CN104461991A

CN104461991A - 具有较高吞吐量的增强型串行接口系统和方法

Info

Publication number: CN104461991A
Application number: CN201410477015.7A
Authority: CN
Inventors: D.莱维
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2013-09-18
Filing date: 2014-09-18
Publication date: 2015-03-25
Anticipated expiration: 2034-09-18
Also published as: US20150081940A1; CN104461991B; DE102014113373A1; US9471523B2

Abstract

具有较高吞吐量的增强型串行接口系统和方法。公开了增强型串行接口系统。系统包括主部件和从部件。主部件被配置成以用于通信的标准模式和增强模式操作。主部件包括标准端子和混合端子。只有标准端子用于以标准模式通信。混合端子和标准端子用于以增强模式通信。从部件被配置成以增强模式操作并与主部件通信。

Description

具有较高吞吐量的增强型串行接口系统和方法

背景技术

串行接口使用串行通信协议来传输数据。串行接口一个接一个发送数条信息。相反，并行接口同时发送多条信息。在理论上，并行接口可更快地发送信息，然而它们要求更多的线路或布线来传输数据。

公共串行接口只使用两条线路或布线以传输功率和数据。当有限的线路或布线是可用的时，使用这样的接口。例如，汽车系统通常使用双线路串行接口以进行通信。这是由于用于汽车系统的通常有限的空间和布线可用性。

然而，公共双线路串行接口可能对一些应用太慢。

附图说明

图1是图示具有比其它串行通信系统更高的吞吐量的增强型串行接口系统的方框图。

图2A是图示以标准模式操作的增强型串行系统的图解。

图2B是描绘以标准模式使用系统200的示例串行通信的图表。

图3A是图示以增强模式操作的增强型串行系统的图解。

图3B是描绘以增强模式使用系统的示例串行通信的图表。

图4A是图示以增强模式使用的信号的前同步码和数据部分的图解。

图4B是图示合适的边缘检测和时钟恢复部件的示例的方框图。

图5是图示操作具有比其它串行通信系统更高的吞吐量的增强型串行接口系统的方法的流程图。

具体实施方式

现在将参考附图描述本发明，其中相同的参考数字用于指代从头到尾的相同的元件，且其中所示结构和装置不一定按比例绘制。

公开了通过利用用于多个/混合目的的端子和线路来促进串行通信的系统和方法。用于以一个模式进行时钟和芯片选择功能的端子和对应的线路被利用来以另一模式进行通信。

图1是图示具有比其它串行通信系统更高的吞吐量的增强型串行接口系统100的方框图。系统100利用增强模式连同混合或增强型线路一起来促进系统100的吞吐量和兼容性。以简化格式描述了系统100以帮助理解。

串行接口（诸如串行外围接口（SPI））用于在装置之间进行通信。接口是以全双工模式操作的同步串行数据链路标准。装置以主/从模式通信，其中主部件发起数据帧并选择一个或多个从部件来与之通信。从部件包括用于激活或选择用于与主部件通信的部件的个别的芯片选择线路。

串行外围接口通常被实现为四线串行总线并包括四条基本线路——主输出、主输入、时钟和芯片选择。串行外围接口也被称为同步串行接口。

系统（诸如汽车系统）常常利用串行外围接口来在多个传感器和部件之间通信。这样的系统可具有相对大数量的传感器和部件。然而，常规系统的吞吐量限制可有效地通信的传感器和/或系统部件的数量。

系统100促进较高的数据吞吐量并许可较大数量的传感器。此外，系统100提供许可与常规从部件的通信的向后能力。

系统100包括主部件102和一个或多个从部件104。主部件102以提供向后兼容性的标准模式或增加吞吐量的增强模式与从部件104通信。此外，主部件102可以以标准模式与从部件104中的一些从部件通信且以增强模式与其它从部件通信。

从部件104可包括标准从部件和增强型从部件。标准或常规从部件只以标准模式可操作。增强型从部件至少以增强模式可操作。因此，系统100支持标准和增强型从部件的两种类型。

