CN110166338A - 一种串行通信接口的级联方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种串行通信接口的级联方法，具体为：针对主机对链式设备的控制或链式设备与主机之间的响应，或链式设备之间的控制与响应问题，物理连接上构建了一种级联的连接方式；并为其物理连接构建了上层的传输协议。物理连接依托RS232串行通信接口，传输协议中设计了传输帧头、目标设备地址、源设备地址、当前设备主分类号、当前设备从分类号、传输数据、传输尾部7个部分。该级联方法适用于多个串口设备之间的连接，并能通过简单的协议传输方式，完成线路上任意两个设备之间的通信，具有连接线路资源占用少、效率高、协议实现简单的特点，在当前串行协议普遍应用的背景下，具有广泛的应用前景。

Description

一种串行通信接口的级联方法

技术领域

本发明属于自动控制技术领域，具体为一种基于RS232串行通信接口的级联方法。

背景技术

RS-232是美国电子工业协会EIA(Electronic Industry Association)制定的一种串行物理接口标准，基于发送、接收、地端的3线制接口由于连接方式简单，广泛应用于自动控制领域中设备之间的连接。然而，RS-232在实际使用中一般用于点对点传输，在多个设备同时控制和响应的需求下，需要使用RS-485标准；根据RS-485标准，任意两个设备间的通信是由MASTER设备进行中转的，即任意两设备不能直接进行通信，且链路上只允许存在一个MASTER设备，其余均为SLAVE设备，因此，在多点都存在通信需求的情况下，RS-485链路通信流程显得繁琐；并且RS-485标准并未明确通信的具体传输协议。本发明所涉及的传输协议，不仅引入了设备地址的概念，而且设置了设备下不同可操作的子设备分类号，方便命令发起设备对其他设备的寻址和直接业务操作，提高了执行效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种串行通信接口的级联方法，该级联方法具有连接线路资源占用少、效率高、协议实现简单的特点，在当前串行协议普遍应用的背景下，具有广泛的应用前景。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种串行通信接口的级联方法，其特征在于，该方法包括：(a)、由携带RS232串口的设备组成的链式结构；(b)、基于该链式结构的设备，通信过程中所要遵循的传输协议；其中：

所述链式结构：由数个设备通过RS-232接口，首尾相接构成；每个设备包含2个RS-232串口，靠近链首的定义为上级串口，靠近链尾的定义为下级串口；每个链式设备预先分配一个设备地址，且不能重复，链路上的所有设备依次连接成链，设备地址的分配需按照从链首到链尾地址依次增大的顺序，可不连续；该结构上的任意两设备之间能够进行通信；

所述基于该链式结构的设备，通信过程中所要遵循的传输协议：设备在进行数据传输时，遵循统一的传输协议，协议帧结构包括传输帧头、目标设备地址、源设备地址、当前设备主分类号、当前设备从分类号、传输数据及传输尾部，具体为：

A.传输帧头定义为N bit二进制数，N至少32，任意链路设备发送或返回数据时需携带传输帧头；且每个设备根据指定帧头内容判断帧的起始位置，及是否为有效帧数据。

B.目标设备地址为本次指令或数据传输中，目的设备的地址，由位宽至少8bit的二进制数表示，若设备1发送指令给设备3，则当前指令中的目标设备地址则为03。

C.源设备地址为本次指令或数据传输中，发出指令的设备地址，由位宽至少8bit的二进制数表示，若设备1发送指令给设备3，则当前指令中的源设备地址则为01。

D.设备主分类号为依据每个设备下挂接的具体操作实体类型不同，进行区分的类型号，由位宽至少8bit的二进制数表示；例如3号设备下可挂接数模转换器、模数转换器、显示设备和其他外设，则可按实体类型不同分别定义为00/01/02/03。

E.设备从分类号为设备主分类号相同的情况下，具体操作实体的序号，由位宽至少8bit的二进制数表示；例如3号设备下的数模转换器共有8个，则可以定义主分类号为00的数模转换器的8个从分类序号分别为00-07。

F.传输数据为指令的具体写入内容或数据的具体返回内容，具体长度不限制，一般不超过512bit，超过部分可按512bit为单位，按多次进行发送。例如当前可以写控制数据到某个链路设备的某个外设，具体控制数据的数值则在传输数据中体现。

G.传输帧尾为传输帧结束的标志，由位宽不少于16bit的二进制数构成，用于标识当前传输帧的结束以及确定传输帧有效，每次传输都以传输帧尾结束，用于提示接收端有效数据边界。

本发明在一次传输中源设备为指令的发起者，目的设备为指令的执行者；源设备发送指令至目的设备后，若当前为无返回结果的传输指令，则目的设备执行即可；若当前为有返回结果的传输指令，目的设备执行后按照链路传输格式返回执行后的数据到源设备。

