CN116647300A - 一种基于spi的动态长度数据通信方法及数据通信系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于SPI的动态长度数据通信方法及数据通信系统，方法包括：主设备向从设备发送同步请求帧，所述同步请求帧中包括主设备要传输的数据长度；在接收到从设备的正确响应后，向从设备发送数据同步确认帧，所述数据同步确认帧中包括主设备已确认的数据帧个数；在接收到从设备的确认正常响应后，根据确认的同步数据长度，向从设备发送数据传输帧。本发明中当主设备向从设备发送数据之前，主设备向从设备发送同步请求帧和同步确认帧，要求从设备确认主设备需要发送的数据长度，有了这一步骤，每一次主设备可以向从设备发送不同长度的数据，相比传统的固定长度，数据通信更加灵活，对SPI总线及CPU资源都可以有效利用。
Description
技术领域
本发明涉及数据通信领域，更具体地，涉及一种基于SPI的动态长度数据通信方法及数据通信系统。
背景技术
SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)是一种高速的，全双工，同步的通信总线。
SPI的通信原理很简单，它以主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备，需要至少4根线，分别是MISO(主设备数据输入)、MOSI(主设备数据输出)、SCLK(时钟)、CS(片选)。
但SPI设备间的数据传输需要依赖主设备先控制从设备对应的CS以及提供对应数量的SCLK。基于此特性，使用SPI作为芯片间的通信方式时，主设备与从设备通信时，同步向主设备发送数据，发送的数据长度受SCLK限制。
面对SPI作为芯片间通信方式的场景，在主从设备通信时，往往只能通过固定交互数据格式的方式来实现，这样的策略扩展性较差，且总线带宽实际利用率较低，维护成本极高。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种基于SPI的动态长度数据通信方法及数据通信系统。
根据本发明的第一方面，提供了一种基于SPI的动态长度数据通信方法，包括：
主设备向从设备发送同步请求帧，所述同步请求帧中包括主设备要传输的数据长度；
在接收到从设备的正确响应后，向从设备发送数据同步确认帧，所述数据同步确认帧中包括主设备已确认的数据帧个数；
在接收到从设备的确认正常响应后，根据确认的同步数据长度，向从设备发送数据传输帧。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以作出如下改进。
可选的，所述在接收到从设备的正确响应后，向从设备发送数据同步确认帧，包括：
当主设备向从设备发送同步请求帧后，从设备响应所述同步请求帧，向从设备返回要传输的数据长度；
主设备比较从设备返回的要传输的数据长度和自身要传输的数据长度进行比较，根据较大的数据长度发送SCLK长度，且主设备向从设备发送数据同步确认帧。
可选的，当从设备对主设备的同步请求无响应或者错误响应时，下一个通信周期，主设备重新向从设备发送同步请求帧。
可选的，所述在接收到从设备的确认正常响应后，根据确认的同步数据长度，向从设备发送数据传输帧，包括：
当主设备向从设备发送数据同步确认帧后，从设备响应所述数据同步确认帧，返回从设备反馈的从设备状态及要传输的数据帧个数；
若主设备已确认的数据帧个数和从设备反馈的要传输的数据帧个数相等，从设备为响应正常，向从设备发送数据传输帧；
若不相等，则从设备响应错误。
可选的，当从设备对主设备发送的数据同步确认帧后无响应或响应错误时，下一个通信周期，主设备重新向从设备发送数据同步确认帧。
可选的，所述同步请求帧和所述数据同步确认帧的格式数据段包括START、TYPE、LEN、VER、REQ、REQ_LAST、SEED、KEY、SEQUENCE、CRC16和END，所述数据传输帧的格式数据段包括START、TYPE、LEN、DATA、SEED、KEY、SEQUENCE、CRC16和END。
可选的，当从设备接收到主设备的同步请求帧或数据同步确认帧或数据传输帧时，从设备通过帧内的CRC数据段对单帧数据进行正确性校验，通过帧内的Sequence数据段对多帧数据的连续性进行校验，通过帧内的Seed和Key段，进行双向的加密校验；
以及，当主设备接收到从设备响应的同步请求帧或者响应的数据同步确认帧时，主设备通过帧内的CRC数据段对单帧数据进行正确性校验，通过帧内的Sequence数据段对多帧数据的连续性进行校验，通过帧内的Seed和Key段，进行双向的加密校验。
根据本发明的第二方面，提供一种基于SPI的动态长度数据通信系统，包括主设备和从设备；
主设备向从设备发送同步请求帧，所述同步请求帧中包括主设备要传输的数据长度；
