CN109964455A - 用于装置的多装置同步的编码 - Google Patents

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Abstract

分布式网络系统可以包括根据通信协议进行操作的共享通信总线和耦合到总线的多个装置。根据通信协议，当多个装置中的一个或多个在总线上主动传输数据时，多个装置中的每个经由总线接收数据，使得经由总线在多个装置之间建立双向通信，多个装置中的每个监视共享通信总线的总线状态以避免数据争用，并且经由总线将编码符号和包括编码符号的编码消息的接收同步，并且多个装置中的每个主动传输装置将总线状态与此主动传输装置的希望状态进行比较，以确定多个装置中的主动传输装置之间相对于总线的优先级。

Description

用于装置的多装置同步的编码
技术领域
本公开总体涉及用于音频系统的电路，包括但不限于个人音频装置，诸如无线电话和媒体播放器，并且更具体地涉及音频系统内的音频装置的分布式网络的控制、响应和/或状态机同步。
背景技术
广泛使用个人音频装置，包括无线电话，诸如移动/蜂窝电话、无绳电话、mp3播放器和其他消费者音频装置。此类个人音频装置可以包括用于驱动一对耳机或一个或多个扬声器的电路系统。此类电路系统通常包括扬声器驱动器，其包括用于将音频输出信号驱动到耳机或扬声器的功率放大器。
在消费者和专业音频器材两者内，通常必需匹配不同音频通道之间的操作响应。例如，此类音频系统要求对事件(例如，中断、装置误差等)的数据路径群延迟和声学响应跨所有的音频声道并且以最小值匹配，此类响应是受控的和确定性的。
然而，在此类装置中，时常可以使用多个放大器和多个数据路径来驱动多个扬声器。最常见的是，此类放大器的放置可能对扬声器本身局部化，这意味着放大器可能不彼此接近，并且放大器可能受到一个或多个其他放大器未观察到的局部误差事件的影响。作为示例，到容纳放大器的主印刷电路板的电池连接可能与放大器不对称，这意味着在一个放大器和电池电源之间可能存在比另一个放大器和电池电源更多的串联寄生损耗。如果每个放大器消耗来自电池的等量电量，则在一个放大器的局部供电电压可能低于在另一个放大器的局部供电电压。此功耗不等可能产生一个条件，由此一个放大器必须响应低电压误差条件，但另一个放大器可能不会观察到该误差条件。
通常在便携式电池供电装置中，放大器对此低电压条件的响应可以是减小放大器的音量，从而减少放大器的电流消耗，以便为系统的其余部分保持电池的供电电压。然而，如果在一个声道而不是另一个声道上执行该音频衰减，则它可能具有非预期的声学效果，这给最终用户带来负面体验。为了说明，人类听觉通常对音频的变化非常敏感。这种敏感性允许人们辨别事物，如声源的方向、到声源的近似距离、声音是否从物体反弹，以及识别预期声音的各种异常和变化。通常利用两只耳朵作为该过程的一部分，从而带来声音的立体性质。因此，听的过程有效产生了声音的“图像”。
对于媒体回放，通常有意地操纵音频信号以便利用大脑如何解释声音。这种有意的音频操纵对于多声道声音尤其如此。对于多声道声音，为了使这种有意的音频操纵有效且可再现，需要知道某些系统级参数并保持恒定或确定性。随着电子音频部件变得更加小型化，它们也趋向于在终端系统中更分散。然而，在该分布式架构的情况下，确定性要求(诸如声道到声道的相位和幅度)没有改变，并因此需要额外的方法来确保音频系统的关键确定性关系，诸如用于音频装置的多装置同步。
利用软件方法，诸如基于中断的方案以及控制端口写入，以减轻放大器之间的响应差异具有局限性。此方法需要控制端口主装置：(1)监视中断，(2)能够区分不同的误差条件，可能需要控制端口读取，(3)确定对误差条件的响应，以及(4)然后与一个或多个其他放大器交换信息。在条件不断变化的情况下，这种方法可能会对开发人员和软件资源造成负担，并且仍然可能没有适当的响应时间来正确处理误差条件。
其他不匹配的行为，诸如不确定的群延迟(或声道间相移)也可能产生不希望的声学效果。以受控的方式，操纵信号相位以及幅度和频率移位可用于产生声学效果，诸如声音定位、模仿混响、虚拟环绕声等。然而，当系统对装置的分布式网络的系统行为没有足够的控制时，硬件系统既可能与系统的多声道声学性能相互作用，又可能产生其自己的不希望的声学效果。
群延迟或系统级响应的受控匹配不仅对于控制音频输出的目的是重要的，而且对于监视系统(其中装置之间的信号定时是所需功能的关键部分)也是重要的。例如，在超声应用诸如接近检测或手势识别中，其中信号的定时是关键的，连接到超声麦克风的模数转换器的分布式网络将需要被同步。在没有该同步的情况下，检测算法可能无法获取足够的有效数据来正确响应。
发明内容
根据本公开的教导，可以减少或消除与在装置的分布式网络之间同步功能的现有方法相关联的一个或多个缺点和问题。
根据本公开的实施例，分布式网络系统可以包括根据通信协议进行操作的共享通信总线和耦合到共享通信总线的多个装置。根据通信协议，当多个装置中的一个或多个在共享通信总线上主动传输数据时，多个装置中的每个经由共享通信总线接收数据，使得经由共享通信总线在多个装置之间建立双向通信，该多个装置中的每个监视共享通信总线的总线状态以避免数据争用，并且经由共享通信总线使编码符号和包括编码符号的编码消息的接收同步，并且多个装置中的每个主动传输装置将该总线状态与此主动传输装置的希望状态进行比较，以确定多个装置中的主动传输装置之间相对于共享通信总线的优先级。
