与串联连接装置通信的系统和方法与流程

本专利申请一般地涉及通信技术，更具体地涉及一种与串联连接装置通信的系统和方法。

背景技术：

在通信中，经常出现一个控制器需要跟若干串联连接装置进行通信。这些串联连接装置可以是集成电路，并用菊花链协议来实现通信。在该协议中，系统总是单播传送数据包。每个串联连接装置配置为只在报头数为零时才接收一个包。对于特定装置，如果报头数为非零，则报头数将被减一，并将该包传递给下一装置。对于这样的系统，随着装置数量的增加，数据传输延迟也将增加。

技术实现要素：

本申请涉及一种与多个串联连接装置通信的系统。在一个方面，所述系统包括：连接所述装置中的一个的链路主设备；彼此串联连接的多个装置，每个装置包括：第一输入端口；第一输出端口；连接所述第一输入端口和所述第一输出端口的开关；和连接所述开关的命令解码器，用于识别来自所述链路主设备的不同命令，并相应地闭合或断开所述开关；和用于存储由链路主设备分配的ID的ID寄存器。所述链路主设备用于依次为所述装置中的每一者分配ID，并用于通过将所分配的ID提供给所有装置来直接访问所述多个装置中的任一者以并行地进行读或写。

所述链路主设备可以用于向通信链路生成ID分配命令序列，所述装置中的第一装置用于从所述通信链路接收所述序列中的第一ID分配命令，将来自所述第一ID分配命令的第一ID存储到所述第一装置的ID寄存器，闭合所述第一装置的开关，并将所述序列中另外的ID分配命令传递给串联连接所述第一装置的下一装置。

所述链路主设备可以用于生成ID分配命令；所有装置用于接收所述ID分配命令；所有装置内部的所有开关用于在此之后断开；所述链路主设备用于生成ID号序列；所述装置中的第一装置用于识别第一ID号，将所述序列中的该第一ID号存储到所述第一装置的ID寄存器，关闭所述第一装置的开关，并将所述序列中另外的ID号传递到串联连接所述第一装置的下一装置。

每个装置可以还包括连接所述开关和所述第一输出端口的电压缓冲器。每 个装置可以还包括连接所述开关和所述电压缓冲器的混合器或多路复用器。

每个装置可以还包括第二输出端口，所述第二输出端口连接所述命令解码器，并通过上游链路与所述链路主设备通信。

每个装置可以还包括第二输入端口、第二输出端口、连接所述第二输入端口和所述命令解码器的混合器、以及连接所述混合器和所述第二输出端口的电压缓冲器。所述装置中的第一装置的第一输出端口可以与所述装置中的紧挨所述第一装置的第二装置的第一输入端口通信，形成下游链路，而所述第二装置的第二输出端口与所述装置中的紧挨所述第二装置的第一装置的第二输入端口通信，形成上游链路。

每个装置可以还包括连接于所述第二输入端口和所述混合器之间的协议转换器，所述装置中的第一装置的第二输出端口连接所述链路主设备，其它装置的所述第二输出端口连接到上游链路，而所述上游链路连接到所述第一装置的第二输入端口。

在另一方面，本申请提供了一种与多个串联连接装置通信的方法，所述方法包括：给多个装置中的每一者依次分配ID，每个装置包括：第一输入端口；第一输出端口；和连接所述第一输入端口和所述第一输出端口的开关；在给所述装置分配ID后，闭合所有装置的开关；和利用分配给所述装置中的单个装置的ID通过闭合的开关直接读或写该装置，而无需读或写所述多个装置的其它任何装置。

每个装置可以还包括与所述开关连接的命令解码器，用于识别来自所述链路主设备的不同命令，并相应地闭合或断开所述开关。

每个装置可以还包括ID寄存器，用于存储由所述链路主设备分配的ID。所述方法可以还包括：链路主设备向通信链路生成ID分配命令；和第一装置从所述通信链路接收所述序列中的第一ID分配命令，存储来自所述第一ID分配命令的第一ID到第一装置的ID寄存器，闭合所述第一装置的开关，并将所述序列中另外的ID分配命令传递到串联连接所述第一装置的下一装置。

所述方法可以还包括：链路主设备向通信链路生成ID分配命令；所有装置接收ID分配命令；所有装置随后断开它们的开关；所述链路主设备生成ID号序列；和所述多个装置中的第一装置将所述序列中的第一ID号存储到所述第一装置的ID寄存器，闭合所述第一装置的开关，并将所述序列中另外的ID号传递到串联连接所述第一装置的下一装置。

