CN111694785A - 反馈型的uart自适应波特率系统及自适应波特率方法 - Google Patents

Abstract

反馈型的UART自适应波特率系统及自适应波特率方法，本发明涉及UART自适应波特率系统及波特率方法。本发明的目的是为了解决现有自适应匹配方式通常忽略了从机发起的波特率改变的情况，实际上，从机也由于后续存储空间的限制，也需要对总线的波特率进行调整的问题。系统包括：主机发送模块、主机接收模块、从机发送模块、从机接收模块，主机和从机共用一条UART总线；主机发送模块用来向从机的接收模块发送待发送的信息；主机接收模块用来接收从机的反馈信息；从机发送模块用于向主机的接收模块发送从机申请的波特率信息；从机接收模块用来接收主机发送模块传递过来的数据信息。本发明用于UART通信领域。

Description

反馈型的UART自适应波特率系统及自适应波特率方法

技术领域

本发明涉及UART自适应波特率系统及自适应波特率方法。

背景技术

UART总线是一种重要的异步通信方式，但是在利用UART通信时，通常的做法是主机和从机提前设置一个相同的波特率，这种做法的缺点是如果主机产生的数据速率大幅度增加的时候，UART总线不能及时增加传输速率，从而增加主机发送端内存的负担以及影响通信的及时性。还有一种做法是主机传送0x55的指令码，从机进行高速采样，通过计算高低电平持续的时间从而推算出主机的波特率，由于需要高速采样，这种做法只能在复位后进行一次，如果需要再次自适应波特率需要对电路进行重新复位，缺乏灵活性，影响从机的正常运行，并且为了减少由采样误差带来的波特率误差，通常只取常用的几种波特率进行通信。目前的自适应匹配方式通常忽略了从机发起的波特率改变的情况，实际上，从机也由于后续存储空间的限制，也需要对总线的波特率进行调整。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有自适应匹配方式通常忽略了从机发起的波特率改变的情况，实际上，从机也由于后续存储空间的限制，也需要对总线的波特率进行调整的问题，而提出反馈型的UART自适应波特率系统及自适应波特率方法。

反馈型的UART自适应波特率系统，所述系统包括：

主机发送模块、主机接收模块、从机发送模块、从机接收模块，主机和从机共用一条UART总线；

主机发送模块用来向从机的接收模块发送待发送的信息，主机发送模块包括主机复位接口，数据输入接口，主机波特率控制单元，主机FIFO；

所述待发送的信息为数据输入接口读取的主机上游模块产生的二进制比特信息流；

所述主机复位接口用来接收主机的复位指令，复位后主机波特率控制单元产生的波特率为初始值；

所述主机波特率控制单元是根据指令发起主机波特率改变的装置，该指令由两部分组成，第一部分是受主机FIFO深度影响发起的主机波特率改变的请求指令，第二部分是主机接收模块接收到的从机发送模块发起的波特率请求指令；主机波特率控制单元接受到任意一部分请求指令的时候会进行波特率的改变；

所述主机FIFO的作用是如果数据输入接口的数据速率大于发送速率，将输入数据暂存起来。

主机接收模块用来接收从机的反馈信息，主机接收模块包括主机复位接口、数据输入接口；

所述主机复位接口是用来接收主机的复位指令；

所述数据输入接口是接收UART总线上从机发送模块往主机发送的消息；

从机发送模块用于向主机的接收模块发送从机的波特率信息，从机的发送模块包括从机复位接口和数据输出接口；

所述从机复位接口是用来接收从机的复位指令，复位后从机波特率控制单元的波特率与主机波特率初始值一致；

所述数据输出接口是将从机发送模块的待发数据送到波特率控制单元，按照约定波特率向主机接收模块进行数据发送；

从机接收模块用来接收主机发送模块传递过来的数据信息，从机的接收模块包括从机复位输入接口，从机FIFO，从机波特率率控制单元和从机数据输出接口；

所述从机复位接口是接收从机复位指令，初始化从机接收模块；

所述从机FIFO的作用是如果从机接收模块接收到UART总线的速率大于后续计算处理模块能接收的最大速率时暂时存储主机发送过来的数据；

所述从机波特率控制单元是根据指令发起从机波特率改变的装置，该指令由两部分组成，第一部分是受从机FIFO深度影响发起的从机波特率改变的请求指令，第二部分是从机接收模块收到的主机发送模块发起的波特率请求指令；从机波特率控制单元接收到任意一部分请求指令的时候会进行波特率的改变；

