CN1790990A - 基于地址空间访问的异步串行总线通信方法及从节点结构 - Google Patents
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Abstract
一种基于地址空间访问的异步串行总线通信方法及从节点结构，主节点与若干从节点通过异步串行总线连接；包括以下步骤：A.将从节点作为主节点通过总线物理延伸的外围设施；B.主节点给从节点分配一个能唯一区分某一从节点的从节点地址范围；且从节点确定出一个本节点上所有I/O设备读写地址空间；C.通过主节点访问从节点读写地址空间来实现所述主、从节点之间的通讯。该方法可以去掉从节点的CPU及其外围器件，从而降低系统成本，提高系统的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于地址空间访问的异步串行总线通信方法以及用于该方法的从节点结构。
背景技术
现代的通讯系统，从整个系统来看，可能有一个主节点，多个从节点，主节点和从节点都通过异步串行总线进行互相通信，比如上报消息，下发路由、检测状态等等，图1所示为一个典型的总线式系统。串行通信在工业控制设备、电信设备和IT领域有着广泛应用，是实现远程测控和系统节点检测的重要手段。如：人们可以在任何地方的银行ATM机器上取钱，可以在许多商场进行信用卡消费；交通警察可以通过监视器掌控超速车辆的车牌号、了解道路交通的拥塞状况；气象学家可以通过卫星获取无人值守地区的气象数据资料。虽然在节点的异步串行通信实现中，在细节上有千差万别，但是主从节点的大体结构如图2所示，各节点都有一个CPU及其外围电路，负责各节点的处理任务：配置、状态上报、告警上报、数据收发等消息。主从节点完全是两种设备，主从节点之间是通过消息进行相互通信，即节点通信按协议约定消息内容的传递解析来实现。在这种实现中，该方法存在以下缺点：
1)为了实现通信，对于节点尤其是从节点，需要CPU及其外围器件，因此成本较高；
2)上述方法中，要分别开发和维护主从节点软件，降低了产品研发的进度，并且软件开发要针对不同的CPU，可移植性差。
3)上述主从节点的结构比较复杂，出现故障时定位困难；
4)由于从节点有CPu及其外围等失效率高的器件，系统的可靠性低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提出一种基于地址空间访问的异步串行总线通信方法，该方法可以去掉从节点的CPU及其外围器件，从而降低系统成本，提高系统的可靠性。
本发明的另一目的是：提出一种适用于上述方法的从节点结构，所述的从节点结构去掉了CPU及其外围器件。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：
一种基于地址空间访问的异步串行总线通信方法，主节点与若干从节点通过异步串行总线连接；所述方法包括以下步骤：
A、将所述从节点作为所述主节点通过总线物理延伸的外围设施；
B、所述主节点给所述从节点分配一个能唯一区分某一从节点的从节点地址范围；且所述从节点确定出一个本节点上所有I/O设备读写地址空间；
C、通过主节点访问所述从节点读写地址空间来实现所述主、从节点之间的通讯。
所述的方法，其中：所述从节点地址范围由从节点上的多个I/O设备的地址组成；所述步骤C包括如下步骤：
C1、所述主节点向从节点发送包含从节点地址范围的读写消息；
C2、从节点根据所述读写消息中的从节点地址范围判断所述读写消息是否为发往本节点的；
C3、当所述从节点确定所述读写消息是发给本节点的时，所述从节点根据所述读写消息内容，在所述读写地址空间内完成相应读写操作；并向所述主节点返回应答消息。
所述的方法，其中：所述步骤C还包括步骤C4：所述主节点根据从节点应答的内容进行下一步的动作。
所述的方法，其中：所述读写/应答消息的格式中包括：从节点地址、读/写状态、读/写校验、读/写完成、读/写内容、消息校验。
所述的方法，其中：对于所述主节点的读操作，所述步骤C3包括如下具体步骤：
C31、所述从节点解析读消息内容；
C32、当所述读消息内容正确时，进行相应的读取操作；否则，返回读失败；
C33、当读取操作成功时，所述从节点返回读取的内容给主节点；否则，返回读失败；
对于所述主节点的写操作，所述步骤C3包括如下具体步骤：
