用于菊花链通信系统的初始化方法及命令识别装置 |
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| 申请号 | CN202311630130.9 | 申请日 | 2023-11-30 | 公开(公告)号 | CN117675565A | 公开(公告)日 | 2024-03-08 |
| 申请人 | 思瑞浦微电子科技(上海)有限责任公司; | 发明人 | 纪亚玲; 宋红东; 张林; 王文铮; 赵迎春; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种用于菊花链通信系统的初始化方法及命令识别装置，包括通过从设备对主设备发出的 信号 进行识别以获取ping命令；通过从设备基于ping命令进行复位并进入旁路模式，同时将ping命令发送至下级从设备；通过各从设备在旁路模式下接收主设备发送的初始化信息以进行初始化。根据本发明的用于菊花链通信系统的初始化方法及命令识别装置，通过先发送ping命令使所有设备快速复位并进入旁路模式，实现了初始化信息的快速传递，缩短初始化时间。当系统因故障重启时同样 加速 了重启过程。基于快速初始化过程具备快速唤醒功能，可支持空闲设备休眠以达到节能目的。由于采用具有低EMI的ping命令，分散了 辐射 能量 ，提高了菊花链系统通信的可靠性和抗干扰能 力 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于菊花链通信系统的初始化方法，其特征在于，所述菊花链通信系统包括主设备和多个从设备，所述主设备与各从设备之间以菊花链连接方式进行串行通信，所述方法包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 用于菊花链通信系统的初始化方法及命令识别装置技术领域[0001] 本发明是关于通信领域，特别是关于一种用于菊花链通信系统的初始化方法及命令识别装置。 背景技术[0002] 在多机通信的应用场景中，菊花链是常用的总线拓扑方式之一，信号以串行的方式从一个设备依次传到下一个设备，不断循环直到数据到达目标设备的方式被称为菊花链。图1为菊花链通信拓扑的示意图，对于N个设备互联的系统，第i个设备分别与第i‑1个设备的发送端TX和第i+1个设备的接收端RX相连。 [0003] 在开启菊花链式数据传输之前，需进行“握手”以及“初始化”两个动作以确保每个设备都做好了发送和接收数据的准备。如图2和图3所示，第一节点发送初始化信号“initial tag”与第二节点进行握手，第二节点接收“initial tag”并读取，完成初始化后再与下游第三节点进行初始化握手，每个节点设备完成初始化的时间为T_initial，其中包括数据传输时间T_tr、读取数据时间T_re与写入发送数据时间T_wr，因此以这种方式完成一次链路初始化过程需要等待很久，N个设备依次进行握手初始化的时间T_ini_tot为： [0004] T_ini_tot＝N*T_initial [0005] 在菊花链拓扑中，每增加一个节点设备，从主设备发送数据经菊花链回送数据的总时长都会增加，并且由于信号串行传输，一旦链路中的某个节点发生故障就需要重新建立通信链路，再次重复逐级握手初始化的过程，这种低效耗时的方法可能会导致下游从节点超时故障，从而造成整个链路崩溃。 [0006] 此外，菊花链在抗干扰方面也存在不足，在单信道传输链路中，一个信号会被与它频率接近信号(或谐波)所干扰，从而产生EMI问题。优化EMI性能的常规方法是对发射信号的时钟进行展频处理，以减少发射相关频率峰值并降低能量，但是在菊花链式数据传输的初始化过程中，由于频率锁定还未完成，展频配置的信息无法同步到各个节点，因此只能在整个链路初始化结束之后才能使用展频。 [0007] 公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。 