TWI817831B - 具有建立動態位址表的串列通訊匯流排系統及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一種具有動態位址表的串列通訊匯流排系統及其控制方法，由主控裝置(Master)利用已分配位址和共同初始位址交互輪詢的方式，可偵測從屬裝置(Slave)從串列通訊匯流排上移除的狀態，並且在新的從屬裝置連接上匯流排時，即能直接偵測得知，並給予不與已連接從屬裝置位址衝突的新位址，免除習知技術必須針對所有從屬裝置重新分配位址的缺點。

Description

具有建立動態位址表的串列通訊匯流排系統及其控制方法
本發明係有關於串列通訊匯流排，特別是有關於一種具有動態位址表的串列通訊匯流排系統及其控制方法。
積體電路間匯流排(Inter-Integrated Circuit Bus，簡以I 2C稱之)屬於串列通訊匯流排(serial communication bus)之一類，使用多主從架構，係由荷蘭皇家飛利浦公司(Koninklijke Philips N.V.)在1980年代為了讓主機板、嵌入式系統或手機用以連接周邊裝置而發展出來的低速匯流排。I 2C可應用在主從系統控制架構上，如系統管理匯流排(System Management Bus，通稱SMBus)、電源管理匯流排(Power Management Bus，通稱PMBus)、智慧平台管理介面(Intelligent Platform Management Interface，通稱IPMI)、顯示數據通道(Display Data Channel，通稱DDC)、先進電信運算架構(Advanced Telecom Computing Architecture，通稱ATCA)等。
I²C匯流排只使用兩條雙向汲極開路(Open Drain)線，其中一條線為傳輸資料的串列資料線(SDA)，另一條線是啟動或停止傳輸以及傳送時鐘序列的串列時脈線(SCL)，這兩條線上都有上拉電阻。I²C允許相當大的工作電壓範圍，從典型的電壓準位為5V、3.3V、甚或更低工作電壓值。另外，I²C的參考設計是使用一個7位元長度的位址空間但保留了16個位址，所以在一組匯流排最多可和112個節點通訊。常見的I²C匯流排依傳輸速率的不同而有不同的模式：標準模式(Standard Mode，100 kbit/s)、低速模式(10 kbit/s)，但時脈頻率可被允許下降至零，這代表可以暫停通訊。而新一代的I²C匯流排可以和更多的節點(支援10位元長度的位址空間)以更快的速率通訊，諸如：較快速模式( Fast Mode，400 kbit/s)、快速模式(Fast-Mode Plus，1 Mbit/s)、高速模式(High-Speed Mode，3.4 Mbit/s)、以及超高速模式(Ultra-Fast Mode，5 Mbit/s)等傳輸速率。
然而，傳統I 2C匯流排系統設計上並未支援即插即用功能，故有台灣專利號第I741417號提出藉由串列資料線(SDA)產生脈衝信號，令I 2C匯流排能即時偵測連接狀態。然而上述台灣專利號第I741417號的技術，可能會導致新連接裝置(newly-connecting device)與已連接裝置(connected device)的位址衝突，破壞已連接裝置的正常傳輸操作，故當新裝置連接上I 2C匯流排之後，即必須針對所有裝置一併重新分配位址。
因此，本發明之一目的，在於提供一種具有動態位址表的串列通訊匯流排系統及其控制方法，由主控裝置(master)利用已分配位址和共同初始位址交互輪詢的方式，可偵測從屬裝置(slave)從串列通訊匯流排上移除的狀態，並且在新的從屬裝置連接上匯流排時，即能直接偵測得知，並給予不與已連接從屬裝置位址衝突的新位址，免除前述習知技術必須針對所有從屬裝置重新分配位址的缺點。
