[发明专利]用于芯片间数据帧协议处理的帧打包器、方法及计量芯片

说明书

本发明提供一种用于芯片间数据帧协议处理的帧打包器、方法及计量芯片。所述帧打包器包括：帧设置模块，用于设置数据帧的起始符、结束符、长度符、序号符和命令符的值并传输到第一数据选择器；缓存器，用于缓存DMA从计量芯片的计量值寄存器中搬运的计量值；状态机，用于根据设定的数据帧格式进行状态转移，控制第一数据选择器获取并输出对应的数据；第一数据选择器，用于根据状态机的当前状态获取并输出对应的数据，生成数据帧；校验模块，用于根据第一数据选择器输出的命令符、长度符、序号符和数据域的数据生成校验值并传输到第一数据选择器；总线协议处理模块，用于将生成的数据帧转换为符合通信外设总线协议的数据帧并传输到通信外设。

技术领域

本发明涉及测量数据传输领域，具体地涉及一种用于芯片间数据帧协议处理的帧打包器、一种用于芯片间数据帧协议处理的帧打包方法、一种计量芯片以及一种计量值传输到管理芯的方法。

背景技术

随着IR46（International Recommendation46）电能表国际建议的提出，“双芯”智能电表方案将成为我国下一代智能电表解决方案的主要方向。“双芯”即计量芯和管理芯。计量芯只负责计量，无法软件升级；管理芯片则负责非计量部分软件的升级，但不负责计量部分。两者相互独立，互不影响，只能通过串行外设接口SPI进行数据传输。这个过程通常是在计量芯片中是通过对电压及电流信号采样后，通过法制计量算法计算得到计量值，并将计量值转化为符合数据帧协议的传输格式，通过SPI发送到管理芯中。

计量芯片会每隔一段时间将多个经过计量算法得出的计量值存储在一些电能计量单元（EMU）中，这些计量值必须迅速被读取储存，否则会被下一组计量值覆盖，造成采样数据丢失。现有的技术需要用一路DMA（Direct Memory Access，直接存储器存取）及时将这些计量值搬运到SRAM（Static Random Access Memory，静态随机存取存储器）中存储，再用另一路DMA将SRAM中的数据搬运到像SPI（Serial Periphral Interface，串行外设接口）或UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发传输器）这样的高速通信外设中发送，并且通信外设还需要有添加和配置除数据域外其他符的功能。整个过程需要2路DMA的配合，如果只用一路DMA直接从EMU寄存器搬运到通信外设中，可能会导致采样值丢失。因为，仅使用一路DMA的话，如果DMA工作的触发信号需要设置为计量芯片计量值的ready信号，这样搬运过程中可能会在外设发送繁忙中或其他原因无法及时处理发送请求而导致数据丢失。反之，如果DMA工作的触发信号设置为通信外设的ready信号，则有可能无法及时取走计量值。

现有技术在实现上述应用场景时，以通信外设为SPI为例，计量芯片在工作时需要2路DMA完成数据转移工作，一路DMA负责将EMU中的计量值及时搬运到SRAM中，另一路负责将SRAM中的数据搬运到特殊SPI中发送。这种情况下，会占用芯片很多资源，减少程序开发的灵活性，并增加芯片的工作功耗。另外现有技术还需要一个专用SRAM用于及时存储计量芯片的计量值，这会导致芯片的面积和成本相应的增加。同时，为了使输出的数据符合数据帧协议，现有技术还需要使用一个特殊的SPI或其他特殊的高速通信外设，能够实时准确处理添加除数据域外其他符，更换通信外设则需要重新设计，会对芯片的可继承性带来影响，严重的还会耽误芯片的开发周期。现有技术的运用方案示意图如图1所示。

发明内容

本发明实施方式的目的是提供一种用于芯片间数据帧协议处理的帧打包器、方法及计量芯片，使用帧打包器进行数据打包，减少SRAM和一路DMA的工作使用，减少了芯片的工作功耗，增加了程序开发的灵活性，并且只需要普通的SPI或UART作为通信外设配合发送符合协议的数据帧，完成计量芯片的计量数据转化为数据帧发送给管理芯的应用场景。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种用于芯片之间数据帧协议处理的帧打包器，所述帧打包器包括：