从设备在接收到主设备的同步请求帧后，向主设备进行响应；
主设备在接收到从设备的正确响应后，向从设备发送数据同步确认帧，所述数据同步确认帧中包括主设备已确认的数据帧个数；
从设备接收到主设备发送的数据同步确认帧后，向主设备进行响应；
主设备在接收到从设备的确认正常响应后，根据确认的同步数据长度，向从设备发送数据传输帧。
可选的，所述在主设备接收到从设备的正确响应后，向从设备发送数据同步确认帧，包括：
当主设备向从设备发送同步请求帧后，从设备响应所述同步请求帧，向从设备返回要传输的数据长度；
主设备比较从设备返回的要传输的数据长度和自身要传输的数据长度进行比较，根据较大的数据长度发送SCLK长度，且主设备向从设备发送数据同步确认帧。
可选的，所述主设备在接收到从设备的确认正常响应后，根据确认的同步数据长度，向从设备发送数据传输帧，包括：
当主设备向从设备发送数据同步确认帧后，从设备响应所述数据同步确认帧，返回从设备反馈的从设备状态及要传输的数据帧个数；
若主设备已确认的数据帧个数和从设备反馈的要传输的数据帧个数相等，从设备为响应正常，向从设备发送数据传输帧；
若不相等，则从设备响应错误。
本发明提供的一种基于SPI的动态长度数据通信方法及数据通信系统，当主设备向从设备发送数据之前，主设备向从设备发送同步请求帧和同步确认帧，要求从设备确认主设备需要发送的数据长度，有了这一步骤，每一次主设备可以向从设备发送不同长度的数据，相比传统的固定长度，数据通信更加灵活，对SPI总线及CPU资源都可以有效利用。
附图说明
图1为本发明提供的一种基于SPI的动态长度数据通信方法流程图；
图2为基于SPI的动态长度数据通信方法的整体流程示意图；
图3为本发明提供的一种基于SPI的动态长度数据通信系统的结构示意图；
图4为本发明提供的一种基于SPI的动态长度数据通信系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。另外，本发明提供的各个实施例或单个实施例中的技术特征可以相互任意结合，以形成可行的技术方案，这种结合不受步骤先后次序和/或结构组成模式的约束，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
图1为本发明提供的一种基于SPI的动态长度数据通信方法流程图，参见图1和图2，所示，方法包括：
S1，主设备向从设备发送同步请求帧，所述同步请求帧中包括主设备要传输的数据长度。
可理解的是，在主设备向从设备传输数据之前，向让从设备知晓主设备要传输数据的数据长度，进而根据数据长度，控制对应长度的SCLK来实现。
作为实施例，所述在接收到从设备的正确响应后，向从设备发送数据同步确认帧，包括：当主设备向从设备发送同步请求帧后，从设备响应所述同步请求帧，向从设备返回要传输的数据长度；主设备比较从设备返回的要传输的数据长度和自身要传输的数据长度进行比较，根据较大的数据长度发送SCLK长度，且主设备向从设备发送数据同步确认帧。
具体的，主设备向从设备发送数据同步请求帧，其中包括主设备需要发送的数据的数据长度。从设备接收到主设备的数据同步请求，响应主设备的数据同步请求，向主设备反馈从设备确认的数据长度。主设备将自身需要发送数据的数据长度与从设备反馈的数据长度进行对比，主设备根据两者中的较大数据长度发送SCLK时钟长度。
当从设备对主设备的同步请求无响应或者错误响应时，下一个通信周期，主设备重新向从设备发送同步请求帧。
S2，在接收到从设备的正确响应后，向从设备发送数据同步确认帧，所述数据同步确认帧中包括主设备已确认的数据帧个数。
所述在接收到从设备的确认正常响应后，根据确认的同步数据长度，向从设备发送数据传输帧，包括：
当主设备向从设备发送数据同步确认帧后，从设备响应所述数据同步确认帧，返回从设备反馈的从设备状态及要传输的数据帧个数；
若主设备已确认的数据帧个数和从设备反馈的要传输的数据帧个数相等，从设备为响应正常，向从设备发送数据传输帧；
若不相等，则从设备响应错误。
可理解的是，当主设备接收到从设备的正确响应后，接着向从设备发送数据同步确认帧，其中包括主设备已确认的数据帧个数，从设备接收到主设备发送的数据同步确认帧后，向主设备反馈自身确认接收到的数据帧个数。主设备将自身已确认的数据帧个数与从设备反馈的数据帧个数进行对比，如果一致，则表明从设备响应正确，否则，从设备响应错误。
当从设备对主设备发送的数据同步确认帧后无响应或响应错误时，下一个通信周期，主设备重新向从设备发送数据同步确认帧。
S3，在接收到从设备的确认正常响应后，根据确认的同步数据长度，向从设备发送数据传输帧。
可理解的是，当主设备接收到从设备对于数据同步确认帧的正确响应后，向从设备发送数据传输帧。
其中，需要说明的是，本发明制定了几种通信控制报文的帧格式，主要包括：
