CN107193769A - 一种基于asi接口的数据收发系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于ASI接口的数据收发系统，发送子系统(1)中6路RS422串口数据，通过电平转换模块(3)将信号转换为TTL电平，经数字信号隔离模块(4)隔离，在单片机控制模块(5)中完成6路RS422数据格式转换和复用，然后在FIFO缓存模块中(6)缓存数据，最后通过ASI编码发送模块(7)编码，经阻抗匹配电路(8)和ASI接口(9)输出；接收子系统(2)通过ASI接口(10)、阻抗匹配电路(11)接收数据，经ASI解码接收模块(12)解码，然后通过USB接口模块(13)实现接口转换，其中USB芯片配置在EEPROM(14)中完成，最后通过USB接口输出。本发明以单片机为核心处理器，实现多路串口数据复用和传输接口转换，能够提高数据传输速率和降低开发成本。

Description

一种基于ASI接口的数据收发系统
技术领域
本发明是一种基于ASI接口的数据收发系统，属于数字信号传输领域，涉及数据接口转换和多路数据复用技术。利用ASI接口传输多路串口数据，以提高数据传输速率和传输效率。
背景技术
在遥控遥测、机载电台数据传输等工程项目的应用中，对于数据传输效率和速率的要求比较高，一般的数据传输接口中串行接口，具有传输方便、节省材料、驱动能力和抗干扰能力强，但是传输速率低。而ASI接口能够通过编码和插入同步字的方式进行数据速率的匹配，实现数据的高速传输，最高可达440Mbps，ASI接口具有远距离、可靠、高速传输的特点，同时还具有很强的抗干扰、同步和检测错误的能力。目前ASI接口在视频传输中应用广泛，但是在遥测系统等项目应用中不仅需要传输视频，也需要传输串口数据，从体积和重量方面考虑，如果能够通过一个接口传输多路串口数据，同时提高数据传输速率，这样既节约成本又节约了系统资源，所以能够实现多路串口的复用以及串口到ASI接口的转换具有重要的现实意义和广阔的市场前景的。
本发明提供的一种基于ASI接口的数据收发系统，不仅具有ASI接口高速传输数据的功能，而且能够对6路串口信号进行复用和格式的转换，并具有较强的抗干扰、同步和检测错误的能力。
发明内容
本发明提供了一种基于ASI接口的数据收发系统，发送系统(1)实现6路RS422串口数据的复用、TS流数据格式的封装和传输接口的转换；接收系统实现ASI接口到USB接口的转换，本发明具有传输效率高和传输速率快的特点。
本发明所述的一种基于ASI接口的数据收发系统，各系统中相关模块之间连接关系及其功能如下：
1、一种基于ASI接口的数据收发系统，由数据发送子系统(1)和数据接收子系统(2)组成，该系统实现方法如下：
1.1数据发送子系统(1)中，6路RS422串口输入信号由电平转换模块(3)完成RS422差分信号转TTL信号的转换，然后通过数字隔离模块(4)进行隔离输出，由单片机控制模块(5)完成TS流数据格式的封装，并通过单片机的8位并行接口输出；FIFO缓存模块(6)负责平衡传输速率，ASI编码发送模块(7)进行数据编码，阻抗匹配电路(8)完成传输线的阻抗匹配，最终6路并行数据通过ASI接口(9)发送；
1.2数据接收子系统(2)中，复用数据通过ASI接口(10)接收，然后经阻抗匹配电路(11)转换为差分信号，传输到ASI解码接收模块(12)完成数据的解码；USB接口模块(13)完成ASI接口数据类型到USB接口数据类型的转换，EEPROM(14)用来存储USB接口模块固件程序，最终数据通过USB口输出。
2、根据权利要求1.1所述的一种基于ASI接口的数据发送子系统，其特征在于单片机控制模块(5)、FIFO数据缓存模块(6)和ASI接口编码发送模块之间的数据交互，具体包括以下步骤：
