一种基于HDLC协议的同步422转USB模块和转换器的制作方法

一种基于hdlc协议的同步422转usb模块和转换器
技术领域
1.本发明软件工程技术领域，特别涉及一种基于hdlc协议的同步422转usb模块和转换器。


背景技术：

2.现有技术中实现hdlc协议有下面几种方法：
3.(1)专用hdlc协议接口芯片加微处理器，如采用80c51单片机和mt8952b接口芯片实现了hdlc协议通信，但这种方式专用性强，难以通用于不同版本，缺乏灵活性；
4.(2)直接使用芯片集成的hdlc接口，如s3c451ob器件集成了两通道的hdlc控制，但集成的hdlc控制器都包含了较多的接口控制寄存器，需要配备相应的协处理器，其结构复杂，专业性太强，也会带来成本高等问题；
5.(3)软件编程
6.由于微控制器或信号处理器是基于字的处理，而hdlc协议帧的解析和生成是比特的处理，会增加微处理器或信号处理器的负荷，执行速度慢，处理的通道数量有限，但软件编程方式更为灵活，仅需修改程序就可以适用于不同的hdlc应用，对于个别路数的低速信号处理更具优势。
7.由上所述可知，对于单路或双路采用特殊帧格式的hdlc协议的解析和生成，采用软件编程方式更为合适。
8.市场现有的使用hdlc协议的同步422转换器多为多路采集卡、通讯卡形式，有通过pcie接口直接和主机通信的形式，也有转换成rs485、sdi等接口的形式，但全部都是体积臃肿、价格在五位数以上的商用产品，对于民用、技术开发人员、测试人员和电子爱好者来说价格十分不友好。同时日益增多的面向个人的设备或小型化设备的同步422接口多为单通道，市场的采集卡就显得功能冗余和浪费。