根据本公开的这些和其他实施例，分布式网络系统可以包括根据通信协议进行操作的共享通信总线和耦合到共享通信总线的多个装置。根据通信协议，响应于经由共享通信总线接收编码消息，多个装置中的每个向共享通信总线传输编码有效载荷，该编码有效载荷包括指示与编码消息相关联的变量的多个编码符号，并且多个装置中的至少一个装置监视共享通信总线以确定变量的最大值。
根据本公开的这些和其他实施例，分布式网络系统可以包括根据通信协议进行操作的共享通信总线和耦合到共享通信总线的多个装置，其中根据通信协议，由多个装置传输到共享通信总线的编码消息各自包括数据结构，该数据结构包括多个编码符号以使多个装置能够共享用于在共享通信总线上传输编码消息的带宽。
根据本公开的这些和其他实施例，分布式网络系统可以包括根据通信协议进行操作的共享通信总线和耦合到共享通信总线的多个装置，其中装置中的每个被配置为通过引起共享通信总线的电压的电转换将共享通信总线从空闲状态唤醒。
根据本公开的这些和其他实施例，分布式网络系统可以包括根据通信协议进行操作的共享通信总线和耦合到共享通信总线的多个装置，其中装置中的每个被配置为通过在共享通信总线上传输编码同步符号将共享通信总线从空闲状态唤醒，使得共享通信总线上的其他装置基于与编码同步符号相关联的共享通信总线的电压的电转换的检测来将其他装置内部的相应同步时钟同步。
根据本公开的这些和其他实施例，一种方法可以包括根据用于共享通信总线的通信协议操作分布式网络系统的多个装置，该多个装置各自耦合到该共享通信总线，使得根据通信协议：(i)当多个装置中的一个或多个装置在共享通信总线上主动传输数据时，多个装置中的每个经由共享通信总线接收数据，使得在多个装置之间经由共享通信总线建立双向通信；(ii)多个装置中的每个监视共享通信总线的总线状态以避免数据争用，并且经由共享通信总线将编码符号和包括编码符号的编码消息的接收同步；以及(iii)多个装置中的每个主动传输装置将总线状态与此主动传输装置的希望状态进行比较，以确定多个装置中的主动传输装置之间相对于共享通信总线的优先级。
根据本公开的这些和其他实施例，一种方法可以包括根据用于共享通信总线的通信协议操作分布式网络系统的多个装置，该多个装置各自耦合到该共享通信总线，使得根据通信协议，响应于经由共享通信总线接收到编码消息：(i)多个装置中的每个向共享通信总线传输编码有效载荷，该编码有效载荷包括指示与编码消息相关联的变量的多个编码符号，以及(ii)多个装置中的至少一个装置监视共享通信总线以确定变量的最大值。
根据本公开的这些和其他实施例，一种方法可以包括根据用于共享通信总线的通信协议操作分布式网络系统的多个装置，该多个装置各自耦合到该共享通信总线，使得根据通信协议，由多个装置传输到共享通信总线的编码消息各自包括数据结构，该数据结构包括多个编码符号，以使多个装置能够共享用于在共享通信总线上传输编码消息的带宽。
根据本公开的这些和其他实施例，一种方法可以包括根据用于共享通信总线的通信协议操作分布式网络系统的多个装置，该多个装置各自耦合到该共享通信总线，使得根据通信协议，装置中的每个被配置为通过引起共享通信总线的电压的电转换来将共享通信总线从空闲状态唤醒。
根据本公开的这些和其他实施例，一种方法可以包括根据用于共享通信总线的通信协议操作分布式网络系统的多个装置，该多个装置各自耦合到该共享通信总线，使得根据通信协议，装置中的每个被配置为通过在共享通信总线上传输编码同步符号将共享通信总线从空闲状态唤醒，使得共享通信总线上的其他装置基于与编码同步符号相关联的共享通信总线的电压的电转换的检测来将其他装置内部的相应同步时钟同步。
通过本文包括的附图、描述和权利要求，本公开的技术优点对于本领域技术人员而言是显而易见的。至少通过权利要求中特别指出的元件、特征和组合来实现和达到实施例的目的和优点。
应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都是示例和解释性的，并且不限制本公开中阐述的权利要求。
附图说明
通过参考以下结合附图的描述，可以获得对本实施例及其优点的更完整的理解，在附图中相同的附图标记指示相同的特征，并且其中：
图1示出了根据本公开的实施例的示例个人音频装置；
图2示出了根据本公开的实施例的个人音频装置的示例音频集成电路的所选部件的框图；
图3示出了根据本公开的实施例的个人音频装置的音频集成电路的示例音频信号路径的所选部件的框图；
图4示出了根据本公开的实施例的经由通信总线彼此耦合的装置的分布式网络的所选部件的框图；
图5示出了根据本公开的实施例的装置的所选部件的框图；
图6示出了根据本公开的实施例的收发器的所选部件的框图；
图7示出了根据本公开的实施例的示出共享通信总线的通信协议的编码方案的一系列时序图；
图8示出了根据本公开的实施例的示出示例假设情况的时序图，其中两个装置同时尝试传送编码消息；
