CN112765072A - 一种串行互联总线数据帧格式及传输方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种串行互联总线数据帧格式及传输方法，所述总线数据帧格式包括依次排列的仲裁字段、同步字段、数据帧和保护字段，所述保护字段用于接收ACK确认，仲裁字段包括帧标识、帧优先级、应用优先级、可控优先级和板卡地址优先级。帧标识表示仲裁字段的发送起始，帧优先级对应数据链路层传输数据的优先级，如复位、开始、执行等数据，应用优先级对应总线中不同的应用端，可控优先级为可以即时性的人为控制的优先级，通过帧优先级、应用优先级、可控优先级以及板卡地址优先级的选用以及排布方式，实现数据传输过程中的仲裁，从而保证在多样化数据传输过程中多应用的复杂数据传输，提高了通信的准确性，使得总线所连接的节点数据处理更为准确。

Description

一种串行互联总线数据帧格式及传输方法
技术领域
本申请涉及串行通信技术领域，尤其是涉及一种串行互联总线数据帧格式及传输方法。
背景技术
在很多工业现场的应用中，为了提升互联的可靠性并降低互联的代价，在通信带宽要求不是很高的情况下，往往会采用串行通信的方式互联。
在串行通信中，一般是多个节点在一个总线上传输数据，通过设置一定的通信机制，使得多个节点依次占用信道发送数据，在数据传输过程中，数据的稳定性以及传输的准确性都是考验通信机制数据传输质量的必要特征。
在多个节点同时抢占信道过程中，一般都会设定一定的仲裁机制判定节点的优先级，以避免产生总线冲突。而在相关技术中，一般都是依据板卡地址进行仲裁判断。
但是在同一总线中，节点的种类会有不同，这时候，节点之间传输的数据种类就相应的增多，单纯的依据板卡地址进行仲裁判断，容易引起节点设备数据处理失误。如同一总线上的节点A和节点B，节点A需要在一定的数据环境下对节点B传输的数据进行处理，则节点A在接收数据过程中就需要先接收一个复位的指令，以更新数据环境，然后再接收节点B的数据；反之，如果节点A先接收节点B的数据再接收复位的指令，就会导致节点A的数据出现错误。
发明内容
为了提高多节点的多样化数据传输中的通信准确性，本申请提供一种串行互联总线数据帧格式及传输方法。
第一方面，本申请提供一种串行互联总线数据帧格式，其特征在于，包括：所述总线数据帧包括依次排列的仲裁字段、同步字段、数据帧和保护字段，所述保护字段用于接收ACK确认，所述仲裁字段包括帧标识、帧优先级、应用优先级、可控优先级和板卡地址优先级。
通过采用上述技术方案，帧标识表示仲裁字段的发送起始，帧优先级对应数据链路层传输数据的优先级，如复位、开始、执行等数据，应用优先级对应总线中不同的应用端，可控优先级为可以即时性的人为控制的优先级，通过帧优先级、应用优先级、可控优先级以及板卡地址优先级的选用以及排布方式，实现数据传输过程中的仲裁，从而保证在多样化数据传输过程中多应用的复杂数据传输，提高了通信的准确性，使得总线所连接的节点数据处理更为准确。
作为本申请的改进，所述数据帧包括依次排列的帧类型、目的地址、源地址、数据长度、数据正文和校验位。
作为本申请的改进，所述ACK确认包括依次排列的保护间隙和数据应答。
作为本申请的改进，所述ACK确认还包括位于所述数据应答后的仲裁应答。
通过采用上述技术方案，仲裁应答的设置可实现对仲裁字段准确性的判定，从而保证数据传输的准确性；同时，由于仲裁字段包括有帧优先级、应用优先级、可控优先级和板卡地址优先级，从而提供了仲裁应答过程中应答的准确性。
第二方面，本申请提供一种串行互联总线传输方法，其特征在于，所述串行互联总线传输为多个节点采用权利要求1-4任一项所述的总线数据帧格式进行数据互通；
当所述节点发送仲裁字段时，若所述仲裁字段的电平为隐性且总线电平为显性，则终止发送，反之，则继续发送。
作为本申请的改进，所述节点在发送完所述数据帧后等待ACK确认，所述ACK确认包括对应所述数据帧内的数据应答以及对应所述仲裁字段的仲裁应答，若所述ACK确认正确，则完成数据传输，反之，则重新发送所述数据。
通过采用上述技术方案，ACK确认的方式属于帧内确认，不需要额外的确认帧，提高了数据传输的有效性。同时，仲裁应答的设置也可以实现对仲裁字段的确认，提高了数据传输的准确性。
第三方面，本申请提供一种串行互联总线传输方法，其特征在于，所述串行互联总线传输为多个节点采用权利要求1-4任一项所述的总线数据帧格式进行数据互通；
当所述节点接收所述数据帧完毕后，向所述总线返回ACK确认。
作为本申请的改进，所述ACK确认包括对应所述数据帧内的数据应答以及对应所述仲裁字段的仲裁应答。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.仲裁字段的排布方式可以实现总线数据优先级判定，在多节点多种数据的应用环境中可以提高每一数据传输的准确性。
