CN109391582A - 一种通讯协议及激光器控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通讯协议及激光器控制系统，涉及通信技术领域，该通讯协议包括：主控制器发送数据帧至从控制器，所述数据帧包括帧头、功能码以及校验和；在所述数据帧传输完毕后所述从控制器对所述数据帧进行校验以及执行所述功能码的命令操作，并在延时N个字节后向所述主控制器返回执行帧，所述执行帧包括所述帧头、所述功能码、对应从控制器端口赋值的数据段以及校验生成的校验码，所述N为正整数。本发明实施例所述的通讯协议结合ARM和CPLD对激光器内部的进行协调控制，通过帧头来确定传输环境的可靠性，通过多重匹配校验来进一步提高数据传输的稳定性和有效性，其数据传输和校验简单快捷，响应速度快，时效性也有较大提升。

Description

一种通讯协议及激光器控制系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种通讯协议及激光器控制系统。

背景技术

对于工业设备高功率激光器，其在运行时需要输出并且监控种类不同以及数据较多的信号，如温度、湿度、水温、水流量等等。对于这种情况，往往单种控制芯片无法满足系统的需求，所以通常情况下，需要采用ARM+CPLD的控制系统结构，ARM(Advanced RISCMachines)属于RISC(Reduced Instruction Set Computer精简指令集计算机)微处理范畴，其具有比较强的事务管理功能，可以用来跑界面以及应用程序，其优点主要体现在控制方面；CPLD(Complex Programmable Logic Device)复杂可编程逻辑器件，属于大规模集成电路范围，是一种用户根据各自需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路，具有编程灵活、集成度高、设计开发周期短、适用范围宽、开发工具先进、设计制造成本低、对设计者的硬件经验要求低、标准产品无需测试、保密性强、价格大众化等特点。

因此ARM作为主要的控制部件，完成大部分的数据处理、算法计算等，而CPLD作为控制部分I/O(input/output，即输入/输出端口)的扩充等作用，以及处理速度要求很快的信号。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：目前对于复杂的多种类信号，一种控制芯片无法完成所有的任务，需要配合多种类型的控制芯片协调工作，而各控制芯片间通讯传输的稳定性、实时性和有效性等难以保证。

发明内容

为了克服现有技术中相关产品的不足，本发明提出一种通讯协议及激光器控制系统，提高各控制芯片间通讯传输的稳定性、实时性和有效性。

本发明提供了一种通讯协议，包括：主控制器发送数据帧至从控制器，所述数据帧包括帧头、功能码以及校验和；在所述数据帧传输完毕后所述从控制器对所述数据帧进行校验以及执行所述功能码的命令操作，并在延时N个字节后向所述主控制器返回执行帧，所述执行帧包括所述帧头、所述功能码、对应从控制器端口赋值的数据段以及校验生成的校验码，所述N为正整数。

作为本发明的进一步改进，若所述从控制器校验生成的校验码与所述校验和匹配则所述从控制器执行所述功能码的命令操作；若所述从控制器校验生成的校验码与所述校验和不匹配则所述从控制器不执行然后操作仅返回所述执行帧，所述主控制器对所述执行帧中的校验码与本身发送的数据帧中的校验和进行匹配对比，若对比的结果为不匹配则所述主控制器向所述从控制器重新发送数据帧。

作为本发明的进一步改进，所述主控制器发送的数据帧还包括数据段，所述数据段位于所述功能码之后以及所述校验和之间，所述从控制器根据所述数据帧是否包括所述数据段判断当前主控制器发送的命令是定义所述从控制器的端口还是查询所述从控制器的端口，并返回对应的执行帧。

作为本发明的进一步改进，所述从控制器根据所述数据帧是否包括所述数据段判断当前主控制器发送的命令是定义所述从控制器的端口还是查询所述从控制器的端口，并返回对应的执行帧具体包括：当所述主控制器发送的命令是定义所述从控制器的端口时，所述主控制器发送的数据帧包括数据段，所述从控制器返回的执行帧包括对应的数据段，所述从控制器返回的数据段与所述主控制器发送的数据段一致；当所述主控制器发送的命令是查询所述从控制器的端口时，所述主控制器发送的数据帧不包括数据段，所述从控制器返回的执行帧还包括校验和、对应的数据段以及校验码，所述从控制器返回的数据段对应其当前端口的赋值。

作为本发明的进一步改进，所述主控制器与从控制器对所述同一功能码定义的功能一致。

本发明提供了一种应用上述任一项所述通讯协议的激光器控制系统，包括：通信连接的主控制器和从控制器；所述主控制器用于发送数据帧至从控制器，所述数据帧包括帧头、功能码以及校验和；在所述数据帧传输完毕后所述从控制器对所述数据帧进行校验以及执行所述功能码的命令操作，并在延时N个字节后向所述主控制器返回执行帧，所述执行帧包括所述帧头、所述功能码、对应从控制器端口赋值的数据段以及校验生成的校验码，所述N为正整数。