传输同步请求与确认帧格式，数据段主要包括START、TYPE、LEN、VER、REQ、REQ_LAST、SEED、KEY、SEQUENCE、CRC16和END。
其中，传输同步请求与确认帧格式见下表1：
表1传输同步请求与确认帧格式
数据传输帧格式的数据段主要包括所述数据传输帧的格式数据段包括START、TYPE、LEN、DATA、SEED、KEY、SEQUENCE、CRC16和END。
其中，传输数据帧格式见下表2：
表2数据传输帧格式
作为实施例，当从设备接收到主设备的同步请求帧或数据同步确认帧或数据传输帧时，从设备通过帧内的CRC数据段对单帧数据进行正确性校验，通过帧内的Sequence数据段对多帧数据的连续性进行校验，通过帧内的Seed和Key段，进行双向的加密校验；以及，当主设备接收到从设备响应的同步请求帧或者响应的数据同步确认帧时，主设备通过帧内的CRC数据段对单帧数据进行正确性校验，通过帧内的Sequence数据段对多帧数据的连续性进行校验，通过帧内的Seed和Key段，进行双向的加密校验。
其中，主设备和从设备通过帧内的Seed和Key段进行双向的加密校验过程可参见图3，具体步骤包括：
主设备向从设备发送第一帧数据，生成随机数SEED_M_1，填充初始KEY_M_1值，从设备向主设备发送第一帧数据，生成随机数SEED_S_1，填充初始KEY_S_1值；主设备向从设备发送第二帧数据，生成随机数SEED_M_2，根据接收到的SEED_M_1计算KEY_M_2并填充，从设备向主设备发送第二帧数据，生成随机数SEED_S_2，根据接收到的SEED_M_1计算KEY_S_2值。从设备根据第一帧数据发送的SEED_S_1计算KEY值，同时校验KEY_M_2是否正确，实现从设备端的安全校验。
主设备向从设备发送第三帧数据，生成随机数SEED_M_3，根据接收到的SEED_S_2计算KEY_M_3并填充，在主设备端根据第二帧发送的SEED_M_2计算KEY值，同时校验KEY_S_2是否正确，实现主设备的安全校验。
从设备向主设备发送第三帧数据，生成随机数SEED_S_3，根据接收到的SEED_M_2计算KEY_S_3并填充，在从设备端根据第二帧发送的SEED_S_2计算KEY值，同时校验KEY_M_3是否正确，实现从设备端的安全校验。
主设备向从设备发送第四帧数据，生成随机数SEED_M_4，根据接收到的SEED_S_4计算KEY_M_4并填充，在主设备端根据第三帧发送的SEED_M_3计算KEY值，同时校验KEY_S_3是否正确，实现主设备的安全校验。
根据以上的主设备和从设备之间的多次交互过程，实现了主设备和从设备之间的双向安全校验。
可理解的是，本发明还设计了数据校验的过程，其中主设备对接收的从设备的数据以及从设备对接收的主设备的数据进行校验。在数据校验的过程中，通过帧格式中的数据段实现校验，主要包括单帧数据的正确性校验、多帧数据的连续性校验以及数据的双向加密校验，实现数据的双向安全校验。
参见图4，为本发明提供的一种基于SPI的动态长度数据通信系统，包括主设备41和从设备42；
主设备41向从设备42发送同步请求帧，所述同步请求帧中包括主设备41要传输的数据长度；
从设备42在接收到主设备41的同步请求帧后，向主设备41进行响应；
主设备41在接收到从设备42的正确响应后，向从设备42发送数据同步确认帧，所述数据同步确认帧中包括主设备41已确认的数据帧个数；
从设备42接收到主设备41发送的数据同步确认帧后，向主设备41进行响应；
主设备41在接收到从设备42的确认正常响应后，根据确认的同步数据长度，向从设备41发送数据传输帧。
可以理解的是，本发明提供的一种基于SPI的动态长度数据通信系统与前述各实施例提供的基于SPI的动态长度数据通信方法相对应，基于SPI的动态长度数据通信系统的相关技术特征可参考基于SPI的动态长度数据通信方法的相关技术特征，在此不再赘述。
本发明实施例提供的一种基于SPI的动态长度数据通信方法及数据通信系统，当主设备向从设备发送数据之前，主设备向从设备发送同步请求帧和同步确认帧，要求从设备确认主设备需要发送的数据长度，有了这一步骤，每一次主设备可以向从设备发送不同长度的数据，可以根据主从设备的交互需求实时进行动态数据长度调整，在通信数据需要增删时，协议不需要修改，便于维护。同时添加了多种安全校验机制，提升了通信的效率及安全性。
需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种基于SPI的动态长度数据通信方法，其特征在于，包括：
主设备向从设备发送同步请求帧，所述同步请求帧中包括主设备要传输的数据长度；
在接收到从设备的正确响应后，向从设备发送数据同步确认帧，所述数据同步确认帧中包括主设备已确认的数据帧个数；
在接收到从设备的确认正常响应后，根据确认的同步数据长度，向从设备发送数据传输帧。