所述从机输出接口是将从机FIFO中的数据按从机时钟顺序输出。

反馈型的UART自适应波特率方法，具体过程为：

步骤一、规定主机发送模块、从机发送模块的初始化波特率为B，初始化主机、从机；

步骤二、判断主机发送模块FIFO是否为空，若是，则停止波特率更改申请，主机发送模块等待数据；若否，则执行步骤三；

步骤三、判断主机FIFO数据是否堆积过大，若是，执行步骤四；

若否，判断从机接收模块FIFO数据是否堆积过大，若是，执行步骤九，若否，执行步骤二；

步骤四、主机发送模块需要发起波特率调整，设调整后的波特率为R₁，则在总线空闲时，由主机发送模块以波特率B向从机接收模块发送三次0x55，作为波特率调整信息的标识符，然后发送需要调整的波特率R₁；执行步骤五；

步骤五、从机接收模块接收到步骤四主机发送模块发出的波特率更改请求，从机发送模块以波特率B向主机接收模块反馈需要更改的波特率大小，等待主机发送模块发回的确认信息；

步骤六、主机接收模块收到从机发送模块发回的反馈信息，若反馈信息与主机发送模块发起的波特率调整信息无误，由主机发送模块向从机接收模块反馈确认指令，执行步骤七，若有误，则执行步骤四；

步骤七、发送完确认指令之后，主机发送模块更改发送波特率为R₁；

步骤八、从机接收模块收到主机的确认指令，调整从机接收波特率为R₁，使从机接收波特率与主机发送波特率匹配；执行步骤二；

步骤九、从机接收模块需要发起波特率调整，设调整后的波特率为R₂，则在总线空闲时，由从机发送模块以现有波特率向主机接收模块发送三次0x55，作为波特率调整信息的标识符，然后发送需要调整的波特率R₂；执行步骤十；

步骤十、主机接收模块接收到步骤九从机发送模块发出的波特率更改请求，主机发送模块以现有波特率向从机接收模块反馈需要更改的波特率大小，等待从机发送模块发回的确认信息；

步骤十一、从机接收模块收到主机发送模块发回的反馈信息，若反馈信息与从机发送模块发起的波特率调整信息无误，则由从机发送模块向主机接收模块反馈确认指令，执行步骤十二，若有误，则执行步骤九；

步骤十二、发送完确认指令之后，从机接收模块更改接收波特率为R₂；

步骤十三、主机接收模块收到从机的确认指令，调整主机发送波特率为R₂，使从机接收波特率与主机发送波特率匹配；执行步骤二。

本发明包括以下有益效果：

1、本发明不仅可以让主机更改波特率，也可以让从机更改波特率。很多情况下，由于从机的计算能力不足，导致从机的储存空间被未计算的数据占据，造成很大的数据冗余，此时需要由从机发起UART总线的波特率降低的请求，让主机发送速率降低，缓解从机的储存压力。在从机冗余度充足的情况下，又可以让UART总线的波特率增加，提高通信效率。解决了现有自适应匹配方式通常忽略了从机发起的波特率改变的情况，实际上，从机也由于后续存储空间的限制，也需要对总线的波特率进行调整。

