CN117729066A - 一种基于blvds总线的主从机通信方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于BLVDS总线的主从机通信方法及装置，包括：主机插槽与各从机插槽之间共享一对BLVDS总线，其中主机插槽连接的设备为主设备，负责总线的控制及通信过程的发起，从机插槽连接的设备为从设备，负责响应主设备的控制命令；主控设备通过地址配置线逐一配置各个从设备的地址；并且主控设备与从设备之间通过内存同步进行数据同步；完成地址配置后，进入业务数据通信，由主设备发送带有地址信息的控制命令至BLVDS总线，每个从设备接收该命令并根据地址确认是否应由本设备处理，若是则执行该命令并发送回复信息，若否则不做任何响应，完成数据通信。通过本发明可以实现任何在差分总线上的设备均可访问通信链路上的数据。

Description

一种基于BLVDS总线的主从机通信方法及装置

技术领域

本发明涉及数据传输领域，具体是一种基于BLVDS总线的主从机通信方法及装置。

背景技术

核电厂耐辐照智能化监控平台用于对辐照区域常规信号(AI/DI/RTD)实施就地数字化采集，并通过网络信号与上位机实现信息交互。

而BLVDS总线(Bus Low Voltage Differential Signaling)是一种基于LVDS(LowVoltage Differential Signaling)技术的总线接口电路，具备大约250mv的低压差分信号以及快速的过渡时间。BLVDS总线解决了LVDS在总线技术中通信数据双重传输的缺陷，同时又继承了LVDS总线中的传输速度快等优点，专门用于实现多点电缆或背板信号通信的应用。

因此，如何通过BLVDS总线来解决辐照区域智能化应用的难题，是当下行业研究人员需要研究的课题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于BLVDS总线的主从机通信方法，包括如下步骤：

主机插槽与各从机插槽之间共享一对BLVDS总线，主机插槽与各从机插槽通过BLVDS总线连接在一起形成总线型结构，其中主机插槽连接的设备为主设备，用于总线的控制及通信过程的发起，从机插槽连接的设备为从设备，用于响应主设备的控制命令；

主设备通过地址配置线逐一配置各个从设备的地址，BLVDS总线对各个从设备的配置结果进行地址信息确认，完成地址配置并保存各个从设备的地址信息；同时在地址配置的过程中获取各个从设备的通信延迟；

完成地址配置后，进入业务数据通信，由主设备发送带有地址信息的控制命令至BLVDS总线，每个从设备接收该命令并根据地址确认是否应由本设备处理，若是则执行该命令并发送回复信息，若否则不做任何响应，完成数据通信；

若主设备发生故障，则根据各个从设备的通信延迟，在从设备中确定新的主设备，将确定新的主设备地址替换为主设备地址，并将各个从设备的地址信息发送到确定的新的主设备，确定的新的主设备与其余从设备根据地址信息通过BLVDS总线进行通信，完成主从设备切换。

进一步的，所述的主设备通过地址配置线逐一配置各个从设备的地址，BLVDS总线对各个从设备的配置结果进行地址信息确认，完成地址配置并保存各个从设备的地址信息，包括：

主设备通过地址配置线向第一台从设备发送该设备的地址配置命令，该设备收到地址配置命令后，保存命令中的地址数值作为本地地址，同时将该数值加一，并通过地址配置线发送给下一台设备，以此类推，直至最后一台设备。

进一步的，所述的在地址配置的过程中获取各个从设备之间的通信延迟，包括：

在地址配置的过程中获取各个从设备的通信延迟，根据各个从设备之间的通信延迟，得到平均通信延迟，从设备的通信延迟最接近平均通信延迟的从设备为确定的新的主设备。

进一步的，所述的将确定新的主设备地址替换为主设备地址，包括：

得到确定的新的主设备后，将主设备的地址赋予确定的新的主设备，同时确定的新的主设备将替换信息保存到存储模块；所述的主设备的地址为默认地址，同时根据存储模块保存的替换信息，得到设备故障次数。

