CN110134631B - 一种自恢复spi总线通讯接口及其自恢复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于数字电路技术领域，提出了一种自恢复SPI总线通讯接口及其自恢复方法。所述方法应用于主设备时包括：基于自测试自恢复机制检测输入通道、输出通道是否故障，且在检测到故障时，启用备用通道替换故障通道；配置故障编码；通过故障编码将检测的结果和备用通道的使用情况反映给上位机。

Description

一种自恢复SPI总线通讯接口及其自恢复方法
技术领域
本发明提供一种自恢复SPI总线通讯接口，属于数字电路技术领域，涉及自测试机制、自恢复机制以及故障编码的设计，特别适用于具有高可靠性、高测试性要求的多可编程逻辑器件间通讯的情况。
背景技术
SPI串行总线是一种常用的标准总线接口，具有结构简单、占用资源少、灵活性高等特点，被广泛工业领域。典型SPI总线接口由时钟信号SCK、片选信号CSN、输入通道SDI和输出通道SDO组成，如果任意一个信号发生故障，都会导致数据无法正确解析，从而导致通讯失败。所以，在航空航天等具有高可靠要求的机载电子领域中，对SPI总线的串行数据通道进行自检测，根据故障信息自主恢复，并实时地向CPU行为层和上位机反馈故障信息和总线状态具有重要的应用价值。
发明内容
发明目的：
提供了一种适用于具有高可靠性要求的多CPLD、FPGA等可编程逻辑器件间通讯场景的自恢复SPI总线通讯接口及其自恢复方法。
技术方案：
第一方面，提供了一种自恢复SPI总线通讯接口，其特征在于,所述自恢复SPI总线通讯接口包括主通道和一条方向可配置的备用通道，当主通道故障时，备用通道可以被配置为与主通道方向相同的通道。
第二方面，提供了一种基于自恢复SPI总线通讯接口的自恢复方法，应用于主设备，其特征在于，所述方法包括：
基于自测试自恢复机制检测输入通道、输出通道是否故障，且在检测到故障时，启用备用通道替换故障通道；
配置故障编码；
通过故障编码将检测的结果和备用通道的使用情况反映给上位机。
可选地，所述方法还包括：
基于SPI总线协议构造SPI帧数据格式；
基于SPI帧数据格式构造自测试自恢复机制。
可选地，启用备用通道替换故障通道是当输出通道故障时，将备用通道配置成输出通道，当输入通道故障时，将备用通道配置成输入通道。
可选地，构造SPI帧数据格式包括将SPI帧数据设计成包括Q位的总线命令、M位的地址位、N位的数据位以及1位的校验位。
可选地，构造自测试自恢复机制包括：
从设备的自测试寄存器存储有输出通道正常码和输出通道故障码；
主设备从从设备的自测试寄存器读取握手码，并对测试次数进行计数；
主设备对读取的握手码的类型和所述计数的值进行判断；
若握手码是输出通道正常码，且所述计数的值为1，则输入通道和输出通道正常；
若握手码是输出通道故障码，且所述计数的值为1，则将备用通道切换为输出通道；
若握手码既不是输出通道正常码也不是输出通道故障码，且所述计数的值为1，则将备用通道切换为输入通道；
若握手码是输出通道正常码，且所述计数的值为2，则备用通道正常；
若握手码是输出通道故障码，且所述计数的值为2，则备用通道故障；
若握手码既不是输出通道正常码也不是输出通道故障码，且所述计数的值为2，则输入通道故障且备用通道故障。
可选地，故障编码包括输入通道故障信息、输出通道故障信息和备用通道的故障信息以及总线恢复情况。
可选地，将备用通道切换为输出通道是在从设备接收测试命令或地址非法时，将备用通道切换到输出通道，同时向主设备返回输出通道错误码，主设备接收到输出通道错误码后，将备用通道切换到输出通道。
可选地，将备用通道切换为输入通道是主设备将备用通道切换到输入通道，并向从设备发送切备用通道命令，从设备接收到切备用通道命令后，将备用通道切换为其输入通道。
有益效果：
本发明在SPI接口的基础上增加了方向可配置的备用通道，基于SPI协议构建了帧数据格式，设计接口自测试自恢复机制和故障编码，通过总线自测试操作，可有效检测到输入通道和输出通道故障情况，自主启用备用通道替换故障通道，并实时地通过故障编码向CPU行为层和上位机反馈故障信息和总线状态。本发明在仅增加一个备用通道的代价下，显著的提高了SPI总线接口的可靠性和测试性，可广泛应用于工业领域。
附图说明
图1是一种自恢复SPI总线通讯接口的自测试自恢复机制流程图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。
