[发明专利]一种面向智能物联的异步串行大数据可靠传输方法

说明书

本发明公开了一种面向智能物联的异步串行大数据可靠传输方法，该方法利用VHDL语言设计并在FPGA上实现，该方法收发的数据格式为8位数据位，1位开始位和1位停止位，包括：异步串行时钟产生模块：利用FPGA主时钟分频得到异步串行时钟。异步串行数据接收模块，包括数据接收管脚的滤波以及与FPGA主时钟的同步，数据接收管脚的下降沿检测，数据接收的有效性检测以及数据接收的多点采样处理。异步串行数据发送模块：在异步串行时钟的驱动下，驱动数据发送管脚输出低电平，并持续16个时钟周期；将待发送的1字节数据按照从低到高的bit顺序依次赋值给数据发送管脚，并分别持续16个时钟周期；驱动数据发送管脚输出高电平，并持续16个时钟周期。

技术领域

本发明属于电子工程和计算机科学领域，具体涉及一种面向智能物联的异步串行大数据可靠传输方法。

背景技术

随着国家战略“中国制造2025”的提出，智能制造已成为当代中国的热点名词。但是实现智能制造离不开数据，这些数据更具体的表现为制造现场的数据，所以制造现场数据的可靠采集、处理、交换与传输就是实现智能制造的底层技术支撑。作为一种常用的通讯方式，异步串行数据传输在制造现场更是很多传感设备的数据传输方式。然而随着工业生产和信息技术的发展，人们对数据量、传输速度、传输可靠性的要求逐渐加大，异步串行数据传输方法也面临着新的挑战。在智能制造的底层，为了能保证高速运转的设备正常运行，需要采集大量数据进行实时监控，例如机床。机床转速较快，采样频率也需提高，将大量的数据实时高效并且正确地传输给数据处理设备就成为了目前数据传输领域的一大问题。对机床进行状态监控、刀具状态监控时，需要采集铣削力、电机功率、声发射信号、颤振信号、铣削温度等过程状态信号。而上层的设备又需要对传过来的数据进行分析、融合、去冗余等处理，并将指令传输下去。上述过程依赖于数据的高效、可靠传输。目前的数据传输方式很多是基于异步串行的数据传输方式，这些传输方式又主要运行在通用处理器上。然而，由于传输的不同步，数据采样会随着数据量的增加出现偏差，从而造成数据传输过程中出现丢数、误码等情况。出现这些现象，上层设备就可能对制造现场设备的状态进行误判，制造现场设备可能无法正常运行甚至出现故障。因此，高效、可靠的面向智能物联的异步串行数据传输方法就尤为重要。

异步串行数据传输作为一种得到广泛应用的传输方式，已经广泛应用于各个行业领域，同时一些通用处理器也集成了异步串行数据传输功能，用户只需要简单调用即可。但是作为一种架构与通用处理器不同的FPGA而言，如何实现异步串行数据传输就成为了一个新的研究问题，不仅因为FPGA的执行方式与通用处理器不同，而且FPGA本身没有集成可以直接调用的利用硬件描述语言(HDL)设计的异步串行数据传输功能。针对Xilinx公司的FPGA而言，用户可以在FPGA内部搭建MicroBlaze软核处理器来调用异步串行数据传输IP核(基于C语言)，然后基于MicroBlaze处理器，并使用C语言来进行收发数据，接着将得到的数据与用硬件描述语言(HDL)设计的代码进行交互，这就涉及到了双端口BRAM、用户自定义IP核等内容，本来简单的异步串行数据收发变成整个系统架构的搭建，增加了用户设计的难度，而且有些厂家的异步串行数据收发IP核是收费的。基于FPGA的异步串行数据收发不仅在航空航天领域具有广泛应用，比如数据的遥测、装订、回读等。而且在智能制造领域，FPGA具备高度并行特性，其对数据的快速处理以及对复杂算法的硬件加速为制造现场数据的可靠采集、处理、交换与传输提供了优势。所以基于硬件描述语言(HDL)自行设计的异步串行数据收发就显得很有必要，不仅能够增强用户代码设计的灵活性、自主性、集成度，也能降低成本和设计周期。因此，本发明提出一种面向智能物联的异步串行大数据可靠传输方法，该方法利用VHDL语言设计并在FPGA上实现。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：提供一种面向智能物联的异步串行大数据可靠传输方法，实现基于FPGA和VHDL硬件描述语言的异步串行数据可靠传输，不仅能够增强用户代码设计的灵活性、自主性、集成度，也能降低成本和设计周期。