CN113176966A - 一种检查spi接收数据有效性的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种检查SP I接收数据有效性的系统，包括SP I主设备以及SP I从设备，其中，SP I主设备包括控制模块、数据发送模块、第一数据接收模块、第一CRC产生模块、以及CRC比较模块，SP I从设备则包括数据返回模块、第二数据接收模块以及第二CRC产生模块。SP I从设备接收到有效数据后，进行CRC校验，并将CRC校验码返回给SP I主设备进行对比，进而判断数据传输的有效性。
Description
技术领域
本发明涉及数据处理领域，特别涉及一种检查SPI接收数据有效性的系统及方法。
背景技术
串行外设接口(Serial Peripheral Interface，SPI)协议是一种高速高效的数据传输技术，其结构简单且引脚数目较少，现在已经广泛应用于各种器件，尤其是某些对功耗面积较敏感的器件中，以实现扩展外设和/或进行数据交换等功能。
SPI与外部设备进行通信时，可根据工作要求配置为主设备或从设备。传统的SPI传输过程如图1所示，主设备将数据通过MOSI引脚送至从设备，与此同时，从设备中的数据也通过MISO引脚移送至主机中，整个过程由主设备控制。在数据传输过程中，一旦时钟速度较高时，传输容易受到干扰导致数据出错。因此，对于一些关键的数据传输，比如配置数据，主设备需要知道从设备是否收到正确数据，而传统的SPI协议无任何校验。
针对这一问题，一些改进的SPI中添加了校验电路。例如，强小燕等在《CRC校验在SPI接口设计中的实现》一文中公开的一种设计，其在SPI接口设计中增加了2个独立的循环冗余校验(Cyclic Redumdancy Check,CRC)计算模块，在发送或接收数据的同时分别对收发数据进行CRC码的串行计算，并允许接收端在数据传输结束前自动比较CRC码以证明数据传输的正确性，从而确保通信的可靠性及有效性；以及专利申请201410513526.X中，公开了一种标准SPI协议高速传输的保护系统，其在SPI主设备中增加了校验模块及增加模块，用于对传输数据进行CRC校验，并发送给SPI从设备，在SPI从设备中增加了校验模块、对比模块及处理模块，用于对传输数据进行CRC校验并与主设备发送的CRC校验结果进行比对，进而进行进一步处理。
这些设计或方法虽然能够实现数据的校验，保证SPI的可靠性，但是，同时也增加了SPI的面积和功耗，对于功耗和面积敏感的器件而言并不适用。
发明内容
针对现有技术中的部分或全部问题，本发明一方面提供一种检查SPI接收数据有效性的系统，包括：
SPI主设备，包括：
控制模块，用于提供时钟和控制信号；
数据发送模块，用于发送数据；
第一数据接收模块，用于接收SPI从设备返回的数据；
第一CRC产生模块，用于对第一有效数据进行CRC校验，并产生第一CRC校验码，其中，所述第一有效数据是指所述数据发送模块发送的前N位数据，N为预设的自然数；以及
CRC比较模块，用于接收SPI从设备返回的第二CRC校验码，并比较第一CRC校验码以及第二CRC校验码，得到对比结果；以及SPI从设备，包括：
数据返回模块，用于返回数据；
第二数据接收模块，用于接收SPI主设备发送的数据；以及
第二CRC产生模块，用于对第二有效数据进行CRC校验，并产生第二CRC校验码，返回给SPI主设备，其中，所述第二有效数据是指所述第二数据接收模块接收的前N位数据，N为预设的自然数。
进一步地，所述第一CRC产生模块和/或第二CRC产生模块包括线性反馈移位寄存器。
进一步地，所述第一数据接收模块和/或所述第二数据接收模块和/或所述数据发送模块的接口包括移位寄存器。
本发明另一方面提供一种基于所述系统的检查SPI接收数据有效性的方法，包括：
约定SPI主设备与SPI从设备的有效数据长度N；
SPI主设备对待传输的有效数据进行CRC校验，并产生第一CRC校验码；
SPI主设备向SPI从设备发送所述有效数据，SPI从设备接收所述有效数据的同时，对所述有效数据进行CRC校验，并产生第二CRC校验码；
SPI主设备向SPI从设备发送无效数据，其中，所述无效数据的字节长度等于所述第二CRC校验码，SPI从设备接收到所述无效数据后丢弃，同时，将所述第二CRC校验码返回给SPI主设备；
SPI主设备对比所述第一CRC校验码及第二CRC校验码，得到对比结果；以及
SPI主设备根据所述对比结果进行处理。
进一步地，所述约定有效数据长度包括：
配置所述SPI主设备及SPI从设备的数据帧长度，其中，所述SPI主设备与SPI从设备的数据帧长度相同。
进一步地，所述CRC校验通过线性反馈移位寄存器实现。
进一步地，根据所述对比结果进行处理包括：
若对比结果一致，则根据预设规则进行后续操作；以及
