一种SPI主从式通讯方法与流程

一种spi主从式通讯方法
技术领域
1.本发明涉及spi通迅总线技术领域，具体涉及一种spi主从式通迅方法。


背景技术：

2.spi,串行外围设备接口，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，主要应用于ad转换器、cpu与cpu之间，spi共设置有4根信号线，用于主机与从机之间的连接，其中miso和mosi两根线，可以同时发送和接收数据，其通迅效率较高。不过，spi通讯没有流控机制，发送的数据没有应答，无法确认数据已成功接收，从设备数据准备好时需要通过额外的通道通知主设备，否则容易导致从设备的数据出现断续和误码。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种spi主从式通迅方法，对spi存在的问题进行改进，使采用spi通迅的设备之间可以进行高效地数据传输。
4.为实现上述目的，本发明的一种spi主从式通迅方法，一种spi主从式通迅方法，用于spi主机和spi从机之间的数据交换，spi主机和spi从机之间采用数据流的方式传输数据，数据流由固定长度的数据帧组成，数据帧包括请求帧、心跳帧、响应帧、非应答帧和空帧；spi主机向spi从机发送周期性数据和非周期性数据，发送周期性数据采用请求帧或非应答帧；发送非周期性数据采用请求帧，spi从机向spi主机发送数据采用非应答帧。
5.进一步地，当周期性数据使用非应答帧从spi主机发往spi从机时，spi从机接收到后不需要发送响应到spi主机；当周期性数据采用请求帧从spi主机发往spi从机时，请求帧需要spi从机收到后发送响应帧到spi主机。
6.进一步地，心跳帧用于维持spi主机和spi从机之间的连接状态，按以下步骤执行：
7.起始状态为链路断开状态；
8.主站周期性发送心跳帧，从站收到心跳帧后，切换链路状态为连接状态，并发送心跳帧到主站；
9.主站收到从站的心跳帧后，切换链路状态为连接状态。
10.进一步地，心跳帧包含了本方的链路状态。
11.进一步地，spi主机和spi从机只有在链路为连接状态时才开始传送数据。
12.进一步地，spi主机周期性地发送时间戳到spi从机，时间戳封装在心跳帧内。
13.进一步地，当spi主机的请求帧发送完成后，在设定的超时时间内，spi主机始终没有收到spi从机的响应帧时，请求帧产生超时，从等待响应队列移入发送队列，重新发送该请求帧。
14.进一步地，当多次重发超时后，spi主机和spi从机的链路断开。
15.进一步地，spi主机处于空闲状态并且等待响应队列不为空时，spi主机发送空帧到spi从机，spi从机向spi主机发送非应答帧。
16.进一步地，spi主机和spi从机通过dma方式传送数据。
17.本发明的有益效果是：本通迅方法采用数据流的方式进行通迅，数据按照固定的帧大小传输，各种数据混合在一起形成一个数据流，对应用层来说可以提供周期性数据和非周期性数据的有效交换，固定帧大小有效提高了数据交换的效率，链路状态和超时机制提供了数据的可靠交换。
附图说明
18.图1是本发明的结构示意图；
19.图2是dma连接图；
具体实施方式
20.下面通过实施例结合附图对本发明作进一步详细说明。
21.如图1所示，本发明采用两套独立的主机，两套主机之间通过高速spi连接，基于spi链路实现了两套主机的cpu之间的数据库同步，将其中一个主机定义为spi主机，另一个定义为spi从机。spi主机和spi从机均采用运行rtems实时系统的powerpc构建，spi主机和spi从机上有两个20000字空间的实时数据库，spi主机和spi从机采用主备的方式工作，当spi主机工作于主模式时，spi从机工作于备模式，当spi主机发生故障时，系统会切换到spi从机，spi从机开始工作在主模式。工作于备机模式的spi从机需要保证自身数据库和工作于主模式的spi主机中的数据库保持同步。spi主机负责产生时钟信号。本发明spi主机和spi从机之间按照数据流的方式来交换信息，采用固定大小的数据帧传输数据，数据帧具有固定长度的帧头信息和crc校验码，当应用层数据长度大于数据帧的净载荷长度时，采用多个数据帧传输。数据帧包括请求、心跳帧、响应帧、非应答帧和空帧。spi主机向spi从机发送周期性数据和非周期性数据，spi主机向spi从机发送周期性数据和非周期性数据，发送周期性数据采用请求帧或非应答帧。发送非周期性数据采用请求帧，spi从机向spi主机发送数据采用非应答帧。当周期性数据使用非应答帧从spi主机发往spi从机时，spi从机接收到后不需要发送响应到spi主机，当周期性数据采用请求帧从spi主机发往spi从机时，请求帧需要spi从机收到后发送响应帧到spi主机。
22.心跳帧用于保持spi主机和spi从机之间的连接状态，按以下步骤执行：
23.起始状态为链路断开状态；spi主机周期性发送心跳帧，spi从机收到心跳帧后，切换链路状态为连接状态，并发送心跳帧到spi主机；spi主机收到从站的心跳帧后，切换链路状态为连接状态；当发送队列中有数据需要发送时，不发送心跳帧。
24.心跳帧包含了本方的链路状态，spi主机和spi从机只有在链路为连接状态时才开始传送数据。
25.上述心跳机制，使spi主机可以知道spi从机始终在线，如果spi主机超过设置的时间没有收到spi从机发送的数据帧，则断开连接。
26.spi主机周期性地发送时间戳到spi从机，时间戳封装在心跳帧内。时间戳的主要是对数据产生的时间进行认证，从而验证spi主机发送的数据在产生后是否经过篡改。
27.当spi主机的请求帧发送完成后，在设定的超时时间内，spi主机始终没有收到spi从机的响应帧时，请求帧产生超时，从等待响应队列移入发送队列，重新发送该请求帧。当多次重发超时后，spi主机和spi从机的链路断开。spi主机处于空闲状态并且等待响应队列
不为空时，spi主机发送空帧到spi从机，spi从机向spi主机发送非应答帧。
28.如图2所示，本实施例中，spi主机和spi从机通过dma方式传送数据。dma(direct memory access，直接存储器访问)将数据从一块区域复制到另一块区域，允许不同速度的硬件直接通讯，不需要依赖cpu的介入。否则，cpu需要从来源把每一块数据复制到内存中，然后把它们再次写回到新的地方，在这期间，cpu对于其他的工作来说就无法使用。dma的实现依赖于dma控制器，cpu对dma控制器进行初始化，指定源地址、目标地址、数据块长度，随后触发dma控制器启动传输操作，cpu可以继续其他的计算。数据帧使用dma机制进行传输，可有效避免数据帧因在传输的过程中被打断而导致的数据帧不完整，从而提高数据通信效率。
29.综上所述，上述spi主机与spi从机之间采用数据流的方式进行通迅，设定数据帧的格式以及发送与接收时的相关规则，并规避了意外中断造成的数据传输错误，使通迅更为合理、顺畅。
30.上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于此，在所属技术领域的技术人员所具备的知识范围内，在不脱离本发明宗旨的前提下可以作出的各种变化，都处于本发明权利要求的保护范围之内。