CN104794088A - 一种多接口总线转换扩展芯片设计 - Google Patents
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Abstract
本发明属于数据传输和转换技术领域，具体涉及一种多接口总线转换扩展芯片。目的是提供一种多接口转换和扩展芯片，克服现有接口芯片只能转换扩展一种接口的缺点，实现不同的接口转换和扩展为多种接口总线的功能，满足嵌入式系统中主控CPU之间，主控CPU和外设之间，外设和外设之间的不同接口总线转换和扩展的需求。包括主接口模块，主接口数据处理逻辑，时钟发生器，电源管理模块，双口大容量RAM存储器，芯片内部控制器，扩展接口数据处理逻辑，中断处理逻辑，扩展接口模块。所述扩展接口模块可以灵活配置成1-8个不同种类接口。本发明的优点是可以实现任意主接口总线和扩展接口总线，任意扩展总线接口之间的转换和扩展，而且通过数据进行智能协议处理，形成统一的数据包格式存储和处理，芯片内部大容量的双口RAM为存储数据提供保证。
Description
技术领域
本发明涉及接口总线芯片，具体涉及一种多接口总线转换扩展芯片。
背景技术
在计算机，自动化和嵌入式系统中，CPU需要控制和连接各种外设，如果CPU自带的接口不够或者与外设接口不兼容，就需要用到接口总线扩展及转换芯片进行接口总线的扩展和转换。
目前电子系统中常用的接口总线有USB,IIC,SPI,UART,CAN,LIN和并行接口等总线，一般的接口总线转换及扩展器件都采用单一架构模式，实现一种接口总线到另一种接口总线的转换或扩展，随着系统中应用的外设的增多，外设接口总线的数量和种类都在不断增加，当系统应用到多种多个接口时，需要选用多种器件实现扩展，增加了系统软硬件设计的复杂度，降低了系统应用的灵活性和扩展性。
本发明的多接口总线扩展和转换芯片，在一个芯片中集成了多种接口总线模块，内置接口协议处理器，通过统一的包数据格式进行数据存储和转发，可以灵活、方便的实现不同接口总线之间的转换和扩展。
发明内容
本发明的目的是提供一种多接口转换和扩展芯片，克服现有接口芯片只能转换扩展一种接口的缺点，实现不同的接口转换和扩展为多种接口总线的功能，满足嵌入式系统中主控CPU之间，主控CPU和外设之间，外设和外设之间的不同接口总线转换和扩展的需求。
本发明采用如下技术方案实现
一种多接口总线转换扩展芯片，包括：主接口模块，主接口数据处理逻辑，时钟发生器，电源管理模块，双口大容量RAM存储器，芯片内部控制器，扩展接口数据处理逻辑，中断处理逻辑，扩展接口模块。所述扩展接口模块可以灵活配置成1-8个不同种类接口。
所述主接口模块外部连接主接口外部数据线和主接口模式线，主接口模块通过主接口模式线选择主接口模式，通过主接口外部数据线与芯片外部的CPU接口进行数据传输通信。主接口模块内部连接主接口数据处理逻辑，与芯片内部数据进行通信。
所述时钟发生器外部连接晶振，内部连接芯片内部控制器，为芯片提供时钟信号。
所述电源管理模块，外部连接电源输入，内部连接芯片内部控制器，为芯片提供电源。
所述芯片内部控制器连接时钟发生器、电源管理模块、并接入内部总线，控制和管理芯片电源和时钟，并通过内部总线控制内部总线上的主接口数据处理逻辑、双口大容量RAM存储器、扩展接口数据处理逻辑和中断处理逻辑之间的读写数据传输，是芯片内部的核心控制单元。
所述双口大容量RAM存储器一端连接内部总线，一端连接扩展接口数据处理逻辑，为芯片内部数据转换和处理提供存储空间。
所述扩展接口数据处理逻辑连接内部总线，双口大容量RAM存储器和扩展接口模块，在芯片内部控制器的控制下，实现扩展接口数据的转换和分配。
所述中断处理逻辑接入内部总线，并连接中断输出引线，对外输出中断信号。
所述扩展接口模块连接扩展接口数据处理逻辑和扩展接口外部数据线，实现扩展接口的数据收发。