若对比结果不一致，则重新传输所述有效数据。
本发明提供的一种检查SPI接收数据有效性的系统及方法，在SPI从设备增加CRC码产生模块，对接收到的数据进行校验，生成CRC校验码，且当SPI主设备传输完有效数据后，还将继续传输字节长度与所述CRC校验码相等的无效数据，以将SPI从设备产生的CRC校验码读回，然后通过SPI主设备来判断该次数据传输是否有效。本发明基于发明人的如下洞察：SPI是高速、全双向、同步、四线或三线制串行外围设备接口，采用主从模式结构，支持多从机模式应用，一般仅支持单主机，因此，如能在保证功能的前提下，减少SPI从设备的模块，能够有效地减小整个SPI系统的面积和功耗。基于此，为通过CRC校验的方式实现数据有效性检查，但又不过多增加SPI从设备的模块，发明人将CRC校验码比较功能交由SPI主设备来完成。而SPI从设备仅比传统的SPI设备增加一个CRC校验功能，以根据有效数据生成CRC校验码。由于SPI设备发送和接收数据的接口部分通常是通过移位寄存器实现的，而CRC校验功能也可通过线性反馈移位寄存器构成的CRC产生模块实现，因此，在实际实现中，在SPI从设备在增加CRC校验功能，仅需简单的将CRC产生模块的线性反馈移位寄存器与SPI从设备接口部分的移位寄存器连接起来即可，而不需要额外逻辑。所述方法及系统能够检出SPI从设备接收数据出错的情况，实现校验数据有效性的功能，同时在SPI从设备中增加模块较少，最大程度减少了SPI从设备的面积和功耗。
附图说明
为进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。
图1示出传统SPI的传输示意图；
图2示出本发明一个实施例的一种循环冗余校验电路的结构示意图；
图3示出本发明一个实施例的一种检查SPI接收数据有效性的系统中循环冗余校验电路的结构示意图；
图4示出本发明一个实施例的一种检查SPI接收数据有效性的系统的传输示意图；以及
图5示出本发明一个实施例的一种检查SPI接收数据有效性的方法的流程示意图。
具体实施方式
以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免模糊本发明的发明点。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明并不限于这些特定细节。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按正确比例绘制。
在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。
需要说明的是，本发明的实施例以特定顺序对工艺步骤进行描述，然而这只是为了阐述该具体实施例，而不是限定各步骤的先后顺序。相反，在本发明的不同实施例中，可根据工艺的调节来调整各步骤的先后顺序。
由于SPI协议采用主从模式结构，能够支持多从机模式应用，但一般仅支持单主机，因此，在保证性能及功能的前提下，减少SPI从设备的模块，能够有效地减小整个SPI系统的面积和功耗。基于此，为实现在功耗和面积敏感的器件中，只增加少量电路就能实现检验数据是否可靠的目的，本发明提供一种检查SPI接收数据有效性的方法及系统，其在SPI从设备增加CRC码产生模块，SPI从设备对接收到的数据进行CRC校验，产生CRC校验码，SPI主设备获取所述CRC校验码，并进行比较，进而判断该次数据传输是否有效，既最大程度减少了SPI从设备的面积和功耗，又能够实现校验数据有效性的功能。
其中，CRC校验是指循环冗余校验(Cyclic Redundancy Check)，其是一种根据网络数据包或计算机文件等数据产生简短固定位数校验码的一种信道编码技术，主要用来检测或校验数据传输或者保存后可能出现的错误，其通过数据发送方及数据接收方分别对被传输数据进行相同的计算，得到两个CRC校验码，若两个CRC校验码不一致，则说明传输出错。CRC校验可以通过硬件和/或软件的方式实现。图2示出本发明一个实施例的一种循环冗余校验电路的结构示意图。如图2所示，CRC的硬件实现主要是通过线性反馈移位寄存器(Liner Feedback Shift Register，LFSR)完成。尽管CRC校验还可通过其他软件和/或硬件方式实现，但由于SPI作为一种串行通信接口，其发送数据和接收数据的接口部分在硬件上通常也是通过移位寄存器实现，因此，如果在SPI设备中采用如图2所示的电路结构实现CRC校验，仅需将CRC产生模块的线性反馈移位寄存器与SPI从设备接口部分的移位寄存器进行连接，而无需增加额外逻辑，能够有效地减小SPI从设备的功耗及面积。图3示出本发明一个实施例的一种检查SPI接收数据有效性的系统中循环冗余校验电路的结构示意图，可以看出，CRC产生模块与SPI从设备接口部分的连接非常简单。
