一種多模式高速智能異步串口通信模塊及實現方法技術

本發明專利技術公開了一種多模式高速智能異步串口通信模塊及實現方法，其所基于的硬件架構是CPCI總線模塊，該模塊硬件包括可編程邏輯單元、大容量存儲單元、通用異步收發控制器、高速數字隔離器件和接口電平轉換器件等。其優點是（1）可根據用戶實際需要通過軟件選擇智能模式和非智能模式。（2）工作于智能模式時，可通過軟件靈活設置各串口的數據幀格式。（3）工作于智能模式時，模塊接收數據時將根據設定的數據幀格式自動判斷數據幀頭、數據長度、校驗和、幀尾等信息。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于通信接口
，具體來說是基于硬件邏輯實現多模式高速智能異步串口通信的方法。
技術介紹
串口通信以其簡單、可靠性高和編程容易等特點在系統控制和數據通信中一直占有重要的地位，它不僅沒有因為時代的進步而淘汰，反而在規格上越來越完善，應用也越來越廣泛。但由于串口通信的特點通用異步收發控制器與上位機(CPU)的數據交換是按字節收發的，即通用異步收發控制器收到1個字節的報文就給CPU發出一個中斷信號告知CPU 來取數據，由CPU對數據的正確性(報文頭尾標識，校驗和等)進行判斷并處理，因此串口收發數據越快，其單位時間內向CPU申請的中斷就越多。在一般系統中，CPU往往還要處理網絡數據，作圖形顯示和處理等，這樣就嚴重影響了 CPU的處理能力，因此也成為串口通信速率的瓶頸。利用我們多年來在計算機通信接口領域的成果與經驗，自主設計開發的基于硬件邏輯實現的多模式高速智能異步串口通信模塊可以通過軟件設置工作于智能模式(通過板上微處理器對數據進行判別處理，只把符合要求的數據發送給CPU)和非智能模式(傳統串口通信模式，不對數據作處理，收到數據就傳送給CPU，由CPU來對數據進行解析)，并支持多種串口通信協議標準，可以在不占用CPU資源的情況下提高串口通信速度，能夠滿足不同領域用戶對異步串口通信的要求。
技術實現思路
本專利技術目的是提供，以滿足不同控制系統和數據通信的要求。本專利技術的硬件架構是基于CPCI總線的智能異步串口通信模塊，該模塊硬件包括可編程邏輯單元、大容量存儲單元、通用異步收發控制器、高速數字隔離器件和接口電平轉換器件。所述的可編程邏輯單元通過CPCI總線與CPU連接，并向CPU提交數據和接收CPU 的下發數據；所述的大容量存儲單元通過RAM接口與所述的可編程邏輯單元連接，進行接收數據的暫存處理；所述的通用異步收發控制器通過局部總線與所述的可編程邏輯單元連接，進行通信數據的收發處理；所述的高速數字隔離器件兩端分別與所述的通用異步收發控制器和所述的接口電平轉換器件連接，進行通信信號的傳輸；所述的接口電平轉換器件一端與外設通過RS232/RS485/RS422接口連接，另一端與所述的高速數字隔離器件連接， 進行通信信號的邏輯電平轉換和傳輸。所述的可編程邏輯單元是本專利技術的核心組成部分，其內部集成了嵌入式微處器及由Verilog硬件描述語言設計的各種功能模塊，主要實現本板與CPU的數據交換，與通用異步收發控制器的數據交換以及本板所有邏輯控制。所述的Verilog硬件描述語言設計的各種功能模塊包括模式選擇寄存器、接口選擇寄存器、串口數據收發模塊、數據幀接收識別模塊、數據搬移模塊和CPCI轉局部總線模塊等。a. 所述的模式選擇寄存器可通過寫入不同的值實現本板智能模式與非智能模式的選擇。b. 所述的接口選擇寄存器可通過寫入不同的值實現本板各串口的接口標準 (RS232, RS422, RS485 等)選擇。C. 