CN110048825A - 一种总线复用的方法及其通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及总线复用的技术领域，具体涉及一种总线复用的方法及其通信方法。该方法包括将上行总线的一个通信周期分为多个时隙，并将其划分为上行实时数据区和上行弹性数据区，上行实时数据区包括至少一个用于发送实时输入数据的时隙和至少一个用于发送人机交互请求数据或通信请求数据的时隙，上行弹性数据区包括至少一个用于发送人机交互数据或通信数据的时隙。相应的，下行总线的下行实时数据区包括一个用于发送时隙分配命令的时隙和至少一个用于发送实时输出数据的时隙，其下行弹性数据区包括至少一个用于发送人机交互数据或通信数据的时隙，通过分时复用总线，在保证通信速率不变的情况下，兼顾实时性的要求，减少了复杂的布线。

Description

一种总线复用的方法及其通信方法
技术领域
本发明涉及总线复用的技术领域，具体涉及一种总线复用的方法及其通信方法。
背景技术
目前，常规的微机保护装置将模拟量采集、开入量采集、开关量输出、保护逻辑判断和人机交互等功能做成不同的模块，插接在背板或母板连接器上并通过连接器的端子进行信息的交换。由于上述信号种类不同、实时性要求也不同，故对模块间的通信提出很高的要求。同时，微机保护装置所工作的电气环境较为复杂，故对其电磁兼容性和可靠性要求非常高。现有技术中，通常有三种方法应对：1) 直接与主控模块通信；2)使用RS233、RS485或CAN等总线方式通信；3)采用以太网等点对点的高速通信方式。
发明人在实践中，发现上述现有技术存在以下缺陷：
首先，由于模拟量采集、开入量采集和开关量输出的信号数量特别多，与主控模块直接通信往往会增加信号间相互干扰的可能性，同时需要较多的端子数量，背板走线复杂；其次，采用RS233、RS485或CAN等总线方式，由于总线的通信速率较低，数据达到一定数量后很难满足实时性的要求；最后，采用以太网等点对点的高速通信方式，只适合主控模块与通信模块或人机交互模块等个别模块之间的通信，不适合实现多模块之间的通信。
发明内容
为了解决上述及技术问题，本发明的目的在于提供一种总线复用的方法及其通信方法。
第一方面，一种总线复用的方法，所述方法应用于上行总线和下行总线，所述方法包括：
将所述上行总线的一个通信周期分为多个时隙，并将所述多个时隙划分为上行实时数据区和上行弹性数据区，所述上行实时数据区包括至少一个用于发送实时输入数据的时隙和至少一个用于发送人机交互请求数据或者通信请求数据的时隙，所述上行弹性数据区包括至少一个用于发送人机交互数据或者通信数据的时隙；
相应的将所述下行总线的一个通信周期分为多个时隙，并将所述多个时隙划分为下行实时数据区和下行弹性数据区，所述下行实时数据区包括一个用于发送时隙分配命令的时隙和至少一个用于发送实时输出数据的时隙，所述下行弹性数据区包括至少一个用于发送人机交互数据或者通信数据的时隙。
进一步，所述下行实时数据区包括一个用于发送同步帧的时隙。
进一步，所述实时输入数据是开关输入数据、模拟量采样数据、开关输出状态数据、通信请求数据和/或人机交互请求数据。
进一步，该方法包括一个主节点和至少两个从节点，所述主节点的发送端与从节点的接收端通过作为所述下行总线的差分总线相连，所述主节点的接收端与所述从节点的发送端通过作为所述上行总线的差分总线相连。
一种通信方法，该通信方法包括以下步骤：
在一个通信周期内，多个从节点通过分时复用上行总线的上行实时数据区的时隙，向主节点发送实时输入数据；通过分时复用上行总线的上行弹性数据区的时隙，向主节点发送人机交互请求数据和/或通信请求数据；
所述主节点通过分时复用下行总线的下行实时数据区的时隙，向多个所述从节点发送实时输出数据；通过分时复用下行总线的下行弹性数据区的时隙，向从节点发送人机交互数据和/或通信数据。
进一步，该方法还包括以下步骤：所述主节点通过所述下行实时数据区的用于发送同步帧的时隙向多个所述从节点发送同步帧命令，进行时钟同步。
进一步，所述通过分时复用上行总线的上行弹性数据区的时隙，向主节点发送人机交互请求数据和/或通信请求数据之后，还包括以下步骤：所述主节点通过实时数据区中的用于下发总线命令的时隙向所述从节点下发时隙分配命令；多个所述从节点通过所分配的位于所述上行弹性数据区的时隙向所述主节点发送人机交互数据和/或通信数据。