C31、所述从节点解析写消息内容；
C32、当所述写消息内容正确时，将数据写入相应设备；否则，返回写失败；
C33、当写操作成功时，所述从节点返回写成功给主节点；否则，返回写失败。
一种用于上述方法的从节点结构，包括业务接口芯片；还包括一用于实现总线接口功能的总线接口器件，所述业务接口芯片通过所述总线接口器件接入总线。
所述的从节点结构，其中：所述总线接口器件包括总线接口控制器和业务接口控制器，该二者之间通过内部总线连接，并且所述业务接口控制器与所述业务接口芯片相连；所述总线接口控制器根据所述读写消息中从节点上某个I/O设备的地址，对该I/O设备进行读写操作。
本发明的有益效果为：本发明中，由于将从节点视作为主节点通过总线物理延伸的外围设施，主从节点的通信是通过访问地址空间来实现的，这与现有技术中主从节点之间是通过消息进行相互通信，主从节点都是一个独立的设备具有实质上的不同；因此本发明中，从节点可以去掉CPU及其外围器件，并由此带来以下的效果：1、极大地降低了开发成本；2)有效地减少了工作量，大大地提高了开发进度，释放维护成本。3)技术可行性强，应用方便，占用资源少；5)无需改动总线结构，具有良好的适应性；6)由于去掉了CPU及其外围等失效率高的器件，从而提高系统的可靠性。
附图说明
图1为串行总线系统示意图
图2为现有技术总线系统主从节点结构示意图
图3为本发明流程图
图4为本发明从节点结构示意图
图5为本发明从节点消息处理流程图
图6为本发明消息格式示意图
具体实施方式
下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明：
一种基于地址空间访问的异步串行总线通信方法，如图1所示，不改变原来的总线结构，主节点与若干个从节点通过异步串行总线连接；与现有技术不同的是，如图3所示，将从节点作为主节点通过总线物理延伸的外围设施，此时，主节点仍采用图2所示的结构，而从节点则采用图4所示的结构，即：从节点包括业务接口芯片、总线接口器件，所述业务接口芯片通过总线接口器件接入串行总线，而总线接口器件包括总线接口控制器和业务接口控制器，该二者之间通过内部总线连接，并且业务接口控制器与业务接口芯片相通。在这里，总线接口器件不但实现总线接口功能而且实现总线接口/业务接口控制器的功能，还同时负责本节点状态的收集、配置、检测等管理维护功能。这样，从节点就可以去掉CPU及其外围器件。由于从节点是主节点的一部分，所以一个从节点分享部分主节点的I/O地址空间，即与主节点上的器件(芯片)一起参与主节点的I/O地址空间的分配。此时，主节点给从节点分配一个从节点地址范围，所述从节点地址范围是由从节点上的多个I/O设备的地址组成，此地址范围必须是独立的，不可重复和重叠，也就是说从节点地址范围能唯一区分某一从节点；并且所述从节点需要确定出一个本节点上所有I/O设备读写地址空间，对本节点上所有I/O设备的读写操作都通过总线接口器件在这个地址空间内进行。然后，通过主节点访问所述从节点读写地址空间来实现所述主、从节点之间的通讯，其具体步骤为：
C1、所述主节点向从节点发送包含从节点地址范围的读写消息；
C2、从节点根据读写消息中的从节点地址范围判断所述读写消息是否为发往本节点的；若不是则不予应答，若是，则；
C3、从节点根据所述读写消息内容，在所述读写地址空间内完成相应读写操作，并向所述主节点返回应答消息；在此步骤中，由于主节点发送的数据中包含从节点上某个I/O设备的地址，从节点总线器件上的总线控制器根据这些地址对本节点上I/O设备直接进行读写操作；
C4、所述主节点解析应答消息内容，并根据从节点应答的内容进行下一步的动作，如复位从节点、发出告警等等。
根据收到主节点读或写不同的消息，从节点的具体处理方法上有所区别，参见图5，即对于所述主节点的读操作，所述步骤C3包括如下具体步骤：
C31、所述从节点解析读消息内容；
C32、当所述读消息内容正确时，进行相应的读取操作；否则，返回读失败；
C33、当读取操作成功时，所述从节点返回读取的内容给主节点；否则，返回读失败；
对于所述主节点的写操作，所述步骤C3包括如下具体步骤：
C31、所述从节点解析写消息内容；
C32、当所述写消息内容正确时，将数据(内容)写入相应设备；否则，返回写失败；
