CN115086454B - 一种自适应振镜控制信号接口的方法、***及存储介质 - Google Patents

一种自适应振镜控制信号接口的方法、***及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自适应振镜控制信号接口的方法、***及存储介质，所述方法包括：判断时钟信号有无变化，通过时钟失效标记进行时钟同步信号解码和自同步信号解码切换，时钟同步信号解码将信号线码流解析为字节数据进行完整接收和记录；自同步信号解码对信号线码流进行解析过程中，通过信号侦听进行比特率传输识别，将字节数据进行完整接收和记录；通过对字节数据进行解析，完成软件协议匹配。本发明完成了重要的兼容性功能，自适应的切换解码模式来对码流数据进行解码，可以对不同的振镜协议进行快速识别，实现在一套软硬件基础之上多种振镜协议接口的自适应，既满足各种产品搭配使用的需求，又降低运营成本。

Description

一种自适应振镜控制信号接口的方法、***及存储介质
技术领域
本发明涉及电子通信领域，具体为一种自适应振镜控制信号接口的方法、***及存储介质。
背景技术
市场中存在多种振镜控制接口，既有硬件上的差异，也有软件协议数据定义上的差异性。而控制卡厂家和振镜厂家为了获得更广泛的产品应用，不得不对各种控制接口进行兼容性设计。
兼容性设计如果无法在完全相同的软硬件基础上实现，必然会衍生出多个相互独立的硬件版本。这种多版本的相似功能产品，非常不利于市场推广和用户使用，也会增加整个制造、库存、订单的管理难度。
发明内容
为克服上述背景技术中控制接口兼容性设计，衍生出多个相互独立的硬件版本非常不利于市场推广和用户使用，也会增加整个制造、库存、订单的管理难度的缺点，本发明的目的在于提供一种自适应振镜控制信号接口的方法、***及存储介质。
为了达到以上目的，本发明的第一方面，提供一种自适应振镜控制信号接口的方法，包括以下步骤：
S1:根据计数器的计数值来判断时钟信号有无变化，通过时钟失效标记进行时钟同步信号解码模式和自同步信号解码模式切换，所述时钟同步信号解码将信号线码流解析为字节数据进行完整接收和记录；所述自同步信号解码对信号线码流进行解析过程中，通过信号侦听进行比特率传输识别，将字节数据进行完整接收和记录；
S2:通过对字节数据进行解析，完成软件协议匹配。
在一些可能的实施方式中，所述根据计数器的计数值来判断时钟信号有无变化，通过时钟失效标记进行时钟同步信号解码模式和自同步信号解码模式切换具体包括：所述时钟失效标记相当于一个选通开关，当时钟信号有变化时，计数器正常工作，计数值读数一致，时钟失效标记约定为0，信号线码流由时钟同步信号解码解析为字节数据；当时钟信号没有变化，计数器停止工作，计数值读数为0，时钟失效标记约定为1，信号线码流由自同步信号解码解析为字节数据。
在一些可能的实施方式中，所述信号侦听包括以下步骤：
S11：不断获取信号翻转时间数据；
S12：对存储时间队列中的信号翻转时间数据进行排序；
S13：选取存储时间队列中的信号翻转时间数据取平均值；
S24：去除存储时间队列中的非法的信号翻转时间数据；
S15：对存储时间队列进行筛选分类得到时间数组；
S16：对时间数组进行计算，得到时钟周期，根据时钟周期得到
比特率；
S17：S13-S16为一个周期的处理过程，处理结束后，将清空存储
时间队列，进行下一个周期循环。
在一些可能的实施方式中，所述不断获取信号翻转时间数据具体为：计时器通过数据线连续监测信号跳变，并获得两次跳变经历的时间间隔。
在一些可能的实施方式中，所述对存储时间队列中的信号翻转时间数据进行排序具体为：获取新的信号翻转的时间，与存储时间队列中已存储信号翻转的时间作比较，当遍历到一个位置，恰好新的信号翻转的时间大于队列中该位置之前的信号翻转的时间，小于队列中该位置之后的信号翻转的时间，则将新的信号翻转的时间***到这个位置。
