CN114116559B - 一种适用于plc应用的高速总线方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于PLC应用的高速总线方法，包括以下步骤：在SPI主机和SPI从机的GPIO接口上设置由SPI主机控制的MPIN线以及由SPI从机控制的SPIN线；当SPI主机向SPI从机发送数据时，SPI主机通过MPIN线向SPI从机发送MPIN信号，通过MOSI数据线向SPI从机发送主机数据包；当SPI从机向SPI主机发送数据时，SPI从机通过SPIN线向SPI主机请求有数据需要发送，收到MPIN线返回的反馈信号后，通过MISO数据线向SPI主机发送从机数据包；本发明通过设置MPIN线和SPIN线实现数据发送请求和反馈，使得SPI主机和SPI从机在准备好的情况下发送和接收数据，实现了不同的设备之间高速搬移数据，提高了通信效率；SPI从机发送数据长度不再受限于主机的时钟信号周期个数影响，可以为任意长度。

Description

一种适用于PLC应用的高速总线方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种适用于PLC应用的高速总线方法。
背景技术
多个电子设备或电子元器件间的互连互通，常用总线连接，常用的总线有SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)总线，IIC(Inter-Integrated Circuit，集成电路总线，又被称为I2C)总线，CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)总线等，而具体选择哪种总线通信通常需要依据传输数据量的大小、传输速度的要求以及总线信号的数量几方面因素以及集中总线的特性和优缺点选择。
其中，SPI通信比起IIC和CAN具有更高的传输速率，但在一般情况下，SPI通信由主机控制时钟信号决定本次通信的数据长度和通信速率，从机发送数据长度受限于主机的时钟信号周期个数，限制了SPI通信的通信效率。
例如，中国专利CN201811086477.0公开了一种基于SPI总线的设备间通信方法及装置。仅采用SCLK信号线、MOSI信号线和MISO信号线将主设备与若干个从设备依次串联起来，且通过设备地址寻址的方式实现了从设备的确定和数据的读写，减少布线空间占用的同时保证了访问速度；但是对于通信效率依然没有提高，且其数据的读写依然受到时钟信号周期个数的影响。
发明内容
本发明主要解决现有的技术中SPI通信从机发送数据长度受限于主机的时钟信号周期个数的问题；提供一种适用于PLC应用的高速总线方法。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种适用于PLC应用的高速总线方法，包括以下步骤：
在SPI主机和SPI从机的GPIO接口上设置由SPI主机控制的MPIN线以及由SPI从机控制的SPIN线；
当SPI主机向SPI从机发送数据时，SPI主机通过MPIN线向SPI从机发送MPIN信号，通过MOSI数据线向SPI从机发送主机数据包；
当SPI从机向SPI主机发送数据时，SPI从机通过SPIN线向SPI主机请求有数据需要发送，收到MPIN线返回的反馈信号后，通过MISO数据线向SPI主机发送从机数据包。
通过设置MPIN线和SPIN线实现数据发送请求和反馈，使得SPI主机和SPI从机在准备好的情况下发送和接收数据，实现了不同的设备之间高速搬移数据，方案简单、成本低，可重用性高，提高了通信效率，同时，在数据发送请求和反馈的过程中，SPI从机发送的数据长度提前告知了SPI主机，SPI主机控制时钟信号周期个数进行相应改变，使得时钟信号周期个数满足SPI从机发送数据的长度要求，使得SPI从机发送的数据长度可以为任意长度，使得SPI从机发送数据长度不再受限于主机的时钟信号周期个数影响，主从设备的SPI主从机不用切换接口也能传输数据，进一步提高通信效率。
作为优选，所述的SPI主机向SPI从机发送数据时，先判断自身是否处于空闲状态，并在确认处于空闲状态时切换工作模式为发送模式。保证数据能稳定快速发送。
作为优选，所述的SPI从机接收数据时判断自身是否接收完数据，并在接收完数据时重置数据接收超时时间。保证数据接收的完整性。
作为优选，所述的SPI从机接收数据时进行超时时间判断，并在接收数据超时后将接收到的数据包保存到SPI从机的内存中。保证数据传输的效率。
作为优选，所述的从机数据包携带包头标识、长度标识和数据内容。方便主机快速接收数据内容，防止数据接收遗漏。
作为优选，所述的SPI从机向SPI主机发送数据时，判断SPI主机的工作模式是否为读模式，并在判断为读模式后向SPI主机发送从机数据包。方便SPI主机能稳定接收数据。