為獲致上述目的，本發明可藉由提供一種具有動態位址表的串列通訊匯流排系統，包括：一主控裝置；複數從屬裝置，該等從屬裝置每一者可以是一已連接裝置和一新連接裝置中之一者；一串列通訊匯流排，做為該主控裝置與該等從屬裝置間的連接介面；其中，該主控裝置具有一動態位址表，具有複數位元，分別對應於該等從屬裝置，若該從屬裝置為該已連接裝置，其對應的位元具有第一邏輯狀態值；若該從屬裝置為該新連接裝置，在連接前，其對應的位元具有第二邏輯狀態值，待連接後，由該主控裝置分配一模擬辨識碼(Simulated ID，以下簡以SID稱之)給該新連接裝置做為一裝置位址，待確認後將其對應位元的位元值由該第二邏輯狀態值更新為該第一邏輯狀態值，而該SID即成為該新連接之從屬裝置與主控裝置溝通之裝置位址。
再者，本發明尚提出一種控制方法，適用於具有一動態位址表的一串列通訊匯流排系統，該串列通訊匯流排系統包括一主控裝置、複數從屬裝置、以及連接該主控裝置和該從屬裝置間的一串列通訊匯流排，而該主控裝置具有該動態位址表；該控制方法包括下列步驟：(a) 初始化該動態位址表，該動態位址表具有複數位元，分別對應於該等從屬裝置，其中該等從屬裝置每一者為一已連接裝置和一新連接裝置中之一者；(b) 由主控裝置經由該串列通訊匯流排傳送該已連接裝置所分配的一裝置位址，待確認後，則將該動態位址表中相對應的該位元內的位元值設定為第一邏輯狀態，否則即將該動態位址表中相對應的該位元內的位元值設定為第二邏輯狀態，直至確認出該已連接裝置；(c) 當有該新連接裝置連接上該串列通訊匯流排時，尋找該動態位址表中該位元值為該第二邏輯狀態的該相對應位元，該主控裝置分配一模擬辨識碼給該新連接裝置做為其裝置位址，待確認後，即將該對應位元的該位元值由該第二邏輯狀態更新為該第一邏輯狀態；(d) 回復進行步驟(b)。
標準I 2C用兩條雙向汲極開路(Open-Drain)的串列訊號線SCL/SDA，主控裝置端係以固定的裝置位址跟I 2C從屬裝置做訊號溝通。當有兩個相同位址的裝置同時連接，即會發生位址衝突。另外，現有的通訊技術SMBus雖然可透過額外的接腳通知主控裝置端；但也只能做即時偵測連接或移除，並無法解決位址衝突的問題。
本發明即於提供一種具有動態位址表的串列通訊匯流排系統及其控制方法，由主控裝置(Master Device)利用已分配位址和共同初始位址交互輪詢的方式，可偵測從屬裝置(Slave Device)從串列通訊匯流排上是否已被移除的狀態；並且在新的從屬裝置連接上串列通訊匯流排時，即能直接偵測得知，並給予不與已連接從屬裝置位址衝突的新位址，在實現即插即用功能時，即無需針對所有從屬裝置重新分配位址。
請參見圖1，所示為根據本發明的串列通訊匯流排系統一較佳實施例的示意方塊圖。即如圖1，串列通訊匯流排裝置係以I 2C匯流排為例，該I 2C匯流排裝置包括：一I 2C主控裝置1、若干I 2C從屬裝置2(圖1繪示多個從屬裝置2A、2B、2C、…、2N等，下文有部分說明會簡以標號2代表複數從屬裝置的全部或部分)、以及連接其間的I 2C匯流排3等。
根據本發明，為求能達到即時偵測與即時配對位址，本發明提出先在主控裝置1端建立動態位址表(Dynamic Address Table)後，採用7位元長度的位址當作欲分配的從屬裝置SID(假若以I 2C匯流排所具有的7個位址位元為例，故動態位址表即應以位元0-127分別對應於128組位址)，事先協議以任意一個位址為一共同初始位址(可以在128組位址中任意一個位址，譬如選擇使用General Call位址0b0000000或0x00、抑或是指定其它位址0b1111111或0x7F為共同初始位址)。假若共同初始位址是127(即位址0b1111111或0x7F)時，則主控裝置1會以位址0x7F為廣播位址(broadcast address)，而隨後指定的SID就會避開這個共同初始位址。