在一些可能的实施方式中，所述选取存储时间队列中的信号翻转时间数据取平均值具体为：约定周期执行存储时间队列处理，取存储时间队列中间三分之一的信号翻转的时间数据取平均值。
在一些可能的实施方式中，所述去除存储时间队列中的非法的信号翻转时间数据具体为：将存储时间队列中小于六分之一平均信号翻转的时间的数据去除，同时将大于2倍平均信号翻转的时间的数据去除。
在一些可能的实施方式中，所述对存储时间队列进行筛选分类得到时间数组具体为：按照从小到大的顺序，读取并比较相邻的信号翻转的时间数据，筛选队列，当前位置读取的信号翻转的时间数据与下一个信号翻转的时间数据差别小于20%，则认为是同一时间数组，是相同长度的时钟周期；大于20%则认为下一个信号翻转的时间数据是另一时间数组，是不同长度的时钟周期；然后筛选同一时间数组数据存储在一起，形成一个新的时间数组。
在一些可能的实施方式中，所述对时间数组进行计算，得到时钟周期，根据时钟周期得到比特率具体为：计算时钟周期：将筛选产生的时间数组分别取均值，得到均值数组a(n),将相邻均值求绝对变化值p=|a[n]-a[n-1]|,得到新数组b(n-1)，所述新数组的最小值即为最小时钟周期，比特率即为1秒除以最小时钟周期所得频率值。
在一些可能的实施方式中，所述通过对字节数据进行解析，完成软件协议匹配具体包括以下步骤：
S21：数据帧定位：在码流数据中寻找数据帧标志，确定振镜控制指令的位置，所述数据帧标志由振镜协议的内容定义；
S22：校验域验证：对码流数据的内容进行校验，判断码流数据格式的合法性；
S23：命令解析：确认码流数据格式合法后，根据振镜控制指令的位置提取振镜控制指令和数据，完成软件协议匹配。
在一些可能的实施方式中，如果S22中校验失败，或S23中提取的控制指令无法识别，则需要重新进行S21的操作，但重新执行S21的过程中，振镜协议的内容进行改变。
本发明的第二方面，提供一种自适应振镜控制信号接口的***，包括：
时钟监测模块：根据计数器的计数值来判断时钟信号有无变化，通过时钟失效标记将信号线码流发送到时钟同步信号收发模块或自同步信号收发模块：
信号侦听模块：通过持续性的对信号线上信号翻转的时间间隔进行测量，得到比特率，所述信号翻转是指电平从低到高再从高到低，或电平从高到低再从低到高的过程；
时钟同步信号收发模块：接收信号线码流，并解析为字节数据进行完整接收和记录；将字节数据发送到模式探测模块；
自同步信号收发模块：接收信号线码流，并解析为字节数据，对信号侦听模块得到的比特率进行识别，将字节数据进行完整接收和记录；将字节数据发送到模式探测模块；
模式探测模块：接收时钟同步信号收发模块和自同步信号收发模块发送到的字节数据，通过对字节数据进行解析，完成软件协议匹配。
本发明的第三方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述一种自适应振镜控制信号接口的方法的步骤。
本发明的有益效果在于：通过时钟监测模块完成了重要的兼容性功能，自适应的切换时钟同步信号解码模式和自同步信号解码模式对码流数据进行解码，通过信号侦听来确定比特传输率，进而确定协议类型时，对不同的振镜协议进行快速识别，通过这种自适应的设计，可以在一套软硬件基础之上，实现多种振镜协议接口的自适应，既满足各种产品搭配使用的需求，又降低运营成本。
附图说明
图1为本发明实施例一种自适应振镜控制信号接口的***的工作流程图；
图2为本发明实施例一种自适应振镜控制信号接口的方法中“信号侦听”的步骤流程图；
图3为本发明实施例一种自适应振镜控制信号接口的方法中“软件协议匹配”的步骤流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
