CN113806265A - 一种spi主从式通讯方法 - Google Patents

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李素杰
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雷正山
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Shanghai Bluectrl Electronic Technology Co ltd
China Oil and Gas Pipeline Network Corp
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Abstract

本发明公开了一种SPI主从式通迅方法，用于SPI主机和SPI从机之间的数据交换，在SPI主机和SPI从机之间采用数据帧传送数据，数据帧包括请求帧、心跳帧、响应帧、非应答帧和空帧。SPI主机向SPI从机发送周期性数据和非周期性数据，发送周期性数据采用请求帧或非应答帧；发送非周期性数据采用请求帧，SPI从机向SPI主机发送数据采用非应答帧。数据帧使用DMA机制进行传输，可有效避免数据帧因在传输的过程中被打断而导致的数据帧不完整，从而提高数据通信效率。上述方法采用数据流的传输方式可以实现高效、可靠的双机通迅。

Description

一种SPI主从式通讯方法
技术领域
本发明涉及SPI通迅总线技术领域，具体涉及一种SPI主从式通迅方法。
背景技术
SPI,串行外围设备接口，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，主要应用于AD转换器、CPU与CPU之间，SPI共设置有4根信号线，用于主机与从机之间的连接，其中MISO和MOSI两根线，可以同时发送和接收数据，其通迅效率较高。不过，SPI通讯没有流控机制，发送的数据没有应答，无法确认数据已成功接收，从设备数据准备好时需要通过额外的通道通知主设备，否则容易导致从设备的数据出现断续和误码。
发明内容
本发明的目的是提供一种SPI主从式通迅方法，对SPI存在的问题进行改进，使采用SPI通迅的设备之间可以进行高效地数据传输。
为实现上述目的，本发明的一种SPI主从式通迅方法，一种SPI主从式通迅方法，用于SPI主机和SPI从机之间的数据交换，SPI主机和SPI从机之间采用数据流的方式传输数据，数据流由固定长度的数据帧组成，数据帧包括请求帧、心跳帧、响应帧、非应答帧和空帧；SPI主机向SPI从机发送周期性数据和非周期性数据，发送周期性数据采用请求帧或非应答帧；发送非周期性数据采用请求帧，SPI从机向SPI主机发送数据采用非应答帧。
进一步地，当周期性数据使用非应答帧从SPI主机发往SPI从机时，SPI从机接收到后不需要发送响应到SPI主机；当周期性数据采用请求帧从SPI主机发往SPI从机时，请求帧需要SPI从机收到后发送响应帧到SPI主机。
进一步地，心跳帧用于维持SPI主机和SPI从机之间的连接状态，按以下步骤执行：
起始状态为链路断开状态；
主站周期性发送心跳帧，从站收到心跳帧后，切换链路状态为连接状态，并发送心跳帧到主站；
主站收到从站的心跳帧后，切换链路状态为连接状态。
进一步地，心跳帧包含了本方的链路状态。
进一步地，SPI主机和SPI从机只有在链路为连接状态时才开始传送数据。
进一步地，SPI主机周期性地发送时间戳到SPI从机，时间戳封装在心跳帧内。
进一步地，当SPI主机的请求帧发送完成后，在设定的超时时间内，SPI主机始终没有收到SPI从机的响应帧时，请求帧产生超时，从等待响应队列移入发送队列，重新发送该请求帧。
进一步地，当多次重发超时后，SPI主机和SPI从机的链路断开。
进一步地，SPI主机处于空闲状态并且等待响应队列不为空时，SPI主机发送空帧到SPI从机，SPI从机向SPI主机发送非应答帧。
进一步地，SPI主机和SPI从机通过DMA方式传送数据。
本发明的有益效果是：本通迅方法采用数据流的方式进行通迅，数据按照固定的帧大小传输，各种数据混合在一起形成一个数据流，对应用层来说可以提供周期性数据和非周期性数据的有效交换，固定帧大小有效提高了数据交换的效率，链路状态和超时机制提供了数据的可靠交换。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是DMA连接图；
具体实施方式
下面通过实施例结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明采用两套独立的主机，两套主机之间通过高速SPI连接，基于SPI链路实现了两套主机的CPU之间的数据库同步，将其中一个主机定义为SPI主机，另一个定义为SPI从机。SPI主机和SPI从机均采用运行RTEMS实时系统的PowerPC构建，SPI主机和SPI从机上有两个20000字空间的实时数据库，SPI主机和SPI从机采用主备的方式工作，当SPI主机工作于主模式时，SPI从机工作于备模式，当SPI主机发生故障时，系统会切换到SPI从机，SPI从机开始工作在主模式。工作于备机模式的SPI从机需要保证自身数据库和工作于主模式的SPI主机中的数据库保持同步。SPI主机负责产生时钟信号。本发明SPI主机和SPI从机之间按照数据流的方式来交换信息，采用固定大小的数据帧传输数据，数据帧具有固定长度的帧头信息和CRC校验码，当应用层数据长度大于数据帧的净载荷长度时，采用多个数据帧传输。数据帧包括请求、心跳帧、响应帧、非应答帧和空帧。SPI主机向SPI从机发送周期性数据和非周期性数据，SPI主机向SPI从机发送周期性数据和非周期性数据，发送周期性数据采用请求帧或非应答帧。发送非周期性数据采用请求帧，SPI从机向SPI主机发送数据采用非应答帧。当周期性数据使用非应答帧从SPI主机发往SPI从机时，SPI从机接收到后不需要发送响应到SPI主机，当周期性数据采用请求帧从SPI主机发往SPI从机时，请求帧需要SPI从机收到后发送响应帧到SPI主机。