图9示出了根据本公开的实施例的示出示例假设情况的时序图，其中四个装置响应于由装置中的每个接收的消息而尝试传送编码的有效载荷；以及
图10A和图10B各自示出了根据本公开的实施例的采用装置优先级字段的示例消息格式。
具体实施方式
本文公开的多装置同步方法可以允许装置网络中的多个分布式装置知道彼此的操作状态和配置，有效地作为系统上的单个装置执行，同时保持对于包括该分布式装置的系统的低影响和低复杂度。多装置同步可以保持对要使它们的操作同步的装置的管制。
图1示出了根据本公开的实施例的示例个人音频装置1。图1以一对耳塞式扬声器8A和8B的形式描绘了耦合到耳机3的个人音频装置1。图1中描绘的耳机3仅仅是示例，并且应该理解，个人音频装置1可以与各种音频换能器，包括但不限于头戴式耳机、耳塞、入耳式耳机和外部扬声器一起使用。插头4可以提供耳机3到个人音频装置1的电气端的连接。个人音频装置1可以使用触摸屏2向用户提供显示并接收用户输入，或另选地，标准液晶显示器(LCD)可以与设置在个人音频装置1的正面和/或侧面上的各种按钮、滑块和/或拨盘组合。同样如图1所示，个人音频装置1可以包括音频集成电路(IC)9，其用于生成用于传输到耳机3和/或另一音频换能器的模拟音频信号。
图2示出了根据本公开的实施例的个人音频装置的示例音频集成电路9的所选部件的框图。如图2所示，微控制器核心18可以将数字音频输入信号DIG_IN_L和DIG_IN_R供应给多个音频信号路径12(例如，音频信号路径12a、12b、12c和12d)，该音频信号路径12中的每个可以生成其自己的模拟输出信号(例如，VOUTLL、VOUTLH、VOUTRL和VOUTRH)以驱动换能器，诸如音频扬声器或耳机。例如，模拟输出信号VOUTLL可以驱动左侧低频扬声器(例如，低音扬声器)，模拟输出信号VOUTLH可以驱动左侧高频扬声器(例如，高音扬声器)，模拟输出信号VOUTRL可以驱动右侧低频扬声器(例如，低音扬声器)，以及模拟输出信号VOUTRH可以驱动右侧高频扬声器(例如，高音扬声器)。同样如图2所示，并且如下面更详细描述，音频信号路径12a、12b、12c和12d的部件可以通信地耦合到共享通信总线20，以用于在此类部件之间传送控制和/或状态信息。
图3示出了根据本公开的实施例的个人音频装置1的音频集成电路9的示例音频信号路径12的所选部件的框图。音频信号路径12可以用于实现图2所描绘的音频信号路径12a、12b、12c和/或12d。如图3所示，数模转换器(DAC)14可以接收数字音频输入信号DIG_IN(例如，DIG_IN_L或DIG_IN_R)并将数字音频输入信号转换为模拟信号VIN。DAC 14可以将模拟信号VIN供应给放大器16，其可以在放大器16的输入端22处接收模拟信号VIN，并且可以放大或衰减音频输入信号VIN以在放大器16的输出端24处提供音频输出信号VOUT(例如，VOUTLL、VOUTLH、VOUTRL和VOUTRH)，放大器16可以操作扬声器、耳机换能器、线路电平信号输出端和/或其他合适的输出端。在一些实施例中，DAC 14可以是放大器16的集成部件。如图2所示，放大器16还可以包括用于根据共享通信总线(例如，共享通信总线20)上的通信协议主动传输数据的发射器26，该共享通信总线被配置为耦合到放大器16和多个耦合到共享通信总线的其他装置(例如，用于其他音频声道的放大器)，以及用于经由共享通信总线从耦合到共享通信总线的其他装置中的至少一个接收数据的接收器28。在一些实施例中，发射器26和接收器28可以组合成单个功能单元，使得仅放大器16的单个引脚可以耦合到通信总线20。
尽管图2和图3考虑了音频IC 9驻留在个人音频装置中，但是本文描述的系统和方法还可以应用于除个人音频装置之外的电气和电子系统和装置，包括用于比个人音频装置更大的计算装置、汽车、建筑物或其他结构的音频系统。
图4示出了根据本公开的实施例的经由通信总线44(例如，其可以实现图2所描绘的通信总线20)耦合在一起的装置42的分布式网络40的所选部件的框图。在一些实施例中，装置42可以包括多个音频信号路径12的放大器16，如图2和图3所示。在其他实施例中，装置42可以包括音频信号路径的其他部件，诸如编码器-解码器、DAC、模数转换器(ADC)或传感器(例如，麦克风或声压传感器)。在其他实施例中，装置42可以是除音频系统之外的系统的部件，诸如其中每个装置42输出或驱动超声信号的超声系统(例如，用于接近检测)，或其中每个装置42输出或驱动触觉信号的触觉系统。在这些和其他实施例中，分布式网络40的所有装置42可以是同构的(例如，所有装置42可以包括音频放大器、所有装置42可以包括编码器-解码器、所有装置42可以包括DAC、所有装置42可以包括ADC、所有装置可以包括传感器等)。因此，每个装置42可以具有用于驱动适当的输出信号(例如，音频、超声或触觉信号)的输出端48。
如图4所示，装置42可以包括用于与共享通信总线44双向通信的引脚46。共享通信总线44可以包括任何合适的通信总线。在一些实施例中，共享通信总线44可包括单个电线或节点。
尽管图4描绘了具有四个装置42的分布式网络40，但是与本公开一致的其他实施例可以包括任何数量的装置42。
