CN1275434C - 传输异步串口数据的方法及其实施装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种传输异步串口数据的方法及其实施装置，涉及通信领域，尤其涉及通信领域中通过同步信道传输多种速率异步串口数据的方法和装置。为让串口数据直接经过硬件通路到达同步信道的时隙中，本发明采用的技术方案是：HW线到串口转换模块201把HW线路时隙的数据分离出来，并送往串口分配控制模块203；串口到HW线转换模块202把串口分配控制模块204输出的信号经过采样后送往HW线路时隙；时钟处理模块206把外部输入的时钟信号变换成各个模块需要的时钟信号；通讯看门狗模块205监测输入HW线的串口数据。本发明可以将多种速率的异步串口数据通过同步信道传输，异步到同步的转换完全由硬件实现。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及通信领域中通过同步信道传输多种速率异步串口数据的方法和装置。
背景技术
在现代通讯系统中，异步串口设备之间进行通讯的距离是非常有限的，长距离的通讯通常是通过2M线路完成的。能否利用2M线路中的时隙来传输异步串口通讯的数据呢？即需要将异步串口数据进行适当转换，以便通过2M线路进行传输。传统的数据传递方法是：CPU通过自身串口或者扩展串口接收和发送串口数据，CPU通过HDLC芯片提取或发送HW线中某个时隙的数据。HW线路通过E1接口芯片变成E1信号进行传输。以上方案虽然可行，但存在许多不足之处：
1)该方案需要占用CPU的自带串口或者扩展串口。一般CPU自带的串口很少，主要用来作模块的配置口用。如果装置对外需要串口较多，那就需要加很多扩展的串口，硬件成本高，并且很臃肿。
2)在软件上，CPU的串口收发数据需要占用CPU的处理时间，如果串口达到三个或者以上，则对CPU的实时性有较大的影响。
3)硬件上还需要HDLC协议控制器，硬件成本高，并且还需要软件配合，影响系统实时性，使系统可靠性降低。
我们能否让串口数据不经过CPU，而直接经过硬件通路到达2M线路的时隙中去呢？
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的上述缺点，解决串口数据通过同步2M线路进行实时传输的问题。因为在本发明中，异步串口可以使用在一定通信波特率范围内的任何有效值通过此装置与所连的设备通信，而不需要更改串口参数配置，也就是说此数据可以透明地传输，而不会有任何改变，故称其为“透明”串口。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种传输异步串口数据的方法，包括下列步骤：
HW线到串口转换模块把HW线路时隙的数据分离出来，并送往串口分配控制模块；
串口到HW线转换模块把串口分配控制模块输出的信号经过采样后送往HW线路时隙；
发送串口分配控制模块(203)和接收串口控制模块(204)对数据进行的数据在透明数据口的分配控制；
时钟处理模块把外部输入的时钟信号变换成各个模块需要的时钟信号，并输出到各模块；
通讯看门狗模块监测从时隙里提取的输入HW线的串口数据，如果此时隙的数据长时间为零，则切断此条透明口的数据，当数据恢复为高电平时，恢复输出。
前面各步骤，其中所述的串口到HW线转换模块把串口数据采样后送往HW线路时隙的过程如下：采用32kHz的时钟对串口数据采样，并进行串并转换、锁存、并串转换，以在指定的时隙输出数据。HW线到串口转换模块将HW线时隙数据分离出来送往串口的过程与之相同，但需要调换时钟信号。
所述的时钟处理模块把外部输入的8kHz和4MHz时钟信号变换成HW线到串口转换模块、串口到HW线转换模块所需要的8K、32K、2M时钟信号，及通讯看门狗模块所需要的8K时钟信号。
所述的发送串口分配控制模块、接收串口分配控制模块根据每个串口的两位控制信号，控制远端串口与相应的本地串口的连接。
