CN1035696C - 通信总线***及用于这种***中的站 - Google Patents

Abstract

一种多站单信道通信总线***包含主站和从站。主站进行仲载、检测仲载输出和格式化。帧有从站地址和从站控制信号并容纳至多为第一最大值的多个数据字节周期，每一周期包含确认位。当确认位不存在时相关的数据字节被重复。对于其数据字节长度超过上述第一最大值时该需要发送的报文被分成多个局部报文，它的每个相关的帧数据字节计数值要小于上述第一最大值并被指字给相应的总线帧。对于每一帧字节周期和收到的确认位都进行计数。如果上述数据字节周期达到第一最大值先于确认位的数量达到帧数据字节计数值，则帧传输失败，该帧的任何传输都被忽略并进行重复。

Description

通信总线***及用于这种***中的站

发明的背景

本发明涉及容纳主站和从站的单信道通信总线***，任何一个主站都含有仲载装置、仲载输出检测装置、和格式化装置，用以在赢得上述的仲载时就格式化一个帧，这个帧含有从站地址和从站控制信号并容纳多个数据字节周期以便从发送站向接收站发送最多可达到第一最大值的数据字节周期，每个周期都含有一个从该从站来的确认位，该发送站安排成这样，即当某一特定的数据字节没有这样的确认位时就重复这个数据字节。一般说来，这种***对允许的一帧的长度的最大值要加以限制，使得某个特定的主站不能以超过合理的时间长度而一直占有整个***。这样做的后果是，如果主站要向某个特定从站发一个长报文，或从一个从发送站接收这样的报文，就要通过接收一系列的、集合起来以组成报文的帧来完成。在这种情况下，所提及的主站经常使它能在报文的相继各帧间保持该被寻址的从站不再被别的主站所访问。为此目的，提出了锁定机理，例如，在美国专利5,128,936(PHN12484)中所说明的那样，该专利已转让给本专利申请人，并包含在此供参考之用。在此参考中，传输可靠性得到了提高，因为接收站在成功地接收一特定数据字节之后立即就回答出一个确认位。如果确认位没有出现，发送器将重复该有问题的数据字节，确认位不出现的理由可以有多种多样，例如接收缓冲器已满、奇偶错、或电干扰。对于从站地址和从站控制的确认的对策是不同的，但此处从略。

现在，锁定和解锁信号是在帧的开头。这就导致发送报文的主要数据字节以及解锁信号的过程要在独立的帧中实现。外加的帧引起额外的总线负载，特别是在这种情况下，即在帧的长度确实会超过的可能性不大的情况下，锁定的必要性就变得非常小了。因此，对于较短的报文，锁定可能是预定的。但是，这会引起一个新问题，即数据接收器只能在完整地收到报文之后才能处理它。不过，这一完成可能会受到各种阻挠，例如具有高优先级的主站要访问同一个从站而且连续地赢得仲载。后面的访问会被该提及的从站实际上预以拒绝，因为它正忙着。另外，如果让从站交替地和两个主站对话将给软件带来严重的内部管理的要求。所有这些问题当然随着主站数量而加倍地增多。

发明的概要

因此，本发明的目的之一是允许较短的报文在所考虑的***中传输，其中锁定机制是不需要的，同时可以维持完整报文的相关性而不需要接收器中复杂的数据管理。根据本发明的一个方面，其特征在于上述的***是这样安排的：对于一个需要传送的报文在其数据字节长度超过上述的第一最大值时把该报文分成多个局部报文，每个局部报文具有一个相关的帧数据字节计数值且该计数值小于上述第一最大值，并把每个局部报文指定给相关的总线帧，上述***具有计数装置以便对特定的帧数据字节周期和所收到的确认位进行计数，上述的发送站被安排成：当上述的数据字节周期达到第一最大值的时刻先于上述的确认位达到上述的帧数据字节计数值时，就发出信号表明有失效的帧，并忽略上述特定帧的任何传送，以便为此而进行

一次重复。因此，短报文几乎总是全部完整地收到的。失效的帧简单地进行重复即可，所以接收器(通常是从站，但是本发明并不局限于主站和发送器的等同性)不必为了报文的完成而等待。

好处在于，如果需要，一个报文可以分成若干个长度相互一致的局部报文。这可改善传输的统计规律。另外的优点是局部报文的最大长度比帧的长度明显地短，这就增加了成功的可能性。还有的好处是，如果报文的长度仅接近于帧的最大长度，它可以分配成若干局部报文。例如，如果帧的界限是32字节，则最大(局部)报文长度可以限制为如16字节这样的数值，但是其它数值如20、24或28同样地可使用。这个最大长度没有必要是一致的。它可以取决于接收站的特性、取决于关键的性质或所牵涉的报文的复杂的处理要求、临时的总线负载，或其它参数。

