CN110391877A - 一种串行通讯方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种串行通讯方法及装置，通过发送消息应答的方式保证了传输方设备A发送的消息确定的被接收方设备B接收接收；传输的消息采用缓存2包数据的的方式，保证了传输队列的畅通防止阻塞；采用物理层奇偶校验的方式以及链路层数据校验和的方式保证判定数据的正确性；而采用差分物理介质的方式是增强了传输的带宽和性能，提高了信号传输的稳定性和可靠性，通过这几种方式同时也保证了设备的性价比，因此具备良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及电子通讯领域，特别是数字电路板卡之间的串行通讯方法，并提供一种在该方法下的通讯装置。
背景技术
数字电路以及通讯技术发展迅速，已经在各个行业中体现，近几年来，现场可编程门阵列FPGA的飞速发展，使数字电子技术开创了新局面，不仅规模大，灵活度高，而且功能也更加完善。各种数字电路之间的通信成为一个多方面关注研究的课题，如何高速、准确、合适以及低成本的的传输数据进行通讯，是研究的重要方向。
在数字电路通讯领域，数据传输通讯的协议和传输的物理方式是数据传输可靠、稳定以及高效的关键。在具体应用中，数据传输的协议保证了数据通讯的流畅可靠，物理传输方式决定了数据通信的速度和稳定性。
在目前的单板通信中有UART、IIC、SPI、USB、以太网等方式，其中UART、IIC和SPI的通讯方式成本低，技术门槛低，但是速度慢，不利于单板之间的快速通信以及响应；而USB和以太网通讯有专门的通讯协议，USB有USB2.0和USB3.0协议，以太网有TCP/IP和UDP协议；这些数据通讯传输方式有很高的带宽速度，通讯响应快，但是USB和以太网需要专门的芯片来支持通讯，专用芯片的成本也相对高，不利于降低成本，而且以太网的TCP/IP协议在现场可编程门阵列FPGA中实现相对困难。在实际产品中需要平衡成本和性能，来选择合适的数据通讯方式以及装置显得犹未重要。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种串行通讯方法及装置，通过全双工高速异步的通讯方式，来保证数据传输的速度以及准确度。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种串行通讯方法，由设备A和设备B配合实施，其特征在于包括以下步骤：
其中，设备A发送端实施步骤为：
步骤S01：开始；
步骤S02：应用层将发送的消息写入消息缓存，并且通知链路层；
步骤S03：发送链路层接收到应用层的通知后读取消息缓存中的数据，将数据按约定的数据包格式按字节发送给物理层；
步骤S04：物理层将一个字节的的数据按物理层的约定添加起始位,奇偶校验位并转化为11bit的串行数据通过；
步骤S05:链路层判断约定的一包数据是否发送完毕，如果没有跳转至步骤S03；如果发送完毕跳转至S06；
步骤S06：等待接收方发送的应答，并作计时等待用于判定等待应答超时；
步骤S07：检测接收端，判断是否按约定返回应答消息数据；
步骤S08：完成一次消息的正确发送；
步骤S09：结束；
步骤S10：判断发送的次数是否达到3次，如果超过3次进行超时报错处理；
步骤S11：发送超时报错信号给应用层，结束发送；
其中，设备B接收端实施步骤为：
步骤S01’：开始；
步骤S02’：物理层接收到数据按约定的物理层数据格式转化为8位的并行数据；
步骤S03’：判断转化后的一个字节数据校验是否正确；
步骤S04’：报告链路层帧数据校验错误；
步骤S05’：将校验正确的一个字节数据写入缓存Temp；
步骤S06’：链路层根据约定的数据包格式根据数据的长度判断一包数据是否接收完成；
