专利名称：双线串行总线接口的自动寻址方案的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种自动寻址系统以及一种在经由总线系统连接的至少两个设备之间的通信方法。具体地，本发明涉及一种实现自动且动态地分配地址的总线系统。
背景技术：
IT和电子学科提供了用于信息传送的许多种不同数据总线。当通过地址来引导 (direct)预订设备(subscribing device)，并且可以根据用于传送信息的总线结构的预定方式来使用该预订设备时，考虑总线系统。大多数公知的总线系统和其他传送系统允许双向数据业务。必须为预订设备分配不同的地址。这种总线系统或网络的最为公知的形式是以太网。想要在以太网网络中通信的设备必须具有所谓的MAC地址和IP地址。MAC地址在市场上可用的所有设备当中是独有的，而IP地址必须仅在具体网络(可以是公司网络， 或者更一般地，是所谓的LAN(局域网))中是独有的。MAC地址对于设备而言是“固定的”， 而IP地址仅能够根据持续时间来分配。在大多数情况下，经由动态主机配置协议(DHCP， Dynamic Host Configuration ftOtocol)，静态地(在点到点连接中，单个分配)或动态地发生这种情况。另外的已知总线系统是1 和RS 485。在这些系统中，通常经由软件和硬件来分配地址，但仅在点到点连接(主设备(main device)(如，PC)和终端设备(end device))中或者在硬件的情况下，才通过实现具体的电阻组合(即，实现开关，从而对地址进行编码) 来分配地址。将新设备连接至总线系统的问题在于，需要用户与传感器单元之间有一定量的手动交互。此外，当主设备正在工作时，并不总是能够连接新设备。
发明内容
本发明通过提供一种自动寻址总线系统和一种包括主设备和终端设备的通信方法，解决了上述问题，其中，主设备和终端设备中使用的相应总线控制器包括多主体 (multi-master)能力。因为主设备具有要连接的终端设备所已知的地址，所以终端设备能够主动发起地址分配过程，而无需用户交互。如上所述，本发明的方法和系统可以使用这种已知的总线系统(如，双线串行总线，具体地I2C)来实现，并且可以实现自动且动态的地址分配。此外，根据本发明的另一方面，可以实现多个终端设备。此外，当主控制设备已经与其他终端设备连接时，可以在主控制设备的当前操作期间连接这种新的终端设备，而不与工作中的设备冲突。例如当连接至总线的多于一个终端设备具有相同的地址时，会引起这种冲突。通过实现本发明，因此通过使得能够在总线系统工作期间激活终端设备，简化了总线系统或网络上的终端设备的连接。此外，用户或管理IT组织自身不必涉及地址分配。 因此，显著降低了激活操作所涉及的时间和成本。
图1是根据本发明实施例的总线系统的图；图2是示出了根据本发明的寻址方案的步骤的示例的握手(handshake)图。
具体实施例方式根据本发明，提供了一种总线控制器。该总线控制器可以是集成电路。根据本发明，上述总线控制器具有多主体能力。这种多主体总线控制器可以工作在主体模式和从属模式，并使得总线上能够存在多个总线主体设备。这使得总线上的多个设备能够发起数据传送。如上所述，这种多主体总线系统的示例是I2C,所述1 允许多个设备可以连接至总线，并且允许与总线相连的多个设备中的任何一个设备都可以发起与另一设备的传送。 1 总线包括串行数据线(SDA)和串行时钟线(SCL)，其中，SDA和SCL都是双向线，经由上拉电阻器l(Ma、104b连接至正电源电压。1 总线通常具有附着到总线的多个设备，如，对至少一个终端设备起到控制器作用的主设备。每个所连接的设备可以被分类为主体设备或从属设备，并且经由独有的地址与 1 总线通信。主体设备是能够产生时钟信号、发起和终止数据传送的设备。从属设备是被正常寻址的设备，即，具有由这样的主体设备分配的地址的设备。1 总线能够与多个主体设备一起工作。在 Philips Semiconductors I2C Bus Specification, Version Rev. 03， June 2007中可以找到对一般1 总线的结构和操作的其他描述。在工作中，1 总线允许主体设备与从属设备之间的通信。当期望数据交换时，主体设备使用从属设备的独有地址对从属设备进行寻址。在对从属设备寻址之后，主体设备和被寻址的从属设备可以经由SDA线交换数据，直到主体设备终止传送为止。由于1 总线上的每个设备都具有独有的地址，所以每个设备可以由主体设备单独地访问，而不影响与其他连接的设备之间的通信。根据本发明，在总线上没有业务的所有时间点处，主体设备都自动切换到从属模式，除非在主体设备和/或从属设备中存在的控制软件阻止上述操作。每个设备中的这种控制软件可以被实现为固件。根据本发明，提供主设备101，所述主设备101可以是具有控制功能的通信设备， 在大多数情况下形成信息链。主设备101可以连接至PC或过程主体控制站(process master control station)。主设备101还包括总线控制器(未示出)，所述总线控制器上存储有控制软件。控制软件可以被配置为，当主设备101不需要信息时，始终将主设备101 的总线控制切换到从属模式。当总线控制器在所谓的“自动多主体”模式上引导主设备101 时，还可以自动实现该过程(而没有软件的干预)。也就是说，一旦完成通信任务，总线控制器就将其自身自动切换到从属模式。根据本发明，提供了至少一个终端设备102、103。终端设备101、103在大多数情况下是诸如传感器头之类的信息源，例如用于测量温度。如主设备101 —样，终端设备102、 103也包括总线控制器。可以通过终端设备102、103的总线控制器来访问终端设备102、 103，其中，总线控制器还包括多主体能力。
