专利名称：多点自动识别和主从同步的串行通讯方式的制作方法
技术领域：
本发明属于数据通讯技术领域，具体说是涉及一种多点自动识别和主从同步的串
行通讯方式。
背景技术：
在自动控制和测量系统中，为确保可靠性一般均采用有线的主从多点通讯方式， 而且普遍采用串行通讯，以便简化接线，延长通讯距离。传统的系统联线方式多为并行联 接，也称星形联接，如图l所示。在一个需要主从同步的场合下，采用并联通讯接线方式，实 现起来非常自然而简单主机发一个同步信号，各个从机会同时收到该信号，从而实现主机 和从机的同步工作。但是采用这种并行联接通讯方式通常还必须对每个从机根据不同的工 作过程或不同的需要发出不同的控制指令，同时主机还需要从每台从机读取测试数据。要 做到上述的要求，主机首先要能够识别每台从机。传统的方法是为每台从机事先都设好一 个彼此不同的标识，主机按照事先设定好的标识识别每台从机。这种做法在实际应用中会 便带来一些额外的不便首先，标识本身就是一个比较专业的东西，一般未经专业训练的人 首次接触大多要迷惑的；其次，标识的设置一般还要人工参与，这势必增加使用的难度；从 机的标识和它实际所处位置的对应关系是固定的，维修更换会很麻烦，极易出现差错。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种同时实现从机的自动识别和主从同步问题 的多点自动识别和主从同步的串行通讯方式。 为解决上述发明问题，本发明采用多点自动识别和主从同步的串行通讯方式，它
包括从机的自我识别方式和主从同步方式； 所述的从机的自我识别方式为 (1)主机和多个从机采用如图所示的接线方式； (2)主机采用有序数据格式指令，即给第一从机的指令一给第二从机的指令… —给第N从机的指令；从机指令的内容可以有两类实际指令和空指令，主机要给哪台从机 发指令，则在相应的指令块内填入实际指令，否则填入空指令； (3)从机采用递减方式读取指令，即第一从机收到主机发送来的指令后，读取第 一指令块中的内容，如果是实际指令就依照执行，随即将主机传来的后续指令从第二块从 机指令开始往下传，不传送主机原来的第一块指令；第二从机收到第一从机发送过来的新 指令中的第一块指令，实际是主机原来的第二块指令，随后也像第一从机那样，如果是实际 指令就依照执行，随即抛弃当前指令块，而将指令的后续内容往下传；随后的各个从机也按 照上述相同的方式依次往下传；主机发出的各个从机的指令能被所有的从机分别正确地读 到。 (4)从机采用倒序数据指令格式，并且以递增方式添加数据所述的从机的每个 数据块递增地由对应的从机分别添加，最后形成的排列次序为由后往前的倒序，也即是如
3果第一从机要发送数据，它将自己的数据块传给第二从机；如果第二从机同时也有数据要
发送，那么它构置一个自己的实际数据块，否则构置一个空数据块；它先发送自己的数据
块，随后转发第一从机的数据块；其他的从机也按照上述同样的方式动作； 所述的主从机同步方式为从机采用自定时的同步方式，也即是主机在上电的若干
时间后发出第一个同步信号，与此同时，每个从机在相同的上电时刻开始自同步定时；主机
发每个同步信号之间的间隔时间也即周期固定不变，因此主机会按照某个固定的时间间隔
发送后续的同步信号；每个从机也是这样，用与主机相同的自定时量来决定自己的同步时
刻，于是在主机发送第二个同步信号的时刻，从机也通过自身定时开始第二个工作进程；以
后的从机分别按照上述同样的方式动作。 所述的从机的自我识别方式中的主机的实际指令结构和从机的数据结构中还包 括分别设在首尾的固定标识，也即是在主机指令结构的首尾分别加入主机指令开始标识和 主机指令结束标识；在每个从机的数据结构的首尾分别加入从机数据开始标识和从机数据 结束标识。 所述的主从机同步方式还包括从机的同步修正，而其特别之处在于所述的主从 同步方式为每个从机不转发主机的同步信号，而是主动地向下一个从机发送同步信号，这 个同步信号发送时刻在其开始一个进程同时，以其自定时为准，而这个自定时已经经过同 步修正；在整个通讯方式中的回路中，从后往前看，第N从机的同步来自第N-1从机，那么第 N从机的同步精度取决于第N-l从机；而第N-l从机又依赖于更前面的第N-2从机，依此类 推，直到第一从机，而第一从机的精度依赖于前面的主机。 本发明中从机的自我识别方式与主从同步方式相结合，它以完整而更强大的功能 替代传统的并联接线通讯方式，并可以简化接线，延长通讯，在计算机普及应用的现代社 会，具有良好的应用价值。