图5示出了根据本公开的实施例的装置42的所选部件的框图。如图5所示，装置42可以包括收发器52、状态机54和信号处理器56。
收发器52可以经由引脚46耦合到共享通信总线44。在操作中，收发器52可以被配置为根据共享通信总线44上的通信协议主动传输数据，并且还可以被配置为经由共享通信总线44从其他装置42中的至少一个接收数据。收发器52的示例实现方式在图6中描绘，在下面更详细论述。
状态机54可以包括被配置为执行以下操作的任何系统、装置或设备：维持其装置42的相应状态信息，并且根据其经由接收器52和共享通信总线44从其他装置接收的相应状态信息和数据进行操作以便控制信号处理器56在输出端48生成输出信号。信号处理器56可以包括被配置为执行以下操作的任何系统、装置或设备：基于来自状态机54的一个或多个控制信号，对输入信号执行处理(例如，施加增益、衰减、滤波等)以生成输出信号到输出端48。
如图5所示，状态机54可以与装置42内部的内部同步时钟CLK同步。在一些实施例中，此同步时钟CLK可以包括具有已知频率容限的过采样同步时钟。在每个装置42中，其相应的状态机54可以与过采样同步时钟CLK同步，以便监视共享通信总线44的总线状态，并将此装置的编码符号和编码消息的传输与共享通信总线44同步，如在本公开中的别处更详细描述。
另外，基于其相应的状态信息和/或在此装置42本地发生的事件，状态机54可以经由收发器50和共享通信总线44将数据传输到其他装置42。此类数据可以包括但不限于：(1)音频输出路径群延迟匹配信息，(2)数据和音频监视群延迟匹配信息，(3)同步加电和断电信息，(4)同步数字音量或增益变化信息，(5)相应状态信息，(6)关于包括分布式网络40的系统的装置42的配置变化的信息，(7)关于本地误差检测和/或对其的本地响应的信息，(8)装置控制和/或状态信息，(9)关于任何信号处理的控制和/或状态的信息，以及(10)关于装置42的算法参数的信息。因此，一般而言，在共享通信总线44上传送的数据可以包括以下中的至少一个：关于分布式网络40的状态信息、关于传输数据的装置42的状态信息和用于控制装置42的控制参数。
另外，状态机54可以被配置为维持装置42的状态，使得其根据前述通信协议进行操作。下面更详细描述此通信协议的示例。根据本文描述的多装置同步方法，共享通信总线44上的所有数据通信直接在装置42之间彼此同步，其中所有必要的逻辑和决策保持在此类同步装置42内受管制，这意味着不需要为了干预或装置管理的目的而将同步或数据路由回主处理器。因此，装置42之间的此同步可以以快速率和低响应延迟发生，以便最小化在装置之间共享信息诸如误差条件时可能发生的任何不希望的声学行为的影响。例如，事件可能发生在一个装置42上，该装置42需要通知主处理器以及改变分布式网络40中其他装置42的配置。然而，与需要主处理器向其他装置42分发关于改变配置的信息的现有方法不同，经历该事件的装置42可以跨共享通信总线44传送相关信息。其他装置42可以接收此类信息并基于通过共享通信总线44传送的信息作出响应(例如，更改它们自己的内部状态信息和/或它们的相应输出信号)，而不是要求主处理器单独地重新配置每个装置42。一旦在第一装置42上引起事件的条件不再存在，则可以再次经由共享通信总线44通知其他三个装置42，并且可以恢复正常操作。
图6示出了根据本公开的实施例的示例收发器52的所选部件的框图。如图6所示，收发器52可以包括缓冲器60和62、电阻器66、触发器70、72、74和76以及异或门78，所有这些都如图6所示进行布置。尽管触发器70、72、74和76以及异或门78被示为与收发器52成一体，但是在一些实施例中，触发器70、72、74和76以及异或门78中的一个或多个可以与状态机54成一体。另外，尽管触发器70、72、74和76被描绘为D触发器，但是可以使用在时钟信号(例如，CLK)的边沿转换上计时的任何合适的触发器来代替所描绘的D触发器。
缓冲器60可以将输出信号OUT驱动到共享通信总线44，并且可以由使能信号控制以用于使缓冲器60能够驱动输出信号。如图6所示，使能信号ENABLE和输出信号OUT可以从在装置42内部的时钟信号CLK的边沿(例如，上升沿)上计时的相应触发器70和72驱动。在分布式网络40中，每个装置42可以保持其自己的内部时钟信号42。缓冲器62可以在内部将输入信号IN驱动到收发器42，并且还可以与电阻器66一起操作以形成在电压电平(例如，逻辑高或逻辑低)的转换之间在共享通信总线44上维持电压电平的弱保持器。例如，耦合到共享通信总线44的所有装置42的缓冲器62的有效驱动可能弱于缓冲器60的有效驱动，使得缓冲器60的转换输出将克服由缓冲器62和电阻器66在每个装置42中形成的弱保持器维持的值。
触发器74和76可以形成在内部时钟信号CLK的边沿(例如，上升沿)上计时的同步器，使得共享通信总线44上的电压电平的任何切换可以在内部时钟信号CLK的至少两个周期不改变其输出缓冲器60的状态。
异或门78可以接收触发器76的输出和输入信号IN作为输入并驱动唤醒信号WAKE。如上所述，内部时钟信号CLK可以断电以节省功率。在内部时钟信号CLK已经断电以节省功率之后，状态机54可以使用此唤醒信号WAKE以响应于共享通信总线44的电转换来唤醒内部时钟信号CLK。
