CN205283576U - 串行通信设备以及串行通信系统 - Google Patents

Abstract

公开了串行通信设备以及串行通信系统。所述串行通信设备包括：输入单元、输出单元、存储单元、选通单元和控制单元，所述串行通信设备具有用于接收数据的第一模式、用于转发数据的第二模式和用于发送数据的第三模式，控制单元用于在第一至第三模式之间切换，其中，在所述第一模式，选通单元将输入单元连接到存储单元，在所述第二模式，选通单元将输入单元连接到输出单元，将接收的数据直接输出，在所述第三模式，存储单元中的数据通过输出单元输出。在包括级联的串行通信设备的串行通信系统中，可以减少信号传送至后级串行通信设备的时间，从而提高通信效率和性能。

Description

串行通信设备以及串行通信系统

技术领域

本实用新型涉及通信技术领域，具体涉及一种串行通信设备以及串行通信系统。

背景技术

串行通信，是将数据分成一个个的二进制位(bit)，然后主机端和从机设备使用一条线路或一个通信信道实现主机端与从机设备之间的通信(数据交换)。串行通信作为一种灵活、方便、可靠的通信技术，因其具有占用硬件资源少、可大幅度降低通信线路的成本、简化通信设备、应用灵活、易维护等诸多优点，在工业控制、电力通信、智能仪表等领域得到了广泛应用。

串行通信要求通信双方遵守相同的协议，从而使得双方完成数据的收发。一般来讲，串行通信方式一次只能实现两个设备之间的点对点传输，若需要多个从机设备和主机端进行通信，则需要主机端的设备依次和从机设备连接来实现，例如专利号为CN101140553A的中国实用新型专利，通过给从机设备配置不同的地址，主机端每次发送数据时需指定接收者的地址，从机设备当发现地址值相等时才做出响应。或者，使从机设备除接收数据的功能外还具有转发数据的能力，以此来实现主机端对多个从机设备发送数据的功能。

如图1所示的现有技术的串行通信系统包括主机端10和级联的从机设备，其中级联的从机设备包括从机设备201至从机设备20n。从机设备的结构如图2所示，包括：输入单元21、输出单元22、缓存单元23、存储单元24以及控制单元25。输入单元21接收到来自主机端或上一级从机设备发出的串行通信数据，并存入缓存单元23。经控制单元25判断，若属于本从机设备的数据，则存入存储单元24，若非本从机设备数据，则经由输出单元22输出至下一级从机设备。以上述的串行通信系统为例，假定每个从机设备需要接收长度为m的数据，那么，主机端发出的数据长度应为m*n；由于每个从机设备对收到的数据都需要进行缓存，假设长度为m的数据进行缓存和判断后再发送(或存储)的耗时为T。假设第一级从机设备201所需的数据为主机端最先发出的数据，当第一级从机设备201接收长度为m的数据后，其控制单元检测发现为本设备所需的数据，则存储到存储单元，此时耗时T，第一级从机设备继续接收长度为m的数据，发现非本机所需数据，则转发，再耗时T；此时，第二级从机设备开始接收数据，即第二级从机设备需等待2*T的时间之后才开始接收并处理数据；即由于从机设备必须接收后再判断是否转发，造成了T的延时浪费。由于每一级从机设备都需要进行接收判断，此延时浪费会在各级的从机设备中逐渐传递并累积。

从上可知，该串行通信系统中，由于每一级从机设备需要接收数据并判断后才能决定是否转发，而此时下一级从机设备将处在等待中，浪费T的时间。随着应用需求的复杂化，对串行通信的通信效率及性能的要求越来越高时，如从机设备数目较大、数据较长时，会对串行通信系统的效率带来较大影响。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出了一种串行通信设备和串行通信系统，将串行数据按顺序排列后发送以及通过选通单元将输出单元和输出单元直连，从机设备不需要先接收再判断是否转发，减少了下级从机设备的等待时间，提高了串行通信系统的效率。

根据本实用新型的第一方面，提供一种串行通信设备，包括：输入单元、输出单元、存储单元、选通单元和控制单元，所述选通单元与所述控制单元相连接并且受到所述控制单元的控制，所述选通单元与所述输入单元相连接并且接收数据，所述选通单元与所述存储单元和所述输出单元相连接并且将所述数据提供给所述存储单元和所述输出单元之一。

优选地，所述选通单元为数据分配器。

优选地，所述串行通信设备还包括设置于选通单元和存储单元之间的缓存单元。

根据本实用新型的第二方面，提供一种串行通信系统，包括：主机端，用于发送串行数据，所述串行数据包括顺序排列的多个子数据；以及

级联的多个从机设备，用于从主机端接收对应的子数据，

其中，所述多个从机设备分别为串行通信设备，

所述串行通信设备，包括：输入单元、输出单元、存储单元、选通单元和控制单元，所述选通单元与所述控制单元相连接并且受到所述控制单元的控制，所述选通单元与所述输入单元相连接并且接收数据，所述选通单元与所述存储单元和所述输出单元相连接并且将所述数据提供给所述存储单元和所述输出单元之一。

