CN107104866A - 一种智能数据总线协议及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能数据总线协议及系统，本发明所述的一种智能数据总线协议，第一层定义用于数据包传输的传输线路、发送机和接收机在物理方面的标准；第二层定义数据包的编码和解码方式；第三层定义数据包的帧格式；根据协议生成数据包，生成数据包包括第三层定义的帧格式，并根据第二层对数据包进行编码；再根据协议的第一层将数据包从控制设备传输到被询问的外部设备，最后根据协议的第二层对数据包进行解码，并回传被询问的相关数据。本发明还提供了一种控制传输系统和传输数据系统。本发明提高了对总线带宽的有效利用率，提升了数据在总线中的传输效率，有效的节约了实际的物理空间和重量；实现了总线的物理通用性。

Description

一种智能数据总线协议及系统
技术领域
本发明涉及数据传输领域，具体是一种智能数据总线协议及系统。
背景技术
目前，商业应用比较广泛的无人机遥感系统是由传感器，传感路由器，遥感收发机，地面收发机依次连接而成。典型地，传感器设备和用于控制传输的设备系统在物理上分离。这样，为了传送传感器采集获得的数据，需要所有数据都传输给传感路由器，编码后再传输给遥感接收机，然后通过无线电的方式传回地面收发机。而现有的传感器在设计初始往往都采用不同的通讯接口和传输速率，通过传感路由器为每种传感器预留了不同的数据输入口来连接。为了可靠地通信并提供在不同类型的传感器和不同类型的控制传输设备之间的互操作性，可创建设计用于硬件、数据包的组帧等的通信标准。例如，已经成为个人计算系统和外围设备之间的通信开发了一种称为通用串行总线(USB:可以从USBImplementers Forum，Inc.,Portland,OR得到其规范)的标准。
发明内容
为了克服现有遥感系统在数据传输速率以及扩展性方面的不足，本发明提供了一种智能数据总线协议，只要符合该协议的设备均可被任意连接到Smart Port总线上而无关乎设备本身的类型以及连接的顺序；同时提供了一种采用智能数据总线协议的控制传输系统，以及一种采用智能数据总线协议的传输数据系统。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种智能数据总线协议，包括以下三层：
第一层、定义用于数据包传输的传输线路、发送机和接收机在物理方面的标准；
第二层、定义数据包的编码和解码方式；
第三层、定义数据包的帧格式；
根据协议生成数据包，生成数据包包括第三层定义的帧格式，并根据第二层对数据包进行编码；再根据协议的第一层将数据包从控制设备传输到被询问的外部设备，最后根据协议的第二层对数据包进行解码，并回传被询问的相关数据。
作为本发明进一步的方案：第一层具体根据ISO的OSI 7层通信任务模型中的物理层来定义；第二层具体根据ISO的OSI 7层通信任务模型中的数据链层来定义。
作为本发明进一步的方案：所述数据包的帧格式包括报文头和响应部分；其中报文头包括同步场以及Data ID；响应部分包括数据场以及校验场。报文头包括同步场以及Data ID；响应部分包括数据场以及校验场的组合。
作为本发明进一步的方案：所述外部设备在其内微处理器MCU的控制下通过普通UART/SCI接口的低成本硬件实现协议的第二和第三层。
一种采用智能数据总线协议的控制传输系统，包括根据第一层而定义的主机、Smart Port总线和至少一个从机；该系统以无线收发机作为主机，以节点设备作为从机，所述主机同时执行主任务和从任务，从机只执行从任务；根据第二层和第三层、并通过SmartPort总线与外部设备进行双向通信；在主任务的控制下进行，主任务向Smart Port总线上发送报头，所有从任务接受报头并解释标志符，某一个需要发送的从任务根据标志符向Smart Port总线上发送响应，而其他从任务则根据标志符决定是否接受相应。
作为本发明进一步的方案：Smart Port总线是一条单总线，从机节点通过“线与”的方式接入Smart Port总线。
作为本发明进一步的方案：每个从机均设置有一个独有的物理ID，平时从机仅输入支路导通，处于仅接受的状态，不向Smart Port总线发送任何数据；当收取与从机的物理ID相符合的信号后激活，并开始向Smart Port总线发送其数据；在数据传输完毕后从机再次恢复到此前的接收状态。