本发明还涉及到用于这样***中的发送站。另外的优点方面将在各从属权利要求中叙述。

附图的简单说明

本发明的这些和其它方面和优点将参考下面所说明的优选实施例而变得明显，特别是参考了所附的附图后更是如此，这些图表明：

图1是一个单信道通信总线***的一般表示；

图2表示通信操作的结构；

图3表示一个接口电路的实施例；

图4是发送站过程的流程图；

图5是接收站过程的流程图。

优选实施例的说明

图1是一种单信道通信总线***的一般示意图。线路20表示信道，例如是一对双绞导线。这里提供了三个站22、24、26，它们中的每一个含有一个相应的接口电路28、30、32。这些站的复杂程度可各不相同。这种类型的设备可以是简单的也可以是复杂的，例如一台电视机、一台洗衣机、一台微波炉、一个中心定时计、环境温度/太阳辐射的传感器、一个照明(子)***。某些设备按总线上的主站工作，另外一些设备则作为从站。某些设备作为数据的发送者工作，而另一些设备则作为接收者。下面所描述的操作均发生在通信总线***上并由接口电路来执行。总线协议的说明

图2表示在帧一级上通信操作的结构。这个图把时间轴表示成一条曲折线40，各个二进位单元都被设定沿着这条线以连续方式安排。参考数字42表示起始位。参考数字44涉及到方式指示，它表示以后的数据的发送位速度；这最多涉及3个二进位。这里规定了有限数量的标准化的发送频率。参考数字46表示相关的主站的地址；这个地址含有12位，后面还有一个奇偶校验位P。仲裁操作在方式指示和主站地址上进行。对于方式选择，最低方式(＝最慢方式)占优势。对于地址，则具有最高优先级的站占优势。方式指示和主站地址一起组成优先级信号。在发送了主站地址后，只有一个主站保留。这个站随后就发送从站地址48。这个地址含有12位地址位、一个奇偶校验位P、和一个地址确认位所需的空位A。当从站识别了它自己的地址时，它就在块A中发送一个地址确认位。如果没有收到后面这一位，则该想要联系的从站或是不存在或是不工作，或者，地址的奇偶校验位不对。在这种情况下图2所示的帧就立即结束。如果从站的确认是正确的，则主站就发送控制信号50。这个信号含有4个控制位、一个奇偶校验位P、和一个控制确认位所用的空间A。对P和A位的处理和对从站地址的情况是相同的。如果没有出现控制确认位，则该帧就直接结束。如果从站的确认是正确的，则发送一个数据字节(52)。本说明将根据一个主发送站进行。数据字节含有8个二进位、一个表示“最后”数据(EOD)字节的信号、一个奇偶校验位P和一个数据确认位所用的空位A。EOD信号表示发送站是否认为该涉及的字节是报文的最后字节或非最后字节。帧的长度在方式0时最多为2个字节；在方式1时为32个字节(来自主站)或16个字节(来自从站)；在方式2时为128个字节(来自主站)或64个字节(来自从站)，但也允许是较短的报文。奇偶校验位P也是在EOD位的基础上确定的。如果没有收到数据确认位，那可能有多种原因：奇偶错、当收到控制信号50后从站被停止工作、或者从站不能接收和缓冲数据字节，这是例如由于对数据的处理花费了过多的时间。在所有这些情况下主站都被置成重复状态。在这一状态下相关的数据字节，包括用于EOD、P、和A的位置，都被重复直到最终收到数据确认为止。然后，如果这一相关的数据字节不是最后字节，则重复状态被保留并发送下一个数据字节(例如54)。但是，如果这是最后的数据字节，帧和报文都被终止。接着可以开始一个新的报文/帧。在发送一个数据字节时，每次都使计数器内容加1。当计数器达到最大帧长度或当报文已完成时，就指明“最后”数据字节(所发生的这两个极限情况中的第一个是决定性的)。在“最后”字节之后帧就结束。如果在“最后”字节之后没有正确地收到数据确认位，则“最后”字节被重复，并在规定的帧长度之内一直延续下去。当已经达到最大的帧长度时报文尚未结束，则开始一个新的帧。这时新帧的第一数据字节就是报文的尚未发送的第一个数据字节，或者是尚未收到正确的数据确认位的数据字节。因此，这意味着已经成功地发送的数据字节不会有两次发送。正常情况下，“锁定”机理就用在这个方面，使得相关的从站仍保留供实际传送之用。这将在下面作详细说明。按照这种锁定机理，另一个具有较高优先级的主站可以在那时获得对总线的控制权，但不能去访问已被锁定的从站。这种组织简化了从站中的过程。进一步的组织