每个装置可以还包括连接所述开关和所述第一输出端口的电压缓冲器。每个装置可以还包括连接所述开关和所述电压缓冲器的混合器或多路复用器。

在又一方面，本申请提供了一种与多个串联连接装置通信的系统，所述系统包括：彼此串联连接并形成链的多个装置，每个装置包括：第一输入端口；第一输出端口；连接所述第一输入端口和所述第一输出端口的开关；连接所述开关和所述第一输出端口的电压缓冲器；和连接所述开关和所述电压缓冲器的混合器或多路复用器；和连接所述链中的第一装置和最末装置的链路主设备。所述链路主设备用于顺序地给所述多个装置中的每一者按顺序分配ID，闭合所有装置的开关，然后利用分配给所述多个装置中的单个装置的ID通过闭合的开关直接读或写该装置，而无需读或写所述多个装置的其它任何装置。

所述链中的最末装置的第一输出端口可以通过上游链路连接所述链路主设备。每个装置可以还包括与所述开关连接的命令解码器，用于识别来自所述链路主设备的不同命令，并相应地关闭或打开所述开关。每个装置可以还包括ID寄存器，用于存储由所述链路主设备分配的ID。

附图说明

图1示出了根据本专利申请用于与多个串联连接装置通信的系统的三种工作状态的一种实施例。

图2示出了图1所示系统中串联连接装置中的一个。

图3示出了图1所示系统中装置ID分配的过程。

图4示出了图1所示系统的写过程。

图5示出了图1所示系统的读过程。

图6示出了图1所示系统的ID分配过程的时序图。

图7示出了根据图6时序图用于与多个串联连接装置通信的方法的流程图。

图8示出了根据本专利申请另一实施方式的ID分配过程的时序图。

图9示出了根据图8时序图用于与多个串联连接装置通信的方法的流程图。

图10A示出了根据本专利申请可用于串联连接系统的装置的另一实施例。

图10B示出了根据本专利申请可用于串联连接系统的装置的又一实施例。

图10C示出了根据本专利申请可用于串联连接系统的装置的再一实施例。

图10D示出了根据本专利申请可用于串联连接系统的装置的再一实施例。

图10E示出了根据本专利申请可用于串联连接系统的装置的再一实施例。

图11示出了使用图10A的装置的串联连接系统。

图12示出了使用图10B的装置的串联连接系统。

图13示出了使用图10C的装置的串联连接系统。

图14示出了使用图10D的装置的串联连接系统。

图15示出了使用图10E的装置的串联连接系统。

具体描述

现在详细说明本专利申请关于与多个串联连接装置通信的系统和方法的优选实施例，还在以下描述中提供了多个示例。虽然详细描述了本专利申请公开的系统和方法，但是为了清楚起见，显然，对于本领域技术人员理解该系统和方法不是特别重要的一些功能部件可能不被示出。

此外，应该理解的是，本专利申请中公开的系统和方法不限于如下描述的确切实施例，其可以由本领域技术人员在不脱离其精神或请求保护范围的情况下实现各种改变和修改。例如，在本公开的范围内，不同的示例性实施例的元件和/或功能部件可以彼此结合和/或相互替换。

图1示出了根据本专利申请一种实施方式的与多个串联连接装置通信的系统的三种工作状态。参照图1，系统包括链路主设备101及串联连接链路主设备101的多个装置103、105、…、107和109。这些串联连接装置103、105、107和109基本相同。

参考图1，每个串联连接装置，例如装置103，包括第一I/O端口201、第二I/O端口203、及连接第一I/O端口201和第二I/O端口203的开关205。系统上电，在没有给任一个装置103、105、…、107和109分配ID时，每个装置的开关205关断(断开)。链路主设备101用于给装置挨个地分配ID。在所有装置都被分配ID后，每个装置的开关205开通(闭合)。应当注意的是，此时，闭合的开关205形成所有装置的共享总线。读或写操作期间，链路主设备101用于通过共享总线用分配给装置的ID直接读或写特定装置，无需读或写任何其它装置，并执行读或写操作于该装置。在本实施方式中，链路主设备101是微控制器，用于生成所需协议信号。图1中的双向箭头111表示通信链路。

图2示出了图1所示系统中串联连接装置中的一个。参照图2，该装置配有至少两个I/O端口201和203。这两个I/O端口中的一个可以包含一个或多个实体连接或信号。例如，I2C通信链路具有串行数据信号和串行时钟信号。在任何时间情况下，这两个I/O端口中，一个端口作为输入端口，而另一个端口作为输出端口。因此，数据/信息可以从左到右(按下游方向)或从右到左(按上游方向)传输。开关205用于连接或断开这两个I/O端口。

在本实施方式中，该装置还包括与开关205连接的命令解码器207，用于识 别(例如来自链路主设备101的)不同命令并采取相应操作。该操作包括在这两个I/O端口201和203之间建立或断开连接。装置还包括ID寄存器209，用于存储由链路主设备101分配的ID。