主部件102包括标准端子112和增强或混合端子114。标准端子包括第一输出端子（OUT1）和第一输入端子（IN1）。输出端子提供用于向外传输数据或从主部件102传输数据的串行主输出信号，且输入端子被配置成接收用于将数据传输到主部件102中的串行主输入信号。线路将端子耦合到一个或多个从部件104。

增强端子114包括混合输出端子（HYBOUT）和混合双向端子（HYBIN）。一般，为从部件104中的每一个从部件提供唯一的混合输出端子。增强端子114用于根据操作模式的信号/功能。混合输出端子提供用于标准操作模式的标准芯片选择信号和用于增强操作模式的混合输出/选择信号。标准芯片选择信号通过在帧的通信的持续时间期间声明特别的值来选择芯片。在一个示例中，通过声明低（LOW）信号来从混合输出端子提供标准芯片选择信号。混合选择信号通过提供合适的前同步码来激活所选择的从部件，且后面有第二串行主输出信号。两个选择信号都激活用于通信的所选择的传感器部件。然而，混合选择信号此外作为第二串行主输出信号来操作。

混合双向端子（HYBIN）提供用于标准操作模式的同步时钟并接收用于增强操作模式的第二串行主输入信号。对于标准模式，同步时钟由主部件102和所选择的从部件使用来执行全双工通信。同步时钟在可由所选择的从部件和主时钟102利用来进行通信的合适的频率处。

对于增强模式，混合双向端子接收第二串行主输入信号。时钟和数据恢复部件116从串行主输入信号和/或第二串行主输入信号生成已恢复时钟。已恢复时钟使用全双工通信。

增强端子114对应于经典SPI端子SCLK和CSN。增强端子许可以增强模式交换数据，而没有专用时钟和芯片选择线路。然而，对于使用常规SPI通信的从部件，混合端子114表现为经典或常规的SPI端子、SCLK和CSN。

如上所述，系统100包括标准和增强操作模式。标准操作模式许可与常规或标准从部件的向后兼容性，所述常规或标准从部件只利用用于通信的两条数据线路（一条输入和一条输出）并要求两条附加的控制线路（时钟和芯片选择）。增强模式经由用于通信的端子再使用控制线路，并在没有控制线路的情况下管理通信。

图2A是图示以标准模式操作的增强型串行系统200的图解。系统200可作为上面描述的系统100或与上面描述的系统100一起被利用。

系统200包括主部件202和一个或多个从部件204。为了例证性目的，示出具有第一从部件204₁和第二从部件204₂的从部件204。然而，意识到的是，任何合适数量的从部件可存在于一个或多个从部件204中。在该示例中，描述了以标准模式操作的从部件204₁、204₂和主部件202。

第一从部件204₁包括第一从芯片选择（CSN1）、同步时钟（SCLK）、MOSI和MISO端子。第二从部件204₂包括第二从芯片选择（CSN2）、同步时钟（SCLK）、MOSI和MISO端子。端子接收/发送与端子相关联的信号。

主部件202包括标准通信端子MOSI1和MISO1以及包括混合双向（SCLK/MISO2）和混合输出（CSN/MOSI）端子的混合端子。标准端子经由端子MOSI1提供第一主输出信号，并经由端子MISO1接收主输入信号。混合端子以标准模式提供在混合输出端子处的芯片选择信号，并提供在混合双向端子处的同步时钟（SCLK）。线路连接在如图2A所示的部件之间的端子。

第一标准芯片选择信号从混合输出端子被提供到第一从部件204₁的CSN1端子，这激活用于通信的从部件。第二标准芯片选择信号从第二混合输出端子被提供到第二从部件204₂的CSN2端子，这用来激活用于通信的第二从部件204₂。在一个示例中，信号被声明为低以激活传感器部件，并被声明为高以停用相关联的传感器部件。

同步时钟信号由主部件202提供以供从部件使用。时钟信号在混合双向端子处被提供并被提供到传感器部件204的MISO端子。

MOSI信号由主部件202生成并在传感器部件204₁和204₂的两个MOSI端子处被接收。MOSI信号包括从主部件202传输到传感器204之一的数据。MISO信号由从部件之一（由芯片选择信号选择并激活的从部件）生成，并在主部件的相关联端子处被接收。MISO信号包括来自从部件之一的数据。

