CN112667549A - 一种通讯方法及模拟量采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通讯方法，应用于模拟量采集系统中处理器。该方案中，由于优先级高的寄存器的访问时间间隔短，处理器能够在单位时间内多次访问优先级高的寄存器，该方案对于寄存器的访问不再采用简单的轮询，避免了频繁轮询导致SPI总线负荷高的问题，能够提高处理器的访问效率。本发明还公开了一种模拟量采集系统，具有与上述通讯方法相同的有益效果。

Description

一种通讯方法及模拟量采集系统

技术领域

本发明涉及通信领域，特别是涉及一种通讯方法及模拟量采集系统。

背景技术

模拟量采集系统通常包括处理器、ADC(Analog to Digital Converter，模拟数字转换器)以及SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)。处理器通过SPI向ADC发送命令，ADC基于处理器的命令进行数据读取。

请参照图1，图1为本发明提供的现有技术中处理器采用简单轮询的方式访问ADC中的多个寄存器的过程流程图。现有技术中，处理器采用轮询的方式访问ADC中的多个寄存器。例如，ADC中包括寄存器一、寄存器二和寄存器三，处理器依次访问寄存器一、寄存器二、寄存器三，然后按照预先设定的周期访问寄存器一、寄存器二、寄存器三，以此类推。处理器对ADC的访问过程中，要想单位时间内多访问其中某一个寄存器必须提高SPI总线频率、对多个寄存器进行整体频繁轮询。这种方式访问效率较低，并且频繁轮询会导致SPI总线负荷高，而提高总线频率会带来时序和信号完整性等多方面问题，解决这些问题必然会增加设计成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种通讯方法及模拟量采集系统，能够在单位时间内多次访问优先级高的寄存器，该方案对于寄存器的访问不再采用简单的轮询，避免了频繁轮询导致SPI总线负荷高的问题，能够提高处理器的访问效率。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种通讯方法，应用于模拟量采集系统中的处理器，所述处理器与模拟数字转换器ADC通过串行外设接口SPI连接，所述ADC包括多个寄存器，该通讯方法包括：

按照优先级对多个所述寄存器设置不同的访问时间间隔，其中，所述寄存器的优先级越高，访问时间间隔越短；

基于所述寄存器对应的访问时间间隔通过所述SPI访问相应的寄存器。

优选地，还包括向所述处理器供电的第一电源和向所述ADC供电的第二电源；

按照优先级对多个所述寄存器设置不同的访问时间间隔之前，还包括：

向所述ADC发送复位信号；

若接收到所述ADC发送的复位完成信号，判定所述ADC上电完成，进入按照优先级对多个所述寄存器设置不同的访问时间间隔的步骤；

若没有接收到所述ADC发送的复位完成信号，判定所述ADC未上电，返回向所述ADC发送复位信号的步骤。

优选地，所述ADC包括配置寄存器、诊断寄存器、数据寄存器及身份标识ID寄存器；

基于寄存器对应的访问时间间隔通过所述SPI访问不同的寄存器，包括：

基于所述寄存器对应的访问时间间隔在控制命令上添加时间戳，其中，所述控制命令为所述处理器向所述ADC发送的控制所述配置寄存器进行配置或配置检测、控制所述诊断寄存器进行ADC状态读取、控制所述数据寄存器进行数据读取以及控制所述ID寄存器进行通信状态读取的命令；

所述ADC基于所述控制命令控制所述配置寄存器进行配置或配置检测、控制所述诊断寄存器进行ADC状态读取、控制所述数据寄存器进行数据读取以及控制所述ID寄存器进行通信状态读取。

优选地，所述处理器为具备并行能力的处理器，所述ADC为多个；

基于寄存器对应的访问时间间隔通过所述SPI访问不同的寄存器，包括：

基于所述时间戳信息控制多个所述ADC同步工作。

优选地，控制所述配置寄存器进行配置检测，包括：

读取所述配置寄存器的第一实际数据，判断所述第一实际数据是否与第一预设数据相同，其中，所述第一实际数据为所述配置寄存器在配置后用于指示所述ADC是否配置成功的标识，所述第一预设数据为预先对所述配置寄存器设定的用于与所述第一实际数据对比的基准标识；

