[发明专利]一种用于多类型接口异构互联的高速串口通信方法

说明书

本发明属于异步串行通信技术领域，公开了一种用于多类型接口异构互联的高速串口通信方法，在FPGA内部实现发送单元和接收单元，其中，发送单元包括发送移位寄存器、发送数据缓冲区、本地选通开关、通道状态寄存器和通道号寄存器，接收单元包括接收选通开关、采样时钟计数器、接收移位寄存器和接收数据缓冲区，其特征在于，所述通信方法包括发送部分和接收部分，具有易设计，低功耗，高效率，高可靠性以及高灵活性的优点；相比于以太网、PCI Express和RAPIDIO协议，本发明方法能够有效降低信息传输过程中控制信息的复杂度，与RS‑422、RS‑422、CAN相比，本发明方法具有灵活性，且传输速率更高。

技术领域

本发明属于异步串行通信技术领域，特别涉及一种用于多类型接口异构互联的高速串口通信方法，适用于数据速率、可靠性以及灵活性要求较高的串行通信。

背景技术

随着嵌入式系统复杂度的提升，多类型接口异构互联系统的可靠性与传输效率显得越来越重要；在多类型接口异构互联过程中，信息的交换多采用异步差分的串行通信方式，而这种方式的实现方法一般有两种，一种是通过FPGA内部逻辑实现异步串行通信，另一种是采用外接串行通信芯片的方式；外接串行通信芯片的方法虽然编程现对简单，但增加了硬件成本和设计成本，因此采用FPGA内部逻辑实现异步串口的通信方式得到了更广泛的应用。

在嵌入式系统中有许多异步串行数据传输方法，以串行解串技术为基础的以以太网、高速外设组件互联标准扩展(PCI Express)和高速串行输入输出接口(SerialRAPIDIO)等高速串行标准，虽然数据传输速率高，但是消耗资源多、协议复杂且传输效率低；而RS-422、RS-422、CAN等低速率标准，虽然协议简单、传输距离远、组网方便，但是通信速率低，多点通信灵活性有限且没有较好的数据流量控制措施，因此多应用于工业控制场合。

目前，异步串行通信接口的实现主要有单端和差分两种方式。低电压差分信号(LVDS)是一种低电压摆幅的差分信号技术，它具有数据传输率高、功率低、噪声抑制强等优点，因此成为高速异步串行通信过程中最常采用的结构。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷或者不足，本发明的目的在于提出一种用于多类型接口异构互联的高速串口通信方法，该种用于多类型接口异构互联的高速串口通信方法具有易设计，低功耗，高效率，高可靠性以及高灵活性的优点，为嵌入式系统异构互联提供了一种有效解决方案。

一种用于多类型接口异构互联的高速串口通信方法，在FPGA内部实现发送单元和接收单元，其中，发送单元包括发送移位寄存器、发送数据缓冲区、本地选通开关、通道状态寄存器和通道号寄存器，接收单元包括接收选通开关、采样时钟计数器、接收移位寄存器和接收数据缓冲区，所述通信方法包括发送部分和接收部分，具体过程为：

(1)发送部分：

步骤1.1，确定发送方包括N个通道，并从接收方指定的若干接收数据通道选择本地发送通道，所述本地发送通道为接收方指定的若干接收数据通道中的一个；本地发送通道的编号为本地通道号，然后根据该发送通道号使用本地选通开关选通本地通道号对应的通道；

步骤1.2，确定待发送数据和本地通道状态，本地通道状态指接收方告知发送方能够用于发送数据的可选通道；然后将本地通道状态、本地通道号以及待发送数据分别写入对应通道状态寄存器、通道号寄存器和发送数据缓冲区；

步骤1.3，对发送数据缓冲区中的待发送数据进行协议封装，将封装好的待发送数据记为协议帧；

步骤1.4，将协议帧按字节依次写入发送移位寄存器，然后在进行向右移位的同时将发送移位寄存器中的最高位数据发送；

(2)接收部分：

步骤2.1，接收方接收具有高低电平变化的数据，记为串行数据；对串行数据进行时钟校准，得到时钟校准后的串行数据；