作为本发明进一步的方案：该采用智能数据总线协议的控制传输系统还能进行如下错误检测，
1)位错误：通信节点向Smart Port总线发送数据时也回读Smart Port总线上的数据，当发送和接受到的数据不一致时产生位错误；
2)校验和错误：即接收方检测到的数据场和校验场的累加和不为0xFF，产生校验和错误；
3)从机不响应错误：主机发送报头后，在规定的时间内没有完成报文发送，则产生从机不响应错误；
4)同步场不一致错误：同步场的时间间隔不符合定义要求；
5)没有Smart Port总线活动：在规定时间内没有检测到Smart Port总线传输报文。
作为本发明进一步的方案：所述从机的物理ID与应用ID为分离状态。
作为本发明进一步的方案：所述主机能挂载无线模块并通过2.4GHz无线方式互相连接。
作为本发明进一步的方案：该Smart Port总线的输出支路包括串联的反向器、三态门缓冲器和限流电阻；且反向器的另一端与从机的微处理器MCU的TXD输出脚相连；三态门缓冲器的另一端与微处理器MCU的OE管脚相连；限流电阻另一端与Smart Port总线输出脚的Smart Port脚相连；该Smart Port总线的输入支路包括输出电阻、输入电阻、初始状态钳位电阻和N型三极管，所述输出电阻一端与3.3V直流电源相连，N型三极管的集电极与微处理器MCU的RX管脚以及输出电阻的另一端相连；N型三极管的发射极分别与微处理器MCU的GND管脚以及初始状态钳位电阻相连；N型三极管的基极分别与初始状态钳位电阻的另一端以及输入电阻相连；输入电阻的另一端与Smart Port总线输出脚的V++脚相连。
作为本发明进一步的方案：当输入支路从Smart Port总线中收取到与其物理ID相符合的信号后，从机的微处理器MCU的OE管脚从低电平转变为高电平，激活输出支路为导通，开始向数据总线发送其数据；在数据传输完毕后从机的微处理器MCU的OE管脚恢复为低电平并断开输出支路，从机再次恢复到此前的接收状态。
作为本发明进一步的方案：该Smart Port总线采用单一信号线通信，通信与电源共需要V++、S.Port、GND共3根线，用户从V++取得所需要的电源电压；或者采用物理三线制的单主/多从的主从式通信方式，物理三线制分别为正线、负线和信号线；或者采用通用化的总线接口。
作为本发明进一步的方案：该Smart Port总线还通过微处理器MCU的控制下利用反向器三态门缓冲器实现单-双总线的转换，用于控制信息的以及数据信息的传输。
作为本发明进一步的方案：所述主机每隔一定时间循环间隔播放从机的物理ID来激活总线内的不同的从机，Smart Port总线的一个完整工作流程的总时间段，被划分为三个等同的时间段，分别为第一个工作时间段、第二个工作时间段和第三个工作时间段；第一个工作时间段内，向Smart Port总线发送附带被询问的从机的物理ID的数据；第二个工作时间段内，主机切换为接收状态，等待来自于被询问的从机的数据；在第二个工作时间段结束后，主机将中止接收，剩余的第三个工作时间段内将为空闲，且总线内无活动；如此反复以获得对Smart Port总线带宽的最大限度利用。
作为本发明进一步的方案：所述Smart Port总线中的从机始终处于接收状态，在收到与其物理ID相符的数据后，将切换至输出状态，并向Smart Port总线发送数据，如从机的寄存器内没有可用数据，将向总线发送无意义的丢弃帧；在数据传输结束后从机将恢复接收状态。
一种采用智能数据总线协议的传输数据系统，包括系统主机、Smart Port总线、数据泵、外部设备和寄存器；所述数据泵与外部设备双向连接，所述外部设备还通过寄存器连接数据泵；所述系统主机包括依次连接的控制数据生成器、第一编码器/解码器和第一收发信机；所述数据泵包括依次连接的数据包生成器、第二编码器/解码器和第二收发信机；所述第一收发信机与第二收发信机通过Smart Port总线连接；
所述控制数据生成器用于生成的控制数据包；
所述第一编码器/解码器用于控制数据包进行编码，或者对数据包进行解码；
所述第一收发信机用于发送编码后的控制数据包，或者接收编码后的数据包；
所述数据包生成器用于生成数据包；
所述第二编码器/解码器用于对数据包进行解码，或者对控制数据包进行解码；