所述主接口模块由主接口模块外部收发逻辑、主接口控制器、主接口转换逻辑、主接口模块内部收发逻辑组成、它们通过主接口模块局部总线连接在一起。主接口控制器连接主接口模式线和主接口转换逻辑，并接入主接口模块局部总线。主接口模块外部收发逻辑连接主接口外部数据线，并接入主接口模块局部总线。主接口模块内部收发连接主接口内部数据总线，并接入主接口模块局部总线。
所述主接口转换逻辑可以转换包括但不限于USB/UART/SPI/IIC/CAN/LIN/并口总线。
所述扩展接口模块由扩展接口内部收发逻辑，扩展接口转换逻辑、扩展接口控制器、扩展接口外部收发逻辑组成，它们通过扩展接口模块局部总线连接在一起。扩展接口外部收发逻辑连接扩展接口外部数据线，并接入扩展接口模块局部总线。扩展接口内部收发逻辑连接扩展接口内部数据总线，并接入扩展接口模块局部总线。
所述扩展接口转换逻辑可以转换包括但不限于USB/UART/SPI/IIC/CAN/LIN总线。
所述一种多接口转换扩展芯片，主接口模块和扩展接口模块将所有收发的数据转换成统一的数据包格式进行存储和处理，统一协议数据包格式如下。
| 起始符 | 目的接口号/类型 | 源接口号/类型 | 数据长度 | 数据区 | 校验字 | 结束符 |
所述起始符：长度为一个字节长度，作为数据包的起始标识。
所述目的接口号／类型：长度为一个字节，目的接口号和类型各占4个bits，目的接口号编号为0000-1111，0000代表主接口，1111代表数据向所有接口广播,0001-1000代表01到08号扩展接口。接口类型包括4个bits，分别代表不同的目的接口总线类型。
所述源接口号/类型：长度为一个字节，源接口号编号为0000-1111,0000代表主接口，1111代表广播数据,0001-1000代表01到08号扩展接口。接口类型包括4个bits，分别代表不同的源接口总线类型。
所述数据长度：长度为一个字节，指示数据区的数据个数，最大值255。
所述数据区：长度最大255个字节，包含最多255个数据。
所述校验字：数据区所有数据的累加和，长度为一个字节。
所述结束符：长度为一个字节，为数据包结束符。
本发明的优点在于。
1. 将主接口总线通过数据处理进行智能协议处理，形成统一的数据包格式存储和处理后，可以转换扩展成多种扩展总线中的任意一种接口总线，实现不同类型的接口总线转换和扩展。
2. 本发明设计的芯片可以设定配置实现任意主接口总线和扩展接口总线，任意扩展总线接口之间的转换和扩展。主接口总线包括但不限于USB/UART/SPI/IIC/CAN/LIN/并口总线，扩展接口总线包括但不限于USB/UART/SPI/IIC/CAN/LIN总线。
3. 本发明所设计的主接口为UART时，主UART采用波特率自适应技术。
4. 本发明所设计的主接口模块采用模块化设计，主接口总线类型通过外部的主接口模式控制线进行选择，灵活，可靠。
5. 本发明所设计的扩展接口采用灵活的模块化设计，扩展接口总线数量和类型通过主接口操作实现灵活的软件配置。
6. 本发明的多接口转换扩展芯片内置全双工的智能数据处理逻辑，主接口和所有扩展接口可以同时全双工传输工作。
7. 本发明所设计的接口转换扩展芯片主接口数据处理逻辑和扩展接口数据处理逻辑将收发数据转换为统一的数据包形式进行存储和处理，统一数据包由起始符，目的接口号/类型，源接口号/类型，数据长度，数据，校验和，结束符构成。统一数据包处理模式具备灵活，高效，兼容性好，可扩展性高的优势。
8. 本发明采用存储转发方式实现数据传输，采用了双口大容量RAM存储器取代传统的FIFO结构实现主接口和扩展接口数据的存储，自动对存储的数据进行校验和检查，并提取数据包头目的端口地址进行转发，实现高速，高效，可靠的数据传输。
9. 本发明所有接口都具备类型速率可配置的接口转换逻辑，将统一数据包自动转换为相应的数据总线协议，实现不同速率的接口的数据转换传输。
附图说明
图1为本发明一种多接口总线转换扩展芯片原理图。
