CN104216863A - 多个arm间的通信电路及其通信方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了多个ARM间的通信电路,包括一个ARM主机和若干ARM从机;所有ARM从机包括若干自带串口模块的ARM从机和若干不带串口模块的ARM从机,自带串口模块的ARM从机在串行总线的任意位置接入,所有不带串口模块的ARM从机通过第二串口模块接入串行总线,第一串口模块、第二串口模块以及ARM从机自带的串口模块结构一致,主要由一个作为控制口的USB-TTL串口模块和一个作为数据口的USB-TTL串口模块构成,第二串口模块的两个USB-TTL串口模块的数据发送引脚均与不带串口模块的ARM从机的数据接收引脚连接,第二串口模块的两个USB-TTL串口模块的数据接收引脚均与不带串口模块的ARM从机的数据发送引脚连接;本发明也公开了该电路的通信方法。本发明达到高效可靠通信的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种多个ARM间的通信电路及其通信方法,属于通信技术领域。
背景技术
目前,ARM开发者在多单片机通信***的设计中往往习惯给每一个从机都配备一个串口来与主机通信。这种方案带来的不仅仅是高效可靠的通信,同时极大的限制了***的可扩展性,从机数量较多时,布线就已经非常复杂了。
为了解决上述问题,现在通信***中尽可能少的使用串口,但这同样带来了以下问题:1、同等地位的各个ARM从机如何获得不同的地址;2、拥有唯一地址后ARM从机如何可以不受其他ARM从机干扰地与ARM主机通信。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明提供了多个ARM间的通信电路及其通信方法,实现了在不带串口模块的ARM从机数较多的情况下只使用两个USB-TTL串口模块就达到高效可靠通信的目的,同时解决了同等地位的各个ARM从机如何获得不同的地址,拥有唯一地址后ARM从机如何可以不受其他ARM从机干扰地与ARM主机通信的问题。
为了解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是:
多个ARM间的通信电路,其特征在于:包括一个ARM主机和若干ARM从机;ARM主机通过第一串口模块连接到一个串行总线上,所有ARM从机包括若干自带串口模块的ARM从机和若干不带串口模块的ARM从机,所述自带串口模块的ARM从机在串行总线的任意位置接入,所有不带串口模块的ARM从机通过第二串口模块接入串行总线,所述第一串口模块、第二串口模块以及ARM从机自带的串口模块结构一致,主要由一个作为控制口的USB-TTL串口模块和一个作为数据口的USB-TTL串口模块构成,所述第二串口模块的两个USB-TTL串口模块的数据发送引脚均与不带串口模块的ARM从机的数据接收引脚连接,所述第二串口模块的两个USB-TTL串口模块的数据接收引脚均与不带串口模块的ARM从机的数据发送引脚连接。
多个ARM间的通信电路的通信方法,包括以下步骤,
步骤一,根据不同的ARM从机,连接通信电路;
步骤二,给ARM从机赋地址;赋地址的具体过程为,
步骤A1,ARM主机通过控制口向所有ARM从机发出获取地址命令;
步骤A2,所有接收到命令的ARM从机在一个数字范围内各自产生一个随机整数作为自己的临时地址,数字范围进一步分成n组并依次对n组进行1到n的编号,n为正整数且n≥1;
步骤A3,ARM主机向ARM从机发出表征第1组的数字代码;
步骤A4,组内的ARM从机接收到数字代码后,向从机发送自己的临时地址,如果ARM主机接收到ARM从机发送的临时地址,ARM主机对临时地址进行校验后,赋给ARM从机正式地址;如果ARM主机未接收到回复,ARM主机记录该组组号;
步骤A5,判断是否遍历了步骤A2中的所有组,如果否,则ARM主机向ARM从机发出表征下一组的数字代码,转至步骤A4;如果是,则转至步骤A6;
