CN113364738B - 基于低速时钟的高速ft3报文动态自适应接收方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于低速时钟的高速FT3报文动态自适应接收方法，该方法包括以下步骤：S1、设置同频不同相位的N个采样时钟，相邻采样时钟的相位差相同，其中N为偶数；S2、将N个采样时钟分为至少两组，每组在各自的采样使能信号指示下采集高速FT3报文；S3、将采集的报文数据进行拼接；S4、对拼接后的报文数据进行解析。本发明在不提升采样时钟频率的前提下，通过增加采样次数的方式间接提升采样率，使得支持的FT3报文波特率上限扩大数倍。

Description

基于低速时钟的高速FT3报文动态自适应接收方法及系统

技术领域

本发明涉及电力系统领域，尤其涉及一种基于低速时钟的高速FT3报文动态自适应接收方法及系统。

背景技术

传统的FT3报文解码，为了不失真的恢复链路上的bit数据，依据香农采样定理，采样时钟的频率至少是报文传输波特率的两倍，而在实际应用中，考虑链路上传输波特率的波动影响，能够支持的FT3报文传输波特率范围又有缩减，上限不及采样频率值的一半。在解码范围上，传统的自适应解码仅能支持有限类型的固定帧长的FT3报文，在面对链路上帧长未知的报文时束手无策。

发明内容

本发明主要目的在于提供一种在不提升采样时钟频率的前提下，提高采样率的基于低速时钟的高速FT3报文动态自适应接收方法及系统。

本发明所采用的技术方案是：

提供一种基于低速时钟的高速FT3报文动态自适应接收方法，该方法包括以下步骤：

S1、设置同频不同相位的N个采样时钟，相邻采样时钟的相位差相同，其中N为偶数；

S2、将N个采样时钟分为至少两组，每组在各自的采样使能信号指示下采集高速FT3报文；

S3、将采集的报文数据进行拼接；

S4、对拼接后的报文数据进行解析。

接上述技术方案，步骤S2具体为：

S21、将N个采样时钟分成两组，第一组：clk_sample_0～clk_sample_(N/2-1)，第二组：clk_sample_N/2～clk_sample_N-1；

S22、每组识别到各自的采样使能信号后，顺次进行采样。

接上述技术方案，步骤S22具体为：

1)采样时钟clk_sample_(N/2-1)识别到锁相环PLL锁定后，第一采样使能信号sample_en_0拉高，在第一组采样时钟的控制下进行报文采样；

2)采样时钟clk_sample_N-1识别到sample_en_0拉高后，第二采样使能信号sample_en_1拉高，在第二组采样时钟的控制下进行报文采样。

接上述技术方案，若采样时钟周期记为T_SAMPLE，则每组的采样使能信号对于不同采样时钟的建立时间不同，其中建立时间最小值为T_SAMPLE/2+T_SAMPLE/N。

接上述技术方案，步骤S3中，在进行报文拼接前，还包括步骤：

若采样持续电平的时间分辨率为T0，则根据滤波时长K×T0滤除所采集报文的毛刺，其中K为整数。

接上述技术方案，步骤S3中，在进行报文拼接前，还包括步骤：

统计一定时间内采样数据流中的持续电平最小值以确定波特率，在确定波特率之后，输出串行数据流变化沿间0或1的个数；

根据相邻变化沿间的0或1的个数和波特率，确定相邻变化沿间的抽点个数，抽点后再进行报文数据的拼接。

接上述技术方案，步骤S4中解析包括帧头解析和帧尾解析，其中帧头解析具体包括以下步骤：

对第一数据输出口port1进行移位操作查找到帧头，并逐字节输出数据；

在收到数据回弹指示后，开始重新寻找帧头。

接上述技术方案，若收到数据回弹指示，则根据回弹地址确定缓存RAM的读取起始地址，选择第二数据输出口port2的数据流直到缓存RAM读取到地址最大值后，切换到第一数据输出口port1。

本发明还提供了一种基于低速时钟的高速FT3报文动态自适应接收系统，其特征在于,包括：

采样时钟设置模块，用于设置同频不同相位的N个采样时钟，相邻采样时钟的相位差相同，其中N为偶数；

采集模块，用于将N个采样时钟分为至少两组，每组在各自的采样使能信号指示下采集高速FT3报文；

拼接模块，用于将采集的报文数据进行拼接；

解析模块，用于对拼接后的报文数据进行解析。

本发明还提供了一种计算机存储介质，其内存储有可被处理器执行的计算机程序，该计算机程序执行上述技术方案所述的基于低速时钟的高速FT3报文动态自适应接收方法。

本发明产生的有益效果是：本发明通过设置不同相位的多个同频时，并将其分为多组，每组分别设置相应的采样使能信号，分别控制各组的FT3报文的采集，即在不提升采样时钟频率的前提下，通过增加采样次数的方式间接提升采样率，使得支持的FT3报文波特率上限扩大数倍。