在采用如上所述的装置42的分布式网络40中，每个装置42能够根据不归零脉冲长度调制方案将数据编码到共享通信总线44上(并且还在共享通信总线44上解码数据)，在该方案中通过调制共享通信总线44上存在的电压的电压电平转换之间的长度来传输信息，其中每个装置42的收发器52的弱保持器在由一个或多个装置42驱动到共享通信总线44上的电压电平转换之间维持共享通信总线44上的电压电平。此方案可以确保由于装置42的不同相位内部时钟信号CLK而在共享通信总线44上不存在电争用，并且可以允许简单的仲裁方案，即有线逻辑或，其中由装置42传输，并由共享通信总线44上的电压电平的转换之间的较短持续时间表示的编码符号(例如，逻辑“1”)将优先于由另一个装置42传输，并由共享通信总线44上的电压电平的转换之间的较长持续时间表示的编码符号(例如，逻辑“0”)。
图7示出了根据本公开的实施例的示出共享通信总线44的通信协议的示例编码方案的一系列时序图。在图7中，每个时序图中的垂直线段表示共享通信总线44上存在的电压电平中的转换。因此，图7描绘了逻辑1、逻辑0、SYNC符号和SYNC_LONG符号的四个符号的脉冲长度编码方案。例如，为了将逻辑1传输到共享通信总线44，传输装置42可以尝试驱动共享通信总线44，使得共享通信总线44的电压电平的连续转换在持续时间t1发生。作为另一示例，为了将逻辑0传输到共享通信总线44，传输装置42可以尝试驱动共享通信总线44，使得共享通信总线44的电压电平的连续转换在持续时间t2发生，该持续时间t2在时间上比持续时间t1长得多。因此，通过监视共享通信总线44，并且特别地，通过监视共享通信总线44上的电压电平的连续转换之间的时间，装置42可以确定由共享通信总线44上的其他装置42传送的符号。另外，此编码方案本质上是优先级编码方案，因为如果第一装置42在第二装置42尝试传送逻辑0符号的同时传送逻辑1符号，则第一装置42将取得优先权，因为持续时间t1将在持续时间t2之前到期，使得在第二装置42甚至尝试传送逻辑0符号之前，装置42将在共享通信总线44上检测到逻辑1符号的传送。
由于脉冲长度编码方案，因此可以传送超出逻辑1和逻辑0的附加符号。例如，装置42可以通过驱动共享通信总线44将符号SYNC传输到共享通信总线44，使得共享通信总线44的电压电平的连续转换在持续时间t3发生，该持续时间t3在时间上比持续时间t2长得多。作为另一示例，装置42可以通过驱动共享通信总线44将符号SYNC_LONG传输到共享通信总线44，使得共享通信总线44的电压电平的连续转换在持续时间t4发生，该持续时间t4在时间上比持续时间t3长得多。此些同步符号SYNC和SYNC_LONG中的一个或两个可以由装置42传送，以便通过在共享通信总线44上传输编码同步符号(例如，SYNC或SYNC_LONG)使共享通信总线44从空闲状态唤醒，使得共享通信总线44上的其他装置42基于通过传输编码同步符号而引起的共享通信总线44的电压的电转换的检测来同步它们的相应时钟CLK。例如，当第一装置42希望在共享通信总线44上发送消息时，它可以通过在适当时间转换共享通信总线44的电压电平将编码同步符号(例如，SYNC或SYNC_LONG)传送到共享通信总线44。响应于接收到编码同步符号(并且基于何时发生共享通信总线44的电压电平的转换)，每个其他装置42可以基于编码同步符号的定时来同步其自己的内部时钟，并因此使其到第一装置42的传输和对与第一装置42同步的共享通信总线44的监视同步。因此，经由一个或多个编码同步符号的传送，经由共享通信总线44的数据传输和接收可以独立于装置42外部的任何同步时钟。并且可以仅取决于装置42内部的同步时钟CLK。
此外，根据上述符号级编码方案，通信协议还可以启用消息级编码方案。例如，图8示出了根据本公开的实施例的示出示例假设情况的时序图，其中两个装置42可以尝试同时传送编码消息。在该假设中，第一装置42可以尝试传送以二进制编码为“1110”的消息，并且第二装置42可以尝试传送以二进制编码为“1101”的消息。由于本文描述的符号级编码方案。两个装置42将成功地将它们的相应编码消息中的它们的相应前两个符号传送到共享通信总线44。换句话说，两个装置42将在图8所示的时间ta、tb和tc驱动共享通信总线44上的电压电平的转换。然而，第一装置42将在时间td驱动转换以指示其消息的第三符号是逻辑1，优先于第二装置42，否则第二装置42将在时间te驱动转换以指示其消息的第三符号是逻辑0。因此，因为第二装置42可以在时间te之前监视共享通信总线44上发生的转换时传输到并监视共享通信总线44，所以第二装置42的状态机54可以然后停止尝试传送其相应消息的符号，因为此监视将向第二装置42的状态机54指示由另一装置(例如，第一装置42)传送的消息优先于其自己的消息。另一方面，由第一装置42的状态机54执行的共享通信总线44的监视将在时间td确定来自其他装置42的消息尚未优先于其自己的消息，并且将继续传送与其消息相关联的符号到共享通信总线44，并且因此将在时间tf驱动转换以指示其消息的第四符号是逻辑0。因此，在共享通信总线44上传输的编码符号和编码消息根据最高有效位优先级编码方案进行编码。
