CN115987835A - 通讯状态的检测方法、系统、装置及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种通讯状态的检测方法、系统、装置及电子设备。该方法包括：获取串行外设接口主设备向串行外设接口从设备发送的时钟信号；从时钟信号中提取目标数据，并对目标数据进行检测，得到检测结果；根据检测结果确定串行外设接口主设备与串行外设接口从设备之间的通讯状态，其中，通讯状态包括以下至少之一：通讯正常、通讯异常。本发明解决了现有技术中SPI主设备和SPI从设备通讯过程中的安全性低的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及通讯领域，具体而言，涉及一种通讯状态的检测方法、系统、装置及电子设备。
背景技术
DCS(分布式控制系统，Distributed Control System)已被广泛应用于电力、石油、化工、钢铁、造纸、水泥、脱硫、除尘、水处理等自动化控制领域中，它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机(Computer)、通讯(Communication)、显示(CRT)和控制(Control)等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。
相关技术中，DCS中会使用到SPI(串行外设接口，Serial PeripheralInterface)，这种总线一般采用四线制，包括MISO(主设备数据输入，Master Input SlaveOutput)、MOSI(主设备数据输出，Master Output Slave Input)、SCLK(时钟，SerialClock)、CS(片选，Chip Select)，SPI使用主从方式工作，可全双工或半双工。SPI通讯在工业领域是一场十分常见的通讯协议，其优点在操作简单、通讯速度快，但缺点也很明显，其主站只负责发送，不检查是否发送成功，因此并无握手信号，出错概率高，从而具有SPI主设备和SPI从设备通讯过程中安全性低的问题。
针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明实施例提供了一种通讯状态的检测方法、系统、装置及电子设备，以至少解决现有技术中SPI主设备和SPI从设备通讯过程中的安全性低的技术问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种通讯状态的检测方法，包括：获取串行外设接口主设备向串行外设接口从设备发送的时钟信号；从时钟信号中提取目标数据，并对目标数据进行检测，得到检测结果；根据检测结果确定串行外设接口主设备与串行外设接口从设备之间的通讯状态，其中，通讯状态包括以下至少之一：通讯正常、通讯异常。
进一步地，通讯状态的检测方法还包括：在获取到串行外设接口从设备发送的上电信号的情况下，判断串行外设接口主设备在第一预设时间范围内是否开始向串行外设接口从设备发送数据包，其中，第一预设时间范围的终点为串行外设接口从设备发送上电信号的时间；若串行外设接口主设备在第一预设时间范围内开始向串行外设接口从设备发送数据包，则得到第一检测结果，其中，第一检测结果表征时钟信号存在异常；若串行外设接口主设备在第一预设时间范围内未向串行外设接口从设备发送数据包，则得到第二检测结果，其中，第二检测结果表征时钟信号正常。
进一步地，通讯状态的检测方法还包括：在得到第一检测结果之后，检测时钟信号每次发生翻转的时间；在确定时钟信号在第N次发生翻转后的第二预设时间范围内未发生第N+1次翻转时，确定时钟信号第N次发生翻转的时间为目标时间，其中，目标时间为串行外设接口主设备停止发送数据包的时间；基于目标时间，确定数据包对应的第一目标时钟个数；在第一目标时钟个数与第一预设时钟个数的比值为非整数情况下，对时钟信号的时钟个数进行补偿。
进一步地，通讯状态的检测方法还包括：计算时钟信号的频率与预设频率的差值；若差值大于或等于预设差值，则得到第一检测结果，其中，第一检测结果表征时钟信号存在异常；若差值小于预设差值，则得到第二检测结果，其中，第二检测结果表征时钟信号正常。
进一步地，通讯状态的检测方法还包括：获取串行外设接口主设备向串行外设接口从设备发送的任意一个数据包所对应的时钟个数，得到第二目标时钟个数；计算第二目标时钟个数与第二预设时钟个数的比值；若比值为非整数，则得到第一检测结果，其中，第一检测结果表征时钟信号存在异常；若比值为整数，则得到第二检测结果，其中，第二检测结果表征时钟信号正常。
进一步地，通讯状态的检测方法还包括：确定串行外设接口主设备的输入信号或串行外设接口主设备的输出信号是否处于翻转状态；若输入信号或输出信号处于翻转状态，则检测时钟信号是否处于翻转状态；若检测到时钟信号未处于翻转状态，则得到第一检测结果，其中，第一检测结果表征时钟信号存在异常；若检测到时钟信号处于翻转状态，则得到第二检测结果，其中，第二检测结果表征时钟信号正常。