振镜协议是依靠数据线进行传输的，虽然不同协议的格式有差异，但都设计为串行方式传输。时钟同步信号解码模式和自同步信号解码模式，主要实现将串行数据线上的电平变化序列解读为二进制数据，或者反之。通常称这种实现数据与物理信号转换的电路为物理层驱动电路（英文缩写PHY）
时钟同步信号模式下，码流（即串行数据线上的连续信号变化）与原始数据比特位是一一对应的。而自同步信号模式，需要码流同时传输数据与时钟信息，因此与原始数据不一一对应。常见的自同步信号编码有NRZ、曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码、4B/5B、8B/10B等。
参照附图1所示，本实施例提供一种自适应振镜控制信号接口的***，包括：
硬件层-时钟监测模块：根据计数器的计数值来判断时钟信号有
无变化，通过时钟失效标记将信号线码流发送到时钟同步信号收发模块或自同步信号收发模块。
硬件层-信号侦听模块：通过持续性的对信号线上信号翻转的时间间隔进行测量，得到比特率，所述信号翻转是指电平从低到高再从高到低，或电平从高到低再从低到高的过程。
硬件层-时钟同步信号收发模块：接收信号线码流，并解析为字节数据进行完整接收和记录；将字节数据发送到模式探测模块。
硬件层-自同步信号收发模块：接收信号线码流，并解析为字节数据，对信号侦听模块得到的比特率进行识别，将字节数据进行完整接收和记录；将字节数据发送到模式探测模块。
软件层-模式探测模块：接收时钟同步信号收发模块和自同步信号收发模块发送到的字节数据，通过对字节数据进行解析，完成软件协议匹配。
工作流程如下：由于计数器对信号线上的时钟信号进行不间断计数，时钟监测模块根据计数器的计数值来判断时钟信号有无变化，根据时钟失效标记将信号线码流发送到时钟同步信号收发模块或自同步信号收发模块。
时钟同步信号解码如下：时钟同步信号收发模块接收信号线码流，并解析为字节数据进行完整接收和记录，将字节数据发送到模式探测模块，模式探测模块接收时钟同步信号收发模块发送的字节数据，通过对字节数据进行解析，完成软件协议匹配。
自同步信号解码如下：信号侦听模块通过持续性的对信号线上信号翻转的时间间隔进行测量，得到比特率，所述信号翻转是指电平从低到高再从高到低，或电平从高到低再从低到高的过程，自同步信号收发模块接收信号线码流，并解析为字节数据后，对信号侦听模块得到的比特率进行识别，然后将字节数据进行完整接收和记录；并将字节数据发送到模式探测模块，模式探测模块接收自同步信号收发模块发送的字节数据，通过对字节数据进行解析，完成软件协议匹配。
本发明主要解决控制信号自适应的设计，因此时钟监测模块完成了重要的兼容性功能，区分时钟同步信号解码模式和自同步信号解码模式。
数字电路约定以线路的电压变化代表bit位，如低电压代表0，高电压代表1，或相反。因此电路***存储的二进制数据，可以对应到线路的电平，并通过电缆的电平将数据传输给另一个电路***。
这种传输分为并行传输和串行传输两种方式。并行信号采用多条数据线传输，每条线代表1bit。串行信号采用1条线传输，通过固定时间间隔变化电平。振镜属于高速高精度的运动控制组件，因此采用串行数据传输方式。
但是激光行业存在多种振镜协议格式，不同公司的协议存在区别，同一公司也会存在协议版本差异。如XY-100协议，采用了时钟同步信号格式。而SL2-100，则采用了自同步信号格式。
时钟同步信号和自同步信号的编码方法，都为了解决串行数据传输的解析问题。时钟信号代表了串行数据变化电平的间隔时间。参照附图1所示，时钟同步信号需要专用线路传输时钟信号，接收电路以时钟信号的上升或下降沿做为数据电平识别的时间基准，保证可以正确接收到字节数据。自同步信号是不传输时钟信号，只传输数据信号，通过对数据信号的解析，推导出时钟的间隔时间，由于自同步信号传输线少，可靠性高成本低，当前数字电路中占主流地位。如常见的串口、USB、以太网、PCIE均为自同步信号传输方式。