所述第二收发信机用于发送编码后的数据包，或者接收编码后的控制数据包。
所述数据泵使数据在其数据包生成器处生成数据包并进行串行化；
所述系统主机向数据泵发送控制数据包，而数据泵则向系统主机返还对应的被询问的外部设备的数据包，所述外部设备控制数据包的传输，并将数据包发送到寄存器；
第一层定义的第一收发信机、第二收发信机、Smart Port总线在物理方面的标准；
第二层定义了第一编码器/解码器和第二编码器/解码器所使用的编码和解码方案；
第三层定义了控制数据生成器用于生成的控制数据包，以及数据包生成器用于生成数据包的帧格式。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明智能数据总线协议是一个串行通讯协议，其主要特性有：
1.采用单主/多从的主从式通信方式；
2.采用单一信号线通信，通信与电源共需要V++、S.Port、GND3根线，用户从V++取得所需要的电源电压；
3.基于普通UART/SCI接口的低成本硬件实现低成本软件或纯状态机；
4.从节点不需要石英或陶瓷谐振器；
5.保证信号传输的延迟时间；
6.低成本的单线设备；
7.现有系统的三倍以上的总线内通讯速率；
8.通用化的总线接口实现配置的灵活性；
9.数据校验和的安全性和错误检测；
10.检测网络中的故障节点；
11.使用最小成本的半导体元件；
12.总线允许挂载多达28个物理通信节点。
本发明通过主机的主任务控制总线的通讯，在实现半双工通讯的同时极大地提高对总线带宽的有效利用率；并无需通过传感路由器对传感器数据进行二次编码，提升了数据在总线中的传输效率，有效的节约了实际的物理空间和重量。并且无需按照传感路由器所预设的接口来安排传感器的种类和数量，实现了总线的物理通用性；而通过从机物理接入点的物理ID与实际应用的应用ID相分离的办法，避开了物理接入点数量对实际应用数量的限制，实现了总线的应用可扩展性；且数据传输速度达到原有系统的三倍以上；该发明具有节省I/O口线资源、结构简单、成本低廉、传输速率较快、便于总线扩展和维护等诸多优点。Smart Port总线是一种低成本的总线网络；其最初开发的目的，在于弥补现有方式的不足，应用于航模/无人机上的遥传通讯系统；在工业自动控制、智能大厦等领域也有
广泛的应用空间。
附图说明
图1为一种采用智能数据总线协议的控制传输系统的网络拓扑图；
图2为Smart Port总线的输出支路电路图；
图3为Smart Port总线的输入支路电路图；
图4为Smart Port总线的微处理器MCU的电路图；
图5为Smart Port总线输出脚的电路图；
图6为Smart Port总线的一个完整的工作流程示意图；
图7为一种采用智能数据总线协议的传输数据系统的结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种智能数据总线协议，包括以下三层：
第一层、定义用于数据包传输的传输线路、发送机和接收机在物理方面的标准；具体根据ISO(国际标准化组织)的OSI(开放互联参考模型)7层通信任务模型中的物理层来定义；
第二层、定义数据包的编码和解码方式；具体根据ISO(国际标准化组织)的OSI(开放互联参考模型)7层通信任务模型中的数据链层来定义；
第三层、定义数据包的帧格式。
数据包的帧格式包括报文头和响应部分；其中报文头包括同步场以及Data ID；响应部分包括数据场以及校验场。报文头包括同步场以及Data ID；响应部分包括数据场以及校验场的组合；另外，对数据包的帧格式的协议进行如下定义：数据包应该包括至少一个Data ID和某个同步场和校验场；数据包的发送和接收在逻辑上包括一个单-双向数据信道。具体请见表1。
表1
由表1可知：报文帧格式由报文头和响应部分构成；其中报文头包括同步场以及Data ID；响应部分包括数据场以及校验场；下面进行详细介绍：
同步场：为0x7E；除了报文头外，在其他数据为0x7E或0x7D的时候必须被转变为其他数据。其他数据等同于0x7E时转变为0x7D和0x5E；等同于0x7D时转变为0x7D和0x5D。
Data ID：包含了被询问的从节点的物理ID，长度为8个字节；
数据场：D0-D6为被询问节点的应用层的数据；