进一步地，通讯状态的检测方法还包括：确定时钟信号在第N次发生翻转后的第三预设时间范围内是否发生第N+1次翻转；若时钟信号在第三预设时间范围内未发生第N+1次翻转，则得到第一检测结果，其中，第一检测结果表征时钟信号存在异常；若时钟信号在第三预设时间范围内发生第N+1次翻转，则得到第二检测结果，其中，第二检测结果表征时钟信号正常。
进一步地，通讯状态的检测方法还包括：若检测结果为第一检测结果，则确定通讯状态为通讯异常；若检测结果为第二检测结果，则确定通讯状态为通讯正常。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种通讯状态的检测系统，包括：串行外设接口主设备，用于向串行外设接口从设备发送时钟信号；现场可编程逻辑门阵列，连接于串行外设接口主设备和串行外设接口从设备之间，用于从时钟信号中提取目标数据，并对目标数据进行检测，得到检测结果，并根据检测结果确定串行外设接口主设备与串行外设接口从设备之间的通讯状态，其中，通讯状态包括以下至少之一：通讯正常、通讯异常；串行外设接口从设备，用于获取时钟信号。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种通讯状态的检测装置，包括：获取模块，用于获取串行外设接口主设备向串行外设接口从设备发送的时钟信号；第一检测模块，用于从时钟信号中提取目标数据，并对目标数据进行检测，得到检测结果；第一确定模块，用于根据检测结果确定串行外设接口主设备与串行外设接口从设备之间的通讯状态，其中，通讯状态包括以下至少之一：通讯正常、通讯异常。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机程序，其中，计算机程序被设置为运行时执行上述的通讯状态的检测方法。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种电子设备，电子设备包括一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序，当一个或多个程序被一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器实现用于运行程序，其中，程序被设置为运行时执行上述的通讯状态的检测方法。
在本发明实施例中，采用对串行外设接口主设备与串行外设接口从设备之间的通讯状态进行检测的方式，通过获取串行外设接口主设备向串行外设接口从设备发送的时钟信号，然后从时钟信号中提取目标数据，并对目标数据进行检测，得到检测结果，接着根据检测结果确定串行外设接口主设备与串行外设接口从设备之间的通讯状态，其中，通讯状态包括以下至少之一：通讯正常、通讯异常。
在上述过程中，通过获取串行外设接口主设备向串行外设接口从设备发送的时钟信号，并对该时钟信号中的目标数据进行检测，实现了对时钟信号是否正常的有效判断。进一步地，通过基于对目标数据的检测结果确定串行外设接口主设备与串行外设接口从设备之间的通讯状态，使得在串行外设接口主设备与串行外设接口从设备之间的通讯出现异常时，能够及时发现问题，进而便于工作人员及时知晓并解决问题，从而避免了数据错误传输或传输失败的现象发生时无法发现，有效提高了串行外设接口主设备与串行外设接口从设备通讯过程中的安全性。
由此可见，本申请所提供的方案达到了对串行外设接口主设备与串行外设接口从设备之间的通讯状态进行检测的目的，从而实现了提高通讯安全性的技术效果，进而解决了现有技术中SPI主设备和SPI从设备通讯过程中的安全性低的技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的一种可选的通讯状态的检测系统的示意图；
图2是根据本发明实施例的一种可选的串行外设接口主设备与串行外设接口从设备之间通信的时序图；
图3是根据本发明实施例的一种可选的通讯状态的检测方法的示意图；
图4是根据本发明实施例的另一种可选的串行外设接口主设备与串行外设接口从设备之间通信的时序图；
图5是根据本发明实施例的一种可选的通讯状态的检测装置的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，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”等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，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例1
根据本发明实施例，提供了一种通讯状态的检测系统的实施例，其中，图1是根据本发明实施例的一种可选的通讯状态的检测系统的示意图，如图1所示，该系统包括：
串行外设接口主设备101，用于向串行外设接口从设备发送时钟信号；
现场可编程逻辑门阵列102，连接于串行外设接口主设备和串行外设接口从设备之间，用于从时钟信号中提取目标数据，并对目标数据进行检测，得到检测结果，并根据检测结果确定串行外设接口主设备与串行外设接口从设备之间的通讯状态，其中，通讯状态包括以下至少之一：通讯正常、通讯异常；
串行外设接口从设备103，用于获取时钟信号。