2.根据权利要求1所述的数据通信方法，其特征在于，所述在接收到从设备的正确响应后，向从设备发送数据同步确认帧，包括：
当主设备向从设备发送同步请求帧后，从设备响应所述同步请求帧，向从设备返回要传输的数据长度；
主设备比较从设备返回的要传输的数据长度和自身要传输的数据长度进行比较，根据较大的数据长度发送SCLK长度，且主设备向从设备发送数据同步确认帧。
3.根据权利要求2所述的数据通信方法，其特征在于，
当从设备对主设备的同步请求无响应或者错误响应时，下一个通信周期，主设备重新向从设备发送同步请求帧。
4.根据权利要求1所述的数据通信方法，其特征在于，所述在接收到从设备的确认正常响应后，根据确认的同步数据长度，向从设备发送数据传输帧，包括：
当主设备向从设备发送数据同步确认帧后，从设备响应所述数据同步确认帧，返回从设备反馈的从设备状态及要传输的数据帧个数；
若主设备已确认的数据帧个数和从设备反馈的要传输的数据帧个数相等，从设备为响应正常，向从设备发送数据传输帧；
若不相等，则从设备响应错误。
5.根据权利要求4所述的数据通信方法，其特征在于，
当从设备对主设备发送的数据同步确认帧后无响应或响应错误时，下一个通信周期，主设备重新向从设备发送数据同步确认帧。
6.根据权利要求1所述的数据通信方法，其特征在于，所述同步请求帧和所述数据同步确认帧的格式数据段包括START、TYPE、LEN、VER、REQ、REQ_LAST、SEED、KEY、SEQUENCE、CRC16和END，所述数据传输帧的格式数据段包括START、TYPE、LEN、DATA、SEED、KEY、SEQUENCE、CRC16和END。
7.根据权利要求6所述的数据通信方法，其特征在于，
当从设备接收到主设备的同步请求帧或数据同步确认帧或数据传输帧时，从设备通过帧内的CRC数据段对单帧数据进行正确性校验，通过帧内的Sequence数据段对多帧数据的连续性进行校验，通过帧内的Seed和Key段，进行双向的加密校验；
以及，当主设备接收到从设备响应的同步请求帧或者响应的数据同步确认帧时，主设备通过帧内的CRC数据段对单帧数据进行正确性校验，通过帧内的Sequence数据段对多帧数据的连续性进行校验，通过帧内的Seed和Key段，进行双向的加密校验。
8.一种基于SPI的动态长度数据通信系统，其特征在于，包括主设备和从设备；
主设备向从设备发送同步请求帧，所述同步请求帧中包括主设备要传输的数据长度；
从设备在接收到主设备的同步请求帧后，向主设备进行响应；
主设备在接收到从设备的正确响应后，向从设备发送数据同步确认帧，所述数据同步确认帧中包括主设备已确认的数据帧个数；
从设备接收到主设备发送的数据同步确认帧后，向主设备进行响应；
主设备在接收到从设备的确认正常响应后，根据确认的同步数据长度，向从设备发送数据传输帧。
9.根据权利要求8所述的数据通信方法，其特征在于，所述在主设备接收到从设备的正确响应后，向从设备发送数据同步确认帧，包括：
当主设备向从设备发送同步请求帧后，从设备响应所述同步请求帧，向从设备返回要传输的数据长度；
主设备比较从设备返回的要传输的数据长度和自身要传输的数据长度进行比较，根据较大的数据长度发送SCLK长度，且主设备向从设备发送数据同步确认帧。
10.根据权利要求8或9所述的数据通信方法，其特征在于，所述主设备在接收到从设备的确认正常响应后，根据确认的同步数据长度，向从设备发送数据传输帧，包括：
当主设备向从设备发送数据同步确认帧后，从设备响应所述数据同步确认帧，返回从设备反馈的从设备状态及要传输的数据帧个数；
若主设备已确认的数据帧个数和从设备反馈的要传输的数据帧个数相等，从设备为响应正常，向从设备发送数据传输帧；
若不相等，则从设备响应错误。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN117472832A (zh) * | 2023-10-10 | 2024-01-30 | 深圳市沛城电子科技股份有限公司 | 通信系统及方法 |
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2023
- 2023-05-18 CN CN202310574650.6A patent/CN116647300A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN117472832A (zh) * | 2023-10-10 | 2024-01-30 | 深圳市沛城电子科技股份有限公司 | 通信系统及方法 |
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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