图2为本发明主接口模块原理图。
图3为本发明扩展接口模块原理图。
具体实施方式
实施例1：
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：
如图1所示，一种多接口总线转换扩展芯片包括：主接口模块，主接口数据处理逻辑，时钟发生器，电源管理模块，双口大容量RAM存储器，芯片内部控制器，扩展接口数据处理逻辑，中断处理逻辑，扩展接口模块。
其中，如图2所示，主接口模块包括：主接口模块外部收发逻辑、主接口控制器、主接口转换逻辑、主接口模块内部收发逻辑组成、它们通过主接口模块局部总线连接在一起。主接口控制器连接主接口模式线和主接口转换逻辑，并接入主接口模块局部总线。主接口模块外部收发逻辑连接主接口外部数据线，并接入主接口模块局部总线。主接口模块内部收发连接主接口内部数据总线，并接入主接口模块局部总线。
其次，如图3所示，扩展接口模块包括：扩展接口内部收发逻辑，扩展接口转换逻辑、扩展接口控制器、扩展接口外部收发逻辑组成，它们通过扩展接口模块局部总线连接在一起。扩展接口外部收发逻辑连接扩展接口外部数据线，并接入扩展接口模块局部总线。扩展接口内部收发逻辑连接扩展接口内部数据总线，并接入扩展接口模块局部总线。
上述方案所述的主接口模块，主接口模式线应连接到CPU的控制端口， CPU输出相应的控制信号到主接口模式控制线上，主接口控制器根据主接口模式控制线的控制信号，把主接口转换逻辑和主接口模块外部收发逻辑调整到相应的总线状态，实现CPU和主接口模块之间的通信。CPU发送数据到主接口外部数据线上，并传输给主接口外部收发逻辑；主接口外部收发逻辑把收到的数据经主接口模块局部总线传输给主接口模块内部收发逻辑；最后通过主接口内部总线传输给主接口数据处理逻辑。
上述方案所述的主接口模块，当主接口被设置为UART接口时。主UART采用波特率自适应技术，即和主UART相连的CPU的uart接口只需要向总线扩展芯片的主UART发送一个0x55，那么扩展芯片就会根据刚刚发送的0x55的波特率，计算出此时通信的波特率，并把自身主UART的波特率锁定到测定的波特率值，此后就以此波特率通信。
上述方案所述的扩展接口模块，扩展接口内部收发逻辑通过扩展接口内部总线连接到扩展接口数据处理逻辑，并实现扩展接口数据处理逻辑和扩展接口模块之间的数据交换；扩展接口控制器和扩展接口转换逻辑通过扩展接口模块局部总线控制扩展接口外部收发逻辑实现和不同的总线接口通信。
上述方案所述的主接口数据处理逻辑将把主接口模块传输过来的总线数据格式转换成统一的数据包格式，同时主接口数据处理逻辑也会将统一的数据包格式转换成总线数据格式传输给主接口模块；扩展接口数据处理逻辑将扩展接口模块传输过来的总线数据格式转换成统一的数据包格式，同时扩展接口数据处理逻辑也会将统一的数据包格式转换成总线数据格式传输给扩展接口模块。
统一协议数据包格式如下：
| 起始符 | 目的接口号/类型 | 源接口号/类型 | 数据长度 | 数据区 | 校验字 | 结束符 |
所述起始符：长度为一个字节长度，作为数据包的起始标识。
所述目的接口号／类型：长度为一个字节，目的接口号和类型各占4个bits，目的接口号编号为0000-1111，0000代表主接口，1111代表数据向所有接口广播,0001-1000代表01到08号扩展接口。接口类型包括4个bits，分别代表不同的目的接口总线类型。
所述源接口号/类型：长度为一个字节，源接口号编号为0000-1111,0000代表主接口，1111代表广播数据,0001-1000代表01到08号扩展接口。接口类型包括4个bits，分别代表不同的源接口总线类型。
所述数据长度：长度为一个字节，指示数据区的数据个数，最大值255。
所述数据区：长度最大255个字节，包含最多255个数据。
所述校验字：数据区所有数据的累加和，长度为一个字节。
所述结束符：长度为一个字节，为数据包结束符。