可选的，如图1所示，通讯状态的检测系统包括串行外设接口主设备101、现场可编程逻辑门阵列102以及串行外设接口从设备103，现场可编程逻辑门阵列102连接于串行外设接口主设备101和串行外设接口从设备103之间。
可选的，在本实施例中，串行外设接口主设备101、现场可编程逻辑门阵列102以及串行外设接口从设备103具体可以用于DCS系统的控制器模块，该控制器模块可以实现组态数据计算、以太网数据交换以及8通道I/O通讯等功能，从而满足工业现场的需要。
进一步地，在一种可选的实施例中，串行外设接口主设备101为ARM处理器，可以运行嵌入式实时操作系统。串行外设接口主设备101可通过下载或在线USB接口更改其中的控制策略组态信息，完成用户自定义的控制算法，如模拟量调节、数字逻辑运算、顺序控制等功能。现场可编程逻辑门阵列102可以使用Verilog语言编程。串行外设接口从设备103为微处理器MCU，与其它I/O卡件相连，用于将I/O数据打包传送给串行外设接口主设备101，并将串行外设接口主设备101需要发送给I/O卡件的数据解包分发，串行外设接口主设备101与串行外设接口从设备103之间采用SPI通讯。
可选的，现场可编程逻辑门阵列102用于获取串行外设接口主设备101向串行外设接口从设备103发送的时钟信号，并将其传递给串行外设接口从设备103，可选的，现场可编程逻辑门阵列102还用于获取串行外设接口主设备101与串行外设接口从设备103之间传输的MISO、MOSI以及CS信号，并将这些信号传递给串行外设接口从设备103，其中，串行外设接口主设备101与串行外设接口从设备103之间通信的时序图如图2所示。
进一步地，在现场可编程逻辑门阵列102传递时钟信号的过程中，现场可编程逻辑门阵列102可以从时钟信号中提取目标数据，前述的目标数据可以是时钟信号的位同步状态、频率、时钟个数、时钟信号的翻转状态以及时钟信号每次发生翻转的时间等。之后，现场可编程逻辑门阵列102可以对目标数据进行检测，并得到目标数据所对应的检测结果，其中，检测结果为第一检测结果或第二检测结果，第一检测结果表征时钟信号存在异常，第二检测结果表征时钟信号正常。进一步地，若检测结果为第一检测结果，则可以确定通讯状态为通讯异常，若检测结果为第二检测结果，则可以确定通讯状态为通讯正常。
容易注意到的是，在上述过程中，通过获取串行外设接口主设备向串行外设接口从设备发送的时钟信号，并对该时钟信号中的目标数据进行检测，实现了对时钟信号是否正常的有效判断。进一步地，通过基于对目标数据的检测结果确定串行外设接口主设备与串行外设接口从设备之间的通讯状态，使得在串行外设接口主设备与串行外设接口从设备之间的通讯出现异常时，能够及时发现问题，进而便于工作人员及时知晓并解决问题，从而避免了数据错误传输或传输失败的现象发生时无法发现，有效提高了串行外设接口主设备与串行外设接口从设备通讯过程中的安全性。
由此可见，本申请所提供的方案达到了对串行外设接口主设备与串行外设接口从设备之间的通讯状态进行检测的目的，从而实现了提高通讯安全性的技术效果，进而解决了现有技术中SPI主设备和SPI从设备通讯过程中的安全性低的技术问题。
实施例2
根据本发明实施例，提供了一种通讯状态的检测方法的实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
图3是根据本发明实施例的一种可选的通讯状态的检测方法的示意图，如图3所示，该方法包括如下步骤：
步骤S301，获取串行外设接口主设备向串行外设接口从设备发送的时钟信号。
可选的，可以通过电子设备、应用系统、服务器等装置获取SPI主设备(串行外设接口主设备)向SPI从设备(串行外设接口从设备)发送的时钟信号。在本实施例中，通讯状态的检测方法应用于上述的通讯状态的检测系统，具体地，应用于通讯状态的检测系统中的现场可编程逻辑门阵列，其中，现场可编程逻辑门阵列简称为FPGA(Field ProgrammableGate Array)。
可选的，通过FPGA获取SPI主设备向SPI从设备发送的时钟信号。其中，如图1所示，FPGA连接于SPI主设备和SPI从设备之间，FPGA用于获取SPI主设备向SPI从设备发送的时钟信号，并将其传递给SPI从设备。可选的，FPGA还用于获取SPI主设备与SPI从设备之间传输的MISO、MOSI以及CS信号，并将这些信号传递给SPI从设备，其中，SPI主设备与SPI从设备之间通信的时序图如图2所示。
步骤S302，从时钟信号中提取目标数据，并对目标数据进行检测，得到检测结果。
可选的，前述的目标数据可以是时钟信号的位同步状态、频率、时钟个数、时钟信号的翻转状态以及时钟信号每次发生翻转的时间等，FPGA可以对目标数据进行检测，并得到目标数据所对应的检测结果，其中，检测结果为第一检测结果或第二检测结果，第一检测结果表征时钟信号存在异常，第二检测结果表征时钟信号正常。
需要说明的是，通过获取串行外设接口主设备向串行外设接口从设备发送的时钟信号，并对该时钟信号种的目标数据进行检测，实现了对时钟信号是否正常的有效判断。
步骤S303，根据检测结果确定串行外设接口主设备与串行外设接口从设备之间的通讯状态，其中，通讯状态包括以下至少之一：通讯正常、通讯异常。
