CN111130710A - 一种基于spi的双工通信方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于SPI的双工通信方法，包括以下步骤：S1、发送方对应生成数据帧或者默认帧并且向接收方发送传输数据；S2、接收方根据接收到的传输数据的类型进入下一个状态；S3、若接收方进入应答状态则向发送方发送应答帧，发送方进入数据发送状态；若接收方进入非应答状态则向发送方发送应答帧，发送方进入数据重发状态；S4、若发送方进入数据发送状态则发送方对应生成数据帧或者默认帧并且向接收方发送传输数据，进入步骤S2；若发送方进入数据重发状态则重新向接收方发送所述传输数据，进入步骤S2。这种基于SPI的双工通信方法通过状态机的方式让主设备和从设备进行同步，提高了数据通信的效率。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种基于SPI的双工通信方法。
背景技术
随着对通信速率的要求越来越高，越来越多的使用者选择SPI作为通信总线。但SPI总线一般采用双向移位寄存器发送接收数据，每发送1bit数据，同时收到1bit数据，这对双方同步造成了困难。同时，SPI总线为主从结构，从设备无法主动发送数据，这对于双方通信十分不利，特别是在从设备需要主动发送数据的应用中。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了解决现有技术中的SPI通信存在数据不同步和从设备无法主动发送数据的问题，本发明提供了一种基于SPI的双工通信方法来解决上述问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于SPI的双工通信方法，包括以下步骤：
S1、发送方判断发送队列中是否存在需要发送的内容，若存在则发送方根据需要发送的内容生成数据帧，若不存在则发送方生成默认帧，发送方将传输数据发送给接收方；
S2、接收方接收所述传输数据；接收方判断所述传输数据的类型，若所述传输数据为默认帧则接收方进入应答状态；若所述传输数据为应答帧或非应答帧或者所述传输数据校验错误则接收方进入非应答状态；若所述传输数据校验正确则接收方将所述传输数据存储至接收队列中，接收方进入应答状态；
S3、若接收方进入应答状态，接收方生成应答帧并且向发送方发送应答帧，发送方接收到接收方发送的应答帧，发送方进入数据发送状态；
若接收方进入非应答状态，接收方生成非应答帧并且向发送方发送非应答帧，发送方接收到接收方发送的非应答帧，发送方进入数据重发状态；
S4、若发送方进入数据重发状态，发送方重新向接收方发送所述传输数据，进入步骤S2；
若发送方进入数据发送状态，发送方判断发送队列中是否存在需要发送的内容，若存在则发送方根据需要发送的内容生成数据帧，若不存在则发送方生成默认帧，发送方将传输数据发送给接收方，进入步骤S2。
作为优选，所述数据帧包括帧头、数据包和校验帧，所述帧头为所述数据帧的前两个字节，所述帧头用于记录数据帧的长度，所述校验帧用于校验数据帧；
所述默认帧的前两个字节均为0；
步骤S2具体包括：
S21、接收方通过向发送方发送两个字节数据获取所述传输数据的前两个字节，接收方根据所述传输数据的前两个字节获取所述传输数据的长度，接收方根据所述传输数据的长度判断待发送数据的长度是否小于所述传输数据的长度，若小于则进入步骤S22，否则进入步骤S23；
S22、接收方在待发送数据后面补零使待发送数据的长度与所述传输数据的长度相等，进入步骤S23；
S23、接收方向发送方发送待发送数据获取所述传输数据的剩余部分；
S24、接收方判断所述传输数据的类型，若所述传输数据为默认帧则接收方进入应答状态；若所述传输数据为应答帧或非应答帧或者所述传输数据校验失则接收方进入应答状态；若所述传输数据校验正确则接收方将所述传输数据存储至接收队列中，接收方进入应答状态。
作为优选，在步骤S1之前还包括以下步骤：主设备拉高GIP引脚，从设备拉低VIP引脚，主设备和从设备进入数据发送状态。
作为优选，发送队列和接收队列均为先入先出队列。
作为优选，每次发送方发送数据前，从设备均会拉低VIP引脚。
作为优选，所述数据帧采用CRC16进行校验，所述校验帧为CRC16校验帧。
发明的有益效果是，本发明提供的一种基于SPI的双工通信方法通过状态机的方式让主设备和从设备进行同步；同时还为主设备和从设备添加了VIP引脚用于从设备通知主设备进入状态机，让从设备也能够主动进行数据的传输，提高了数据通信的效率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明一种基于SPI的双工通信系统的最优实施例的系统结构示意图。
图2是本发明一种基于SPI的双工通信方法的最优实施例的数据帧结构图。
图3是本发明一种基于SPI的双工通信方法的最优实施例的状态转移图。
图4是本发明一种基于SPI的双工通信方法的最优实施例的设备位于DATA状态下的流程图。
