本發(fā)明涉及一種用于串行幀同步傳輸數(shù)據(jù)的通訊方式，尤其涉及一種校驗(yàn)簡(jiǎn)便、同步精度高的串行幀同步多型鎖定控制方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代工業(yè)控制中，往往需要很多的獨(dú)立模塊相互配合來(lái)共同完成一個(gè)復(fù)雜的控制過程，很多情況下各模塊之間需要進(jìn)行串口通信。串口的通信協(xié)議是提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性及可靠性的必要條件。若要可靠準(zhǔn)確地完成特定的通信協(xié)議，就需要建立完善的同步機(jī)制，提高控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。串口通信中的同步方法很多，有逐次比較的幀同步法、基于ftfo隊(duì)列的幀同步法，但是這兩種同步法，實(shí)現(xiàn)同步消耗的時(shí)間比較長(zhǎng)，較難實(shí)現(xiàn)同步。基于有限狀態(tài)機(jī)的幀同步法，雖然較上兩種同步法有所提高，但是在接收完一幀數(shù)據(jù)后還要把系統(tǒng)的接收狀態(tài)重新設(shè)置，否則會(huì)影響到下一幀的數(shù)據(jù)接收，因此這種同步法在同步處理上又存在比較繁瑣的缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問題，提供一種串行幀同步多型鎖定控制方法，其將同步數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，幀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，校驗(yàn)簡(jiǎn)便，同步精度高，有效提高了串行幀數(shù)據(jù)的同步性和準(zhǔn)確性，為控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)穩(wěn)步運(yùn)行提供了保證，確保系統(tǒng)通信及控制的實(shí)時(shí)性和可靠性。

本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的：本發(fā)明的幀結(jié)構(gòu)包括依次相連的幀同步頭、幀類型、幀信息長(zhǎng)度、幀信息和幀校驗(yàn)，串行幀同步多型鎖定控制方法包括特征字符同步頭控制方法、時(shí)間間隔同步控制方法和字節(jié)持續(xù)尋找方法。幀校驗(yàn)用于判定收到幀數(shù)據(jù)的正確性，幀校驗(yàn)字節(jié)通常放置在一幀數(shù)據(jù)的尾部，為提高字節(jié)有效利用率，本發(fā)明中省略了幀尾，直接由幀校驗(yàn)字節(jié)作為幀的結(jié)尾。當(dāng)然有時(shí)為了保密等需要，實(shí)際使用中，幀校驗(yàn)字節(jié)可以放置在每一幀的任何部位。本發(fā)明將同步數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，幀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，減小判斷耗時(shí)，校驗(yàn)簡(jiǎn)便。

作為優(yōu)選，所述的特征字符同步頭控制方法為：選擇在幀的內(nèi)部最少出現(xiàn)的單字節(jié)或多字節(jié)作為幀同步頭或者選擇指定字節(jié)的特征值作為幀同步頭；接收幀數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)幀數(shù)據(jù)各字節(jié)進(jìn)行判斷，如果幀同步頭不正確，則丟棄首字節(jié)，繼續(xù)判斷下一字節(jié)捕捉幀同步頭；如果幀同步頭正確，則接收下一字節(jié)。對(duì)于幀同步頭的設(shè)計(jì)，一般來(lái)講，幀同步頭為單字節(jié)或多字節(jié)，但是同步頭不能過長(zhǎng)，否則會(huì)增加幀數(shù)據(jù)判斷時(shí)間，降低傳輸效率。因此，為了避免過長(zhǎng)的幀同步頭，縮短幀數(shù)據(jù)的判斷時(shí)間，采用特殊的字符或者指定字節(jié)的特征值作為同步頭。比如，幀同步頭用指令、數(shù)據(jù)某個(gè)字節(jié)，也可采用幀計(jì)數(shù)特征值來(lái)比較前、后兩幀數(shù)據(jù)。幀同步頭最佳的選擇是把在幀的內(nèi)部最少出現(xiàn)的單字節(jié)或多字節(jié)作為幀同步頭。本發(fā)明有效減少幀數(shù)據(jù)判斷時(shí)間，提高數(shù)據(jù)傳輸效率。