可选的，若检测结果为第一检测结果，则可以确定通讯状态为通讯异常，若检测结果为第二检测结果，则可以确定通讯状态为通讯正常。进一步地，当FPGA确定了通讯状态后，FPGA可以将该通讯状态发送至目标对象所使用的设备终端中，以通过设备终端的交互界面将通讯状态展示给目标对象，从而使得目标对象可以基于通讯状态及时确定通讯是否出现问题并及时解决，其中，目标对象可以是相关工作人员。
需要说明的是，通过基于对时钟信号的检测结果确定串行外设接口主设备与串行外设接口从设备之间的通讯状态，使得在串行外设接口主设备与串行外设接口从设备之间的通讯出现异常时，能够及时发现问题，进而便于工作人员及时知晓并解决问题，从而有效提高了串行外设接口主设备与串行外设接口从设备通讯过程中的安全性，避免了数据错误传输或传输失败的现象发生时无法发现。
基于上述步骤S301至步骤S303所限定的方案，可以获知，在本发明实施例中，采用对串行外设接口主设备与串行外设接口从设备之间的通讯状态进行检测的方式，通过获取串行外设接口主设备向串行外设接口从设备发送的时钟信号，然后从时钟信号中提取目标数据，并对目标数据进行检测，得到检测结果，接着根据检测结果确定串行外设接口主设备与串行外设接口从设备之间的通讯状态，其中，通讯状态包括以下至少之一：通讯正常、通讯异常。
容易注意到的是，在上述过程中，通过获取串行外设接口主设备向串行外设接口从设备发送的时钟信号，并对该时钟信号中的目标数据进行检测，实现了对时钟信号是否正常的有效判断。进一步地，通过基于对目标数据的检测结果确定串行外设接口主设备与串行外设接口从设备之间的通讯状态，使得在串行外设接口主设备与串行外设接口从设备之间的通讯出现异常时，能够及时发现问题，进而便于工作人员及时知晓并解决问题，从而避免了数据错误传输或传输失败的现象发生时无法发现，有效提高了串行外设接口主设备与串行外设接口从设备通讯过程中的安全性。
由此可见，本申请所提供的方案达到了对串行外设接口主设备与串行外设接口从设备之间的通讯状态进行检测的目的，从而实现了提高通讯安全性的技术效果，进而解决了现有技术中SPI主设备和SPI从设备通讯过程中的安全性低的技术问题。
在一种可选的实施例中，若目标数据为时钟信号的位同步状态，则在对目标数据进行检测，得到检测结果的过程中，FPGA可以在获取到串行外设接口从设备发送的上电信号的情况下，判断串行外设接口主设备在第一预设时间范围内是否开始向串行外设接口从设备发送数据包，若串行外设接口主设备在第一预设时间范围内开始向串行外设接口从设备发送数据包，则得到第一检测结果，若串行外设接口主设备在第一预设时间范围内未向串行外设接口从设备发送数据包，则得到第二检测结果，其中，第一预设时间范围的终点为串行外设接口从设备发送上电信号的时间，第一检测结果表征时钟信号存在异常，第二检测结果表征时钟信号正常。
可选的，SPI从设备在上电时可能存在上电较慢或者通讯时出现复位重启的现象，由于SPI不需要握手信号，SPI主设备在没有从设备的情况下也会发送数据，因此，当SPI从设备未完成上电时，SPI主设备可能已经在发送数据了，此时，SPI从设备可能从时钟信号的任意位置开始接收数据，从而在没有增加位同步信号线时容易造成位错误，也即出现位同步异常的现象，进而导致数据传输出现问题。其中，前述的位同步状态也可以理解为字节同步状态，即当SPI主设备发送的8个时钟与同一字节对应，而SPI从设备确定接收到的8个时钟与两个字节对应时(例如，前4个时钟对应于上一个字节，后四个时钟对应于下一个字节)，则确定位同步状态异常，也即字节同步状态异常，反之，若SPI主设备发送的8个时钟与同一字节对应，且SPI从设备确定接收到的8个时钟与一个字节对应时，确定位同步状态正常，也即字节同步状态正常。
在本实施例中，FPGA实时与SPI从设备进行数据通讯，当SPI从设备完成上电或重启后重新上电时，SPI从设备可以主动向FPGA发送上电信号，以使FPGA基于上电信号确定SPI从设备开始工作的时间。进一步地，FPGA可以确定在SPI从设备发送上电信号的前X毫秒内，SPI主设备是否开始向串行外设接口从设备发送数据包。其中，前述的第一预设时间范围即为SPI从设备发送上电信号的前X毫秒，X可以为预设的固定数值，也可以根据SPI主设备的上电时间确定，例如，SPI主设备在SPI从设备发送上电信号的前20毫秒时上电，则X为20，可选的，X也可以根据其它数据所确定。
进一步地，当FPGA确定SPI主设备在第一预设时间范围内开始向串行外设接口从设备发送数据包时，FPGA可以确定SPI主设备在SPI从设备未上电之前，便向SPI从设备发送了时钟信号以及数据包，从而可以确定时钟信号的位同步状态异常，且SPI从设备接收到的数据异常，得到第一检测结果。反之，当FPGA确定串行外设接口主设备在第一预设时间范围内未开始向串行外设接口从设备发送数据包时，FPGA可以确定SPI主设备在SPI从设备未上电之前，未向SPI从设备发送时钟信号以及数据包，从而可以确定时钟信号的位同步状态正常，得到第二检测结果。
需要说明的是，通过判断串行外设接口主设备在第一预设时间范围内是否开始向串行外设接口从设备发送数据包，实现了对时钟信号的位同步状态的准确判断，从而实现了对时钟信号是否出现异常的有效检测，进而便于实现对通讯状态的准确确定。