步骤A6,ARM主机通过控制口向步骤A4中记录的所有组号内的ARM从机发出获取地址命令;
步骤A7,所有接收到命令的ARM从机在一个数字范围内各自产生一个随机整数作为自己的临时地址,数字范围进一步分成n组并依次对n组进行1到n的编号;
步骤A8,ARM主机向ARM从机发出表征第1组的数字代码;
步骤A9,组内的ARM从机接收到数字代码后,向从机发送自己的临时地址,如果ARM主机接收到ARM从机发送的临时地址,ARM主机对临时地址进行校验后,赋给ARM从机正式地址;如果ARM主机未接收到回复,ARM主机记录该组组号;
步骤A10,判断是否遍历了步骤A7中的所有组,如果否,则ARM主机向ARM从机发出表征下一组的数字代码,转至步骤A4;如果是,则转至步骤A11;
步骤A11,ARM主机向ARM从机发出结束命令,各ARM从机进入各自工作作态;
步骤三,ARM主机和若干ARM从机之间实现通信连接,进行数据和命令交换。
ARM主机和若干ARM从机之间实现通信连接包括以下两种方式,
1)ARM主机向若干ARM从机发起通信;具体过程为,
步骤B1,ARM主机通过控制口发送若干个通信命令,所述通信命令包含表征要建立通信连接的ARM从机的包头和正式地址;
步骤B2,所有ARM从机接收通信命令,与通信命令中的包头和正式地址匹配的ARM从机通过控制口发出反馈;
步骤B3,数据口结束高阻状态,配置到串口的工作状态, ARM主机与ARM从机通过数据***换数据和命令;
2)若干ARM从机向ARM主机发起通信;具体过程为,
当ARM从机有正式地址时:
步骤C1,某个需要建立通信连接的ARM从机通过控制口发送通信请求,所述通信请求包含表征要建立通信连接的ARM从机的包头和正式地址;
步骤C2,如果ARM主机接收到通信请求,向ARM从机反馈一窜数字代码并在数字代码后附上发送通信请求的ARM从机的正式地址;如果ARM主机未接收到通信请求,即产生通信冲突,则先解决通信冲突,然后向ARM从机反馈一窜数字代码并在数字代码后附上发送通信请求的ARM从机的正式地址;
步骤C3,ARM从机接收到响应后,判断ARM主机发送的数字代码后附上的正式地址与自身正式地址是否吻合,如果吻合,转至步骤C4,如果不吻合,ARM从机重新向ARM主机发送通信请求;
步骤C4,数据口结束高阻状态,配置到串口的工作状态, ARM主机与ARM从机通过数据***换数据和命令;
当ARM从机有无地址时:
步骤D1,某个需要建立通信连接的ARM从机通过控制口发送通信请求,所述通信请求包含表征要建立通信连接的ARM从机的包头和临时地址;
步骤D2,主机接收到通信请求后,向其反馈一窜数字代码,并要求ARM从机原样发回;
步骤D3,如果发回成功,ARM主机赋给ARM从机正式地址,转至步骤D4;如果不成功ARM从机重新向ARM主机发送通信请求;
步骤D4,根据步骤C1至步骤C4的过程实现通信。
所述通信冲突解决方法如下,
步骤E1,发生通信冲突的ARM从机随机产生一个随机数,该随机数介于0和M之间,M为大于0的数字,在M/10毫秒后,发生通信冲突的ARM从机再次发送通信请求,如果收到反馈或者延迟命令,则通信冲突解决;否则转至步骤E2;
步骤E2,发生通信冲突的ARM从机随机产生一个随机数,该随机数介于0和N之间,M为大于0的数字并且N>M,在N/10毫秒后,发生通信冲突的ARM从机再次发送通信请求,如果收到反馈或者延迟命令,则通信冲突解决;否则转至步骤E3;
步骤E3,发生通信冲突的ARM从机随机产生一个随机数,该随机数介于0和P之间,P为大于0的数字并且P>N,在P/10毫秒后,发生通信冲突的ARM从机再次发送通信请求,如果收到反馈或者延迟命令,则通信冲突解决;否则重复执行步骤E3。
某个ARM从机与ARM主机实现通信连接后,T毫秒内无法被其他ARM从机发送的通信请求中断,所述T的值由ARM的性能决定。
所述数字代码是ARM主机与ARM从机约定好的数字代码。