注意的是，从部件204不需要知道主部件202是增强的和/或以附加的模式操作。从部件204能够与主部件202交互作用，好像它是标准主部件一样。

仅得到标准吞吐量，但维持后向兼容性。

图2B是描绘以标准模式使用系统200的示例串行通信的图表/时序图201。图表201为了例证性目的而提供，且意识到的是，设想了在所示信号和信号电平中的变化。

对于第一部分，混合输出端子提供由HYBO2₁指示的第一标准芯片选择信号，其是低。这个第一标准芯片选择信号在第一部分期间激活第一传感器部件204₁。时钟信号由混合双向端子提供，并由主部件202和传感器部件204₁使用以使用MISO1和MOSI1信号来使全双工通信同步。当没有一个传感器部件204被激活时，MISO端子在高阻抗状态。注意的是，在第二混合输出端子处提供的第二标准芯片选择信号HYBO2₂在第一部分期间为高。

对于第二部分，第二标准芯片选择信号HYBO2₂为低，这激活第二传感器部件204₂。在主部件202的混合双向端子处提供的时钟信号用于在主部件和第二传感器部件204₂之间的全双工通信。注意的是，第一标准芯片选择信号在第二部分期间为高。

图3A是图示以增强模式操作的增强型串行系统300的图解。系统300可作为上面描述的系统100或与上面描述的系统100一起被利用。

系统300包括主部件202和一个或多个从部件304。为了例证性目的，示出具有第一从部件304₁、第二从部件304₂和第三从部件304₃的从部件304。然而，意识到的是，任何合适数量的从部件可存在于一个或多个从部件304中。

主部件202基本上与在图2中描述的部件202相同，并以标准和增强模式操作。然而，从部件304中的一些从部件被配置成以增强模式操作。

从部件304₂和304₃以及主部件202正以增强模式操作。在增强模式中，混合双向端子用于使用芯片选择前同步码来选择从部件304之一，并接着用来接收第二MISO信号以从所选择的从部件接收数据。

第一从部件304₁以标准模式操作，并与上面描述的从部件204₁和204₂类似地操作。第一从部件从混合双向端子接收时钟信号并由标准芯片选择信号选择。MISO信号用于将数据发送到主部件302，且MOSI信号用于从主部件302接收数据。

第二从部件304₂包括混合选择/数据输出端子（CSN2_MOSI2）、第一从输入端子（MOSI1）、第一从输出端子（MISO1）和第二从输出MISO2端子。端子接收/发送与端子相关联的信号。注意的是，没有示出或需要用于以增强模式接收时钟的端子。第三从部件304₃还包括混合选择/数据输出端子（CSN2_MOSI2）、第一从输入端子（MOSI1）、第一从输出端子（MISO1）和第二从输出MISO2端子。端子接收/发送与端子相关联的信号。

第一芯片选择信号CSN1用于激活第一传感器部件304₁。在该示例中，CSN1在低时激活传感器部件304₁，而CSN1在高时停用传感器部件304₁。

混合/输出信号被提供到第二传感器部件304₂以选择用于通信的部件并发送数据。信号的前同步码部分识别和/或激活第二传感器部件304₂。随后，混合/输出信号的第二部分包括第二主输出信号，并且也被提供到第二传感器部件304₂。因此，在主部件202和第二传感器部件304₂之间的通信利用第一和第二主输入信号以及第一和第二主输出信号。

类似地，另一混合/输出信号被提供到第三传感器部件304₃以选择用于通信的部件并发送数据。信号的前同步码部分识别和/或激活第二传感器部件304₃。随后，第二主输出信号被提供到第二传感器部件304₃。因此，在主部件202和第二传感器部件304₃之间的通信利用第一和第二主输入信号以及第一和第二主输出信号。