在本实施方式中，装置可以包括其它组件，例如数据寄存器211，用以存储参数、提供运算能力、感测周围环境、驱动显示器等等。这些组件共同表示为图2中的功能部件。

图3示出了用于图1所示系统的装置ID分配的过程。参照图3，系统上电时，在装置ID分配之前，所有装置没有ID，且连接开关205置于关断(OFF)位置。换言之，每个装置内的两个I/O端口201和203断开连接。链路主设备101被配置为通过通信链路111发出一序列的ID分配指令。

参照图3，每个装置执行第一ID分配命令的方法是通过保存ID号到ID寄存器，并将连接开关205转到开通(ON)位置。在装置被分配ID之后，每个装置不再回应任何另外的ID分配命令。最后，连接到通信链路的每个装置都得到唯一的ID。

参见图1，在链路主设备101已经给所有装置分配ID之后，所有连接开关205处于开通位置。从电器性的角度，这些开关形成了共享总线。链路主设备101随后可直接与任何装置通信，而不用以菊花链方式通过每个节点(装置)来进行通信。

图4示出了用于图1所示系统的写过程。参照图4，当链路主设备101向特定装置写入信息，链路主设备101发出写命令、装置ID和数据。只有目标装置(图4中的装置401和装置403)将存储来自链路主设备101的输入数据。

图5示出了用于图1所示系统的读过程。参照图5，当链路主设备101从特定装置读取信息，链路主设备101发出读命令和装置ID。只有目标装置(图5中的装置501和装置503)将输出数据给链路主设备101。

图6示出了图1所示系统的ID分配过程的时序图。参照图6，在单播期间601，ID分配命令被一个接一个地传递给装置。在系统上电或系统复位之后，系统进入单播期间601。在广播期间603，读或写命令是直接发送给特定装置，无需通过任何其它装置来传递。

图7示出了根据图6时序图用于与多个串联连接装置通信的方法的流程图。参照图7，当链路主设备向通信链路生成ID分配命令序列(步骤701)，第一装置从通信链路接收序列中的第一ID分配命令(步骤702)，并将来自第一ID分 配命令的ID存储到ID寄存器(步骤703)。连接开关随后转到开通位置，且两个I/O端口连接(步骤705)。在此之后，第一装置将序列中另外的ID分配命令传递到串联连接第一装置的下一设备即第二装置(步骤707)。

第二装置接收第二ID分配命令(步骤712)，并将ID存储到ID寄存器(步骤713)。连接开关随后转到开通位置，且两个I/O端口连接(步骤715)。在此之后，第二装置将来自链路主设备的另外的ID分配命令传递到串联连接第二装置的下一设备即第三装置(步骤717)。

如此，另外的ID分配命令以上述方式传递。第n装置接收第n个ID分配命令(步骤722)，并将ID存储到ID寄存器(步骤723)。连接开关随后转到开通位置，且两个I/O端口相连(步骤725)。在此之后，第n装置将来自链路主设备的另外的ID分配命令传递到串联连接第n装置的下一装置(步骤727)。

应当注意的是，图6和图7所示实施方式中，开关205在系统上电时是关断(断开)的。

图8示出了根据本专利申请另一实施方式的ID分配过程的时序图。在本实施方式中，系统上电或系统复位时，所有装置的连接开关205开通。参照图8，相比图6所示实施方式，单播期间801之前是广播期间，在广播期间，链路主设备以广播方式向装置发送ID分配命令(参照图9中的步骤901)。

图9示出了根据图8时序图用于与多个串联连接装置通信的方法的流程图。参照图9，系统上电或系统复位时，所有装置的连接开关205处于开通位置(步骤903)，且装置等待ID分配命令(步骤905)。链路主设备随后生成ID分配命令(步骤907)，且所有装置接收ID分配命令(步骤901)。应当注意的是，这个ID分配命令是以广播方式进行发送和接收。

链路主设备随后用于向通信链路生成ID号序列(步骤909)。该ID号序列以单播方式传播给装置。相比图7的实施方式，当序列传递给每个装置时，该装置中的开关首先关断，使得两个I/O端口断开连接(步骤911)。然后装置用于将序列中的ID号存储到其ID寄存器(步骤913)，且随后闭合开关，使得两个I/O端口连接(步骤915)。在此之后，装置用于将另外的ID号传递给下一个串联连接的装置(步骤917)。

在另一种实施方式中，对于长距离应用，上述实施方式中的双向I/O端口由单向输入或输出端口替代。其原因是高阻抗态(高阻)在长距离应用中并不安全。通信链路电压电平可以很容易受环境噪声耦合而波动(即摆动，上升或下 降)。因此，每个链路必须由电压源驱动。

图10A-10E示出了可以在根据图11至图15所示各种替代实施方式的系统中串联连接的多个装置。参照图10A-10E，装置包括最少两个主端口。一个主端口用作输入，而另一个主端口用作输出。数据/信息可以从左到右(按下游方向)传输。可替代地，装置可以包括多于两个的端口。数据/信息可以从左到右(按下游方向)或从右到左(按上游方向)传输。