下面结合实施例附图，对本发明的方案做进一步描述。
图4示出本发明一个实施例的一种检查SPI接收数据有效性的系统的传输示意图。如图4所示，一种检查SPI接收数据有效性的系统，包括SPI主设备001以及SPI从设备002，其中，所述SPI主设备001向所述SPI从设备002提供时钟信号及控制信号，以控制数据传输频率，此外，所述SPI主设备001还向所述SPI从设备002发送数据并接收所述SPI从设备的返回数据。
如图所示，所述SPI主设备001包括控制模块101、数据发送模块102、第一数据接收模块103、第一CRC产生模块104以及CRC比较模块105。
所述控制模块101用于向所述SPI从设备002提供时钟信号及控制信号，以控制数据传输频率。
所述数据发送模块102用于向SPI从设备发送数据，所述数据包括约定长度的第一有效数据以及字节长度与第二CRC校验码相等的无效数据。根据SPI协议，SPI从设备在接收数据的同时需要向SPI主设备返回同等长度的数据，由于在本发明的实施例中，SPI从设备需要将生成的第二CRC校验码发送给SPI主设备，这就使得SPI返回的数据位数要多于SPI主设备发送的数据，因此，为了保证SPI主设备能顺利接收所述第二CRC校验码，就有必要在SPI从设备发送所述第二CRC校验码的同时，SPI主设备向SPI从设备同步发送与所述第二CRC校验码相同长度的数据，该部分数据主要用于接收所述第二CRC校验码，因此，在本发明中，将其称为无效数据。所述第一有效数据指待发送的有效数据，其长度等于事先约定的数据长度N。
所述第一数据接收模块103用于接收数据，所述数据包括SPI从设备的返回数据以及SPI从设备产生的第二CRC校验码，同时，所述第一数据接收模块103还将所述第二CRC校验码发送给CRC比较模块105。
所述第一CRC产生模块104用于对第一有效数据进行CRC校验，并产生第一CRC校验码。在本发明的实施例中，所述CRC校验可以根据现有的成熟技术，采用软件和/或硬件的方式实现。在本发明的一个实施例中，为了尽可能减少额外逻辑，所述第一CRC产生模块104采用如图2所示的硬件结构，由线性反馈移位寄存器实现，其可通过如图3所示的方式，与所述数据发送模块接口部分的移位寄存器连接。
所述CRC比较模块105用于接收第一及第二CRC校验码，并将所述第二CRC校验码与所述第一CRC产生模块104产生的第一CRC校验码进行比较，进而判断传输是否有效。
所述SPI从设备002包括数据返回模块201、第二数据接收模块202以及第二CRC产生模块203。
所述数据返回模块201用于返回第二有效数据至SPI主设备001，以完成数据传输。其中，第二有效数据是指第二数据接收模块接收到前N位数据。
所述第二数据接收模块202用于接收SPI主设备发送的数据，所述数据包括约定长度的有效数据，即第二有效数据以及字节长度与CRC校验码相等的无效数据，由于SPI主设备发送所述无效数据是为了接收所述第二CRC校验码，因此，所述第二数据接收模块202接收到所述无效数据后，丢弃所述无效数据，并同时将所述第二CRC校验码发送给SPI主设备。
所述第二CRC产生模块203用于对所述第二数据接收模块202接收到的第二有效数据进行CRC校验，并产生第二CRC校验码，返回给SPI主设备。在本发明的实施例中，所述CRC校验可以根据现有的成熟技术，采用软件和/或硬件的方式实现。在本发明的一个实施例中，为了尽可能减少额外逻辑，所述第二CRC产生模块203采用如图2所示的硬件结构，由线性反馈移位寄存器实现，其可通过如图3所示的方式，与所述数据发送模块接口部分以及第一数据接收模块的移位寄存器连接。
基于所述检查SPI接收数据有效性的系统，图3示出本发明一个实施例的一种检查SPI接收数据有效性的方法的流程示意图。如图3所示，一种检查SPI接收数据有效性的方法，包括：
首先，在步骤301，配置设备。将SPI主设备及SPI从设备配置为全双工模式，同时，由于为了接收第二CRC校验码，SPI主设备需要在发送完有效数据后，发送无效数据，因此，为了SPI从设备能够区分有效数据与无效数据，在数据传输开始前，需要约定有效数据长度N，即配置所述SPI主设备及SPI从设备的数据帧长度，使得所述SPI主设备与SPI从设备的数据帧长度相同；
接下来，在步骤302，校验发送数据。SPI主设备对第一有效数据，即待传输的有效数据进行CRC校验，并产生第一CRC校验码；所述待传输的有效数据的长度等于约定的有效数据长度；
接下来，在步骤303，校验接收数据。SPI主设备向SPI从设备发送所述待传输的有效数据，SPI从设备在接收第二有效数据的同时，对所述第二有效数据进行CRC校验，并产生第二CRC校验码；