簡言之，本發明是以分配裝置位址再搭配SID交互輪詢(polling)的方式實現。先是偵測I 2C匯流排3上是否有從屬裝置2連接或移除，並且在有新的從屬裝置2連接上I 2C匯流排3時，即可透過動態位址表直接分配一個新的SID做為新連接的從屬裝置2的裝置位址(Device Address)，並由該新連接從屬裝置2開始以被指定的SID做為裝置位址，藉此經由I 2C匯流排3與主控裝置1進行連接。因此，就不會與已連接至I 2C匯流排3的從屬裝置2已被指定的裝置位址產生衝突。換句話說，上述動態位址表也就是從屬裝置2的即時連接狀態表(connection status table)，由主控裝置1負責即時偵測各個從屬裝置2的連接狀態，而據以更新動態位址表。
根據本發明，上述動態位址表可由以下三種方式建立產生：一、I 2C主控裝置1藉由硬體線路偵測連接狀態，據以產生動態位址表後儲存至自身暫存器內；二、由可程式化的控制器，藉由變更韌體的方式模擬I 2C主控裝置1，經過偵測連接狀態後產生動態位址表；三、藉由軟體控制任意具有I 2C主控裝置1功能的裝置，經由偵測訊號偵測後產生動態位址表。
另外，從屬裝置2端的部分，係在啟動後先由從屬裝置2接受共同初始位址(詳情已如上述)命令，待收到該共同初始命令後，即行判斷是否可取得SID的權限；若是，則根據動態位址表中相對應位元的位元值為0，即可由主控裝置1授權一個新的SID給從屬裝置2做為裝置位址。若能確認可取得SID權限，即可以所取得的SID做為此從屬裝置2的裝置位址，經此得與主控裝置1進行通訊。
請參照圖2，所示為根據本發明的串列通訊匯流排系統實現即插即用的硬體架構方塊圖。如圖2所示，即在多個相同裝置位址D同時連接的情況下，本發明可以透過分配SID的方式獲致與個別從屬裝置2獨立通訊。即如圖2所示，從屬裝置21、從屬裝置22、從屬裝置23、從屬裝置24均具有相同裝置位址D連接至匯流排3，則經由主控裝置1端分別分配SID1、SID2、SID3、SID4等給從屬裝置21、從屬裝置22、從屬裝置23、從屬裝置24，至於分配成功與否，係待主控裝置1依序發出SID，當收到相對應確認信號ACK時，即代表SID分配成功。
請參照圖3，所示為根據本發明串列通訊匯流排系統的控制方法一較佳實施例的控制流程圖，二進位碼分別有第一邏輯狀態和第二邏輯狀態，下文所述實施例中，係以邏輯1為第一邏輯狀態、邏輯0為第一邏輯狀態，但僅為示例之用，並非用以限定本發明。如圖3所示，首先進行步驟300，將動態位址表進行初始化(initialization)，將動態位址表所有位元值均清除為0。此時從屬裝置2並未給定裝置位址，尚無法與主控裝置溝通，因此所有從屬裝置2通電後全部約定以共同初始位址與主控裝置1做溝通。如果從屬裝置2一直沒被斷電，則持續使用以被分配的SID作為裝置位址與主控裝置1進行溝通。反觀主控裝置1通電後，即會避開共同初始位址，再逐一掃描位址是否有未斷電的從屬裝置；如有，則在動態位址表格內相對應位元的位元值註記為1，當全部欲分配的位址掃描結束之後即完成初始化。