在一种可选的实施例中，在得到第一检测结果之后，FPGA可以检测时钟信号每次发生翻转的时间，在确定时钟信号在第N次发生翻转后的第二预设时间范围内未发生第N+1次翻转时，确定时钟信号第N次发生翻转的时间为目标时间，然后基于目标时间，确定数据包对应的第一目标时钟个数，从而在第一目标时钟个数与第一预设时钟个数的比值为非整数情况下，对时钟信号的时钟个数进行补偿。其中，目标时间为串行外设接口主设备停止发送数据包的时间，N为正整数。
可选的，在SPI主设备向SPI从设备依次发送多个数据包的过程中，在相邻数据包之间，会存在一定的时间间隙，也即在这个时间间隙中，时钟信号不发生翻转，因此，FPGA可以基于时钟信号每次时钟信号翻转后的第二预设时间范围内是否再次发生翻转，来确定当前数据包是否传输完成，并可以在确定当前数据包传输完成时，确定时钟信号下一次发生翻转的时间为SPI主设备开始发送下一个数据包的时间。
具体地，当FPGA确定SPI主设备在SPI从设备未上电之前，便向SPI从设备发送了时钟信号以及数据包时，FPGA可以检测时钟信号每次发生翻转的时间，并在确定时钟信号在某一次翻转后的第二预设时间范围内未再次发生翻转时，确定该次发生翻转的时间为目标时间，该目标时间即为SPI主设备停止发送当前数据包的时间。
进一步地，FPGA可以基于SPI主设备开始发送当前数据包的时间以及目标时间，确定数据包在传输过程中对应的第一目标时钟个数，其中，时钟个数即为时钟信号中产生的上升沿的个数，或者，时钟个数为时钟信号中产生的下降沿的个数，例如，在图2中，时钟个数为10。由于一个数据包通常由字节组成，一个字节的数据应当有8位数据，也就是8个时钟(CLK)，因此，当SPI从设备在接收完一个数据包后，所获取的时钟个数不是8的倍数时，SPI从设备会在获取到下一个数据包所对应的时钟时，对下一个数据包的时钟进行借位，从而造成不仅前述的接收完的数据包出现错误，且之后的数据包也会出现错误的问题。
可选的，在本实施例中，当FPGA确定数据包对应的第一目标时钟个数与第一预设时钟个数的比值为非整数时，FPGA可以对当前数据包所对应的时钟个数进行补偿，以使得该数据包对应的补偿后的总时钟个数为8的倍数，从而避免SPI从设备对下一个数据包的时钟进行借位，进而实现了对位错误的纠正，例如，在图4中，FPGA在时序14的位置，补偿了一个时钟。
需要说明的是，通过在时钟信号的位同步状态出现错误时，FPGA主动插入时钟(CLK)，可以有效纠正位错误，从而提高了SPI主设备与SPI从设备之间通讯的安全性。
在一种可选的实施例中，在目标数据为时钟信号的频率的情况下，在对目标数据进行检测，得到检测结果的过程中，FPGA可以计算时钟信号的频率与预设频率的差值，若差值大于或等于预设差值，则得到第一检测结果，其中，第一检测结果表征时钟信号存在异常，若差值小于预设差值，则得到第二检测结果，其中，第二检测结果表征时钟信号正常。
可选的，在本实施例中，在正常通讯的情况下，时钟信号的频率为10MHz，FPGA可以使用120MHz的时钟去检测时钟信号的波形，并根据在SPI主设备输出的相邻两个时钟之间，FPGA所使用的120MHz的时钟对应的时钟个数来确定SPI主设备输出的时钟信号的频率，例如，SPI主设备输出的相邻两个时钟之间，FPGA所使用的120MHz的时钟对应的时钟个数为12，则确定SPI主设备输出的时钟信号的频率为10MHz，为进一步精确，可一次性检测多个时钟，如检测十个时钟信号，在该检测过程中，若FPGA所使用的120MHz的时钟对应的时钟个数为120，则确定SPI主设备输出的时钟信号的频率为10MHz。之后，FPGA可以计算SPI主设备输出的时钟信号的频率与预设频率的差值，从而在差值大于或等于预设差值时，得到第一检测结果，在差值小于预设差值时，得到第二检测结果。其中，前述的预设频率为时钟信号在正常通讯的情况下所对应的频率，在本实施例中，预设频率为10Mhz。
可选的，FPGA也可以在确定了在SPI主设备输出的相邻两个时钟之间，FPGA所使用的120MHz的时钟对应的时钟个数之后，计算该时钟个数与FPGA所使用的120MHz的时钟理论上应当对应的时钟个数的差值，从而基于该差值确定述时钟信号的频率与预设频率的差值，进而确定检测结果，其中，在本实施例中，FPGA所使用的120MHz的时钟理论上应当对应的时钟个数为12。
需要说明的是，通过计算时钟信号的频率与预设频率的差值，实现了对时钟信号的频率是否出现问题的准确判断，从而实现了对时钟信号是否出现异常的有效检测，进而便于实现对通讯状态的准确确定。
在一种可选的实施例中，在目标数据为时钟信号的时钟个数的情况下，在对目标数据进行检测，得到检测结果的过程中，FPGA可以获取串行外设接口主设备向串行外设接口从设备发送的任意一个数据包所对应的时钟个数，得到第二目标时钟个数，然后计算第二目标时钟个数与第二预设时钟个数的比值，从而若比值为非整数，则得到第一检测结果，若比值为整数，则得到第二检测结果。其中，第一检测结果表征时钟信号存在异常，第二检测结果表征时钟信号正常。