2.仲裁应答的设置可以实现对仲裁字段的应答，实现了对仲裁字段的校验，进一步的提高了数据传输的准确性。
附图说明
图1是本申请中总线传输结构拓扑图。
图2是本申请中总线数据帧结构示意图。
图3是本申请中总线数据帧的仲裁字段结构示意图。
图4是本申请中节点应用优先级示意图。
图5是本申请中数据帧结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，如无特殊说明，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
下面结合说明书附图对本申请实施例作进一步详细描述。
参照图1，本申请实施例提供一种串行互联总线数据帧格式，本实施例所述的总线数据帧格式是在同一总线传输中的多节点的多样化数据传输中应用到的总线数据帧。为了便于能够增强本方案所述总线数据帧的效果，首先对总线传输模型中改进后的驱动器进行介绍。所述的多节点包括但不限定于连接在所述总线上的具有不同功能的设备、软件、终端及传感器模块等，各节点均具备或不具备接收或发送数据的功能，各节点通过总线实现数据的相互传输，且各节点在总线数据传输中具备完全对等的权限。当然，在节点内部也可以自行设置是否具备数据的接收或发送功能，在此不做限定。
本实施例中总线传输采用Ⅱ类M-LVDS总线驱动器，即输出电压大于等于150mV对应逻辑1，输出电压小于等于50mV对应逻辑0。这样就保证了M-LVDS总线在空闲时处于可靠、稳定状态。为了保证M-LVDS总线中所有节点完全对等，M-LVDS采用半双工互联方式。在一个优选的示例中，M-LVDS总线驱动器选用型号为ADN4696E的驱动器。
参照图2，本实施例所述的总线数据帧包括依次排列的仲裁字段、同步字段、数据帧和保护字段，保护字段用于接收ACK确认。其中，同步字段占8bit，数据帧依据所需传输的数据占据不同长度的数据空间。
在多个节点抢占总线过程中，为了避免出现数据传输的误差，一般会在仲裁字段为总线数据帧配置优先级，但是这种优先级配置方式并不能满足多种设备的多种数据传输应用场景，其原因在于：当总线所连接的节点过多、节点间均存在数据互通且节点互通的数据之间具有相互之间的关联性时，就会造成节点内部数据更新速率存在差异，从而影响到节点间功能上的相互配合，如多个节点连接同一数据平台时，数据平台同步采集各节点数据并进行处理，当节点数据更新速率存在差异且影响到节点间功能上的相互配合时，就会导致数据平台上的数据处理结果与实际结果存在波动性的差异。
为了解决这一技术问题，提高多节点数据通信的准确性，本申请在仲裁字段的设计上实现突破。
参照图3，在一个示例中，仲裁字段包括依次排列的1bit帧标识、2bit帧优先级、4bit应用优先级、3bit可控优先级和6bit板卡地址优先级。帧标识表示仲裁字段的发送起始。
在一个示例中，帧优先级表示数据链路层传输数据类型的优先级，如复位、开始、执行等不同类型的数据，并依据不同数据类型赋予不同总线数据帧等级的优先级，优选的，依据不同数据类型在逻辑处理中的顺序按照降序的方式依次赋予不同类型数据以不同的优先级。如按照逻辑处理顺序，先获取数据再输出数据，则输出类型数据小于获取类型数据，又例如按照逻辑处理顺序，要求节点在暂停时节点所存储的数据为当前总线上的最新数据，则传输数据的数据类型优先级大于暂定指令数据类型的优先级。
应用优先级对应总线中节点所代表的不同的应用端的优先级，即总线数据帧传输目标节点的应用端优先级。应用优先级的设置方式按照总线系统中目标应用端级别由小到大的顺序按照降序的方式依次赋予不同总线数据帧以不同的优先级。参照图4，如目标应用端A在总线系统中的应用端级别小于应用端B在总线中的应用端级别，应用端B在总线系统中的应用端级别小于应用端C在总线中的应用端级别，则目标应用端为B的总线数据帧的应用优先级大于目标应用端为C的总线数据帧的应用优先级，且小于目标应用端为A的总线数据帧的应用优先级。
可控优先级为可以即时性的人为控制的优先级,当有人为设定的数据传输优先级时，则可控优先级依据人为设定的数据传输优先级具有相同或不同的赋值，当无人为设定的数据传输优先级时，则可控优先级为3bit的显性跳变。
通过帧优先级、应用优先级、可控优先级以及板卡地址优先级的选用以及排布方式，实现数据传输过程中的仲裁，从而保证在多样化数据传输过程中多应用的复杂数据传输顺序符合总线所涉及的系统工作要求，提高了通信的准确性。
