CN115643126A - 基于spi总线的通信方法、装置和协议栈 - Google Patents

Abstract

本申请涉及通信技术领域，提供一种基于SPI总线的通信方法、装置和协议栈，该基于SPI总线的通信方法通过应用层接收功能应用发送的命令消息，并根据命令消息计算相应的命令长度；调用传输层的第一发送接口，通过第一发送接口根据命令长度对命令消息进行帧处理，得到至少一个帧数据；通过数据链路层的第二发送接口向至少一个帧数据中添加第一帧起始符和第一校验码，得到第一通信数据，并通过驱动层和物理层将第一通信数据发送至对端，本申请可以提供更加可靠的连接管理。

Description

基于SPI总线的通信方法、装置和协议栈

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体而言，涉及一种基于SPI总线的通信方法、装置和协议栈。

背景技术

SPI(Serial Peripheral Interface，串行外部设备接口)总线是一种高速全双工的通信总线，以主从方式进行工作，通常有一个主设备以及一个或多个从设备，被广泛应用于ADAS(Advanced Driving Assistance System，高级驾驶辅助***)域控制器SOC(Systemon Chip，***级芯片)之间传输数据。通常SPI总线只定义了物理层相关的通信规范，无上层报文格式定义和传输协议保障，无法提供可靠的连接管理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于SPI总线的通信方法、基于SPI总线的通信协议栈、基于SPI总线的通信装置、终端设备和可读存储介质。

第一方面，本发明提供一种基于SPI总线的通信方法，所述方法包括:

通过应用层接收功能应用发送的命令消息，并根据所述命令消息计算相应的命令长度；

调用传输层的第一发送接口，通过所述第一发送接口根据所述命令长度对所述命令消息进行帧处理，得到至少一个帧数据；

通过数据链路层的第二发送接口向所述至少一个帧数据中添加第一帧起始符和第一校验码，得到第一通信数据，并通过驱动层和物理层将所述第一通信数据发送至对端。

在可选的实施方式中，所述方法还包括：

通过所述数据链路层接收来自对端发送的第二通信数据，并基于第二帧起始符和第二校验码对所述第二通信数据进行校验；

在所述第二通信数据校验通过后，通过所述传输层的第一接收接口对所述第二通信数据进行缓存，并在接收到所述第二通信数据的尾帧后对所述第二通信数据进行组包，得到数据包；

基于所述应用层的第二接收接口根据所述数据包的功能命令ID将所述数据包发送至对应的功能应用。

在可选的实施方式中，还包括：

在所述第二通信数据校验失败后，将发送错误应答至所述对端。

在可选的实施方式中，所述据所述命令消息计算相应的命令长度，包括：

基于所述命令消息填写相应的功能命令ID和时间戳，并计算相应的命令长度。

在可选的实施方式中，所述通过所述第一发送接口根据所述命令长度对所述命令消息进行帧处理，得到至少一个帧数据，包括：

通过所述第一发送接口根据所述命令长度确定所述命令消息对应的帧模式，其中，所述帧模式的类型包括单帧模式和连续帧模式；

当所述帧模式的类型为所述连续帧模式时，将所述命令消息拆分为至少一个定长数据，并按照传输层协议对所述至少一个定长数据进行封装，得到至少一个帧数据。

在可选的实施方式中，所述通过所述第一发送接口根据所述命令长度确定所述命令消息对应的帧模式，包括：

当所述命令长度小于等于预设长度时，选取所述单帧模式；

当所述命令长度大于所述预设长度时，选取所述连续帧模式。

第二方面，本发明提供一种基于SPI总线的通信协议栈，所述通信协议栈包括应用层、传输层和数据链路层；

应用层用于接收功能应用发送的命令消息，并根据所述命令消息计算相应的命令长度；

传输层用于通过第一发送接口根据所述命令长度对所述命令消息进行帧处理，得到至少一个帧数据；

数据链路层用于通过数据链路层的第二发送接口向所述至少一个帧数据中添加第一帧起始符和第一校验码，得到第一通信数据，并通过驱动层和物理层将所述第一通信数据发送至对端。

