CN110297795B - 基于以太网phy芯片实现单路串行数据传输系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于以太网PHY芯片实现单路串行数据传输系统及其方法，其特征在于，本系统包括两台成对使用的主设备和从设备，所述主设备和从设备相同，所述主设备和从设备均包括串口电路模块、逻辑电路模块、接收控制模块、PHY芯片模块和数据传输模块，所述主设备的数据传输模块与从设备的数据传输模块进行连接。相比现有技术所述主设备和从设备的连接以及其模块的构成，可以提供一个不占用CPU、不需要MAC或FPGA的参与、避免了众多协议的使用、数据传输更快速、更高效的一种基于以太网PHY芯片实现单路串行数据传输的系统，且该系统能有效延长传输距离并减少线缆，能更好的降低成本。
Description
技术领域
本发明属于电子电路数据传输领域，特别涉及基于以太网PHY芯片单路串行数据传输领域。
背景技术
众所周知，PHY芯片是必须和MAC(大部分CPU都含有一个MAC)或者FPGA编码配套才能使用，而且他们采用的都是标准的接法，传输的是标准的以太网数据，标准接法中的TXEN和RXDV分别是发送使能和接收使能管脚，当TXEN为高电平时，TXD0～TXD3上的数据才有效，同理接收RXDV为高电平时，接收数据RXD0～RXD3才有效。
传统工业现场存在大量的终端设备，其接口形式大多是现场总线接口，例如：RS-485，RS-232，CAN等。这些设备的传输距离最长的为1.2kM，传输距离较短。现有的串口设备大多是采用了PHY+CPU或者FPGA+PHY作为串口服务器，而带CPU的是采用以太网协议，是将串口数据转成以太网数据给到PHY，这就相当于用于一个第三方协议，并通过第三方协议进行数据中转传输，因此效率相对不高，且所需要元器件多使得成本高。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种传输速度快、串口数据传输、解放CPU、透传模式的基于以太网PHY芯片单路串行数据传输系统及其方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下。
本发明提供一种基于以太网PHY芯片实现单路串行数据传输系统，本系统包括两台成对使用的主设备和从设备，所述主设备和从设备相同，所述主设备和从设备均包括串口电路模块、逻辑电路模块、接收控制模块、PHY芯片模块和数据传输模块，所述主设备的数据传输模块与从设备的数据传输模块进行连接，所述串口电路模块包括作为发送端的TXD信号端和作为接收端的RXD信号端，所述逻辑电路模块包括非门，所述PHY芯片模块包括PHY芯片，所述PHY芯片包括TXEN信号端、RXDV信号端、LINK信号端、TX信号端和RX信号端，所述作为发送端的TXD信号端和非门的一端连接，所述非门的另外一端和PHY芯片的TXEN信号端连接；所述作为接收端的RXD信号端和接收控制模块的一端连接，所述PHY芯片的RXDV信号端和接收控制模块的另外一端连接，同时PHY芯片的LINK信号端和接收控制模块的使能端EN连接；所述PHY芯片的TX信号端和RX信号端均与数据传输模块连接。所述主设备和从设备的连接以及其模块的构成，可以提供一个不占用CPU、避免了众多协议的使用、数据传输更快速、更高效的一种基于以太网PHY芯片实现单路串行数据传输的系统，且该系统能有效延长传输距离并减少线缆，能更好的降低成本。
进一步地，所述数据传输模块包括光模块和光纤，所述PHY芯片上设置有TX端和RX端，且PHY芯片上的TX端和RX端均与光模块连接，且主设备的光模块和从设备的光模块通过光纤连接。光模块的设计实现了光电信号的转换，将主设备的PHY芯片发送过来的电信号转换成光信号，通过光纤传送给从设备的光模块，从设备的光模块接收端将主设备传输过来的光信号转换成电信号，实现了两个设备之间的数据传输。光纤的使用使两个设备之间的传输距离更远。
进一步地，所述光模块包括网络变压器和双绞线。网络变压器的使用实现了信号的传输、阻抗匹配、波形修复、信号杂波抑制和高电压隔离等作用，避免了数据传输过程中发生数据的出错。