示例 1根据本发明的优选实施例的第一示例，所有设备101-103通过总线系统100(例如上述总线系统)(电)连接，并且接通。然后，终端设备102、103中的软件将其总线控制器切换到主体模式。终端设备102从而“占用”总线，并获得对与总线之间的总线业务的控制。如上所述，由于终端设备102知道主控制设备101的(一般)地址，所以终端设备 102开启与主控制设备101的通信。在主体发送模式下，终端设备102随后向主控制设备 101请求201 (独有的)地址，主控制设备101在从属接收模式下接收该请求。地址信息例如可以以表格的形式存储在主控制设备101中。响应于来自终端设备102的地址请求，主控制设备101中存在的软件然后选择地址，将该地址转发至总线控制器，并将该地址标记为“已分配”。主控制设备101然后通过向主体接收模式下的终端设备202传送地址，来在从属发送模式下对请求作出响应。在该传送之后，对终端设备102加以控制的软件现在识别出所分配的地址的存在，并将地址输入该终端设备102自己的总线控制器中。此后，对终端设备加以控制的软件将该终端设备的总线控制器切换到从属模式。从而完成地址分配过程，终端设备“注册”到主控制设备101。在完成该分配过程时，对主控制设备101加以控制的软件可以将主控制设备101的总线控制器切换到主体模式，以便与新寻址和注册的终端设备203、204通信。示例 2在根据本发明优选实施例的第二示例中，第一示例也可以应用于总线系统，在总线系统中，主控制设备101和多个终端设备101、103相连。首先，主控制设备101和终端设备102根据第一示例的方法(S卩，双向地)来通信，其中，主控制设备101处于主体模式，终端设备102处于从属模式。随后将另一终端设备103(电)连接至总线系统。在连接之后，对新的终端设备103(没有分配的地址)加以控制的软件尝试将总线控制器从从属模式(输出状态)切换到主体模式。当在特定时间点 205处总线系统上没有可用的数据业务时，可以成功地进行这种切换。这样的时间点周期性地出现，即，始终出现在主控制设备已实现并完成通信任务时出现。新连接的终端设备103使用这些“间隙”来将其自身切换到主体模式，在所述“间隙”中总线上没有可用的数据业务。由于在总线系统上仅能够注册一个主体，所以新连接的终端设备接管通信。综上所述(to recap)，第一连接的终端设备102 “固定”在从属模式下。如第一示例一样，由于新连接的终端设备103知道主控制设备101的(一般)地址，所以新的终端设备103开启与主控制设备101的通信。在主体发送模式下，新的终端设备103随后向主控制设备101请求206地址，主控制设备101在从属接收模式下接收请求。 响应于来自新的终端设备103的地址请求，主控制设备中存在的软件选择地址，将该地址转发至总线控制器，并将该地址标记为“已分配”。主控制设备101通过将地址传送207到处于主体接收模式下的新的终端设备103，来在从属发送模式下对该请求作出响应。在该传送之后，对新的终端设备103加以控制的软件现在识别所分配的地址的存在，并将该地址输入该终端设备103自己的总线控制器中。此后，对新的终端设备103加以控制的软件将该终端设备103的总线控制器切换到从属模式。从而完成地址分配过程，新的终端设备 103 “注册”到主控制设备。在完成该分配过程时，对主控制设备101加以控制的软件可以将该主控制设备101的总线控制器切换到主体模式，以便与处于从属模式下的新被寻址和注册的新的终端设备通信208、209。示例 3另一示例实现方式(未示出)包括以下配置在该配置中，所有设备(主控制设备和多于一个终端设备)都与总线系统物理连接并且电连接。根据该示例，所有设备的电压源都首先关断，然后接通。此外，所连接的终端设备都不具有分配的地址。布置在主控制设备和终端设备中的总线控制器最初处于从属模式。各个单独终端设备的软件将每个终端设备的总线控制器切换到主体模式。现在可以确定哪个终端设备目前实际获得对总线系统的控制，其中，微秒量级上的时间差很关键。参与总线业务的所有其他终端设备都接收“总线忙”信号，并基于此而切换回到从属模式。如第一示例一样，由于终端设备知道主控制设备的(一般)地址，所以终端设备开启与主控制设备的通信。在主体发送模式下，终端设备随后向主控制设备请求地址，主控制设备在从属接收模式下接收请求。响应于来自终端设备的地址请求，主控制设备中存在的软件选择地址，将该地址转发至总线控制器，并将该地址标记为“已分配”。主控制设备通过将地址传送到处于主体接收模式的终端设备，来在从属发送模式下对该请求作出响应。在该传递之后，对终端设备加以控制的软件现在识别所分配的地址的存在，并将该地址输入该终端设备自己的总线控制器中。此后，对终端设备加以控制的软件将该终端设备的总线控制器切换到从属模式。从而完成地址分配过程，终端设备“注册”到主设备。主控制设备和注册的终端设备现在可以双向地交换数据，其中，主设备处于主体模式，终端设备处于从属模式。由于在总线业务完全用于容量的情况下，这种数据交换不会稳定为100%，所以在连续的数据请求和发送之间出现时间间隙。在这些时间间隙期间，主设备通常将其总线控制器切换到从属模式。