2、本发明可以在任意通信时刻发起波特率更改请求。

3、本发明的自适应波特率更改方式通过指令方式更改，不需要进行大量的计算，减少系统的功耗。

4、本发明更改的波特率可以为UART规定的最大波特率之下任意值。

5、此方法可以在相同条件下，将主机端模块和从机端模块的储存空间节省50％。

附图说明

图1为本发明的反馈型波特率调节原理示意图；

图2为本发明的反馈型波特率调节流程图；

图3为本发明的波特率自适应调节逻辑工作流程图；

图4为从机发起的波特率改变示意图。

具体实施方式

具体实施方式一、本实施方式反馈型的UART自适应波特率系统，所述系统包括：

本发明的目的是提供了一种在进行UART通信时，主机或者从机改变波特率的自适应匹配方法。如果总线的上的波特率发生了改变，可以快速方便地使主机和从机进行匹配。

实现上述目的，本发明在主机和从机分别需要接收和发送模块，共用一条UART总线；

主机发送模块、主机接收模块、从机发送模块、从机接收模块，主机和从机共用一条UART总线；

主机发送模块用来向从机的接收模块发送待发送的信息，主机发送模块包括主机复位接口，数据输入接口(这里的数据输入接口是主机上游模块产生的数据，这个模块只负责发送数据，相当一辆货车的功能，是运送数据)，主机波特率控制单元，主机FIFO；

所述待发送的信息为数据输入接口读取的主机上游模块产生的二进制比特信息流；

所述主机复位接口用来接收主机的复位指令，复位后主机波特率控制单元产生的波特率为初始值；

所述主机波特率控制单元是根据指令发起主机波特率改变的装置，该指令由两部分组成，第一部分是受主机FIFO深度影响发起的主机波特率改变的请求指令，第二部分是主机接收模块接收到的从机发送模块发起的波特率请求指令；主机波特率控制单元接受到任意一部分请求指令的时候会进行波特率的改变；

所述主机FIFO的作用是如果数据输入接口的数据(主机产生的信息)速率大于发送速率，可以将输入数据暂存起来。

这里的FIFO是存储主机产生的信息，需要在FIFO里排队向从机发送。FIFO并不接收从机向主机反馈的信息，因为从机向主机反馈的信息量很小，不用FIFO来储存。

复位输入接口的作用是用来初始化模块的，主机可变的发送波特率是用来决定发送数据的速率的，主机FIFO是用来储存主机产生的未发送的数据的(因为主机产生的数据可能很多，可能发送的速率小于主机产生的速率，所以需要把未发送的数据存起来，排队发)。

主机接收模块用来接收从机的反馈信息，主机接收模块包括主机复位接口、数据输入接口；

所述主机复位接口是用来接收主机的复位指令；

所述数据输入接口是接收UART总线上从机发送模块往主机发送的消息；

从机发送模块用于向主机的接收模块发送从机的波特率信息，从机的发送模块包括从机复位接口和数据输出接口；

所述从机复位接口是用来接收从机的复位指令，复位后从机波特率控制单元的波特率与主机波特率初始值一致；

所述数据输出接口是将从机发送模块的待发数据送到波特率控制单元，按照约定波特率向主机接收模块进行数据发送；

从机接收模块用来接收主机发送模块传递过来的数据信息，从机的接收模块包括从机复位输入接口，从机FIFO，从机波特率率控制单元和从机数据输出接口；

所述从机复位接口是接收从机复位指令，初始化从机接收模块；

所述从机FIFO的作用是如果从机接收模块接收到UART总线的速率大于后续计算处理模块(是从机接收到信息之后，相当于卡车卸货的速度如果大于工人运送的速度，那么就先FIFO储存起来。这里的后续处理模块是下游其他模块)能接收的最大速率时暂时存储主机发送过来的数据；

所述从机波特率控制单元是根据指令发起从机波特率改变的装置，该指令由两部分组成，第一部分是受从机FIFO深度影响发起的从机波特率改变的请求指令，第二部分是从机接收模块收到的主机发送模块发起的波特率请求指令；从机波特率控制单元接收到任意一部分请求指令的时候会进行波特率的改变；

所述从机输出接口是将从机FIFO中的数据按从机时钟顺序输出。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述UART为通用异步收发传输器，UART总线用来传递数据，包括空闲位、起始位、数据位、停止位。

其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述FIFO为先进先出队列，用来存储数据输入接口的二进制数据流。

其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四、本实施方式反馈型的UART自适应波特率方法，具体过程为：