进一步，所述通过分时复用上行总线的上行弹性数据区的时隙，向主节点发送人机交互请求数据和/或通信请求数据之后，还包括以下步骤：在所述从节点发送的所述人机交互请求数据和/或通信请求数据为空时，所述下行实时数据区中的用于下发总线命令的时隙所下发的总线命令为空。
本发明具有如下有益效果：
本发明实施例所公开的总线复用方法包括将上行总线的一个通信周期分为多个时隙，并将其划分为上行实时数据区和上行弹性数据区，上行实时数据区包括至少一个用于发送实时输入数据的时隙和至少一个用于发送人机交互请求数据或通信请求数据的时隙，上行弹性数据区包括至少一个用于发送人机交互数据或通信数据的时隙。相应的，下行总线的下行实时数据区包括一个用于发送时隙分配命令的时隙和至少一个用于发送实时输出数据的时隙，其下行弹性数据区包括至少一个用于发送人机交互数据或通信数据的时隙，通过分时复用总线，在保证通信速率不变的情况下，并兼顾实时性的要求，减少了复杂的布线。
附图说明
图1为本发明实施例所涉及的实施环境图；
图2为本发明实施例所涉及的通信模块的连接示意图；
图3为本发明一个实施例所提供的关于上行总线的时隙分配示意图；
图4为与图3中相应的关于下行总线的时隙分配示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种总线复用的方法及其通信方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
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。本文所使用的属于“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
下面结合具体的实施例来详细说明本发明所提供的一种总线复用的方法及其通信方法的具体内容。
请参阅图1，其示出了本发明实施例所涉及的实施环境图，该实施环境应用于装置的内部，通过总线的连接方式实现装置内主控模块与多个模块之间的高速、实时通信，该装置可以是PLC、FPGA或者DSP内部。以主控模块为主节点100，其他模块为从节点200。如图1所示，该实施环境包括主节点100、第一从节点、第二从节点、第三从节点……第N丛节点。
可以理解，该主节点可以是该装置的中央处理器。从节点可以是开关量输入采集模块、模拟量采集模块、开关量输出模块、通信模块或者人机交互模块等。
请参阅图2，其示出了本发明实施例所涉及的通信模块的连接示意图。本发明基于M-LVDS(Multipoint Low Voltage Differential Signaling，多节点低电压差分信号)技术的异步、全双工的通信方法，使用一组M-LVDS总线同时实现装置内多个模块与主控模块之间的高速、实时通信，通信速率可达200Mbps。具体的连接结构如图1所示，主节点包括以主控模块作为主节点100，从节点包括多个开关量输入采集模块101、多个开关量输出模块102、模拟量采集模块103、多个通信模块104和一个人机交互模块105。将主节点100的第一发送端和第二发送端，通过作为下行总线的一对儿差分总线连接到所有从节点的第一接收端和第二接收端。将主节点100的第一接收端和第二接收端，通过作为上行总线的另一对儿差分总线连接到所有从节点的第一发送端和第二发送端。利用该差分总线的连接方式能够减少各个模块间信号线的数量，同时降低了背板上的复杂走线，不仅降低了成本，而且增加了抗干扰性。
由于模拟量采集数据、开入量采集信息和开出信息的数据吞吐量小、实时性要求高，而外部通信数据和人机交互数据的数据吞吐量大、实时性要求低。故将一个采样间隔作为一个通信周期，并将该一个通信周期分为N等份，作为与从节点通信的最小时间间隙。本发明实施例将最小时间间隙统称为时隙，下文不再特别声明。
本发明实施例所提供的一种总线复用的方法，由于采用全双工通信，主节点可以在下行总线的任何时隙发送数据，从节点之间需要分时复用上行总线。
具体的，该上行总线复用的方法包括：将上行总线的一个通信周期分为多个时隙，并将多个时隙划分为上行实时数据区和上行弹性数据区，上行实时数据区包括至少一个用于发送实时输入数据的时隙和至少一个用于发送人机交互请求数据或者通信请求数据的时隙，上行弹性数据区包括至少一个用于发送人机交互数据或者通信数据的时隙。
