[发明专利]一种适用于工业控制现场的多主机通讯总线系统

权利要求书

1.一种适用于工业控制现场的多主机通讯总线系统，其特征在于：

使用多组差分信号作为物理层传输方式，其中“1”为显性电位，当差分总线上具有电压差时，视为数据“1”；“0”为隐性电位，当差分总线上没有电压差时，视为数据“0”，当总线无外部驱动时，将保持隐性电位；

使用一组差分信号传输时钟，使用一组或多组信号传输数据；

数据帧发送过程：当主机准备发送数据时，首先监听总线是否处于空闲状态，如果处于空闲状态则主机使用标准时钟驱动时钟信号线，并向总线发送N1个时钟周期的数据“0”，作为帧起始部分；接下来的N1个时钟周期，主机通过异或门监测自己的发送信号与接收信号是否一致，如果一致，表示总线上无冲突，如果不一致，表示一个与本机时钟信号相差较大的主机也在占用总线，最先监测到这一事件的主机会放弃总线的占用，并转到监听状态；如果连续N1个时钟周期主机保持对总线的占用，则主机继续驱动时钟信号向总线传输N2个周期数据“1”，然后依次传输本机地址、目的地址，在此阶段中，主机会在传输本机地址、目的地址时启动异或校验，如果本地驱动信号与总线实际信号不一致，表示有一个时钟信号与本机相差较小的主机也在占用总线，传输信息仍然保持正确的主机会保持对总线的占用，否则将放弃对总线的控制权；如果主机仍具有对总线的控制权，主机将在接下来的N3个周期传输帧信息部分；传输完帧信息部分后，主机调整时钟为高速时钟，并在该时钟下快速传输有效数据；有效数据传输完成后，主机切换回标准时钟，并在该时钟下传输校验码部分；最后，主机驱动时钟线N4个时钟周期，并按照从机采样边沿对总线数据采样，作为帧应答部分保存到缓存中；

数据帧接收过程：当从机接收数据时，如果出现超过N1/4个时钟周期连续数据“0”的传输，表示传输已开始，从机将持续监听直至总线上出现N2个周期数据“1”，此时从机认为已经接收到正确的帧起始部分，准备接受进一步帧数据；如果从机接收到了正确的帧起始部分，在接下来的若干个时钟周期，依次接收地址部分、帧信息部分、数据部分和校验部分，当校验部分最后一个时钟的数据传输完毕，从机开始驱动总线的数据线部分，并在主机的时钟驱动下将应答信息驱动到总线上，而后从机将置位接收标志位，并由本地时钟驱动的电路进行进一步的数据处理。

2.根据权利要求1所述的多主机通讯总线系统，其特征在于：在传输帧信息部分、数据部分、校验码部分过程中，主机使用与从机采样相同的时钟边沿进行冲突监测，如果监测到总线上的数据与驱动不一致，主机将放弃对总线的控制。

3.根据权利要求1所述的多主机通讯总线系统，其特征在于：当主机监听总线空闲超过3*N1+1个最大时钟周期后，判定总线处于空闲状态。

4.根据权利要求1所述的多主机通讯总线系统，其特征在于：在从机接收过程中，始终启用与标准时钟一致的本地时钟进行监测，当连续N1+1个时钟周期时钟总线无信号传输时，认为总线当前传输帧已废弃或出错，则放弃对该帧的接收。

5.根据权利要求4所述的多主机通讯总线系统，其特征在于：如果从机接收到了正确的帧起始部分，在接下来的若干个时钟周期，将接收地址部分并判断自己是否为接收端。

6.根据权利要求5所述的多主机通讯总线系统，其特征在于：无论是否为接收端，从机都将继续接收帧信息部分、数据部分和校验部分。

7.根据权利要求6所述的多主机通讯总线系统，其特征在于：从机在接收过程中将持续使用差分总线提供的时钟，当校验部分最后一个时钟的数据传输完毕，如果该从机为接收端，则该从机开始驱动总线的数据线部分，并在主机的时钟驱动下将应答信息驱动到总线上，而后从机将置位接收标志位，并由本地时钟驱动的电路进行进一步的数据处理。