可选的，一个数据包通常包含数千个双字节，且一个字节的数据应当有8位数据，也就是8个时钟(CLK)，因此，一个数据包所对应的时钟个数应当是16的整数倍。在本实施例中，FPGA可以在SPI主设备向SPI从设备发送的数据包的过程中，检测数据包所对应的时钟个数，从而得到第二目标时钟个数。之后，FPGA可以计算第二目标时钟个数与16(也即第二预设时钟个数)的比值，从而在该比值为非整数时，得到第一检测结果，在该比值为整数时，得到第二检测结果。
需要说明的是，通过计算数据包所对应的时钟个数与第二预设时钟个数的比值，实现了对时钟信号个数是否出现问题的准确判断，从而实现了对时钟信号是否出现异常的有效检测。
在一种可选的实施例中，在目标数据为时钟信号的翻转状态的情况下，在对目标数据进行检测，得到检测结果的过程中，FPGA可以确定串行外设接口主设备的输入信号或串行外设接口主设备的输出信号是否处于翻转状态，若输入信号或输出信号处于翻转状态，则检测时钟信号是否处于翻转状态，若检测到时钟信号未处于翻转状态，则得到第一检测结果，若检测到时钟信号处于翻转状态，则得到第二检测结果，其中，第一检测结果表征时钟信号存在异常，第二检测结果表征时钟信号正常。
可选的，在SPI主设备与SPI从设备进行通讯时，理论上MISO、MOSI和时钟信号应当同步出现，如果没有时钟信号，而MISO、MOSI等信号中的至少之一在翻转，说明SPI主设备与SPI从设备之间的通讯出现了问题。
因此，FPGA可以在确定串行外设接口主设备的输入信号(即前述的MISO)或串行外设接口主设备的输出信号(即前述的MOSI)处于翻转状态时，检测时钟信号是否处于翻转状态，若检测到时钟信号未处于翻转状态，则得到第一检测结果，若检测到时钟信号处于翻转状态，则得到第二检测结果。
需要说明的是，通过检测MISO、MOSI和时钟信号是否同步出现，实现了对时钟信号是否出现异常的有效检测，进而便于实现对通讯状态的有效检测。
在一种可选的实施例中，在目标数据为时钟信号每次发生翻转的时间的情况下，对目标数据进行检测，得到检测结果的过程中，确定时钟信号在第N次发生翻转后的第三预设时间范围内是否发生第N+1次翻转；若时钟信号在第三预设时间范围内未发生第N+1次翻转，则得到第一检测结果，其中，第一检测结果表征时钟信号存在异常；若时钟信号在第三预设时间范围内发生第N+1次翻转，则得到第二检测结果，其中，第二检测结果表征时钟信号正常，N为正整数。
可选的，在本实施例中，SPI主设备发送的两个相邻的数据包之间具有50ms的时间空隙，如果超过100ms仍然没有新的时钟产生，则可以认为SPI主设备发送数据超时。因此，FGPA可以确定时钟信号在第N次发生翻转后的100ms(即前述的第三预设时间范围)内是否发生第N+1次翻转，如果发生了第N+1次翻转，则得到第二检测结果，如果没发生第N+1次翻转，则得到第一检测结果。
需要说明的是，通过基于时钟信号每次翻转的时间，确定时钟信号停止翻转的时间长度，实现了对数据是否发送超时的有效检测，从而便于实现对通讯状态的有效检测。
在一种可选的实施例中，在根据检测结果确定串行外设接口主设备与串行外设接口从设备之间的通讯状态的过程中，若检测结果为第一检测结果，则FPGA确定通讯状态为通讯异常，若检测结果为第二检测结果，则FPGA确定通讯状态为通讯正常。
在一种可选的实施例中，FPGA可以对至少一种类型(即前述的位同步状态、频率、时钟个数、时钟信号的翻转状态、时钟信号每次发生翻转的时间等)的目标数据进行检测，并得到每种类型的目标数据所对应的检测结果，其中，检测结果为第一检测结果或第二检测结果，第一检测结果表征时钟信号存在异常，第二检测结果表征时钟信号正常。
进一步地，当FPGA对多种类型的目标数据进行检测时，例如，FPGA即检测时钟信号的频率，也检测时钟信号的时钟个数，则FPGA可以在确定每种类型的目标数据所对应的检测结果均为第二检测结果时，确定通讯状态为通讯正常，在确定每种类型的目标数据所对应的检测结果中存在第一检测结果时，确定通讯状态为通讯异常。
需要说明的是，通过根据检测结果确定SPI主设备与SPI从设备之间的通讯状态，实现了对SPI主设备与SPI从设备之间的通讯状态的有效确定。
在一种可选的实施例中，当FPGA确定通讯状态异常之后，FPGA可以及时触发报警事件，以提醒工作人员及时排查问题。
在本实施例中，通过FPGA对SPI通讯进行实时检测，检查时钟信号的频率、超时时间、时钟信号和数据信号翻转是否正常、通讯数据对应的时钟个数来判断SPI通讯的故障情况，遇到SPI通讯质量下降时及时报警，以使现场维护人员能及时了解相关情况，排除故障，从而提高安全性和可靠性。其次FPGA还可以检测SPI位偏移的问题，通过主动插入时钟，补充位数据，纠正SPI信号的错误，从而可以提高通讯的安全性。
由此可见，本申请所提供的方案达到了对串行外设接口主设备与串行外设接口从设备之间的通讯状态进行检测的目的，从而实现了提高通讯安全性的技术效果，进而解决了现有技术中SPI主设备和SPI从设备通讯过程中的安全性低的技术问题。
实施例3
根据本发明实施例，提供了一种通讯状态的检测装置的实施例，其中，图5是根据本发明实施例的一种可选的通讯状态的检测装置的示意图，如图5所示，该装置包括：
获取模块501，用于获取串行外设接口主设备向串行外设接口从设备发送的时钟信号；
第一检测模块502，用于从时钟信号中提取目标数据，并对目标数据进行检测，得到检测结果；
