CN106921597B - 一种fpd-link低电压差分信号视频传输中的双向控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种FPD‑LINK低电压差分信号视频传输中的双向控制系统，包括：DES设备，接收并解析来自MCU的第一I2C信号，并根据解析结果进行自身I2C配置；根据来自SER设备的第二I2C信息配置自身的内部寄存器或者生成第二I2C指令对远端设备进行I2C配置；SER设备，根据来自DES设备的第一I2C信息配置自身的内部寄存器或者生成第一I2C指令对远端设备进行I2C配置；以及接收并解析来自MCU的第二I2C信号，并根据解析结果进行自身I2C配置，或者生成第二I2C信息，并将该第二I2C信息传输到DES设备。本发明能够基于外部MCU输入的I2C信号实现对前级设备、后级设备和远端设备的控制。

Description

一种FPD-LINK低电压差分信号视频传输中的双向控制系统

技术领域

本发明涉及视频传输控制领域，特别是涉及一种FPD-LINK低电压差分信号视频传输中的双向控制系统。

背景技术

在视频传输应用里，视频采集信号与信号处理芯片采用串行传输，需要采集和信号处理之间不光传输RGB和VSNYC、HSYNC信号，同时需要相互之间传输低速的控制信号。如果再额外增加一条传输线，会增加产品的重量。为了节省线缆，在高速接收器端增加低速信号发生器，在高速发送端增加低速信号接收器，高速和低速信号叠加在同一个线缆上完成双向通信功能，如图1所示。

常见的高速串行有效负载的参考解释就像28位串行帧。28位串行帧的组成为：24位、2位嵌入式时钟信息和2位用于链接的串行控制位。因此，对于每24位的数据，实际发送的是28位串行位，这就是基本链接的效率24/28（86%）。24位数据被修改为平衡的、随机的和加扰的数据，这样做是为了支持链接上的交流耦合，并在传送相对静态的数据时，有助于减少ISI（码间干扰）的影响。这两个时钟位是固定的，一位高（C1）一位低（C0）。两个串行控制位，通常被标注为DCA (A)和DCB (B)，给DES提供信息以恢复数据、链接状态和模式。低速串行速率大概在2-4MHz，相对较低，以供能跟高速串行信号实现有效分离。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种FPD-LINK 低电压差分信号视频传输中的双向控制系统，能够基于外部MCU输入的I2C信号实现对前级设备、后级设备和远端设备的控制。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种FPD-LINK低电压差分信号视频传输中的双向控制系统，包括：

DES设备，用于接收并解析来自MCU的第一I2C信号，并根据解析结果进行自身I2C配置，或者生成第一I2C信息，并将该第一I2C信息编码混频到第一LVDS信号，然后将第一LVDS信号传输到SER设备；以及用于接收并解析来自SER设备的第二LVDS信号，得到第二I2C信息，并根据第二I2C信息配置自身的内部寄存器或者生成第二I2C指令对远端设备进行I2C配置；

SER设备，用于接收并解析来自DES设备的第一LVDS信号，得到第一I2C信息，并根据第一I2C信息配置自身的内部寄存器或者生成第一I2C指令对远端设备进行I2C配置；以及用于接收并解析来自MCU的第二I2C信号，并根据解析结果进行自身I2C配置，或者生成第二I2C信息，并将该第二I2C信息编码混频到第二LVDS信号，然后将第二LVDS信号传输到DES设备。

优选的，所述DES设备包括：

第一控制模块，根据第一I2C信号或第二I2C信息执行相应操作；

高速接收器，接收所述第二LVDS信号；

低速驱动器，发出所述第一LVDS信号；

第一解码器，对所述第二LVDS信号进行解码；

第一编码器，将第一控制模块发送给SER设备的信息编码混频到第一LVDS信号；

第一slave模块，用于对接收到的数据进行读操作；

第一master模块，用于对接收到的数据进行写操作。

优选的，所述第一控制模块在上电后由空闲状态进入先导状态，并发送低速先导码，然后进入临时先导状态并发送预设长度的先导码，然后进入初始化状态并将DES设备的设定状态信息发送给SER设备，然后进入等待指令状态；