图1是本发明提供的一种自恢复SPI总线通讯接口及其自恢复方法的流程图。本发明在SPI总线的基础上增加了一个方向可配置的备用通道，并基于SPI协议设计了SPI帧数据格式，假设总线命令位宽Q为3，且包含总线自测试、读数据，写数据和切备用通道等四类操作，其总线命令分别为3'b000，3'b011,3'b110,3'b101,地址位宽M为12，数据位宽N为16，校验类型为奇校验。当主设备依据校验位检测到数据错误时，启动自测试操作，置总线命令为3'b000，读取从设备地址为12'hFFF的自测试寄存器，获得握手码Codehandshake。当从设备接收到的测试命令和地址均正确时，向主设备返回握手码Codehandshake等于输出通道正常码Codecorrent，否则，向主设备返回握手码Codehandshake等于输出通道错误码Codeerror。使用计数器Count对测试次数计数，每启动一次自测试Count加1。假设输出通道正常码Codecorrent等于16'h55AA，输出通道错误码Codeerror等于16'hAA55,主设备依据校验位对接收数据的正确性进行判断，并执行自测试自恢复流程，具体步骤如下：
步骤一：依据校验位判断数据的正确性，若正确，则结束流程，否则进行第二步；
步骤二：初始化SPI自测试，置自测试计数器Count为0；
步骤三：主设备启动自测试操作,置总线命令为3'b000，读取从设备的地址为12'hFFF的自测试寄存器，获得握手码Codehandshake，并测试计数器Count++；
步骤四：判断握手码Codehandshake的类型和Count的值。如果Codehandshake等于Codeerror并且Count等于1，启用备用通道替换输出通道，跳至步骤三；如果Codehandshake不等于Codecorrect且不等于Codeerror，并且Count等于1，启用备用通道替换输入通道，跳至步骤三；如果Codehandshake等于Codecorrect或者Count等于2时，则结束流程。
当自测试流程结束时，依据Count和Codehandshake的过程值，将自测试自恢复过程分为以下六种情况：
1.当Count等于1时，Codehandshake等于Codecorrect，测试结束。表明从设备能正确的接收到总线命令和地址，且主设备能正确的接收数据，输出通道和输入通道工作正常，总线通讯功能正常，且未启用备用通道；
2.当Count等于1时，Codehandshake不等于Codecorrect且不等于Codeerror；当Count等于2时，Codehandshake不等于Codecorrect且不等于Codeerror，测试结束。Count等于1时，Codehandshake不等于Codecorrect且不等于Codeerror，表明主设备不能正确的接收数据，即输入通道故障，主设备启用备用通道替换输入通道，并发送总线命令3'b101，指示从设备启用备用通道替换输入通道，并启动第二次自测试；Count等于2时，Codehandshake不等于Codecorrect且不等于Codeerror，表明主设备依然不能正确的接收数据，即备用通道替换输入通道失败，备用通道故障，已启用备用通道，总线通讯功能恢复失败；
3.当Count等于1时，Codehandshake等于Codeerror；当Count＝2时，Codehandshake等于Codecorrent，测试结束。Count等于1时，Codehandshake等于Codeerror，表明从设备不能正确的接收总线命令或地址，但主设备能够正确的接收数据，即输出通道故障，而输入通道正常，此时从设备启用备用通道替换输出通道，并向主设备返回输出通道错误码Codeerror，当主设备接收到Codeerror时，也启用备用通道替换输出通道，并启动第二次自测试；Count等于2时，Codehandshake等于Codecorrent，表明从设备能正确的接收到总线命令和地址，且主设备能正确的接收数据，表明输入通道工作正常，且备用通道替换输出通道成功，备用通道正常，已启用备用通道，总线通讯功能恢复成功；
4.当Count等于1时，Codehandshake等于Codeerror；当Count＝2时，Codehandshake等于Codeerror，测试结束。Count等于1时，Codehandshake等于Codeerror，表明从设备不能正确的接收总线命令或地址，但主设备能够正确的接收数据，即输出通道故障，而输入通道工作正常，此时从设备启用备用通道替换输出通道，并向主设备返回输出通道错误码Codeerror，当主设备接收到Codeerror时，也启用备用通道替换输出通道，并启动第二次自测试；Count等于2时，Codehandshake等于Codeerror，表明从设备依然不能正确的接收总线命令或地址，即备用通道替换输出通道失败，备用通道故障，已启用备用通道，总线通讯功能恢复失败；