校验场：即数据场D0-D6和校验场D7的累加和为0xFF，通过校验场对安全性和数据错误进行检测。
Data ID数据格式，请见表2。
表2
由表2可知：Data ID一共为8个字节，其中字节0至字节4分别为从机的物理ID，配置和管理，预留位；字节5至字节7为校验。
应用层数据格式，请见表3。
表3
由表3可知：
D0：PRIM；
D1-D2：应用层ID；
D3-D6：应用层数据；
D7：校验场。
根据协议生成数据包，生成数据包包括第三层定义的帧格式，并根据第二层对数据包进行编码；再根据协议的第一层将数据包从控制设备传输到被询问的外部设备，最后根据协议的第二层对数据包进行解码，并回传被询问的相关数据。
所述外部设备可在微处理器MCU的控制下通过普通UART/SCI接口的低成本硬件实现协议的第二和第三层。
协议的第一层定义了数据包传输的物理方面。这些方面包括介质、发送机、接收机、各种传输速度、和传输距离。因此，协议的第一层可定义与从发送机的输入到相关接收机的时钟恢复输出发生的所有与传输相关的方面。
与协议定义的介质有关的方面包括设备之间可接受的接口类型。该协议为每个接口定义了物理连接器类型(即，插头的尺度和/或插头的接收器)、和链接连接器的可接受传输线路(即，传输介质)的类型。此外，该协议定义了包括单挑传输线路中的信号线中进行的传输。例如，一条传输线路可包括：一条船型数据通信线路，用于将数据在主机和从机之间的互相传输；一条电源线，用于从机获得工作是必要的电压；一条地线。
协议第一层定义了与发送机和接收机有关的方面。该协议定义了将由协议第二层控制的发送机，该发送机进行操作而大奖从该层级别接收的船型数据转换为与传输介质相关的恰当信号类型(即，将编码数据转换为通信信号)。该协议定义了将有协议第二层控制的接收机，该接收机进行操作而对转换所采用的传输介质所需要的形式的进入数据、并将该数据呈送给协议第二层(例如，用于解码)。此外，该协议可以定义发送机的某些状态，注入发送机未启用状态、发送机启用状态、在为启用状态和启用状态之间切换、和/或发送机故障状态。注入第二层之类的更高协议层可使用这些状态来理解发送机的状态，并恰当控制数据传输。相反，协议可定义接收机没有状态。
该协议可定义几个可以支持的数据速率，包括57.6kb美妙，并取决于所使用的数据速率，该协议可定义应该支持的对应距离范围(例如，从0米到十几米)。
尽管已经描述了数据传输的某些物理方面，但是该协议不限于这些方面，而是相反还可以定义与传输数据有关的附加和/或不同物理方面。例如，该协议可定义小于或等于10-12的链路误码率(BER，即，通信系统中传输位被错误接收的统计概率)。
协议第二层定义了数据包的编码和解码，该协议根据定义自适应。
协议第三层定义了不同类型数据包的帧格式，其包括定义每个类型数据包的组成，将数据包定义为包括报文头和响应部分。该协议取决于数据包的类型而定义数据包的长度和内容。例如，对于传感系统，可存在两种类型的数据包，物理ID数据包和回传数据包，其中应用回传数据数据包可包括回传数据所对应的应用ID。因此，就内容和长度而言，每种类型的数据包的报文头、和相应部分可以不同。此外，取决于物理ID数据包的类型，回传数据包的内容可不同。例如，不同的报文头可用于不同类型的物理ID数据包。例如，向高度传感器查询数据的数据包可分别询问有着不同应用ID的高度数据和高度变化率数据。在替换实现中，帧格式可包括附加的和/或不同的组成。
请参阅图1，一种采用智能数据总线协议的控制传输系统，包括根据第一层而定义的主机101、Smart Port总线102和至少一个从机103；该系统以无线收发机作为主机101，以节点设备作为从机103，所述主机101同时执行主任务和从任务，从机103只执行从任务，Smart Port总线102是一条单总线，从机103节点通过“线与”的方式接入Smart Port总线102；根据第二层和第三层、并通过Smart Port总线102与外部设备进行双向通信；在主任务的控制下进行，主任务向Smart Port总线102上发送报头，所有从任务接受报头并解释标志符，某一个需要发送的从任务根据标志符向Smart Port总线102上发送响应，而其他从任务则根据标志符决定是否接受相应。