发明内容[0009] 为实现上述目的，本发明的实施例提供了一种用于菊花链通信系统的初始化方法，所述菊花链通信系统包括主设备和多个从设备，所述主设备与各从设备之间以菊花链连接方式进行串行通信，所述方法包括以下步骤：通过从设备对主设备发出的信号进行识别以获取ping命令；通过从设备基于ping命令进行复位并进入旁路模式，同时将ping命令发送至下级从设备；通过各从设备在旁路模式下接收主设备发送的初始化信息以进行初始化。 [0010] 在本发明的一个或多个实施方式中，所述ping命令为不同于时钟信号且同时包括多个频率分量的随机序列。 [0011] 在本发明的一个或多个实施方式中，所述通过从设备对主设备发出的信号进行识别以获取ping命令包括：设置频率检测阈值；将接收到的信号的频率与频率检测阈值进行比较识别。 [0012] 在本发明的一个或多个实施方式中，设置第一频率检测阈值小于第二频率检测阈值，若接收到的信号的频率处于第一频率检测阈值和第二频率检测阈值之间，则该信号为ping命令。 [0013] 在本发明的一个或多个实施方式中，设置第一频率检测阈值大于第二频率检测阈值，若接收到的信号的频率大于第一频率检测阈值和第二频率检测阈值，则该信号为ping命令。 [0014] 本发明的实施例还提供了一种命令识别装置，用于识别ping命令，所述命令识别装置包括一个或多个频率比较器，所述频率比较器用于对输入信号的频率与频率检测阈值进行比较并产生用于表征ping命令的识别信号；所述频率比较器包括基准信号产生模块和运算模块，所述基准信号产生模块用于基于时钟信号和频率检测阈值产生第一基准信号和与第一基准信号反相的第二基准信号，所述运算模块用于对输入信号与第一基准信号和第二基准信号进行逻辑运算以比较频率的大小并产生识别信号。 [0015] 在本发明的一个或多个实施方式中，所述命令识别装置还包括逻辑模块，所述逻辑模块与第一频率比较器和第二频率比较器相连，所述逻辑模块用于基于识别信号产生复位信号以控制设备进行复位。 [0016] 在本发明的一个或多个实施方式中，所述基准信号产生模块包括分频器和反相器，所述分频器的输入端口用于接收时钟信号，所述分频器的控制端口用于接收分频控制信号，所述分频器的输出端与反相器的输入端相连以产生第一基准信号，所述反相器的输出端用于产生与第一基准信号反相的第二基准信号。 [0017] 在本发明的一个或多个实施方式中，所述运算模块包括第一逻辑单元、第二逻辑单元和第三逻辑单元，所述第一逻辑单元用于对输入信号与第一基准信号和第二基准信号进行逻辑运算并产生第一输出信号，所述第二逻辑模块用于对输入信号与第一基准信号和第二基准信号进行逻辑运算并产生第二输出信号，所述第三逻辑模块用于对第一输出信号和第二输出信号进行逻辑运算并产生识别信号。 [0018] 在本发明的一个或多个实施方式中，所述第一逻辑单元包括第一D触发器和第二D触发器，所述第一D触发器的数据输入端与电源电压相连，所述第一D触发器的复位端用于接收第二基准信号，所述第一D触发器的时钟输入端用于接收输入信号，所述第一D触发器的输出端与第二D触发器的数据输入端相连，所述第二D触发器的时钟输入端用于接收第一基准信号，所述第二D触发器的输出端用于产生第一输出信号；和/或所述第二逻辑单元包括第三D触发器和第四D触发器，所述第三D触发器的数据输入端与电源电压相连，所述第三D触发器的复位端用于接收第一基准信号，所述第三D触发器的时钟输入端用于接收输入信号，所述第三D触发器的输出端与第四D触发器的数据输入端相连，所述第四D触发器的时钟输入端用于接收第二基准信号，所述第四D触发器的输出端用于产生第二输出信号。 [0019] 在本发明的一个或多个实施方式中，所述第三逻辑单元包括与门和第五D触发器，所述与门用于对第一输出信号和第二输出信号进行与运算并产生识别信号，所述第五D触发器的数据输入端和复位端都用于接收识别信号，所述第五D触发器的时钟输入端用于接收第一基准信号，所述第五D触发器的输出端用于输出整形后的识别信号。 [0020] 与现有技术相比，根据本发明实施方式的用于菊花链通信系统的初始化方法及命令识别装置，通过先发送ping命令来使所有设备快速复位，并进入旁路模式，实现了初始化信息的快速传递，大大缩短了初始化时间，加速系统初始化过程。当系统由于故障导致重启时同样加速了重启过程。基于快速初始化过程具备快速唤醒功能，可以支持空闲设备休眠以达到节能目的。