CN113626365A - 一种基于spi总线的通信方法 - Google Patents

Abstract

一种基于SPI总线的通信方法，涉及通信技术领域，特别涉及一种主从设备间基于SPI总线的通信方法，SPI主机和SPI从机间设置由SPI从机控制的MSG信号线，SPI从机产生重要数据后，在MSG线上发送信号，等待SPI主机响应；SPI主机检测到MSG线上的信号后，判断SPI从机地址，根据SPI从机地址对应的片选逻辑生成片选信号，接收数据。本发明在硬件上增加MSG信号线，SPI从机通过MSG信号线，能够及时向SPI主机通报有重要数据需要发送，SPI主机中断正常轮询，优先接收重要数据。

Description

一种基于SPI总线的通信方法

技术领域

本申请涉及通信技术领域，特别涉及一种主从设备间基于SPI总线的通信方法。

背景技术

随着电力电子产品更新换代的加快，芯片技术的不断提高，嵌入式系统的性能也越来越高。近几年，多核技术的融入，两个或两个以上处理器协同工作，成为当今嵌入式系统开发的一个热门选择。

处理器间通信的方式有很多种，常用总线连接，如串口，CAN，SPI，双ram，以太网等。

处理高速数据时，串口、CAN、双ram、以太网等通信方式，在传输速率、成本等方面各存在缺陷。而SPI作为一种高速、全双工、同步的通信总线，且只占用四根线，能够满足高速处理器对于通信的要求。因此，多处理器间通信目前普遍采用SPI总线直接传输数据。

SPI通信是主从方式，当存在多个从设备时，主设备通过片选信号选择从设备，完成主从设备数据的交换，主要是靠轮询方式。当从设备有紧急事件需时，数据无法及时上报到主机，时效性无法保证。

申请号为202011280630.0的中国专利申请披露了《一种通信系统及通信方法》，：除了增加帧结构外，还对硬件连接做了改进：“所述第一SPI接口和第二SPI接口在MCU之间均配置有两个额外的I/O接口”，完成数据确认接收的应答机制。

申请号为201710882738.9的中国专利申请披露了《基于SPI总线的设备间通信的方法、系统及相关装置》，使用一根片选线连接所有从机，通过数据帧中的地址实现数据传输目的的选择。

但以上申请都没有解决从机中重要数据及时上报的问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种方法，解决SPI从机数据及时上报的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于SPI总线的通信方法，关键在于，SPI主机和SPI从机间设置MSG信号线，MSG信号线上的信号由SPI从机控制；SPI主机中存储SPI从机的地址和地址对应的片选逻辑；SPI从机产生重要数据后，在MSG线上发送信号，等待SPI主机响应；SPI主机检测到MSG线上的信号后，判断SPI从机地址，根据SPI从机地址对应的片选逻辑生成片选信号，接收数据。

进一步地，SPI主机和SPI从机将数据组成数据帧发送，所述数据帧包括依次排列的帧同步、帧控制字节、目的地址、帧长度、数据以及帧校验；SPI主机根据目的地址对应的片选逻辑生成片选信号。

进一步地，所述帧控制字节中，第0-3位表示帧类型，第5位表示数据优先级，第6位是翻转反转位，第7位是方向位。

如果SPI从机有一级数据需要发送，在帧控制字节中将第5位置1；SPI主机判断收到的数据帧中帧控制字节第5位为1时，保持与该SPI从机的通信，直至一级数据发送完毕。

工作时，SPI主机根据各SPI地址，产生片选信号，轮询各SPI从机；SPI从机接受轮询，并根据SPI主机指令组帧发送数据。

如果SPI从机产生了重要数据需要发送，且不再轮询周期内，则将MSG信号线置高电平；SPI主机检测到MSG线上的信号变化后，中断轮询，判断SPI从机地址，根据SPI从机地址对应的片选逻辑生成片选信号，接收数据；接收接受完成后，继续轮询过程。

采用本发明提出的方法，在硬件上增加MSG信号线，SPI从机通过MSG信号线，能够及时向SPI主机通报有重要数据需要发送，SPI主机中断正常轮询，优先接收重要数据；在帧结构中设置表示数据优先级的控制位，在轮询周期内，SPI从机通过设置控制位标志一级数据，可以将一级数据及时发送。通过硬件和软件设计，实现重要数据、一级数据和普通数据的分级发送。

附图说明

图1为本发明的处理流程图；

图2为本发明的一个实施例；

图3为本发明的另外一个实施例；

图4为信号处理单元的工作原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

SPI总线在芯片的管脚上占用四根线，分别是：MISO–SPI主机数据输入，SPI从机数据输出；MOSI–SPI主机数据输出，SPI从机数据输入；CLK–时钟信号，由SPI主机产生；CS–SPI从机片选使能信号，由SPI主机控制。