作为优选，所述的SPI主机接收数据时判断自身是否处于空闲状态，如果是，则SPI主机清空自身FIFO的同时切换工作模式为接收模式。提高数据接收效率。
本发明的有益效果是：通过设置MPIN线和SPIN线实现数据发送请求和反馈，使得SPI主机和SPI从机在准备好的情况下发送和接收数据，实现了不同的设备之间高速搬移数据，方案简单、成本低，可重用性高，提高了通信效率；SPI从机发送数据长度不再受限于主机的时钟信号周期个数影响，可以为任意长度。
附图说明
图1是本发明通信接口结构示意图。
图2是本发明SPI主机发送数据的流程图。
图3是本发明SPI从机接收数据的流程图。
图4是本发明SPI从机发送数据的流程图。
图5是本发明SPI主机接收数据的流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，在下述描述中，参考附图，附图描述了本发明的若干实施例。应当理解，还可使用其他实施例，并且可以在不背离本发明的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，并且本发明的实施例的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定。这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本发明。空间相关的术语，例如“上”、“下”、“左”、“右”、“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等，可在文中使用以便于说明图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“固持”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等（如果存在）是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。应当进一步理解，此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，通过下述实施例并结合附图，对本发明实施例中的技术方案的进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定发明。
实施例：一种适用于PLC应用的高速总线方法，如图1所示，包括SPI主机、SPI从机以及将SPI主机、SPI从机进行连接的SPI总线，其中，SPI总线包括CS（Chip Select，从设备选择）信号线、CLK信号线（Clock，时钟信号线）、MISO(Master Input/Slave Output，主设备数据输入，从设备数据输出)信号线和MOSI(Master Output/Slave Input，主设备数据输出，从设备数据输入)信号线，在SPI主机和SPI从机的GPIO（通用输入/输出）接口上设置了两条信号线，分别为MPIN线由SPI主机控制、SPIN线由SPI从机控制。
包括以下步骤：
SPI主机向SPI从机发送数据的步骤、SPI从机接收数据的步骤、SPI从机向SPI主机发送数据的步骤以及SPI主机接收数据的步骤。
其中，当SPI主机向SPI从机发送数据时，SPI主机通过MPIN线向从机发送MPIN信号，通过MOSI数据线向SPI从机发送主机数据包；如图2所示，SPI主机向SPI从机发送数据时，判断自身是否处于空闲状态，如果是，则SPI主机切换工作模式为发送模式，如果否，则进行设定时间段等待后重复判断空闲状态，直到SPI主机自身处于空闲状态为止，此时，SPI主机进入发送模式，SPI主机通过MPIN线发送信号通知SPI从机，SPI主机工作状态为发送模式，使得SPI从机进入数据接收等待状态，实现数据发送和接收的双向握手，保证数据快速发送的同时，接收方能稳定完整的接收数据，防止出现一方没有准备的情况下发送数据，导致数据的丢失或造成通信的故障；当SPI主机和SPI从机握手结束后，SPI主机持续向SPI从机发送封装好的数据包，直到所有数据包均发送完毕，数据包发送完成后，SPI切换工作模式为空闲状态。
如图3所示，当SPI从机接收数据时，SPI从机判断自身是否接收到数据，当接收完数据时重新设置接收超时时间，当没有接收到数据时，判断自身是否接收超时，若接收超时，则证明已经接收完数据了，此时，SPI从机将接收到的数据包保存到SPI从机的内存中，若SPI从机判断自身接收数据的过程中没有超时，则重复判断是否接收到数据，每接收一次数据包进行一次超时时间的重置，直到所有数据包均接收完毕，SPI从机接收数据完成。
如图4所示，当SPI从机向SPI主机发送数据时，SPI从机通过SPIN线向SPI主机请求有数据需要发送，SPI从机的请求信号中包括从机数据包的包头标识和长度标识，收到MPIN线返回的反馈信号后，通过MISO数据线向SPI主机发送从机数据包，SPI从机通过SPIN线通知SPI主机有数据要发送，SPI从机判断SPI主机的工作模式是否为读模式，在SPI主机的工作模式为读模式后，SPI从机切换工作模式为发送模式并装填数据到发送接口；SPI从机通过SPIN线通知SPI主机已发送数据；SPI从机判断是否发送完成，如果发送完成，则SPI从机切换工作模式为接收模式。