主站可以通过一个给定的控制信号使在从站的锁定标志置位/复位，从而命令从站仅仅监听该相关的主站。在此，主站发送一个含有释放或解锁命令的1字节数据帧后从站就被解锁。在正确地发送/传播至少一个字节的相关的帧后，锁定标志应由从站来置位/复位。

如果有下列情况则从站地址确认位将不被给出：

—从站不存在

—从站不能处理帧的方式(速度)

—主站地址和/或从站地址发生奇偶错

—时序不准确，引起总线出错，从而发生同步或奇偶错。

主站通过下列中的任一种方式来响应一个否定的地址确认：

·重复该帧，可能是用较低的方式

·在0方式下请求相关的从站的状态(可能重复地请求)。从站可以工作的最高方式是从此状态得出的。随后报文就以可能的最高方式进行重复。当发送重复地停止在否定的从站地址确认位时，就必定可得出从站不存在的结论。在这种情况下进一步的重复没有什么意义。

在下列情况下不会给出控制确认位：—奇偶错—时序错—从站无能力执行所请求的功能。在第一种情况下主站可以通过重复报文来响应。如果再一次收不到控制确认位，从站则向主站发请求以便确定为什么它收不到这个确认位。

否定的数据确认位是由下列情况引起的：—奇偶错—时序错—接收器缓冲区已满。在奇偶错或接收器缓冲区已满的情况下，这一字节将尽可能地予以重复，直到或者该字节被确认或帧长度已被用完。如果在该帧内此字节未被发送，则将为此字节起动一个新帧。

规定了下列控制信号：HEX(16进制，下同)0(0000)：读从站接口电路的状态。如果这一操作之后没有跟着一个确认信号，则结论就是从站的接口电路有故障。不过，可以进行一次重复操作。如果收到了正确的确认，则从站随后就输出一个字节，其中表示它的状态。HEX2(0010)：读从站的状态并对从站加上锁定信号。当从站被另一个主站锁定时，这种情况由数据字节来给出信号；给出请求的主站必须再次进行尝试。HEX3(0011)：读出数据并对从站加上锁定信号。如果没有收到答复，则询问其状态，作为状态的规定如下：0位＝0：从站的发送缓冲区为空；这种情况要向控制***发信号。2位＝1：从站被另一个站锁定；控制***收到再次进行尝试的指令。4位＝0：从站不能发送数据；这种情况要向控制***发信号。在所有0、2、4位的其它情况下要起动一个新的具有同样控制码的帧。HEX4(0100)：读被锁定的从站地址的最低位的两个4元组(tetrad)。如果从站未被锁定，这一事实则用一个否定确认位来通知主站的控制***。HEX5(0101)：同上，但读最高位的两个4元组。HEX6(0110)：读从站的状态并解锁。如果从站是被另一个主站锁定，则用否定的确认位给出信号，主站则停止它的尝试。HEX7(0111)：读数据并解锁。除了解锁之外，这相当于码0011。HEX8(1000)：写占有请求；如果其结果是一个否定的确认位，则对从站的性质/状态作一次查询。后者按下述方式解释：1位＝1：从站的接收器缓冲区不空；通知主站的控制***。2位＝1：同上3位＝0：从站没有存储器，这意味着从站不能答复关于性质/状态的请求。如果这三位中没有一个有结果，则进行新的尝试。HEXA(1010)：写命令及锁定。然后在一个否定的确认位的情况下状态被读出；解释如下：1，2位同上；如果这些位都没有结果，则作新的尝试。HEXB(1011)：写数据及锁定。然后在一个否定的确认位的情况下状态被读出；其解释与HEXA相同。HEXE(1110)：写命令和解锁；其余同HEXA。HEXF(1111)：写数据及解锁；其余同HEXA。

在每一帧的末尾，发送站(从站或主站)检查所有必需的字节是否都已发送。如果情况不是这样，则主站开始一个新帧而发送站把剩下的字节装入本地的发送器缓冲区。接口电路的说明

