CN102193503A - 一种工控主板及其识别外接设备的方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于线路板技术领域，提供了一种工控主板及其识别外接设备的方法，工控主板包括处理器，所述处理器具有多种类型的接口，其特征在于，所述工控主板还包括：与所述处理器连接的可编程逻辑器件，其与所述处理器的各个接口之间均有连接，形成多条通道；外部接口，用于连接外接设备，同时与所述可编程逻辑器件连接；所述可编程逻辑器件识别所述外部接口接入的外接设备的类型，并根据识别结果接通所述可编程逻辑器件与所述处理器中相应类型接口之间的通道。本发明对各种接口设备的识别采用硬件识别，大大加快了识别速度，并且采用单独的电路部分进行识别，不需要处理器的参与。

Description

一种工控主板及其识别外接设备的方法

技术领域

本发明属于线路板技术领域，尤其涉及一种工控主板及其识别外接设备的方法。

背景技术

目前工业计算机正朝着小体积、高性能、功能接口丰富的方向发展，而体积的减小必然造成PCB电路板面积的减小，这样在有限的空间内要放置丰富的接口来满足所有使用者的需求变得非常困难，甚至不可能实现，因为每一种外接设备都要占用一个专用外设接口与之相连，如一个USB设备要用一个USB口、一个串行设备要用一个串口、一个显示设备要用一个显示接口等等。但现实情况是不同的使用者对接口的功能及数量需求不尽相同，造成设计者要针对不同的使用者定制其需要的电路板及接口。

现有技术中，有一种方案是在PCB电路板上再叠加一层电路板，将下层放不下的外设接口进行扩展，放在上层电路板，从而实现丰富的接口功能。上下层之间通过连接器相连，连接器在这起到两个作用：①固定上下两层电路板；②将上层接口的信号通过连接器传输到下层主控制板。这种方案存在有不少弊端，如：连接器容易使上下两层板松脱；信号通过连接器传输，会对信号造成衰减，信号质量变差；上下层PCB板之间不利于散热；增加PCB电路板的整体高度。

还有一种技术是通过软件实现识别多功能接口接入的设备，但这必然要有处理器的参与，占用系统资源，而且软件识别的速度比硬件识别慢得多，只能外接手机充电设备、RS232设备或USB设备等有限类型的设备，不具有通用性。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种工控主板及其识别外接设备的方法，旨在通过通用的接口电路实现快速识别插接上的外接设备的接口类型。

本发明实施例是这样实现的，一种工控主板，包括处理器，所述处理器具有多种类型的接口，所述工控主板还包括：

与所述处理器连接的可编程逻辑器件，其与所述处理器的各个接口之间均有连接，形成多条通道；

外部接口，用于连接外接设备，同时与所述可编程逻辑器件连接；

所述可编程逻辑器件识别所述外部接口接入的外接设备的类型，并根据识别结果接通所述可编程逻辑器件与所述处理器中相应类型接口之间的通道。

本发明实施例还提供了一种工业计算机，包括如上所述的工控主板。

本发明实施例还提供了一种适用于如上所述的工控主板的识别外接设备的方法，其特征在于，包括以下步骤：

可编程逻辑器件从其内部或从所述处理器中调用其中一个接口控制器的IP核，按照该接口的通信协议对外接设备的类型进行检测；

若可编程逻辑器件接收到外接设备的响应信息，则表示外接设备类型与调用的接口控制器的类型相符识别成功，接通所述可编程逻辑器件与所述处理器中相应类型接口之间的通道；

若可编程逻辑器件未收到外接设备的响应信息，则表示外接设备类型与调用的接口控制器的类型不符，需从其内部或从所述处理器中调用下一个接口控制器的IP核，重复上述步骤，直至识别成功。

本发明实施例中，对各种接口设备的识别采用硬件识别的方式，大大加快了识别速度，并且采用单独的电路部分进行识别，不需要处理器的参与，因此不占用系统资源，提高处理器的执行效率。