由于采用具有低EMI的ping命令，分散了辐射能量，提高了菊花链系统单信道通信的可靠性和抗干扰能力。附图说明 [0021] 图1是菊花链通信系统拓扑示意图。 [0022] 图2是传统方案中菊花链通信系统初始化方法流程图。 [0023] 图3是传统方案中菊花链通信系统初始化时序图。 [0024] 图4是根据本发明一实施方式的菊花链通信系统初始化方法流程图。 [0025] 图5是根据本发明一实施方式的识别ping命令方法流程图。 [0026] 图6是根据本发明一实施方式的菊花链通信系统初始化时序图。 [0027] 图7是根据本发明一实施方式的命令识别装置结构图。 [0028] 图8是根据本发明一实施方式的频率比较器结构图。 [0029] 图9是根据本发明一实施方式的频率比较器时序图。 具体实施方式[0030] 下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。 [0032] 说明书中的“耦接”或“连接”或“相连”既包含直接连接，也包含间接连接。间接连接为通过中间媒介进行的连接，如通过电传导媒介进行的连接，其可具有寄生电感或寄生电容；间接连接还可包括在实现相同或相似功能目的的基础上通过其他有源器件或无源器件的连接，如通过开关、跟随电路等电路或部件的连接。另外，在本发明中，例如“第一”、“第二”之类的词语主要用于区分一个技术特征与另一个技术特征，而并不一定要求或暗示这些技术特征之间存在某种实际的关系、数量或者顺序。 [0033] 如图1所示，菊花链通信系统包括主设备10和N‑1个从设备20，其中N为大于1的整数，主设备10与各从设备20之间以串行的方式通信。如图4所示，菊花链通信系统初始化方法包括以下步骤： [0034] S401、通过从设备20对主设备10发出的信号进行识别以获取ping命令。 [0035] S402、通过从设备20基于ping命令进行复位并进入旁路模式，同时将ping命令发送至下级从设备20。 [0036] S403、通过各从设备20在旁路模式下接收主设备10发送的初始化信息Initial tag以进行初始化。 [0037] 具体的，ping命令为不同于时钟信号clk且同时包括多个频率分量的一组随机序列，相较于单一频率的信号，ping命令能够使辐射能量分散，避免能量集中导致的EMI问题。 [0038] 从设备20如果进入旁路模式，则将接收到的信息直接转发至下级从设备20。由于中间不再进行解码译码操作，在旁路模式下信息能够快速地遍历所有从设备20直至被回送到主设备10。 [0039] 初始化信息Initial tag包括但不限于：时钟信息、工作模式配置信息和展频信息。其中展频信息用于对发射信号的时钟进行展频处理，以减少发射相关频率峰值并降低能量，从而优化EMI性能。 [0040] 一实施例中，当第N‑1位从设备20完成复位操作，向主设备10发送结束指令，使主设备10停止发送ping命令。在其他实施例中，主设备10可以发送一个时长足够所有从设备20完成复位操作的ping命令，不需要第N‑1位从设备向主设备10发送结束指令，主设备10可以自行停止发送ping命令。 [0041] 如图5所示，通过从设备对主设备发出的信号进行识别以获取ping命令包括： [0042] S501、设置频率检测阈值。 [0043] S502、将接收到的信号的频率与频率检测阈值进行比较识别。 [0044] 其中，频率检测阈值包括第一频率检测阈值f_ping和第二频率检测阈值f_clk，第二频率检测阈值f_clk与时钟信号clk的频率相等。在一实施例中，若从设备接收信号fin的频率处于第一频率检测阈值f_ping和第二频率检测阈值f_clk之间，则该信号为ping命令。在其他实施例中，若接收到的信号的频率大于第一频率检测阈值f_ping和第二频率检测阈值f_clk，则该信号为ping命令。 [0045] 如图6所示，假设菊花链通信系统包括1个主设备和2个从设备：在t1时刻，主设备10发送ping命令；在t2时刻，第1个从设备20识别到ping命令并转发，同时开始复位并进入旁路模式；在t3时刻，第2个从设备20识别到ping命令并转发，同时开始复位并进入旁路模式；在t4时刻，第2个从设备20完成复位并发送结束指令，主设备10接收到结束指令并停发ping命令，所有从设备20进入数据等待状态；在t5时刻，主设备10发送初始化信息Initial tag，各从设备20以旁路模式接收初始化信息Initial tag并开始初始化；在t6时刻，所有设备完成初始化。 [0046] 在一个实施例中，可以通过复位操作表征设备进入旁路模式。 [0047] 相较于图3，图6展示了该发明中菊花链通信系统完成初始化的时间为ping命令持续的时间T_ping+数据等待时间+设备初始化的时间T_initial，其中ping命令持续的时间T_ping与数据等待的时间远小于设备初始化的时间T_initial，因此采用该发明所提出的初始化方案极大程度的减少了菊花链式多节点系统初始化的时间。 [0048] 如图7所示，所有设备均设置有命令识别装置30，命令识别装置30包括第一频率比较器31和第二频率比较器32，第一频率比较器31用于对输入信号fin的频率与第一频率检测阈值f_ping进行比较并产生用于表征ping命令的第一识别信号ping_det。第二频率比较器32用于对输入信号fin的频率与第二频率检测阈值f_clk进行比较并产生用于表征ping命令的第二识别信号clk_det。 [0049] 命令识别装置30还包括逻辑模块33，逻辑模块33与第一频率比较器31和第二频率比较器32相连，逻辑模块33用于基于第一识别信号ping_det和第二识别信号clk_det产生复位信号reset以控制设备进行复位。 [0050] 一实施例中，ping命令同时包括频率小于第二频率检测阈值f_clk的一个或多个分量，以及频率大于第二频率检测阈值f_clk的一个或多个分量。 [0051] 预设第一频率检测阈值f_ping低于第二频率检测阈值f_clk。当输入信号fin的频率f_fin≥f_ping时，第一频率比较器31输出第一识别信号ping_det＝1，当f_fin [0052] 当第一识别信号ping_det＝1且第二识别信号输出clk_det＝0时，逻辑模块33输出复位信号reset＝1，同时控制设备开始复位操作。 [0053] 在其他实施例中，可以预设第一频率检测阈值f_ping高于第二频率检测阈值f_clk，则当第二识别信号输出clk_det＝1、第一识别信号ping_det＝1时，逻辑模块33输出复位信号reset＝1。 [0054] 如图8所示，第一频率比较器31包括基准信号产生模块311和运算模块312，基准信号产生模块311用于基于时钟信号clk和第一频率检测阈值f_ping产生第一基准信号fdiv和与第一基准信号fdiv反相的第二基准信号fdiv_n，运算模块312用于对输入信号fin与第一基准信号fdiv和第二基准信号fdiv_n进行逻辑运算以比较频率的大小并产生第一识别信号ping_det。 [0055] 基准信号产生模块311包括分频器DIV和反相器B，分频器DIV的输入端口用于接收时钟信号clk，分频器DIV的控制端口用于接收分频控制信号sel，分频器DIV的输出端与反相器B的输入端相连以产生第一基准信号fdiv，反相器B的输出端用于产生与第一基准信号fdiv反相的第二基准信号fdiv_n。 [0056] 一实施例中，分频控制信号sel控制分频器DIV产生第一基准信号fdiv的频率f_fdiv为：0.5*f_ping。 [0057] 如图8所示，运算模块312包括第一逻辑单元Logic1、第二逻辑单元Logic2和第三逻辑单元Logic3。第一逻辑单元Logic1用于对输入信号fin与第一基准信号fdiv和第二基准信号fdiv_n进行逻辑运算并产生第一输出信号Q2，第二逻辑模块Logic2用于对输入信号fin与第一基准信号fdiv和第二基准信号fdiv_n进行逻辑运算并产生第二输出信号Q4，第三逻辑模块Logic3用于对第一输出信号Q2和第二输出信号Q4进行逻辑运算并产生第一识别信号ping_det。 [0058] 第一逻辑单元Logic1包括第一D触发器DFF1和第二D触发器DFF2。