技术实现要素：

9.为了解决上述技术问题中的至少一个，本发明提供了一种基于hdlc协议的同步422转usb模块和转换器。
10.第一方面，本发明提供了一种基于hdlc协议的同步422转usb模块，该模块包括：fpga系统、同步422差分驱动电路和usb驱动电路，其中，所述fpga系统包括fpga芯片、晶振电路和复位电路，所述晶振电路和所述复位电路分别连接所述fpga芯片；所述同步422差分驱动电路和所述usb驱动电路分别与所述fpga芯片连接，所述usb驱动电路通过接口转换芯片将所述fpga芯片生成的串口数据和时钟信号输出为所述usb的差分信号，所述同步422差分驱动电路通过差分驱动芯片将所述fpga芯片生成的串口数据和时钟信号输出为所述同步422的差动信号。
11.可选地，该模块还包括：与所述fpga芯片连接的jtag电路，用于对所述fpga芯片的hdlc协议进行修正。
12.可选地，该模块还包括：降压电路，所述降压电路的一端与电源连接，另一端为所述fpga芯片提供工作电压。
13.可选地，所述降压电路包括开关电源芯片，所述开关电源芯片将电源电压转换为所述fpga芯片的供电电压。
14.可选地，所述降压电路包括线性稳压器件，所述线性稳压器件将所述供电电压转换为所述fpga芯片的基准电压。
15.可选地，所述fpga芯片被配置为具有hdlc协议和usb串口通信协议。
16.可选地，所述接口转换芯片包括sit3088芯片。
17.可选地，所述差分驱动芯片包括ft232r芯片。
18.第二方面，本发明提供了一种基于hdlc协议的同步422转usb的转换器，所述转换器包含第一方面中任一所述基于hdlc协议的同步422转usb模块。
19.可选地，所述转换器还包括usb接口和同步422接口，所述usb接口与usb驱动电路连接，所述同步422接口与同步422差分驱动电路连接。
20.第三方面，本发明提供了一种pcb面板，第一方面中任一所述基于hdlc协议的同步422转usb模块配置于所述pcb面板。
21.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
22.本发明基于hdlc协议实现同步422转usb，相比较已有的hdlc协议采集器，本发明设计简单、功耗低，且成本低，可有效的使同步422接口、hdlc协议普遍化。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1是本发明实施例提供的一种基于hdlc协议的同步422转usb模块的示意图；
25.图2是本发明实施例提供的一种基于hdlc协议的同步422转usb模块中信号传递的示意图。
具体实施方式
26.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通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。
27.本发明提供了一种基于hdlc协议的同步422转usb模块。
28.(1)硬件结构
29.整个电路由fpga最小系统(fpga芯片 晶振电路 复位电路)、jtag电路、同步422差分驱动电路、usb驱动电路和降压电路组成。系统框图如图1所示。
30.其中fpga最小系统是fpga工作的最精简电路形式，以最小的空间、功耗成本使fpga工作。为方便对不同hdlc协议内容修正，如帧头改变等，添加了jtag电路方便技术人员
二次开发。
31.同步422差分驱动电路通过差分驱动芯片sit3088将fpga生成的串口数据、时钟信号，输出为同步422的差动信号。
32.usb驱动电路通过ft232r驱动芯片，将fpga模拟的uart串口信号差分为usb的d 和d
‑
信号。fpga和上位机的usb通过ft232r驱动芯片连接，时钟和数据的协议是uart。
33.在一种可能的实现方式中，如图2所示，fpga可以通过同步422控制外设，且外设可以通过同步422将数据发送给fpga。例如，在图2中，fpga左侧对应同步422电路，“clkout”和“datout”信号为fpga生成的同步422信号，经过sit3088后可以差分成4路信号从接口输出；外设的4路数据可以从同步422接口进入，先经过sit3088变为ttl电平的“clkin”和“datin”信号，然后可以再由fpga解析数据。
34.另外，如图2所示，fpga可以通过usb将数据发送给上位机，上位机可以通过usb发送数据到fpga。例如，fpga可以生成uart信号“tx”，并可以通过ft232r芯片差分成“d ”和“d
‑”
信号，然后从usb接口输出至上位机；上位机发送的数据可以由usb输入，ft232r可以将信号转换为tll电平的“rx”信号，然后再输入到fpga解析。
35.系统的工作电源由usb提供5v输入，经过开关电源芯片mp2315的buck降压电路转换为3.3v电压，再经过线性稳压器件ncp1529转换为2.5v和1.2v给fpga做基准电压。
36.(2)软件结构
37.fpga程序采用verilog hdl编写，程序包括hdlc协议收发通信，与usb串口通信协议。
38.hdlc(high
‑
level data link control，高级数据链路控制)，是链路层协议的一项国际标准，用以实现远程用户间资源共享以及信息交互。hdlc协议用以保证传送到下一层的数据在传输过程中能够准确地被接收，也就是差错释放中没有任何损失，并且序列正确。hdlc协议的另一个重要功能是流量控制，即一旦接收端收到数据，便能立即进行传输。设计测试用具体格式见表1。
39.表1
[0040][0041]
格式说明：
[0042]
a)不同外设的帧开始、结束的7e数量不固定，保留字也不相同。
[0043]
b)总线自定义数据具体参考外设数据格式规定。
[0044]
c)hdlc要求发送端除数据帧开始和结束外所有比特序列进行连续五个“1”检查，如发现连续五个“1”，后面要插入一个“0”。接收端处理时连续五个“1”，要去掉后面的一个“0”。
[0045]
d)多个hdlc数据帧间比特序列为“0”。
[0046]
使用verilog hdl语言可以方便对数据位进行操作和检查，完成hdlc对“插0”和“去0”的特殊操作。编译工具使用quartus ii，自带signaltap ii仿真工具，方便查看数据