2.1单片机控制模块(5)在工作时先进行SCI串口初始化，然后通过6路SCI接口以中断的方式接收6路RS422串口数据，每一通道对应一个中断接收函数以及设置两个184字节大小的缓冲区存储数据，当缓冲区1的指针小于184时，将接收到的数据存储在缓冲区1中，当缓冲区1满184字节时，执行对应通道发送函数；
2.2单片机在控制数据发送时，在缓冲区1的184字节数据起始位置加入对应通道的特殊包头，作为该通道的标记；在缓冲区1存满后，接收到数据存入缓冲区2中，存满184字节后，将缓冲区1清空，同时发送缓冲区2中数据，以双重缓存的方式交替存储和发送数据；在发送数据时采用查询的方式发送每一通道数据，6路数据最终通过单片机的8位并行口输出，实现6路数据的复用；
2.3FIFO缓存模块(6)具有数据读写操作相对独立的特点，平衡了单片机控制模块(5)和ASI数据编码发送模块(7)的数据传输速率不一致问题，单片机控制模块(5)根据FIFO芯片的空标志位、半满标志位和满标志位反馈信号状态以控制FIFO缓存模块(6)的读写操作；
2.4ASI数据编码发送模块(7)实现了6路复用之后数据的编码和发送，ASI芯片使能信号控制ASI芯片工作状态，ASI芯片正常工作模式下脚输出16MHz方波信号作为FIFO读信号，读取FIFO中缓存数据，并进行编码操作。
3、根据权利要求1.1所述的一种基于ASI接口的数据发送子系统(1)，其特征在于数据输出端需根据传输线介质进行阻抗匹配，该部分采用网络变压器进行阻抗匹配电路的设计，将ASI编码芯片输出的差分信号转换为单端信号进行传输，具有信号杂波抑制的作用。
4、根据权利要求1.2所述的一种基于ASI接口的数据接收子系统(2)，其特征在于USB接口模块(13)与ASI数据解码模块(12)相连，由ASI解码芯片的信号和信号经“或非”运算后作为USB芯片写使能信号，以启动ASI解码芯片和USB芯片的数据传输。
本发明具有以下优势：
1、本发明中的基于单片机控制模块实现6路串口数据的TS格式封装和复用，大大提高了数据的传输效率。
2、本发明中的ASI数据编码发送模块经并串转换、编码和移位等操作提高了数据传输速率，输出端经阻抗匹配电路进行波形修复、阻抗匹配和杂波抑制增强了数据传输的稳定性和可靠性。
3、本发明中的数据接收子系统实现ASI接口到USB接口的转换，通过USB接口输出数据，提高了数据收发系统的通用性。
附图说明
图1是本发明的一种基于ASI接口的数据收发系统整体框图；
图2是本发明的数据处理和控制发送模块硬件连接示意图；
图3是本发明的数据发送子系统的软件流程图；
图4是本发明的ASI解码接收和USB接口模块硬件连接示意图；
具体实施
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述：
图1所示的是一种基于ASI接口的数据收发系统整体框图，由数据发送子系统(1)和数据接收子系统(2)组成，在应用中6路RS422数据输入到数据发送子系统中，将串口数据转换为TS数据格式，同时将6路数据复用，通过1路ASI接口输出到无线电台发送，接收端通过无线电台接收复用的TS流数据，通过接收子系统将数据转换为USB接口数据，一种基于ASI接口的数据发送子系统(1)，包括6路RS422串口输入，然后经电平转换模块(3)将每一路差分信号转换为单片机能够识别的TTL电平信号，数字信号隔离模块(4)采用了集成的数字隔离芯片防止输入信号和处理后信号之间的干扰，最后经单片机控制模块(5)控制FIFO缓存模块(6)存储数据，ASI编码发送模块(7)进行数据编码，输出端采用阻抗匹配电路(8)完成传输线阻抗匹配。
图2所示的是单片机控制模块(5)、FIFO缓存模块(6)和ASI编码发送模块(7)的硬件连接示意图，其中单片机控制模块以单片机作为6路信号的核心处理器和发送控制器，控制发送的各模块之间连线和控制过程的具体实施如下：
在设计电路时将ASI芯片编码模式选择信号MODE连接到GND，选择8B/10B编码方式；ASI芯片下一个数据使能信号置高电平，禁止该位使能；ASI芯片表示输入数据类型，使用时通过单片机将该位置低电平，表示传输数据类型为有效数据；信号处理和控制模块(5)和ASI数据编码发送模块都采用16MHz无源晶振提供时钟信号；