第三方面，本发明提供一种基于SPI总线的通信装置，所述装置包括：

接收模块，用于通过应用层接收功能应用发送的命令消息，并根据所述命令消息计算相应的命令长度；

分片模块，用于调用传输层的第一发送接口，通过所述第一发送接口根据所述命令长度对所述命令消息进行帧处理，得到至少一个帧数据；

发送模块，用于通过数据链路层的第二发送接口向所述至少一个帧数据中添加第一帧起始符和第一校验码，得到第一通信数据，并通过驱动层和物理层将所述第一通信数据发送至对端。

第四方面，本发明提供一种终端设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序在所述处理器上运行时执行任一项所述的基于SPI总线的通信方法。

第五方面，本发明提供一种可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序在处理器上运行时任一项所述的基于SPI总线的通信方法。

本发明实施例的有益效果是：

本申请实施例提供一种基于SPI总线的通信方法，该基于SPI总线的通信方法通过应用层接收功能应用发送的命令消息，并根据命令消息计算相应的命令长度；调用传输层的第一发送接口，通过第一发送接口根据命令长度对命令消息进行帧处理，得到至少一个帧数据；通过数据链路层的第二发送接口向至少一个帧数据中添加第一帧起始符和第一校验码，得到第一通信数据，并通过驱动层和物理层将第一通信数据发送至对端，本申请可以提供更加可靠的连接管理。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。

图1示出了本申请实施例提出的一种基于SPI总线的通信协议栈的结构示意图；

图2示出了本申请实施例提出的一种基于SPI总线的通信方法的第一流程示意图；

图3示出了本申请实施例提出的一种基于SPI总线的通信方法中确定帧数据的流程示意图；

图4示出了本申请实施例提出的一种基于SPI总线的通信方法中的第二流程示意图；

图5示出了本申请实施例提供的一种基于SPI总线的通信装置的结构示意图。

主要元件符号说明：

10-基于SPI总线的通信装置；11-接收模块；12-分片模块；13-发送模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。

实施例1

在本申请中，如图1所示，基于SPI总线的通信协议栈包括主节点(Master节)和从节点(Slave节点)，主节点和从节点均包括硬件部分和数据链路层(Data Link Layer)、传输层(Transport Layer)和应用层(Application Layer)，硬件部分包括物理层(PhysicalLayer)、驱动层(SPI Driver)，物理层是通过芯片的SPI控制器硬件实现的；驱动层为芯片的驱动部分，主要用于提供底层SPI的SPI帧收发及相关GPIO(General-purpose input/output，通用输入/输出口)的中断通知机制。其中，数据链路层用于实现SPI通信协议管理，将采用固定长度SPI帧；传输层将负责功能应用的数据分片操作，用于与应用层之间传输可变长度的数据块；应用层用于实现功能应用定义数据的SPI消息的协议传输，应用层与功能应用之间通过进程间通信交互数据分发。

请参考图2，本申请实施例提出一种基于SPI总线的通信方法，示范性地，该基于SPI总线的通信方法包括步骤S100～S300。

步骤S100：通过应用层接收功能应用发送的命令消息，并根据命令消息计算相应的命令长度。

可以理解的是，应用层采用通用的数据格式，例如xml格式以及JSON格式等，应用层的协议可以为DNS域名***、HTTP超文本传送协议和FTP文件传输协议等，不同协议对应不同的协议ID。命令消息由Msg Header(消息标题)和Msg Content(消息内容)组成，消息标题包括功能命令ID、命令长度、协议ID和时间戳，消息内容为功能应用定义的数据，不限制长度，并且将通过传输层对应用层发送的消息数据进行数据拆分。示范性地，应用层格式如表1所示，消息标题定义如表2所示。

Byte0-15	Byte16-x
		Msg Header	Msg Content

表1

表2

在本申请中，功能应用将通过进程间通信发送命令消息至应用层，应用层将接收该命令消息，并且将根据命令消息确定在应用层填写完功能命令ID和补充完时间戳后，并计算相应的命令长度。命令消息的消息标题包括协议ID、功能命令ID和时间戳等，在接收到命令消息后，将在应用层中根据该消息标题填写相应的功能命令ID和补充相应的时间戳，并计算该命令消息相应的命令长度。