因此，根据通信协议和由此通信协议定义的编码方案，当装置42中的一个或多个在共享通信总线44上主动传输数据时，每个装置42(包括传输装置42)经由共享通信总线44接收数据，使得经由共享通信总线44在装置42之间建立双向通信。进一步地，结合经由共享通信总线44接收数据，每个装置42监视共享通信总线44的总线状态，以避免数据争用并经由共享通信总线44将编码符号和包括此类编码符号的编码消息的接收同步。另外，每个主动传输装置42可以将总线状态与此主动传输装置42的希望状态进行比较，以确定主动传输装置42之间相对于共享通信总线44的优先级。
在本公开的这些和其他实施例中，响应于经由共享通信总线44接收编码消息，共享通信总线44上的每个装置42可以向共享通信总线传输编码有效载荷，该编码有效载荷包括指示与编码消息相关联的变量的多个编码符号。至少一个装置42可以监视共享通信总线44以确定变量的最大值。在一些实施例中，至少一个装置42可以根据最高有效位优先级编码方案确定变量的最大值。例如，图9示出了根据本公开的实施例的示出示例假设情况的时序图，其中四个装置42响应于由装置42中的每个经由共享通信总线44接收的消息而尝试传送编码有效载荷。作为特定示例，装置42可以传送用于将提供给装置42中的每个的供电电压同步的消息(例如，如上所述具有高于在共享通信总线44上传送的其他消息的优先级的消息)，其中每个装置42可以响应于具有对其自己的供电电压进行编码的有效载荷的消息，并且至少一个装置42可以根据最高有效位优先级编码方案确定响应的最大值。如果此类供电电压范围为0V至10V，则可以使用9位编码方案来表示此类电压，假设0.025V的电压级差被编码(例如，二进制0 0000 0000表示0V，二进制1 1001 0000表示10V)。在图9的假设中，第一装置42具有9.75V(1 1000 0110)的供电电压，第二装置42具有9.50V(1 0111 1100)的供电电压，第三装置42具有9.70V(1 1000 0100)的供电电压，并且第四装置42具有9.00V(10110 1000)的供电电压。当每个装置42传输其响应有效载荷时，每个装置42的状态机54可以监视其装置自己的状态(例如，它应该根据其有效载荷在共享通信总线44上驱动转换的定时)以及监视共享通信总线44的状态，以确定另一个装置的有效载荷是否具有高于该装置42，使得其应该停止传输其有效载荷的优先级。因此，应用最高有效位优先级编码方案，每个装置42可以成功地驱动对它们的相应最高有效位(逻辑1)进行编码的转换。然而，当试图驱动它们的相应第二最高有效位(逻辑0)时，第二装置42和第四装置42的状态机54可以作为监视共享通信总线44的结果确定由第一装置42和第三装置42驱动的对逻辑1符号进行的转换在驱动它们自己的对逻辑0符号进行编码的转换之前被接收，并因此可以根据它们自己的相应有效载荷停止驱动转换。另外，由于第一装置42的有效载荷的第八最高有效位是逻辑1符号并且第三装置42的有效载荷的第八最高有效位是逻辑0符号，因此第一装置42的有效载荷将优先于第三装置42的有效载荷(而第一装置42和第三装置42中的每个的七个最高有效位是相同的)。
在这些和其他实施例中，一个或多个编码消息可以各自包括数据结构，该数据结构包括多个编码符号，以使装置42能够共享用于在共享通信总线44上传输编码消息的带宽。例如，此数据结构可以包括在装置42之间建立的装置优先级字段(对于传输消息优先于其他装置42的那些装置42)。另外，装置42的状态机54可以被配置为使得当装置42能够在共享通信总线44上传输完整消息时，其装置优先级相对于一个或多个其他装置42降低，使得在随后的时间，其他装置42中的一个优先于最近传输的装置42。例如，当装置42传输消息时，其相应状态机54可以递减其装置优先级值，使得在来自此装置42的未来消息传输内传送此装置优先级值。另外地或可选地，当装置42尝试时传输消息但是另一个装置42由于更高的优先级而能够传输时，未成功地尝试传输消息的装置42的状态机54可以递增其装置优先级值，使得在来自此装置42的未来消息传输内传送此装置优先级值。
图10A和图10B示出了根据本公开的实施例的采用装置优先级字段的示例消息格式。在图10A中，可以在消息类型字段80之后附加装置优先级字段82，使得根据上述最高有效位编码方案，装置优先级字段82可以用于对尝试传输同一消息类型的多个装置42中的一个给予优先级。在图10B中，可以在消息类型字段90之前附加装置优先级字段92，使得根据上述最高有效位编码方案，装置优先级字段92可以用于无关于消息类型对尝试向共享通信总线44传输的多个装置42中的一个给予优先级。
如本文所使用的，当两个或更多个元件被称为彼此“耦合”时，此术语在适用的情况下指示此类两个或更多个元件处于电子连通或机械连通中，无论是间接连接还是直接连接，有或没有中间元件。
