[发明专利]基于M‑LVDS的装置背板高速总线链路层通信协议

说明书

技术领域

本发明涉及智能电网前置信息处理模件的高速背板传输总线领域，具体提供基于M-LVDS的装置背板高速总线链路层通信协议。

背景技术

智能电网保护控制装置需要接入大量的数字信号，限于单模件接口数量及处理能力有限，需要由多块前置信息处理模件处理后再汇集到单块或多块CPU模件进行算法和逻辑运算。因此，需要一种高速背板传输总线来进行装置内模件之间的大数据量通信。

现有的背板高速总线如PCI、VME等采用的是并行总线模式，存在背板连线多、设计复杂、成本高、抗干扰能力差、控制复杂等缺点。

串行总线由于背板连线少、设计简单、抗干扰能力强等优点成为背板总线较为理想的选择, CAN(Controller Area Network, 控制器局域网络)总线采用了多主竞争式总线结构，具有多主站运行和分散仲裁的串行总线以及广播通信的特点。CAN总线上任意节点可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息而不分主次，因此可在各节点之间实现自由通信,然而CAN总线的最高通信速率只有1Mbps，单帧报文最多只能传输8个字节有效数据，因此不适用于大数据量通信。。

ARCNET（Attached Resources Computer Network，连接资源计算机网络）总线采用令牌总线方案来管理局域网上工作站和其他设备之间的共享线路，其中，局域网服务器总是在一条总线上连续循环的发送一个空信息帧。当有设备要发送报文时，它就在空帧中插入一个“令牌”以及相应的报文。当目标设备或局域网服务器接收到该报文后，就将“令牌”重新设置为0，以便该帧可被其他设备重复使用，它为网络中的各个设备提供平等使用网络资源的机会。然而ARCNET总线由于令牌环的占用和释放会额外消耗传输时间，因此数据传输效率较低。另外，ARCNET总线每个节点需要通过HUB接入，因此节点接入方式复杂，成本较高。

专利号200810242609.4提出了一种实时多路复用同步高速传输串行总线协议，传输信号包括控制信号、时钟信号和数据信号，其特征在于串行总线传输路径上预先分配一个节点作为主节点以及节点间的传输顺序，由主节点发出控制信号，然后按照预先分配各节点传输的数据长度，控制节点轮流发送数据。同时各节点通过时钟信号和数据信号接收总线上的所有数据。该申请提出的总线协议需要在装置上电后预先分配一个节点作为主节点以及节点间的传输顺序，且各节点只能按照预先分配的数据长度进行数据传输。与多主对等（表示一个总线有多个主节点同等进行资源发送，即每个节点都可以平等主动触发信息发送）的总线设计需求不相匹配，总线灵活度低，且一旦主节点异常整个总线将无法正常工作，稳定性和可靠性不高。

发明内容

本发明提出了一种基于M-LVDS的装置背板高速总线链路层通信协议，采用多主对等（表示一个总线有多个主节点同等进行资源发送，即每个节点都可以平等主动触发信息发送）方式的冲突检测和无损仲裁竞争总线发言权，为了防止某个节点长时间占用总线，采用优先级轮转方法保证每个节点都能轮询发言，总线上任何节点都不需要预先分配特定的功能和角色，支持热插拔功能，任何一个节点异常退出都不会影响总线上其它节点的正常通信，稳定性和可靠性高。

本发明技术方案如下：

一种基于M-LVDS的装置背板高速总线链路层通信协议，基于M-LVDS的装置背板高速总线采用支持M-LVDS电平标准的接口芯片差分信号搭建总线外围硬件回路，接口芯片的单端输入和单端输出连接FPGA，由FPGA实现总线链路层通信协议控制。

装置背板高速总线采用可变数据位宽控制，实现通信带宽配置；可配置为1-线、2-线、4-线、8-线模式，分别可实现80Mbps，160Mbps，320Mbps，640Mbps通信带宽，也可配置位宽16-线、32-线，实现带宽50Mbps、100Mbps通信，适用于不同数据带宽需求的大数据量通信。

装置背板高速总线链路层通信协议包括异步仲裁段和同步数据段，异步仲裁段包括总线空闲域、帧起始域和仲裁域；

总线空闲域通过隐性位检测，判断装置背板高速总线是否处于空闲状态，用于竞争总线发言权的冲突检测（竞争总线发言权表示竞争占用总线发送报文）；当总线空闲域连续检测到10个隐性位，认为总线处于空闲状态，可竞争总线发言权，否则，总线处于占用状态，不可竞争总线发言权。

帧起始域为仲裁域的起始标志位；表示仲裁域（异步仲裁域）即将开始，帧起始域包括1个显性位。