步骤一、规定主机发送模块、从机发送模块的初始化波特率为B，初始化主机、从机；

步骤二、判断主机发送模块FIFO是否为空，若是，则停止波特率更改(FIFO为空的时候，就意味着没有数据可发)申请，主机发送模块等待数据(主机的发送模块等待主机前面的数据产生模块传递信息过来)；若否，则执行步骤三；

步骤三、判断主机FIFO数据是否堆积过大，若是，执行步骤四；

若否，判断从机接收模块FIFO数据是否堆积过大，若是，执行步骤九，若否，执行步骤二；

步骤四、主机发送模块需要发起波特率调整，设调整后的波特率为R₁，则在总线空闲时，由主机发送模块以波特率B向从机接收模块发送三次0x55，作为波特率调整信息的标识符，然后发送需要调整的波特率R₁；执行步骤五；

步骤五、从机接收模块接收到步骤四主机发送模块发出的波特率更改请求，从机发送模块以波特率B向主机接收模块反馈需要更改的波特率大小，等待主机发送模块发回的确认信息；

步骤六、主机接收模块收到从机发送模块发回的反馈信息，若反馈信息与主机发送模块发起的波特率调整信息无误，由主机发送模块向从机接收模块反馈确认指令，执行步骤七，若有误，则执行步骤四；

步骤七、发送完确认指令之后，主机发送模块更改发送波特率为R₁；

步骤八、从机接收模块收到主机的确认指令，调整从机接收波特率为R₁，使从机接收波特率与主机发送波特率匹配；执行步骤二；

步骤九、从机接收模块需要发起波特率调整，设调整后的波特率为R₂，则在总线空闲时，由从机发送模块以现有波特率向主机接收模块发送三次0x55，作为波特率调整信息的标识符，然后发送需要调整的波特率R₂；执行步骤十；

步骤十、主机接收模块接收到步骤九从机发送模块发出的波特率更改请求，主机发送模块以现有波特率向从机接收模块反馈需要更改的波特率大小，等待从机发送模块发回的确认信息；

步骤十一、从机接收模块收到主机发送模块发回的反馈信息，若反馈信息与从机发送模块发起的波特率调整信息无误，则由从机发送模块向主机接收模块反馈确认指令，执行步骤十二，若有误，则执行步骤九；

步骤十二、发送完确认指令之后，从机发送模块更改接收波特率为R₂；

步骤十三、主机接收模块收到从机的确认指令，调整主机发送波特率为R₂，使从机接收波特率与主机发送波特率匹配；执行步骤二。

采用以下实施例验证本发明的有益效果：

实施例一：

图4是从机发起的波特率改变的图，bclk_tx为主机发送模块波特率，bclk_rx为从机接收波特率，可以看到bclk_rx发生改变之后，主机的bclk_tx会随之发生自适应变化。

本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.反馈型的UART自适应波特率系统，其特征在于：所述系统包括：

主机发送模块、主机接收模块、从机发送模块、从机接收模块，主机和从机共用一条UART总线；

主机发送模块用来向从机的接收模块发送待发送的信息，主机发送模块包括主机复位接口，数据输入接口，主机波特率控制单元，主机FIFO；

所述待发送的信息为数据输入接口读取的主机上游模块产生的二进制比特信息流；

所述主机复位接口用来接收主机的复位指令，复位后主机波特率控制单元产生的波特率为初始值；

所述主机波特率控制单元是根据指令发起主机波特率改变的装置，该指令由两部分组成，第一部分是受主机FIFO深度影响发起的主机波特率改变的请求指令，第二部分是主机接收模块接收到的从机发送模块发起的波特率请求指令；主机波特率控制单元接受到任意一部分请求指令的时候会进行波特率的改变；