本公开包含本领域普通技术人员将理解的对本文的示例性实施例的所有改变、替换、变化、更改和修改。类似地，在适当的情况下，所附权利要求包含本领域普通技术人员将理解的对本文的示例性实施例的所有改变、替换、变化、更改和修改。此外，在所附权利要求中提及适于、布置成、能够、配置为、使能够以、可操作以或操作以执行特定功能的设备或系统或者设备或系统的部件包括该设备、系统或部件，无论其或该特定功能是否被激活、打开或解锁，只要该设备、系统或部件如此适应、布置、有能力、配置、使能、可操作或操作。
本文叙述的所有示例和条件语言旨在用于教学目的以帮助读者理解本发明和本发明人为促进该领域发展而贡献的概念，并且被解释为不限于此类具体叙述的示例和条件。尽管已经详细描述了本发明的实施例，但是应该理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以对实施例进行各种改变、替换和更改。

Claims (34)

1.一种分布式网络系统，包括：
根据通信协议进行操作的共享通信总线；以及
耦合到所述共享通信总线的多个装置；
其中，根据所述通信协议：
当所述多个装置中的一个或多个在所述共享通信总线上主动传输数据时，所述多个装置中的每个经由所述共享通信总线接收数据，使得经由所述共享通信总线在所述多个装置之间建立双向通信；
所述多个装置中的每个监视所述共享通信总线的总线状态以避免数据争用，并且经由所述共享通信总线使编码符号和包括编码符号的编码消息的接收同步；以及
所述多个装置中的每个主动传输装置将所述总线状态与此主动传输装置的希望状态进行比较，以确定所述多个装置中的主动传输装置之间相对于所述共享通信总线的优先级。
2.根据权利要求1所述的分布式网络系统，其中所述共享通信总线包括单个电气节点。
3.根据权利要求1所述的分布式网络系统，其中经由所述共享通信总线传输和接收数据独立于所述多个装置外部的任何同步信号。
4.根据权利要求1所述的分布式网络系统，其中所述多个装置中的每个包括：
具有已知频率容限的过采样同步时钟；以及
状态机，所述状态机与所述过采样同步时钟同步，以便监视所述总线状态并使由此装置将编码符号和编码消息到所述共享通信总线的传输同步。
5.根据权利要求4所述的分布式网络系统，其中所述多个装置中的每个被配置为：
停用其过采样同步时钟以节省电能；以及
响应于所述共享通信总线上的电转换，唤醒其过采样同步时钟。
6.根据权利要求1所述的分布式网络系统，其中根据最高有效位优先级编码方案对在所述共享通信总线上传输的编码符号和编码消息进行编码。
7.根据权利要求1所述的分布式网络系统，其中基于所述共享通信总线的电压的电转换之间的持续时间对编码符号进行编码。
8.根据权利要求1所述的分布式网络系统，其中响应于经由所述共享通信总线接收编码消息：
所述多个装置中的每个向所述共享通信总线传输编码有效载荷，所述编码有效载荷包括指示与所述编码消息相关联的变量的多个编码符号；以及
所述多个装置中的至少一个装置监视所述共享通信总线以确定所述变量的最大值。
9.根据权利要求8所述的分布式网络系统，其中所述至少一个装置根据最高有效位优先级编码方案确定所述变量的所述最大值。
10.根据权利要求1所述的分布式网络系统，其中编码消息包括数据结构，所述数据结构包括多个编码符号，以使所述多个装置能够共享用于在所述共享通信总线上传输编码消息的带宽。
11.根据权利要求1所述的分布式网络系统，其中所述装置中的每个被配置为通过引起所述共享通信总线的电压的电转换将所述共享通信总线从空闲状态唤醒。
12.根据权利要求1所述的分布式网络系统，其中所述装置中的每个被配置为通过在所述共享通信总线上传输编码同步符号将所述共享通信总线从空闲状态唤醒，使得所述共享通信总线上的其他装置基于与所述编码同步符号相关联的所述共享通信总线的电压的电转换的检测来将所述其他装置内部的相应同步时钟同步。
13.一种分布式网络系统，包括：
根据通信协议进行操作的共享通信总线；以及
耦合到所述共享通信总线的多个装置；
其中，根据所述通信协议，响应于经由所述共享通信总线接收编码消息：
所述多个装置中的每个向所述共享通信总线传输编码有效载荷，所述编码有效载荷包括指示与所述编码消息相关联的变量的多个编码符号；以及
所述多个装置中的至少一个装置监视所述共享通信总线以确定所述变量的最大值。
14.根据权利要求13所述的分布式网络系统，其中所述至少一个装置根据最高有效位优先级编码方案确定所述变量的所述最大值。
15.一种分布式网络系统，包括：
根据通信协议进行操作的共享通信总线；以及
耦合到所述共享通信总线的多个装置；
其中，根据所述通信协议，由所述多个装置传输到所述共享通信总线的编码消息各自包括数据结构，所述数据结构包括多个编码符号以使所述多个装置能够共享用于在所述共享通信总线上传输编码消息的带宽。
16.一种分布式网络系统，包括：
根据通信协议进行操作的共享通信总线；以及
耦合到所述共享通信总线的多个装置；
其中所述装置中的每个被配置为通过引起所述共享通信总线的电压的电转换将所述共享通信总线从空闲状态唤醒。
17.一种分布式网络系统，包括：
根据通信协议进行操作的共享通信总线；以及
耦合到所述共享通信总线的多个装置；