所述的串口數據收發模塊在接收時首先判斷通用異步收發控制器接收緩沖區是否有數據，若有，則取出一個字節數據并將其送往數據幀識別模塊；在發送時判斷發送標志位看通用異步收發控制器是否允許發送，若允許發送則將FIFO中要發送的數據寫入通用異步收發控制器發送寄存器，等待發送。d. 所述的數據幀接收識別模塊可設置各串口的數據幀鑒別格式，它們只接收符合各自設定的數據幀格式的數據，而剔除掉不符合自己的數據幀格式的數據。e. 所述的數據搬移模塊在接收時負責將接收FIFO中的數據搬移到大容量存儲單元中暫存，并查詢雙口 RAM是否處于可寫狀態且剩余存儲空間是否大于數據幀的大小， 若滿足要求，又將暫存于所述大容量存儲單元內的幀數據搬移到雙口 RAM內，并向CPU發出中斷請求；在發送時，接收到CPU的發送中斷請求后，將要發送的數據從雙口 RAM快速轉移到內部FIFO，并通知串口數據收發模塊將數據發送出去。f. 所述的CPCI轉局部總線模塊主要將CPCI總線轉換為本板使用的局部總線， 以實現cpu與本板的數據交換。本專利技術一種多模式高速智能異步串口通信模塊的實現方法，包括設備初始化設置、智能模式下數據收發處理和非智能模式下數據收發處理。(1)所述的設備初始化設置包括以下內容 a.接口標準設置RS232、RS422 或 RS485。b.串口工作模式設置智能模式或非智能模式。c.若工作為所述的智能模式，則進行數據幀格式設置，包括報文頭、報文尾等。d. 串口參數設置包括波特率、數據位(5 8位)、校驗位(奇校驗、偶校驗或無校驗位)、停止位(1位、1. 5位或2位)等。(2)所述的智能模式相對于CPU來說為數據幀傳輸模式，其數據的接收流程如附圖3所示，包括以下步驟步驟101 遠方設備將數據流發送到某個串口，所述的接口電平轉換器將IEA232/ IEA485/IEA422通信的電氣信號轉換為TTL信號，經過所述的高速數字隔離器傳輸到所述的通用異步收發控制器，進入步驟102 ；步驟102 可編程邏輯單元內的串口數據收發模塊定時查看所述通用異步收發控制器各串口的接收寄存器是否有數據，若有，則進入步驟103 ；步驟103 串口數據收發模塊讀出接收寄存器內的字節數據，并將該字節數據送往數據幀識別模塊，進入步驟104 ；步驟104 數據幀識別模塊根據初始化設置的數據幀格式對收到的字節數據進行判別，若數據符合數據幀格式要求，則進入步驟105 ；若不符合，則進入步驟106，丟掉該字節數據并將之前收到的此幀其他數據從接收FIFO中清空，重新回到步驟102 ；步驟105 將數據存入可編程邏輯單元內部相應串口的接收FIFO內，并進入步驟107 ； 步驟107 判斷所述的FIFO內是否為完整的一幀數據，若是，則進入步驟108 ； 步驟108 將該幀數據存入所述的大容量存儲單元內，進入步驟109 ； 步驟109 數據搬移模塊判斷可編程邏輯單元內為該串口開設的雙口 RAM區是否處于可寫狀態且剩余存儲空間是否大于數據幀的大小，若是，則進入步驟110。若判斷為否，則數據繼續存在大容量存儲單元內；步驟110 數據搬移模塊將數據從大容量存儲單元內轉移到雙口 RAM內并向CPU發出一個硬件中斷請求，進入步驟111 ；步驟111 =CPU收到中斷請求后，通過CPCI轉局部總線模塊將此幀數據讀入CPU內存。至此，一個完整的數據幀接收過程就結束了。其數據的發送流程如附圖4所示，包括以下步驟步驟201 :CPU將要發送的一幀數據通過CPCI轉局部總線模塊寫入某串口雙口 RAM區， 并給數據搬移模塊送出一個發送中斷請求，進入步驟202 ；步驟202 數據搬移模塊收到中斷請求信號后將該幀數據從雙口 RAM內快速搬移到該串口發送FIFO區，進入步驟203 ；步驟203 可編程邏輯單元內的串口數據收發模塊查詢通用異步收發控制器對應串口是否為允許發送狀態，若是，則進入步驟204 ；步驟204 串口數據收發模塊讀出FIFO中一個字節數據，將其寫入通用異步收發控制器發送寄存器，進入步驟205;步驟205 通用異步收發控制器將數據轉化為串行數據后經高速數字隔離器件和接口電平轉換器件發送給外設，進入步驟206 ；步驟206 重復步驟203 步驟205，直到該幀數據全部發送完。