本发明所达到的有益效果:1、本发明在不带串口模块的ARM从机数较多的情况下只使用两个USB-TTL串口模块实现与ARM主机之间的通信,具有很好的可扩展性,布线简单;2、每个ARM从机的通信程序完全相同,不需要根据具体情况改变程序,编程简单;3、本发明实现了同等地位的各个ARM从机获得不同的地址,拥有唯一地址后ARM从机可以不受其他ARM从机干扰地与ARM主机通信,通信效率高且可靠。
附图说明
图1为本发明的电路图。
图2为给ARM从机赋地址的流程图。
图3为通信冲突解决的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示(图中除通信线以外的线路被省略),包括一个ARM主机和若干ARM从机;ARM主机通过第一串口模块连接到一个串行总线上,所有ARM从机包括若干自带串口模块的ARM从机和若干不带串口模块的ARM从机,所述自带串口模块的ARM从机在串行总线的任意位置接入,所有不带串口模块的ARM从机通过第二串口模块接入串行总线,所述第一串口模块、第二串口模块以及ARM从机自带的串口模块结构一致,主要由一个作为控制口的USB-TTL串口模块和一个作为数据口的USB-TTL串口模块构成,所述第二串口模块的两个USB-TTL串口模块的数据发送引脚均与不带串口模块的ARM从机的数据接收引脚连接,所述第二串口模块的两个USB-TTL串口模块的数据接收引脚均与不带串口模块的ARM从机的数据发送引脚连接。
在实际运用中,多ARM***只拥有一个ARM主机,这个***的ARM主机也可以是属于另一个***的ARM从机或ARM主机。上述的通信电路在不带串口模块的ARM从机数较多的情况下只使用两个USB-TTL串口模块,一个为控制口,另一个为数据口,控制口引脚为D1+、D1-、TXD1和RXD1,数据口引脚为D2+、D2-、TXD2和RXD2。
上述的多个ARM间的通信电路的通信方法,包括以下步骤。
步骤一,根据不同的ARM从机,连接通信电路;具体结构如图1所示。
步骤二,给ARM从机赋地址。
在通电后,ARM主机立即进入赋地址状态,ARM从机进入受地址状态;所谓赋地址状态是指ARM主机给各个ARM从机授予正式地址状态,在ARM主机失电重启后,ARM从机的正式地址作废,重新获取正式地址;所谓受地址状态是ARM从机等待得到正式地址的状态,在得到正式地址之前,ARM从机自身产生一个随机的临时地址,其具体的赋地址过程如图2所示:
步骤A1,ARM主机通过控制口向所有ARM从机发出获取地址命令;
步骤A2,所有接收到命令的ARM从机在一个数字范围内各自产生一个随机整数作为自己的临时地址,数字范围进一步分成n组并依次对n组进行1到n的编号,n为正整数且n≥1;
步骤A3,ARM主机向ARM从机发出表征第1组的数字代码,数字代码是ARM主机与ARM从机约定好的数字代码;
步骤A4,组内的ARM从机接收到数字代码后,向ARM主机发送自己的临时地址,如果ARM主机接收到ARM从机发送的临时地址,ARM主机对临时地址进行校验后,赋给ARM从机正式地址;如果ARM主机未接收到回复,ARM主机记录该组组号;
步骤A5,判断是否遍历了步骤A2中的所有组,如果否,则ARM主机向ARM从机发出表征下一组的数字代码,转至步骤A4;如果是,则转至步骤A6;
步骤A6,ARM主机通过控制口向步骤A4中记录的所有组号内的ARM从机发出获取地址命令;
步骤A7,所有接收到命令的ARM从机在一个数字范围内各自产生一个随机整数作为自己的临时地址,数字范围进一步分成n组并依次对n组进行1到n的编号;
步骤A8,ARM主机向ARM从机发出表征第1组的数字代码;
步骤A9,组内的ARM从机接收到数字代码后,向从机发送自己的临时地址,如果ARM主机接收到ARM从机发送的临时地址,ARM主机对临时地址进行校验后,赋给ARM从机正式地址;如果ARM主机未接收到回复,ARM主机记录该组组号;
步骤A10,判断是否遍历了步骤A7中的所有组,如果否,则ARM主机向ARM从机发出表征下一组的数字代码,转至步骤A4;如果是,则转至步骤A11;