第一D触发器DFF1的数据输入端D与电源电压相连，第一D触发器DFF1的复位端R用于接收第二基准信号fdiv_n，第一D触发器DFF1的时钟输入端CK用于接收输入信号fin，第一D触发器DFF1的输出端Q与第二D触发器DFF2的数据输入端D相连以产生第一信号Q1，第二D触发器DFF2的时钟输入端CK用于接收第一基准信号fdiv，第二D触发器DFF2的输出端Q用于输出第一输出信号Q2。 [0059] 第二逻辑模块Logic2包括第三D触发器DFF3和第四D触发器DFF4。第三D触发器DFF3的数据输入端D与电源电压相连，第三D触发器DFF3的复位端R用于接收第一基准信号fdiv，第三D触发器DFF3的时钟输入端CK用于接收输入信号fin，第三D触发器DFF3的输出端Q与第四D触发器DFF4的数据输入端D相连以产生第二信号Q3，第四D触发器DFF4的时钟输入端CK用于接收第二基准信号fdiv_n，第四D触发器DFF4的输出端Q用于输出第二输出信号Q4。 [0060] 第三逻辑模块Logic3包括与门AND和第五D触发器DFF5，与门AND用于对第一输出信号Q2和第二输出信号Q4进行与运算并产生第一识别信号ping_det。第五D触发器DFF5的数据输入端D和复位端R都用于接收第一识别信号ping_det，第五D触发器DFF5的时钟输入端CK用于接收第一基准信号fdiv，第五D触发器DFF5的输出端Q用于输出整形后的第一识别信号ping_det。 [0061] 在其他实施例中，第三逻辑模块Logic3可设置多个D触发器，用于对第一识别信号ping_det进行整形，过滤第一识别信号ping_det中的脉冲毛刺信号。其中，后级D触发器的数据输入端D和复位端R都与前级D触发器的输出端Q相连，D触发器的时钟输入端CK用于接收第一基准信号fdiv。 [0062] 如图9所示，第一D触发器DFF1和第三D触发器DFF3的复位端R都是低电平有效，假设初始第一基准信号fdiv和输入信号fin的上升沿刚好对齐。 [0063] 当f_fin≥f_ping，即f_fin≥2*f_fdiv时：在第二基准信号fdiv_n处于高电平的半个周期内，输入信号fin总存在一个上升沿，第一D触发器DFF1产生的第一信号Q1总能随着这个上升沿被翻高，接着，当第二基准信号fdiv_n的下降沿到来时，第一信号Q1再被复位翻低；同时第二D触发器DFF2被第一基准信号fdiv的上升沿触发，第二D触发器DFF2的输入端D采样到的始终是被翻高的第一信号Q1，最后第二D触发器DFF2产生的第一输出信号Q2保持为高电平。 [0064] 同理的，第四D触发器DFF4产生的第二输出信号Q4自翻高后同样保持为高电平，第一输出信号Q2和第二输出信号Q4经过与运算及整形后产生第一识别信号ping_det为“1”。 [0065] 当f_fin [0066] 第二频率比较器32的结构和工作原理与第一频率比较器31相同，其差异在于，第二频率比较器32接收的分频控制信号sel控制分频器DIV产生第一基准信号fdiv的频率为：0.5*f_clk。当f_fin≥f_clk时，第二频率比较器32产生第二识别信号clk_det为“1”；当f_fin [0067] 本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD‑ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。 [0068] 本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。 [0069] 这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。 [0070] 这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。 [0071] 前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。 |
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