C33、当写操作成功时，所述从节点返回写成功给主节点；否则，返回写失败。
从以上的叙述可以看出，主从通信实际上是主节点基于自身I/O地址空间来读写访问从节点。由于基于地址空间读写应用非常普遍，很是成熟，这无疑极大的简化了设计。
主从节点间的读写和应答消息格式根据具体的总线类型有所不同，可以采用多种消息格式，本实施例中读写/应答消息采用如图6所示的消息格式，即包括：从节点地址、读/写状态、读/写校验、读/写完成、读/写内容、消息校验。因此，对于主节点的读操作，从节点返回的数据中包含：从节点地址，读/写状态位、是否正确收到读消息位(读写校验)、是否完成读取数据状态位；然后是读取数据内容，以及校验；而对于主节点的写操作，从节点返回的数据中包含：从节点地址、读/写状态位、是否正确收到写消息位(读写校验)、是否完成写操作位以及校验。
本发明所述的基于地址空间访问的异步串行总线通信方法，除上述实施方式中所述的具体示例外，还可以有很多实现方式，例如，采用不同总线，或从节点采用其他结构形式，以及主从节点通信采用不同的消息格式；或者有些系统中不是明显的区分主从节点，此时有些节点仍采用图2的物理结构，但当其作为从节点时，由于其主控单元不参与主从节点通信方面的工作，其逻辑结构符合图3的结构形式，等等。对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，但所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (7)
1、一种基于地址空间访问的异步串行总线通信方法，主节点与若干从节点通过异步串行总线连接；所述方法包括以下步骤：
A、将所述从节点作为所述主节点通过总线物理延伸的外围设施；
B、所述主节点给所述从节点分配一个能唯一区分某一从节点的从节点地址范围；且所述从节点确定出一个本节点上所有I/O设备读写地址空间；
C、通过主节点访问所述从节点读写地址空间来实现所述主、从节点之间的通讯。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述从节点地址范围由从节点上的多个I/O设备的地址组成；所述步骤C包括如下步骤：
C1、所述主节点向从节点发送包含从节点地址范围的读写消息；
C2、从节点根据所述读写消息中的从节点地址范围判断所述读写消息是否为发往本节点的；
C3、当所述从节点确定所述读写消息是发给本节点的时，所述从节点根据所述读写消息内容，在所述读写地址空间内完成相应读写操作；并向所述主节点返回应答消息。
3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤C还包括步骤C4：所述主节点根据从节点应答的内容进行下一步的动作。
4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述读写/应答消息的格式中包括：从节点地址、读/写状态、读/写校验、读/写完成、读/写内容、消息校验。
5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于：对于所述主节点的读操作，所述步骤C3包括如下具体步骤：
C31、所述从节点解析读消息内容；
C32、当所述读消息内容正确时，进行相应的读取操作；否则，返回读失败；
C33、当读取操作成功时，所述从节点返回读取的内容给主节点；否则，返回读失败；
对于所述主节点的写操作，所述步骤C3包括如下具体步骤：
C31、所述从节点解析写消息内容；
C32、当所述写消息内容正确时，将数据写入相应设备；否则，返回写失败；
C33、当写操作成功时，所述从节点返回写成功给主节点；否则，返回写失败。
6、一种用于权利要求1所述方法的从节点结构，包括业务接口芯片；其特征在于：还包括一用于实现总线接口功能的总线接口器件，所述业务接口芯片通过所述总线接口器件接入总线。
7、根据权利要求6所述的从节点结构，其特征在于：所述总线接口器件包括总线接口控制器和业务接口控制器，该二者之间通过内部总线连接，并且所述业务接口控制器与所述业务接口芯片相连；所述总线接口控制器根据所述读写消息中从节点上某个I/O设备的地址，对该I/O设备进行读写操作。
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