所述链式结构上的每个设备，既能充当源设备，也能充当目的设备，在一次传输中，只有一个源设备和一个目的设备。

本发明的有益效果

本发明适用于多个串口设备之间的连接，并能通过简单的协议传输方式，完成线路上任意两个设备之间的通信，协议中引入了设备地址的概念，从而使任意接收到传输指令的设备了解指令的来源和去向，实现了通过上级串口和下级串口进行自动寻址的操作；另外，协议中还引入了设备主、从分类号，方便指令发出端对目标设备进行具体的操作，根据主、从分类号的不同，可以实现设备下具体功能的精细区分；为在本发明的基础上，构建完善的指令体系提供了可能；本发明阐述的链式结构及其相关协议具有连接线路资源占用少、效率高、协议实现简单的特点，在当前串行协议普遍应用的背景下，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明链式结构示意图；

图2为本发明级联设备的传输帧格式示意图；

图3为本发明级联设备发送指令示意图；

图4为本发明级联设备返回数据示意图；

图5为本发明任意结点设备发送指令示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步描述。

本发明针对主机对链式设备的控制或链式设备与主机之间的响应，或链式设备之间的控制与响应问题，物理连接上构建了一种级联的连接方式；并为其物理连接构建了上层的传输协议。物理连接依托RS232串行通信接口，传输协议中设计了传输帧头、目标设备地址、源设备地址、当前设备主分类号、当前设备从分类号、传输数据、传输尾部，共计7个部分。该级联方法适用于多个串口设备之间的连接，并能通过简单的协议传输方式，完成线路上任意两个设备之间的通信。

本发明所涉及的链式结构，由多个设备通过RS-232接口，首尾相接构成，如图1所示。每个设备包含2个RS-232串口，靠近链首的定义为上级串口，靠近链尾的定义为下级串口；每个链式设备需预先分配一个设备地址，且不能重复，链路上的所有设备依次连接成链，设备地址的分配需按照从链首到链尾地址依次增大的顺序，可不连续。

链路设备在进行数据传输时，需遵循统一的传输协议，协议帧结构如图2所示，包括传输帧头、目标设备地址、源设备地址、当前设备主分类号、当前设备从分类号、传输数据、传输尾部。

实施例1

设链路上有设备编号为1、2...8的8个设备，设备8下面下挂的执行设备类包括数模转换、模数转换、显示、其他外设，对应主分类号分别为00/01/02/03；设备主分类号为01的模数转换设备下包括设备从分类号为0-3的4个具体设备，如图3所示。当设备1发出指令，要求设备8的从分类号为01的模数转换设备执行某项操作时，链路上的各个设备传输数据及解析方式如下：

ⅰ)设备1的发送帧结构为：

帧头

目的设备地址

源设备地址

主分类号

从分类号

数据

帧尾

A5A5 7575

08

01

01

01

XXXX

AAFF

ⅱ)设备2的上级串口收到设备1发送的数据帧后，首先缓存该数据帧，并确定数据帧头是否正确，若由于线路噪声导致帧头传输不正确，则对该数据帧进行丢弃。在数据帧头正确的情况下，解析目的地址，并与当前设备地址进行比较，当前设备地址为02，不等于该数据帧目的地址08，则设备2将缓存的整帧数据向下级串口进行转发。

ⅲ)设备3的上级串口接收到设备2发来的数据帧后，处理方式同设备2，解析数据帧的目的地址为08，和当前设备号03不相等，继续向下级串口转发。设备4-7的处理方式均同设备2。

iv)当设备8接收到数据帧时，解析目的地址为当前设备地址，则调用当前主分类号为1、从分类号为1的数模转换设备，根据数据帧中的传输数据进行执行，若该指令无需数据返回，则传输结束。

实施例2

在实施例1中，若设备1发出的指令需要设备8执行后，进行相应的数据返回，则设备8需要将结果数据返回至设备1，并根据设备1发送的数据帧重新封装成帧进行传输，如图4所示：

ⅰ)将设备1发送数据帧中的源地址，设定为新数据帧的目的地地址；

ⅱ)将当前设备号8作为新数据帧的源地址；

ⅲ)主分类号、从分类号分别设置为当前设备8执行指令的对应主、从分类号；

iv)待返回的数据填入传输数据相应字段；

ⅴ)加入统一的帧头、帧尾结构，则设备8发送的数据帧结构为：

帧头

目的设备地址

源设备地址

主分类号

从分类号

数据

帧尾

A5A5 7575

01

08

01

01

XXXX

AAFF

ⅵ)设备7至设备2依次收到设备8发送的数据帧，比较当数据帧目的设备号01和当前设备号不相等，则依次通过上级串口进行转发，直至发送至设备1。

ⅶ)设备1通过对比目的设备号01和当前设备号相符，获取当前数据帧的数据，不再进一步转发；并根据源设备地址，确定是由设备8返回的执行数据。至此，实施例1和实施例2一起构成了一次发送指令和返回数据的完整流程，即设备8发送指令给设备1执行，设备1执行后，返回数据给设备8，一个完整的设备1和设备8之间的指令数据传输并返还结果的流程完成。