本发明提供一种实施例，一种自适应振镜控制信号接口的方法，包括以下步骤：
S1:计数器对信号线上的时钟信号进行不间断计数，根据计数器的计数值来判断时钟信号有无变化，通过时钟失效标记进行时钟同步信号解码模式和自同步信号解码模式切换，所述时钟失效标记相当于一个选通开关，当时钟信号有变化时，计数器正常工作，计数值读数一致，时钟失效标记约定为0，信号线码流由时钟同步信号解码解析为字节数据；当时钟信号没有变化，计数器停止工作，计数值读数为0，时钟失效标记约定为1，信号线码流由自同步信号解码解析为字节数据。本实施例中的字节数据特指振镜的位置控制指令，通常振镜的位置以16-24bit的数字来表示，除了位置信息，数据还包括实现协议所必须的格式数据位。
所述时钟同步信号解码将信号线码流解析为字节数据进行完整接收和记录；所述自同步信号解码对信号线码流进行解析过程中，通过信号侦听进行比特率传输识别，将字节数据进行完整接收和记录；信号侦听主要是对信号翻转的时间间隔进行测量，信号翻转是指电平从低到高再从高到低，或电平从高到低再从低到高的过程。由于串行信号1个时钟周期代表1比特数据，因此信号的最小翻转时间间隔即为1个时钟周期，其他的信号翻转时间间隔是整数倍的时钟周期。
参照附图2所示，所述信号侦听包括以下步骤：
S11：不断获取信号翻转时间数据：计时器通过数据线连续监测信号跳变，并获得两次跳变经历的时间间隔。在通用MCU处理器中，这是通过计时器计时完成中断，触发DMA控制器读取计时器计时寄存器的值到内存存储区实现。
S12：对存储时间队列中的信号翻转时间数据进行排序，具体为：获取新的信号翻转的时间，与存储时间队列中已存储信号翻转的时间作比较，当遍历到一个位置，恰好新的信号翻转的时间大于队列中该位置之前的信号翻转的时间，小于队列中该位置之后的信号翻转的时间，则将新的信号翻转的时间***到这个位置，最终存储时间队列中的记录满足时间从小到大的单调递减。
S13：选取存储时间队列中的信号翻转时间数据取平均值，具体为：约定周期执行存储时间队列处理，取存储时间队列中间三分之一的信号翻转的时间数据取平均值。由于自同步信号连续的“1”或“0”不会超过7个（NRZ信号编码标准），因此平均值必然大于1个而小于6个时钟周期，而按照概率的正态分布或平均分布方式，平均值会比较接近3.5个时钟周期。
S24：去除存储时间队列中的非法的信号翻转时间数据，具体为：将存储时间队列中小于六分之一平均信号翻转的时间的数据去除，同时将大于2倍平均信号翻转的时间的数据去除。
S15：对存储时间队列进行筛选分类得到时间数组，具体为：按照从小到大的顺序，读取并比较相邻的信号翻转的时间数据，筛选队列，当前位置读取的信号翻转的时间数据与下一个信号翻转的时间数据差别小于20%，则认为是同一时间数组，是相同长度的时钟周期；大于20%则认为下一个信号翻转的时间数据是另一时间数组，是不同长度的时钟周期；然后筛选同一时间数组数据存储在一起，形成一个新的时间数组，完成筛选后，理想状况下这样的数组不大于6组。
S16：对时间数组进行计算，得到时钟周期，根据时钟周期得到比特率，具体为：计算时钟周期：将筛选产生的时间数组分别取均值，得到均值数组a(n),将相邻均值求绝对变化值p=|a[n]-a[n-1]|,得到新数组b(n-1)，所述新数组的最小值即为最小时钟周期，比特率即为1秒除以最小时钟周期所得频率值。
S17：S13-S16为一个周期的处理过程，处理结束后，将清空存储
时间队列，进行下一个周期循环。
S2:通过对字节数据进行解析，完成软件协议匹配，参照附图3所示，具体包括以下步骤：