因此，系统300示出以标准操作模式或增强操作模式使用可操作的从部件的示例。

图3B是描绘使用包括标准模式和增强模式的系统300的示例串行通信的图表301。图表301为了例证性目标而提供，且意识到的是，设想了在所示信号和信号电平中的变化。

对于第一部分，第一标准芯片选择信号（CSN1）为低，这激活第一传感器部件304₁。第一传感器304₁利用混合信号（HYBIN）的SCLK部分作为时钟信号。此外，第一传感器304₁通过MISO1信号发送数据并通过MOSI1信号接收数据。第一传感器304₁和主部件302对于第一部分以标准模式操作。

对于第二部分，混合输出/选择信号（CSN2_MOSI2）激活第二从部件304₂并用于从主部件202发送数据。信号包括用于选择/激活第二从部件304₂的前同步码部分310和包括第二主输出信号的数据部分312。也在前同步码部分310之后提供第二主输入信号。因此，第二从部件304₂和主部件202使用第一主输出信号、第二主输出信号、第一主输入信号和第二主输入信号来通信。

对于第三部分，另一混合输出/选择信号（CSN3_MOSI2）激活第三从部件304₃并用于从主部件202发送数据。信号包括用于选择/激活第三从部件304₃的前同步码部分和包括第二主输出信号的数据部分。也在前同步码部分310之后提供第二主输入信号。因此，第三从部件304₃和主部件202使用第一主输出信号、第二主输出信号、第一主输入信号和第二主输入信号来通信。

系统300被配置成在主部件302和从部件304之一之间通信。然而，意识到的是，设想了合适的变化。

图4A是图示以增强模式使用的信号的前同步码和数据部分的图解450。信号和部分作为示例被提供以说明用来执行芯片选择和数据恢复的合适的技术。意识到的是，设想了变化。

该图描绘MISO2信号（在主部件的混合双向端子处）、MOSI1信号、MISO1信号和CSN2_MOSI2信号。一般，从部件的选择以及时钟和数据恢复在前同步码部分310期间被执行。双和全双工通信在数据部分312期间出现。

在该示例中，在四（4）位处设置前同步码部分310。然而，意识到的是，可利用其它合适数量的位。

CSN2_MOSI2在前同步码部分310期间保持低，以便选择适当的或期望的从部件。通常在从部件和主部件之间的专用线路之间提供CSN2_MOSI2信号。MOSI1信号在前同步码部分期间在“不在意”值处。

MISO1和MISO2信号在前同步码部分310期间在高值和低值期间切换。这些信号基本上是来自所选择的从部件的时钟信号。主部件使用时钟和数据恢复部件来从这些信号导出或恢复时钟。注意的是，从部件不被要求来执行时钟恢复。主部件在前同步码部分期间使用MISO1和/或MISO2信号来恢复时钟。

作为结果，主部件具有已恢复时钟，且适当的从部件由前同步码部分310的末端选择。

数据部分312包括对应于帧长度的多个数据位。在一个示例中，数据部分包括28位。也是从部件的时钟的已恢复时钟用于传输数据。所有四个信号（两个主输出信号和两个主输入信号）用于使用双全双工通信来与所选择的从部件通信。

图4B是图示使用到主部件的输入信号的边缘检测和时钟恢复部件400的方框图。部件400可由上面描述的主部件（诸如主部件102）利用。部件400被提供为时钟和数据恢复的示例，并在增强操作模式的上下文中被描述。意识到的是，可利用其它时钟和数据恢复（CDR）技术和/或部件。

部件400在主部件（诸如上面描述的主部件）中或针对主部件操作。部件接收在图4中被示出为MISO1的第一输入信号。部件400还接收被示出为MISO2/SCLK的第二输入信号。第一和第二输入信号被从激活的从部件发送。

第一输入信号由第一边缘检测部件406接收。部件406检测信号的边缘并生成用于每一个所检测的边缘的脉冲。第一计数器410基于来自第一边缘检测部件406的脉冲的数量来维持第一计数。计数器向平均部件412提供计数作为循环/位。

第二输入信号由第二边缘检测部件404接收。在该示例中，第二输入信号首先包括前同步码部分。前同步码部分可以是例如交替的高和低循环。第二边缘检测部件404检测前同步码部分的边缘并作为响应生成脉冲。第二计数器408计数并基于从第二边缘检测部件404接收的脉冲的数量来维持计数。计数器向平均部件412提供计数作为循环/位。