步骤S07’：链路层读取缓存Temp中的数据；
步骤S08’：链路层根据约定的校验和方式检查判断一包数据的正确性；
步骤S09’：丢弃接收到缓存Temp中的数据，并产生链路层数据校验错误标志信号；
步骤S10’：链路层将校验正确的数据写入消息缓存，并给应用层发出消息标志信号；
步骤S11’：应用层接收到链路层发出的信号标志信号，对标志信号进行清除操作，读取对应缓存中的消息做出处理，并给发送端发送应答消息给发送方；
步骤S12’：结束。
作为对上述方案的进一步改进，所述设备A的发送物理层将字节数据转化为串行的数据添加起始位、校验位和停止位，通过差分芯片转化为差分信号发送给所述设备B。
进一步，所述设备A发送完一包数据后等待所述设备B返回的接收数据应答，只有接收到设备B返回的应答，一次数据消息才算完成。
进一步，所述物理层采用奇偶校验的方式，以及所述链路层采用数据校验的方式。
一种串行通讯装置，其特征在于包括：
设备A和设备B，所述设备A和设备B通过线缆进行连接；
所述设备A包括第一发送模块和第一接收模块；
所述设备B包括第二发送模块和第二接收模块；
所述第一发送模块包括发送应用层单元、消息缓存单元、发送链路层单元和发送物理层单元，所述发送应用层单元顺次通过所述消息缓存单元和发送链路层单元与发送物理层单元相连接；
所述第一接收模块包括接收物理层单元、缓存单元、接收链路层单元、消息缓存单元和接收应用层单元，所述收物理层单元顺次通过所述缓存单元、接收链路层单元和消息缓存单元与接收应用层单元相连接；
所述第二发送模块包括发送应用层单元、消息缓存单元、发送链路层单元和发送物理层单元，所述发送应用层单元顺次通过所述消息缓存单元和发送链路层单元与发送物理层单元相连接；
所述第二接收模块包括接收物理层单元、缓存单元、接收链路层单元、消息缓存单元和接收应用层单元，所述收物理层单元顺次通过所述缓存单元、接收链路层单元和消息缓存单元与接收应用层单元相连接；
其中，所述第一发送模块通过线缆与所述所述第二接收模块相连，所述第二发送模块通过线缆与所述第一接收模块相连。
进一步，所述设备A和设备B通过差分线缆进行连接。
进一步，所述设备A的发送物理层将字节数据转化为串行的数据添加起始位、校验位和停止位，通过差分芯片转化为差分信号发送给所述设备B。
此外，所述所述设备A发送完一包数据后等待所述设备B返回的接收数据应答，只有接收到设备B返回的应答，一次数据消息才算完成。
本发明的有益效果是：本发明作为一种串行通讯方法及装置，通过发送消息应答的方式保证了传输方设备A发送的消息确定的被接收方设备B接收接收；传输的消息采用缓存2包数据的的方式，保证了传输队列的畅通防止阻塞；采用物理层奇偶校验的方式以及链路层数据校验和的方式保证判定数据的正确性；而采用差分物理介质的方式是增强了传输的带宽和性能，提高了信号传输的稳定性和可靠性，通过这几种方式同时也保证了设备的性价比，因此具备良好的应用前景。本发明所提出的一种串行通讯方法及装置，既可以可靠高性能的进行数据通信，也保证了通信的硬件成本，使性能和成本达到一个相对优良的平衡。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明所述设备A发送端实施步骤流程示意图；
图2为本发明所述设备B接收端实施步骤流程示意图；
图3为本发明所述串行通讯装置原理结构示意图。
具体实施方式