优选地，所述选通单元为数据分配器。

优选地，所述串行通信设备还包括设置于选通单元和存储单元之间的缓存单元。

优选地，所述系统还包括设置于末级从机设备和所述主机端之间的回传路径。

根据本实用新型的串行通信设备和系统，通过将串行数据按顺序排列后发送减少了从接设备的等待时间，提高了串行通信系统的效率。

附图说明

通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1是现有技术的串行通信系统的示意性结构框图；

图2是现有技术的从机设备的示意性结构框图；

图3是根据本实用新型第一实施例的串行通信系统的示意性结构框图；

图4a和4b是根据本实用新型第一实施例的串行数据的示意性结构图；

图5是根据本实用新型第一实施例的从机设备的示意性结构框图；

图6a和6b是根据本实用新型第一实施例的从机设备的工作时序图；

图7是根据本实用新型第二实施例的串行通信系统的示意性结构框图；以及

图8a和8b是根据本实用新型第二实施例的从机设备回传数据的工作时序图。

具体实施方式

以下基于实施例对本实用新型进行描述，但是本实用新型并不仅仅限于这些实施例。在下文对本实用新型的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本实用新型。为了避免混淆本实用新型的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

图3是根据本实用新型第一实施例的串行通信系统的示意性结构框图，图4a和4b是根据本实用新型第一实施例的串行数据的示意性结构图。该串行通信系统包括主机端30和n级的从机设备，其中，n级的从机设备按照与主机端30的连接顺序，从前级至后级分别为从机设备401至从机设备40n。

主机端30向从机设备发送串行通信数据，该串行通信数据包括发送到从机设备401的数据Data401、发送到从机设备402的数据Data402…发送到从机设备40n的数据Data40n。主机端30将串行数据(数据Data401～数据Data40n)排序成第一序列然后通过第一端口依次发送。

在本实施方式中，如图4a所示，在第一序列中，按照与主机端的连接顺序，从前级至后级排列各级从机设备的数据。即首先是第一级从机设备的数据Data401，然后是第二级从机设备的数据Data402，最后是第n级从机设备的数据Data40n。发送时，主机端30首先发送数据Data401，然后发送Data402，最后发送数据Data40n。

在优选地实施例中，如图4b所示，在第一序列中，按照与主机端的连接顺序从后级至前级排列各级从机设备的数据。即首先是第n级从机设备的数据Data40n，然后是第n-1级从机设备的数据Data40(n-1)，最后是第一级从机设备的数据Data401。发送时，首先发送数据Data40n，然后发送Data40(n-1)，最后发送数据Data401。

图5是根据本实用新型第一实施例的从机设备的示意性结构框图，该从机设备40包括：输入单元41、输出单元42、缓存单元43、存储单元44、控制单元45以及选通单元46。

输入单元41接收到来自主机端或上一级从机设备发出的串行通信数据，并发送到选通单元46。

选通单元46在控制单元45的控制下，将串行通信数据发送到输出单元42或者缓存单元43。优选地，选通单元46为数据分配器(demultiplexer)。

从机设备在控制单元45的控制下在接收模式P1和直通模式P2之间切换。在接收模式P1，选通单元46将数据发送给缓存单元43然后存储到存储单元44中；当控制单元45判断属于本从机设备的数据接收完毕后，控制单元45将选通单元46连接到输出单元42，从机设备切换到直通模式P2，在直通模式P2，输入单元41接收的数据不经判断直接通过输出单元42输出。

级联的从机设备在接收如图4a-4b所示的串行数据时，各级从机设备依次处于接收模式P1，当某一级从机设备处于接收模式P1时，其上级的所有从机设备处于直通模式P2。

图6a和6b是根据本实用新型第一实施例的从机设备的工作时序图。假设数据Data401～Data40n的长度相同，在从机设备中存储单元存储数据和控制单元判断数据接收完毕的时间均为T。

当主机端发送的第一序列的串行数据为图4a所示时，各级从机设备的工作时序图如图6a所示：

在时间0～T，从机设备401首先处于接收模式P1，接收数据Data401，耗时为T，之后，即T时刻后，从机设备401处于直通模式P2。

在时间T～2*T，从机设备402处于接收模式P1，接收数据Data402，耗时为T，之后，即2*T时刻后，从机设备402处于直通模式P2。

在时间2*T～3*T，从机设备403处于接收模式P1，接收数据Data403，耗时为T，之后，即3*T时刻之后，从机设备403处于直通模式P2。同理，依次类推。

在时间(n-1)*T～n*T，从机设备40n处于接收模式P1，接收数据Data403，耗时为T。

当主机端发送的第一序列的串行数据为图4b所示时，各级从机设备的工作时序图如图6b所示：

在时间0～T，第一级从机设备401至第n-1级从机设备40(n-1)处于直通模式P2，第n级从机设备40n处于接收模式P1，从机设备40n接收数据Data40n，耗时为T。