平均部件412基于来自第一计数器410和第二计数器408的循环/位来确定周期。周期由数据时钟生成器414使用来生成数据时钟。数据时钟然后由数据接收部件402使用来从第二输入信号的数据部分得到数据。开关416在信号的前同步码部分通过之后将第二输入信号从第二边缘检测部件404传输到数据接收部件402。

数据时钟也由第二数据接收部件（未示出）使用来从第一输入信号得到数据。

意识到的是，部件400也可由从部件利用来执行时钟和数据恢复。来自主部件的输出信号被利用。

图5是图示操作具有比其它串行通信系统更高的吞吐量的增强型串行接口系统的方法500的流程图。

方法500在块502开始，其中主部件和从部件被提供。从部件是诸如上面描述的多个从部件之一。从部件可以是传感器、控制器等。主部件也如上所述。主部件可以是系统控制器（诸如电子控制单元）等。主部件和从部件具有传送或传输数据的需要。

在块504，从部件的一个或多个模式被识别。在一个示例中，从部件包括标准和增强模式。在另一示例中，从部件只包括标准模式。在另一示例中，所识别的模式限于增强模式。

在块506，选择所述一个或多个模式中的一个模式。这通常是标准通信模式或增强通信模式。该选择可基于多种因素，诸如期望吞吐量、数据可靠性、帧长度、功率使用等。

如果所选择的模式是标准模式，则在块508，执行在主部件和从部件之间的标准通信。标准通信利用由主部件生成的时钟、主输入信号、主输出信号和芯片选择信号。如上所述，利用信号的相关联的端子和线路。

如果所选择的模式是增强模式，则在块510，执行在主部件和从部件之间的增强通信。增强通信使用前同步码部分和数据部分。在前同步码部分期间在主部件处执行时钟和数据恢复。同样地，主部件在前同步码部分期间声明适当的芯片选择线路。在数据部分期间，第一和第二主输入信号以及第一和第二主输出信号在主部件和所选择的从部件之间被利用以实现双全双工通信。

意识到的是，上面的方法及其变化可被组合并可互换地被利用。

虽然上面的方法在下面被图示和描述为一系列行动或事件，但将意识到的是，不应在限制性意义上解释这样的行动或事件的所示排序。例如，一些行动可以按不同的次序出现和/或与除了在本文中图示和/或描述的行动或事件以外的其它行动或事件同时出现。此外，可能不要求所有所示的行动来实现本文中的公开内容的一个或多个方面或实施例。同样地，在本文中描绘的行动中的一个或多个行动可在一个或多个单独的行动和/或阶段中被执行。

意识到的是，所要求保护的主题可使用标准编程和/或工程技术来实现为方法、设备或制品，以产生软件、固件、硬件或其任何组合来控制计算机实现所公开的主题（例如上面示出的系统是可用于实现方法的系统的非限制性示例）。如本文中使用的术语“制品”意在包括从任何计算机可读装置、载体或介质可访问的计算机程序。当然，本领域中的技术人员将认识到在不脱离所要求保护的主题的范围或精神的情况下可对这个配置做出很多修改。

公开了增强型串行接口系统。系统包括主部件和从部件。主部件被配置成以用于通信的标准模式和增强模式操作。主部件包括标准端子和混合端子。只有标准端子用于以标准模式通信。混合端子和标准端子用于以增强模式通信。从部件被配置成以增强模式操作并与主部件通信。

公开了用于增强型串行接口的主部件系统。系统包括第一输入端子、第一输出端子、第二输入端子和第二输出端子。第一输入端子被配置成接收第一输入信号。第一输出端子被配置成提供第一输出信号。第二输入端子被配置成以标准模式提供时钟信号并以增强模式接收第二输入信号。第二输出端子被配置成以标准模式声明芯片选择信号并以增强模式提供第二输出信号。

公开了操作增强型串行接口的方法。选择标准模式和增强模式中的一种模式。当所选择的模式是标准模式时使用混合端子提供时钟信号和芯片选择信号。当所选择的模式是增强模式时标准端子和混合端子用于通信。