SPI主机一般采用轮询的方式，通过片选使能信号，依次与SPI从机建立通信，收发信息。

采用以上方式，在两次轮询期间，SPI从机只能等待。如果有重要数据发送，也没有发送或通知机制。

以下实施例中，将SPI从机数据分为三个优先级别，分别为重要数据、一级数据和普通数据。重要数据为发生紧急事件，需要及时上报的数据；一级数据为重要性低于紧急事件的数据但高于普通数据的其他数据。

本发明通过增加MSG信号线实现重要数据的及时发送，通过设置帧结构实现一级数据的优先发送。

以下实施例通过在SPI主机和SPI从机间设置MSG信号线，建立了SPI从机发送通知以及SPI主机响应的机制：MSG信号线上的信号由SPI从机控制；SPI从机产生重要数据后，在MSG线上发送信号，等待SPI主机响应；SPI主机检测到MSG线上的信号后，判断SPI从机地址，根据SPI从机地址对应的片选逻辑生成片选信号，接收数据。

SPI从机对MSG信号的控制：SPI从机产生重要数据后，将MSG信号线置为高电平；发送完重要数据后，SPI从机将MSG信号线置为低电平。

SPI主机和从机之间的MSG信号线的连接有多种选择，如可以采用总线方式，SPI主机的一根MSG信号线连接所有SPI从机，预先分配好时隙，当SPI从机需要发送通知时，在预先分配的时隙内发送信息。但这种方式实现起来比较复杂。

本发明采用两种方式实现MSG信号线的连接。

实施例1，参看图2，SPI主机上为每个SPI从机分配一个IO口，通过连接IO口的MSG信号线连接各SPI从机的IO口。

本实施例中，当SPI主机检测到MSG线上的电平由低变高后，中断当前的轮询或完成当前的轮询后，判断设置MSG信号的SPI从机地址，生成片选信号，接收SPI从机的重要数据。相应的MSG信号线电平由高变低，说明SPI从机发送数据完成，SPI主机重新开始轮询。

有可能发生下面情况：多个SPI从机在差不多的时刻产生重要数据，SPI主机检测到多条MSG线上的电平由低变高。为了处理这种情况，本发明中，SPI主机建立SPI从机优先级序列，当同时检测到多个MSG信号变化时，按优先级从大到小的顺序进行处理。

当SPI主机正在接收重要数据时，检测到又有其它SPI从机产生了重要数据，此时，SPI主机执行完当前操作，再接收其它重要数据，不考虑SPI从机的优先级。

实施例2，在SPI主机和SPI从机之间增加信号处理单元，SPI主机和SPI从机各有一条MSG信号线连接信号处理单元，参看图3和图4，M1、M2……Mi是各个SPI从机的MSG信号，全部接入信号处理单元，信号处理单元的输出Sx连接至SPI主机。

信号处理单元检测到MSG信号线由低电平变为高电平时，依据提前设定好的SPI从机优先级算法Mx=F1（M1,M2,M3,…,Mi），计算出需要处理的从机设备的MSG信号Mx。

信号处理单元计算出Mx对应的SPI从机地址码Sx = F2（Mx），并将编码以二进制格式输出。

SPI主机和信号处理单元约定好接收开始和结束标志。

当SPI主机收到SPI从机地址后，中断当前的轮询或完成当前的轮询后，根据SPI从机地址生成片选信号，接收SPI从机的重要数据。

信号处理单元检测到MSG信号线由高电平变为低电平时，向SPI主机发送完成信号；该信号可以是约定的任何信号，如0x5E，不要与SPI从机地址冲突。

SPI主机收到发送完成信号后，SPI主机重新开始轮询。

同样，信号处理单元存储SPI从机地址和优先级序列；信号处理单元检测到多个MSG信号线由低电平变为高电平时，按优先级从大到小的顺序进行上述处理。

以上过程保证了SPI从机在紧急情况下有重要数据需要发送时，可以及时通知SPI主机，中断轮询任务，保证SPI从机的重要数据及时发送。

在传送数据时，SPI主机和SPI从机将数据组成数据帧发送，所述数据帧包括依次排列的帧同步、帧控制字节、目的地址、帧长度、数据以及帧校验，如下表所示：

帧同步	帧控制字节	目的地址	帧长度	数据	帧校验
						EB90H	1字节	1字节	2字节	可变	1字节

SPI主机根据目的地址对应的片选逻辑生成片选信号。

1、帧同步：两个字节，固定为16进制的EB90。

2、帧控制字节：第0-3位表示帧类型，第5位表示数据优先级，第6位是翻转位，第7位是方向位，定义如下：

帧类型：表示当前传送的数据类型，0x00=无效数据，0x01=正常数据，0x0E=复位链路确认，0x0F=复位链路。

数据优先级：SPI从机检测到有重要数据需要上送时，将该位置1；传输完成后，该位置0。

翻转位：发送方每发送一帧数据，翻转位变化一次。

方向位：0表示“主机->从机”；1表示“从机->主机”。

3、目的地址：0-备用，1-SPI主机地址，其他-SPI从机地址。

4、帧长度：数据区有效字节个数。

5、数据：应用层数据。

6、帧校验：1个字节，帧同步到数据的所有信息累加和。

在电力应用领域，传输的数据类型包括：对时、召时钟、遥信、遥测、电度、SOE、定值、遥控等等。

传统的SPI通信方式， SPI从机是被动式响应SPI主机要求，SPI主机召什么数据，从机回复对应的数据。轮询时，SPI主机每次只召特定的数据。如果SPI从机产生了一级数据需要发送，但数据类型不是本轮召的数据，一级数据不会上传，造成一级数据不能及时发送。