S21：数据帧定位：在码流数据中寻找数据帧标志，确定振镜控制指令的位置，所述数据帧标志由振镜协议的内容定义，数据帧标志是一个特定的比特值组合，如0xAAAA，就是8个连续的时钟脉冲。
S22：校验域验证：为了避免信号线干扰造成的指令错误，还要对码流数据的内容进行校验，判断码流数据格式的合法性；典型的校验方法有奇偶校验和循环冗余（CRC）校验，具体校验方式由振镜协议定义，以CRC为例，通常约定数据帧中的16或32位数据是当前帧的CRC校验值。将数据帧字节依次进行CRC计算最后结果与CRC校验值一致，则认为数据内容是完整的，与发送端的原始数据一致。
S23：命令解析：确认码流数据格式合法后，根据振镜控制指令的位置提取振镜控制指令和数据，完成软件协议匹配。
如果S22中校验失败，或S23中提取的控制指令无法识别，则需要重新进行S21的操作，但重新执行S21的过程中，振镜协议的内容进行改变，数据帧标志将变为0x5555或0xAA55等。
在不确定具体协议格式时，需要尝试所有的协议解析过程，具体到数据帧格式，就是要比对帧头格式，解析命令和数据内容，进行校验域的验证，要至少完成多个连续帧的验证，才能确认协议的识别结果是正确的。因此需要对接收到的字符数据进行备份，当一种协议匹配失败后，需要切换另一种协议重新进行匹配。帧的验证也是基于数据窗口平移的方法，而不是传统的识别失败即丢弃的处理方式。
本实施例又提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述一种自适应振镜控制信号接口的方法的步骤。
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (12)

1.一种自适应振镜控制信号接口的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1:根据计数器的计数值来判断时钟信号有无变化，通过时钟失效标记进行时钟同步信号解码模式和自同步信号解码模式切换，具体包括如下：所述时钟失效标记相当于一个选通开关，当时钟信号有变化时，计数器正常工作，计数值读数一致，时钟失效标记约定为0，信号线码流由时钟同步信号解码解析为字节数据；当时钟信号没有变化，计数器停止工作，计数值读数为0，时钟失效标记约定为1，信号线码流由自同步信号解码解析为字节数据；
所述时钟同步信号解码将信号线码流解析为字节数据进行完整接收和记录；所述自同步信号解码对信号线码流进行解析过程中，通过信号侦听进行比特率传输识别，将字节数据进行完整接收和记录；
S2:通过对字节数据进行解析，完成软件协议匹配。
2.根据权利要求1所述的一种自适应振镜控制信号接口的方法，其特征在于，所述信号侦听包括以下步骤：
S11：不断获取信号翻转时间数据；
S12：对存储时间队列中的信号翻转时间数据进行排序；
S13：选取存储时间队列中的信号翻转时间数据取平均值；
S14：去除存储时间队列中的非法的信号翻转时间数据；
S15：对存储时间队列进行筛选分类得到时间数组；
S16：对时间数组进行计算，得到时钟周期，根据时钟周期得到
比特率；
S17：S13-S16为一个周期的处理过程，处理结束后，将清空存储
时间队列，进行下一个周期循环。
3.根据权利要求2所述的一种自适应振镜控制信号接口的方法，其特征在于，所述不断获取信号翻转时间数据具体为：计时器通过数据线连续监测信号跳变，并获得两次跳变经历的时间间隔。
4.根据权利要求2所述的一种自适应振镜控制信号接口的方法，其特征在于，所述对存储时间队列中的信号翻转时间数据进行排序具体为：获取新的信号翻转的时间，与存储时间队列中已存储信号翻转的时间作比较，当遍历到一个位置，恰好新的信号翻转的时间大于队列中该位置之前的信号翻转的时间，小于队列中该位置之后的信号翻转的时间，则将新的信号翻转的时间***到这个位置。