特别是关于由上述部件或结构（组件、装置、电路、系统等）执行的各种功能，用于描述这样的部件的术语（包括对“装置”的引用）意在对应于——除非另外说明——执行所述部件（例如在功能上等效的）的指定功能的任何部件或结构，即使在结构上不等效于执行在本文中图示的本发明的示例性实现中的功能的所公开的结构。此外，虽然可以已经相对于若干实现中的仅仅一个实现公开了本发明的特别的特征，但这样的特征可与如可能对任何给定或特别的应用期望和有利的其它实现的一个或多个其它特征组合。此外，就术语“包括”、“正包括”、“具有”、“有”、“带有”或其变型在详细描述和权利要求中使用来说，这样的术语意在为以与术语“包含”类似的方式是开放性的。

Claims

1.一种增强型串行接口系统，包括：

主部件，其被配置成以用于通信的标准模式和增强模式操作，所述主部件包括标准端子和混合端子，并且对于以所述标准模式进行通信仅利用所述标准端子，且对于以所述增强模式进行通信使用所述混合端子和所述标准端子；以及

从部件，其耦合到所述主部件并被配置成以所述增强模式操作并与所述主部件通信。

2.权利要求1所述的系统，其中所述从部件被配置成也以所述标准模式操作。

3.权利要求1所述的系统，其中所述标准端子包括第一输入和第一输出，且所述混合端子包括混合输出端子和混合双向端子。

4.权利要求3所述的系统，其中所述混合双向端子被配置成以所述标准模式提供时钟并以所述增强模式接收输入信号。

5.权利要求3所述的系统，其中所述混合输出被配置成以所述标准模式提供标准芯片选择信号并以所述增强模式提供输出信号。

6.权利要求5所述的系统，其中所述输出信号包括由数据部分跟随的前同步码部分。

7.权利要求6所述的系统，其中所述前同步码部分选择所述从部件。

8.权利要求1所述的系统，其中所述从部件被配置成以所述增强模式接收第一主输出信号和第二主输出信号。

9.权利要求1所述的系统，其中所述主部件还包括时钟和数据恢复部件。

10.权利要求9所述的系统，其中所述时钟和数据恢复部件被配置成在所述增强模式期间对来自所述从部件的至少第一输入信号执行时钟恢复。

11.权利要求1所述的系统，还包括第二从部件，其被配置成以所述标准模式操作。

12.权利要求1所述的系统，还包括第二从部件，其被配置成以所述增强模式操作并使用混合端子与所述主部件通信。

13.一种用于增强型串行接口的主部件系统，所述系统包括：

第一输入端子，其被配置成接收第一输入信号；

第一输出端子，其被配置成提供第一输出信号；

第二输入端子，其被配置成以标准模式提供时钟信号并以增强模式接收第二输入信号；以及

第二输出端子，其被配置成以所述标准模式声明标准芯片选择信号并以所述增强模式提供第二输出信号。

14.权利要求13所述的系统，其中所述第二输出端子与第一从部件相关联。

15.权利要求14所述的系统，还包括第三输出端子，其与第二从部件相关联并被配置成以所述标准模式声明第二标准芯片选择信号。

16.权利要求13所述的系统，还包括时钟和数据恢复部件，其被配置成在所述增强模式的前同步码部分期间执行时钟恢复。

17.权利要求13所述的系统，还包括开关，所述开关耦合到所述第二输入信号并被配置成以所述标准模式将所述时钟信号耦合到所述第二输入端子并以所述增强模式将数据输入耦合到所述第二输入端子。

18.一种操作增强型串行接口的方法，所述方法包括：

选择标准模式和增强模式中的一种模式；

当所选择的模式是所述标准模式时，使用混合端子提供时钟信号和芯片选择信号并使用标准端子进行通信；以及

当所选择的模式是所述增强模式时，使用标准端子和所述混合端子以进行通信。

19.权利要求18所述的方法，还包括在选择所述增强模式之前使用所述标准模式来与从部件进行通信。

20.权利要求18所述的方法，还包括在选择一个模式之前识别用于从部件的可能的模式。