步骤A11,ARM主机向ARM从机发出结束命令,各ARM从机进入各自工作作态。
步骤三,ARM主机和若干ARM从机之间实现通信连接,进行数据和命令交换。
ARM主机和若干ARM从机之间实现通信连接包括以下两种方式,
1)ARM主机向若干ARM从机发起通信;具体过程为,
步骤B1,ARM主机通过控制口发送若干个通信命令,所述通信命令包含表征要建立通信连接的ARM从机的包头和正式地址;
步骤B2,所有ARM从机接收通信命令,与通信命令中的包头和正式地址匹配的ARM从机通过控制口发出反馈;
步骤B3,数据口结束高阻状态,配置到串口的工作状态, ARM主机与ARM从机通过数据***换数据和命令;
2)若干ARM从机向ARM主机发起通信;具体过程为,
当ARM从机有正式地址时:
步骤C1,某个需要建立通信连接的ARM从机通过控制口发送通信请求,所述通信请求包含表征要建立通信连接的ARM从机的包头和正式地址;
步骤C2,如果ARM主机接收到通信请求,向ARM从机反馈一窜数字代码并在数字代码后附上发送通信请求的ARM从机的正式地址;如果ARM主机未接收到通信请求,即产生通信冲突,则先解决通信冲突,然后向ARM从机反馈一窜数字代码并在数字代码后附上发送通信请求的ARM从机的正式地址;
上述通信冲突解决方法如图3所示,
步骤E1,发生通信冲突的ARM从机随机产生一个随机数,该随机数介于0和M之间,M为大于0的数字,在M/10毫秒后,发生通信冲突的ARM从机再次发送通信请求,如果收到反馈或者延迟命令,则通信冲突解决;否则转至步骤E2;
步骤E2,发生通信冲突的ARM从机随机产生一个随机数,该随机数介于0和N之间,M为大于0的数字并且N>M,在N/10毫秒后,发生通信冲突的ARM从机再次发送通信请求,如果收到反馈或者延迟命令,则通信冲突解决;否则转至步骤E3;
步骤E3,发生通信冲突的ARM从机随机产生一个随机数,该随机数介于0和P之间,P为大于0的数字并且P>N,在P/10毫秒后,发生通信冲突的ARM从机再次发送通信请求,如果收到反馈或者延迟命令,则通信冲突解决;否则重复执行步骤E3;
步骤C3,ARM从机接收到响应后,判断ARM主机发送的数字代码后附上的正式地址与自身正式地址是否吻合,如果吻合,转至步骤C4,如果不吻合,ARM从机重新向ARM主机发送通信请求;
步骤C4,数据口结束高阻状态,配置到串口的工作状态, ARM主机与ARM从机通过数据***换数据和命令。
当ARM从机有无地址时:
步骤D1,某个需要建立通信连接的ARM从机通过控制口发送通信请求,所述通信请求包含表征要建立通信连接的ARM从机的包头和临时地址;
步骤D2,主机接收到通信请求后,向其反馈一窜数字代码,并要求ARM从机原样发回;
步骤D3,如果发回成功,ARM主机赋给ARM从机正式地址,转至步骤D4;如果不成功ARM从机重新向ARM主机发送通信请求;
步骤D4,根据步骤C1至步骤C4的过程实现通信。
在通信过程中,某个ARM从机与ARM主机实现通信连接后,T毫秒内无法被其他ARM从机发送的通信请求中断,T的值由ARM的性能决定,T毫秒后其他ARM从机对ARM主机发送了通信请求,ARM主机通过数据口向已经与其建立通信关系的的ARM从机发送暂停通信的指令,通过控制口向等待与ARM主机通信的ARM从机发送响应指令,响应ARM从机的请求。
在各种情况下数据口和控制口状态变化:
在赋地址过程中数据口所在的两个GPIO端口均置为高阻状态;在正常工作状态下,如果ARM从机在不与ARM主机通信的状态下,ARM从机的数据口所在串口的两个GPIO端口置为高阻状态,只有ARM主机响应了ARM从机的通信请求后这两个GPIO口才能脱离高阻态进入工作状态,ARM从机的控制口的TXD在不需要发送数据的情况下,其对应的GPIO也置为高阻状态;如果ARM从机与ARM主机间不再有通信需求,ARM从机或主机可以通过控制口发送停止通信的请求,另一方收到后发出响应,ARM主机便解除该从机对数据口的使用权,ARM从机的数据口两GPIO端置为高阻状态。