在等待指令状态中，若获得DES设备状态信息改变的信息时，将DES设备的设定状态信息发送给SER设备，并等待SER设备的回应信号，若在预设时间内接收到该回应信号则进入等待指令状态，否则再次将DES设备的设定状态信息发送给SER设备；

在等待指令状态中，若DES设备接收到需对后级设备或远端设备I2C操作时， 将操作指令发送给第一解码器并等待第一解码器的确认信息，若在预设时间内接收到第一解码器的确认信息则进入等待指令状态，否则再次向第一解码器发送操作指令；

在等待指令状态中，若DES设备接收到SER设备要对DES设备或远端设备I2C操作时，进入申请读操作状态，若第一slave模块在预设时间内响应则将I2C信息发送给第一SLAVE模块读操作，并在I2C信息发送完成后进入等待指令状态；若第一slave模块在预设时间内未响应则进入等待指令状态。

优选的, 所述第一SLAVE模块对所述第一I2C信号进行读操作时：若第一I2C信号为对远端设备进行I2C配置时，则DES设备将I2C信号传输给SER设备；若第一I2C信号为DES设备进行自身配置或者对SER设备进行I2C配置时，则DES设备将数据按照START+设备地址+ACK+子地址+ACK+数据+ACK+STOP格式进行写操作。

优选的, 所述第一master模块与远端设备进行通信时，第二I2C指令的写过程为START + 发送写SLAVE芯片地址+ACK +发送SLAVE子地址+ACK+数据+ACK +STOP；读过程为START + 发送写SLAVE芯片地址+ACK +发送SLAVE子地址+ACK发送读SLAVE芯片地址+ACK +数取的数据+ACK +STOP。

优选的,所述第一编码模块上电后先发先导码，在SER设备识别到先导码后SER设备再通过高速通道通知DES设备已经识别到先导码，然后DES设备开始发正常数据格式的曼切斯特编码。

优选的,所述第一解码模块解码数据的状态机为：复位后为空闲状态，复位后检测到四个高电平进入同步码状态，在同步码状态下检测到多个低电平，然后进入恢复码状态，在检测到校验位出错时停止解码数据并进入空闲状态；并在接收到数据请求响应时输出第一种数据，否则输出第二种数据。

优选的,所述SER设备包括：

第二控制模块，根据第二I2C信号或第一I2C信息执行相应操作；

低速接收器，接收所述第一LVDS信号；

高速驱动器，发出所述第二LVDS信号；

第二解码器，对所述第一LVDS信号进行解码；

第二编码器，将第二控制模块发送给DES设备的信息编码混频到第二LVDS信号；

第二slave模块，用于对接收到的数据进行读操作；

第二master模块，用于对接收到的数据进行写操作。

优选的,所述第二控制模块在上电后由空闲状态进入等待指令状态；

在等待指令状态中，若DES设备接收到需对后级设备或远端设备I2C操作时，进入申请读操作状态，若第二slave模块在预设时间内响应则将数据发送给第二SLAVE模块读操作，并在数据发送完成后进入等待指令状态；若第二slave模块在预设时间内未响应则进入等待指令状态；

在等待指令状态中，若DES设备接收到SER设备要对DES设备或远端设备I2C操作时，将操作指令发送给第二解码器并等待第二解码器的确认信息，若在预设时间内接收到第二解码器的确认信息则进入等待指令状态，否则再次向第二解码器发送操作指令。

本发明的有益效果是：本发明采用通过LVDS高低混频特点传输，接收外部MCU的I2C信息后进行编码后以高速或低速通道传递给后级器件，后级器件经高低分频后接收相关的I2C编码信息进行解码，获得相关的I2C操作，并即时把响应信息进行编码后经高速或低速通道传递给前级器件，应外部MCU需求后级器件可以与远端器件进行I2C通讯，前级器件接收经高低分频后接收相关的I2C响应编码信息进行解码，获得相关的响应信息后与外部的MCU进行响应，以完成整个双向I2C操作的流程。因而实现了基于外部MCU输入的I2C信号实现对三级设备（前级设备、后级设备和远端设备）的控制。

