置用于USB通信的寄存器。
主控板通过其中的USB主控制器来完成自动枚举，下载固件程序和USB设备描述符表等操作。图5给出了USB主控制器的结构框图，USB主控制器主要有两个部分组成，其一为与外设的接口，另一个是内部协议层逻辑PL(Protocol Layer)。内部存储器仲裁器实现对内部DMA(Direct Memory Access-存储器直接存取)和外部总线对存储器访问之间的仲裁。PL则实现USB的数据I/O和控制。接口有三种：一种是与微控制器之间的功能接口；一种是与单口同步静态存储器(SSRAM)之间的接口；另外一种是与物理层之间的接口。这里符合UTMI(USB Transceiver Macrocell Interface-USB收发器宏单元接口)规范定义。在物理层，该控制器需要一个外部的USB收发器(Transceiver)用作USB2.0的模拟前端，从USB电缆来的差分信号进行反转不归零码(NRZI)解码和位解填充转换成16位并行数据；反之，16位并行数据通过一个差分驱动电路经过串行化、位填充和NRZI编码输出到USB电缆上。控制器的核心逻辑位于PL模块，它负责管理所有USB数据I/O和控制通信，其结构如图6所示，协议引擎(Protocol Engine)处理所有标准的USB握手信号和控制通信；分组组装器组装分组并送入输出FIFO(First In First Out-先进先出)，先组装分组头，插入适当的PID(PacketIdentifier-分组标识)和校验和，然后加入数据域；分组拆装器先解码出PID和序列号以及校验和，再从8位PID取低4位(或高4位取反)得到PID[3:0]，通过USB2.0协议的PID类型定义译码出PID名，判断是Token分组(OUT、IN、SOF和SETUP)还是DATA分组(DATA0、DATA1、DATA2和MDATA)。
步骤103：业务板接收到主控板通过它的控制端点发送的复位信号。
步骤104：业务板收到复位信号后，进入缺省状态，向主控板发送应答数据。
业务板进入缺省状态后，就能够通过缺省通信通道响应主控板发送来的设备请求信息。
步骤105：主控板收到应答数据后，向业务板发送设备请求信息。
主控板向业务板发送的设备请求信息包括描述符请求，设置地址请求和设备配置请求。主控板通过这些设备请求分别获得了业务板的详细信息、设置了业务板的地址和合适的配置了业务板。
步骤106：业务板响应主控板发送的设备请求信息，并将响应结果发送给主控板。
步骤107：主控板从响应结果中读取描述数据，分配和载入业务板的驱动程序，并对业务板进行端点配置，建立与业务板的USB通信连接。
描述数据包括设备描述符、配置描述符、接口描述符、端点描述符和字符串描述符。
业务板和主控板的USB通信主要通过通信接口类对设备进行管理和控制，通过数据接口类传送数据。这两类接口类占有不同数量和类型的终端点。通信接口类需要一个控制终端点和一个可选的中断(Interrupt)型，数据接口类需要一个方向为输入(IN)的周期型终端点和一个方向为输出(OUT)的周期型终端点。控制终端点主要用于USB设备的枚举和参数的设置。端点可以定为EP0、EP1 IN和EP1 OUT，EP0作为控制端点用，它是一个双向端点，即可为IN也可为OUT，当需要控制传输数据时，固件读写EP0缓冲区，EP1 IN和EP1 OUT使用独立的64字节缓冲区，固件可配置这些端点为突发(BULK)、中断(Interrupt)或周期性(Isochronous)传输方式。EP1 IN、EP1 OUT这两个端点和EP0端点一样只能被固件访问，这一点与大端点缓冲区不同，大端点缓冲区主要用来和片上或片外进行高带宽数据传输而无需固件的参与，它们可以被配置成不同的方式来适应带宽的需要。大端点缓冲区主要用来进行高速(480Mbit/s)数据传输，它可以通过FIFO数据接口与外部处理器无缝连接来实现高速数据传输。FPGA内部定义N个字节端点缓冲区和一定的可配置成不同方式的缓冲，每一个终端点都有一组独立的寄存器对该终端点进行控制、状态识别和数据的存取，还可以通过特殊寄存器配置为控制(Control)，突发(bulk)，中断(Interrupt)和周期性(Isochronous)。
步骤108：业务板的CPU查询到数据队列中有需要发送的数据，将数据队列中的需要发送的数据通过业务板的数据端口寄存器写入到业务板的端点缓冲区中。