所述主机FIFO的作用是如果数据输入接口的数据速率大于发送速率，将输入数据暂存起来；

主机接收模块用来接收从机的反馈信息，主机接收模块包括主机复位接口、数据输入接口；

所述主机复位接口是用来接收主机的复位指令；

所述数据输入接口是接收UART总线上从机发送模块往主机发送的消息；

从机发送模块用于向主机的接收模块发送从机的波特率信息，从机的发送模块包括从机复位接口和数据输出接口；

所述从机复位接口是用来接收从机的复位指令，复位后从机波特率控制单元的波特率与主机波特率初始值一致；

所述数据输出接口是将从机发送模块的待发数据送到波特率控制单元，按照约定波特率向主机接收模块进行数据发送；

从机接收模块用来接收主机发送模块传递过来的数据信息，从机的接收模块包括从机复位输入接口，从机FIFO，从机波特率率控制单元和从机数据输出接口；

所述从机复位接口是接收从机复位指令，初始化从机接收模块；

所述从机FIFO的作用是如果从机接收模块接收到UART总线的速率大于后续计算处理模块能接收的最大速率时暂时存储主机发送过来的数据；

所述从机波特率控制单元是根据指令发起从机波特率改变的装置，该指令由两部分组成，第一部分是受从机FIFO深度影响发起的从机波特率改变的请求指令，第二部分是从机接收模块收到的主机发送模块发起的波特率请求指令；从机波特率控制单元接收到任意一部分请求指令的时候会进行波特率的改变；

所述从机输出接口是将从机FIFO中的数据按从机时钟顺序输出。

2.根据权利要求1所述反馈型的UART自适应波特率系统，其特征在于：所述UART为通用异步收发传输器，UART总线用来传递数据，包括空闲位、起始位、数据位、停止位。

3.根据权利要求1或2所述反馈型的UART自适应波特率系统，其特征在于：所述FIFO为先进先出队列，用来存储数据输入接口的二进制数据流。

4.一种基于权利要求1所述反馈型的UART自适应波特率系统的自适应波特率方法，其特征在于：所述方法具体过程为：

步骤一、规定主机发送模块、从机发送模块的初始化波特率为B，初始化主机、从机；

步骤二、判断主机发送模块FIFO是否为空，若是，则停止波特率更改申请，主机发送模块等待数据；若否，则执行步骤三；

步骤三、判断主机FIFO数据是否堆积过大，若是，执行步骤四；

若否，判断从机接收模块FIFO数据是否堆积过大，若是，执行步骤九，若否，执行步骤二；

步骤四、主机发送模块需要发起波特率调整，设调整后的波特率为R₁，则在总线空闲时，由主机发送模块以波特率B向从机接收模块发送三次0x55，作为波特率调整信息的标识符，然后发送需要调整的波特率R₁；执行步骤五；

步骤五、从机接收模块接收到步骤四主机发送模块发出的波特率更改请求，从机发送模块以波特率B向主机接收模块反馈需要更改的波特率大小，等待主机发送模块发回的确认信息；

步骤六、主机接收模块收到从机发送模块发回的反馈信息，若反馈信息与主机发送模块发起的波特率调整信息无误，由主机发送模块向从机接收模块反馈确认指令，执行步骤七，若有误，则执行步骤四；

步骤七、发送完确认指令之后，主机发送模块更改发送波特率为R₁；

步骤八、从机接收模块收到主机的确认指令，调整从机接收波特率为R₁，使从机接收波特率与主机发送波特率匹配；执行步骤二；

步骤九、从机接收模块需要发起波特率调整，设调整后的波特率为R₂，则在总线空闲时，由从机发送模块以现有波特率向主机接收模块发送三次0x55，作为波特率调整信息的标识符，然后发送需要调整的波特率R₂；执行步骤十；

步骤十、主机接收模块接收到步骤九从机发送模块发出的波特率更改请求，主机发送模块以现有波特率向从机接收模块反馈需要更改的波特率大小，等待从机发送模块发回的确认信息；

步骤十一、从机接收模块收到主机发送模块发回的反馈信息，若反馈信息与从机发送模块发起的波特率调整信息无误，则由从机发送模块向主机接收模块反馈确认指令，执行步骤十二，若有误，则执行步骤九；

步骤十二、发送完确认指令之后，从机发送模块更改接收波特率为R₂；

步骤十三、主机接收模块收到从机的确认指令，调整主机发送波特率为R₂，使从机接收波特率与主机发送波特率匹配；执行步骤二。

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