图1现有的并联通讯方式中主机和从机之间的连接关系图。 图2为本发明的通讯方式中主机和从机之间的连接关系图。 图3为本发明中主机的指令格式构成图。 图4为本发明中从机的指令数据构成图。 图5为本发明中实际使用的主机的指令格式构成图。 图6为本发明中实际使用的从机的数据格式构成图。
具体实施例方式
下面结合说明书附图对本发明做进一步详细的说明。
首先介绍一下本发明中的从机进行自动识别的方法。 图1示出了现有的并联通讯方式中主机和从机之间的连接关系。主机发出的一个 只需某台从机响应的信号，各个从机会同时收到，没有什么特别的先后顺序。怎么来区分这 个信号应由哪台从机来响应呢？主机在发信号的同时，除了信号本身外还要加上预先设好 的各个从机标识，这样从机才能区分该由谁来响应。
图2示出了本发明的通讯方式；观察一下图2所示的信号传输，不难发现这样一个现象如果主机发送一个信号，只有第一从机能直接收到，其它从机对此没有任何途径收到 主机的信号，除非第一从机在收到主机信号后再转发。如果后续从机也如第一从机那样进 行转发工作，那么通过这种接力方式，主机的信号就可以有序地传遍全体从机。
下面介绍一下本发明的多点自动识别和同步串行通讯方式中主机接收从机信号 的过程如果在某一时刻，所有从机开始发送数据，对主机而言，它只能直接收到最末尾的 第N从机发来的信号，没有任何途径接收其它从机的信号，除非第N从机能转发它收到的前 面从机的信号，如果前面的从机都如第N从机那样进行转发工作，通过和上述类似的接力 方式，主机就能"有序地"收到全部从机的信号。而在图l所示的并联接线的通讯方式中不 允许从机同时发送信号，因为只有一条公用而直通的通讯线路；为避免通讯冲突，各个从机 只能分别先后发送自己的信号，谁先谁后怎么管理呢？这又要依据上面提到的那个标识每 台从机事先都设好一个彼此不同的标识，也即是地址。并联通讯只有依赖这些地址才能建 立起一个顺序，即便不考虑通讯冲突，从机随机发送信号，主机也必须依赖地址来区分信号 的归属。 而本发明完全不用并联接法通讯那样依赖标识，它利用串联接法通讯自然形成的 这种"有序性"可以达到同样的效果。 图3示出了主机的指令格式构成；首先叙述主机下达指令的工作过程，从机指令 的内容有两类，实际指令和空指令；主机要给哪台从机发指令，则在相应的指令块内填入实 际指令，否则填入空指令，主机指令发出，第一从机收到后，读取第一个从机指令块的内容， 如果是实际指令就依照执行，随即将主机传来的原来第二块从机指令往下传，不传送主机 原来的第一块指令，因为第一从机已经执行过可以丢弃了 ；第二从机收到第一从机发送过 来的新指令中的第一块指令，也即是原来主机指令的第二块，随后也像第一从机那样，是实 际指令就依照执行，随即抛弃当前指令块，而将指令的后续内容往下传；随后的各个从机也 按照上述相同的方式依次往下传；依照这种递减的机制，主机发出的各个从机的指令能被 所有的从机分别正确地读到，完成了原来要依靠上述的标识才能做到的同样的事情。
图4示出了从机数据的格式；从机发送数据的过程如下每个数据块的内容也分 成两类实际数据和空数据。和图3的主机指令作比较，它的形成过程刚好相反，每个数据 块递增地由对应的从机分别添加，最后排列的次序也刚好相反。具体是这样操作的如果第 一从机要发送数据，它将自己的数据块传给第二从机；如果第二从机同时也有数据要发送， 那么它构置一个自己的实际数据块，否则构置一个空数据块。它先发送自己的数据块，随后 转发第一从机的数据块。其他的从机也一样，最后形成如图4的整个数据段结构。该结构中 数据块的倒序安排让它还能够适应从机发送数据的随意性。譬如，某个时刻第二从机要发 数据，但第一从机却没有数据可发，这个倒序的机制就允许第二从机不必苦苦等待第一从 机发数据过来，而可以立即往下传送自己的数据块。倒序的机制对主机识别也更简单主机 收到的第一个数据块必定是第N从机的，余者依次类推。这个定式不会随着因为上述的从 机发送数据的随意性导致实际数据段长度变化而改变。若是正向的排序是做不到这点的。