由於本實施例的串列通訊匯流排係以I 2C匯流排為例，故此動態位址表包含0~127位元。然後，進行至步驟301，藉由I 2C匯流排以輪詢方式進行掃描，判斷是否能收到已分配裝置位址的從屬裝置2 (抑或稱為「已連接」的從屬裝置)所回覆的確認信號ACK？若否，則進行步驟303，將已分配SID加一，同時動態位址表中的相對位元位置也要加一，接著進行步驟304；若在步驟301判斷有收到確認信號ACK，則進行至步驟302，更新動態位址表，將相對應位元的位元值設定為1。然後，進行至步驟304將SID加一後，到步驟304判斷是否完成所有127個位址的掃描動作。若未完成，回復步驟300-303等步驟，直至將128個位元的動態位址表建立完成為止。
再請參照圖3，接著進行步驟305，判斷動態位址表中位元值為1者？若動態位址表當下位元值是為1者，則進行步驟306逕行根據動態位址表中該位元所對應從屬裝置2的裝置位址，由主控裝置1則發出Write Command，針對當下位元值為1所對應從屬裝置2的裝置位址發出I 2C資料，再於步驟307判斷是否到該對應裝置位址的從屬裝置2回覆的確認信號ACK？若是，則回復至步驟305繼續尋找動態位址表中下一個位元的位元值為1者；若否，則進行至步驟308，將動態位址表中相對應位元的位元值更新為0後，再回復至步驟305繼續尋找動態位址表中下一個位元的位元值為1者。
圖3中，若在步驟305判斷得知動態位址表中已無位元值為1的位元時，則進行步驟309，改尋找動態位址表第一個位元值為0的位元。然後，進行至步驟310，針對該位元值為0者設定SID並連同初始位址一併發出，以廣播模式傳送SID位址給新連接裝置，進行至步驟311判斷是否收到確認信號ACK？若是，表示此時的從屬裝置屬於新連接裝置，則進行步驟312將動態位址表相對應位元的位元值更新為1後，回復至步驟305；若否，則逕行回復至步驟305。進一步說，步驟309-312係用以解釋圖2位址衝突時，以指定不同SID做為個別從屬裝置2的裝置位址。
參照圖4，所示為根據圖2和圖3實施例的實際範例，然僅為便於方便說明之用，並非用以限定本發明申請專利範圍。如圖4所示，根據已建立的動態位址表40，I 2C主控裝置1會依序檢查位元值為1的所在位置，並針對這些位元值為1的位元，發出所對應的裝置位址(Device Address)，如圖4所示範例中，bit0、bit2、bit3、bit4、bit5的位元值均為1，因此主控裝置1會在I 2C匯流排SDA線上依序發出該等位元所對應的裝置位址Device Address 0x01、Device Address 0x03、Device Address 0x04、Device Address 0x05、Device Address 0x06，再等候該等裝置位址的從屬裝置2是否回覆ACK確認信號給主控裝置1，以確認該等從屬裝置處於連接狀態；若有從屬裝置2未能回覆ACK確認信號，表示該從屬裝置2已移除，則主控裝置1會將動態位址表40中相對應位元的位元值更新為0。
然後，當檢查完所有位元值為1的為位元後，只需檢查第一個位元值為0的位元，在圖4所示範例中，即為位元bit1，其位元值為0。此時，主控裝置1即在I 2C匯流排3的SDA線發出共同初始位址，允許新的從屬裝置連接後，再針對bit1發出相對應的SID=0x02。如此，即可有效率的偵測從屬裝置2的連接或移除的即時連接狀態。
由於圖4僅為示例之用，而I 2C匯流排為序列通訊匯流排，所以圖4所示並非相同時間的時序圖，僅表示匯流排內依序發出的裝置位址或SID，於此合先敘明。
因此，本發明所揭示之具有動態位址表的串列通訊匯流排系統及其控制方法，由主控裝置利用已分配位址和共同初始位址交互輪詢的方式，可偵測從屬裝置從串列通訊匯流排上是否已被移除的狀態，亦可在新的從屬裝置連接上串列通訊匯流排時，即能直接偵測得知，並給予不與已連接從屬裝置位址衝突的新位址，在實現即插即用功能時，可避免針對所有從屬裝置重新分配位址的缺點。