控制发送时单片机控制模块(5)接收并存储输入数据，当存满184字节数据时，将数据封装为TS流，然后通过单片机PB7脚向FIFO缓存模块(6)的写使能信号写低电平，将数据通过单片机的PA0-PA7写入FIFO缓存；单片机的PB6脚判断到FIFO芯片的满标志位为低电平时，表示FIFO已存满，此时停止向FIFO中写入数据，单片机将PT1脚置为低电平，FIFO芯片的空标志位为高电平，经“非”运算得到低电平EF信号，然后与单片机的PT1信号经“或运算”得到的低电平作为ASI芯片使能信号ASI芯片使能，处于正常工作状态，ASI芯片管脚输出占空比为40％的方波，频率大小为16MHz，作为FIFO芯片读使能信号的输入，ASI编码发送模块(7)在的控制下，从FIFO的Q0-Q7管脚上读取缓存数据，并进行编码输出；当单片机通过PB4管脚判断FIFO芯片的空状态标志位为低电平时，表示FIFO为空，此时ASI芯片的脚为高电平，禁止ASI芯片读取FIFO中数据；
数据经ASI数据编码模块编码之后，数据输出速率为160Mbps。
图3所示的是一种基于ASI接口的数据发送子系统的软件流程图，首先完成单片机的SCI串口的初始化；同时设置通过单片机相应管脚设置隔离芯片的工作状态；单片机共6个SCI口，采用中断的方式接收6路RS422串口数据，每一SCI口对应一个中断接收函数以及设置两个184字节大小的缓冲区存储数据，当缓冲区1的指针小于184时，将接收到的数据存储在缓冲区1中，当缓冲区1满184字节时，执行对应通道发送函数，在发送数据时，在缓冲区1的184字节数据起始位置加入对应通道的特殊包头，作为该通道的标记；在缓冲区1存满后，接收到数据存入缓冲区2中，存满184字节后，将缓冲区1清空，同时发送缓冲区2中数据，以这种双重缓存的方式交替存储和发送数据；在发送数据时，通过图3的硬件连接相应引脚的控制下，实现6路数据通过单片机的8位并行口输出，完成了6路串口数据类型的转换和多路串口数据的复用；在中断接收函数中加入一个大小为5000000的计数器，当6路RS422串口在一定时间内没有接收数据时，判定数据传输完成，由于双重缓存区大小为184字节，当数据不满184字节时，不执行发送，所以为避免缓存区中残留有效数据，在计数器满5000000后，发送数字0作为填充，将残留有效数据读出，接收端将填充数据0删除。
图4所示是一种基于ASI接口的数据接收子系统硬件连接示意图，TS流复用数据通过ASI接口(10)和阻抗匹配电路(11)输入到ASI解码接收模块(12)，然后USB接口模块(13)和EEPROM(14)实现ASI接口到USB接口数据类型的转换具体实施如下：
正常工作状态将ASI编码接收模块的数据帧再构造使能信号RF置为高电平，使得ASI芯片能够根据同步字符进行数据帧重组；ASI芯片通过时钟输入脚REFCLK输入16MHz晶振作为参考时钟信号；ASI芯片的CKR脚输出与REFCLK时钟频率一样的信号，将CKR连接到USB芯片IFCLK脚作为USB芯片外部时钟信号；ASI解码接收模块(11)在时钟信号控制下通过INA差分输入端接收数据，然后通过ASI解码芯片解码，ASI芯片数据输出就绪信号表明数据是否准备好发送，数据类型标识位表明输出数据是否为有效数据，在数据传输时，将和通过“或非门”电路输出信号作为USB接口模块的写信号SLWR，实现传输时USB接口模块的FD0-FD7脚在ASI芯片输出数据准备好，并且为有效数据时读取的Q0-Q7脚数据；