步骤S200：调用传输层的第一发送接口，通过第一发送接口根据命令长度对命令消息进行帧处理，得到至少一个帧数据。

可以理解的是，传输层用于实现定长分片机制，即将把长的数据拆分成若干定长数据后发送，再对拆分后的数据进行发送，发送时把应用层拆分后的数据按传输层协议进行封装，封装完成后通过数据链路层进行发送，当发送完成时将接收到成功发送通过的通知，此外，当应用层接收数据时，将缓存接收的来自对端的数据，并根据传输层协议对数据进行组包。

其中，根据应用层接收的数据长度将命令消息分为单帧模式和连续帧模式，并且将通过Mask掩码进行区分，即传输层首字节。其中，Mask掩码的描述如表3所示，包括尾帧标志、连续帧标志、首帧标志和预留部分等。单帧模式的格式如表4所示，多帧模式即为连续帧模式，连续帧模式分为首帧和非首帧，首帧格式与单帧模式的格式相同，非首帧格式如表5所示，包括分片掩码、分片序号和分片数据等，本申请中将通过Mask掩码区分消息数据为首帧还是为非首帧。

表3

表4

Byte0	Byte1	Byte2～251
			Mask(分片掩码)	Count(分片序号)	Data(分片数据)

表5

传输层包括第一发送接口，在得到命令长度后，调用传输层的第一发送接口，通过第一发送接口根据命令长度对命令消息进行相应的帧处理，得到至少一个帧数据。

在一种实施方式中，如图3所示，通过第一发送接口根据命令长度对命令消息进行帧处理，得到至少一个帧数据，包括子步骤S210～S220。

子步骤S210：通过第一发送接口根据命令长度确定命令消息对应的帧模式，其中，帧模式的类型包括单帧模式和连续帧模式。

在本申请中，在被调用的传输层的第一发送接口，将根据命令消息的命令长度选择对应的帧模式，其中，帧模式为单帧模式或连续帧模式。当命令长度小于等于预设长度时，选取单帧模式；当命令长度大于预设长度时，选取连续帧模式。例如，当需要传输层传输的应用数据不超过248Bytes时，选取单帧模式，当需要传输层传输的应用数据大于248Bytes时，选取连续帧帧模式。

子步骤S220：当帧模式的类型为连续帧模式时，将命令消息拆分为至少一个定长数据，并按照传输层协议对至少一个定长数据进行封装，得到至少一个帧数据。

在确定相应的帧模式后，当帧模式的类型为连续帧模式时，将对命令消息进行数据分片，即将命令消息拆分为至少一个定长数据，并且得到的至少一个定长数据根据传输层协议进行封装，从而得到相应的至少一个帧数据，并将该至少一个帧数据通过数据链路层进行发送。

步骤S300：通过数据链路层的第二发送接口向至少一个帧数据中添加第一帧起始符和第一校验码，得到第一通信数据，并通过驱动层和物理层将第一通信数据发送至对端。

可以理解的是，数据链路层在物理层提供的服务基础上将向传输层提供服务，主要包括添加和识别每帧的起始符和结束符，通过相应的校验机制进行校验，例如，CRC(Cyclic Redundancy Check，循环冗余校验)和CHECKSUM校验等，以及相应的错误诊断机制及错误处理机制对数据进行诊断处理，数据链路层的具体格式如表6所示。其中，Sync占8bit(比特位)，表示同步；RC占8bit，表示滚动计数器，主要用于监督数据链路层是否丢帧；CRC16/Checksum16占16bit，表示循环验证码，主要用于差错校验；Data表示数据链路层传输的有用数据。