进一步地，所述接收控制模块的形态为带使能的模拟开关或者带使能的总线驱动器。接收控制模块的使用为数据有效性判断提供依据。
进一步地，所述PHY芯片接口形式为MII接口、RMII接口或者GMII接口。利用PHY芯片MII(Media Independent Interface)接口的工作原理：在TXC的时钟周期内，当TXEN有效(高电平)，则RXDV也有效(高电平)；当TXEN无效(低电平)，则RXDV无效(低电平)。串口电平特性，空闲状态和发“1”时为高电平，“0为”低电平，实现两个设备间的数据传输。
本发明提供一种基于以太网PHY芯片实现单路串行数据传输方法，所述方法的具体操作步骤如下：
步骤一：主设备和从设备连接，只有主设备和从设备通讯连接，两设备的LINK信号才有效，才能使接收控制模块的EN使能，主设备的作为发送端的TXD信号端发送高电平时进入步骤二，主设备的作为发送端的TXD信号端发送高电平时进入步骤五；
步骤二：主设备的作为发送端的TXD信号端发送高电平时，在经过非门后主设备的PHY芯片的TXEN信号端为低电平，主设备的PHY芯片的TX信号端将低电平发送给主设备的数据传输模块；
步骤三：主设备的数据传输模块将低电平信号传输给从设备的数据传输模块，则从设备的PHY芯片的RX信号端接收到低电平，则从设备PHY芯片的RXDV信号端也为低电平，信号经非门反向后为高电平，最后将RXDV的高电平通过接收控制模块的EN端发送至从设备的作为接收端的RXD信号端上；
步骤四：若LINK信号无效，则默认接收控制模块输出高电平，即RXD信号端也为高电平；
步骤五：低电平在经过非门后变为高电平传输到主设备的PHY芯片的TXEN信号端，主设备的PHY芯片的TX信号端将高电平发送给主设备的数据传输模块；
步骤六：主设备的数据传输模块将高电平传输给从设备的数据传输模块，则从设备的PHY芯片的RX信号端接收到高电平，则从设备PHY芯片的RXDV信号端也为高电平，信号经非门反向后变为低电平，最后将该低电平信号通过接收控制模块的EN端发送至从设备的作为接收端的RXD信号端上；
步骤七：若LINK信号无效，则默认接收控制模块输出高电平，即RXD信号端也为高电平。
众所周知，PHY芯片是必须和MAC(大部分CPU都含有一个MAC)或者FPGA编码配套才能使用，而且他们采用的都是标准的接法，传输的是标准的以太网数据，标准接法中的TXEN和RXDV分别是发送使能和接收使能管脚，当TXEN为高电平时，TXD0～TXD3上的数据才有效，同理接收RXDV为高电平时，接收数据RXD0～RXD3才有效。因此传输的是带协议的以太网数据，效率相对不高，所需元器件的价格也较高。
本方法的具体步骤的设计实现了两个设备之间数据的传输，减少了CPU的使用，避免了众多协议的使用，使数据传输更快速、更高效。本发明通过利用PHY芯片的TXEN信号端和RXDV信号端来传输数据代替标准应用中将TXEN信号端和RXDV信号端作为控制信号，TXD信号端和RXD信号端作为数据传输，有效的实现了数据传输的同时避免了CPU的使用，减少了对CPU的占用。
本发明的有益效果在于，相比于现有技术，所述主设备和从设备的连接以及其模块的构成，可以提供一个不占用CPU、不需要MAC或FPGA的参与、避免了众多协议的使用、数据传输更快速、更高效、只需要PHY就能单独完成数据传输的一种基于以太网PHY芯片实现单路串行数据传输的系统，只需单独PHY加一些外围电路就能实现用PHY来数据传输，且该系统能有效延长传输距离并减少线缆，能更好的降低成本。
附图说明
图1是本发明一种基于以太网PHY芯片实现单路串行数据传输系统的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下。