进一步的，所述的完成地址配置后，进入业务数据通信，包括：在无数据传输需求时，所有设备的BLVDS接口均保持输入状态；当主设备与从设备进行通信时，发送带有该从设备地址的数据传输命令至BLVDS总线，之后再次置总线端口为输入状态；所有从属设备均接收BLVDS总线信息，并查看地址字段，若与自身一致则执行该命令并通过BLVDS总线发送带有主设备地址的反馈信息，完成后将总线端口置为输入状态，若不一致则不进行响应；主控设备收到回复后即完成一次数据收发。

一种基于BLVDS总线的主从机通信装置，应用所述的一种基于BLVDS总线的主从机通信方法，包括：

主机插槽、从机插槽、BLVDS总线模块、故障处理模块和总线有效带宽测试模块；所述的主机插槽、从机插槽、总线有效带宽测试模块、故障处理模块分别与所述的BLVDS总线模块连接；

所述的主机插槽用于连接主控设备；

所述的从机插槽用于连接从机设备，所述的从机插槽设置多个，用于连接不同的从机设备；

所述的BLVDS总线模块用于主机插槽与从机插槽之间的数据通信；

所述的总线有效带宽测试模块用于对BLVDS总线模块进行性能测试；

所述的故障处理模块用于进行主从设备切换，完成故障隔离。

本发明的有益效果是：通过本发明所提供的技术方案任何设备可以是主机，也可以是从机；通信链路只有一对BLVDS差分总线，没有时钟信号，数据链路上存在的总是数据流，故任何在差分总线上的设备均可访问通信链路上的数据。

附图说明

图1为一种基于BLVDS总线的主从机通信方法的流程示意图；

图2为总线传输模型示意图；

图3为数据流向示意图；

图4为主/从机互联结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

而且，术语“包括”，“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程，方法，物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程，方法，物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程，方法，物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

如图1所示，一种基于BLVDS总线的主从机通信方法，包括如下步骤：

主机插槽与各从机插槽之间共享一对BLVDS总线，主机插槽与各从机插槽通过BLVDS总线连接在一起形成总线型结构，其中主机插槽连接的设备为主设备，用于总线的控制及通信过程的发起，从机插槽连接的设备为从设备，用于响应主设备的控制命令；

主设备通过地址配置线逐一配置各个从设备的地址，BLVDS总线对各个从设备的配置结果进行地址信息确认，完成地址配置并保存各个从设备的地址信息；同时在地址配置的过程中获取各个从设备的通信延迟；

完成地址配置后，进入业务数据通信，由主设备发送带有地址信息的控制命令至BLVDS总线，每个从设备接收该命令并根据地址确认是否应由本设备处理，若是则执行该命令并发送回复信息，若否则不做任何响应，完成数据通信；

若主设备发生故障，则根据各个从设备的通信延迟，在从设备中确定新的主设备，将确定新的主设备地址替换为主设备地址，并将各个从设备的地址信息发送到确定的新的主设备，确定的新的主设备与其余从设备根据地址信息通过BLVDS总线进行通信，完成主从设备切换。

所述的主设备通过地址配置线逐一配置各个从设备的地址，BLVDS总线对各个从设备的配置结果进行地址信息确认，完成地址配置并保存各个从设备的地址信息，包括：

主设备通过地址配置线向第一台从设备发送该设备的地址配置命令，该设备收到地址配置命令后，保存命令中的地址数值作为本地地址，同时将该数值加一，并通过地址配置线发送给下一台设备，以此类推，直至最后一台设备。

所述的在地址配置的过程中获取各个从设备之间的通信延迟，包括：

在地址配置的过程中获取各个从设备的通信延迟，根据各个从设备之间的通信延迟，得到平均通信延迟，从设备的通信延迟最接近平均通信延迟的从设备为确定的新的主设备。

所述的将确定新的主设备地址替换为主设备地址，包括：

得到确定的新的主设备后，将主设备的地址赋予确定的新的主设备，同时确定的新的主设备将替换信息保存到存储模块；所述的主设备的地址为默认地址，同时根据存储模块保存的替换信息，得到设备故障次数。