一种传输异步串口数据的方法的实施装置，由HW线到串口转换模块、串口到HW线转换模块、时钟处理模块、通讯看门狗模块和两个串口分配控制模块构成。HW线到串口转换模块把HW线路时隙的数据分离出来，并送往发送串口分配控制模块；HW线到串口转换模块还与通讯看门狗模块相连。通讯看门狗模块监测从时隙里提取的输入HW线的串口数据，如果此时隙的数据长时间为零，则切断此条透明口的数据，当数据恢复为高电平时，恢复输出。异步串口数据输入到接收串口分配控制模块，再由控制接收的串口分配控制模块输入串口到HW线转换模块，串口到HW线转换模块把接收串口分配控制模块输出的信号经过采样后送往HW线路时隙；发送串口分配控制模块和接收串口控制模块对数据进行的数据在透明数据口的分配控制；
时钟处理模块分别提供HW线到串口转换模块、串口到HW线转换模块、时钟处理模块、通讯看门狗模块所需的时钟信号，同时向HW线到串口转换模块、串口到HW线转换模块提供时隙选择信号。
上述装置，其中所述的HW线到串口转换模块由串并转换器件、并串转换器件及锁存器组成。HW线、时隙选择信号、2M时钟信号输入到串并转换器件，经串并转换器件输出到锁存器，再由锁存器输出到并串转换器件，最后由并串转换器件向串口输出。锁存器连接8K时钟，并串转换器件连接8K、32K时钟。
所述的串口到HW线转换模块由串并转换器件、并串转换器件、锁存器和时隙选择模块组成。串口、32K时钟信号输入到串并转换器件，经串并转换器件301输出到锁存器，再由锁存器输出到并串转换器件，最后并串转换器件经时隙选择模块向HW线输出。锁存器连接8K时钟，并串转换器件连接8K、2M时钟，时隙选择模块连接时隙选择信号。
HW线到串口转换模块、串口到HW线转换模块、时钟处理模块、通讯看门狗模块和串口分配控制模块由FPGA或EPLD实现。
所述的传输异步串口数据的方法的实施装置，连接3个本地串口和12个远端串口。
采用本发明所述方法和装置，与现有技术相比，可以将异步的RS232、RS422串口数据通过同步信道传输。异步到同步的转换完全由硬件实现，因而可以有效地解决原来采用CPU加HDLC芯片及串口芯片所带来的成本高、实时性差、可靠性低等问题，可以适应不同速率的异步接口，不需配置通讯参数，实现完全的硬件透明，使实时性有很大提高，比软件实现方式的可靠性要高，且降低系统成本。
附图说明
图1是采用本发明实现一条HW线与两个透明串口转换的框图，其中在102中实现透明串口与HW的转换。
图2是图1中透明串口与HW转换102细化的原理图，其中最主要的是HW至串口转换模块201及串口到HW转换模块202两个子模块；
图3是图2中HW线数据转换到串口201细化的过程示意图；
图4是图2中串口数据转换到串口到HW转换模块202细化的过程示意图；
图5是图2中输入的8K时钟(CLK8K)和4M时钟(CLK4M)信号的相位关系；
图6是图2中时钟处理模块206输入和输出的时钟信号相位关系；
图7是图2中看门狗模块205框图；
图8是图2中发送串口分配模块203框图；
图9是图2中接收串口分配模块204框图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图，进一步说明本发明。
本发明所述通过2M线路实时传输异步“透明”串口数据的方法和装置是由如图1所示的以下几部分主要功能模块组成：
A.串口电平转换模块101
B.串口与HW信号转换模块102
C.E1接口模块103
串口电平转换模块101根据不同的外接串口(RS232或RS422)提供相应的接口电平；
E1接口模块103进行串口时隙交换，并实现2M速率的HW信号与标准E1信号的相互转换；
串口与HW信号转换模块102是本发明的核心，它采用EPLD或者FPGA器件作为硬件载体。其基本原理是用时钟直接采样串口数据，然后放到HW线上去；同理，也用时钟采样HW线(同步)，然后把数据放到串口上去。
由图3和图4可见，转换过程主要需要串并转换器件301、锁存器302、并串转换模块303、时隙选择模块304等模块，其中重要的信号是需要产生时隙选择信号和时钟信号。
下面结合具体应用实例予以详细说明。