上述的通信电路中,如果两个ARM从机间需要进行数据通信,提出请求的ARM从机通过控制口向ARM主机报告该请求,再由ARM主机发送该命令给目标ARM从机。ARM主机的数据口两GPIO端置为高阻状态,两个需要交换数据的ARM从机的数据口的GPIO端退出高阻状态,进入正常的串口工作状态,两个ARM从机间的通信建立完毕,该通信T毫秒后可以被中断,如果两从机间不再有通信需求,任意一个ARM从机可以通过控制口发送停止通信的请求,ARM主机收到后发出响应,ARM主机便解除两ARM从机对数据口的使用权,ARM从机的数据口两GPIO端置为高阻状态。
综上所述,本发明在不带串口模块的ARM从机数较多的情况下只使用两个USB-TTL串口模块实现与ARM主机之间的通信,具有很好的可扩展性,布线简单;每个ARM从机的通信程序完全相同,不需要根据具体情况改变程序,编程简单;同时也实现了同等地位的各个ARM从机可获得不同的地址,拥有唯一地址后ARM从机可以不受其他ARM从机干扰地与ARM主机通信,通信效率高且可靠。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.多个ARM间的通信电路,其特征在于:包括一个ARM主机和若干ARM从机;ARM主机通过第一串口模块连接到一个串行总线上,所有ARM从机包括若干自带串口模块的ARM从机和若干不带串口模块的ARM从机,所述自带串口模块的ARM从机在串行总线的任意位置接入,所有不带串口模块的ARM从机通过第二串口模块接入串行总线,所述第一串口模块、第二串口模块以及ARM从机自带的串口模块结构一致,主要由一个作为控制口的USB-TTL串口模块和一个作为数据口的USB-TTL串口模块构成,所述第二串口模块的两个USB-TTL串口模块的数据发送引脚均与不带串口模块的ARM从机的数据接收引脚连接,所述第二串口模块的两个USB-TTL串口模块的数据接收引脚均与不带串口模块的ARM从机的数据发送引脚连接。
2.基于权利要求1所述的多个ARM间的通信电路的通信方法,其特征在于:包括以下步骤,
步骤一,根据不同的ARM从机,连接通信电路;
步骤二,给ARM从机赋地址;
所述赋地址的具体过程为,
步骤A1,ARM主机通过控制口向所有ARM从机发出获取地址命令;
步骤A2,所有接收到命令的ARM从机在一个数字范围内各自产生一个随机整数作为自己的临时地址,数字范围进一步分成n组并依次对n组进行1到n的编号,n为正整数且n≥1;
步骤A3,ARM主机向ARM从机发出表征第1组的数字代码;
步骤A4,组内的ARM从机接收到数字代码后,向ARM主机发送自己的临时地址,如果ARM主机接收到ARM从机发送的临时地址,ARM主机对临时地址进行校验后,赋给ARM从机正式地址;如果ARM主机未接收到回复,ARM主机记录该组组号;
步骤A5,判断是否遍历了步骤A2中的所有组,如果否,则ARM主机向ARM从机发出表征下一组的数字代码,转至步骤A4;如果是,则转至步骤A6;
步骤A6,ARM主机通过控制口向步骤A4中记录的所有组号内的ARM从机发出获取地址命令;
步骤A7,所有接收到命令的ARM从机在一个数字范围内各自产生一个随机整数作为自己的临时地址,数字范围进一步分成n组并依次对n组进行1到n的编号;
步骤A8,ARM主机向ARM从机发出表征第1组的数字代码;
步骤A9,组内的ARM从机接收到数字代码后,向从机发送自己的临时地址,如果ARM主机接收到ARM从机发送的临时地址,ARM主机对临时地址进行校验后,赋给ARM从机正式地址;如果ARM主机未接收到回复,ARM主机记录该组组号;
步骤A10,判断是否遍历了步骤A7中的所有组,如果否,则ARM主机向ARM从机发出表征下一组的数字代码,转至步骤A4;如果是,则转至步骤A11;
步骤A11,ARM主机向ARM从机发出结束命令,各ARM从机进入各自工作作态;
步骤三,ARM主机和若干ARM从机之间实现通信连接,进行数据和命令交换。