本实施例将实时性要求高的实时输入数据分配入实时数据区，对于实时性要求高的数据，无论数据是否有更新，均需要在每个通信周期向主节点发送相应的状态数据。将实时性要求不高的人机交互数据和/或通信数据分配入弹性数据区，对于实时性要求不高的数据，存在该数据就发送给主节点，若没有该数据，则不用向主节点发送。本发明实施例所提供的总线复用的方法，将实时性要求高的数据和实时性要求低的数据通过同一总线的不同时隙进行传输，不仅能够充分利用该总线，而且相比较传统的将实时性和非实时性的数据分为不同的总线进行传输的方式，能够省去大量的相关总线的布线。
相应于上行总线，该下行总线复用的方法包括，将下行总线的一个通信周期分为多个时隙，并将多个时隙划分为下行实时数据区和下行弹性数据区，下行实时数据区包括一个用于发送时隙分配命令的时隙和至少一个用于发送实时输出数据的时隙，下行弹性数据区包括至少一个用于发送人机交互数据或者通信数据的时隙。
请参阅图3，其示出了本发明一个实施例所提供的关于上行总线的时隙分配示意图。本实施例为了便于说明，以从节点包括3个开关量输入采集模块、3个开关量输出模块、两个模拟量采集模块、两个通信模块和一个人机交互模块，将上行总线的一个通信周期分为32等份时隙为例。将该通信周期的前16个时隙TS0~TS15作为上行实时数据区21，用于在每个通信周期内交换开关量输入采集模块采集的开关量输入数据、开关量输出模块输出的开关量的状态数据、模拟量采集模块采集的采样数据、通信模块的通信请求数据和人机交互模块的人机交互请求数据。该通信周期的后16个时隙TS16~TS31作为上行弹性数据区22，用于交换人机交互模块的交互数据和/或通信模块的通信数据。
具体的，在上行实时数据区21，时隙TS0对应于空操作，时隙TS1~TS3用于发送第一~第三开关量输入采集模块的相应的开关量输入数据，时隙TS4~TS5用于发送第一~第二模拟量采集模块采集的相应的采样数据，时隙TS6~TS8用于发送开关量输出模块输出的相应的开关量的状态数据，时隙TS9~TS10用于发送通信模块的相应的通信请求数据，时隙TS11用于发送人机交互模块的人机交互请求数据，时隙TS12~TS15作为备用时隙。在上行弹性数据区22，时隙TS16用于发送人机交互模块的交互数据和/或通信模块的通信数据，时隙TS17~TS31作为备用时隙。
相应的，请参阅图4，其示出了与图3中相应的关于下行总线的时隙分配示意图。相应的，将下行总线的一个通信周期也分为32等份时隙，相应的将该通信周期的前16个时隙TS0~TS15作为下行实时数据区11，时隙TS1~TS14用于向从节点下发实时命令，时隙TS0用于向从节点发送同步帧，时隙TS15用于向从节点下发时隙分配命令。将该通信周期的后16个时隙TS16~TS31作为下行弹性数据区12，用于交换人机交互模块的交互数据和/或通信模块的通信数据。
具体的，在下行实时数据区11，时隙TS1~TS3用于向第一~第三开关量输出模块发送开关量输出命令，时隙TS4~TS14作为备用时隙。在下行弹性数据区12，时隙TS16用于向人机交互模块或者通信模块发送相应的数据，时隙TS17~TS31作为备用时隙。
本发明实施例还公开了一种通信方法，该通信方法包括以下步骤：在一个通信周期内，多个从节点通过分时复用上行总线的上行实时数据区的时隙，向主节点发送实时输入数据；通过分时复用上行总线的上行弹性数据区的时隙，向主节点发送人机交互请求数据和/或通信请求数据；主节点通过分时复用下行总线的下行实时数据区的时隙，向多个从节点发送实时输出数据；通过分时复用下行总线的下行弹性数据区的时隙，向从节点发送人机交互数据和/或通信数据。
优选的，主节点通过下行实时数据区的用于发送同步帧的时隙向多个从节点发送同步帧命令，进行时钟同步。具体的，由主节点向多个从节点发送同步帧，作为所有节点通信周期开始的标志。该同步帧也可以作为不同模拟量采集模块启动采样的标志，模拟量采集模块收到同步帧后启动AD采样。
优选的，通过分时复用上行总线的上行弹性数据区的时隙，向主节点发送人机交互请求数据和/或通信请求数据之后，还包括以下步骤：主节点通过实时数据区中的用于下发总线命令的时隙向从节点下发时隙分配命令；多个从节点通过所分配的位于上行弹性数据区的时隙向主节点发送人机交互数据和/或通信数据。