对每个2M线中某一个时隙插入两个串口的数据，也就是说每个透明口占半个时隙。由采样定理知，当每个串口用半个时隙传输时，设计串口的速率最高可达32k/2＝16k(bit/s)，实际支持串口最高速率为14.4kbit/s，这对于大多数应用场合已经足够。现在对一条HW线的前6个时隙进行抽取和插入，即一个模块可以完成12个透明口的转换。因为本地的一个串口可能要扫描多个远端透明口，所以现在设计可以将6个时隙的数据(即12个透明口)全部分配到其中一个本地口，也可以只将其中半个时隙(即其中1个透明口)分配到其中一个本地口，还可以将任意几个时隙的透明口数据分配到其中一个本地口。经过考虑，现在把本地的串口做为3个，以满足任意分配远端12个透明口的需要。
由图2原理框图可以看出，此模块包括6个子模块，这6个子模块分别完成特定的功能，各个模块的功能如下：
HW线到串口转换模块201：把HW线的时隙0～时隙5的6个时隙(12个透明口)的数据分离出来，并送往控制发送的串口分配控制模块203。
串口到HW线转换模块202：把接收串口分配控制模块204输出的12路串口信号经过采样后送往HW线的时隙0～时隙5。
上述两个子模块的核心部分，主要由串并转换器件301和并串转换器件303组成，同时还包括锁存器302。将串口的输入数据转换到HW线上的过程如下：32kHz的时钟对串口数据采样，采样是通过301串并转换实现，串并转换的时钟为32kHz，即在一帧的时间内(125us)采样4次，一帧中的第一个采样点在8kHz帧同步信号稍后一些，并用帧同步信号将前一帧内的采样数据锁存起来，在下一个帧同步信号来临时将该数据打到并串转换器件303中，303的时钟为2MHz，通过时隙选择304控制时钟的输出，即可在指定的时隙输出数据。这样在输入与输出之间就产生了一帧(125μs)的转换时延，这对数据通信没有影响。反向亦然，只不过将时钟调换一下。
时钟处理模块206：把外部输入的8K时钟信号和4M时钟信号变换成各个模块需要的时钟信号，包括HW线到串口转换模块201、串口到HW线转换模块202、通讯看门狗模块205，对来自外部的时钟信号8kHz和4MHz，用D触发器配合与门、或门及非门等单元完成对各时钟的调整，达到要求如图6所示，其中C4M和C8K为输入信号，其余均为输出信号。
通讯看门狗模块205：对输入HW线的12个透明口数据进行监测，如果有误，则将输出置为正常状态。通讯看门狗主要是监测从时隙里提取的数据状况，分别对12个透明口时隙的数据进行监测，如果此时隙的数据长时间(该模块内定为2秒)为零，则切断此条透明口的数据，当数据恢复为高电平时，恢复输出，这样就可实现通讯看门狗的功能。
串口分配控制模块：它分为控制发送的串口分配控制模块203和控制接收的串口分配控制模块204，分别完成12个透明口数据分配到3个串口上和把3个串口数据分配到12个透明口上。每个透明口的控制信号需要两条，信号选择定义如下表：
| 该透明口分配到串口1 | 该透明口分配到串口2 | 该透明口分配到串口3 | 该透明口不分配到任何串口 | |
| Bit1 | “0” | “0” | “1” | “1” |
| Bit2 | “0” | “1” | “0” | “1” |
12个透明口共需要24条控制线，此线可以与CPU接口相连，也可与硬件的拨码相连，也就是说可以软控制，也可以硬控制。本模块包含两个子模块：控制发送的串口分配控制模块203和控制接收的串口分配控制模块204。因为与此模块相连的一对HW线上的时隙0～时隙5中包含12个透明口的数据，但该模块的对外串口只设计了3个，所以这12个透明口各自不能单独占用一个串口，而要把一个或者多个透明口分配到一个对外串口上，也就是说用3个对外串口与12个透明口相连，为此，每个透明口用了2条控制线Bit1和Bit2来实现对该透明口的分配(12个透明口共24条控制线)，如图8和图9所示，模块内的逻辑主要用了2-4译码器和数据分配器及选通器。
Claims (9)
1.一种传输异步串口数据的方法，其特征是，包括下列步骤：
HW线到串口转换模块(201)把HW线路时隙的数据分离出来，并送往发送串口分配控制模块(203)；
串口到HW线转换模块(202)把接收串口分配控制模块(204)输出的信号经过采样后送往HW线路时隙；
发送串口分配控制模块(203)和接收串口控制模块(204)对数据进行的数据在透明数据口的分配控制；
时钟处理模块(206)把外部输入的时钟信号变换成各个模块需要的时钟信号，并输出到各模块；