是否正确。
[0047]
usb串口通信采用ft232单通道高速usb转uart芯片。只需要写好fpga的uart通信，使用ft232配套软件设置即可。
[0048]
2.硬件选型说明
[0049]
(1)usb串口通信：ft232芯片
[0050]
ft232h把usb的相关协议封装在芯片内部，只把数据端口部分开发给工程开发人员。与市面上cy7c68013相比，ft232h在模式配置上，有官方提供的工具软件直接进行模式配置，而不需要像前者那样，还要编写模式配置的相关代码，从而大大提高开发效率。
[0051]
(2)差分驱动芯片：sit3088
[0052]
sit3088e是一款3.0v～5.5v宽电源供电、总线端口esd保护能力hbm达到15kv以上、总线耐压范围达到
±
15v、半双工、低功耗，功能完全满足tia/eia
‑
485标准要求的rs
‑
485收发器。
[0053]
sit3088e包括一个驱动器和一个接收器，两者均可独立使能与关闭。当两者均禁用时，驱动器与接收器均输出高阻态。sit3088e具有1/8负载，允许256个sit3088e收发器并接在同一通信总线上。可实现高达14mbps的无差错数据传输，满足一般和较高速度hdlc通讯。sit3088e工作电压范围为3.0～5.5v，具备失效安全(fail
‑
safe)、过温保护、限流保护、过压保护等功能。
[0054]
与市面常用max3088相比，sit3088是国产芯力特公司仿制芯片，引脚、功能完全兼容max3088，但价格低廉，同时低功耗、高传输速率。
[0055]
本公开实施例还提供了一种pcb面板，上述任一实施例提供的一种基于hdlc协议的同步422转usb模块可以配置或布局在该pcb面板上。
[0056]
本实施提供的pcb面板可以采用双面板设计以降低成本，且在此基础上可以尽量使板子小巧、紧凑，缩短元器件之间的连线，设法减小它们的分布参数。另外，在对该模块进行布局时，易受干扰的元器件相互之间不能太近，输入输出元件要远离；对于电源线、高频信号线和一般走线之间要防止相互耦合。
[0057]
在一种可能的实现方式中，布线时可以首先对所有的信号线进行分类，对控制、数据、地址等总线进行分区，对i/o接口线进行分类。在布线时，可以先布时钟线、敏感信号线，再布高速信号线，以确保此类信号的过孔足够少。另外，还需要注意强弱信号分开；减小布线的回路面积；在信号线间嵌入屏蔽地线；电缆屏蔽层应良好接地；线缆端接匹配。
[0058]
应当理解，这里描述的各种技术可结合硬件或软件，或者它们的组合一起实现。从而，本发明的方法和设备，或者本发明的方法和设备的某些方面或部分可采取嵌入有形媒介，例如软盘、cd
‑
rom、硬盘驱动器或者其它任意机器可读的存储介质中的程序代码(即指令)的形式，其中当程序被载入诸如计算机之类的机器，并被该机器执行时，该机器变成实践本发明的设备。
[0059]
在程序代码在可编程计算机上执行的情况下，计算设备一般包括处理器、处理器可读的存储介质(包括易失性和非易失性存储器和/或存储元件)，至少一个输入装置，和至少一个输出装置。其中，存储器被配置用于存储程序代码；处理器被配置用于根据该存储器中存储的该程序代码中的指令，执行本发明的各种方法。
[0060]
以示例而非限制的方式，计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质。计算
机可读介质包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据等信息。通信介质一般以诸如载波或其它传输机制等已调制数据信号来体现计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据，并且包括任何信息传递介质。以上的任一种的组合也包括在计算机可读介质的范围之内。
[0061]
应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该发明的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面发明的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
[0062]
本领域那些技术人员应当理解在本文所发明的示例中的设备的模块或单元或组件可以布置在如该实施例中所描述的设备中，或者可替换地可以定位在与该示例中的设备不同的一个或多个设备中。前述示例中的模块可以组合为一个模块或者此外可以分成多个子模块。
[0063]
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中发明的所有特征以及如此发明的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中发明的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
[0064]
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
[0065]
此外，所述实施例中的一些在此被描述成可以由计算机系统的处理器或者由执行所述功能的其它装置实施的方法或方法元素的组合。因此，具有用于实施所述方法或方法元素的必要指令的处理器形成用于实施该方法或方法元素的装置。此外，装置实施例的在此所述的元素是如下装置的例子：该装置用于实施由为了实施该发明的目的的元素所执行的功能。
[0066]
如在此所使用的那样，除非另行规定，使用序数词“第一”、“第二”、“第三”等等来描述普通对象仅仅表示涉及类似对象的不同实例，并且并不意图暗示这样被描述的对象必须具有时间上、空间上、排序方面或者以任意其它方式的给定顺序。
[0067]
尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本
技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的发明是说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。