附图说明

图1为高速和低速信号叠加在同一个线缆上完成双向通信的示意图；

图2为本发明一种FPD-LINK低电压差分信号视频传输中的双向控制系统的一个实施例的示意图；

图3为第一控制模块的状态机过程示意图；

图4为本发明一种FPD-LINK 低电压差分信号视频传输中的双向控制系统的又一个实施例的示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

本申请所述的LVDS（Low-Voltage Differential Signaling），即为低电压差分信号。

如图2所示，一种FPD-LINK低电压差分信号视频传输中的双向控制系统，包括DES设备（LVDS解码器）和SER设备（LVDS编码器）。

所述DES设备，用于接收并解析来自MCU的第一I2C信号，并根据解析结果进行自身I2C配置，或者生成第一I2C信息，并将该第一I2C信息编码混频到第一LVDS信号，然后将第一LVDS信号传输到SER设备；以及用于接收并解析来自SER设备的第二LVDS信号，得到第二I2C信息，并根据第二I2C信息配置自身的内部寄存器或者生成第二I2C指令对远端设备进行I2C配置。所述第一I2C信息包括关于I2C相关操作指令和I2C的读写数据及I2C响应信息。

所述DES设备包括第一控制模块、高速接收器、低速驱动器、第一解码器、第一编码器、第一slave模块和第一master模块。其中，第一控制模块根据第一I2C信号或第二I2C信息执行相应操作；高速接收器接收所述第二LVDS信号；低速驱动器发出所述第一LVDS信号；第一解码器对所述第二LVDS信号进行解码；第一编码器将第一控制模块发送给SER设备的信息编码混频到第一LVDS信号；第一slave模块用于对接收到的数据进行读操作；第一master模块用于对接收到的数据进行写操作。

如图3所示，所述第一控制模块的状态机过程为：在上电后由空闲状态（IDLE）进入先导状态（PREAMBLE），并发送低速先导码，然后进入临时先导状态（PREAMBLE-TMP）并发送预设长度的先导码，然后进入初始化状态（NATIVE-INI）并将DES设备的设定状态信息发送给SER设备，然后进入等待指令状态（CMD-FREE）。在等待指令状态中，若获得DES设备状态信息改变的信息时进入自身配置状态（NVTIVE-CONFIG），将DES设备的设定状态信息发送给SER设备，并进入等待自身响应状态（WAIT_NATIVE_ACK），等待自身响应状态下等待SER设备的回应信号，若在预设时间内接收到该回应信号则进入等待指令状态，否则再次将DES设备的设定状态信息发送给SER设备。在等待指令状态中，若获得des_request解码器请求操作（表示DES设备接收到需对后级设备或远端设备I2C操作）时进入指令申请状态（CMD_REQUEST）， 将操作指令发送给第一解码器，并进入等待响应状态（WAIT_ACK），在等待响应状态下等待第一解码器的确认信息，若在预设时间内接收到第一解码器的确认信息则进入等待指令状态，否则再次向第一解码器发送操作指令。在等待指令状态中，若获得ser_request编码器请求操作（表示DES设备接收到SER设备要对DES设备或远端设备I2C操作）时，进入申请读操作状态（REQUEST_SLAVE），在申请读操作状态下，若第一slave模块在预设时间内响应则进入数据资料响应状态（DATA_ACK_GEN），数据资料响应状态下将I2C信息(I2C地址，I2C数据或I2C响应信息)发送给第一SLAVE模块读操作，并在I2C信息发送完成后进入等待指令状态；若第一slave模块在预设时间内未响应则进入等待指令状态。