作为本发明的进一步改进，所述从控制器具体用于：若校验生成的校验码与所述校验和匹配则执行所述功能码的命令操作；若校验生成的校验码与所述校验和不匹配则不执行然后操作，仅返回所述执行帧至所述主控制器与其发送的数据帧进行匹配对比，所述匹配对比的为执行帧中的校验码以及数据帧中的校验和，若对比的结果为不匹配则接收所述主控制器重新发送的数据帧。

作为本发明的进一步改进，所述主控制器发送的数据帧还包括数据段，所述数据段位于所述功能码之后以及所述校验和之间，所述从控制器根据所述数据帧是否包括所述数据段判断当前主控制器发送的命令是定义所述从控制器的端口还是查询所述从控制器的端口，并返回对应的执行帧。

作为本发明的进一步改进，当所述主控制器发送的命令是定义所述从控制器的端口时，所述主控制器发送的数据帧包括数据段，所述从控制器返回的执行帧包括对应的数据段，所述从控制器返回的数据段与所述主控制器发送的数据段一致；

当所述主控制器发送的命令是查询所述从控制器的端口时，所述主控制器发送的数据帧不包括数据段，所述从控制器返回的执行帧还包括校验和、对应的数据段以及校验码，所述从控制器返回的数据段对应其当前端口的赋值。

作为本发明的进一步改进，所述主控制器与从控制器对所述同一功能码定义的功能一致。

与现有技术相比，本发明有以下优点：

本发明实施例所述的通讯协议结合ARM和CPLD对激光器内部的进行协调控制，通过设置的所述帧头来确定传输环境的可靠性，通过多重匹配校验来进一步提高数据传输的稳定性和有效性，其数据传输和校验简单快捷，响应速度快，时效性也有较大提升。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所述通讯协议的流程示意图；

图2为本发明所述主控制器定义所述从控制器的端口在物理层SPI上的一个波形示意图；

图3为本发明所述主控制器查询所述从控制器的端口在物理层SPI上的一个波形示意图；

图4为本发明所述激光器控制系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，附图中给出了本发明的较佳实施例。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

参阅图1所示，为本发明所述通讯协议的流程示意图，所述通讯协议应用于激光器控制系统，包括：

S101：主控制器发送数据帧至从控制器。

所述数据帧包括帧头、功能码以及校验和。在本发明实施例中，所述主控制器为ARM，从控制器为CPLD，所述ARM和CPLD通过SPI(Serial Peripheral Interface串行外设接口)的方式连接，包括四根数据传输线，MISO(数据输入)、MOSI(数据输出)、SCLK(时钟)以及SSEL(片选)，所述ARM通过所述MOSI发送数据帧至所述CPLD，所述CPLD通过所述MISO返回执行帧，所述ARM通过所述SCLK以及SSEL分别控制数据的传输以及CPLD的选择。

所述的帧头为AAH 55H，AA和55对应的二进制数分别为10101010和01010101，由于所述AA 55对应的二进制数所形成的方波为最小方波，一旦受到干扰其数值即产生变化且较为容易被检测，因此通过所述AAH 55H的帧头可以快速便捷的判出断当前数据的传输环境是否可靠。所述的功能码为范围在00H—FFH内的命令数，如01H、03H、05H等，用以区分和确定各个命令的含义，如03H定义的命令为输出数据到从控制器的24个输出端口上，所述主控制器与从控制器对所述同一功能码定义的功能一致。所述的校验和用以与从控制器校验产生的校验码进行匹配比对。

所述主控制器通过所述MOSI发送的数据帧还包括对应从控制器端口赋值的数据段，所述数据段位于所述功能码之后以及所述校验和之间，所述从控制器根据所述数据帧是否包括所述数据段判断当前主控制器发送的命令是定义所述从控制器的端口还是查询所述从控制器的端口，并通过所述MISO返回对应的执行帧。

S102：在所述数据帧传输完毕后所述从控制器对所述数据帧进行校验以及执行所述功能码的命令操作，并在延时N个字节后向所述主控制器返回执行帧。

所述执行帧包括所述帧头、所述功能码、对应从控制器端口赋值的数据段以及校验生成的校验码，所述N为正整数。

可选的，在本发明实施例中，若所述从控制器校验生成的校验码与所述校验和匹配则所述从控制器执行所述功能码的命令操作；若所述从控制器校验生成的校验码与所述校验和不匹配则所述从控制器不执行然后操作仅返回所述执行帧，所述主控制器对所述执行帧中的校验码与本身发送的数据帧中的校验和进行匹配对比，若对比的结果为不匹配则所述主控制器向所述从控制器重新发送数据帧。