Byte0	Byte1	Byte2～3	Byte4～255
				Sync	RC	CRC16/Checksum16	Data

表6

在本申请中，数据链路层包括第二发送接口，通过被调用的数据链路层的第二接口向得到的至少一个帧数据中添加第一帧起始符和第一校验码，以保证数据的完整性和准确性，并且将添加第一帧起始符和第一校验码后得到的第一通信数据通过驱动层和物理层发送至相应的对端。

在一种实施方式中，如图4所示，该方法还包括步骤S400～S600。

步骤S400：通过数据链路层接收来自对端发送的第二通信数据，并基于第二帧起始符和第二校验码对第二通信数据进行校验。

在本申请中，数据链路层还将接收对端通过发送的第二通信数据，其中，第二通信数据包括第二帧起始符和第二校验码。在数据链路层接收到第二通信数据后，将根据第二帧起始符进行定界，以找出一帧的开始，而后将通过相应的校验方法对第二通信数据中的第二校验码进行校验，如CRC和CHECKSUM校验等校验方法，从而保证第二通信数据的完整性和准确性。若第二通信数据校验失败，则执行步骤S700：将发送错误应答至对端。若第二通信数据校验通过，则执行步骤S500。其中，第一通信数据位发送的数据，第二通信数据为接收的数据。

步骤S500：通过传输层的第一接收接口对第二通信数据进行缓存，并在接收到第二通信数据的尾帧后对第二通信数据进行组包，得到数据包。

传输层包括第一接收接口，在数据帧校验通过后，将回调传输层的第一接收接口，并通过该第一接收接口接收，对接收的第二通信数据进行缓存。在第二通信数据包括相应的尾帧标志，当传输层的第一接收接口识别到该尾帧标志时，即传输层接收到相应的尾帧。在接收到第二通信数据的尾帧后，将发送应答通知至对端，并且按照传输层协议进行组包，并得到相应的数据包。应用层包括第二接收接口，在传输层组包完成后，将回调应用层的第二接收接口。

步骤S600：基于应用层的第二接收接口根据数据包的功能命令ID将数据包发送至对应的功能应用。

可以理解的是，组包得到的数据包中包括相应的消息内容、命令长度、功能命令ID等内容，每个功能命令ID均对应一个功能应用，通过应用层的第二接收接口根据数据包中的功能命令ID将数据包发送至对应的功能应用。

本申请解决了SPI总线只定义了物理层相关的通信规范，无上层报文格式定义和传输协议保障，无法提供可靠连接管理的问题，本申请可以提供更加可靠的连接管理。

基于上述实施例的基于SPI总线的通信方法，提出了一种基于SPI总线的通信协议栈，通信协议栈包括应用层、传输层和数据链路层。

应用层用于接收功能应用发送的命令消息，并根据所述命令消息计算相应的命令长度；

传输层用于通过第一发送接口根据所述命令长度对所述命令消息进行帧处理，得到至少一个帧数据；

数据链路层用于通过数据链路层的第二发送接口向所述至少一个帧数据中添加第一帧起始符和第一校验码，得到第一通信数据，并通过驱动层和物理层将所述第一通信数据发送至对端。

可以理解，本实施例的方法步骤对应于上述实施例中的基于SPI总线的通信方法的相应功能，其中，上述基于SPI总线的通信方法的可选项同样适用于本实施例的方法，这里不再重复描述。

基于上述实施例的基于SPI总线的通信方法，图5示出了本申请实施例提供的一种基于SPI总线的通信装置10的结构示意图。该基于SPI总线的通信装置10包括：

接收模块11，用于通过应用层接收功能应用发送的命令消息，并根据所述命令消息计算相应的命令长度；

分片模块12，用于调用传输层的第一发送接口，通过所述第一发送接口根据所述命令长度对所述命令消息进行帧处理，得到至少一个帧数据；

发送模块13，用于通过数据链路层的第二发送接口向所述至少一个帧数据中添加第一帧起始符和第一校验码，得到第一通信数据，并通过驱动层和物理层将所述第一通信数据发送至对端。

本实施例的基于SPI总线的通信装置10用于执行上述实施例的基于SPI总线的通信方法，上述实施例所涉及的实施方案以及有益效果在本实施例中同样适用，在此不再赘述。

本申请实施例还提供一种终端设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，计算机程序在处理器上运行时执行上述的基于SPI总线的通信方法。