若是，判定所述ADC配置成功；

若否，判定所述ADC未配置成功，控制所述ADC复位。

优选地，所述ADC状态包括所述ADC处于正常状态和所述ADC处于不正常状态；

控制所述诊断寄存器进行ADC状态读取，包括：

读取所述诊断寄存器的第二实际数据，判断所述第二实际数据是否与第二预设数据相同，其中，所述第二实际数据为所述诊断寄存器用于指示所述ADC状态是否处于正常状态的标识，所述第二预设数据为预先对所述诊断寄存器设定的用于与所述第二实际数据对比的基准标识；

若是，判定所述ADC处于正常状态；

若否，判定所述ADC处于不正常状态，将所述ADC处于不正常状态的信息进行上报。

优选地，所述通信状态包括所述SPI处于正常状态和所述SPI处于不正常状态；

控制所述ID寄存器进行通信状态读取，包括：

读取所述ID寄存器的第三实际数据，判断所述第三实际数据是否与第三预设数据相同，其中，所述第三实际数据为所述ID寄存器用于指示所述SPI是否处于正常状态的标识，所述第三预设数据为预先对所述ID寄存器设定的用于与所述第三实际数据对比的基准标识；

若是，判定所述SPI处于正常状态；

若否，判定所述SPI处于不正常状态，控制所述ADC复位。

优选地，还包括：

在每一个所述寄存器上分配唯一的识别码，以便在所述ADC发生故障时通过所述寄存器上的识别码定位故障位置。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种模拟量采集系统，包括：

处理器，用于执行所述计算机程序时实现上述所述通讯方法的步骤；

ADC，用于基于所述处理器的控制进行相应地读取；

与所述处理器及所述ADC连接的SPI，用于实现所述处理器与所述ADC之间的通信；

与所述处理器连接的第一电源，用于向所述处理器供电；

与所述ADC连接的第二电源，用于向所述ADC供电。

优选地，还包括：

与所述ADC连接的指示灯，用于在所述ADC配置成功时闪烁，在所述ADC配置不成功时熄灭。

本发明提供了一种通讯方法，应用于模拟量采集系统中的处理器。该方案中，由于优先级高的寄存器的访问时间间隔短，处理器能够在单位时间内多次访问优先级高的寄存器，该方案对于寄存器的访问不再采用简单的轮询，避免了频繁轮询导致SPI总线负荷高的问题，能够提高处理器的访问效率。

本发明还提供了一种模拟量采集系统，具有与上述通讯方法相同的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的现有技术中处理器采用简单轮询的方式访问ADC中的多个寄存器的过程流程图；

图2为本发明提供的一种通讯方法的过程流程图；

图3为本发明提供的一种通讯方法的访问时序图；

图4为本发明提供的一种模拟量采集系统的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种通讯方法及模拟量采集系统，能够在单位时间内多次访问优先级高的寄存器，该方案对于寄存器的访问不再采用简单的轮询，避免了频繁轮询导致SPI总线负荷高的问题，能够提高处理器的访问效率。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1、图2和图3，图1为本发明提供的现有技术中处理器采用简单轮询的方式访问ADC中的多个寄存器的过程流程图，图2为本发明提供的一种通讯方法的过程流程图，图3为本发明提供的一种通讯方法的访问时序图，图3中，以ADC包括配置寄存器、数据寄存器和诊断寄存器共三个寄存器，数据寄存器的访问时间间隔为10us为例。