图5和图6示出了主机和从机实际使用的指令结构在主机指令的首尾分别加上 辅助位，即主机指令开始标识和主机指令结束标识；同样，在所述的每个从机数据结构的首 尾分别加上辅助位，即从机数据开始标识从机数据结束标识。这样主机的指令结构和从机 的数据结构经过修饰后，可以便于主机和从机更容易区分和处理这两类不同性质的通讯内4 容。 现在说明本发明的另一个部分实现主从同步的方法。 首先，考察一下串联接线通讯方式进行主从同步的困难所在。 本发明中的"串行通讯"和串联接线通讯并不是一回事，前者指通讯时数据以移位
的方式传送；后者指每个通讯点的接线方式；串行通讯的一个特点就是数据即便是最简单
的单字节也不是一下子传送的，而是将数据分成多个数据位，然后逐位传送的，所以串行通
讯传递信号最快也要一个字节一8个数据位加2个辅助位的串行传输时间。 在图2中主机发出一个同步信号，为简单起见不妨假定它为单字节，第一从机在
主机开始发送时刻经过串行通讯传送1个字节的时间后才会收到该字节，收到后它即向后
面发送，第二从机又经过1个字节传送时间后收到该字节，如此，直到最后第N从机。显然，
以这种方式传递主机同步信号，相对主机开始发同步信号的时刻，第一从机收到同步信号
的时刻要延迟一个字节的传送时间，第二从机将延迟两个字节的传送时间，第N从机要延
迟N个传送时间。如果要求达到严格同步，直接根据从机自身收到同步信号的时刻作为同
步时刻显然是无法完成的。 本发明为此提出的第一个解决办法是，从机采用自定时的同步方式；整个系统的 工作过程就变成这样系统上电，主机在上电的若干时间后发第一个同步信号。与此同时， 每个从机在相同的上电时刻开始自同步定时，这个定时一般不难取到接近主机发送同步所 需的量值。通常主机发每个同步信号之间的间隔时间，也称为周期，是固定不变的；因此主 机会按照某个固定的时间间隔发送后续的同步信号，每个从机也是这样，用与主机相同的 自定时量来决定自己的同步时刻，于是在主机发送第二个同步信号的时刻，从机也通过自 身定时开始第二个工作进程，如此下去，在理想情况下，主机和从机便可以实现同步工作。
当然，实际工作时，没有这样好的理想状态，主机和从机的同步时刻误差会随时间 推移而逐渐积累变大；为此，本发明提出的第二个解决办法是在上述方法的基础上，从机还 要进行同步修正，即系统上电后，主机和从机几乎在同一时刻分别发同步信号和开始第一 进程，随后，第一从机在经过上述的1个字节的传输时间后收到主机传来的同步信号，它据 此调整自己的定时，也即是第一从机在收到主机同步信号的时刻才启动下一个定时，定时 量为原来周期减去上述1个字节的传输时间，这样，从机开始工作的第二个进程时刻和主 机发送第二个同步信号的时刻就会很接近；进一步讲，第一从机第二个进程的开始时刻和 它自己定时的第一个进程的开始时刻在时间上是无关的，这样误差就不会积累，实际上，这 就是从机根据收到主机同步信号的时刻进行下一进程的超前定时，该定时将会扣除主机同 步信号的延迟，使最终两者能够在非常接近的时刻发生，每次都重复这样的步骤，这种做法 没有误差积累，后续周期的同步精度和前面的完全相同；直接运用这个思路，第一从机的这 个自定时要使原周期定时量超前上述一个字节的传输时间，而第二从机就需要超前上述两 个字节的传输时间，依此类推，第N从机超前N个字节的传输时间，这样的话，每个从机要求 的超前量是不同的，取决于它们在串联回路中的先后位置，这种量值的不同会增加实现的 难度和降低精度。 但是多字节传输时间的定时和单字节的传输时间定时相比，上述做法必定会积累 出更大的误差；因此，本发明为此又提出一种改进方法，该方法使得每个从机只需设法在 原周期的基础上超前相同的上述一个字节的传输时间就可以了。不难发现，虽然每个从机
6相对主机的这个超前量是不同的，但它相对于串联回路中的前一个从机的超前量都相同也 即是1个字节的串行通讯传输时间，利用这个特点，我们转变一下观念，前后相邻的两个从 机，把前一个从机看成是后一个从机的主机，以这种视角来看，每个从机前面直接就是主 机，从机已经没有上面所讲的多个先后级次了，因而也就不必关心自己在串联回路中的具 体位置，进而需要上述几倍单字节传输时间的超前。此种主从同步方式的具体做法就是每 个从机不要转发主机的同步信号，而是主动地向下一个从机发送同步信号，这个同步信号 发送时刻当然就是在它开始一个进程的当口 ，以它自定时为准，而这个自定时是经过上述 过程修正过的；在系统的串联回路中，从后往前看，第N从机的同步来自第N-1从机，那么第 N从机的同步精度取决于第N-l从机；而第N-l从机又依赖于更前面的第N-2从机，推理下 去，直到第一从机，它的精度依赖于它前面的主机，这样整个过程便完善了 ，主机通过这个 串联回路，将它的同步精度在从机中逐级传递，最终贯串全体从机，至此，串行通讯方式中 的主从同步问题便解决了。 本发明中的主从同步方式的解决，使本发明前面叙述的自动识别功能真正有了实 际的用途，它以完整而更强的功能可以替代传统的并联接线通讯方式，简化了接线的复杂 程度，延长了通讯的距离。