第一确定模块503，用于根据检测结果确定串行外设接口主设备与串行外设接口从设备之间的通讯状态，其中，通讯状态包括以下至少之一：通讯正常、通讯异常。
需要说明的是，上述获取模块501、第一检测模块502以及第一确定模块503对应于上述实施例中的步骤S301至步骤S303，三个模块与对应的步骤所实现的示例和应用场景相同，但不限于上述实施例1所公开的内容。
可选的，第一检测模块还包括：判断子模块，用于在获取到串行外设接口从设备发送的上电信号的情况下，判断串行外设接口主设备在第一预设时间范围内是否开始向串行外设接口从设备发送数据包，其中，第一预设时间范围的终点为串行外设接口从设备发送上电信号的时间；第一处理子模块，用于若串行外设接口主设备在第一预设时间范围内开始向串行外设接口从设备发送数据包，则得到第一检测结果，其中，第一检测结果表征时钟信号存在异常；第二处理子模块，用于若串行外设接口主设备在第一预设时间范围内未向串行外设接口从设备发送数据包，则得到第二检测结果，其中，第二检测结果表征时钟信号正常。
可选的，通讯状态的检测装置还包括：第二检测模块，用于检测时钟信号每次发生翻转的时间；第二确定模块，用于在确定时钟信号在第N次发生翻转后的第二预设时间范围内未发生第N+1次翻转时，确定时钟信号第N次发生翻转的时间为目标时间，其中，目标时间为串行外设接口主设备停止发送数据包的时间；第三确定模块，用于基于目标时间，确定数据包对应的第一目标时钟个数；补偿模块，用于在第一目标时钟个数与第一预设时钟个数的比值为非整数情况下，对时钟信号的时钟个数进行补偿。
可选的，第一检测模块还包括：第一计算子模块，用于计算时钟信号的频率与预设频率的差值；第三处理子模块，用于若差值大于或等于预设差值，则得到第一检测结果，其中，第一检测结果表征时钟信号存在异常；第四处理子模块，用于若差值小于预设差值，则得到第二检测结果，其中，第二检测结果表征时钟信号正常。
可选的，第一检测模块还包括：获取子模块，用于获取串行外设接口主设备向串行外设接口从设备发送的任意一个数据包所对应的时钟个数，得到第二目标时钟个数；第二计算子模块，用于计算第二目标时钟个数与第二预设时钟个数的比值；第五处理子模块，用于若比值为非整数，则得到第一检测结果，其中，第一检测结果表征时钟信号存在异常；第六处理子模块，用于若比值为整数，则得到第二检测结果，其中，第二检测结果表征时钟信号正常。
可选的，第一检测模块还包括：第一确定子模块，用于确定串行外设接口主设备的输入信号或串行外设接口主设备的输出信号是否处于翻转状态；检测子模块，用于若输入信号或输出信号处于翻转状态，则检测时钟信号是否处于翻转状态；第七处理子模块，用于若检测到时钟信号未处于翻转状态，则得到第一检测结果，其中，第一检测结果表征时钟信号存在异常；第八处理子模块，用于若检测到时钟信号处于翻转状态，则得到第二检测结果，其中，第二检测结果表征时钟信号正常。
可选的，第一检测模块还包括：第二确定子模块，用于确定时钟信号在第N次发生翻转后的第三预设时间范围内是否发生第N+1次翻转；第九处理子模块，用于若时钟信号在第三预设时间范围内未发生第N+1次翻转，则得到第一检测结果，其中，第一检测结果表征时钟信号存在异常；第十处理子模块，用于若时钟信号在第三预设时间范围内发生第N+1次翻转，则得到第二检测结果，其中，第二检测结果表征时钟信号正常。
可选的，第一确定模块还包括：第二确定子模块，用于若检测结果为第一检测结果，则确定通讯状态为通讯异常；第三确定子模块，用于若检测结果为第二检测结果，则确定通讯状态为通讯正常。
实施例4
根据本发明实施例的另一方面，还提供了计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机程序，其中，计算机程序被设置为运行时执行上述的通讯状态的检测方法。
实施例5
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种电子设备，其中，电子设备包括一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序，当一个或多个程序被一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器实现用于运行程序，其中，程序被设置为运行时执行上述的通讯状态的检测方法。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (11)
1.一种通讯状态的检测方法，其特征在于，包括：
获取串行外设接口主设备向串行外设接口从设备发送的时钟信号；
从所述时钟信号中提取目标数据，并对所述目标数据进行检测，得到检测结果；
根据所述检测结果确定所述串行外设接口主设备与所述串行外设接口从设备之间的通讯状态，其中，所述通讯状态包括以下至少之一：通讯正常、通讯异常。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述目标数据进行检测，得到检测结果，包括：
