一種基于fpga的多樣性驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的通訊方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于FPGA的多樣性驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的通訊方法，包括DUART數(shù)據(jù)字節(jié)通訊和DUART數(shù)據(jù)幀通訊,DUART通訊采用雙線制，即數(shù)據(jù)線RXD/TXD和幀片選線CE/OE,DUART通訊中一幀數(shù)據(jù)包括幀頭，數(shù)據(jù)和幀尾三個(gè)部分。以幀起始命令字節(jié)開始一幀的傳送，以幀結(jié)束命令字節(jié)結(jié)束一幀的傳送，每一個(gè)數(shù)據(jù)幀長度由發(fā)送和接收卡件類型確定,采用卡件之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信方式。由FPGA替代傳統(tǒng)CPU實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)通訊，避免了安全等級(jí)認(rèn)證中的軟件認(rèn)證，基于FPGA的多樣性驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的DUART通訊安全等級(jí)較高，提高了整個(gè)系統(tǒng)的安全性和可靠性。
【專利說明】—種基于FPGA的多樣性驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的通訊方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種現(xiàn)場控制方法，特別涉及一種基于FPGA的多樣性驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的通訊方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)場控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與通訊系統(tǒng)、設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)和人機(jī)接口單元在各個(gè)行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003]多樣性驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是核電保護(hù)系統(tǒng)的組成部分，其核心功能部分卡件采用無CPU設(shè)計(jì)。由于核電對(duì)保護(hù)系統(tǒng)的安全性要求等級(jí)比較高，系統(tǒng)中用到的CPU程序需要核級(jí)安全認(rèn)證，而這個(gè)認(rèn)證相當(dāng)復(fù)雜，周期也比較長。由FPGA現(xiàn)場可編程門陣列代替CPU，避免了軟件程序認(rèn)證，縮短了研發(fā)周期，降低了研發(fā)成本?；贔PGA的多樣性驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通訊是一個(gè)創(chuàng)新，通訊的安全性和可靠性是本創(chuàng)新的核心出發(fā)點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明是針對(duì)安全性要求高的系統(tǒng)用CPU程序設(shè)計(jì)開發(fā)時(shí)間、認(rèn)證時(shí)間長的問題，提出一種基于FPGA的多樣性驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的通訊方法，由FPGA (現(xiàn)場可編程門陣列)代替CPU實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)通訊，避免了使用CPU帶來的多樣性驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)認(rèn)證的麻煩，提高了系統(tǒng)的可靠性和時(shí)效性。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種基于FPGA的多樣性驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的通訊方法，包括數(shù)據(jù)字節(jié)和數(shù)據(jù)幀的接收和發(fā)送，具體包括如下步驟:
DUART數(shù)據(jù)字節(jié)發(fā)送接收:
1)DUART通訊協(xié)議中每一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)包含11位數(shù)據(jù)，分別是I起始位、8位數(shù)據(jù)位、I偶校驗(yàn)位和I停止位；
2)DUART數(shù)據(jù)字節(jié)通訊開始前判斷幀片選線CE/ 0E，幀片選線為邏輯“O”時(shí)表示通訊使能，可以開始通訊；
3)幀通訊開始，先發(fā)出一個(gè)邏輯“O”的信號(hào)，表示傳輸字符的開始，緊接著起始位后的8個(gè)數(shù)據(jù)位，在8個(gè)數(shù)據(jù)位的中點(diǎn)讀取數(shù)據(jù)位，數(shù)據(jù)位后是一位校驗(yàn)位，數(shù)據(jù)校驗(yàn)為偶校驗(yàn)，然后是停止位，停止位標(biāo)志著字符數(shù)據(jù)的結(jié)束；
DUART數(shù)據(jù)幀發(fā)送接收:
a)DUART通訊協(xié)議中一幀數(shù)據(jù)包括幀頭，數(shù)據(jù)和幀尾三個(gè)部分，以幀起始命令字節(jié)開始一幀的傳送，以幀結(jié)束命令字節(jié)結(jié)束一幀的傳送，幀頭包括幀起始，本卡類型，目標(biāo)源卡類型，卡件狀態(tài)1-4 ;數(shù)據(jù)包括各類型模擬量或數(shù)字量的數(shù)據(jù)和定值卡參數(shù)；幀尾包括16bits的CRC校驗(yàn)數(shù)據(jù)、8bits的心跳線和幀結(jié)束；