本发明，如果SPI从机有一级数据需要发送，将当前回复帧的帧控制字节中第5位置1；SPI主机判断收到的数据帧中帧控制字节第5位为1时，召完当前数据后，保持与该SPI从机的通信，向该SPI从机召一级数据，直至一级数据发送完毕。

如果与SPI主机通信期间SPI从机有重要数据需要发送，也采取发送一级数据的策略：在帧控制字节中将第5位置1；SPI主机判断收到的数据帧中帧控制字节第5位为1时，保持与该SPI从机的通信，向该SPI从机召重要数据，直至重要数据发送完毕。在上述情况下，SPI从机可以不改变连接的MSG信号线的电平，在保证重要数据可以及时发送的前提下，减少上位机的工作量。

以上处理过程如图1所示。

通过设置和分析帧结构的内容，本发明还可以发现接收到的数据是否异常；通过过程控制，及时重启通信，保证通信质量。

信息接收端（包括SPI主机和SPI从机）分析接收到的数据帧，如果出现下列情况之一：

1）帧校验的累加和错误；2）翻转位不翻转（通过和前一帧数据对比确认）；3）帧同步错误；

说明数据异常，需要重新复位通信链路。

SPI主机检测到上述情况后，直接初始化链路，重启通讯。

SPI从机检测到上述情况后，下次发送数据时停止翻转位变化，触发主机复位通信链路：SPI主机检测到翻转位不翻转，初始化链路重启通讯。

Claims (10)

1.一种基于SPI总线的通信方法，其特征在于，

SPI主机和SPI从机间设置MSG信号线，MSG信号线上的信号由SPI从机控制；

SPI主机中存储SPI从机的地址和地址对应的片选逻辑；

SPI从机产生重要数据后，在MSG线上发送信号，等待SPI主机响应；

SPI主机检测到MSG线上的信号后，判断SPI从机地址，根据SPI从机地址对应的片选逻辑生成片选信号，接收数据。

2.根据权利要求1所述的基于SPI总线的通信方法，其特征在于，SPI从机产生重要数据后，将MSG信号线置为高电平；发送完重要数据后，SPI从机将MSG信号线置为低电平。

3.根据权利要求2所述的基于SPI总线的通信方法，其特征在于，SPI主机上为每个SPI从机分配一个IO口，通过连接IO口的MSG信号线连接各SPI从机的IO口；

SPI主机建立SPI从机优先级序列，当同时检测到多个MSG信号变化时，按优先级从大到小的顺序进行处理。

4.根据权利要求2所述的基于SPI总线的通信方法，其特征在于，在SPI主机和SPI从机之间增加信号处理单元，SPI主机和SPI从机各有一条MSG信号线连接信号处理单元，信号处理单元存储SPI从机地址和优先级序列；

信号处理单元检测到MSG信号线由低电平变为高电平时，将该信号线对应的SPI从机地址发送给SPI主机；

信号处理单元检测到多个MSG信号线由低电平变为高电平时，按优先级从大到小的顺序进行处理。

5.根据权利要求1所述的基于SPI总线的通信方法，其特征在于，SPI主机和SPI从机将数据组成数据帧发送，所述数据帧包括依次排列的帧同步、帧控制字节、目的地址、帧长度、数据以及帧校验。

6.根据权利要求5所述的基于SPI总线的通信方法，其特征在于，所述帧控制字节中，第0-3位表示帧类型，第5位表示数据优先级，第6位是翻转位，第7位是方向位。

7.根据权利要求6所述的基于SPI总线的通信方法，其特征在于，

如果SPI从机有一级数据需要发送，在帧控制字节中将第5位置1；

SPI主机判断收到的数据帧中帧控制字节第5位为1时，保持与该SPI从机的通信，直至一级数据发送完毕。

8.根据权利要求6所述的基于SPI总线的通信方法，其特征在于，发送方每发送一帧数据，翻转位变化一次。

9.根据权利要求6所述的基于SPI总线的通信方法，其特征在于，SPI主机分析接收到的数据帧，如果出现下列情况之一，

帧校验的累加和错误；

翻转位不翻转；

帧同步错误；

说明数据异常，复位通信链路。

10.根据权利要求9所述的基于SPI总线的通信方法，其特征在于，SPI从机分析接收到的数据帧，如果出现下列情况之一，

帧校验的累加和错误；

翻转位不翻转；

帧同步错误；

说明数据异常，在下次发送数据帧时，保持翻转位不翻转，触发主机复位通信链路。

Images