1:主控裝置 2,2A~2N,21~24:從屬裝置 3:串列通訊匯流排 300~312:控制方法流程步驟 40:動態位址表
圖1係顯示根據本發明的串列通訊匯流排系統一較佳實施例的示意方塊圖。 圖2係顯示根據本發明的串列通訊匯流排系統實現即插即用的硬體架構方塊圖。 圖3係顯示根據本發明的串列通訊匯流排系統的控制方法一較佳實施例的控制流程圖。 圖4所示為根據圖2和圖3實施例的實際範例示意圖。
300~312:控制方法流程步驟

Claims (14)

  1. 一種具有動態位址表的串列通訊匯流排系統，包括： 一主控裝置； 複數從屬裝置，該等從屬裝置每一者可以是一已連接裝置和一新連接裝置中之一者；以及 一串列通訊匯流排，做為該主控裝置與該等從屬裝置間的連接介面；其中，該主控裝置具有一動態位址表，具有複數位元，分別對應於該等從屬裝置，若該從屬裝置為該已連接裝置，其對應的位元具有第一邏輯狀態；若該從屬裝置為該新連接裝置，在連接前，其對應的位元具有第二邏輯狀態，待連接後，由該主控裝置分配一模擬辨識碼給該新連接裝置做為一裝置位址，待確認後將其對應位元的位元值由該第二邏輯狀態更新為該第一邏輯狀態。
  2. 如請求項1所述的具有動態位址表的串列通訊匯流排系統，其中該串列通訊匯流排是I 2C匯流排。
  3. 如請求項2所述的具有動態位址表的串列通訊匯流排系統，其中該動態位址表具有一共同初始位址。
  4. 如請求項3所述的具有動態位址表的串列通訊匯流排系統，其中該共同初始位址可以是General Call位址。
  5. 如請求項2所述的具有動態位址表的串列通訊匯流排系統，其中該動態位址表具有128個位元。
  6. 如請求項1所述的具有動態位址表的串列通訊匯流排系統，其中該第一邏輯狀態為邏輯1，該第二邏輯狀態為邏輯0。
  7. 如請求項1所述的具有動態位址表的串列通訊匯流排系統，其中待確認方式係以一確認信號實現。
  8. 一種控制方法，適用於具有一動態位址表的一串列通訊匯流排系統，該串列通訊匯流排系統包括一主控裝置、複數從屬裝置、以及連接該主控裝置和該從屬裝置間的一串列通訊匯流排，而該主控裝置具有該動態位址表；該控制方法包括下列步驟： (a) 初始化該動態位址表，該動態位址表具有複數位元，分別對應於該等從屬裝置，其中該等從屬裝置每一者為一已連接裝置和一新連接裝置中之一者； (b) 由主控裝置經由該串列通訊匯流排傳送該已連接裝置所分配的一裝置位址，待確認後，則將該動態位址表中相對應的該位元內的位元值設定為第一邏輯狀態，否則即將該動態位址表中相對應的該位元內的位元值設定為第二邏輯狀態，直至確認出該已連接裝置； (c) 當有該新連接裝置連接上該串列通訊匯流排時，尋找該動態位址表中該位元值為該第二邏輯狀態的該相對應位元，該主控裝置分配一模擬辨識碼給該新連接裝置做為其裝置位址，待確認後，即將該對應位元的該位元值由該第二邏輯狀態更新為該第一邏輯狀態；以及 (d) 回復進行步驟(b)。
  9. 如請求項8所述的控制方法，其中該串列通訊匯流排是I 2C匯流排。
  10. 如請求項9所述的控制方法，其中該動態位址表具有一共同初始位址。
  11. 如請求項10所述的控制方法，其中該共同初始位址可以是General Call位址。
  12. 如請求項9所述的控制方法，其中該動態位址表具有128個位元。
  13. 如請求項8所述的控制方法，其中該第一邏輯狀態為邏輯1，該第二邏輯狀態為邏輯0。
  14. 如請求項8所述的控制方法，其中步驟(b)和(c)的該待確認方式係以一確認信號實現。
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