附图说明

图1是本发明实施例提供的工控主板的结构原理图；

图2是本发明实施例提供的USB连接线材示意图；

图3是以USB、COM、LAN、LVDS和SATA五种设备接口为例示出的本发明实施例提供的工控主板的识别外接设备的方法具体操作流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例中，在单一的外部接口上可以插接多种不同功能的外接设备，通过硬件电路识别插上的是哪一种外接设备，并通过可编程逻辑器件切换到相应通道，使其能正常工作。

图1示出了本发明实施例提供的工控主板的结构原理，为了便于描述仅示出了与本实施例相关的部分。

参照图1，U1为处理器，具有多种类型的接口，U1还包含各接口的控制器；U2为可编程逻辑器件，其与所述处理器的各个接口之间均有连接，形成多条通道，如图1中示出的U2分别与U1中的USB接口、COM接口、LAN接口、SATA接口、LVDS接口均有通道连接等等，U4为外部接口，公母头均可，例如可选用为2×6PIN的插针接口，主要作用为通过各种专用配备的接口线材插接外接设备。可编程逻辑器件U2用于检测外部接口U4接入的外接设备的类型，并根据检测结果接通可编程逻辑器件U2与处理器U1中相应类型接口之间的通道。

进一步地，本发明实施例中，可编程逻辑器件U2在检测外部接口U4接入的外接设备的类型之前首先需判断外部接口U4中是否有外接设备接入，外部接口连接有供电电源，相应地，工控主板还包括一外部设备接入检测单元，其连接在所述外部接口与参考地之间，同时还连接可编程逻辑器件U2，当检测到外部接口接入外部设备时，外部设备接入检测单元输出反馈信号至可编程逻辑器件U2。工控主板还包括一MOS管Q1，其栅极G连接可编程逻辑器件U2，漏极D连接外部接口U4，源极S则连接至参考地，可编程逻辑器件U2在接收到外部设备接入检测单元的反馈信号时，控制MOS管Q1导通。如图1所示，外部接口U4的供电电源选用+5V电源，外部设备接入检测单元由电阻R1和A/D转换电路U3组成，其中电阻R1连接在外部接口U4与参考地之间，A/D转换电路U3连接在外部接口U4与可编程逻辑器件U2之间，具体实施时A/D转换电路U3可替换成任何具备电压读取功能的电压读取电路实现。

在这个设计中外部接口U4的管脚信号定义非常重要，表1以USB、COM、LAN、LVDS和SATA五种设备接口的信号为例示出了在U4管脚上的定义，表格中的空白表示该管脚在此设备接口上没有信号定义，为空管脚。从表中看出：USB、COM、LVDS和SATA都有一根接地信号(GND)；USB和LVDS设备需要+5V供电；LAN只有信号线。本实施例中，为提高设备检测的可靠性，外部接口的引脚定义为各接口的数据线交错放置，如表1中的USB的数据线DATA+、DATA-分别占用管脚1、2，COM的数据线RXD、TXD分别占用管脚3、4，SATA的数据线TX+、TX-、RX+、RX-分别占用管脚5、6、7、8。

表1U4管脚信号定义

管脚

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

USB

DATA+

DATA-

+5V

GND

COM

DCD

DSR

RXD

TXD

RTS

CTS

DTR

RI

GND

SATA

TX+

TX-

RX+

RX-

GND

LVDS

CLK+

CLK-

TX0+

TX0-

TX1+

TX1-

TX2+

TX2-

TX3+

TX3-

+5V

GND

LAN

TX0+

TX0-

TX1+

TX1-

TX2+

TX2-

TX3+

TX3-

工作原理为：上电前首先将想用的设备通过专用线材连接到U4，如图2所示的USB连接线材，①为2×6PIN插针的母头，用于与U4公头相连(两者可互为公母头)，②为带屏蔽层的信号线，③为热缩管，④为标准USB接口，不同接口的线材不同在于④连接的标准接口不同。系统上电后，可编程逻辑器件U2默认将通道切换在LAN状态，使能信号EN发出低电平，使Q1截止，T点通过1K电阻R1到地，然后U2调用LAN控制器的IP核，通过标准网络协议向U4端口发包，若有收到回复，则说明插上的是网线，U2保持将通道切换在LAN状态，并结束检测，若没有则判断插上的不是网线，需继续检测。