在时间T～2*T，第一级从机设备401至第n-2级从机设备40(n-2)处于直通模式P2，第n-1级从机设备40(n-1)处于接收模式P1，从机设备40(n-1)接收数据Data40(n-1)，耗时为T。

…

在时间(n-2)*T～(n-1)*T，第一级从机设备401处于直通模式P2，从机设备402处于接收模式P1，接收数据Data402，耗时为T。

在时间(n-1)*T～n*T，第一级从机设备401处于接收模式P1，接收数据Data401，耗时为T。

图7是根据本实用新型第二实施例的串行通信系统的示意性结构框图，第二实施例的串行通信系统包括主机端30和n级的从机设备，其中，n级的从机设备按照与主机端30的连接顺序，从前级至后级分别为从机设备401至从机设备40n，主机端30的第一端口p01连接从机设备401的输入单元，最后一级从机设备40n的输出单元连接主机端30的第二端口p02。

主机端30可以如第一实施例所述通过第一端口p01向级联的从机设备发送排序的串行数据，也可以通过第二端口p02接收各从机设备的回传数据。

在该实施例中，从机设备401至从机设备40n的结构相同，如图5所示。从机设备包括：输入单元41、输出单元42、缓存单元43、存储单元44、控制单元45以及选通单元46。输入单元41接收到来自主机端或上一级从机设备发出的串行通信数据，并发送到选通单元46。

选通单元46在控制单元45的控制下，将串行通信数据发送到输出单元42或者缓存单元43。

当主机端30通过第一端口p01向级联的从机设备发送排序的串行数据时，从机设备在控制单元45的控制下在接收模式P1和直通模式P2之间切换。在接收模式P1，选通单元46将数据发送给缓存单元43然后存储到存储单元44中；当控制单元45判断属于本从机设备的数据接收完毕后，控制单元45将选通单元46连接到输出单元42，从机设备切换到直通模式P2。

当通过第二端口p02接收各从机设备的回传数据时，从机设备在控制单元45的控制下在上传模式P3和直通模式P2之间切换。在上传模式P3，存储单元44中的数据通过输出单元42输出到下一级从机设备，对于最后一级从机设备40n，存储单元44中的数据通过输出单元42输出到主机端30的第二端口p02。

级联的从机设备向主机端30回传数据的顺序为按照连接顺序从前级至后级的各个从机设备依次回传数据，替代地，按照连接顺序从后级至前级的各从机设备依次回传数据。

下面结合图8a和8b描述从机设备回传数据的工作时序。假设各从机设备向主机端回传相同长度的数据，并且从存储单元通过输出单元发送耗时为T。

当各从机设备按照连接顺序从前级至后级依次回传数据时，如图8a所示，

在时间0～T，从机设备401首先处于上传模式P3，其下级的所有从机设备处于直通模式P2。

在时间T～2*T，从机设备402处于上传模式P3，其下级的所有从机设备处于直通模式P2。

在时间2*T～3*T，从机设备403处于上传模式P3，其下级的所有从机设备处于直通模式P2。同理，依次类推。

在时间(n-1)*T～n*T，从机设备40n处于上传模式P3。

当各从机设备按照连接顺序从后级至前级依次回传数据时，如图8b所示，

在时间0～T，从机设备40n首先处于上传模式P3，之后切换到直通模式P2。

在时间T～2*T，从机设备40(n-1)处于上传模式P3，之后切换到直通模式P2。

同理，依次类推。

在时间(n-1)*T～n*T，从机设备401处于上传模式P3。

根据本实用新型的串行通信系统和串行通信方法，通过将串行数据排序后发送减少了从接设备的等待时间，提高了串行通信系统的效率。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域技术人员而言，本实用新型可以有各种改动和变化。凡在本实用新型的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种串行通信设备，其特征在于，包括：输入单元、输出单元、存储单元、选通单元和控制单元，所述选通单元与所述控制单元相连接并且受到所述控制单元的控制，所述选通单元与所述输入单元相连接并且接收数据，所述选通单元与所述存储单元和所述输出单元相连接并且将所述数据提供给所述存储单元和所述输出单元之一。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述选通单元为数据分配器。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述串行通信设备还包括设置于选通单元和存储单元之间的缓存单元。

4.一种串行通信系统，其特征在于，包括：

主机端，用于发送串行数据，所述串行数据包括顺序排列的多个子数据；以及

级联的多个从机设备，用于从主机端接收对应的子数据，

其中，所述多个从机设备分别为串行通信设备，

所述串行通信设备，包括：输入单元、输出单元、存储单元、选通单元和控制单元，所述选通单元与所述控制单元相连接并且受到所述控制单元的控制，所述选通单元与所述输入单元相连接并且接收数据，所述选通单元与所述存储单元和所述输出单元相连接并且将所述数据提供给所述存储单元和所述输出单元之一。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述选通单元为数据分配器。

6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述串行通信设备还包括设置于选通单元和存储单元之间的缓存单元。

7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，还包括设置于末级从机设备和所述主机端之间的回传路径。