该系统中每个从机103均设置有一个独有的物理ID，平时从机103仅输入支路导通，处于仅接受的状态，不向Smart Port总线102发送任何数据；当收取与从机103的物理ID相符合的信号后激活，并开始向Smart Port总线102发送其数据；在数据传输完毕后从机103再次恢复到此前的接收状态。
该采用智能数据总线协议的控制传输系统还能进行错误检测
1)位错误：通信节点向Smart Port总线102发送数据时也回读Smart Port总线102上的数据，当发送和接受到的数据不一致时产生位错误；
2)校验和错误：即接收方检测到的数据场和校验场的累加和不为0xFF，产生校验和错误；
3)从机103不响应错误：主机102发送报头后，在规定的时间内没有完成报文发送，则产生从机不响应错误；
4)同步场不一致错误：同步场的时间间隔不符合定义要求；
5)没有Smart Port总线102活动：在规定时间内没有检测到Smart Port总线102传输报文。
这样设计每一个层以便为任何协议层设计的硬件和/或软件可以与不同类型的、用于其他层协议的硬件和/或软件进行交换。例如，为协议第一层设计的传输线路可以与根据协议第二层设计的不同类型的编码和解码硬件相匹配，为了提供这个互操作性能，可相应地修改各层之间的接口。
所述从机103的物理ID与应用ID为分离状态；另外，所述主机101能挂载无线模块并通过2.4GHz无线方式互相连接，其无线通讯距离可达数公里。
请参阅图2-5，该Smart Port总线102的输出支路包括串联的反向器201、三态门缓冲器202和限流电阻203；且反向器201的另一端与从机103的微处理器MCU 208的TXD输出脚相连；三态门缓冲器202的另一端与微处理器MCU 208的OE管脚相连；限流电阻203另一端与Smart Port总线输出脚的Smart Port脚相连。
该Smart Port总线102的输入支路包括输出电阻204、输入电阻205、初始状态钳位电阻206和N型三极管207，所述输出电阻204一端与3.3V直流电源相连，N型三极管207的集电极与微处理器MCU 208的RX管脚以及输出电阻204的另一端相连；N型三极管207的发射极分别与微处理器MCU 208的GND管脚以及初始状态钳位电阻206相连；N型三极管207的基极分别与初始状态钳位电阻206的另一端以及输入电阻205相连；输入电阻205的另一端与Smart Port总线输出脚的V++脚相连。
当输入支路从Smart Port总线中收取到与其物理ID相符合的信号后，从机103的微处理器MCU 208的OE管脚从低电平转变为高电平，激活输出支路为导通，开始向数据总线发送其数据；在数据传输完毕后从机103的微处理器MCU 208的OE管脚恢复为低电平并断开输出支路，从机103再次恢复到此前的接收状态。
该Smart Port总线102采用单一信号线通信，通信与电源共需要V++、S.Port、GND共3根线，用户从V++取得所需要的电源电压。该Smart Port总线102还可以采用物理三线制的单主/多从的主从式通信方式，物理三线制分别为正线、负线和信号线。该Smart Port总线102还通过微处理器MCU 208的控制下利用反向器201三态门缓冲器202实现单-双总线的转换，用于控制信息的以及数据信息的传输；同时进一步增强对信号的驱动能力，从而解决多支一起的组合时单总线通讯问题。
该Smart Port总线102采用通用化的总线接口实现配置的灵活性。
请参阅图6，主机101每隔一定时间循环间隔播放从机103的物理ID来激活总线内的不同的从机103，Smart Port总线的一个完整工作流程的总时间段601一共12毫秒，被划分为三个等同的时间段，分别为第一个工作时间段602、第二个工作时间段603和第三个工作时间段604；第一个工作时间段602内，向Smart Port总线102发送附带被询问的从机103的物理ID的数据；第二个工作时间段603内，主机101切换为接收状态，等待来自于被询问的从机103的数据；在第二个工作时间段603结束后，主机101将中止接收，剩余的第三个工作时间段604内将为空闲，且总线内无活动；如此反复以获得对Smart Port总线102带宽的最大限度利用。
另外，所述Smart Port总线102中的从机103始终处于接收状态，在收到与其物理ID相符的数据后，将切换至输出状态，并向Smart Port总线102发送数据，如从机103的寄存器内没有可用数据，将向总线102发送无意义的丢弃帧；在数据传输结束后从机103将恢复接收状态。