进一步地，通过波特率对应周期进行采样数据的抽点，化繁为简，削减数据量。

进一步地，在报文解码时，能够依据FT3报文收尾的格式特点解析出帧尾，摆脱对FT3报文类型或配置帧长的依赖。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例基于低速时钟的高速FT3报文动态自适应接收方法的流程图；

图2是本发明实施例基于低速时钟的高速FT3报文动态自适应接收流程框图；

图3是本发明实施例报文采样拼接架构示意图；

图4是本发明实施例报文解码示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例基于低速时钟的高速FT3报文动态自适应接收方法，该方法包括以下步骤：

S1、设置同频不同相位的N个采样时钟，相邻采样时钟的相位差相同，其中N为偶数；

S2、将N个采样时钟分为至少两组，每组在各自的采样使能信号指示下采集高速FT3报文；

S3、将采集的报文数据进行拼接；

S4、对拼接后的报文数据进行解析。

本发明采用“同频时钟,不同相位，多次采样”的方式提升采样分辨率，在采样分辨率成倍提升的同时，采样到的数据量也成倍增加。

如图2所示，FT3接收流程主要分为“采样”和“报文解析”两大部分，“采样”部分完成对FT3报文链路串行数据的高分辨率采集及bit流转化工作，“报文解析”部分完成对FT3报文帧头和帧尾的判定及报文输出工作。

“同频多时钟采样”的架构如图3所示，设置时钟clk_sample_0到clk_sample_N-1为同频不同相位的N(N为偶数)个采样时钟，相邻采样时钟的相位差相同。clk_sys为系统的工作时钟并且clk_sys的频率不小于clk_sample_0。

这N个异步时钟域下的串行采样数据经过异步fifo隔离后在clk_sys时钟域下进行拼接，得到sample_data[N-1:0]。一般为提升数据处理带宽，多个sample_data[N-1:0]拼接在一起得到sample_data[M×N-1:0]后，再送往下级处理。

在拼接得到采样数据sample_data[N-1:0]的过程中，为防错位，需确保sample_data[N-1:0]中bit的高低顺序与异步时钟采样的先后顺序一致。本发明采用“双发令枪”的设计，将N个采样时钟分成两组：clk_sample_0～clk_sample_(N/2-1)和clk_sample_N/2～clk_sample_N-1。

每组识别到各自的“发令枪”响起(即采样使能信号拉高)后，顺次进行采样，确保了采样数据的顺序性。“双发令枪”设计说明如下：

1)采样时钟clk_sample_(N/2-1)识别到PLL锁定后，采样使能信号

sample_en_0拉高；

2)采样时钟clk_sample_N-1识别到sample_en_0拉高后，采样使能信号sample_en_1拉高。

3)clk_sample_0～clk_sample_(N/2-1)识别到sample_en_0拉高后，进行采样；

4)clk_sample_N/2～clk_sample_N-1识别到sample_en_1拉高后，进行采样；

5)采样先后顺序依次为clk_sample_0、clk_sample_1、…、clk_sample_N-1若采样时钟周期记为T_SAMPLE，“发令枪”(采样使能信号)对于不同采样时钟的建立时间不同，其中建立时间最小值为T_SAMPLE/2+T_SAMPLE/N，故容易满足时序。本模块采样持续电平的时间分辨率达到了单时钟clk_sample_0的1/N。

该方法还包括滤波步骤，假设采样持续电平的时间分辨率为T0，根据滤波时长(K×T0，K为整数)滤除毛刺。

该方法还包括以下步骤：

统计一定时间内采样数据流中的持续电平最小值以确定波特率，在确定波特率之后，输出串行数据流变化沿间0或1的个数。

1)对数据流sample_data[M×N-1:0]相邻bit进行异或可以得到trig_data[M×N-1:0]，

trig_data[M×N-1:0]中的bit为1的位置即为变化沿的位置

2)确定trig_data[M×N-1:0]中”1”的位置：以滤波时长中的K为单位将trig_data[M×N-1:0]截取成多段，分为trig_data[M×N-1:M×N-K]，trig_data[M×N-K-1:M×N-2×K]，……，trig_data[K-1:0](或MOD不为0时，取trig_data[MOD-1:0])，其中MOD为M×N除以K的余数。这里每段最多只有一个bit为1，确定bit为1的位置就容易许多。