在获取到所述串行外设接口从设备发送的上电信号的情况下，判断所述串行外设接口主设备在第一预设时间范围内是否开始向所述串行外设接口从设备发送数据包，其中，所述第一预设时间范围的终点为所述串行外设接口从设备发送上电信号的时间；
若所述串行外设接口主设备在所述第一预设时间范围内开始向所述串行外设接口从设备发送所述数据包，则得到第一检测结果，其中，所述第一检测结果表征所述时钟信号存在异常；
若所述串行外设接口主设备在所述第一预设时间范围内未向所述串行外设接口从设备发送所述数据包，则得到第二检测结果，其中，所述第二检测结果表征所述时钟信号正常。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在得到第一检测结果之后，所述方法还包括：
检测所述时钟信号每次发生翻转的时间；
在确定所述时钟信号在第N次发生翻转后的第二预设时间范围内未发生第N+1次翻转时，确定所述时钟信号第N次发生翻转的时间为目标时间，其中，所述目标时间为所述串行外设接口主设备停止发送所述数据包的时间；
基于所述目标时间，确定所述数据包对应的第一目标时钟个数；
在所述第一目标时钟个数与第一预设时钟个数的比值为非整数情况下，对所述时钟信号的时钟个数进行补偿。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述目标数据为所述时钟信号的频率的情况下，对所述目标数据进行检测，得到检测结果，包括：
计算所述时钟信号的频率与预设频率的差值；
若所述差值大于或等于预设差值，则得到第一检测结果，其中，所述第一检测结果表征所述时钟信号存在异常；
若所述差值小于所述预设差值，则得到第二检测结果，其中，所述第二检测结果表征所述时钟信号正常。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述目标数据为所述时钟信号的时钟个数的情况下，对所述目标数据进行检测，得到检测结果，包括：
获取所述串行外设接口主设备向所述串行外设接口从设备发送的任意一个数据包所对应的时钟个数，得到第二目标时钟个数；
计算第二目标时钟个数与第二预设时钟个数的比值；
若所述比值为非整数，则得到第一检测结果，其中，所述第一检测结果表征所述时钟信号存在异常；
若所述比值为整数，则得到第二检测结果，其中，所述第二检测结果表征所述时钟信号正常。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述目标数据为所述时钟信号的翻转状态的情况下，对所述目标数据进行检测，得到检测结果，包括：
确定所述串行外设接口主设备的输入信号或所述串行外设接口主设备的输出信号是否处于翻转状态；
若所述输入信号或所述输出信号处于所述翻转状态，则检测所述时钟信号是否处于所述翻转状态；
若检测到所述时钟信号未处于所述翻转状态，则得到第一检测结果，其中，所述第一检测结果表征所述时钟信号存在异常；
若检测到所述时钟信号处于所述翻转状态，则得到第二检测结果，其中，所述第二检测结果表征所述时钟信号正常。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述目标数据为所述时钟信号每次发生翻转的时间的情况下，对所述目标数据进行检测，得到检测结果，包括：
确定所述时钟信号在第N次发生翻转后的第三预设时间范围内是否发生第N+1次翻转；
若所述时钟信号在所述第三预设时间范围内未发生所述第N+1次翻转，则得到第一检测结果，其中，所述第一检测结果表征所述时钟信号存在异常；
若所述时钟信号在所述第三预设时间范围内发生所述第N+1次翻转，则得到第二检测结果，其中，所述第二检测结果表征所述时钟信号正常。
8.一种通讯状态的检测系统，其特征在于，包括：
串行外设接口主设备，用于向串行外设接口从设备发送时钟信号；
现场可编程逻辑门阵列，连接于所述串行外设接口主设备和所述串行外设接口从设备之间，用于从所述时钟信号中提取目标数据，并对所述目标数据进行检测，得到检测结果，并根据所述检测结果确定所述串行外设接口主设备与所述串行外设接口从设备之间的通讯状态，其中，所述通讯状态包括以下至少之一：通讯正常、通讯异常；
所述串行外设接口从设备，用于获取所述时钟信号。
9.一种通讯状态的检测装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取串行外设接口主设备向串行外设接口从设备发送的时钟信号；
第一检测模块，用于从所述时钟信号中提取目标数据，并对所述目标数据进行检测，得到检测结果；
第一确定模块，用于根据所述检测结果确定所述串行外设接口主设备与所述串行外设接口从设备之间的通讯状态，其中，所述通讯状态包括以下至少之一：通讯正常、通讯异常。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行所述权利要求1至7任一项中所述的通讯状态的检测方法。
11.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现用于运行程序，其中，所述程序被设置为运行时执行所述权利要求1至7任一项中所述的通讯状态的检测方法。
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