该通讯方法应用于模拟量采集系统中的处理器，处理器与ADC通过SPI连接，ADC包括多个寄存器，该通讯方法包括：

S11：按照优先级对多个寄存器设置不同的访问时间间隔，其中，寄存器的优先级越高，访问时间间隔越短；

S12：基于寄存器对应的访问时间间隔通过SPI访问相应的寄存器。

申请人考虑到，现有技术中，处理器采用轮询的方式访问ADC中的多个寄存器，要想单位时间内多访问其中某一个寄存器必须提高SPI总线频率、对多个寄存器进行整体频繁轮询。这种方式访问效率较低，并且频繁轮询会导致SPI总线负荷高，而提高总线频率会带来时序和信号完整性等多方面问题，解决这些问题必然会增加设计成本。

在本实施例中，处理器按照优先级对多个寄存器设置不同的访问时间间隔，并基于寄存器对应的访问时间间隔通过SPI访问相应的寄存器。

例如，ADC包括三个寄存器，分别是配置寄存器、数据寄存器和诊断寄存器，优先级从高到低为数据寄存器、配置检测器、诊断寄存器，数据寄存器的访问时间间隔为10us、配置检测器的访问时间间隔为20us、诊断寄存器的访问时间间隔为50us。若SPI总线为16MHz，发送命令8bit，接收数据16bit，则单次访问需要时间1.5us。在50us时，数据寄存器和诊断寄存器均需要访问，此时，处理器首先访问优先级高的寄存器，即数据寄存器，由于通常单次访问寄存器的时间远小于各寄存器的访问时间间隔，当处理器访问数据寄存器完成后再访问诊断寄存器。

需要说明的是，考虑到本方案在实际应用中，ADC能够同步实现读取数据和对读取到的数据进行处理，并且本方案适用于一个处理器控制多个ADC工作的情况，这就需要保证时间轴的时间准确性，以及处理器访问多个寄存器时的时间和任务的匹配性。因此，本方案通常使用具有并行能力的处理器完成，能够满足多任务下的实时同步和高效执行。

此外，这里的处理器通常为FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)，当然处理器不仅限为FPGA，本申请在此不做特别的限定。

综上，由于优先级高的寄存器的访问时间间隔短，处理器能够在单位时间内多次访问优先级高的寄存器，该方案对于寄存器的访问不再采用简单的轮询，避免了频繁轮询导致SPI总线负荷高的问题，能够提高处理器的访问效率。

在上述实施例的基础上：

作为一种优选地实施例，模拟量采集系统还包括向处理器供电的第一电源和向ADC供电的第二电源；

按照优先级对多个寄存器设置不同的访问时间间隔之前，还包括：

向ADC发送复位信号；

若接收到ADC发送的复位完成信号，判定ADC上电完成，进入按照优先级对多个寄存器设置不同的访问时间间隔的步骤；

若没有接收到ADC发送的复位完成信号，判定ADC未上电，返回向ADC发送复位信号的步骤。

现有技术中，在双电源供电情况下，通常采用增加硬件电源检测电路来检测电源的可靠性。具体地，硬件电源检测电路检测到电源正常状态保持几毫秒以上才认为是真正的电源状态正常，电源坏同样是坏信号保持几毫秒以后认为是电源处于坏状态。但这种方式在检测时存在延迟，实时性差；并且增加硬件电源检测电路必然会带来成本的增加和模块体积的增大。

在本实施例中，处理器向ADC发送复位信号，若ADC已上电，ADC会向处理器发送复位完成信号，处理器能够通过ADC发送的复位完成信号判定ADC上电完成；如果处理器没有接收到ADC发送的复位完成信号，判定ADC暂时未上电，继续向ADC发送复位信号。能够在不使用任何多余硬件设计的情况下，直接通过处理器检测双电源供电下处理器和ADC是否同时上电，不存在延迟，实时性高，并且不会增大模块体积、成本较低。

作为一种优选地实施例，ADC包括配置寄存器、诊断寄存器、数据寄存器及ID(Identity Document，身份标识)寄存器；

基于寄存器对应的访问时间间隔通过SPI访问不同的寄存器，包括：

基于寄存器对应的访问时间间隔在控制命令上添加时间戳，其中，控制命令为处理器向ADC发送的控制配置寄存器进行配置或配置检测、控制诊断寄存器进行ADC状态读取、控制数据寄存器进行数据读取以及控制ID寄存器进行通信状态读取的命令；