参照图5，在一个优选的示例中，作为可变帧的数据帧包括8bit的帧类型、8bit的目的地址、8bit的源地址、8bit的数据长度、1word-128word的数据正文以及16bit的CRC校验位,其中，1word=16bit。
帧类型定义了数据帧的目的，本实施例中，对总线数据传输过程中的帧类型进行了详细说明，说明如下：
帧类型代码 帧类型说明
0x00 保留
0x01 初始化帧，初始化时发送
0x02 广播帧，需要广播数据是发送
0x04 组播帧，需要多个节点接收时发送
0x08 数据发送，节点主动发送数据
0x10 数据请求，节点请求对方节点发送数据
0x20 数据应答，对请求帧进行数据应答
0x40 故障报告，当某个节点发现内部错误时发送
0x80 节点隔离，当系统主控发现某节点永久故障时发送以通知系统其它节点
0x82 同步帧，有主设备发送，从设备接收（硬件自动生成）
0x84 维护帧
0xFF 保留
当然，以上帧类型的说明仅为一种优选的示例，并非对本实施例的唯一限定，本领域技术人员可以依据总线传输的要求进行功能扩充或删减，在此不再赘述。
为了便于对本申请方案的理解，以下首先对CRC校验进行介绍。
CRC即循环冗余校验码，其特征是信息字段和校验字段的长度可以任意选定。在发送端发送数据过程中需要依据数据正文的二进制码位数，以一定的规则产生一个校验用的CRC校验码负载数据正文后边，构成一个完整的二进制码序列并发送。在接收端，根据信息码和CRC校验码之间所遵循的规则进行校验，以判断数据传输的正确性。
但是这个校验仅是实现了对数据正文的校验。由于本实施例中仲裁字段数据增多，故需要对仲裁字段的正确性进行验证，验证的方式为保护字段的帧内确认方法。
保护字段用于接收ACK确认，包括依次排列的保护间隙、数据应答和仲裁应答。数据应答包括CRC应答和正确接收应答，其配合CRC校验实现对数据帧的正确性的校验。仲裁应答用于对仲裁字段的正确性进行应答。在一个优选的示例中，仲裁应答至少包括对应所述应用优先级的应用应答，如应用优先级为“010”，则应用应答为同样的“010”。
本实施例的实施原理为：在总线数据传输过程中，当节点发送仲裁字段过程中，若仲裁字段的电平为隐性，且总线电平为显性，则终止发送发，反之，则继续发送。当节点发送完所述数据帧后等待ACK确认，若ACK确认正确，则完成数据传输，反之则重新发送所述总线数据帧。仲裁应答的设置可实现对仲裁字段准确性的判定，从而保证数据传输的准确性；同时，由于仲裁字段包括有帧优先级、应用优先级、可控优先级和板卡地址优先级，从而提供了仲裁应答过程中应答的准确性。
在另一个示例中，本实施例还公开一种串行互联总线传输方法，所述方法为所述总线上的各节点在通过上述总线数据帧进行互联过程中接收数据的方法，具体包括：当所述节点接收所述数据帧完毕后，向总线返回ACK确认，ACK确认包括所述的数据应答和仲裁应答。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种串行互联总线数据帧格式，其特征在于，包括：所述总线数据帧包括依次排列的仲裁字段、同步字段、数据帧和保护字段，所述保护字段用于接收ACK确认，所述仲裁字段包括帧标识、帧优先级、应用优先级、可控优先级和板卡地址优先级。
2.根据权利要求1所述的一种串行互联总线数据帧格式，其特征在于，所述数据帧包括依次排列的帧类型、目的地址、源地址、数据长度、数据正文和校验位。
3.根据权利要求2所述的一种串行互联总线数据帧格式，其特征在于，所述ACK确认包括依次排列的保护间隙和数据应答。
4.根据权利要求3所述的一种串行互联总线数据帧格式，其特征在于，所述ACK确认还包括位于所述数据应答后的仲裁应答。
5.一种串行互联总线传输方法，其特征在于，所述串行互联总线传输为多个节点采用权利要求1-4任一项所述的总线数据帧格式进行数据互通；
当所述节点发送仲裁字段时，若所述仲裁字段的电平为隐性且总线电平为显性，则终止发送，反之，则继续发送。
6.根据权利要求5所述的一种串行互联总线传输方法，其特征在于：所述节点在发送完所述数据帧后等待ACK确认，所述ACK确认包括对应所述数据帧内的数据应答以及对应所述仲裁字段的仲裁应答，若所述ACK确认正确，则完成数据传输，反之，则重新发送所述数据。
7.一种串行互联总线传输方法，其特征在于，所述串行互联总线传输为多个节点采用权利要求1-4任一项所述的总线数据帧格式进行数据互通；
当所述节点接收所述数据帧完毕后，向所述总线返回ACK确认。
8.根据权利要求7所述的一种串行互联总线传输方法，其特征在于：所述ACK确认包括对应所述数据帧内的数据应答以及对应所述仲裁字段的仲裁应答。
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