本发明将用于传输数据的瘦(thin)协议定位为三个层，该协议“瘦”是在于，可定义三个层，从而省略了因为需要资源而通常是计算、时间、和/或储存器开销的更高级传输服务，这样，由于减少的资源需要，该协议可便于立即对所传输的数据进行处理。例如，由于仅需要相对最小量的处理时间和资源来传送和接受数据，所以可即时地将外部传感器的数据传输回控制传输系统。此外，该协议可包括对大带宽和多物理挂载点(例如，十几或几十个物理挂载)的要求。例如，该协议可有效地用于无人机遥感系统，该无人机遥感系统由于具体需求的不同，需要通过组合数个相同/不同类型的传感器来获得所需的遥感数据，而该协议所提供的标准的接口可以使得所需的传感器可以以任意顺序在任意位置接入到SmartPort总线上。此外，由于使用了低成本硬件以及通过微处理器(MCU)的控制下利用反向器、三态门缓冲器器件实现单-双总线的转换，与完全的多信道的双向总线相比，需要更低的资源消耗，所以诸如遥感传感器系统可以使用普通UART/SCI接口的低成本硬件实现低成本软件或纯状态机来代替典型的不经济且更复杂的现有的无人机遥感系统。
请参阅图7，一种采用智能数据总线协议的传输数据系统，包括系统主机701、Smart Port总线102、数据泵705、外部设备709和寄存器710；所述数据泵705与外部设备709双向连接，所述外部设备709还通过寄存器710连接数据泵705；所述数据泵705、外部设备709和寄存器710可以设置在航模设备中；所述系统主机701包括依次连接的控制数据生成器704、第一编码器/解码器702和第一收发信机703；所述数据泵705包括依次连接的数据包生成器709、第二编码器/解码器706和第二收发信机707；所述第一收发信机703与第二收发信机707通过Smart Port总线102连接。
所述控制数据生成器704用于生成的控制数据包；
所述第一编码器/解码器702用于控制数据包进行编码，或者对数据包进行解码；
所述第一收发信机703用于发送编码后的控制数据包，或者接收编码后的数据包；
所述数据包生成器709用于生成数据包；
所述第二编码器/解码器706用于对数据包进行解码，或者对控制数据包进行解码；
所述第二收发信机707用于发送编码后的数据包，或者接收编码后的控制数据包。
所述数据泵705使数据在其数据包生成器708处生成数据包并进行串行化；
所述系统主机701向数据泵705发送控制数据包，而数据泵705则向系统主机701返还对应的被询问的外部设备709的数据包，所述外部设备709控制数据包的传输，并将数据包发送到寄存器710。
第一层定义的第一收发信机703、第二收发信机707、Smart Port总线102在物理方面的标准；
第二层定义了第一编码器/解码器702和第二编码器/解码器706所使用的编码和解码方案；
第三层定义了控制数据生成器704用于生成的控制数据包，以及数据包生成器709用于生成数据包的帧格式。
本发明对点数总数要求为几个到几十个，应用ID数量与物理ID数量关联性较小，需要较高传输速率要求的小型现场监检测系统更为适合。其主要特点之一是系统由单一电源供电，使得整体成本下降，这样电源及通信系统特别适合于在各种载具中/之间的智能传感器、控制装置间的互联，组成小范围内的物联网。在智能大厦中，各种传感器，控制装置的电源设计通常比较复杂，S.Port总线在电源和通讯的问题上，为此提供了一个较好的解决方案。在数据应用方面，S.Port采取了物理层与实际应用层分离的方式，使得实际可以传输的数据不再被总线物理接入点的数量所限制，得以在有限的物理接入点内实现更多的应用ID的扩充，具备了其他总线所没有的一定的可扩展性。