在本发明实施例中，所述校验码通过使用CRC(Cyclic Redundancy Check循环冗余校验)的校验方式对所述数据帧中除进行校验；所述N为1，即从控制器在延时N个字节后向所述主控制器返回执行帧，在本发明的其他实施方式中，也可以根据实际需求选择其他的数值来延时发送所述执行帧。

在本发明实施例中，当所述主控制器发送的命令是定义所述从控制器的端口时，所述主控制器发送的数据帧包括数据段，所述从控制器返回的执行帧包括对应的数据段，所述从控制器返回的数据段与所述主控制器发送的数据段一致；当所述主控制器发送的命令是查询所述从控制器的端口时，所述主控制器发送的数据帧不包括数据段，所述从控制器返回的执行帧还包括校验和、对应的数据段以及校验码，所述从控制器返回的数据段对应其当前端口的赋值。

参阅图2和图3所示，分别为主控制器定义所述从控制器的端口以及主控制器查询所述从控制器的端口在物理层SPI上的其中一个波形示意图，所述主控制器通过所述MOSI发送数据帧至所述从控制器，所述从控制器通过所述MISO返回执行帧。

当主控制器ARM向从控制器CPLD发送数据帧用以定义从控制器CPLD对应端口：

帧头	功能码	数据段	校验和
				AAH 55H	03H	N*XXH	XXH

所述主控制器ARM发送的数据帧包括数据段；所述帧头为AAH 55H用以验证当前传输环境的可靠性；所述XX为范围在00H—FFH内的八进制数(下同)；所述的功能码03为定义为输出数据到CPLD的24个输出端口上；所述的数据段即为寄存器数据，如数据段具体为A81C B1时，A8 1C B1对应的二进制数为1010 1000 0001 1100 1011 0001，即CPLD上第0号、4号、5号、7号、10号、11号、12号、19号、21号、23号输出端口输出高电平，其他如第1号、2号、3号、6号、8号、9号、13号、14号、15号、16号、17号、18号、20号、22号CPLD输出端口输出低电平；所述校验和为(AA+55+03+A8+1C+B1)取8位即77；

所述从控制器在校验生成的校验码为77时，执行所述功能码03对应的功能，即调整其各个端口为所述数据段中对应的赋值，并返回执行帧：

帧头	功能码	数据段	校验码
				AAH 55H	03H	N*XXH	XXH

相应的，当主控制器ARM向从控制器CPLD发送数据帧用以查询从控制器CPLD对应端口：

帧头	功能码	校验和
			AAH 55H	05H	XXH

所述主控制器ARM发送的数据帧不包括所述数据段；所述从控制器在校验生成的校验码为04时，执行所述功能码05对应的功能，并返回执行帧：

帧头	功能码	校验和	数据段	校验码
					AAH 55H	05H	04H	N*XXH	XXH

本发明实施例所述的通讯协议结合ARM和CPLD对激光器内部的进行协调控制，通过AA55的帧头来确定传输环境的可靠性，通过多重匹配校验来进一步提高数据传输的稳定性和有效性，其数据传输和校验简单快捷，响应速度快，时效性也有较大提升。

参阅图4所示，为本发明所述激光器控制系统的结构示意图，包括通信连接的主控制器1和从控制器2。

所述主控制器1用于发送数据帧至从控制器2，所述数据帧包括帧头、功能码以及校验和；所述主控制器1发送的数据帧还包括数据段，所述数据段位于所述功能码之后以及所述校验和之间，所述从控制器2根据所述数据帧是否包括所述数据段判断当前主控制器1发送的命令是定义所述从控制器2的端口还是查询所述从控制器2的端口，并返回对应的执行帧。所述主控制器1与从控制器2对所述同一功能码定义的功能一致。

在所述数据帧传输完毕后所述从控制器2对所述数据帧进行校验以及执行所述功能码的命令操作，并在延时N个字节后向所述主控制器1返回执行帧，所述执行帧包括所述帧头、所述功能码、对应从控制器2端口赋值的数据段以及校验生成的校验码，所述N为正整数。

所述从控制器2具体用于：若校验生成的校验码与所述校验和匹配则执行所述功能码的命令操作；若校验生成的校验码与所述校验和不匹配则不执行然后操作，仅返回所述执行帧至所述主控制器1与其发送的数据帧进行匹配对比，所述匹配对比的为执行帧中的校验码以及数据帧中的校验和，若对比的结果为不匹配则接收所述主控制器1重新发送的数据帧。

当所述主控制器1发送的命令是定义所述从控制器2的端口时，所述主控制器1发送的数据帧包括数据段，所述从控制器2返回的执行帧包括对应的数据段，所述从控制器2返回的数据段与所述主控制器1发送的数据段一致；当所述主控制器1发送的命令是查询所述从控制器2的端口时，所述主控制器1发送的数据帧不包括数据段，所述从控制器2返回的执行帧还包括校验和、对应的数据段以及校验码，所述从控制器2返回的数据段对应其当前端口的赋值。