在本发明中，在设备使用过程中，本发明提供一种基于以太网PHY芯片实现单路串行数据传输系统，本系统包括两台成对使用的主设备和从设备，所述主设备和从设备相同，所述主设备和从设备均包括串口电路模块1、逻辑电路模块3、接收控制模块2、PHY芯片模块4和数据传输模块5，所述主设备的数据传输模块5与从设备的数据传输模块5进行连接，所述串口电路模块1包括作为发送端的TXD信号端和作为接收端的RXD信号端，所述逻辑电路模块3包括非门，所述PHY芯片模块4包括PHY芯片，所述PHY芯片包括TXEN信号端、RXDV信号端、LINK信号端、TX信号端和RX信号端，所述作为发送端的TXD信号端和非门的一端连接，所述非门的另外一端和PHY芯片的TXEN信号端连接；所述作为接收端的RXD信号端和接收控制模块2的一端连接，所述PHY芯片的RXDV信号端和接收控制模块2的另外一端连接，同时PHY芯片的LINK信号端和接收控制模块2的使能端EN连接；所述PHY芯片的TX信号端和RX信号端均与数据传输模块5连接。所述主设备和从设备的连接以及其模块的构成，可以提供一个不占用CPU、避免了众多协议的使用、数据传输更快速、更高效的一种基于以太网PHY芯片实现单路串行数据传输的系统，且该系统能有效延长传输距离并减少线缆，能更好的降低成本。
进一步地，所述数据传输模块5包括光模块和光纤，所述PHY芯片上设置有TX端和RX端，且PHY芯片上的TX端和RX端均与光模块连接，且主设备的光模块和从设备的光模块通过光纤连接。光模块的设计实现了光电信号的转换，将主设备的PHY芯片发送过来的电信号转换成光信号，通过光纤传送给从设备的光模块，从设备的光模块接收端将主设备传输过来的光信号转换成电信号，实现了两个设备之间的数据传输。光纤的使用使两个设备之间的传输距离更远。
进一步地，所述光模块包括网络变压器和双绞线。网络变压器的使用实现了信号的传输、阻抗匹配、波形修复、信号杂波抑制和高电压隔离等作用，避免了数据传输过程中发生数据的出错。
进一步地，所述接收控制模块2的形态为带使能的模拟开关或者带使能的总线驱动器。接收控制模块2的使用为数据有效性判断提供依据。
进一步地，所述PHY芯片接口形式为MII接口、RMII接口或者GMII接口。利用PHY芯片MII(Media Independent Interface)接口的工作原理：在TXC的时钟周期内，当TXEN有效(高电平)，则RXDV也有效(高电平)；当TXEN无效(低电平)，则RXDV无效(低电平)。串口电平特性，空闲状态和发“1”时为高电平，“0为”低电平，实现两个设备间的数据传输。
本发明提供一种基于以太网PHY芯片实现单路串行数据传输方法，所述方法的具体操作步骤如下：
步骤一：主设备和从设备连接，只有主设备和从设备通讯连接，两设备的LINK信号才有效，才能使接收控制模块2的EN使能，主设备的作为发送端的TXD信号端发送高电平时进入步骤二，主设备的作为发送端的TXD信号端发送高电平时进入步骤五；
步骤二：主设备的作为发送端的TXD信号端发送高电平时，在经过非门后主设备的PHY芯片的TXEN信号端为低电平，主设备的PHY芯片的TX信号端将低电平发送给主设备的数据传输模块5；
步骤三：主设备的数据传输模块5将低电平信号传输给从设备的数据传输模块5，则从设备的PHY芯片的RX信号端接收到低电平，则从设备PHY芯片的RXDV信号端也为低电平，信号经非门反向后为高电平，最后将RXDV的高电平通过接收控制模块2的EN端发送至从设备的作为接收端的RXD信号端上；
步骤四：若LINK信号无效，则默认接收控制模块2输出高电平，即RXD信号端也为高电平；
步骤五：低电平在经过非门后变为高电平传输到主设备的PHY芯片的TXEN信号端，主设备的PHY芯片的TX信号端将高电平发送给主设备的数据传输模块5；
步骤六：主设备的数据传输模块5将高电平传输给从设备的数据传输模块5，则从设备的PHY芯片的RX信号端接收到高电平，则从设备PHY芯片的RXDV信号端也为高电平，信号经非门反向后变为低电平，最后将该低电平信号通过接收控制模块2的EN端发送至从设备的作为接收端的RXD信号端上；
步骤七：若LINK信号无效，则默认接收控制模块2输出高电平，即RXD信号端也为高电平。
众所周知，PHY芯片是必须和MAC(大部分CPU都含有一个MAC)或者FPGA编码配套才能使用，而且他们采用的都是标准的接法，传输的是标准的以太网数据，标准接法中的TXEN和RXDV分别是发送使能和接收使能管脚，当TXEN为高电平时，TXD0～TXD3上的数据才有效，同理接收RXDV为高电平时，接收数据RXD0～RXD3才有效。因此传输的是带协议的以太网数据，效率相对不高，所需元器件的价格也较高。
