一種相位校準(zhǔn)方法、設(shè)備及通信系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于多機(jī)同步通信系統(tǒng)的相位校準(zhǔn)方 法，以及一種具有相位校準(zhǔn)功能的通信設(shè)備及其組成的通信系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有的同步通信系統(tǒng)多基于SPI通訊總線系統(tǒng)，該總線系統(tǒng)主要包括M0SI(主機(jī) 輸出/從機(jī)輸入)、MIS0(主機(jī)輸入/從機(jī)輸出)、SCLK時鐘線及SS片選線。工作方式為，主 機(jī)通過SCLK發(fā)送時鐘信號，SS片選線發(fā)送片選信號，M0SI向從機(jī)發(fā)送控制命令、參數(shù)地址 和數(shù)據(jù)等信息，從機(jī)通過MIS0響應(yīng)主機(jī)命令。
[0003] 這種協(xié)議下，每臺從機(jī)單獨占用一條SS片選線，僅僅用來選通，這種方式造成了 信道的浪費(fèi)，且線路的增加不光增加了設(shè)備10 口的負(fù)擔(dān)，而且在從設(shè)備較多、線路較長、走 線緊張的應(yīng)用中，帶來布線復(fù)雜、抗干擾性降低，維護(hù)麻煩，成本增加等負(fù)面問題。
[0004] 標(biāo)準(zhǔn)SPI協(xié)議上，從設(shè)備以總線方式回傳數(shù)據(jù)，多個設(shè)備掛載在一條MIS0上，例如 當(dāng)主機(jī)發(fā)送廣播命令時，從機(jī)只能輪流進(jìn)行信息的反饋，大大降低了響應(yīng)實時性，尤其在時 延敏感的控制系統(tǒng)中，成了技術(shù)瓶頸。
[0005] 在隔離設(shè)備間，長距離傳輸?shù)某Ｒ?guī)SPI通訊模塊下，由于隔離芯片、特征阻抗不匹 配等原因會引起線路時延，邊沿失真，且這些問題具有離散性，如通訊速率過高，各根線硬 件傳輸帶來的這些差異性難以忽視，存在讀錯位的風(fēng)險，因此通訊速率受限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種相位校準(zhǔn)方法及設(shè)備，實現(xiàn)多機(jī)同步通信系統(tǒng)各根數(shù)據(jù) 線的相位同步校準(zhǔn)，降低讀錯位的風(fēng)險，提高通信的速率和可靠性。
[0007] 為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案： 一種相位校準(zhǔn)方法，應(yīng)用于設(shè)置有主機(jī)設(shè)備和從機(jī)設(shè)備的多機(jī)同步通信系統(tǒng)，主機(jī)設(shè) 備通過數(shù)據(jù)發(fā)送線傳輸數(shù)據(jù)給各從機(jī)設(shè)備，各從機(jī)設(shè)備通過數(shù)據(jù)接收線傳輸數(shù)據(jù)給主機(jī)設(shè) 備，其特征在于：當(dāng)主機(jī)設(shè)備上電或操作性復(fù)位時，在數(shù)據(jù)發(fā)送線上發(fā)送相位校準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀， 各從機(jī)設(shè)備識別出校驗地址位有效時，從相位校準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀中獲取含相位偏移信息的數(shù)據(jù)并 進(jìn)行處理，生成數(shù)據(jù)發(fā)送線上的移相數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)發(fā)送線進(jìn)行相位校準(zhǔn)；并產(chǎn)生校準(zhǔn)應(yīng)答信 號，主機(jī)設(shè)備從校準(zhǔn)應(yīng)答信號中獲取數(shù)據(jù)接收線的含相位偏移信息的數(shù)據(jù)，處理后產(chǎn)生數(shù) 據(jù)接收線上的移相數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)接收線進(jìn)行相位校準(zhǔn)。
[0008] 優(yōu)選地，所述相位校準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀和校準(zhǔn)應(yīng)答信號中包含相位識別特征數(shù)，所述含相 位偏移信息的數(shù)據(jù)通過對相位識別特征數(shù)以時鐘信號的倍頻信號進(jìn)行同步讀取而獲得。