至此，一個完整的數據幀發送過本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種多模式高速智能異步串口通信模塊，其特征在于其硬件架構是基于CPCI總線的異步串口通信模塊，該模塊硬件包括可編程邏輯單元、大容量存儲單元、通用異步收發控制器、高速數字隔離器件和接口電平轉換器件；所述的可編程邏輯單元通過CPCI總線與 CPU連接，并向CPU提交數據和接收CPU的下發數據；所述的大容量存儲單元通過RAM接口與所述的可編程邏輯單元連接，進行接收數據的暫存處理；所述的通用異步收發控制器通過局部總線與所述的可編程邏輯單元連接，進行通信數據的收發處理；所述的高速數字隔離器件兩端分別與所述的通用異步收發控制器和所述的接口電平轉換器件連接，進行通信信號的傳輸；所述的接口電平轉換器件一端與外設通過RS232/RS485/RS422接口連接，另一端與所述的高速數字隔離器件連接，進行通信信號的邏輯電平轉換和傳輸。2.根椐權利要求1所述的一種多模式高速智能異步串口通信模塊，其特征在于所述的可編程邏輯單元是核心組成部分，其內部集成了嵌入式微處理器及由Verilog硬件描述語言設計的各種功能模塊，所述的Verilog硬件描述語言設計的各種功能模塊包括模式選擇寄存器、接口選擇寄存器、串口數據收發模塊、數據幀接收識別模塊、數據搬移模塊和 CPCI轉局部總線模塊。3.根椐權利要求1所述的一種多模式高速智能異步串口通信模塊的實現方法，其特征在于該方法包括設備初始化設置、智能模式下數據收發處理和非智能模式下數據收發處理；所述的設備初始化設置，包括以下內容a.接口標準設置RS232、RS422或 RS485 ；b.串口工作模式設置智能模式或非智能模式；c.若工作為所述的智能模式，則進行數據幀格式設置，包括報文頭、報文尾；d.串口參數設置包括波特率、數據位(5 8位)、校驗位(奇校驗、偶校驗或無校驗位)、停止位(1位、1. 5位或2位)；所述的智能模式相對于CPU來說為數據幀傳輸模式，其數據的接收流程，包括以下步驟步驟101 遠方設備將數據流發送到某個串口，所述的接口電平轉換器將IEA232/ IEA485/IEA422通信的電氣信號轉換為TTL信號，經過所述的高速數字隔離器傳輸到所述的通用異步收發控制器，進入步驟102 ；步驟102 可編程邏輯單元內的串口數據收發模塊定時查看所述通用異步收發控制器各串口的接收寄存器是否有數據，若有，則進入步驟103 ；步驟103:串口數據收發模塊讀出接收寄存器內的字節數據，并將該字節數據送往數據幀識別模塊，進入步驟104 ；步驟104 數據幀識別模塊根據初始化設置的數據幀格式對收到的字節數據進行判別，若數據符合數據幀格式要求，則進入步驟105 ；若不符合，則進入步驟106，丟掉該字節數據并將之前收到的此幀其他數據從接收FIFO中清空，重新回到步驟102 ；步驟105 將數據存入可編程邏輯單元內部相應串口的接收FIFO內，并進入步驟107 ； 步驟107 判斷所述的FIFO內是否為完整的一幀數據，若是，則進入步驟108 ； 步驟108 將該幀數據存入所述的大容...

【專利技術屬性】
技術研發人員：唐俊，龍小軍，陶翼，
申請(專利權)人：中國船舶重工集團公司第七○九研究所，
類型：發明
國別省市：