上述方案所述双口大容量RAM存储器用于存储经主接口数据处理逻辑和扩展接口数据处理逻辑转化为统一数据格式的数据。这些统一数据格式的数据可以是CPU发送给扩展接口模块的数据，也可以是扩展接口模块接收到准备传输给主接口的数据。
上述方案所述的时钟发生器连接到芯片内部控制器，为整个芯片提供时钟信号。
上述方案所述的电源管理模块，外部连接电源输入，内部连接芯片内部控制器，为芯片提供电源。
上述方案所述芯片内部控制器连接时钟发生器、电源管理模块、并接入内部总线，控制和管理芯片电源和时钟，并通过内部总线控制内部总线上的主接口数据处理逻辑、双口大容量RAM存储器、扩展接口数据处理逻辑和中断处理逻辑之间的读写数据传输，是芯片内部的核心控制单元。
上述方案所述中断处理逻辑在芯片内部控制器的控制下产生中断信号。相应的中断源可以是接收中断、发送中断、超时中断、数据错误中断但不限于以上中断。
本发明的工作原理是：多接口总线转换扩展芯片工作主要包括主接口控制、扩展接口控制，数据转换与存储。首先和主接口相连的CPU会控制主接口的总线方式，并实现和主接口模块的通信，然后通过特定的控制命令操作芯片内部控制器，实现对扩展接口总线方式和扩展接口数量的控制，同时实现数据格式的转换与存储。
Claims (7)
1.一种多接口总线转换扩展芯片，包括：主接口模块，主接口数据处理逻辑，时钟发生器，电源管理模块，双口大容量RAM存储器，芯片内部控制器，扩展接口数据处理逻辑，中断处理逻辑，扩展接口模块；其特征在于：所述主接口模块由主接口模块外部收发逻辑、主接口控制器、主接口转换逻辑、主接口模块内部收发逻辑组成、它们通过主接口模块局部总线连接在一起，主接口模块支持包括但不限于USB/UART/SPI/IIC/CAN/LIN/并口总线。
2.如权利要求1所述的一种多接口总线转换扩展芯片，其特征在于：所述扩展接口模块由扩展接口内部收发逻辑，扩展接口转换逻辑、扩展接口控制器、扩展接口外部收发逻辑组成，扩展接口转换逻辑可以转换包括但不限于USB/UART/SPI/IIC/CAN/LIN总线。
3.如权利要求1所述的一种多接口总线转换扩展芯片，其特征在于：所述芯片内部控制器连接时钟发生器、电源管理模块、并接入内部总线，控制和管理芯片电源和时钟，并通过内部总线连接控制内部总线上的主接口数据处理逻辑、双口大容量RAM存储器、扩展接口数据处理逻辑和中断处理逻辑之间的读写数据传输。
4.如权利要求1所述的一种多接口总线转换扩展芯片，其特征在于：主接口总线类型通过外部的主接口模式控制线进行选择，扩展接口总线数量和类型通过主接口进行软件配置。
5.如权利要求1所述的一种多接口总线转换扩展芯片，其特征在于：采用存储转发方式实现数据处理和传输，主接口数据处理逻辑和扩展接口数据处理逻辑将收发数据转换为统一的数据包形式进行存储和处理，双口大容量RAM存储器实现主接口和扩展接口数据的存储，芯片内部控制器对存储的数据进行校验和检查，并提取数据包头目的端口地址进行数据转发。
6.如权利要求1所述的一种多接口总线转换扩展芯片，其特征在于：采用统一的数据包形式进行存储和处理，统一数据包格式如下：
起始符：作为数据包的起始标识；
目的接口号／类型：数据目的接口号和类型；
源接口号/类型：数据来源的接口号和类型：
数据长度：包数据的长度；
数据区：最多255个字节的数据；
校验字：数据区所有数据的累加和，长度为一个字；
结束符：数据包结束符。
7.如权利要求1所述的一种多接口总线转换扩展芯片，其特征在于：当主接口为UART时，主UART采用波特率自适应技术，即和主UART相连的CPU的uart接口只需要向总线扩展芯片的主UART发送一个0x55，那么扩展芯片就会根据刚刚发送的0x55的波特率，计算出此时通信的波特率，并把自身主UART的波特率锁定到测定的波特率值，此后就以此波特率通信。
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