所述第一SLAVE模块对所述第一I2C信号进行读操作时：若第一I2C信号为对远端设备进行I2C配置时，远端设备有各种风格（子地址有8，16，32或更多，数据也有8，16，32或更多），所以这里读写过程则是把子地址和数据则当成一个整体，DES设备将I2C信号传输给SER设备，SER设备则是把它翻译出来送给远端设备，这样就可以做到无缝传递给远端设备，进行对远端设备的操作。若第一I2C信号为DES设备进行自身配置或者对SER设备进行I2C配置时，则DES设备将数据按照START+设备地址（8位）+ACK+子地址（8位）+ACK+数据（8位）+ACK+STOP格式进行写操作。

所述第一master模块与远端设备进行通信时，第二I2C指令的写过程为START +发送写SLAVE芯片地址（8位）+ACK +发送SLAVE子地址（8位）+ACK+数据（8位）+ACK +STOP；读过程为START + 发送写SLAVE芯片地址（8位）+ACK +发送SLAVE子地址（8位）+ACK发送读SLAVE芯片地址（8位）+ACK +数取的数据（8位）+ACK +STOP。8位子地址+8位数据的写过程状态机：0→1→2→3→4→5→7→8→9→10→11→12→7→8→9→10→11→12→7→17→0；读过程：0→1→2→3→4→5→7→8→9→10→11→12→7→1→2→3→4→5→7→13→14→15→16→7→17→0。如果是其他格式的子地址和数据写过程时则只需那个7→8→9→10→11→12→7过程多几个循环就行，这里子地址和数据没有区别，都被当成数据，按照顺序发送就行。其他格式的读过程也是一样。

所述第一编码模块设计低速通道串行码的编码规则，上电后先发先导码，就是全0的曼彻斯特编码，在SER设备识别到先导码后SER设备再通过高速通道通知DES设备已经识别到先导码，然后DES设备开始发正常数据格式的曼切斯特编码。正常数据格式为30位：4’b1010+14位数据+5位GPIO+4位CRC码+3’b101。14位数据由命令类别+命令+数据构成，就可以进行I2C相关信息的传递，以完成双向I2C操作功能。第二解码器相关的解码以此规则来解码，获得相关I2C信息。

所述第一解码模块是对SER产生的串行数据进行解码，解码数据的状态机为：复位后为空闲状态，复位后检测到四个高电平进入同步码状态，在同步码状态下检测到多个低电平，然后进入恢复码状态，在检测到校验位出错时停止解码数据并进入空闲状态；并在接收到数据请求响应时输出第一种数据，否则输出第二种数据。第二编码器相关的编码以此规则来编码，把相关I2C信息编码在这串行数据上。

如图4所示，所述SER设备，用于接收并解析来自DES设备的第一LVDS信号，得到第一I2C信息，并根据第一I2C信息配置自身的内部寄存器或者生成第一I2C指令对远端设备进行I2C配置；以及用于接收并解析来自MCU的第二I2C信号，并根据解析结果进行自身I2C配置，或者生成第二I2C信息，并将该第二I2C信息编码混频到第二LVDS信号，然后将第二LVDS信号传输到DES设备。

所述SER设备包括第二控制模块、低速接收器、高速驱动器、第二解码器、第二编码器、第二slave模块和第二master模块。其中，第二控制模块根据第二I2C信号或第一I2C信息执行相应操作；低速接收器接收所述第一LVDS信号；高速驱动器发出所述第二LVDS信号；第二解码器对所述第一LVDS信号进行解码；第二编码器将第二控制模块发送给DES设备的信息编码混频到第二LVDS信号；第二slave模块用于对接收到的数据进行读操作；第二master模块用于对接收到的数据进行写操作。

所述第二控制模块在上电后由空闲状态进入等待指令状态。在等待指令状态中，若获得des_request解码器请求操作时，进入申请读操作状态，若第二slave模块在预设时间内响应则将数据发送给第二SLAVE模块读操作，并在数据发送完成后进入等待指令状态；若第二slave模块在预设时间内未响应则进入等待指令状态。在等待指令状态中，若获得ser_request编码器请求操作时，将操作指令发送给第二解码器并等待第二解码器的确认信息，若在预设时间内接收到第二解码器的确认信息则进入等待指令状态，否则再次向第二解码器发送操作指令。