参照图1和2，一种串行通讯方法，由设备A和设备B配合实施，其包括以下步骤：其中，设备A发送端实施步骤为：步骤S01：开始；步骤S02：应用层将发送的消息写入消息缓存，并且通知链路层；步骤S03：发送链路层接收到应用层的通知后读取消息缓存中的数据，将数据按约定的数据包格式按字节发送给物理层；步骤S04：物理层将一个字节的的数据按物理层的约定添加起始位,奇偶校验位并转化为11bit的串行数据通过；步骤S05:链路层判断约定的一包数据是否发送完毕，如果没有跳转至步骤S03；如果发送完毕跳转至S06；步骤S06：等待接收方发送的应答，并作计时等待用于判定等待应答超时；步骤S07：检测接收端，判断是否按约定返回应答消息数据；步骤S08：完成一次消息的正确发送；步骤S09：结束；步骤S10：判断发送的次数是否达到3次，如果超过3次进行超时报错处理；步骤S11：发送超时报错信号给应用层，结束发送；其中，设备B接收端实施步骤为：步骤S01’：开始；步骤S02’：物理层接收到数据按约定的物理层数据格式转化为8位的并行数据；步骤S03’：判断转化后的一个字节数据校验是否正确；步骤S04’：报告链路层帧数据校验错误；步骤S05’：将校验正确的一个字节数据写入缓存Temp；步骤S06’：链路层根据约定的数据包格式根据数据的长度判断一包数据是否接收完成；步骤S07’：链路层读取缓存Temp中的数据；步骤S08’：链路层根据约定的校验和方式检查判断一包数据的正确性；步骤S09’：丢弃接收到缓存Temp中的数据，并产生链路层数据校验错误标志信号；步骤S10’：链路层将校验正确的数据写入消息缓存，并给应用层发出消息标志信号；步骤S11’：应用层接收到链路层发出的信号标志信号，对标志信号进行清除操作，读取对应缓存中的消息做出处理，并给发送端发送应答消息给发送方；步骤S12’：结束。
参照图3，一种串行通讯装置，其特征在于包括：设备A和设备B，所述设备A和设备B通过线缆进行连接；所述设备A包括第一发送模块1和第一接收模块2；所述设备B包括第二发送模块3和第二接收模块4；所述第一发送模块1包括发送应用层单元、消息缓存单元、发送链路层单元和发送物理层单元，所述发送应用层单元顺次通过所述消息缓存单元和发送链路层单元与发送物理层单元相连接；所述第一接收模块2包括接收物理层单元、缓存单元、接收链路层单元、消息缓存单元和接收应用层单元，所述收物理层单元顺次通过所述缓存单元、接收链路层单元和消息缓存单元与接收应用层单元相连接；所述第二发送模块3包括发送应用层单元、消息缓存单元、发送链路层单元和发送物理层单元，所述发送应用层单元顺次通过所述消息缓存单元和发送链路层单元与发送物理层单元相连接；所述第二接收模块4包括接收物理层单元、缓存单元、接收链路层单元、消息缓存单元和接收应用层单元，所述收物理层单元顺次通过所述缓存单元、接收链路层单元和消息缓存单元与接收应用层单元相连接；其中，所述第一发送模块1通过线缆与所述所述第二接收模块4相连，所述第二发送模块3通过线缆与所述第一接收模块2相连。
首先对通讯的方式以及协议进行模型抽象，并进行划分，将通信划分为三个层次分别为物理层、链路层和应用层。其中物理层负责接收和发送物理通道的串行数据。接收端物理层负责接收物理介质接收的串行数据并进行奇偶校验转化为并行数据，发送端负责将链路层发送的数据转化为串行数据添加奇偶校验发送给物理介质。链路层负责对数据以数据包的格式进行处理和校验。数据包以及传输的约定如下：一条消息的数据包由三部分组成，数据长度、数据内容和数据校验；一条消息的数据包最小为3个字节，最大为256个字节；消息需要进行2条消息长度的缓存区，每个缓存区的大小为256个字节，也就是一条消息的最大长度；消息数据包采用连续字节流的方式，如果传输线路上有超过四个字节的传输时常，视为消息传输结束；如果消息接收结束时接收的字节数小于消息的长度，置消息超时异常，并对消息进行抛弃；消息采用应答式，接收端正确完整的接收到一条消息后，需要应用层发送返回正确的应答消息。应用层主要负责根据实际应用解析消息做出相应的处理，并发送正确的应答数据包给链路层。其次通信的装置选择，两个单板设备之间采用差分线缆进行连接，并选用差分转单端的芯片来提高通信的速率和稳定性。
下面以具体的实施例来说明本方法：