图5是本发明一种基于SPI的双工通信方法的最优实施例的设备位于RESEND状态下的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
如图1所示，本发明提供了一种基于SPI的双工通信系统，包括主设备和从设备。
主设备和从设备均包括CS引脚、MISO引脚、MOSI引脚、CLK引脚、VIP引脚和GIP引脚。两个CS引脚通信连接，两个MISO引脚通信连接，两个MOSI引脚通信连接，两个CLK引脚通信连接，两个VIP引脚通信连接，两个GIP引脚通信连接。
CS引脚为片选信号引脚，MISO引脚为主设备输入从设备输出引脚，MOSI引脚为主设备输出从设备输入设备，CLK引脚为主设备输出时钟从设备输入时钟引脚。VIP为从设备通知主设备进入状态机引脚，从设备会定时拉低VIP引脚，主设备和从设备进入状态机，若主设备和从设备各自的发送队列中有需要发送的内容则双方进行数据的交换，否则双方进行默认帧的发送。GIP为主设备通知从设备可以进行数据通信引脚，高电平代表可以进行通信。
如图2~5所示，基于以上的一种基于SPI的双工通信系统，本发明还提供了一种基于SPI的双工通信方法，包括以下步骤：
S1、主设备拉高GIP引脚，从设备检测到GIP为高电平则知晓主设备已经准备好，主设备和从设备之间的通信建立，双方均处于数据发送状态DATA；
S2、从设备拉低VIP引脚，主设备和从设备判断各自的发送队列中的是否存在需要发送的内容；若存在需要发送的内容则主设备和从设备将需要发送的内容生成为数据帧，若不存在需要发送的内容则主设备和从设备生成默认帧，进入步骤S3；
在本实施例中，假设主设备的发送队列中存在需要发送的并且能够校验正确的内容，从设备的发送队列中不存在需要发送的内容；
需要注意的是，虽然从设备没有需要发送的内容，但是从设备也能够向主设备发送传输数据，所以相对于主设备来说从设备也是发送方，同时对于从设备的来说主设备也是发送方，即主设备和从设备互为发送方和接收方；
主设备作为发送方而从设备作为接收方，主设备将生成的数据帧发送至从设备的接收队列中；从设备作为发送方而主设备作为接收方，从设备生成的默认帧发送至主设备的接收队列中；
发送队列和接收队列均为先入先出队列；发送方尝试放一帧数据到发送队列，如果发送队列已满则发送方需要阻塞等待，如果发送队列不满则发送方放入一帧数据；接收队列用于存放校验正确的传输数据；
S3、主设备和从设备互相发送传输数据，主设备和从设备各自判断接收到的传输数据的类型；步骤S3具体包括以下步骤：
S31、主设备和从设备分别向对方发送传输数据的前两个字节，主设备和从设备收到对方的传输数据的前两个字节；
主设备收到的是从设备发送的默认帧的前两个字节，默认帧的前两个字节都是0；从设备收到的是主设备发送的数据帧的前两个字节，数据帧的最前面两个字节为帧头，帧头用于记录数据帧的长度；
在本实施例中，从设备根据帧头决定需要向主设备发送多长的默认帧来获取主设备发送的数据帧，进入步骤S32；
S32、主设备和从设备继续向对方发送给剩余的传输数据；
主设备判断出接收到的从设备发送的传输数据为默认帧；
从设备判断接收的主设备发送的传输数据的具体类型，在本实施例中，主设备发送的传输数据为能够正确校验的数据，从设备将接收到的传输数据存储至从设备的接收队列中，进入步骤S4；
传输数据的最后两位为CRC16校验位，传输数据中位于帧头和CRC16校验位之间的为实际要发送的数据包，CRC16校验位用于校验数据包的正确性；
S4、主设备进入应答状态ACK，同时从设备进入应答状态ACK；
主设备生成应答帧并且向从设备发送应答帧，同时从设备生成应答帧并且向主设备发送应答帧；
处于应答状态ACK的从设备接收到主设备发送的应答帧，处于应答状态ACK的主设备接收到从设备发送的应答帧；
进入步骤S5；
S5、主设备和从设备均进入数据发送状态DATA，一次数据交换完成，重新进入步骤S2。
根据另外的实施例，主设备和从设备各自的发送缓存区中均有需要发送的内容。
S1、主设备拉高GIP引脚，从设备检测到GIP为高电平则知晓主设备已经准备好，主设备和从设备之间的通信建立，双方均处于数据发送状态DATA；
S2、从设备拉低VIP引脚，主设备和从设备判断各自的发送队列中是否存在需要发送的内容；在本实施例中，主设备的发送队列中和从设备的发送队列中均存在需要发送的内容，主设备和从设备分别根据各自发送队列中的需要发送的内容生成数据帧，进入步骤S3；
S3、主设备和从设备互相发送传输数据，主设备和从设备各自判断接收到的传输数据的类型；步骤S3具体包括以下步骤：
S31、主设备和从设备分别向对方发送传输数据的前两个字节，主设备收到的是从设备发送的传输数据的前两个字节；从设备收到的是主设备发送的传输数据的前两个字节；
在本实施例中，设从设备发送的传输数据长度为较短的一方，从设备通过补零的方式使从设备发送的传输数据和主设备发送的传输数据长度相同，进入步骤S32；
S32、主设备和从设备继续向对方发送给剩余的传输数据；
在本实施例中，设从设备发送的传输数据为能够正确校验的数据，主设备判断出接收到的从设备发送的传输数据为能够正确校验的数据，主设备将接收到的传输数据存储至主设备的接收队列中；