步骤109：业务板的端点缓冲区被写满后，自动生效，当USB数据总线下一个IN令牌到来时，业务板的端点缓冲区中的数据通过USB数据总线传输到主控板中。
业务板的端点缓冲区还可以在没有被填满的情况下，通过设置控制功能寄存器的位强制该端点缓冲区生效。
步骤110：主控板收到数据后，向业务板发送ACK应答数据。
步骤111：业务板收到ACK应答数据后，通过INT引脚报告给业务板的CPU，业务板的CPU继续往业务板的端点缓冲区中写入其余数据帧。
通过上述利用USB技术实现业务板和主控板通信具有以下特点：
1.支持即插即用功能。允许在主控板和其它业务板工作时进行连接配置、使用及移除。
2.低成本。使用一个4针插头作为标准，通过这个标准插头，采用菊花链形式可把多达127个业务板连接起来，所有的业务板通过协议来共享USB的带宽。
3.数据传输可靠。USB事务处理包括错误检测机制，可以确保数据无错误发送，在发生错误时，事务处理可以重新进行。
4.具有完全自治的DMA传输操作，还具有可控制的软件连接功能，可以保证在微控制器可靠初始化之后再连接上USB总线，多中断模式实现批量和同步传输。
5.固件编程是USB数据传输系统中终端设备程序设计的重要部分，主控板通过固件程序与单板进行数据交换。
6.可以利用USB的枚举特性实现单板自检且上报。
以上所述的实施例只是本发明较优选的具体实施方式的，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种实现业务板和主控板通信的装置，其特征在于，所述装置包括USB通信模块、查询模块、数据写入模块、数据读取模块和数据收发模块；
所述USB通信模块用于通过USB通讯协议将所述业务板和主控板建立通信连接；
所述查询模块用于查询所述业务板的数据队列中是否有需要发送的数据，并将查询到的需要发送的数据发送给所述数据写入模块；
所述数据写入模块用于将收到的数据写入到所述业务板中；
所述数据读取模块用于读取所述业务板中的数据，并将读取出的数据发送给所述数据收发模块；
所述数据收发模块用于接收所述数据读取模块发送的数据，并将收到的数据通过所述USB通信模块发送给所述主控板。
2.如权利要求1所述的实现业务板和主控板通信的装置，其特征在于，所述数据写入模块通过它内部的USB数据端口寄存器将收到的数据写入到所述业务板中。
3.如权利要求1所述的实现业务板和主控板通信的装置，其特征在于，当USB数据总线下一个IN令牌到来时，所述数据读取模块读取出所述业务板中的数据。
4.一种实现业务板和主控板通信的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
所述业务板的CPU查询到数据队列中有需要发送的数据，将所述数据队列中的需要发送的数据通过所述业务板的USB数据端口寄存器写入到所述业务板的端点缓冲区中；
所述业务板的端点缓冲区被写满后，当USB数据总线下一个IN令牌到来时，通过所述USB数据总线将所述业务板的端点缓冲区中的首帧数据发送给所述主控板；
所述主控板收到所述首帧数据后，向所述业务板发送应答数据。
5.如权利要求4所述的实现业务板和主控板通信的方法，其特征在于，所述业务板的CPU查询到数据队列中有需要发送的数据的步骤之前还包括所述业务板与所述主控板建立USB通信连接的步骤：
所述业务板接收到所述主控板通过它的控制端点发送的复位信号；
所述业务板接收到所述复位信号后，向所述主控板发送应答数据；
所述主控板收到所述应答数据后，向所述业务板发送设备请求信息；
所述业务板响应所述设备请求信息，并将响应结果发送给所述主控板。
6.如权利要求5所述的实现业务板和主控板通信的方法，其特征在于，所述业务板响应所述设备请求信息，并将响应结果发送给所述主控板的步骤之后还包括：所述主控板从所述响应结果中读取描述数据，分配和载入所述业务板的驱动程序，并对所述业务板进行端点配置。
7.如权利要求6所述的实现业务板和主控板通信的方法，其特征在于，所述描述数据包括设备描述符、配置描述符、接口描述符、端点描述符和字符串描述符。
8.如权利要求5所述的实现业务板和主控板通信的方法，其特征在于，所述业务板接收到所述主控板通过它的控制端点发送的复位信号的步骤之前还包括：所述主控板通过USB电缆自动下载固件程序和USB设备描述符表，并根据下载的所述USB设备描述符表定义所述业务板的设备类型。
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