本发明公开的主题和这里描述的所有功能操作可以数字电子电路的形式实现、或以计算机软件、固件、或硬件的形式实现，这里包括在这个说明书中公开的结构设备及其等同结构、或他们的组合。可以将所公开的主题实现为一个或多个计算机程序产品；即：可有形地包含在例如机器可读的存储设备或者可传播信号之类的信息载体中，以便由例如可编程处理器、计算机、或多个计算机的数据处理设备来执行，或控制该数据处理设备的操作。计算机程序(也已知为程序、软件、软件应用、或代码)可由包括编译语言或者解释语言在内的任何形式的编程语言来编写，并且该计算机程序可以包括作为单独程序或作为模块、部件、子例程、或者适合于在计算环境中使用的其他单元在内的任何形式来部署。计算机程序不需要与文件对应，可以将程序储存在保持其他程序或数据的文件的一部分中、专用于所论述程序的单个文件中、或多个协作的文件中(例如，储存一个或更多模块、子程序、或部分代码的文件)。可将计算机程序部署为在一台计算机上执行，或者在一个位置处或跨越多个位置分布并且通过通信网络互联的多台设备上执行。
这里描述的处理和逻辑流程(包括所公开的主题的方法步骤)可通过执行可编程处理器来执行，该科可编程处理器执行一个或多个计算机程序以便通过对输入数据进行操作并生成输出来执行所公开主题的功能，这些处理和逻辑流程还可以通过例如普通UART/SCI的专用逻辑电路来执行，而且所公开的主题的设备可以实现为这样的专用逻辑电路。
本发明适于执行计算机程序的处理器例如包括通用或专用微处理器、和任何类型的数字计算机中的任何一个或多个处理器。通常，处理器将接受来自只读存储器、或者随机存取存储器、或二者的指令和数据。设备的必须单元是用于执行指令的处理器、和用于存储指令和数据的一个或多个存储设备。通常，计算机还将包括一个或多个用于存储数据的大容量存储设备，或计算机可操作地耦接到所述大容量存储设备以往返于该设备接受或传输数据，该打容量存储设备例如为磁盘、磁光盘、或者光盘。适于包含计算机程序指令和数据的信心载体包括所有形式的非易失性存储器，例如包括：半导体存储设备，例如EPROM、EEPROM、和闪存设备；磁盘，例如内部硬盘或可移动盘；磁光盘；以及CD-ROM和DVD-ROM盘。处理器和存储器可由专用逻辑电路所补充，或并入专用逻辑电路。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种智能数据总线协议，其特征在于，包括以下三层：
第一层：定义用于数据包传输的传输线路、发送机和接收机在物理方面的标准；
第二层：定义数据包的编码和解码方式；
第三层：定义数据包的帧格式；
根据协议生成数据包，生成数据包包括第三层定义的帧格式，并根据第二层对数据包进行编码；再根据协议的第一层将数据包从控制设备传输到被询问的外部设备，最后根据协议的第二层对数据包进行解码，并回传被询问的相关数据。
2.根据权利要求1所述的一种智能数据总线协议，其特征在于，第一层具体根据ISO的OSI 7层通信任务模型中的物理层来定义；第二层具体根据ISO的OSI 7层通信任务模型中的数据链层来定义。
3.根据权利要求1所述的一种智能数据总线协议，其特征在于，所述数据包的帧格式包括报文头和响应部分；其中报文头包括同步场以及Data ID；响应部分包括数据场以及校验场。报文头包括同步场以及Data ID；响应部分包括数据场以及校验场的组合。
4.根据权利要求1所述的智能数据总线协议，其特征在于，所述外部设备在其内微处理器MCU的控制下通过普通UART/SCI接口的低成本硬件实现协议的第二和第三层。
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CN109388117A (zh) * 2018-12-10 2019-02-26 重庆斯欧信息技术股份有限公司 一种工业互联网边缘计算装置及其实现方法
CN113792003A (zh) * 2021-09-24 2021-12-14 展讯通信（深圳）有限公司 单总线通信单元、系统及方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109388117A (zh) * 2018-12-10 2019-02-26 重庆斯欧信息技术股份有限公司 一种工业互联网边缘计算装置及其实现方法
CN109388117B (zh) * 2018-12-10 2023-05-30 合肥斯欧互联科技股份有限公司 一种工业互联网边缘计算装置及其实现方法
CN113792003A (zh) * 2021-09-24 2021-12-14 展讯通信（深圳）有限公司 单总线通信单元、系统及方法

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