5.当Count等于1时，Codehandshake不等于Codecorrect且不等于Codeerror；当Count等于2时，Codehandshake等于Codeerror，测试结束。Count等于1时，Codehandshake不等于Codecorrect且不等于Codeerror，表明主设备不能正确的接收数据，即输入通道工作异常，主设备启用备用通道替换输入通道，并发送总线命令3'b101，指示从设备启用备用通道替换输入通道，并启动第二次自测试；Count等于2时，Codehandshake等于Codeerror，表明从设备不能正确的接收总线命令或地址，但主设备能够正确的接收数据，即备用通道替换输入通道成功，备用通道工作，但是输出通道故障，虽然已启用备用通道，但是总线通讯功能恢复失败；
6.当Count等于1时，Codehandshake不等于Codecorrect且不等于Codeerror；当Count等于2时，Codehandshake等于Codecorrect，测试结束。Count等于1时，Codehandshake不等于Codecorrect且不等于Codeerror，表明主设备不能正确的接收数据，即输入通道故障，主设备启用备用通道替换输入通道，并发送总线命令3'b101，指示从设备启用备用通道替换输入通道，并启动第二次自测试；Count等于2时，Codehandshake等于Codecorrect,表明从设备能正确的接收到总线命令和地址，且主设备能正确的接收数据，即备用通道替换输入通道成功，备用通道正常，输出通道正常，已启用备用通道，总线通讯功能恢复成功；
在总线自测试过程中，主设备对故障信息及恢复情况进行编码记录，用于指示SPI总线的状态，增强总线接口的测试性和维修性。本方法可有效检测输出通道、输入通道和备用通道的故障情况，可对输入通道和输出通道的单点故障进行恢复，并可将故障信息和恢复情况上报给上位机，为上位机的行为决策提供依据。

Claims (4)

1.一种基于自恢复SPI总线通讯接口的自恢复方法，应用于主设备，其特征在于，所述自恢复SPI总线通讯接口包括主通道和一条方向可配置的备用通道，当主通道故障时，备用通道可以被配置为与主通道方向相同的通道，所述方法包括：
基于SPI总线协议构造SPI帧数据格式，具体包括将SPI帧数据设计成包括Q位的总线命令、M位的地址位、N位的数据位以及1位的校验位；
基于SPI帧数据格式构造自测试自恢复机制，具体包括：从设备的自测试寄存器存储有输出通道正常码和输出通道故障码；主设备从从设备的自测试寄存器读取握手码，并对测试次数进行计数；主设备对读取的握手码的类型和所述计数的值进行判断；若握手码是输出通道正常码，且所述计数的值为1，则输入通道和输出通道正常；若握手码是输出通道故障码，且所述计数的值为1，则将备用通道切换为输出通道；若握手码既不是输出通道正常码也不是输出通道故障码，且所述计数的值为1，则将备用通道切换为输入通道；若握手码是输出通道正常码，且所述计数的值为2，则备用通道正常；若握手码是输出通道故障码，且所述计数的值为2，则备用通道故障；若握手码既不是输出通道正常码也不是输出通道故障码，且所述计数的值为2，则输入通道故障且备用通道故障；
基于自测试自恢复机制检测输入通道、输出通道是否故障，且在检测到故障时，启用备用通道替换故障通道，启用备用通道替换故障通道是当输出通道故障时，将备用通道配置成输出通道，当输入通道故障时，将备用通道配置成输入通道；
配置故障编码；
通过故障编码将检测的结果和备用通道的使用情况反映给上位机。
2.根据权利要求1所述的基于自恢复SPI总线通讯接口的自恢复方法，其特征在于，故障编码包括输入通道故障信息、输出通道故障信息和备用通道的故障信息以及总线恢复情况。
3.根据权利要求1所述的基于自恢复SPI总线通讯接口的自恢复方法，其特征在于，将备用通道切换为输出通道是在从设备接收测试命令或地址非法时，将备用通道切换到输出通道，同时向主设备返回输出通道错误码，主设备接收到输出通道错误码后，将备用通道切换到输出通道。
4.根据权利要求1所述的基于自恢复SPI总线通讯接口的自恢复方法，其特征在于，将备用通道切换为输入通道是主设备将备用通道切换到输入通道，并向从设备发送切备用通道命令，从设备接收到切备用通道命令后，将备用通道切换为其输入通道。
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