3)获得变化沿的位置后，变化沿的差值即为持续电平时长。多次统计一定时间窗口内的持续电平的最小时长，连续多次在波动范围内，可将统计的最小时长值作为波特率对应周期。码型是曼彻斯特码还是串码，可以根据曼彻斯特码的电平持续时长最多2个波特率周期的特点来区分。

4)输出电平变化沿间0或1的个数时，数据接口格式如下：

接口个数：与步骤2)中划分的段数一致，M×N/K(或MOD不为0时，取M×N/K+1)个。

根据相邻变化沿间的0或1的个数和波特率，确定抽点个数后，进行相邻变化沿的抽点后，再进行bit的拼接向下级输出bit流。假设波特率对应周期记为T1，采样分辨率记T2，且T1>T2，则可以采用抽点的方式将数据量削减到原来的T2/T1，进而方便后续解码，其中T1的获得可以通过统计链路上电平持续时长的最小值得到。持续电平时长最小值的统计与抽点都是采用“先找变化沿”的方式进行，将大数据量通过变化沿隔开成小数据量，化繁为简，方便处理。

抽点完成后，获得的bit数据流，通过bit移位确认帧头。然后依据FT3报文格式特点，在多个CRC16校验正确标志中，选取最后一个CRC16的位置作为帧尾，完成了一次报文帧长的确定。多次确定帧长并且帧长相等时，才真正确定帧长。随后即可根据帧头加帧长的方式进行报文的解码。在根据CRC16校验标志确定帧尾的过程中，不能确定后面还有没有CRC16校验标志，本发明采用“后级多取，前级回弹”的数据流处理方式，来处理多取的数据。

“帧头解析”模块，如图4所示，包括两个数据输出口，其中一个数据输出口port1输出采样数据的bit流，另一个数据输出口port2需要缓存至少一个数据块(288bit，曼彻斯特码的情况)的bit流。数据输出口port2可设为一个缓存RAM。默认根据来自第一数据输出口port1的bit流进行移位操作查找到帧头，向下级“帧尾解析”模块逐字节输出数据。在收到“数据回弹指示”后，开始重新寻找帧头；“数据回弹指示”作为选择port1还是port2数据流的依据，一旦“数据回弹指示”到来，则选择根据回弹地址确定缓存ram的读取起始地址，选择port2的数据流直到缓存ram读取到地址最大值后，切换到port1。

“帧尾解析”模块，根据FT3报文以CRC16校验字段作为帧尾的特点进行解析。

FT3报文可能包含多个数据块，并具有以下特点：

1)每个数据块都是数据加CRC16的形式

2)每个数据块长度为偶数字节且最多18字节

帧尾的确定思路：

每2个字节计算一次CRC16，每找到CRC16校验正确位置，将CRC16的位置进行更新。在已经判断完了18个字节后：

1)如果position_crc16位置恰好为第17,18个字节并且本数据块确定了CRC16的位置，则本数据块解析完成；

2)如果position_crc16位置不在17,18字节位置，则认为帧尾找到了位置并且多取了一部分数据，此时向“帧头解析”模块输出数据回弹指示和回弹地址。

采样率的确定：在解析出报文内容后，根据报文之间的空闲间隔，即可确定链路上传输报文的采样率。

本发明还提供了一种基于低速时钟的高速FT3报文动态自适应接收系统，包括：

采样时钟设置模块，用于设置同频不同相位的N个采样时钟，相邻采样时钟的相位差相同，其中N为偶数；

采集模块，用于将N个采样时钟分为至少两组，每组在各自的采样使能信号指示下采集高速FT3报文；

拼接模块，用于将采集的报文数据进行拼接；

解析模块，用于对拼接后的报文数据进行解析。

上述系统各模块可进一步实现上述实施例方法中的功能，在此不一一赘述。此外该系统可以使用硬件方式实现，具有精度高、自适应程度高的特点。

本发明还提供了一种计算机存储介质，其内存储有可被处理器执行的计算机程序，该计算机程序执行上述实施例所述的基于低速时钟的高速FT3报文动态自适应接收方法。

综上，本发明为提升采样率，使用不同相位的多个同频时钟进行采样。通过控制异步时钟采样的采样次序的“发令枪”方法；通过波特率对应周期进行抽点，化繁为简，削减数据量；通过前级缓存，后级多取数据后，指示前级数据回弹的数据处理方式进行报文解调，并且整个报文接收方法采用“流水线”处理思想。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于低速时钟的高速FT3报文动态自适应接收方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1、设置同频不同相位的N个采样时钟，相邻采样时钟的相位差相同，其中N大于2，且为偶数；