所述的完成地址配置后，进入业务数据通信，包括：在无数据传输需求时，所有设备的BLVDS接口均保持输入状态；当主设备与从设备进行通信时，发送带有该从设备地址的数据传输命令至BLVDS总线，之后再次置总线端口为输入状态；所有从属设备均接收BLVDS总线信息，并查看地址字段，若与自身一致则执行该命令并通过BLVDS总线发送带有主设备地址的反馈信息，完成后将总线端口置为输入状态，若不一致则不进行响应；主控设备收到回复后即完成一次数据收发。

一种基于BLVDS总线的主从机通信装置，应用所述的一种基于BLVDS总线的主从机通信方法，包括：

主机插槽、从机插槽、BLVDS总线模块、故障处理模块和总线有效带宽测试模块；所述的主机插槽、从机插槽、总线有效带宽测试模块、故障处理模块分别与所述的BLVDS总线模块连接；

所述的主机插槽用于连接主控设备；

所述的从机插槽用于连接从机设备，所述的从机插槽设置多个，用于连接不同的从机设备；

所述的BLVDS总线模块用于主机插槽与从机插槽之间的数据通信；

所述的总线有效带宽测试模块用于对BLVDS总线模块进行性能测试；

所述的故障处理模块用于进行主从设备切换，完成故障隔离。

具体的，为保证核电现场就地智能监控平台的通用性和可扩展性，采用一对BLVDS差分总线，即采用多点多主的通信方式，以保证机箱可以自由拓展。

a)总线传输模型

总线传输模型详见附图2。

在基于BLVDS总线架构的3U机箱套件系统中，主机插槽与各从机插槽之间共享一对BLVDS总线。

默认情况下主机插槽拥有总线控制权，因为总线仅由一对差分数据线组成，无随路时钟以及使能等信号，所以总线上总是存在数据流。任何获得总线控制权的插槽，在无有效数据时都应该不停的向总线上发送标志着“comma”的K码数据，而不是发送数据“0”。该K码数据除了表示总线处于“IDLE”状态外还用于主从之间的数据位对齐。

当主机向总线发出一包请求帧后，主机释放总线并等待目标从机产生回复帧，待接收完回复帧或等待超时后，主机记录错误状态并重新抢占总线。

b)通讯模式说明

为了最大程度的释放CPU性能，主机与从机之间采用内存同步的数据交互模式。每一路从机的FPGA内建一块RAM用于数据交互，该RAM大小固定；主机则必须在本地保留所有从机RAM的副本。本设计最大支持1路主机与12路从机，这意味着在最坏的情况下，主机需要建立12块RAM副本用于与每路从机内存同步。

主机可以控制与从机同步的频率以及需同步的数据块的边界大小，其中，读操作与写操作独立设置。一个典型的应用示例：因为一般主机不需要频繁变更从机参数，所以将写操作的频率设置为低频率；当从机为高速ADC采集卡时，主机需要快速的获取从机数据，此时将读操作设置为高频率，以最大化总线利用率。

c)SERDES收发器

数据流向示意图详见附图3。

总线功能设计：

a)总线功能特点

功能卡件内部通过FPGA实现SERDES MAC和SERDES PHY，这些模块具有以下一些功能特点：

1.线路DC平衡；

2.嵌入式时钟，取消随路时钟，单线完成通讯；

3.硬件4字节CRC校验；

4.优先级仲裁保证各从机负载均衡；

5.支持热插拔，断线自恢复；

6.支持CPU软件通讯与DMA硬件自动同步；

7.支持软件独立分配从机的通讯速率；

8.支持多路总线并联，提升总线负载能力；

9.支持SCU-A1板卡(通过外接BLVDS PHY芯片)。

b)总线有效带宽

进行了飞线测试，使用网线中的一对双绞线来模拟BLVDS差分对，在该总线上挂载了1个主节点(EPSVI)，3个从节点(MAX10)，性能指标如下：

表1单对总线性能指标

主/从机互联结构

主/从机互联结构详见附图4。

1.效果：

(1)任何设备可以是主机，也可以是从机；

因为通信链路只有一对BLVDS差分总线，没有时钟信号，数据链路上存在的总是数据流，故任何在差分总线上的设备均可访问通信链路上的数据。

(2)速率可达到200Mbps；

(3)可拓展性高；

因为通信链路只有一对BLVDS差分总线，只要挂载到总线上均可通过总线进行通信。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于BLVDS总线的主从机通信方法，其特征在于，包括如下步骤：