本方法的具体步骤的设计实现了两个设备之间数据的传输，减少了CPU的使用，避免了众多协议的使用，使数据传输更快速、更高效。本发明通过利用PHY芯片的TXEN信号端和RXDV信号端来传输数据代替标准应用中将TXEN信号端和RXDV信号端作为控制信号，TXD信号端和RXD信号端作为数据传输，有效的实现了数据传输的同时避免了CPU的使用，减少了对CPU的占用。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于以太网PHY芯片实现单路串行数据传输系统，其特征在于，本系统包括两台成对使用的主设备和从设备，所述主设备和从设备相同，所述主设备和从设备均包括串口电路模块、逻辑电路模块、接收控制模块、PHY芯片模块和数据传输模块，所述主设备的数据传输模块与从设备的数据传输模块进行连接，所述串口电路模块包括作为发送端的TXD信号端和作为接收端的RXD信号端，所述逻辑电路模块包括非门，所述PHY芯片模块包括PHY芯片，所述PHY芯片包括TXEN信号端、RXDV信号端、LINK信号端、TX信号端和RX信号端，所述作为发送端的TXD信号端和非门的一端连接，所述非门的另外一端和PHY芯片的TXEN信号端连接；所述作为接收端的RXD信号端和接收控制模块的一端连接，所述PHY芯片的RXDV信号端和接收控制模块的另外一端连接，同时PHY芯片的LINK信号端和接收控制模块的使能端EN连接；所述PHY芯片的TX信号端和RX信号端均与数据传输模块连接。
2.如权利要求1所述的基于以太网PHY芯片实现单路串行数据传输系统，其特征在于，所述数据传输模块包括光模块和光纤，所述PHY芯片上设置有TX端和RX端，且PHY芯片上的TX端和RX端均与光模块连接，且主设备的光模块和从设备的光模块通过光纤连接。
3.如权利要求2所述的基于以太网PHY芯片实现单路串行数据传输系统，其特征在于，所述光模块包括网络变压器和双绞线。
4.如权利要求3所述的基于以太网PHY芯片实现单路串行数据传输系统，其特征在于，所述接收控制模块的形态为带使能的模拟开关或者带使能的总线驱动器。
5.如权利要求4所述的基于以太网PHY芯片实现单路串行数据传输系统，其特征在于，所述PHY芯片接口形式为MII接口、RMII接口或者GMII接口。
6.一种基于以太网PHY芯片实现单路串行数据传输方法，其特征在于，所述方法的具体操作步骤如下：
步骤一：主设备和从设备连接，只有主设备和从设备确认连接后，两设备的LINK信号端才有效，才能使接收控制模块的EN使能，主设备的作为发送端的TXD信号端发送高电平时进入步骤二，主设备的作为发送端的TXD信号端发送低电平时进入步骤五；
步骤二：高电平在经过非门后变为低电平传输到主设备的PHY芯片的TXEN信号端，主设备的PHY芯片的TX信号端将低电平发送给主设备的数据传输模块；
步骤三：主设备的数据传输模块将低电平信号传输给从设备的数据传输模块，则从设备的PHY芯片的RX信号端接收到低电平，则从设备PHY芯片的RXDV信号端也为低电平，信号经非门反向后变为高电平，最后将高电平通过接收控制模块的EN端发送至从设备的作为接收端的RXD信号端上；
步骤四：若LINK信号端无效，则默认接收控制模块输出高电平，即RXD信号端也为高电平；
步骤五：低电平在经过非门后变为高电平传输到主设备的PHY芯片的TXEN信号端，主设备的PHY芯片的TX信号端将高电平发送给主设备的数据传输模块；
步骤六：主设备的数据传输模块将高电平传输给从设备的数据传输模块，则从设备的PHY芯片的RX信号端接收到高电平，则从设备PHY芯片的RXDV信号端也为高电平，信号经非门反向后变为低电平，最后将该低电平信号通过接收控制模块的EN端发送至从设备的作为接收端的RXD信号端上；
步骤七：若LINK信号无效，则默认接收控制模块输出高电平，即RXD信号端也为高电平。
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