参照图10A和10B，在这些实施方式中，装置包括电压缓冲器(图10A中的1001或图10B中的1003)，用于加强从输入端口到输出端口的信号。信号缓冲使得装置可以放的很远，且不会降低信号质量。

可替代地，参照图10C、10D和10E，在这些实施方式中，装置包括额外的电压缓冲器(图10C中的1005、图10D中的1007或图10E中的1009)，用于加强按上游方向和按下游方向传输的信号。参照图10B、图10D和图10E，装置还可以包括信号混合器或多路复用器(图10B中的1011、图10D中的1013或图10E中的1015)，对于需要这样设备的系统，其允许将来自装置的信息发送回链路主设备。

类似前面的实施方式，参照图10A-10E，装置包括开关(1017、1019、1021、1023或1025)，用于连接或断开两个主端口。装置还可以包括命令解码器，用于识别不同命令并采取相应操作。操作包括在两个主端口之间建立或断开连接。装置还可以包括ID寄存器，用于存储由链路主设备分配的ID。

图11示出了使用图10A所示装置的系统。参照图10A，在本实施方式中，装置还包括连接到开关1017和输出端口的电压缓冲器1001。参照图11，链路主设备1101和装置1103串联连接，且在链路主设备1101和装置1103之间以及在装置1103中建立通信链路1105。这是一种只往下游的结构，其中数据以单方向从链路主设备1101传输到各装置1103。

图12示出了使用图10B所示装置的系统。参照图10B，在本实施方式中，装置还包括连接开关1019和电压缓冲器1003的混合器或多路复用器1011。参照图12，相比图11所示实施方式，除了下游链路1201，系统还包括将最末装置1205连接到链路主设备的上游链路1203。数据通过装置以单方向传输。在装置中，通过多路复用器将上游数据插入单向链路。

图13示出了使用图10C所示装置的系统。参照图10C，在本实施方式中，装置包括第二输出端口1004。该输出端口1004连接命令解码器，并用于连接上 游链路以进行上游数据通信。参照图13，相比图11所示实施方式，除了下游链路1301，在每个装置的第二输出端口1004和上游链路1303之间还有另外的通信链路1305。通信链路1305和上游链路1303电气地为同一组导线。换言之，链路在上游方向以物理方式并联连接。在本实施方式中，链路主设备用于依次为装置中的每一者分配ID，并用于通过将所分配的ID提供给所有装置来直接访问装置中的任一者以并行地进行读或写。

图14示出了使用图10D所示装置的系统。参照图10D，在本实施方式中，装置包括第二输入端口1006、第二输出端口1008、连接第二输入端口1006和命令解码器的混合器1013、以及连接混合器1013和第二输出端口1008的可选的缓冲器1007。

参照图14，一个装置的第一输出端口1407与紧挨该装置的另一个装置的第一输入端口1405通信，形成下游链路1401。一个装置的第二输出端口1409与紧挨该装置的另一个装置的第二输入端口1411通信，形成上游链路1403。在本实施方式中，上游数据和下游数据可以同时传输，形成全双工结构。与此相反，图12所示实施方式为半双工结构。

图15示出了使用图10E所示装置的系统。参照图10E，与图10D相比，装置还包括连接于第二输入端口1014和混合器1015之间的协议转换器1016。参照图15，第一装置1502的第二输出端口1501与链路主设备相连。其他装置的第二输出端口1503连接到上游链路1505。上游链路1505连接到第一装置1502的第二输入端口1507。图15示出了类似于图13的系统。不同于图13的实施方式，在图15中，链路主设备不需要处理总线协议，其中上游链路以物理方式并联连接。

在所有上述实施方式中，串联连接装置不需要具有预先编程的装置ID。链路主设备(通常由微控制器实现)用于在系统上电时初始化所有串联连接装置。随后给所有串联连接装置分配它们唯一的ID。链路主设备用于以广播形式，而不是以菊花链方式(或单播形式)，通过通信链路向特定装置写入信息。链路主设备还用于以广播形式，而不是以菊花链方式(或单播形式)，通过通信链路从特定装置读取信息。

在所有上述实施方式中，不需要非易失性存储器、PCB硬连线连接或任何ID预定义技术来区分串联连接的装置。为实现一些特殊的读/写功能的要求，第一装置、最末装置、或第一装置和最末装置可以增加硬件、引脚连接或内部熔 丝开关差异来扩展功能。系统中共存单播和广播通信模式。单播模式将用来分配特定装置的ID、地址或两者。广播模式用于读/写链中的每个特定装置。

虽然本专利申请已经示出并以特定参考描述多个实施例，但应注意的是，在不脱离本发明的范围下，可以进行各种其他的改变或修改。