b)DUART數(shù)據(jù)幀通訊開始前判斷幀片選線CE/ 0E，幀片選線為邏輯“O”時(shí)表示通訊使能，可以開始通訊；
c)判斷巾貞通訊起始字節(jié)，以巾貞起始命令字節(jié)開始一巾貞的傳送，巾貞起始字節(jié)采用特定字符；判斷本卡類型，發(fā)送模塊可以通過確定本卡類型來確定要發(fā)送數(shù)據(jù)的長度；判斷目標(biāo)源卡類型，接收模塊可以確定要接收的數(shù)據(jù)長度，卡件類型設(shè)置采用特定字符；
d)判斷通訊狀態(tài)字節(jié)，通訊狀態(tài)字節(jié)為四個(gè)字節(jié)，每個(gè)字節(jié)的每個(gè)bit表示不同的狀態(tài)，讀取狀態(tài)字可以識(shí)別卡件的狀態(tài)，通過判斷狀態(tài)可知道卡件通訊是否正確；
e)卡件之間的通信采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式，UART接收模塊設(shè)定數(shù)據(jù)長度判斷功能，每一個(gè)數(shù)據(jù)幀長度由發(fā)送和接收卡件類型確定；
f ) CRC校驗(yàn)采用特定字符，共計(jì)4個(gè)字節(jié)，將CRCl字節(jié)的低4位作為bit0-bit3，CRC2字節(jié)的低4位作為bit4-bit7，CRC3字節(jié)的低4位作為bit8_bitll，CRC4字節(jié)的低4位作為bitl2-bitl5, CRC校驗(yàn)碼為16位；
g)心跳線設(shè)置I個(gè)字節(jié)，每發(fā)送一幀數(shù)據(jù)從O開始自加1，到255后自然溢出，接收模塊需要判斷每次是否自加1，如果超過設(shè)定時(shí)間連續(xù)3次沒有判到則認(rèn)為通信出錯(cuò)，如果超過設(shè)定時(shí)間判到數(shù)據(jù)不變則認(rèn)為通信中斷。
[0006]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明基于FPGA的多樣性驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的通訊方法，由FPGA替代傳統(tǒng)CPU實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)通訊，避免了安全等級(jí)認(rèn)證中的軟件認(rèn)證，基于FPGA的多樣性驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的DUART通訊安全等級(jí)較高，提高了整個(gè)系統(tǒng)的安全性和可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1為本發(fā)明基于FPGA的多樣性驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的通訊方法中DUART數(shù)據(jù)字節(jié)發(fā)送接收波形圖；
圖2為本發(fā)明基于FPGA的多樣性驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的通訊方法中DUART數(shù)據(jù)幀發(fā)送接收波形
圖；
圖3為本發(fā)明基于FPGA的多樣性驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的通訊方法中DUART數(shù)據(jù)字節(jié)發(fā)送接收流程圖；
圖4為本發(fā)明基于FPGA的多樣性驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的通訊方法中DUART數(shù)據(jù)幀發(fā)送接收流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0008]基于FPGA的多樣性驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的通訊方法包括數(shù)據(jù)字節(jié)和數(shù)據(jù)幀發(fā)送接收兩個(gè)部分，兩部分的定義:
1)如圖1所示DUART數(shù)據(jù)字節(jié)發(fā)送接收波形圖，DUART通訊協(xié)議中每一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)包含11位數(shù)據(jù)，分別是I起始位、8位數(shù)據(jù)位、I偶校驗(yàn)位和I停止位。其中起始位為低電平狀態(tài)，校驗(yàn)位為偶校驗(yàn)，停止位為高電平狀態(tài)，8位數(shù)據(jù)從低到高發(fā)送。幀通訊開始，先發(fā)出一個(gè)邏輯“O”的信號(hào)，表示傳輸字符的開始，緊接著起始位后的8個(gè)數(shù)據(jù)位，數(shù)據(jù)位后是一位校驗(yàn)位，然后是停止位，停止位標(biāo)志著字符數(shù)據(jù)的結(jié)束?？臻e位處于邏輯“ I ”狀態(tài)，表示當(dāng)前線路上沒有數(shù)據(jù)傳送；