所述第二SLAVE模块对所述第二I2C信号进行读操作时：若第二I2C信号为对远端设备进行I2C配置时，远端设备有各种风格（子地址有8，16，32或更多，数据也有8，16，32或更多），所以这里读写过程则是把子地址和数据则当成一个整体，SER设备将I2C信号传输给DES设备，DES设备则是把它翻译出来送给远端设备，这样就可以做到无缝传递给远端设备，进行对远端设备的操作。若第二I2C信号为SER设备进行自身配置或者对DES设备进行I2C配置时，则SER设备将数据按照START+设备地址（8位）+ACK+子地址（8位）+ACK+数据（8位）+ACK+STOP格式进行写操作。

所述第二master模块与远端设备进行通信时，第一I2C指令的写过程为START +发送写SLAVE芯片地址（8位）+ACK +发送SLAVE子地址（8位）+ACK+数据（8位）+ACK +STOP；读过程为START + 发送写SLAVE芯片地址（8位）+ACK +发送SLAVE子地址（8位）+ACK发送读SLAVE芯片地址（8位）+ACK +数取的数据（8位）+ACK +STOP。8位子地址+8位数据的写过程状态机：0→1→2→3→4→5→7→8→9→10→11→12→7→8→9→10→11→12→7→17→0；读过程：0→1→2→3→4→5→7→8→9→10→11→12→7→1→2→3→4→5→7→13→14→15→16→7→17→0。如果是其他格式的子地址和数据写过程时则只需那个7→8→9→10→11→12→7过程多几个循环就行，这里子地址和数据没有区别，都被当成数据，按照顺序发送就行；其他格式的读过程也是一样。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种FPD-LINK低电压差分信号视频传输中的双向控制系统，其特征在于，包括：

DES设备，用于接收并解析来自MCU的第一I2C信号，并根据解析结果进行自身I2C配置，或者生成第一I2C信息，并将该第一I2C信息编码混频到第一LVDS信号，然后将第一LVDS信号传输到SER设备；以及用于接收并解析来自SER设备的第二LVDS信号，得到第二I2C信息，并根据第二I2C信息配置自身的内部寄存器或者生成第二I2C指令对远端设备进行I2C配置；

SER设备，用于接收并解析来自DES设备的第一LVDS信号，得到第一I2C信息，并根据第一I2C信息配置自身的内部寄存器或者生成第一I2C指令对远端设备进行I2C配置；以及用于接收并解析来自MCU的第二I2C信号，并根据解析结果进行自身I2C配置，或者生成第二I2C信息，并将该第二I2C信息编码混频到第二LVDS信号，然后将第二LVDS信号传输到DES设备。

2.根据权利要求1所述的一种FPD-LINK低电压差分信号视频传输中的双向控制系统，其特征在于，所述DES设备包括：

第一控制模块，根据第一I2C信号或第二I2C信息执行相应操作；

高速接收器，接收所述第二LVDS信号；

低速驱动器，发出所述第一LVDS信号；

第一解码器，对所述第二LVDS信号进行解码；

第一编码器，将第一控制模块发送给SER设备的信息编码混频到第一LVDS信号；

第一slave模块，用于对接收到的数据进行读操作；

第一master模块，用于对接收到的数据进行写操作。

3.根据权利要求2所述的一种FPD-LINK低电压差分信号视频传输中的双向控制系统，其特征在于，所述第一控制模块在上电后由空闲状态进入先导状态，并发送低速先导码，然后进入临时先导状态并发送预设长度的先导码，然后进入初始化状态并将DES设备的设定状态信息发送给SER设备，然后进入等待指令状态；

在等待指令状态中，若获得DES设备状态信息改变的信息时，进入自身配置状态，将DES设备的设定状态信息发送给SER设备，并进入等待自身响应状态，等待自身响应状态下等待SER设备的回应信号，若在预设时间内接收到该回应信号则进入等待指令状态，否则再次将DES设备的设定状态信息发送给SER设备；