ADC基于控制命令控制配置寄存器进行配置或配置检测、控制诊断寄存器进行ADC状态读取、控制数据寄存器进行数据读取以及控制ID寄存器进行通信状态读取。

在本实施例中，提出了一种处理器基于寄存器对应的访问时间间隔通过SPI访问不同的寄存器的具体实现方式。具体地，处理器中的控制命令上添加有时间戳，处理器基于时间戳能够将控制命令在预设的时间点发送至ADC，能够保证处理器在时间轴上访问寄存器的时间准确性。

此外，这里通过配置寄存器对ADC的配置可以为配置ADC读取数据的类型、量程、速率等，但不仅限为此，本申请在此不做特别的限定。

需要说明的是，由于本方案在物理层使用SPI机制，这里的通信状态通常指SPI接口是否正常。

此外，这里配置寄存器、诊断寄存器、数据寄存器及ID寄存器的优先级通常为数据寄存器>配置寄存器>诊断寄存器>ID寄存器。

当然，这里的ADC不仅限为包括配置寄存器、诊断寄存器、数据寄存器及ID寄存器，配置寄存器、诊断寄存器、数据寄存器及ID寄存器的优先级大小也不仅限为上述顺序，本申请在此不做特别的限定。

作为一种优选地实施例，处理器为具备并行能力的处理器，ADC为多个；

基于寄存器对应的访问时间间隔通过SPI访问不同的寄存器，包括：

基于时间戳信息控制多个ADC同步工作。

为了实现处理器同步访问多个ADC中的寄存器时时间轴的时间准确性、以及时间和任务的匹配性，在本实施例中，处理器为具备并行能力的处理器，具备并行能力的处理器能够基于时间戳信息控制多个ADC同步工作，进而实现多任务下的实时同步和高效执行。

作为一种优选地实施例，控制配置寄存器进行配置检测，包括：

读取配置寄存器的第一实际数据，判断第一实际数据是否与第一预设数据相同，其中，第一实际数据为配置寄存器在配置后用于指示ADC是否配置成功的标识，第一预设数据为预先对配置寄存器设定的用于与第一实际数据对比的基准标识；

若是，判定ADC配置成功；

若否，判定ADC未配置成功，控制ADC复位。

考虑到传统的模拟量采集系统在重复读数时无法确定读取到数据的真实性，比如ADC在收到处理器新的配置之前由于外部干扰等问题发生复位，会导致ADC按照出厂时默认的配置进行读数，造成读取错误数据，在工控行业读取错误数据可能会发生危险。

在本实施例中，处理器通过读取配置寄存器的第一实际数据，判断第一实际数据是否与第一预设数据相同，进而判断处理器是否对ADC配置成功。若ADC在收到处理器新的配置之前由于外部干扰等问题发生复位等故障，处理器能够通过访问配置寄存器检测出ADC发生故障，不会导致ADC继续读取错误数据，提高了读取到的数据的真实性，进而提高了工控行业的安全性。

作为一种优选地实施例，ADC状态包括ADC处于正常状态和ADC处于不正常状态；

控制诊断寄存器进行ADC状态读取，包括：

读取诊断寄存器的第二实际数据，判断第二实际数据是否与第二预设数据相同，其中，第二实际数据为诊断寄存器用于指示ADC状态是否处于正常状态的标识，第二预设数据为预先对诊断寄存器设定的用于与第二实际数据对比的基准标识；

若是，判定ADC处于正常状态；

若否，判定ADC处于不正常状态，将ADC处于不正常状态的信息进行上报。

考虑到ADC可能会发生断线、温度过高等故障，为了检测ADC是否处于正常状态，在本实施例中，处理器通过读取诊断寄存器的第二实际数据，判断第二实际数据是否与第二预设数据相同来判断ADC是否处于正常状态，若ADC处于不正常状态，将ADC处于不正常状态的信息进行上报。