假设设备A向设备B发送一条数据消息。首先设备A的应用层准备好要发送的消息数据，将消息数据写入缓存模块，同时给发送链路层模块给出标志信号表明要发送的消息数据已经准备完成；链路层模块判断标志信号有效后清除标志信号，然后读取缓存模块中的数据，按照约定的数据包格式添加数据长度，计算并添加数据包校验和，然后以字节的方式发送给发送物理层模块；发送物理层将字节数据转化为串行的数据添加起始位、校验位和停止位，通过差分芯片转化为差分信号发送给设备B；设备A发送完一包数据后等待设备B返回的接收数据应答，只有接收到设备B返回的应答，一次数据消息才算完成。对于设备B，物理层模块接收到串行数据后进行串并转换对每一接收的一个字节数据进行奇偶校验来判断物理层接收数据的正确性，如果正确将数据写入缓存Temp模块，如果不正确产生物理层数据校验错误的标志信号，并将缓存Temp模块中的数据清除，保证下一次的正确接收。当链路层根据约定的数据包格式长度判定接收到一条消息后，读取缓存Temp模块中的数据，并对数据进行校验和方式的计算，通过计算的校验和与约定数据接收到的校验和进行比较，如果相同则认为数据正确，将数据写入消息缓存模块，并产生相应的标志信号给应用层，如果不同则认为消息错误，产生链路层数据校验和的错误标志信号，结束本次消息的接收，清除缓存模块中的消息数据保证下一次的传输。当应用层接收到消息正确接收的标志信号后，从消息缓存模块读取正确的详细，并给设备A发送端对应的应答消息，来表示设备B已经正确接收到一包消息数据，并且应答消息设备A端不需要做任何反馈给设备B，这样一次消息传输结束。
在本发明的这种串行通讯方法和装置中，通过发送消息应答的方式保证了传输方设备A发送的消息确定的被接收方设备B接收接收；传输的消息采用缓存2包数据的的方式，保证了传输队列的畅通防止阻塞；采用物理层奇偶校验的方式以及链路层数据校验和的方式保证判定数据的正确性；而采用差分物理介质的方式是增强了传输的带宽和性能，提高了信号传输的稳定性和可靠性。通过这几种方式同时也保证了设备的性价比。
以上对本发明的较佳实施进行了具体说明，当然，本发明还可以采用与上述实施方式不同的形式，以及相近的领域，这些都不构成对本实施方式的任何限制，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下所作的等同的变换或相应的改动，都应该属于本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种串行通讯方法，由设备A和设备B配合实施，其特征在于包括以下步骤：
其中，设备A发送端实施步骤为：
步骤S01：开始；
步骤S02：应用层将发送的消息写入消息缓存，并且通知链路层；
步骤S03：发送链路层接收到应用层的通知后读取消息缓存中的数据，将数据按约定的数据包格式按字节发送给物理层；
步骤S04：物理层将一个字节的的数据按物理层的约定添加起始位,奇偶校验位并转化为11bit的串行数据通过；
步骤S05:链路层判断约定的一包数据是否发送完毕，如果没有跳转至步骤S03；如果发送完毕跳转至S06；
步骤S06：等待接收方发送的应答，并作计时等待用于判定等待应答超时；
步骤S07：检测接收端，判断是否按约定返回应答消息数据；
步骤S08：完成一次消息的正确发送；
步骤S09：结束；
步骤S10：判断发送的次数是否达到3次，如果超过3次进行超时报错处理；
步骤S11：发送超时报错信号给应用层，结束发送；
其中，设备B接收端实施步骤为：
步骤S01’：开始；
步骤S02’：物理层接收到数据按约定的物理层数据格式转化为8位的并行数据；
步骤S03’：判断转化后的一个字节数据校验是否正确；
步骤S04’：报告链路层帧数据校验错误；
步骤S05’：将校验正确的一个字节数据写入缓存Temp；
步骤S06’：链路层根据约定的数据包格式根据数据的长度判断一包数据是否接收完成；