优选的，通过分时复用上行总线的上行弹性数据区的时隙，向主节点发送人机交互请求数据和/或通信请求数据之后，还包括以下步骤：在从节点发送的人机交互请求数据和/或通信请求数据为空时，下行实时数据区中的用于下发总线命令的时隙所下发的总线命令为空。
结合具体的实施例，主节点向多个从节点发送同步帧；在主节点通过时隙TS0向从节点发送同步帧之后，主节点在时隙TS1~TS3向开关量输出模块下发开关量输出命令。从节点收到主节点发送的同步命令后，按照图3分时复用总线。在从节点收集到相应的通信请求数据和/或人机交互请求数据时，按照规则复用时隙TS9~TS11，并向主节点发送相应的请求数据，在主节点接收到请求数据后，在上行弹性数据区分配相应的时隙，并由时隙TS15向相应的从节点发送时隙分配命令，从节点从分配的相应时隙将相应的通信数据或人机交互数据发送给主节点。若主节点需要发送人机交互数据或通信数据，则在下行弹性数据区的时隙TS16~TS31发送给从节点。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例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同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种总线复用的方法，其特征在于，所述方法应用于上行总线和下行总线，所述方法包括：
将所述上行总线的一个通信周期分为多个时隙，并将所述多个时隙划分为上行实时数据区和上行弹性数据区，所述上行实时数据区包括至少一个用于发送实时输入数据的时隙和至少一个用于发送人机交互请求数据或者通信请求数据的时隙，所述上行弹性数据区包括至少一个用于发送人机交互数据或者通信数据的时隙；
相应的将所述下行总线的一个通信周期分为多个时隙，并将所述多个时隙划分为下行实时数据区和下行弹性数据区，所述下行实时数据区包括一个用于发送时隙分配命令的时隙和至少一个用于发送实时输出数据的时隙，所述下行弹性数据区包括至少一个用于发送人机交互数据或者通信数据的时隙。
2.根据权利要求1所述的一种总线复用的方法，其特征在于，所述下行实时数据区包括一个用于发送同步帧的时隙。
3.根据权利要求1所述的一种总线复用的方法，其特征在于，所述实时输入数据是开关输入数据、模拟量采样数据、开关输出状态数据、通信请求数据和/或人机交互请求数据。
4.根据权利要求1所述的一种总线复用的方法，其特征在于，该方法包括一个主节点和至少两个从节点，所述主节点的发送端与从节点的接收端通过作为所述下行总线的差分总线相连，所述主节点的接收端与所述从节点的发送端通过作为所述上行总线的差分总线相连。
5.一种通信方法，其特征在于，该通信方法包括以下步骤：
在一个通信周期内，多个从节点通过分时复用上行总线的上行实时数据区的时隙，向主节点发送实时输入数据；通过分时复用上行总线的上行弹性数据区的时隙，向主节点发送人机交互请求数据和/或通信请求数据；
所述主节点通过分时复用下行总线的下行实时数据区的时隙，向多个所述从节点发送实时输出数据；通过分时复用下行总线的下行弹性数据区的时隙，向从节点发送人机交互数据和/或通信数据。
6.根据权利要求5所述的一种通信方法，其特征在于，该方法还包括以下步骤：
所述主节点通过所述下行实时数据区的用于发送同步帧的时隙向多个所述从节点发送同步帧命令，进行时钟同步。
7.根据权利要求5所述的一种通信方法，其特征在于，所述通过分时复用上行总线的上行弹性数据区的时隙，向主节点发送人机交互请求数据和/或通信请求数据之后，还包括以下步骤：
所述主节点通过实时数据区中的用于下发总线命令的时隙向所述从节点下发时隙分配命令；
多个所述从节点通过所分配的位于所述上行弹性数据区的时隙向所述主节点发送人机交互数据和/或通信数据。
8.根据权利要求5所述的一种通信方法，其特征在于，所述通过分时复用上行总线的上行弹性数据区的时隙，向主节点发送人机交互请求数据和/或通信请求数据之后，还包括以下步骤：
在所述从节点发送的所述人机交互请求数据和/或通信请求数据为空时，所述下行实时数据区中的用于下发总线命令的时隙所下发的总线命令为空。
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