本发明实施例所述的激光器控制系统可执行上述实施例所提供的通讯协议，所述激光器控制系统具备上述实施例所述通讯协议相应的执行步骤以及有益效果，具体请参阅上述通讯协议的实施例，本发明实施例在此不再赘述。

在本发明所提供的上述实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如，多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

以上仅为本发明的实施例，但并不限制本发明的专利范围，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种通讯协议，其特征在于，包括：

主控制器发送数据帧至从控制器，所述数据帧包括帧头、功能码以及校验和；

在所述数据帧传输完毕后所述从控制器对所述数据帧进行校验以及执行所述功能码的命令操作，并在延时N个字节后向所述主控制器返回执行帧，所述执行帧包括所述帧头、所述功能码、对应从控制器端口赋值的数据段以及校验生成的校验码，所述N为正整数。

2.根据权利要求1所述的通讯协议，其特征在于：

若所述从控制器校验生成的校验码与所述校验和匹配则所述从控制器执行所述功能码的命令操作；

若所述从控制器校验生成的校验码与所述校验和不匹配则所述从控制器不执行然后操作仅返回所述执行帧，所述主控制器对所述执行帧中的校验码与本身发送的数据帧中的校验和进行匹配对比，若对比的结果为不匹配则所述主控制器向所述从控制器重新发送数据帧。

3.根据权利要求1所述的通讯协议，其特征在于：

所述主控制器发送的数据帧还包括数据段，所述数据段位于所述功能码之后以及所述校验和之间，所述从控制器根据所述数据帧是否包括所述数据段判断当前主控制器发送的命令是定义所述从控制器的端口还是查询所述从控制器的端口，并返回对应的执行帧。

4.根据权利要求3所述的通讯协议，其特征在于，所述从控制器根据所述数据帧是否包括所述数据段判断当前主控制器发送的命令是定义所述从控制器的端口还是查询所述从控制器的端口，并返回对应的执行帧具体包括：

当所述主控制器发送的命令是定义所述从控制器的端口时，所述主控制器发送的数据帧包括数据段，所述从控制器返回的执行帧包括对应的数据段，所述从控制器返回的数据段与所述主控制器发送的数据段一致；

当所述主控制器发送的命令是查询所述从控制器的端口时，所述主控制器发送的数据帧不包括数据段，所述从控制器返回的执行帧还包括校验和、对应的数据段以及校验码，所述从控制器返回的数据段对应其当前端口的赋值。

5.根据权利要求1所述的通讯协议，其特征在于：所述主控制器与从控制器对所述同一功能码定义的功能一致。

6.一种应用上述权利要求1-5任一项所述通讯协议的激光器控制系统，其特征在于，包括：通信连接的主控制器和从控制器；

所述主控制器用于发送数据帧至从控制器，所述数据帧包括帧头、功能码以及校验和；

在所述数据帧传输完毕后所述从控制器对所述数据帧进行校验以及执行所述功能码的命令操作，并在延时N个字节后向所述主控制器返回执行帧，所述执行帧包括所述帧头、所述功能码、对应从控制器端口赋值的数据段以及校验生成的校验码，所述N为正整数。

7.根据权利要求1所述的激光器控制系统，其特征在于，所述从控制器具体用于：

若校验生成的校验码与所述校验和匹配则执行所述功能码的命令操作；

若校验生成的校验码与所述校验和不匹配则不执行然后操作，仅返回所述执行帧至所述主控制器与其发送的数据帧进行匹配对比，所述匹配对比的为执行帧中的校验码以及数据帧中的校验和，若对比的结果为不匹配则接收所述主控制器重新发送的数据帧。

8.根据权利要求1所述的激光器控制系统，其特征在于，所述主控制器发送的数据帧还包括数据段，所述数据段位于所述功能码之后以及所述校验和之间，所述从控制器根据所述数据帧是否包括所述数据段判断当前主控制器发送的命令是定义所述从控制器的端口还是查询所述从控制器的端口，并返回对应的执行帧。

9.根据权利要求8所述的激光器控制系统，其特征在于：

当所述主控制器发送的命令是定义所述从控制器的端口时，所述主控制器发送的数据帧包括数据段，所述从控制器返回的执行帧包括对应的数据段，所述从控制器返回的数据段与所述主控制器发送的数据段一致；

当所述主控制器发送的命令是查询所述从控制器的端口时，所述主控制器发送的数据帧不包括数据段，所述从控制器返回的执行帧还包括校验和、对应的数据段以及校验码，所述从控制器返回的数据段对应其当前端口的赋值。

10.根据权利要求6所述的激光器控制系统，其特征在于：所述主控制器与从控制器对所述同一功能码定义的功能一致。