EEPROM(14)中存储USB接口模块(13)的固件程序，在固件程序中配置了USB芯片的端点，设置了四重缓存的存储模式，每个缓存大小设置为512字节，当存满512字节时，将该包数据提交到四重缓存的发送端点；硬件电路上电时，通过I2C总线信号SDA和SCL将固件程序自动加载到USB芯片；在基于ASI接口的数据接收子系统中，USB芯片工作在FREE RUNNING(自由运行)模式下，该模式下需要将读使能信号SLRD、输入输出使能引脚SLOE和数据包提交信号PKEND置为高电平，FIFO选通信号SLCS、输入地址选择信号FIFOADR0和FIFOADR1置为低电平，在经过USB接口模块的数据类型转换后，通过USB接口将数据输出。
本发明实现多路传输数据复用，通过ASI接口提高数据传输速率。可以应用在多路串口通信系统的无线传输应用中。

Claims (4)

1.本发明所述的一种基于ASI接口的数据收发系统，各系统中相关模块之间连接关系及 其功能如下：
一种基于ASI接口的数据收发系统，由数据发送子系统(1)和数据接收子系统(2)组成，该系统实现方法如下：
1.1数据发送子系统(1)中，6路RS422串口输入信号由电平转换模块(3)完成RS422差分信号转TTL信号的转换，然后通过数字隔离模块(4)进行隔离输出，由单片机控制模块(5)完成TS流数据格式的封装，并通过单片机的8位并行接口输出；FIFO缓存模块(6)负责平衡传输速率，ASI编码发送模块(7)进行数据编码，阻抗匹配电路(8)完成传输线的阻抗匹配，最终6路并行数据通过ASI接口(9)发送；
1.2数据接收子系统(2)中，复用数据通过ASI接口(10)接收，然后经阻抗匹配电路(11)转换为差分信号，传输到ASI解码接收模块(12)完成数据的解码；USB接口模块(13)完成ASI接口数据类型到USB接口数据类型的转换，EEPROM(14)用来存储USB接口模块固件程序，最终数据通过USB口输出。
2.根据权利要求1.1所述的一种基于ASI接口的数据发送子系统，其特征在于单片机控制模块(5)、FIFO数据缓存模块(6)和ASI接口编码发送模块之间的数据交互，具体包括以下步骤：
2.1单片机控制模块(5)在工作时先进行SCI串口初始化，然后通过6路SCI接口以中断的方式接收6路RS422串口数据，每一通道对应一个中断接收函数以及设置两个184字节大小的缓冲区存储数据，当缓冲区1的指针小于184时，将接收到的数据存储在缓冲区1中，当缓冲区1满184字节时，执行对应通道发送函数；
2.2单片机在控制数据发送时，在缓冲区1的184字节数据起始位置加入对应通道的特殊包头，作为该通道的标记；在缓冲区1存满后，接收到数据存入缓冲区2中，存满184字节后，将缓冲区1清空，同时发送缓冲区2中数据，以双重缓存的方式交替存储和发送数据；在发送数据时采用查询的方式发送每一通道数据，6路数据最终通过单片机的8位并行口输出，实现6路数据的复用；
2.3FIFO缓存模块(6)具有数据读写操作相对独立的特点，平衡了单片机控制模块(5)和ASI数据编码发送模块(7)的数据传输速率不一致问题，单片机控制模块(5)根据FIFO芯片的空标志位、半满标志位和满标志位反馈信号状态以控制FIFO缓存模块(6)的读写操作；
2.4ASI数据编码发送模块(7)实现了6路复用之后数据的编码和发送，ASI芯片使能信号控制ASI芯片工作状态，ASI芯片正常工作模式下脚输出16MHz方波信号作为FIFO读信号，读取FIFO中缓存数据，并进行编码操作。
3.根据权利要求1.1所述的一种基于ASI接口的数据发送子系统(1)，其特征在于数据输出端需根据传输线介质进行阻抗匹配，该部分采用网络变压器进行阻抗匹配电路的设计，将ASI编码芯片输出的差分信号转换为单端信号进行传输，具有信号杂波抑制的作用。
4.根据权利要求1.2所述的一种基于ASI接口的数据接收子系统(2)，其特征在于USB接口模块(13)与ASI数据解码模块(12)相连，由ASI解码芯片的信号和信号经“或非”运算后作为USB芯片写使能信号，以启动ASI解码芯片和USB芯片的数据传输。
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