S2、将N个采样时钟分为至少两组，每组在各自的采样使能信号指示下采集高速FT3报文；

步骤S2具体为：

S21、将N个采样时钟分成两组，第一组：clk_sample_0~clk_sample_(N/2-1)，第二组：clk_sample_N/2~clk_sample_N-1；

S22、每组识别到各自的采样使能信号后，顺次进行采样；

S3、将采集的报文数据进行拼接；在拼接得到采样数据sample_data[N-1:0]的过程中，为防错位，需确保sample_data[N-1:0]中bit的高低顺序与异步时钟采样的先后顺序一致；

S4、对拼接后的报文数据进行解析。

2.根据权利要求1所述的基于低速时钟的高速FT3报文动态自适应接收方法，其特征在于，步骤S22具体为：

1)采样时钟clk_sample_(N/2-1)识别到锁相环PLL锁定后，第一采样使能信号sample_en_0拉高，在第一组采样时钟的控制下进行报文采样；

2)采样时钟clk_sample_N-1识别到sample_en_0拉高后，第二采样使能信号sample_en_1拉高，在第二组采样时钟的控制下进行报文采样。

3.根据权利要求1所述的基于低速时钟的高速FT3报文动态自适应接收方法，其特征在于，若采样时钟周期记为T_SAMPLE，则每组的采样使能信号对于不同采样时钟的建立时间不同，其中建立时间最小值为T_SAMPLE/2+T_SAMPLE/N。

4.根据权利要求1所述的基于低速时钟的高速FT3报文动态自适应接收方法，其特征在于，步骤S3中，在进行报文拼接前，还包括步骤：

若采样持续电平的时间分辨率为T0，则根据滤波时长K×T0滤除所采集报文的毛刺，其中K为整数。

5.根据权利要求1所述的基于低速时钟的高速FT3报文动态自适应接收方法，其特征在于，步骤S3中，在进行报文拼接前，还包括步骤：

统计一定时间内采样数据流中的持续电平最小值以确定波特率，在确定波特率之后，输出串行数据流变化沿间0或1的个数；

根据相邻变化沿间的0或1的个数和波特率，确定相邻变化沿间采样数据的抽点个数，抽点后再进行报文数据的拼接。

6.根据权利要求1所述的基于低速时钟的高速FT3报文动态自适应接收方法，其特征在于，步骤S4中解析包括帧头解析和帧尾解析，其中帧头解析具体包括以下步骤：

对第一数据输出口port1进行移位操作查找到帧头，并逐字节输出数据；

在收到数据回弹指示后，开始重新寻找帧头。

7.根据权利要求6所述的基于低速时钟的高速FT3报文动态自适应接收方法，其特征在于，若收到数据回弹指示，则根据回弹地址确定缓存RAM的读取起始地址，选择第二数据输出口port2的数据流直到缓存RAM读取到地址最大值后，切换到第一数据输出口port1。

8.一种基于低速时钟的高速FT3报文动态自适应接收系统，其特征在于,包括：

采样时钟设置模块，用于设置同频不同相位的N个采样时钟，相邻采样时钟的相位差相同，其中N大于2，且为偶数；

采集模块，用于将N个采样时钟分为至少两组，每组在各自的采样使能信号指示下采集高速FT3报文；具体将N个采样时钟分成两组，第一组：clk_sample_0~clk_sample_(N/2-1)，第二组：clk_sample_N/2~clk_sample_N-1；每组识别到各自的采样使能信号后，顺次进行采样；

拼接模块，用于将采集的报文数据进行拼接；在拼接得到采样数据sample_data[N-1:0]的过程中，为防错位，需确保sample_data[N-1:0]中bit的高低顺序与异步时钟采样的先后顺序一致；

解析模块，用于对拼接后的报文数据进行解析。

9.一种计算机存储介质，其特征在于，其内存储有可被处理器执行的计算机程序，该计算机程序执行权利要求1-7中任一项所述的基于低速时钟的高速FT3报文动态自适应接收方法。

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