在等待指令状态中，若DES设备接收到需对后级设备或远端设备I2C操作时，进入指令申请状态，将操作指令发送给第一解码器并进入等待响应状态，在等待响应状态下等待第一解码器的确认信息，若在预设时间内接收到第一解码器的确认信息则进入等待指令状态，否则再次向第一解码器发送操作指令；

在等待指令状态中，若DES设备接收到SER设备要对DES设备或远端设备I2C操作时，进入申请读操作状态，在申请读操作状态下，若第一slave模块在预设时间内响应则进入数据资料响应状态，数据资料响应状态下将I2C信息发送给第一slave模块读操作，并在I2C信息发送完成后进入等待指令状态；若第一slave模块在预设时间内未响应则进入等待指令状态。

4.根据权利要求2所述的一种FPD-LINK低电压差分信号视频传输中的双向控制系统，其特征在于，所述第一slave 模块对所述第一I2C信号进行读操作时：若第一I2C信号为对远端设备进行I2C配置时，则DES设备将I2C信号传输给SER设备；若第一I2C信号为DES设备进行自身配置或者对SER设备进行I2C配置时，则DES设备将数据按照START+设备地址+ACK+子地址+ACK+数据+ACK+STOP格式进行写操作。

5.根据权利要求2所述的一种FPD-LINK低电压差分信号视频传输中的双向控制系统，其特征在于，所述第一master模块与远端设备进行通信时，第二I2C指令的写过程为START+ 发送写SLAVE芯片地址+ACK +发送SLAVE子地址+ACK+数据+ACK +STOP；读过程为START +发送写SLAVE芯片地址+ACK +发送SLAVE子地址+ACK发送读SLAVE芯片地址+ACK +数取的数据+ACK +STOP。

6.根据权利要求2所述的一种FPD-LINK低电压差分信号视频传输中的双向控制系统，其特征在于，所述第一编码器上电后先发先导码，在SER设备识别到先导码后SER设备再通过高速通道通知DES设备已经识别到先导码，然后DES设备开始发正常数据格式的曼切斯特编码。

7.根据权利要求2所述的一种FPD-LINK低电压差分信号视频传输中的双向控制系统，其特征在于，所述第一解码器解码数据的状态机为：复位后为空闲状态，复位后检测到四个高电平进入同步码状态，在同步码状态下检测到多个低电平，然后进入恢复码状态，在检测到校验位出错时停止解码数据并进入空闲状态；并在接收到数据请求响应时输出第一种数据，否则输出第二种数据。

8.根据权利要求1所述的一种FPD-LINK低电压差分信号视频传输中的双向控制系统，其特征在于，所述SER设备包括：

第二控制模块，根据第二I2C信号或第一I2C信息执行相应操作；

低速接收器，接收所述第一LVDS信号；

高速驱动器，发出所述第二LVDS信号；

第二解码器，对所述第一LVDS信号进行解码；

第二编码器，将第二控制模块发送给DES设备的信息编码混频到第二LVDS信号；

第二slave模块，用于对接收到的数据进行读操作；

第二master模块，用于对接收到的数据进行写操作。

9.根据权利要求8所述的一种FPD-LINK低电压差分信号视频传输中的双向控制系统，其特征在于，所述第二控制模块在上电后由空闲状态进入等待指令状态；

在等待指令状态中，若DES设备接收到需对后级设备或远端设备I2C操作时，进入申请读操作状态，若第二slave模块在预设时间内响应则将数据发送给第二slave模块读操作，并在数据发送完成后进入等待指令状态；若第二slave模块在预设时间内未响应则进入等待指令状态；

在等待指令状态中，若DES设备接收到SER设备要对DES设备或远端设备I2C操作时，将操作指令发送给第二解码器并等待第二解码器的确认信息，若在预设时间内接收到第二解码器的确认信息则进入等待指令状态，否则再次向第二解码器发送操作指令。

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