本发明提供一种从机数据包的数据帧格式，包括包头标识、长度标识和数据内容，具体如表1所示：
表1
包头标识 长度标识 数据内容
其中，包头标识作为数据开始的标志位，长度标识用于标识本帧数据的数据长度，数据内容记载了要发送的主要信息。
如图5所示，当SPI主机接收数据时，SPI主机判断SPI从机是否有数据需要发送，如果是，则进一步判断自身是否处于空闲模式，如果处于空闲状态，则SPI主机清空自身的接收FIFO同时切换工作模式为接收模式；SPI主机通过MPIN线通知SPI从机主机工作模式为接收模式，基于此，实现SPI从机发送数据的反馈握手，使得SPI从机和SPI主机在有所准备的前提下发送和接收数据，在此过程中，SPI从机已经在请求信号中通知了SPI主机要发送的从机数据包的包头标识以及长度标识，SPI主机根据长度标识设置相应的时钟信号周期个数，使得时钟周期个数随着SPI从机发送数据的长度而产生相应的改变，SPI从机发送的数据长度不再受到时钟信号周期个数的影响；SPI主机判断是否接收完成；如果否，则继续接收；如果是，则SPI主机接收结束，切换工作模式为空闲模式。
经过本发明的SPI主机向SPI从机发送数据的步骤、SPI从机接收数据的步骤、SPI从机向SPI主机发送数据的步骤以及SPI主机接收数据的步骤，在SPI主机向SPI从机发送数据的步骤和SPI从机接收数据的步骤的过程中，SPI主机和SPI从机在发送数据以及接收数据前进行了通信握手，使得数据的发送和接收有所准备，在保证数据传输速率的前提下使得数据传递的效率有效提高，防止数据的丢失以及通信故障的发生，在SPI从机向SPI主机发送数据的步骤以及SPI主机接收数据的步骤过程中，SPI从机以及SPI主机同样在数据发送和接收前进行了通信握手，使得数据发送和接收有所准备，在此基础上，SPI从机发送的数据长度不再受到时钟信号周期个数的影响，可以为任意长度，且数据发送的速率有所保障，使得SPI通信的效率更高。
而在本发明的SPI主机、SPI从机在数据发送、数据接收的过程中，经过两次握手后，不同的主从设备之间进行数据交互不再需要切换SPI接口的的主从属性，进一步提高了SPI通信的通信效率。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (7)

1.一种适用于PLC应用的高速总线方法，其特征在于，包括以下步骤：
在SPI主机和SPI从机的GPIO接口上设置由SPI主机控制的MPIN线以及由SPI从机控制的SPIN线；
当SPI主机向SPI从机发送数据时，SPI主机通过MPIN线向SPI从机发送MPIN信号，通过MOSI数据线向SPI从机发送主机数据包；
当SPI从机向SPI主机发送数据时，SPI从机通过SPIN线向SPI主机请求有数据需要发送，收到MPIN线返回的反馈信号后，通过MISO数据线向SPI主机发送从机数据包；
SPI从机的请求信号中包括从机数据包的包头标识和长度标识，SPI主机根据长度标识设置相应的时钟信号周期个数，使得时钟周期个数随着SPI从机发送数据的长度而产生相应的改变，SPI从机发送的数据长度不再受到时钟信号周期个数的影响。
2.根据权利要求1所述的一种适用于PLC应用的高速总线方法，其特征在于，
所述SPI主机向SPI从机发送数据时，先判断自身是否处于空闲状态，并在确认处于空闲状态时切换工作模式为发送模式。
3.根据权利要求1所述的一种适用于PLC应用的高速总线方法，其特征在于，
所述SPI从机接收数据时判断自身是否接收完数据，并在接收完数据时重置数据接收超时时间。
4.根据权利要求3所述的一种适用于PLC应用的高速总线方法，其特征在于，
所述SPI从机接收数据时进行超时时间判断，并在接收数据超时后将接收到的数据包保存到SPI从机的内存中。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种适用于PLC应用的高速总线方法，其特征在于，
所述从机数据包携带包头标识、长度标识和数据内容。
6.根据权利要求1所述的一种适用于PLC应用的高速总线方法，其特征在于，
所述SPI从机向SPI主机发送数据时，判断SPI主机的工作模式是否为读模式，并在判断为读模式后向SPI主机发送从机数据包。
7.根据权利要求1所述的一种适用于PLC应用的高速总线方法，其特征在于，
所述SPI主机接收数据时判断自身是否处于空闲状态，如果是，则SPI主机清空自身FIFO的同时切换工作模式为接收模式。
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