此外，模拟量采集系统通常包括报警模块，当ADC处于不正常状态时，报警模块会发出警报以提醒工作人员。

作为一种优选地实施例，通信状态包括SPI处于正常状态和SPI处于不正常状态；

控制ID寄存器进行通信状态读取，包括：

读取ID寄存器的第三实际数据，判断第三实际数据是否与第三预设数据相同，其中，第三实际数据为ID寄存器用于指示SPI是否处于正常状态的标识，第三预设数据为预先对ID寄存器设定的用于与第三实际数据对比的基准标识；

若是，判定SPI处于正常状态；

若否，判定SPI处于不正常状态，控制ADC复位。

考虑到本方案在物理层使用SPI机制，为了检测SPI是否处于正常状态，在本实施例中，处理器通过读取ID寄存器的第三实际数据，判断第三实际数据是否与第三预设数据相同来判断SPI是否处于正常状态，若SPI处于不正常状态，控制ADC复位。

作为一种优选地实施例，还包括：

在每一个寄存器上分配唯一的识别码，以便在ADC发生故障时通过寄存器上的识别码定位故障位置。

考虑到在处理器配置过程中，若多个寄存器中的单一寄存器出现故障，现有技术的协议无法定位寄存器。在本实施例中，在每一个寄存器上分配唯一的识别码，当寄存器发生故障时，能够通过查看调试信息直接读取到哪个寄存器配置失败，方便进行故障定位。

请参照图4，图4为本发明提供的一种模拟量采集系统的结构示意图。

该系统包括：

处理器1，用于执行计算机程序时实现上述通讯方法的步骤；

ADC3，用于基于处理器1的控制进行相应地读取；

与处理器1及ADC3连接的SPI2，用于实现处理器1与ADC3之间的通信；

与处理器连接的第一电源5，用于向处理器1供电；

与ADC连接的第二电源6，用于向ADC3供电。

现有技术中模拟量采集系统在设计时绝大多数采用单电源供电，即通过同一个电源向处理器1和ADC3供电，但是这样设计抗干扰能力很差，单电源方案可以满足成本和可靠性要求不高的场合，无法适用于工业控制和安全级设备。

在本实施例中，通过第一电源5向处理器1供电，通过第二电源6向ADC3供电。双电源供电相对有单电源的优势是双电源可以起到故障隔离的作用，能够适用于工业控制和安全级设备。

在上述实施例的基础上：

作为一种优选地实施例，还包括：

与ADC3连接的指示灯4，用于在ADC3配置成功时闪烁，在ADC3配置不成功时熄灭。

在本实施例中，模拟量采集系统还包括指示灯4，在配置寄存器进行配置检测，判定ADC3配置成功时，指示灯4闪烁，判定ADC3配置不成功时指示灯4熄灭，以便提醒工作人员ADC3的配置状态。

对于本发明提供的一种模拟量采集系统的介绍请参照上述发明实施例，本发明在此不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

Claims (10)

1.一种通讯方法，其特征在于，应用于模拟量采集系统中的处理器，所述处理器与模拟数字转换器ADC通过串行外设接口SPI连接，所述ADC包括多个寄存器，该通讯方法包括：