其中所述装置中的每个被配置为通过在所述共享通信总线上传输编码同步符号将所述共享通信总线从空闲状态唤醒，使得所述共享通信总线上的其他装置基于与所述编码同步符号相关联的所述共享通信总线的电压的电转换的检测来将所述其他装置内部的相应同步时钟同步。
18.一种方法，包括：
根据用于共享通信总线的通信协议操作分布式网络系统的多个装置，所述多个装置各自耦合到所述共享通信总线，使得根据所述通信协议：
当所述多个装置中的一个或多个在所述共享通信总线上主动传输数据时，所述多个装置中的每个经由所述共享通信总线接收数据，使得经由所述共享通信总线在所述多个装置之间建立双向通信；
所述多个装置中的每个监视所述共享通信总线的总线状态以避免数据争用，并且经由所述共享通信总线使编码符号和包括编码符号的编码消息的接收同步；以及
所述多个装置中的每个主动传输装置将所述总线状态与此主动传输装置的希望状态进行比较，以确定所述多个装置中的主动传输装置之间相对于所述共享通信总线的优先级。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述共享通信总线包括单个电气节点。
20.根据权利要求18所述的方法，进一步包括操作所述多个装置，使得经由所述共享通信总线传输和接收数据独立于所述多个装置外部的任何同步信号。
21.根据权利要求18所述的方法，进一步包括操作所述多个装置，以便使所述多个装置中的每个相应装置的状态机与具有已知频率容限的所述相应装置的过采样同步时钟同步，以便监控所述总线状态并使由此装置将编码符号和编码消息到所述共享通信总线的传输同步。
22.根据权利要求21所述的方法，进一步包括操作所述多个装置，使得所述多个装置中的每个被配置为：
停用其过采样同步时钟以节省电能；以及
响应于所述共享通信总线上的电转换，唤醒其过采样同步时钟。
23.根据权利要求18所述的方法，进一步包括根据最高有效位优先级编码方案对在所述共享通信总线上传输的编码符号和编码消息进行编码。
24.根据权利要求18所述的方法，进一步包括基于所述共享通信总线的电压的电转换之间的持续时间对编码符号进行编码。
25.根据权利要求18所述的方法，进一步包括操作所述多个装置，使得响应于经由所述共享通信总线接收编码消息：
所述多个装置中的每个向所述共享通信总线传输编码有效载荷，所述编码有效载荷包括指示与所述编码消息相关联的变量的多个编码符号；以及
所述多个装置中的至少一个装置监视所述共享通信总线以确定所述变量的最大值。
26.根据权利要求25所述的方法，进一步包括操作所述多个装置，使得所述至少一个装置根据最高有效位优先级编码方案确定所述变量的所述最大值。
27.根据权利要求18所述的方法，其中编码消息包括数据结构，所述数据结构包括多个编码符号，以使所述多个装置能够共享用于在所述共享通信总线上传输编码消息的带宽。
28.根据权利要求18所述的方法，进一步包括操作所述多个装置，使得所述装置中的每个被配置为通过引起所述共享通信总线的电压的电转换将所述共享通信总线从空闲状态唤醒。
29.根据权利要求18所述的方法，进一步包括操作所述多个装置，使得所述装置中的每个被配置为通过在所述共享通信总线上传输编码同步符号将所述共享通信总线从空闲状态唤醒，使得所述共享通信总线上的其他装置基于与所述编码同步符号相关联的所述共享通信总线的电压的电转换的检测来将所述其他装置内部的相应同步时钟同步。
30.一种方法，包括：
根据用于共享通信总线的通信协议操作分布式网络系统的多个装置，所述多个装置各自耦合到所述共享通信总线，使得根据所述通信协议，响应于经由所述共享通信总线接收编码消息：
所述多个装置中的每个向所述共享通信总线传输编码有效载荷，所述编码有效载荷包括指示与所述编码消息相关联的变量的多个编码符号；以及
所述多个装置中的至少一个装置监视所述共享通信总线以确定所述变量的最大值。
31.根据权利要求30所述的方法，进一步包括操作所述多个装置，使得所述至少一个装置根据最高有效位优先级编码方案确定所述变量的所述最大值。
32.一种方法，包括：
根据用于共享通信总线的通信协议操作分布式网络系统的多个装置，所述多个装置各自耦合到所述共享通信总线，使得根据所述通信协议，由所述多个装置传输到所述共享通信总线的编码消息各自包括数据结构，所述数据结构包括多个编码符号以使所述多个装置能够共享用于在所述共享通信总线上传输编码消息的带宽。
33.一种方法，包括：
根据用于共享通信总线的通信协议操作分布式网络系统的多个装置，所述多个装置各自耦合到所述共享通信总线，使得根据所述通信协议，所述装置中的每个被配置为通过引起所述共享通信总线的电压的电转换将所述共享通信总线从空闲状态唤醒。
34.一种方法，包括：
根据用于共享通信总线的通信协议操作分布式网络系统的多个装置，所述多个装置各自耦合到所述共享通信总线，使得根据所述通信协议，所述装置中的每个被配置为通过在所述共享通信总线上传输编码同步符号将所述共享通信总线从空闲状态唤醒，使得所述共享通信总线上的其他装置基于与所述编码同步符号相关联的所述共享通信总线的电压的电转换的检测来将所述其他装置内部的相应同步时钟同步。
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