此时U2通过A/D转换器U3读取T点电压值，若T点的电压值为0，说明U4接口没有任何设备插上，若不为0，则说明U4接口上接着USB、COM、SATA和LVDS四种设备中的一种，进一步判断是哪种设备。

首先U2的使能信号EN发出高电平，导通MOS管Q1，使T点的对地电压为0，使接上的设备能够正常工作，然后U2调用USB控制器的IP核(可以直接从U1中调用，也可以在U2中内置各控制器的IP核以备调用)，按标准USB协议通过信号线DATA±向USB设备的寄存器发送USB设备查询信息，若有收到查询信息，则说明插上的是USB设备，U2将通道切换到USB，若在预定时间内检测不到USB设备的查询信息，则说明插上的不是USB设备，继续检测；U2调用SATA控制器的IP核，发送命令读取SATA设备信息寄存器，若读取到则说明插上的是SATA设备，U2将通道切换到SATA，否则继续检测；U2调用串口控制器的IP核，采用应答机制，向串口设备发送具有一定帧结构的数据，若U2有收到响应帧，则说明插上的是COM口设备，U2将通道切换到COM，否则判断插上的是LVDS显示设备，U2将通道切换到LVDS，至此整个检测过程结束。

由于LAN的信号线上没有电源和地信号，无法通过检测R1的电压判断是否有设备插上，所以上电后首先就将通道切换在LAN状态，检测流程必须从LAN开始，因此也就无需导通MOS管Q1这一步骤；而LVDS完全是被动设备，无法反馈信息给可编程逻辑器件，因此其他设备都检测排除后，就是LVDS设备，需放在检测流程的最后；中间对USB、SATA、COM的检测任意顺序都可。

本发明实施例还提供了一种适用于如上所述的工控主板的识别外接设备的方法，包括以下步骤：

步骤A，可编程逻辑器件从其内部或从所述处理器中调用其中一个接口控制器的IP核，按照该接口的通信协议对外接设备的类型进行检测；

步骤B，若可编程逻辑器件接收到外接设备的响应信息，则表示外接设备类型与调用的接口控制器的类型相符识别成功，接通所述可编程逻辑器件与所述处理器中相应类型接口之间的通道；

步骤C，若可编程逻辑器件未收到外接设备的响应信息，则表示外接设备类型与调用的接口控制器的类型不符，需从其内部或从所述处理器中调用下一个接口控制器的IP核，重复上述步骤，直至识别成功。

进一步地，若处理器的接口中包括LAN接口，则在步骤A之前，还包括以下步骤：

步骤A1，工控主板上电，默认接通所述可编程逻辑器件与所述LAN接口之间的通道；

步骤A2，调用LAN控制器的IP核，按照LAN网络通信协议向外接设备发出数据包，若收到外接设备的响应信息，则表示外接设备的接口为LAN接口，否则执行下一步骤。

进一步地，若处理器的接口中包括不具备反馈功能的接口(如LVDS)，则方法还包括以下步骤：

步骤D，在依次按照其他所有的接口类型对外接设备识别不成功时，则判断外接设备的接口类型为所述不具备反馈功能的接口类型，接通所述可编程逻辑器件与所述处理器中相应类型接口之间的通道。

图3以USB、COM、LAN、LVDS和SATA五种设备接口为例示出了本发明实施例提供的工控主板的识别外接设备的方法具体操作流程，原理同上文，具体不再赘述。

应当理解，以上内容只是列举五种接口设备USB、COM、LAN、LVDS和SATA进行检测，用同样的检测方法也可实现其他数字接口设备的检测。采用可以对模拟电路进行设计的可编程逻辑器件，还可以依据以上原理实现模拟多功能接口的设计，如VGA，AUDIO等。上述工控主板可应用于工业计算机中。