[0009] 本發(fā)明的具有相位校準(zhǔn)功能的通信設(shè)備，其特征在于包含： 相位校準(zhǔn)模塊，接收與相位校準(zhǔn)相關(guān)的數(shù)據(jù)，生成含線路相位偏移信息的數(shù)據(jù)； 接收模塊，將含線路相位偏移信息的數(shù)據(jù)和校準(zhǔn)地址進(jìn)行組合產(chǎn)生接收中斷； CHJ模塊，響應(yīng)接收中斷，讀取含線路相位偏移信息的數(shù)據(jù)和校準(zhǔn)地址，生成線路移相 數(shù)據(jù)； 譯碼控制模塊，對線路移相數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼后分類送到相位校準(zhǔn)模塊和接收模塊進(jìn)行相 位校準(zhǔn)； 發(fā)送模塊，發(fā)送與相位校準(zhǔn)相關(guān)的數(shù)據(jù)。
[0010] 本發(fā)明還提供一種包含上述通信設(shè)備的多機(jī)同步通信系統(tǒng)。
[0011] 優(yōu)選地，該系統(tǒng)中，一個設(shè)備的發(fā)送模塊連接與其建立通信的設(shè)備的相位校準(zhǔn)模 塊。
[0012] 本發(fā)明的相位校準(zhǔn)方法實現(xiàn)了多機(jī)同步通信系統(tǒng)各根數(shù)據(jù)線的相位同步校準(zhǔn)，提 高了隔離設(shè)備間長距離同步通訊的速率和可靠性。
【附圖說明】
[0013] 圖1為本發(fā)明通信系統(tǒng)總線連接示意圖； 圖2為本發(fā)明通訊時序圖； 圖3為相位校準(zhǔn)時序圖； 圖4為設(shè)備通信連接圖。
【具體實施方式】
[0014] 下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0015] 如圖1所不，一種多機(jī)冋步通彳目系統(tǒng)，由一臺主機(jī)設(shè)備和n臺從機(jī)設(shè)備構(gòu)成，n為 大于等于1的整數(shù)。本實施例取消了現(xiàn)有總線結(jié)構(gòu)中功能單一的SS片選信號線，采用兩 條數(shù)據(jù)發(fā)送線M0SI線(數(shù)據(jù)流向從主機(jī)設(shè)備到從機(jī)設(shè)備，M0SI1、M0SI2)、多條數(shù)據(jù)接收線 MIS0線(數(shù)據(jù)流向從從機(jī)設(shè)備到主機(jī)設(shè)備，與從機(jī)設(shè)備一一對應(yīng)，每個從機(jī)設(shè)備各一條)、1 條SCLK時鐘信號線實現(xiàn)一種新的多機(jī)同步通信總線。
[0016] 如圖2,其中M0SI1傳輸?shù)臄?shù)據(jù)含幀頭(幀頭為連續(xù)多個1或0信號，除幀頭以外的 其他數(shù)據(jù)段用與幀頭相反邏輯的〇或1進(jìn)行間隔，每個有效數(shù)據(jù)段長度小于幀頭長度，以 區(qū)分幀頭)、從機(jī)片選信號（由與各從機(jī)設(shè)備 對應(yīng)的片選位數(shù)據(jù)組成，可以多選，片選位 有效時，對應(yīng)的從機(jī)設(shè)備被同時選通與主機(jī)建立通信，響應(yīng)M0SI2線上讀寫指令或數(shù)據(jù)）和 控制類信號(含同步信號和觸發(fā)信號，同步信號用于同步多臺從機(jī)的控制操作信號，例如啟 停機(jī)控制同步信號。觸發(fā)信號用于觸發(fā)各從機(jī)相應(yīng)功能模塊，如采樣模塊)。M0SI2為主機(jī) 讀寫指令、讀寫地址和讀寫數(shù)據(jù)信號線。MIS0上傳從機(jī)狀態(tài)類信號、從機(jī)采集數(shù)據(jù)及響應(yīng)主 機(jī)讀寫指令數(shù)據(jù)。SCLK為時鐘信號線，由主機(jī)產(chǎn)生，各從機(jī)不但利用該時鐘同步提取通訊信 號，并將該信號送入FPGA內(nèi)部鎖相環(huán)（PLL)，作為從機(jī)工作時鐘。
[0017] 主從機(jī)通訊模塊均采用FPGA實現(xiàn)，利用FPGA的并行處理能力，邊讀取位數(shù)據(jù)邊分 析處理。時序上，幀格式設(shè)計片選信號在幀中靠前位置，從機(jī)提取出本機(jī)片選位數(shù)據(jù)，識別 該位為選通狀態(tài)時，將接收處理M0SI2線上讀寫指令及數(shù)據(jù)。同樣，M0SI1線控制類信號相 對于MIS0線上狀態(tài)類信號在時序上靠后，在一幀信號傳輸過程中，主機(jī)先讀取分析各從機(jī) 狀態(tài)，根據(jù)狀態(tài)發(fā)送相應(yīng)控制信號，利用這種安排，主機(jī)可以在一幀內(nèi)完成對從機(jī)的實時監(jiān) 控。
[0018] 幀協(xié)議原理： 本協(xié)議分成常規(guī)協(xié)議和校驗協(xié)議，常規(guī)協(xié)議為默認(rèn)工作協(xié)議，用來傳輸正常數(shù)據(jù)；當(dāng)主 機(jī)上電或操作性復(fù)位時將以檢驗協(xié)議產(chǎn)生M0SI1與M0SI2的相位校準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀，從機(jī)識別出 該幀后，將對相位校準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行更新，并產(chǎn)生校準(zhǔn)應(yīng)答信號，用來供主機(jī)對MISO線路相位 校準(zhǔn)。