本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，计算机程序在处理器上执行时，实施上述的基于SPI总线的通信方法。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块或模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是智能手机、个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于SPI总线的通信方法，其特征在于，所述方法包括:

通过应用层接收功能应用发送的命令消息，并根据所述命令消息计算相应的命令长度；

调用传输层的第一发送接口，通过所述第一发送接口根据所述命令长度对所述命令消息进行帧处理，得到至少一个帧数据；

通过数据链路层的第二发送接口向所述至少一个帧数据中添加第一帧起始符和第一校验码，得到第一通信数据，并通过驱动层和物理层将所述第一通信数据发送至对端。

2.根据权利要求1所述的基于SPI总线的通信方法，其特征在于，还包括：

通过所述数据链路层接收来自对端发送的第二通信数据，并基于第二帧起始符和第二校验码对所述第二通信数据进行校验；

在所述第二通信数据校验通过后，通过所述传输层的第一接收接口对所述第二通信数据进行缓存，并在接收到所述第二通信数据的尾帧后对所述第二通信数据进行组包，得到数据包；

基于所述应用层的第二接收接口根据所述数据包的功能命令ID将所述数据包发送至对应的功能应用。

3.根据权利要求2所述的基于SPI总线的通信方法，其特征在于，还包括：

在所述第二通信数据校验失败后，将发送错误应答至所述对端。

4.根据权利要求1至3任一项所述的基于SPI总线的通信方法，其特征在于，所述据所述命令消息计算相应的命令长度，包括：

基于所述命令消息填写相应的功能命令ID和时间戳，并计算相应的命令长度。

5.根据权利要求1所述的基于SPI总线的通信方法，其特征在于，所述通过所述第一发送接口根据所述命令长度对所述命令消息进行帧处理，得到至少一个帧数据，包括：

通过所述第一发送接口根据所述命令长度确定所述命令消息对应的帧模式，其中，所述帧模式的类型包括单帧模式和连续帧模式；

当所述帧模式的类型为所述连续帧模式时，将所述命令消息拆分为至少一个定长数据，并按照传输层协议对所述至少一个定长数据进行封装，得到至少一个帧数据。

6.根据权利要求5所述的基于SPI总线的通信方法，其特征在于，所述通过所述第一发送接口根据所述命令长度确定所述命令消息对应的帧模式，包括：

当所述命令长度小于等于预设长度时，选取所述单帧模式；

当所述命令长度大于所述预设长度时，选取所述连续帧模式。

7.一种基于SPI总线的通信协议栈，其特征在于，所述通信协议栈包括应用层、传输层和数据链路层；

应用层用于接收功能应用发送的命令消息，并根据所述命令消息计算相应的命令长度；

传输层用于通过第一发送接口根据所述命令长度对所述命令消息进行帧处理，得到至少一个帧数据；

数据链路层用于通过数据链路层的第二发送接口向所述至少一个帧数据中添加第一帧起始符和第一校验码，得到第一通信数据，并通过驱动层和物理层将所述第一通信数据发送至对端。

8.一种基于SPI总线的通信装置，其特征在于，所述装置包括：

接收模块，用于通过应用层接收功能应用发送的命令消息，并根据所述命令消息计算相应的命令长度；

分片模块，用于调用传输层的第一发送接口，通过所述第一发送接口根据所述命令长度对所述命令消息进行帧处理，得到至少一个帧数据；

发送模块，用于通过数据链路层的第二发送接口向所述至少一个帧数据中添加第一帧起始符和第一校验码，得到第一通信数据，并通过驱动层和物理层将所述第一通信数据发送至对端。

9.一种终端设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序在所述处理器上运行时执行权利要求1至6任一项所述的基于SPI总线的通信方法。

10.一种可读存储介质，其特征在于，其存储有计算机程序，所述计算机程序在处理器上运行时执行权利要求1至6任一项所述的基于SPI总线的通信方法。

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