步骤S07’：链路层读取缓存Temp中的数据；
步骤S08’：链路层根据约定的校验和方式检查判断一包数据的正确性；
步骤S09’：丢弃接收到缓存Temp中的数据，并产生链路层数据校验错误标志信号；
步骤S10’：链路层将校验正确的数据写入消息缓存，并给应用层发出消息标志信号；
步骤S11’：应用层接收到链路层发出的信号标志信号，对标志信号进行清除操作，读取对应缓存中的消息做出处理，并给发送端发送应答消息给发送方；
步骤S12’：结束。
2.根据权利要求1所述的一种串行通讯方法，其特征在于：所述设备A的发送物理层将字节数据转化为串行的数据添加起始位、校验位和停止位，通过差分芯片转化为差分信号发送给所述设备B。
3.根据权利要求2所述的一种串行通讯方法，其特征在于：所述设备A发送完一包数据后等待所述设备B返回的接收数据应答，只有接收到设备B返回的应答，一次数据消息才算完成。
4.根据权利要求2所述的一种串行通讯方法，其特征在于：所述物理层采用奇偶校验的方式，以及所述链路层采用数据校验的方式。
5.一种串行通讯装置，其特征在于包括：
设备A和设备B，所述设备A和设备B通过线缆进行连接；
所述设备A包括第一发送模块(1)和第一接收模块(2)；
所述设备B包括第二发送模块(3)和第二接收模块(4)；
所述第一发送模块(1)包括发送应用层单元、消息缓存单元、发送链路层单元和发送物理层单元，所述发送应用层单元顺次通过所述消息缓存单元和发送链路层单元与发送物理层单元相连接；
所述第一接收模块(2)包括接收物理层单元、缓存单元、接收链路层单元、消息缓存单元和接收应用层单元，所述收物理层单元顺次通过所述缓存单元、接收链路层单元和消息缓存单元与接收应用层单元相连接；
所述第二发送模块(3)包括发送应用层单元、消息缓存单元、发送链路层单元和发送物理层单元，所述发送应用层单元顺次通过所述消息缓存单元和发送链路层单元与发送物理层单元相连接；
所述第二接收模块(4)包括接收物理层单元、缓存单元、接收链路层单元、消息缓存单元和接收应用层单元，所述收物理层单元顺次通过所述缓存单元、接收链路层单元和消息缓存单元与接收应用层单元相连接；
其中，所述第一发送模块(1)通过线缆与所述所述第二接收模块(4)相连，所述第二发送模块(3)通过线缆与所述第一接收模块(2)相连。
6.根据权利要求5所述的一种图像阵列打印的装置，其特征在于：所述设备A和设备B通过差分线缆进行连接。
7.根据权利要求6所述的一种图像阵列打印的装置，其特征在于：所述设备A的发送物理层将字节数据转化为串行的数据添加起始位、校验位和停止位，通过差分芯片转化为差分信号发送给所述设备B。
8.根据权利要求5所述的一种图像阵列打印的装置，其特征在于：所述所述设备A发送完一包数据后等待所述设备B返回的接收数据应答，只有接收到设备B返回的应答，一次数据消息才算完成。
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| CN201910552186.4A CN110391877A (zh) | 2019-06-25 | 2019-06-25 | 一种串行通讯方法及装置 |
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| CN201910552186.4A CN110391877A (zh) | 2019-06-25 | 2019-06-25 | 一种串行通讯方法及装置 |
Publications (1)
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|---|---|---|---|
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20191029 |