[0019] 常規(guī)協(xié)議(常規(guī)工作模式）： 主機(jī)通過M0SI1傳送幀頭、片選、觸發(fā)控制類信號，通過M0SI2傳送讀寫命令、參數(shù)地 址和數(shù)據(jù)類信號。從機(jī)通過MIS0傳送狀態(tài)標(biāo)志、采集數(shù)據(jù)或讀寫響應(yīng)數(shù)據(jù)。
[0020] 從機(jī)利用FPGA對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行實時分析處理，當(dāng)在M0SI1上檢測到幀頭(對應(yīng) 圖2、圖3中的起始數(shù)據(jù)段，本實施例為11111)時，將對M0SI1線的同步計數(shù)信號清零，之后 每接收到一個SCLK，同步計數(shù)信號將加一，其他數(shù)據(jù)線也以此進(jìn)行同步，作為幀中提取數(shù)據(jù) 的位索引。為了區(qū)分M0SI1中幀頭與其他數(shù)據(jù)段，其他數(shù)據(jù)段之間用0進(jìn)行間隔，每個有效 數(shù)據(jù)段需小于幀頭長度，如圖2中，片選信號有兩個數(shù)據(jù)段CH_SEL0和CH_SEL1，每個數(shù)據(jù) 段設(shè)置4bits，對應(yīng)8個從機(jī)，1表示選中，數(shù)據(jù)段之間用0間隔。TRIG0~TRIG7對應(yīng)8個從 機(jī)設(shè)備的觸發(fā)信號，每個數(shù)據(jù)段設(shè)置4bits，不同數(shù)據(jù)位對應(yīng)從機(jī)設(shè)備中不同模塊的觸發(fā)控 制。
[0021] 當(dāng)提取出本機(jī)片選位數(shù)據(jù)，并且該位為選通狀態(tài)時，將接收處理傳輸中的M0SI2 線上讀寫指令及數(shù)據(jù)，并通過MIS0線CMD (命令）和DAT (數(shù)據(jù)）段將讀寫指令的反饋信號 和數(shù)據(jù)發(fā)送給主機(jī)。M0SI1與數(shù)據(jù)線M0SI2、MIS0幀尾不對齊，M0SI2和MIS0幀間銜接無間 隔，這種方式減少了信道的浪費(fèi)，提高了單幀傳輸信息量。
[0022] 從機(jī)還通過MIS0主動上傳本機(jī)狀態(tài)標(biāo)志TRIG-I (觸發(fā)類狀態(tài)）和STAT (其他狀 態(tài)）至主機(jī)，這類信號與片選無關(guān)，不管選不選通都將作為必傳信息上傳主機(jī)，主機(jī)實時處 理從機(jī)狀態(tài)標(biāo)志，通過M0SI1發(fā)送觸發(fā)控制信號（TRIG1~TRIG8)至從機(jī)，利用這種安排， 實現(xiàn)在一幀時間內(nèi)完成對從機(jī)的實時監(jiān)控。
[0023] 從機(jī)在采集數(shù)據(jù)主動上傳模式激活后，即使沒被片選信號選中，也將主動在MIS0 線CMD和DAT數(shù)據(jù)段傳輸采集到的數(shù)據(jù)。這種方式減少了 M0SI2線上信息傳輸量，降低了 誤碼風(fēng)險和EMI干擾。
[0024] SCLK時鐘被送至鎖相環(huán)，產(chǎn)生新的通訊SCLK (25M)和從機(jī)工作時鐘（100M)，利用 鎖相環(huán)使得SCLK與系統(tǒng)工作時鐘同源，同相位，保證系統(tǒng)工作同步性，提高穩(wěn)定性。
[0025] 相位校準(zhǔn)協(xié)議(相位校驗?zāi)Ｊ剑?從機(jī)校驗 如圖3所示，在相位校驗?zāi)Ｊ较拢ó?dāng)主機(jī)設(shè)備上電或操作性復(fù)位時)，主機(jī)設(shè)備在數(shù)據(jù)發(fā) 送線上發(fā)送相位校準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀，各從機(jī)設(shè)備識別出校驗地址位有效時，對M0SI1、M0SI2線相 位校準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀中包含的相位識別特征數(shù)(本實施例規(guī)定為1010,共4bits)以SCLK的N倍頻 率信號(倍數(shù)越高，校準(zhǔn)精度越高，本實施例N=4)進(jìn)行同步讀取，獲得32bits (兩根線)含相 位偏移信息的數(shù)據(jù)（該高頻信號和SCLK利用鎖相環(huán)同相處理），并將該相位偏移數(shù)據(jù)上傳 CPU系統(tǒng)，CPU分析處理后，產(chǎn)生可在SCLK邊沿觸發(fā)(上升沿或下降沿，本實施例為下降沿） 時各根數(shù)據(jù)線讀取準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的移相數(shù)據(jù)，該移相數(shù)據(jù)包含相位后移值（對M0SI1線和M0SI2 線均有效）和滯后標(biāo)志數(shù)(對M0SI2線有效，當(dāng)M0S