5.根据权利要求2所述的一种自适应振镜控制信号接口的方法，其特征在于，所述选取存储时间队列中的信号翻转时间数据取平均值具体为：约定周期执行存储时间队列处理，取存储时间队列中间三分之一的信号翻转的时间数据取平均值。
6.根据权利要求2所述的一种自适应振镜控制信号接口的方法，其特征在于，所述去除存储时间队列中的非法的信号翻转时间数据具体为：将存储时间队列中小于六分之一平均信号翻转的时间的数据去除，同时将大于2倍平均信号翻转的时间的数据去除。
7.根据权利要求2所述的一种自适应振镜控制信号接口的方法，其特征在于，所述对存储时间队列进行筛选分类得到时间数组具体为：按照从小到大的顺序，读取并比较相邻的信号翻转的时间数据，筛选队列，当前位置读取的信号翻转的时间数据与下一个信号翻转的时间数据差别小于20%，则认为是同一时间数组，是相同长度的时钟周期；大于20%则认为下一个信号翻转的时间数据是另一时间数组，是不同长度的时钟周期；然后筛选同一时间数组数据存储在一起，形成一个新的时间数组。
8.根据权利要求2所述的一种自适应振镜控制信号接口的方法，其特征在于，所述对时间数组进行计算，得到时钟周期，根据时钟周期得到比特率具体为：计算时钟周期：将筛选产生的时间数组分别取均值，得到均值数组a(n),将相邻均值求绝对变化值p=|a[n]-a[n-1]|,得到新数组b(n-1)，所述新数组的最小值即为最小时钟周期，比特率即为1秒除以最小时钟周期所得频率值。
9.根据权利要求1所述的一种自适应振镜控制信号接口的方法，其特征在于，所述通过对字节数据进行解析，完成软件协议匹配具体包括以下步骤：
S21：数据帧定位：在码流数据中寻找数据帧标志，确定振镜控制指令的位置，所述数据帧标志由振镜协议的内容定义；
S22：校验域验证：对码流数据的内容进行校验，判断码流数据格式的合法性；
S23：命令解析：确认码流数据格式合法后，根据振镜控制指令的位置提取振镜控制指令和数据，完成软件协议匹配。
10.根据权利要求9所述的一种自适应振镜控制信号接口的方法，其特征在于，如果S22中校验失败，或S23中提取的控制指令无法识别，则需要重新进行S21的操作，但重新执行S21的过程中，振镜协议的内容进行改变。
11.一种自适应振镜控制信号接口的***，其特征在于，包括：
时钟监测模块：根据计数器的计数值来判断时钟信号有无变化，通过时钟失效标记将信号线码流发送到时钟同步信号收发模块或自同步信号收发模块，具体包括如下：所述时钟失效标记相当于一个选通开关，当时钟信号有变化时，计数器正常工作，计数值读数一致，时钟失效标记约定为0，信号线码流由时钟同步信号解码解析为字节数据；当时钟信号没有变化，计数器停止工作，计数值读数为0，时钟失效标记约定为1，信号线码流由自同步信号解码解析为字节数据；
信号侦听模块：通过持续性的对信号线上信号翻转的时间间隔进行测量，得到比特率，所述信号翻转是指电平从低到高再从高到低，或电平从高到低再从低到高的过程；
时钟同步信号收发模块：接收信号线码流，并解析为字节数据进行完整接收和记录；将字节数据发送到模式探测模块；
自同步信号收发模块：接收信号线码流，并解析为字节数据，对信号侦听模块得到的比特率进行识别，将字节数据进行完整接收和记录；将字节数据发送到模式探测模块；
模式探测模块：接收时钟同步信号收发模块和自同步信号收发模块发送到的字节数据，通过对字节数据进行解析，完成软件协议匹配。
12.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-10任一项所述的一种自适应振镜控制信号接口的方法的步骤。
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