在本实施例中，设主设备发送的传输数据为不能够正确校验的数据，从设备判断出接收的主设备发送的传输数据为不能够正确校验的数据；
进入步骤S4；
S4、主设备进入应答状态ACK，同时从设备进入非应答状态NACK；
主设备生成应答帧并且向从设备发送应答帧，同时从设备生成非应答帧并且向主设备发送非应答帧；
处于非应答状态NACK的从设备接收到主设备发送的应答帧，同时处于应答状态ACK的主设备接收到从设备发送的非应答帧；
进入步骤S5；
S5、从设备进入DATA状态，从设备完成一次向主设备发送传输数据的任务，从设备继续判断自身的发送队列中是否存在下一个需要发送的内容，从设备根据存在或者不存在下一个需要发送的内容的情况对应生成数据帧或者默认帧，从设备向主设备发送下一个传输数据；
主设备进入数据重发状态RESEND，主设备重新向从设备发送传输数据；进入步骤S6；
S6、主设备和从设备通过帧头判断传输数据的长短并且完成补零操作，主设备和从设备接收到对方发送的传输数据，主设备和从设备各自判断各自接收到的传输数据的类型；在本实施例中，假设此次主设备发送的传输数据和从设备发送的传输数据均能校验成功，进入步骤S7；
S7、主设备进入应答状态ACK，同时从设备进入应答状态ACK；
主设备生成应答帧并且向从设备发送应答帧，同时从设备生成应答帧并且向主设备发送应答帧；
处于应答状态ACK的从设备接收到主设备发送的应答帧，同时处于应答状态ACK的主设备接收到从设备发送的应答帧；
进入步骤S8；
S5、主设备和从设备均进入数据发送状态DATA；
从设备完成第二次向主设备发送的传输数据的任务，主设备完成第一次向从设备发送传输数据任务。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对所述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (6)
1.一种基于SPI的双工通信方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、发送方判断发送队列中是否存在需要发送的内容，若存在则发送方根据需要发送的内容生成数据帧，若不存在则发送方生成默认帧，发送方将传输数据发送给接收方；
S2、接收方接收所述传输数据；接收方判断所述传输数据的类型，若所述传输数据为默认帧则接收方进入应答状态；若所述传输数据为应答帧或非应答帧或者所述传输数据校验错误则接收方进入非应答状态；若所述传输数据校验正确则接收方将所述传输数据存储至接收队列中，接收方进入应答状态；
S3、若接收方进入应答状态，接收方生成应答帧并且向发送方发送应答帧，发送方接收到接收方发送的应答帧，发送方进入数据发送状态；
若接收方进入非应答状态，接收方生成非应答帧并且向发送方发送非应答帧，发送方接收到接收方发送的非应答帧，发送方进入数据重发状态；
S4、若发送方进入数据重发状态，发送方重新向接收方发送所述传输数据，进入步骤S2；
若发送方进入数据发送状态，发送方判断发送队列中是否存在需要发送的内容，若存在则发送方根据需要发送的内容生成数据帧，若不存在则发送方生成默认帧，发送方将传输数据发送给接收方，进入步骤S2。
2.如权利要求1所述的一种基于SPI的双工通信方法，其特征在于：
所述数据帧包括帧头、数据包和校验帧，所述帧头为所述数据帧的前两个字节，所述帧头用于记录数据帧的长度，所述校验帧用于校验数据帧；
所述默认帧的前两个字节均为0；
步骤S2具体包括：
S21、接收方通过向发送方发送两个字节数据获取所述传输数据的前两个字节，接收方根据所述传输数据的前两个字节获取所述传输数据的长度，接收方根据所述传输数据的长度判断待发送数据的长度是否小于所述传输数据的长度，若小于则进入步骤S22，否则进入步骤S23；
S22、接收方在待发送数据后面补零使待发送数据的长度与所述传输数据的长度相等，进入步骤S23；
S23、接收方向发送方发送待发送数据获取所述传输数据的剩余部分；
S24、接收方判断所述传输数据的类型，若所述传输数据为默认帧则接收方进入应答状态；若所述传输数据为应答帧或非应答帧或者所述传输数据校验失则接收方进入应答状态；若所述传输数据校验正确则接收方将所述传输数据存储至接收队列中，接收方进入应答状态。
3.如权利要求2所述的一种基于SPI的双工通信方法，其特征在于：
在步骤S1之前还包括以下步骤：主设备拉高GIP引脚，从设备拉低VIP引脚，主设备和从设备进入数据发送状态。
4.如权利要求3所述的一种基于SPI的双工通信方法，其特征在于：
发送队列和接收队列均为先入先出队列。
5.如权利要求4所述的一种基于SPI的双工通信方法，其特征在于：
每次发送方发送数据前，从设备均会拉低VIP引脚。
6.如权利要求5所述的一种基于SPI的双工通信方法，其特征在于：
所述数据帧采用CRC16进行校验，所述校验帧为CRC16校验帧。
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