权利要求
一种多点自动识别和主从同步的串行通讯方式，其特征在于它由从机的自我识别方式和主从机同步方式组成；所述的从机的自我识别方式为(1)主机采用有序数据格式指令串，即给第一从机的指令→给第二从机的指令…→给第N从机的指令；从机指令的内容有两类实际指令和空指令，主机要给哪台从机发指令，则在相应的指令块内填入实际指令，否则填入空指令；(2)从机采用递减方式读取指令，即第一从机收到主机发送来的指令后，读取第一指令块中的内容，如果是实际指令就依照执行，随即将主机传来的后续指令从第二块从机指令开始往下传，不传送主机原来的第一块指令；第二从机收到第一从机发送过来的新指令中的第一块指令，实际是主机原来的第二块指令，随后也像第一从机那样，是实际指令就依照执行，随即抛弃当前指令块，而将指令的后续内容往下传；随后的各个从机也按照上述相同的方式依次往下传；主机发出的各个从机的指令能被所有的从机分别正确地读到；(3)从机采用倒序数据指令格式，并且以递增方式添加数据所述的从机的每个数据块递增地由对应的从机分别添加，最后形成的排列次序为从后往前的倒序，也即是如果第一从机要发送数据，它将自己的数据块传给第二从机；如果第二从机同时也有数据要发送，那么它构置一个自己的实际数据块，否则构置一个空数据块；它先发送自己的数据块，随后转发第一从机的数据块；其他的从机也按照上述同样的方式动作；所述的主从机同步方式为从机采用自定时的同步方式，也即是主机在上电的若干时间后发出第一个同步信号，与此同时，每个从机在相同的上电时刻开始自同步定时；主机发每个同步信号之间的间隔时间也即周期固定不变，因此主机会按照某个固定的时间间隔发送后续的同步信号；每个从机也是这样，用与主机相同的自定时量来决定自己的同步时刻，于是在主机发送第二个同步信号的时刻，从机也通过自身定时开始第二个工作进程；以后的从机分别按照上述同样的方式动作。
2. 如权利要求l所述的多点自动识别和主从同步的串行通讯方式，其特征在于所述 的从机的自我识别方式中的主机的指令结构和从机的数据结构中还包括分别设在首尾的 固定标识，也即是在主机指令结构的首尾分别加入主机指令开始标识和主机指令结束标 识；在每个从机的数据结构的首尾分别加入从机数据开始标识和从机数据结束标识。
3. 如权利要求l所述的多点自动识别和主从同步的串行通讯方式，其特征在于所述 的主从机同步方式还包括从机的同步修正，即主从同步方式为每个从机不转发主机的同 步信号，而是主动地向下一个从机发送同步信号，这个同步信号发送时刻在其开始一个进 程同时，以其自定时为准，而这个自定时已经经过同步修正；在整个通讯方式中的回路中， 从后往前看，第N从机的同步来自第N-1从机，那么第N从机的同步精度取决于第N-1从机； 而第N-l从机又依赖于更前面的第N-2从机，依此类推，直到第一从机，而第一从机的精度 依赖于前面的主机。
全文摘要
本发明属于数据通讯技术领域，具体说是涉及一种多点自动识别和主从同步的串行通讯方式。提供一种同时实现从机的自动识别和主从同步问题的多点自动识别和主从同步的串行通讯方式。主机采用有序数据格式指令串，并将指令串发出，从机采用递减方式读取指令，即将接到收的数据指令，按顺序递减后依次传出，从机采用倒序数据指令格式传给主机，并且以递增方式添加数据，最终完成指令的传输，在上述过程中主机可以随时进行时间的调整。它以完整而更强的功能可以替代传统的并联接线通讯方式，简化了接线的复杂程度，延长了通讯的距离。
文档编号G06F13/38GK101788965SQ201010114130
公开日2010年7月28日 申请日期2010年2月25日 优先权日2010年2月25日
发明者俞协琴, 周吉岷, 朱江华, 游添渊, 胡文忠, 薛亚军, 许立明 申请人:上海乐春重工机电设备有限公司