按照优先级对多个所述寄存器设置不同的访问时间间隔，其中，所述寄存器的优先级越高，访问时间间隔越短；

基于所述寄存器对应的访问时间间隔通过所述SPI访问相应的寄存器。

2.如权利要求1所述的通讯方法，其特征在于，还包括向所述处理器供电的第一电源和向所述ADC供电的第二电源；

按照优先级对多个所述寄存器设置不同的访问时间间隔之前，还包括：

向所述ADC发送复位信号；

若接收到所述ADC发送的复位完成信号，判定所述ADC上电完成，进入按照优先级对多个所述寄存器设置不同的访问时间间隔的步骤；

若没有接收到所述ADC发送的复位完成信号，判定所述ADC未上电，返回向所述ADC发送复位信号的步骤。

3.如权利要求1所述的通讯方法，其特征在于，所述ADC包括配置寄存器、诊断寄存器、数据寄存器及身份标识ID寄存器；

基于寄存器对应的访问时间间隔通过所述SPI访问不同的寄存器，包括：

基于所述寄存器对应的访问时间间隔在控制命令上添加时间戳，其中，所述控制命令为所述处理器向所述ADC发送的控制所述配置寄存器进行配置或配置检测、控制所述诊断寄存器进行ADC状态读取、控制所述数据寄存器进行数据读取以及控制所述ID寄存器进行通信状态读取的命令；

所述ADC基于所述控制命令控制所述配置寄存器进行配置或配置检测、控制所述诊断寄存器进行ADC状态读取、控制所述数据寄存器进行数据读取以及控制所述ID寄存器进行通信状态读取。

4.如权利要求3所述的通讯方法，其特征在于，所述处理器为具备并行能力的处理器，所述ADC为多个；

基于寄存器对应的访问时间间隔通过所述SPI访问不同的寄存器，包括：

基于所述时间戳信息控制多个所述ADC同步工作。

5.如权利要求3所述的通讯方法，其特征在于，控制所述配置寄存器进行配置检测，包括：

读取所述配置寄存器的第一实际数据，判断所述第一实际数据是否与第一预设数据相同，其中，所述第一实际数据为所述配置寄存器在配置后用于指示所述ADC是否配置成功的标识，所述第一预设数据为预先对所述配置寄存器设定的用于与所述第一实际数据对比的基准标识；

若是，判定所述ADC配置成功；

若否，判定所述ADC未配置成功，控制所述ADC复位。

6.如权利要求3所述的通讯方法，其特征在于，所述ADC状态包括所述ADC处于正常状态和所述ADC处于不正常状态；

控制所述诊断寄存器进行ADC状态读取，包括：

读取所述诊断寄存器的第二实际数据，判断所述第二实际数据是否与第二预设数据相同，其中，所述第二实际数据为所述诊断寄存器用于指示所述ADC状态是否处于正常状态的标识，所述第二预设数据为预先对所述诊断寄存器设定的用于与所述第二实际数据对比的基准标识；

若是，判定所述ADC处于正常状态；

若否，判定所述ADC处于不正常状态，将所述ADC处于不正常状态的信息进行上报。

7.如权利要求3所述的通讯方法，其特征在于，所述通信状态包括所述SPI处于正常状态和所述SPI处于不正常状态；

控制所述ID寄存器进行通信状态读取，包括：

读取所述ID寄存器的第三实际数据，判断所述第三实际数据是否与第三预设数据相同，其中，所述第三实际数据为所述ID寄存器用于指示所述SPI是否处于正常状态的标识，所述第三预设数据为预先对所述ID寄存器设定的用于与所述第三实际数据对比的基准标识；

若是，判定所述SPI处于正常状态；

若否，判定所述SPI处于不正常状态，控制所述ADC复位。

8.如权利要求1至7任一项所述的通讯方法，其特征在于，还包括：

在每一个所述寄存器上分配唯一的识别码，以便在所述ADC发生故障时通过所述寄存器上的识别码定位故障位置。

9.一种模拟量采集系统，其特征在于，包括：

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至8任一项所述通讯方法的步骤；

ADC，用于基于所述处理器的控制进行相应地读取；

与所述处理器及所述ADC连接的SPI，用于实现所述处理器与所述ADC之间的通信；

与所述处理器连接的第一电源，用于向所述处理器供电；

与所述ADC连接的第二电源，用于向所述ADC供电。

10.如权利要求9所述的模拟量采集系统，其特征在于，还包括：

与所述ADC连接的指示灯，用于在所述ADC配置成功时闪烁，在所述ADC配置不成功时熄灭。

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