图3表示一个接口电路的实施例。电路(60)包括下列连接关系，从振荡器(6兆赫)开始按顺时针方向看：电源VCC、地GND、测试控制测试、用于本地控制***的8位数据、同步(选通)引脚 DS、读/写控制R/ W、地址和数据之间的选择(A/ D)、中断信号Int、其所用的三个预置的地址位(A0、A1、A2)、具有TTL电平的两条数据线、以及如上面说明的用于单信道通信(D²B)的一对双绞线。单元62包括时钟和用于在电源电压出现时使电路复位的控制部件(POR＝电源接通复位)。“芯片就绪”信号、POR信号和时钟信号0P、1P从这里产生。“芯片就绪”信号表明在电源接通和复位后电路又已处于工作状态。

块64是对在D²B和TTL线路上的信号作滤波、检测和控制之用的电路。在D²B和TTL线路上的信号的数据内容是相同的，仅有下列电气上的不同：TTL是单方向的而D²B是双方向的，另外，其电压电平不同。在线路65上，线路上的各位是以TTL电平传送的。在块66中在线路位和逻辑位之间进行转换。块67组成了在块66和68之间的两个单向锁存电路。线路69传送用于激励下一位的信号。块68组成了这个接口电路的核心。在其中形成奇偶位，检测确认位，如需要的话，以及分析或存储各种控制位和状态位以供查询。此外，还与控制***交换信息，并组织和RAM缓冲区之间的交互操作。缓冲区70的数据宽度为8位；字节数则取决于应用。地址出现在线路71上；块72是一个数据门，其宽度为8位，用于连接到本地控制***(示未出)去。信号方式0P、1P是第二时钟信号，其频率与0P、1P相同或者为该频率的1/4，这取决于外部总线D²B上的运行方式。线路76为不同的位长度而控制时钟对位级别的(bit level)切换，因为位长度对于起始位、方式/地址/控制位以及数据位而言是不一定相同的。线路75在帧的级别上具有相同的功能。线路77是一条使能线(EN)；线路78和79提供同步信号交换。

在简单的实施例中本电路适用于方式0及方式1；此外，它既适用于主站操作也适用于从站操作。在复位信号(电源接通复位POR)之后，此电路被恢复。微处理器通过对几个自由访问的寄存器的装入而可以使电路的地址被接口电路所使用。此外，某些表明应用的容量的标志位被置位(当存在有本地存储器而且从站也能作为发送器装置工作时)。信号POR也对本地控制***产生一个中断信号。电路的从站部分的总线状态被存放在从站状态寄存器中。当电路被另一个站锁定时，后者的站地址被存放在锁定地址寄存器中。为了使电路能成为一个主站而工作，应用的控制电路应提供下列信息：

—从站地址、控制码以及在写操作的情况下要发送的数据字节，以便装入主站缓冲区，

—表明要使用的线路方式的方式信号，主站请求信号则被装入主站命令寄存器。

—随后，该站就启动一个报文，如有需要，还参与相关的仲裁过程。在一个肯定的仲裁结果之后，当一帧结束时，就给出一个给本地控制***的中断信号(INT)。本地控制***随后就能读出在中断寄存器中的中断信号的理由(主站中断、从站发送器中断或从站接收器中断)。主站状态寄存器中含有肯定确认位的数目并表明报文是否成功。后面的寄存器因而作为计数器而工作。此外，在读操作的情况下的中断信号之后，主站缓冲区含有收到的数据。中断寄存器在被读出后就被复位：这是由对该寄存器作一次单独的写操作而实现的。

对从站接收器的功能实际上执行同样的操作。肯定确认位的数目则存放在从站接收器寄存器中。当从站接收器缓冲器被读出后，从站接收器命令寄存器中就被装入信息OO(HEX)。

图4是发送器站过程的流程图。对于这一个例子，最大帧负载假定为32个字节，不包括诸如起始位、标题、主站地址、从站地址、从站控制信号等各种杂项开销。对于所考虑的没有锁定的传输这种类型的最大的报文长度要明显地小于此数例如为16字节。这个界限主要取决于接收器缓冲器的大小：接收器缓冲器愈大，则愈加可能传输会成功。在方块100中开始。在块102中报文传输被启动。如所示的那样，报文被装入，进行帧仲载，帧字节计数器复位，报文字节计数器复位。这里假定传输是在主站发送器进行，假定实际上赢得了仲载，且从站接收器对从站地址和从站控制信号都能正确地响应。如果是从站发送器，则各个操作是这里所示的操作的镜象。在块104中发送出一个字节，且如果可以的话，给出报文结束信号。在块106，帧长度计数器被增加1。在块108，等待随后对确认位的接收。如果是否定，则在块114中测试允许的帧长度是否已被用完。如果末完，则最后一个字节必须再次发送，***回到块104。如果是已用完，则是一次失败的报文而必须全部重新发送，因而***回到块102。如果确认是肯定的，则在块109中把报文长度计数器增加1。在块110中测试报文是否已完成。如果已完成，则***退出到块112。如果报文还没有完成，则***也回到块114。实际上，还设置了各种等待限制，例如，如果在一特定的时间段内没有另外的字节到来，就退出。