主机插槽与各从机插槽之间共享一对BLVDS总线，主机插槽与各从机插槽通过BLVDS总线连接在一起形成总线型结构，其中主机插槽连接的设备为主设备，用于总线的控制及通信过程的发起，从机插槽连接的设备为从设备，用于响应主设备的控制命令；

主设备通过地址配置线逐一配置各个从设备的地址，BLVDS总线对各个从设备的配置结果进行地址信息确认，完成地址配置并保存各个从设备的地址信息；同时在地址配置的过程中获取各个从设备的通信延迟；

完成地址配置后，进入业务数据通信，由主设备发送带有地址信息的控制命令至BLVDS总线，每个从设备接收该命令并根据地址确认是否应由本设备处理，若是则执行该命令并发送回复信息，若否则不做任何响应，完成数据通信；

若主设备发生故障，则根据各个从设备的通信延迟，在从设备中确定新的主设备，将确定新的主设备地址替换为主设备地址，并将各个从设备的地址信息发送到确定的新的主设备，确定的新的主设备与其余从设备根据地址信息通过BLVDS总线进行通信，完成主从设备切换。

2.根据权利要求1所述的一种基于BLVDS总线的主从机通信方法，其特征在于，所述的主设备通过地址配置线逐一配置各个从设备的地址，BLVDS总线对各个从设备的配置结果进行地址信息确认，完成地址配置并保存各个从设备的地址信息，包括：

主设备通过地址配置线向第一台从设备发送该设备的地址配置命令，该设备收到地址配置命令后，保存命令中的地址数值作为本地地址，同时将该数值加一，并通过地址配置线发送给下一台设备，以此类推，直至最后一台设备。

3.根据权利要求2所述的一种基于BLVDS总线的主从机通信方法，其特征在于，所述的在地址配置的过程中获取各个从设备之间的通信延迟，包括：

在地址配置的过程中获取各个从设备的通信延迟，根据各个从设备之间的通信延迟，得到平均通信延迟，从设备的通信延迟最接近平均通信延迟的从设备为确定的新的主设备。

4.根据权利要求3所述的一种基于BLVDS总线的主从机通信方法，其特征在于，所述的将确定新的主设备地址替换为主设备地址，包括：

得到确定的新的主设备后，将主设备的地址赋予确定的新的主设备，同时确定的新的主设备将替换信息保存到存储模块；所述的主设备的地址为默认地址，同时根据存储模块保存的替换信息，得到设备故障次数。

5.根据权利要求4所述的一种基于BLVDS总线的主从机通信方法，其特征在于，所述的完成地址配置后，进入业务数据通信，包括：在无数据传输需求时，所有设备的BLVDS接口均保持输入状态；当主设备与从设备进行通信时，发送带有该从设备地址的数据传输命令至BLVDS总线，之后再次置总线端口为输入状态；所有从属设备均接收BLVDS总线信息，并查看地址字段，若与自身一致则执行该命令并通过BLVDS总线发送带有主设备地址的反馈信息，完成后将总线端口置为输入状态，若不一致则不进行响应；主控设备收到回复后即完成一次数据收发。

6.一种基于BLVDS总线的主从机通信装置，其特征在于，应用权利要求1-5任一所述的一种基于BLVDS总线的主从机通信方法，包括：

主机插槽、从机插槽、BLVDS总线模块、故障处理模块和总线有效带宽测试模块；所述的主机插槽、从机插槽、总线有效带宽测试模块、故障处理模块分别与所述的BLVDS总线模块连接；

所述的主机插槽用于连接主控设备；

所述的从机插槽用于连接从机设备，所述的从机插槽设置多个，用于连接不同的从机设备；

所述的BLVDS总线模块用于主机插槽与从机插槽之间的数据通信；

所述的总线有效带宽测试模块用于对BLVDS总线模块进行性能测试；

所述的故障处理模块用于进行主从设备切换，完成故障隔离。