作為優(yōu)選，所述的時(shí)間間隔同步控制方法為：同一幀內(nèi)相鄰兩個(gè)字節(jié)允許的接收間隔時(shí)間稱為同步間隔時(shí)間，將同步間隔時(shí)間作為同步的判斷條件，幀數(shù)據(jù)接收方要對(duì)接收到的相鄰兩字節(jié)的接收間隔時(shí)間t進(jìn)行檢測(cè)，如果(11/f)＜t＜(2×11/f)，那么認(rèn)為接收或發(fā)送具有連續(xù)性，符合同步要求，則接收下一字節(jié)；反之，如果t≤(11/f)或t≥(2×11/f)，那么認(rèn)為接收或發(fā)送不連續(xù)，不符合同步要求，則丟棄這一幀數(shù)據(jù)，接收下一幀數(shù)據(jù)；其中，f為傳輸波特率，單位為b/s?？刂葡到y(tǒng)要滿足較高的實(shí)時(shí)性和同步性，則要求發(fā)送方和接收方在發(fā)送和接收時(shí)具有連續(xù)性。發(fā)送方比較容易實(shí)現(xiàn)，接收方的同步性比較難實(shí)現(xiàn)。一個(gè)字節(jié)有8bits，包括起始位、校驗(yàn)位和停止位在內(nèi)，發(fā)送一個(gè)字節(jié)，需要11bits，則接收一個(gè)字節(jié)所耗時(shí)間為(11/f)s，接收下一個(gè)字節(jié)的最小時(shí)間為(11/f)s，最大時(shí)間應(yīng)為(2×11/f)s，所以，本技術(shù)方案中，同一幀內(nèi)相鄰兩個(gè)字節(jié)允許的接收間隔時(shí)間t為(11/f)＜t＜(2×11/f)(即為一個(gè)字節(jié)的傳輸時(shí)間)。如果同步性要求更高的，可以縮短允許的接收間隔時(shí)間的范圍。本技術(shù)方案同步精度高，有效提高了串行幀數(shù)據(jù)的同步性和準(zhǔn)確性，為控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)穩(wěn)步運(yùn)行提供了保證，確保系統(tǒng)通信及控制的實(shí)時(shí)性和可靠性。

作為優(yōu)選，所述的字節(jié)持續(xù)尋找方法為：先鎖定所述的幀同步頭和同步間隔時(shí)間，逐次比較幀同步頭和同步間隔時(shí)間，在幀同步頭和同步間隔時(shí)間都正確的情況下，繼續(xù)接收下一字節(jié)，直到幀校驗(yàn)字節(jié)也正確，則認(rèn)為當(dāng)前一幀數(shù)據(jù)已經(jīng)完整接收，當(dāng)前一幀為正確幀；如果同步間隔時(shí)間超出允許范圍，則確認(rèn)當(dāng)前幀不是正確幀，剔除最前面接收到的首字節(jié)，丟棄該幀，接收下一幀數(shù)據(jù)，繼續(xù)尋找正確幀。

本發(fā)明的有益效果是：幀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，校驗(yàn)簡(jiǎn)便，縮短了同步頭的判斷耗時(shí)，有效提高了串行幀數(shù)據(jù)同步的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，接收數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度高，為控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)穩(wěn)步運(yùn)行提供了保證，確保系統(tǒng)通信及控制的實(shí)時(shí)性和可靠性。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明中幀結(jié)構(gòu)的一種結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明中相鄰兩個(gè)字節(jié)允許的接收間隔時(shí)間的示意圖。

圖中1.幀同步頭，2.幀類型，3.幀信息長(zhǎng)度，4.幀信息，5.幀校驗(yàn)。

具體實(shí)施方式

下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說(shuō)明。

實(shí)施例：本實(shí)施例的串行幀同步多型鎖定控制方法，將同步數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，如圖1所示，幀結(jié)構(gòu)包括依次相連的幀同步頭1、幀類型2、幀信息長(zhǎng)度3、幀信息4和幀校驗(yàn)5，幀校驗(yàn)用于判定收到幀數(shù)據(jù)的正確性，幀校驗(yàn)字節(jié)通常放置在一幀數(shù)據(jù)的尾部，為提高字節(jié)有效利用率，本發(fā)明中省略了幀尾，直接由幀校驗(yàn)字節(jié)作為幀的結(jié)尾。

串行幀同步多型鎖定控制方法包括特征字符同步頭控制方法、時(shí)間間隔同步控制方法和字節(jié)持續(xù)尋找方法。

根據(jù)串口通信協(xié)議定義如下的幀率和幀長(zhǎng)度等參數(shù)分別為：

波特率：f(b/s)

發(fā)送幀率：m(f/s)

發(fā)送幀長(zhǎng)：l(bytes)