实施例3

设链路上有设备编号为1、2...8的8个设备，设备1和设备8下面下挂的执行设备类包括数模转换、模数转换、显示、其他外设，对应主分类号分别为00/01/02/03；设备8的主分类号为01的模数转换设备下包括从分类号为0-3的4个具体设备，设备1的主分类号为02的显示设备下包括从分类号为0-3的4个具体设备，如图5所示。当设备4发出指令，要求设备8的主分类号为01、从分类号为01的数模转换设备执行某项操作，同时要求设备1的主分类号为02、从分类号为02的显示设备执行某项操作时，设备4需要分别发送至设备8和设备1两条指令，链路上的各个设备传输数据及解析方式如下：

ⅰ)设备4发送至设备8的数据帧结构为：

帧头

目的设备地址

源设备地址

主分类号

从分类号

数据

帧尾

A5A5 7575

08

04

01

01

XXXX

AAFF

ⅱ)设备4发送至设备1的数据帧结构为：

帧头

目的设备地址

源设备地址

主分类号

从号

数据

帧尾

A5A5 7575

01

04

02

02

XXXX

AAFF

ⅲ)发送至设备8时，设备4检测数据帧目的地址为08，大于当前设备地址04，则数据帧由下级串口发出；设备5接收到当前数据帧后，检测目的地址为08，仍然大于当前设备地址05，继续由下级串口发出，直至传输至设备8，对该指令进行执行。

ⅵ)发送至设备1时，设备4检测数据帧目的地址为01，小于当前设备地址04，则数据帧由上级串口发出；由于后级设备的设备号依次减小，后级设备收到当前数据帧后，若不等于当前设备号，则继续向上级传输，直至传输至设备1，对该指令进行执行。

本实施例的特点体现为发送指令的设备可以在链式结构的任意位置，无需首链首或链尾的限制。

Claims (3)

1.一种串行通信接口的级联方法，其特征在于，该方法包括：A）、由携带RS232串口的设备组成的链式结构；B）、基于该链式结构的设备，通信过程中所要遵循的传输协议；其中：

所述链式结构：由数个设备通过RS-232接口，首尾相接构成；每个设备分配一个独立的设备号，且设备号按照从链首至链尾的顺序由小到大进行排列，每个设备包含2个RS-232串口，靠近链首的定义为上级串口，靠近链尾的定义为下级串口；每个链式设备预先分配一个设备地址，且不能重复，链路上的所有设备依次连接成链，设备地址的分配按照从链首到链尾地址依次增大的顺序，能够不连续；该结构上的任意两设备之间能够进行通信；

所述基于该链式结构的设备，通信过程中所要遵循的传输协议：设备在进行数据传输时，遵循统一的传输协议，协议帧结构包括传输帧头、目标设备地址、源设备地址、当前设备主分类号、当前设备从分类号、传输数据及传输尾部，具体为：

a）传输帧头为N bit二进制数，N至少32，任意链路设备发送或返回数据时需携带传输帧头；且每个设备根据指定帧头内容判断帧的起始位置，及是否为有效帧数据；

b）目标设备地址为本次指令或数据传输中，目的设备的地址，由位宽至少8bit的二进制数表示；

c）源设备地址为本次指令或数据传输中，发出指令的设备地址，由位宽至少8bit的二进制数表示；

d）当前设备主分类号为依据每个设备下挂接的具体操作实体类型不同，进行区分的类型号，由位宽至少8bit的二进制数表示；

e）设备从分类号为设备主分类号相同的情况下，具体操作实体的序号，由位宽至少8bit的二进制数表示；

f）传输数据为指令的具体写入内容或数据的具体返回内容，具体长度不限制，不超过512bit，超过部分可按512bit为单位，按多次进行发送；

g）传输帧尾为传输帧结束的标志，由位宽至少16bit二进制数构成，用于标识当前传输帧的结束以及确定传输帧有效，每次传输都以传输帧尾结束，用于提示接收端有效数据边界。

2.根据权利要求1所述的串行通信接口的级联方法，其特征在于，在一次传输中源设备为指令的发起者，目的设备为指令的执行者；源设备发送指令至目的设备后，若当前为无返回结果的传输指令，则目的设备执行即可；若当前为有返回结果的传输指令，目的设备执行后按照链路传输格式返回执行后的数据到源设备。

3.根据权利要求1所述的串行通信接口的级联方法，其特征在于，所述链式结构上的每个设备，既能充当源设备，也能充当目的设备，在一次传输中，只有一个源设备和一个目的设备。