3.根据权利要求2所述的多个ARM间的通信电路的通信方法,其特征在于:ARM主机和若干ARM从机之间实现通信连接包括以下两种方式,
1)ARM主机向若干ARM从机发起通信;具体过程为,
步骤B1,ARM主机通过控制口发送若干个通信命令,所述通信命令包含表征要建立通信连接的ARM从机的包头和正式地址;
步骤B2,所有ARM从机接收通信命令,与通信命令中的包头和正式地址匹配的ARM从机通过控制口发出反馈;
步骤B3,数据口结束高阻状态,配置到串口的工作状态, ARM主机与ARM从机通过数据***换数据和命令;
2)若干ARM从机向ARM主机发起通信;具体过程为,
当ARM从机有正式地址时:
步骤C1,某个需要建立通信连接的ARM从机通过控制口发送通信请求,所述通信请求包含表征要建立通信连接的ARM从机的包头和正式地址;
步骤C2,如果ARM主机接收到通信请求,向ARM从机反馈一窜数字代码并在数字代码后附上发送通信请求的ARM从机的正式地址;如果ARM主机未接收到通信请求,即产生通信冲突,则先解决通信冲突,然后向ARM从机反馈一窜数字代码并在数字代码后附上发送通信请求的ARM从机的正式地址;
步骤C3,ARM从机接收到响应后,判断ARM主机发送的数字代码后附上的正式地址与自身正式地址是否吻合,如果吻合,转至步骤C4,如果不吻合,ARM从机重新向ARM主机发送通信请求;
步骤C4,数据口结束高阻状态,配置到串口的工作状态, ARM主机与ARM从机通过数据***换数据和命令;
当ARM从机有无地址时:
步骤D1,某个需要建立通信连接的ARM从机通过控制口发送通信请求,所述通信请求包含表征要建立通信连接的ARM从机的包头和临时地址;
步骤D2,主机接收到通信请求后,向其反馈一窜数字代码,并要求ARM从机原样发回;
步骤D3,如果发回成功,ARM主机赋给ARM从机正式地址,转至步骤D4;如果不成功ARM从机重新向ARM主机发送通信请求;
步骤D4,根据步骤C1至步骤C4的过程实现通信。
4.根据权利要求3所述的多个ARM间的通信电路的通信方法,其特征在于:所述通信冲突解决方法如下,
步骤E1,发生通信冲突的ARM从机随机产生一个随机数,该随机数介于0和M之间,M为大于0的数字,在M/10毫秒后,发生通信冲突的ARM从机再次发送通信请求,如果收到反馈或者延迟命令,则通信冲突解决;否则转至步骤E2;
步骤E2,发生通信冲突的ARM从机随机产生一个随机数,该随机数介于0和N之间,M为大于0的数字并且N>M,在N/10毫秒后,发生通信冲突的ARM从机再次发送通信请求,如果收到反馈或者延迟命令,则通信冲突解决;否则转至步骤E3;
步骤E3,发生通信冲突的ARM从机随机产生一个随机数,该随机数介于0和P之间,P为大于0的数字并且P>N,在P/10毫秒后,发生通信冲突的ARM从机再次发送通信请求,如果收到反馈或者延迟命令,则通信冲突解决;否则重复执行步骤E3。
5.根据权利要求3所述的多个ARM间的通信电路的通信方法,其特征在于:某个ARM从机与ARM主机实现通信连接后,T毫秒内无法被其他ARM从机发送的通信请求中断,所述T的值由ARM的性能决定。
6.根据权利要求2或3所述的多个ARM间的通信电路的通信方法,其特征在于:所述数字代码是ARM主机与ARM从机约定好的数字代码。
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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TR01 | Transfer of patent right | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170419 Termination date: 20190902 |
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