控制系統(tǒng)中串口通信的幀數(shù)據(jù)的發(fā)送按照上面給出的幀率進(jìn)行發(fā)送，接收時(shí)，為了保證良好的同步性和連續(xù)性，幀數(shù)據(jù)各字節(jié)的逐次比較判斷過程為：先判斷幀同步頭，如果正確則接收下一字節(jié)，如果不正確則丟棄首字節(jié)，進(jìn)入下一字節(jié)的判斷，依此類推，逐個(gè)對(duì)幀類型、幀信息長(zhǎng)度、幀信息和幀校驗(yàn)進(jìn)行正確性判斷。在同一幀內(nèi)，相鄰兩個(gè)字節(jié)的接收間隔時(shí)間在允許的范圍內(nèi)，則接收下一字節(jié)；如果超出允許范圍，則丟棄該幀，接收下一幀數(shù)據(jù)。

對(duì)于幀同步頭的設(shè)計(jì)，一般來(lái)講，幀同步頭為單字節(jié)或多字節(jié)，但是幀同步頭不能過長(zhǎng)，否則會(huì)增加幀數(shù)據(jù)判斷時(shí)間，降低傳輸效率，因此，為了避免過長(zhǎng)的幀同步頭，縮短幀數(shù)據(jù)的判斷時(shí)間，本發(fā)明采用了特征字符同步頭控制方法：選擇在幀的內(nèi)部最少出現(xiàn)的單字節(jié)或多字節(jié)作為幀同步頭或者選擇指定字節(jié)的特征值作為幀同步頭；接收幀數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)幀數(shù)據(jù)各字節(jié)進(jìn)行判斷，如果幀同步頭不正確，則丟棄首字節(jié)，繼續(xù)判斷下一字節(jié)捕捉幀同步頭；如果幀同步頭正確，則接收下一字節(jié)。

控制系統(tǒng)要滿足較高的實(shí)時(shí)性和同步性，則要求發(fā)送方和接收方在發(fā)送和接收時(shí)具有連續(xù)性。發(fā)送方比較容易實(shí)現(xiàn)，接收方的同步性比較難實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明采用了時(shí)間間隔同步控制方法，如圖2所示：同一幀內(nèi)相鄰兩個(gè)字節(jié)允許的接收間隔時(shí)間稱為同步間隔時(shí)間，將同步間隔時(shí)間作為同步的判斷條件，幀數(shù)據(jù)接收方要對(duì)接收到的相鄰兩字節(jié)的接收間隔時(shí)間t進(jìn)行檢測(cè)，如果(11/f)＜t＜(2×11/f)，那么認(rèn)為接收或發(fā)送具有連續(xù)性，符合同步要求，則接收下一字節(jié)；反之，如果t≤(11/f)或t≥(2×11/f)，那么認(rèn)為接收或發(fā)送不連續(xù)，不符合同步要求，則丟棄這一幀數(shù)據(jù)，接收下一幀數(shù)據(jù)；其中，f為傳輸波特率，單位為b/s。

一個(gè)字節(jié)有8bits，包括起始位、校驗(yàn)位和停止位在內(nèi)，發(fā)送一個(gè)字節(jié)，需要11bits，則接收一個(gè)字節(jié)所耗時(shí)間為(11/f)s，接收下一個(gè)字節(jié)的最小時(shí)間為(11/f)s，最大時(shí)間應(yīng)為(2×11/f)s，所以，時(shí)間間隔同步控制方法中，同一幀內(nèi)相鄰兩個(gè)字節(jié)允許的接收間隔時(shí)間t為(11/f)＜t＜(2×11/f)(即為一個(gè)字節(jié)的傳輸時(shí)間)。如果同步性要求更高的，可以縮短允許的接收間隔時(shí)間的范圍。

字節(jié)持續(xù)尋找方法為：先鎖定幀同步頭和同步間隔時(shí)間，逐次比較幀同步頭和同步間隔時(shí)間，在幀同步頭和同步間隔時(shí)間都正確的情況下，繼續(xù)接收下一字節(jié)，直到幀校驗(yàn)字節(jié)也正確，則認(rèn)為當(dāng)前一幀數(shù)據(jù)已經(jīng)完整接收，當(dāng)前一幀為正確幀；如果同步間隔時(shí)間超出允許范圍，則確認(rèn)當(dāng)前幀不是正確幀，剔除最前面接收到的首字節(jié)，丟棄該幀，接收下一幀數(shù)據(jù)，繼續(xù)尋找正確幀。

本發(fā)明與現(xiàn)有串行同步方法相比，數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)中采用了特殊字符作為幀同步頭，縮短了幀同步頭的判斷耗時(shí)；用相鄰兩個(gè)字節(jié)的接收間隔時(shí)間作為同步的判斷條件，提高了同步的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。本發(fā)明幀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，校驗(yàn)簡(jiǎn)便，實(shí)時(shí)性高，接收數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度高，為控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)穩(wěn)步運(yùn)行提供了保證，確保系統(tǒng)通信及控制的實(shí)時(shí)性和可靠性。

以上所述的具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明作了進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。