心跳帧用于保持SPI主机和SPI从机之间的连接状态，按以下步骤执行：
起始状态为链路断开状态；SPI主机周期性发送心跳帧，SPI从机收到心跳帧后，切换链路状态为连接状态，并发送心跳帧到SPI主机；SPI主机收到从站的心跳帧后，切换链路状态为连接状态；当发送队列中有数据需要发送时，不发送心跳帧。
心跳帧包含了本方的链路状态，SPI主机和SPI从机只有在链路为连接状态时才开始传送数据。
上述心跳机制，使SPI主机可以知道SPI从机始终在线，如果SPI主机超过设置的时间没有收到SPI从机发送的数据帧，则断开连接。
SPI主机周期性地发送时间戳到SPI从机，时间戳封装在心跳帧内。时间戳的主要是对数据产生的时间进行认证，从而验证SPI主机发送的数据在产生后是否经过篡改。
当SPI主机的请求帧发送完成后，在设定的超时时间内，SPI主机始终没有收到SPI从机的响应帧时，请求帧产生超时，从等待响应队列移入发送队列，重新发送该请求帧。当多次重发超时后，SPI主机和SPI从机的链路断开。SPI主机处于空闲状态并且等待响应队列不为空时，SPI主机发送空帧到SPI从机，SPI从机向SPI主机发送非应答帧。
如图2所示，本实施例中，SPI主机和SPI从机通过DMA方式传送数据。DMA(DirectMemory Access，直接存储器访问)将数据从一块区域复制到另一块区域，允许不同速度的硬件直接通讯，不需要依赖CPU的介入。否则，CPU需要从来源把每一块数据复制到内存中，然后把它们再次写回到新的地方，在这期间，CPU对于其他的工作来说就无法使用。DMA的实现依赖于DMA控制器，CPU对DMA控制器进行初始化，指定源地址、目标地址、数据块长度，随后触发DMA控制器启动传输操作，CPU可以继续其他的计算。数据帧使用DMA机制进行传输，可有效避免数据帧因在传输的过程中被打断而导致的数据帧不完整，从而提高数据通信效率。
综上所述，上述SPI主机与SPI从机之间采用数据流的方式进行通迅，设定数据帧的格式以及发送与接收时的相关规则，并规避了意外中断造成的数据传输错误，使通迅更为合理、顺畅。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于此，在所属技术领域的技术人员所具备的知识范围内，在不脱离本发明宗旨的前提下可以作出的各种变化，都处于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种SPI主从式通迅方法，其特征在于，用于SPI主机和SPI从机之间的数据交换，SPI主机和SPI从机之间采用数据流的方式传输数据，数据流由固定长度的数据帧组成，数据帧包括请求帧、心跳帧、响应帧、非应答帧和空帧；SPI主机向SPI从机发送周期性数据和非周期性数据，发送周期性数据采用请求帧或非应答帧；发送非周期性数据采用请求帧，SPI从机向SPI主机发送数据采用非应答帧。
2.根据权利要求1所述的一种SPI主从式通迅方法，其特征在于，当周期性数据使用非应答帧从SPI主机发往SPI从机时，SPI从机接收到后不需要发送响应到SPI主机；当周期性数据采用请求帧从SPI主机发往SPI从机时，请求帧需要SPI从机收到后发送响应帧到SPI主机。
3.根据权利要求1所述的一种SPI主从式通迅方法，其特征在于，心跳帧用于维持SPI主机和SPI从机之间的连接状态，按以下步骤执行：
起始状态为链路断开状态；
主站周期性发送心跳帧，从站收到心跳帧后，切换链路状态为连接状态，并发送心跳帧到主站；
主站收到从站的心跳帧后，切换链路状态为连接状态。
4.根据权利要求3所述的一种SPI主从式通迅方法，其特征在于，心跳帧包含了本方的链路状态。
5.根据权利要求3所述的一种SPI主从式通迅方法，其特征在于，SPI主机和SPI从机只有在链路为连接状态时才开始传送数据。
6.根据权利要求1所述的一种SPI主从式通迅方法，其特征在于，SPI主机周期性地发送时间戳到SPI从机，时间戳封装在心跳帧内。
7.根据权利要求1所述的一种SPI主从式通迅方法，其特征在于，当SPI主机的请求帧发送完成后，在设定的超时时间内，SPI主机始终没有收到SPI从机的响应帧时，请求帧产生超时，从等待响应队列移入发送队列，重新发送该请求帧。
8.根据权利要求7所述的一种SPI主从式通迅方法，其特征在于，当多次重发超时后，SPI主机和SPI从机的链路断开。
9.根据权利要求1所述的一种SPI主从式通迅方法，其特征在于，SPI主机处于空闲状态并且等待响应队列不为空时，SPI主机发送空帧到SPI从机，SPI从机向SPI主机发送非应答帧。
10.根据权利要求1所述的一种SPI主从式通迅方法，其特征在于，SPI主机和SPI从机通过DMA方式传送数据。
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