通讯看门狗模块(205)监测从时隙里提取的输入HW线的串口数据，如果此时隙的数据长时间为零，则切断此条透明口的数据，当数据恢复为高电平时，恢复输出。
2.根据权利要求1所述的一种传输异步串口数据的方法，其特征是，所述的串口到HW线转换模块(202)把串口数据采样后送往HW线时隙的过程如下：采用32kHz的时钟对串口数据采样，并进行串并转换、锁存、并串转换，以在指定的时隙输出数据，而HW线到串口转换模块(201)将HW线时隙数据分离出来送往串口的过程与之相同，但需要调换时钟信号。
3.根据权利要求1所述的一种传输异步串口数据的方法，其特征是，所述的时钟处理模块(206)把外部输入的8kHz和4MHz时钟信号变换成HW线到串口转换模块(201)、串口到HW线转换模块(202)所需要的8K、32K、2M时钟信号，及通讯看门狗模块(205)所需要的8K时钟信号。
4.根据权利要求1所述的一种传输异步串口数据的方法，其特征是，所述的发送串口分配控制模块(203)、接收串口分配控制模块(204)根据每个串口的两位控制信号，控制远端串口与相应的本地串口的连接。
5.一种权利要求1所述的传输异步串口数据的方法的实施装置，其特征是，由HW线到串口转换模块(201)、串口到HW线转换模块(202)、时钟处理模块(206)、通讯看门狗模块(205)和两个串口分配控制模块(203、204)构成，HW线到串口转换模块(201)把HW线路时隙的数据分离出来，并送往发送串口分配控制模块(203)；同时HW线到串口转换模块(201)还与通讯看门狗模块(205)相连，通讯看门狗模块(205)监测从时隙里提取的输入HW线的串口数据，如果此时隙的数据长时间为零，则切断此条透明口的数据，当数据恢复为高电平时，恢复输出。而串口信号则输入到接收串口分配控制模块(204)，再经接收串口分配控制模块(204)输出到串口到HW线转换模块(202)，串口到HW线转换模块(202)把接收串口分配控制模块(204)输出的信号经过采样后送往HW线路时隙；发送串口分配控制模块(203)和接收串口控制模块(204)对数据进行的数据在透明数据口的分配控制；
时钟处理模块(206)分别提供HW线到串口转换模块(201)、串口到HW线转换模块(202)、时钟处理模块(206)、通讯看门狗模块(205)所需的时钟信号，并向HW线到串口转换模块(201)、串口到HW线转换模块(202)提供时隙选择信号。
6.根据权利要求5所述的传输异步串口数据的方法的实施装置，其特征是，所述的HW线到串口转换模块(201)由串并转换器件(301)、并串转换器件(303)及锁存器(302)组成，HW线、时隙选择信号、2M时钟信号输入到串并转换器件(301)，经串并转换器件(301)输出到锁存器(302)，再由锁存器(302)输出到并串转换器件(303)，最后由并串转换器件(303)进行输出，锁存器(302)连接8K时钟，并串转换器件(303)连接8K、32K时钟。
7.根据权利要求5所述的传输异步串口数据的方法的实施装置，其特征是，所述的串口到HW线转换模块(202)由串并转换器件(301)、并串转换器件(303)、锁存器(302)和时隙选择模块(304)组成，串口、32K时钟信号输入到串并转换器件(301)，经串并转换器件(301)输出到锁存器(302)，再由锁存器(302)输出到并串转换器件(303)，最后并串转换器件(303)经时隙选择模块(304)向HW线输出，锁存器(302)连接8K时钟，并串转换器件(303)连接8K、2M时钟，时隙选择模块(304)连接时隙选择信号。
8.根据权利要求5所述的传输异步串口数据的方法的实施装置，其特征是，HW线到串口转换模块(201)、串口到HW线转换模块(202)、时钟处理模块(206)、通讯看门狗模块(205)和两个串口分配控制模块(203、204)由FPGA或EPLD实现。
9.根据权利要求5所述的传输异步串口数据的方法的实施装置，其特征是，连接3个本地串口和12个远端串口。
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