[发明专利]一种串行总线系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种串行总线系统，适用于测量设备的内部总线控制。

背景技术

测量设备，是内部由多个测试节点组成并能自动完成激励、测量、数据处理并显示或输出测试结果的装置。测试节点是测量设备的最小功能单元，为完成测试节点的测量功能，每个测试节点又由若干个器件组成。测量设备需要控制上述测试节点及其器件，使之按照相应的时序对被测试信号进行变换来完成最终的数字化处理。

目前测量设备内部普遍采用并行的控制方式，内部分别通过数据总线、地址总线和控制总线等多条线缆将测量设备内部的各个测试节点连接在一起。主控制器通过地址总线片选各个测试节点上的器件，各个器件在整个控制系统中具有唯一的地址，主控制器通过这个地址控制该器件，测试节点上的多个器件在主控制器的控制下组合完成测试节点功能，数据通过数据总线进行传输，控制总线完成读写逻辑以及并行总线协议定义的功能。

典型的测量设备并行总线系统如ISA总线系统，需要62根电缆。如此多的电缆增加了PCB板的设计复杂性，致使系统成本提高，可靠性降低。同时并行总线提高总线传输带宽比较困难，在频率提高时，时钟漂移对器件的传输性能和电路结构要求更加严格，并且会降低总线上的电气负载数目，加大设计难度。基于此，测量设备需要提供一种可靠的、低成本的串行总线解决方案。

串行接口的接口形式多样化，然而由于测量设备中各个测试节点上的器件种类杂、数量多，每种串行接口形式都不能很好的适用于测量设备的需求。

SPI总线系统中，主控制器通过输出通常表示为SLCK的串行时钟线来启动数据帧。从设备使用SLCK来输出用于发送到主设备的串行数据，或接收主设备的发送数据。每个SPI设备通过标记为主输出/从输入（MOSI）和主输入/从输出（MISO）的数据线进行双向数据传输。然而，传统的SPI总线是一个点到点的数据传输线，无法满足设备繁多的测试节点和受控器件的控制要求。

发明内容

基于测量设备内部总线控制出现的上述技术问题，本发明提出了一种串行总线系统，其系统可靠性高，能够满足测量设备的系统结构。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种串行总线系统，包括主控制器、串行总线和若干个控制节点；串行总线由标准SPI总线的SLCK串行时钟线、MOSI数据线、MISO数据线和三条控制线组成；每个控制节点上伸出的六条线缆分别与串行总线上的六条线缆对应连接；每个控制节点上设置有多个器件；主控制器通过三条控制线向控制节点的节点控制器发送相应的控制字CTRL_WORD选择标准SPI总线上传输的内容、或设置各控制节点的节点寄存器。

所述节点控制器，包括总线控制单元、节点地址比较单元、寄存器地址逻辑单元和器件地址逻辑单元，节点地址比较单元、寄存器地址逻辑单元和器件地址逻辑单元分别与总线控制单元相连；串行总线上的SLCK串行时钟线、MOSI数据线、MISO数据线分别连接到总线控制单元上，串行总线上的三条控制线经译码逻辑单元后连接到总线控制单元上；寄存器地址逻辑单元还与节点寄存器相连，器件地址逻辑单元还与器件相连。

所述总线控制单元与节点寄存器之间设置有串并变换单元，用于完成总线控制单元与节点寄存器之间串行数据和并行数据的双向转换。

所述标准SPI总线上传输的内容，包括寻址目标控制节点、寻址目标器件、方向由主控制器到目标器件的数据传输、方向由目标器件到主控制器的数据传输、以及数据传输的开始和结束命令。

主控制器发送控制字CTRL_WORD=“101”，主控制器通过标准SPI总线向控制节点发送指令设置各控制节点的节点寄存器。

主控制器发送控制字CTRL_WORD=“000”,主控制器写节点地址，该节点地址通过标准SPI总线传输到各控制节点处并与各控制节点的节点寄存器中存储的预设节点地址作比较，选择节点地址与预设节点地址相同的控制节点作为目标控制节点。

主控制器发送控制字CTRL_WORD=“001”，主控制器写器件地址，该器件地址通过标准SPI总线传输到目标控制节点的各器件处并与各器件中存储的预设器件地址作比较，选择器件地址与预设器件地址相同的器件作为目标器件。

主控制器发送控制字CTRL_WORD=“010”，主控制器通过标准SPI总线向目标器件写数据，数据采用单字节或多字节传输。

主控制器发送控制字CTRL_WORD=“011”，主控制器通过标准SPI总线从目标器件读数据，数据采用单字节或多字节传输。