2)DUART通訊采用雙線制，即數(shù)據(jù)線RXD/ TXD和幀片選線CE / 0E。發(fā)送和接收模塊是分開的，為兩個(gè)不同的模塊，當(dāng)通訊開始時(shí)先判斷幀片選線CE / 0E，如果真片選線使能，則發(fā)送或接收模塊開始發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通訊結(jié)束，片選線拉高，如圖2所示DUART數(shù)據(jù)幀發(fā)送接收波形圖。[0009]3) DUART通訊協(xié)議中一幀數(shù)據(jù)包括幀頭，數(shù)據(jù)和幀尾三個(gè)部分。以幀起始命令字節(jié)開始一幀的傳送，以幀結(jié)束命令字節(jié)結(jié)束一幀的傳送，每一個(gè)數(shù)據(jù)幀長度由發(fā)送和接收卡件類型確定。幀頭包括幀起始，本卡類型，目標(biāo)(源)卡類型，卡件狀態(tài)1-4 ;數(shù)據(jù)包括各類型模擬量或數(shù)字量的數(shù)據(jù)和定值卡參數(shù)等。由于卡件之間的通信采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式，因此每個(gè)UART接收模塊所應(yīng)接收到的數(shù)據(jù)長度是固定的，因此在UART接收模塊中必須設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)長度判斷功能；幀尾包括16bits的CRC校驗(yàn)數(shù)據(jù)，8bits的心跳線和幀結(jié)束。CRC校驗(yàn)采用特定字符，共計(jì)4個(gè)字節(jié)，將CRCl字節(jié)的低4位作為bit0-bit3，CRC2字節(jié)的低4位作為bit4-bit7, CRC3字節(jié)的低4位作為bit8_bitll，CRC4字節(jié)的低4位作為bitl2_bitl5 ;心跳線為I個(gè)字節(jié)，每發(fā)送一幀數(shù)據(jù)從O開始自加I，到255后自然溢出，接收模塊需要判斷每次是否自加1，如果超過一定時(shí)間連續(xù)3次沒有判到則認(rèn)為通信出錯(cuò)，如果超過一定時(shí)間判到數(shù)據(jù)不變則認(rèn)為通信中斷。幀數(shù)據(jù)字節(jié)與字節(jié)之間有Ibit的空閑位，兩鄰的兩幀之間空閑時(shí)間大于12bits。數(shù)據(jù)幀通訊協(xié)議如表1所示。
[0010]表1
【權(quán)利要求】
1.一種基于FPGA的多樣性驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的通訊方法，其特征在于，包括數(shù)據(jù)字節(jié)和數(shù)據(jù)幀的接收和發(fā)送，具體包括如下步驟: DUART數(shù)據(jù)字節(jié)發(fā)送接收: 1)DUART通訊協(xié)議中每一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)包含11位數(shù)據(jù)，分別是I起始位、8位數(shù)據(jù)位、I偶校驗(yàn)位和I停止位； 2)DUART數(shù)據(jù)字節(jié)通訊開始前判斷幀片選線CE/ 0E，幀片選線為邏輯“O”時(shí)表示通訊使能，可以開始通訊； 3)幀通訊開始，先發(fā)出一個(gè)邏輯“O”的信號(hào)，表示傳輸字符的開始，緊接著起始位后的8個(gè)數(shù)據(jù)位，在8個(gè)數(shù)據(jù)位的中點(diǎn)讀取數(shù)據(jù)位，數(shù)據(jù)位后是一位校驗(yàn)位，數(shù)據(jù)校驗(yàn)為偶校驗(yàn)，然后是停止位，停止位標(biāo)志著字符數(shù)據(jù)的結(jié)束； DUART數(shù)據(jù)幀發(fā)送接收: a)DUART通訊協(xié)議中一幀數(shù)據(jù)包括幀頭，數(shù)據(jù)和幀尾三個(gè)部分，以幀起始命令字節(jié)開始一幀的傳送，以幀結(jié)束命令字節(jié)結(jié)束一幀的傳送，幀頭包括幀起始，本卡類型，目標(biāo)源卡類型，卡件狀態(tài)1-4 ;數(shù)據(jù)包括各類型模擬量或數(shù)字量的數(shù)據(jù)和定值卡參數(shù)；幀尾包括16bits的CRC校驗(yàn)數(shù)據(jù)、8bits的心跳線和幀結(jié)束； b)DUART數(shù)據(jù)幀通訊開始前判斷幀片選線CE/ 0E，幀片選線為邏輯“O”時(shí)表示通訊使能，可以開始通訊； c)判斷巾貞通訊起始字節(jié)，以巾貞起始命令字節(jié)開始一巾貞的傳送，巾貞起始字節(jié)采用特定字符；判斷本卡類型，發(fā)送模塊可以通過確定本卡類型來確定要發(fā)送數(shù)據(jù)的長度；判斷目標(biāo)源卡類型，接收模塊可以確定要接收的數(shù)據(jù)長度，卡件類型設(shè)置采用特定字符； d)判斷通訊狀態(tài)字節(jié)，通訊狀態(tài)字節(jié)為四個(gè)字節(jié)，每個(gè)字節(jié)的每個(gè)bit表示不同的狀態(tài)，讀取狀態(tài)字可以識(shí)別卡件的狀態(tài)，通過判斷狀態(tài)可知道卡件通訊是否正確； e)卡件之間的通信采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式，UART接收模塊設(shè)定數(shù)據(jù)長度判斷功能，每一個(gè)數(shù)據(jù)幀長度由發(fā)送和接收卡件類型確定； f ) CRC校驗(yàn)采用特定字符，共計(jì)4個(gè)字節(jié)，將CRCl字節(jié)的低4位作為bit0-bit3，CRC2字節(jié)的低4位作為bit4-bit7，CRC3字節(jié)的低4位作為bit8_bitll，CRC4字節(jié)的低4位作為bitl2-bitl5, CRC校驗(yàn)碼為16位； g)心跳線設(shè)置I個(gè)字節(jié)，每發(fā)送一幀數(shù)據(jù)從O開始自加I，到255后自然溢出，接收模塊需要判斷每次是否自加1，如果超過設(shè)定時(shí)間連續(xù)3次沒有判到則認(rèn)為通信出錯(cuò)，如果超過設(shè)定時(shí)間判到數(shù)據(jù)不變則認(rèn)為通信中斷。
【文檔編號(hào)】H04L29/06GK103746976SQ201310741429
【公開日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】史哲烽, 楊德甫, 高雪麗, 余小鵬, 孫旭華, 高超 申請(qǐng)人:上海自動(dòng)化儀表股份有限公司