在该时间点处，即，在“间隙”期间总线系统的状态下，布置在主设备和终端设备中的相应总线控制器处于从属模式。在另外的步骤中，根据之前的步骤(其中，各个单独终端设备的软件将每个终端设备的总线控制器切换到主体模式)，与总线系统相连的终端设备随后接收在总线系统上注册的可能性。重复该过程，直到所有终端设备都注册到主设备上的时间点为止。主控制设备和所有注册的终端设备现在可以双向地交换数据，其中，主设备处于主体模式，终端设备处于从属模式。根据前述示例，本发明提供了一种简单且方便的方法，通过该方法，诸如传感器 (具体地，温度传感器)之类的终端设备连接至主控制设备，而不会复杂化也不需要用户交互，其中主控制设备优选地是可以连接至PC或过程主体控制站的通信设备。这当在野外利用这样的设备获得不同的读数时尤为有用的，这是因为可以在不复杂化的情况下，根据需要来连接适合于不同应用的诸如红外温度计/高温计(pyrometer)之类的多个传感器。除了提高兼容性以外，这还使得当前连接的传感器能够维持其操作，而不需要重新配置、重启或关断主控制设备。这有利地确保了来自当前连接的传感器的读数不会丢失，从而不必中断测量过程。
权利要求
1.一种与多主体总线相连的多个设备的地址分配的方法，包括第一设备切换到主体模式，使用与控制设备相关联的已知的第一地址，向从属模式下的控制设备请求对第二地址的分配，存储第二地址，以及切换到从属模式。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括控制设备切换到主体模式，以及使用所分配的第二地址与第一设备通信。
3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括将第二设备连接至总线；第二设备切换到主体模式，使用第一地址向从属模式下的控制设备请求对第三地址的分配，存储第三地址，以及切换到从属模式。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括控制设备切换到主体模式，以及使用所分配的第三地址与第二设备通信。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，第一设备是切换到主体模式的多个设备之一，第一设备获得对总线的控制以请求对第二地址的分配，并且所有其他设备都切换回到从属模式。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，在第一设备已切换回到从属模式时，其余的多个设备切换到主体模式，并且所述其余的多个设备之一获得对总线的控制，以请求对另一地址的分配，所有其他设备切换回到从属模式。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括在切换到主体模式之前，确定总线上没有数据业务。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，控制设备优选地是通信设备，所述通信设备连接至PC或过程主体控制站，第一设备是诸如温度传感器之类的终端设备。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所有设备最初处于从属模式，切换模式和存储地址的步骤是通过设备中的软件来执行的。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所有设备都包括具有多主体能力的总线控制器，所述总线控制器适于在主体模式与从属模式之间切换。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在请求步骤中，已知的第一地址是一般地址；响应于请求，控制设备根据查找表来产生与请求设备相关联的独有地址，并将所述独有地址发送至请求设备。
12.—种与多主体总线相连的多个设备的地址分配的系统，所述系统包括第一设备；控制设备；其中，第一设备适于切换到主体模式，并使用与控制设备相关联的已知的第一地址，向从属模式下的控制设备请求对第二地址的分配，以及存储第二地址，并切换到从属模式。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，控制设备适于切换到主体模式并使用所分配的第二地址与第一设备通信。
14.根据权利要求12或13所述的系统，还包括与总线相连的第二设备；其中，第二设备适于切换到主体模式，并使用第一地址向从属模式下的控制设备请求对第三地址的分配；以及存储第三地址并切换到从属模式。
15.根据权利要求12或13所述的系统，其中，第一设备是切换到主体模式的多个设备之一，第一设备获得对总线的控制以请求对第二地址的分配，并且所有其他设备切换回到从属模式。
全文摘要
双线串行总线接口的自动寻址方案。本发明提供了一种自动寻址总线系统以及一种包括主设备和终端设备的通信方法，其中，在主设备和终端设备中使用的相应总线控制器包括多主体能力。主控制设备具有要连接的终端设备所已知的地址，终端设备能够主动发起地址分配过程，而不需要用户交互。本发明的方法和系统可以使用这种已知的总线系统(例如，双线串行总线，具体地I2C)来实现，并且实现自动并且动态的地址分配。
文档编号H04L12/40GK102263835SQ201110144660
公开日2011年11月30日 申请日期2011年5月31日 优先权日2010年5月31日
发明者安德里亚·魏登凯勒 申请人:弗卢克公司