接下来，在步骤304，返回校验码。为了接收第二CRC校验码，在有效数据发送完成后，SPI主设备向SPI从设备发送无效数据，其中，所述无效数据的字节长度等于所述第二CRC校验码，SPI从设备接收到所述无效数据后丢弃，同时，将所述第二CRC校验码返回给SPI主设备；以及
接下来，在步骤305，判断数据有效性。SPI主设备对比所述第一CRC校验码及第二CRC校验码，得到对比结果：
若对比结果一致，则根据预设规则进行后续操作，例如继续传输后续数据等；以及
若对比结果不一致，则进入步骤306；
在步骤306，重新传输。若所述第一CRC校验码及第二CRC校验码不一致，则说明传输出错，需要重新传输所述有效数据，SPI主设备重新将数据发送给SPI从设备，并进行校验。
本发明提供的一种检查SPI接收数据有效性的系统及方法，在SPI从设备增加CRC码产生模块，对接收到的数据进行校验，生成CRC校验码，且当SPI主设备传输完有效数据后，还将继续传输字节长度与所述CRC校验码相等的无效数据，以将SPI从设备产生的CRC校验码读回，然后通过SPI主设备来判断该次数据传输是否有效。所述方法及系统能够检出SPI从设备接收数据出错的情况，实现校验数据有效性的功能，同时在SPI从设备中增加模块较少，最大程度减少了SPI从设备的面积和功耗。由于比较和判断逻辑有SPI主设备实现，当SPI系统中包含有多个SPI从设备时，个SPI从设备共享比较和判断逻辑部分，有效地减少了整个SPI系统的逻辑面积和功耗。
尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。
Claims (8)
1.一种检查SPI接收数据有效性的系统，其特征在于，包括：
SPI主设备，包括：
控制模块，其被配置为提供时钟和控制信号；
数据发送模块，其被配置为发送数据；
第一数据接收模块，其被配置为接收SPI从设备返回的数据以及SPI从设备返回的第二CRC校验码；
第一CRC产生模块，其被配置为对第一有效数据进行CRC校验，并产生第一CRC校验码，其中，所述第一有效数据是指所述数据发送模块发送的前N位数据，N为预设的自然数；以及
CRC比较模块，其被配置为比较第一CRC校验码以及第二CRC校验码；以及
SPI从设备，包括：
数据返回模块，其被配置为返回第二有效数据，其中，所述第二有效数据是指第二数据接收模块接收的前N位数据，N为预设的自然数；
第二数据接收模块，其被配置为接收SPI主设备发送的数据；以及
第二CRC产生模块，其被配置为对第二有效数据进行CRC校验，并产生第二CRC校验码，返回给SPI主设备。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一数据接收模块和/或所述第二数据接收模块和/或所述数据发送模块的接口包括移位寄存器。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一CRC产生模块和/或第二CRC产生模块包括线性反馈移位寄存器。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，SPI主设备发送的数据包括有效数据及无效数据，其中，所述无效数据的长度与所述第二CRC校验码相同。
5.一种基于如权利要求1至4任一所述的系统的检查SPI接收数据有效性的方法，其特征在于，包括步骤：
约定SPI主设备与SPI从设备的有效数据长度N；
通过SPI主设备对第一有效数据进行CRC校验，并产生第一CRC校验码；
通过SPI主设备向SPI从设备发送所述第一有效数据，SPI从设备接收数据的同时，对第二有效数据进行CRC校验，并产生第二CRC校验码；
通过SPI主设备向SPI从设备发送无效数据，其中，所述无效数据的字节长度等于所述第二CRC校验码，SPI从设备接收到所述无效数据后丢弃，同时，将所述第二CRC校验码返回给SPI主设备；
通过SPI主设备对比所述第一CRC校验码及第二CRC校验码，得到对比结果；以及
根据所述对比结果进行处理。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述约定有效数据长度包括：
配置所述SPI主设备及SPI从设备的数据帧长度，使得所述SPI主设备与SPI从设备的数据帧长度相同。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述CRC校验通过线性反馈移位寄存器实现。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述对比结果进行处理包括：
若对比结果一致，则根据预设规则进行后续操作；以及
若对比结果不一致，则重新传输所述有效数据。
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