图5是从站过程的流程图，这在某种程度上是图4各种操作的镜象。这个过程从116块开始，它和对图4中的块100所说明的情况相同。在块117中接收帧计数器被置成零。在块118中接收数据字节。在块120中进行是否正确接收的检查，例如检查正确的奇偶校验(还有块121)，以及检查在接收器缓冲器中是否正确地存储。如果是否定的，则接收站在块119中送出一个否定的确认，并返回到块118。如果是肯定的，则在块122中送出确认位。为了简明起见，接收器缓冲器的存储管理，例如FIFO(先进先出)管理方式，这里未加考虑。如果接收不正确，且奇偶校验也错误，则在块124中接收器检查是否收到了报文的结束。在块123中进行了对帧结束信号的检测，如果是否定的，则接收器返回到块118。在块124中进行对报文结束信号的检测。如果是肯定的，则报文已全部接收因而可以作进一步的处理(块126)。如果是否定的，则(部分)报文的传输是失败的，***回到块117，且忽略掉有问题的帧中的任何数据字节。这个***保持得比较简单，因为接收器知道帧的最大长度(块123)。从块121到块124的转移通常表明：接收缓冲器已满。在上面的情况中，如果可能的话，局部报文的形成通常是由得知了报文和局部报文的最大长度的站的应用过程来实施并进行格式化的。其报文的自行格式化是常规的。

Claims (7)

1.一个包含有主站和从站的多站单信道通信总线***，任何一个主站都含有仲裁装置、仲裁输出检出装置、和格式化装置，在赢得上述的仲裁时就格式化一个帧，这个帧含有从站地址和从站控制信号并容纳多个数据字节周期用以从选作发送站的***站向选作接收站的另一***站传输最多为第一最大值的数据字节，每一周期都含有一个从该从站来的确认位，该发送站安排成这样，即当某一特定的数据字节没有这样的确认位时就重复这个数据字节，其特征在于，

所述***是这样的安排的：对于一个需要传送的报文当其数据字节长度超过上述的第一最大值时把该报文分成多个局部报文，每个局部报文具有一个相关的帧数据字节计数值，该计数值小于上述的第一最大值，并且把每个局部报文指定给一个相应的总线帧，所述***具有计数装置用于对特定的帧数据字节周期和所收到的确认位进行计数，上述的发送站被安排成这样，即当上述的数据字节周期达到第一最大值的时间先于上述的确认位达到上述的帧数据字节计数值时，就发出信号表明有失效的帧并且忽略该特定帧的任何传送以便对其进行重复。

2.如权利要求1所提出的***，其特征在于，其中对于特定的报文，上述各局部报文相互之间具有实际上相等的帧数据字节计数值。

3.如权利要求1所提出的***，其特征在于，其中所说的帧数据字节计数值最大等于第二最大值，该值小于上述的第一最大值。

4.如权利要求3所提出的***，其特征在于，其中任何报文在其数据字节计数超过上述的第二最大值时就被分成多个局部报文。

5.如权利要求1的***，其特征在于，其中所说的格式化装置被安排成在上述的帧内包括锁定和解锁信号，以便对被寻址的从站在多帧报文的持续期间分别进行锁定和解锁，使得另一个站在上述的持续期间至少以一种特定的方式被阻止去访问一个被锁定的从站。

6.如权利要求1的***，其特征在于，其中所说的总线是D²B总线。

7.一种用于权利要求1到6中任何一项所提出的***中的发送站，其特征在于所述所述发送站包括用于联接所述通信总线的装置；发送装置，用于发送作为一个或多个数据帧的各时隙中的消息，并在未收到所述各预定的确认位时重新发送各数据位；信令装置，在收到确认位的所述计数之前测到所述***计数装置计数到帧时隙达到所述第一最大值时发出帧失效信号；所述发送站在收到帧失效信号时重新发送数据帧的内容。

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