采用本发明可以避免电路板仅由于一个接口的变化，而要重新立项开发，节省了大量的时间和开发成本，加快了产品的上市时间。

本发明实施例中，对各种接口设备的识别采用硬件识别的方式，大大加快了识别速度，并且采用单独的电路部分(可编程逻辑器件U2、A/D转换电路U3、MOS管Q1等)进行识别，不需要处理器的参与，因此不占用系统资源，提高处理器的执行效率。同时为提高设备检查的可靠性，还可以定义外部接口的引脚为各接口的数据线交错放置，同时根据各种接口的具体定义和协议标准，对LAN等没有电源和地信号的接口进行上电识别，而对LVDS等不具备反馈功能的接口的识别放在最后。而且本设计中的插针接口换成另外任何的自定义或标准的连接器都可实现本发明目的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种工控主板，包括处理器，所述处理器具有多种类型的接口，其特征在于，所述工控主板还包括：

与所述处理器连接的可编程逻辑器件，其与所述处理器的各个接口之间均有连接，形成多条通道；

外部接口，用于连接外接设备，同时与所述可编程逻辑器件连接；

所述可编程逻辑器件识别所述外部接口接入的外接设备的类型，并根据识别结果接通所述可编程逻辑器件与所述处理器中相应类型接口之间的通道。

2.如权利要求1所述的工控主板，其特征在于，所述外部接口连接有供电电源；所述工控主板还包括：

外部设备接入检测单元，其连接在所述外部接口与参考地之间，同时还连接所述可编程逻辑器件，当检测到所述外部接口接入外部设备时，反馈至所述可编程逻辑器件；

MOS管，其栅极连接所述可编程逻辑器件，漏极连接所述外部接口，源极连接至参考地；

所述可编程逻辑器件在接收到所述外部设备接入检测单元的反馈信号时，控制所述MOS管导通。

3.如权利要求2所述的工控主板，其特征在于，所述外部设备接入检测单元包括：

电阻，连接在所述外部接口与参考地之间；

电压读取电路，连接在所述外部接口与所述可编程逻辑器件之间。

4.如权利要求3所述的工控主板，其特征在于，所述电压读取电路为A/D转换电路。

5.如权利要求1所述的工控主板，其特征在于，所述处理器的接口中包括LAN接口，当所述工控主板上电时默认接通所述可编程逻辑器件与所述LAN接口之间的通道。

6.如权利要求1所述的工控主板，其特征在于，所述外部接口的引脚定义为各接口的数据线交错放置。

7.一种工业计算机，其特征在于，包括如权利要求1至6任一项所述的工控主板。

8.一种适用于如权利要求1所述的工控主板的识别外接设备的方法，其特征在于，包括以下步骤：

可编程逻辑器件从其内部或从所述处理器中调用其中一个接口控制器的IP核，按照该接口的通信协议对外接设备的类型进行检测；

若可编程逻辑器件接收到外接设备的响应信息，则表示外接设备类型与调用的接口控制器的类型相符识别成功，接通所述可编程逻辑器件与所述处理器中相应类型接口之间的通道；

若可编程逻辑器件未收到外接设备的响应信息，则表示外接设备类型与调用的接口控制器的类型不符，需从其内部或从所述处理器中调用下一个接口控制器的IP核，重复上述步骤，直至识别成功。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，若所述处理器的接口中包括LAN接口，则在可编程逻辑器件从其内部或从所述处理器中调用其中一个接口控制器的IP核，按照该接口的通信协议对外接设备的类型进行检测的步骤之前，所述方法还包括以下步骤：

工控主板上电，默认接通所述可编程逻辑器件与所述LAN接口之间的通道；

可编程逻辑器件从其内部或从所述处理器中调用LAN控制器的IP核，按照LAN网络通信协议向外接设备发出数据包，若收到外接设备的响应信息，则表示外接设备的接口为LAN接口，否则执行下一步骤。

10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，若所述处理器的接口中包括不具备反馈功能的接口，则所述方法还包括以下步骤：

在依次按照其他所有的接口类型对外接设备识别不成功时，则判断外接设备的接口类型为所述不具备反馈功能的接口类型，接通所述可编程逻辑器件与所述处理器中相应类型接口之间的通道。

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