專利名稱：基于cpci總線的多串口數(shù)據(jù)通信卡設(shè)備及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域，特別涉及CPCI總線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種基于CPCI
總線的多串口數(shù)據(jù)通信卡設(shè)備及其方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代社會(huì)中，隨著數(shù)據(jù)通信技術(shù)的不斷發(fā)展，在工業(yè)控制領(lǐng)域已經(jīng)得到了越多的應(yīng)用。
同時(shí)，在廣泛使用的工控機(jī)領(lǐng)域，RS232/RS485串行通信已經(jīng)成為常規(guī)的模式。
作為壓縮PCI (Compact PCI,簡(jiǎn)稱為CPCI)技術(shù)規(guī)范，使得流行的PCI總線兼容架構(gòu) 可以用歐洲卡的規(guī)格實(shí)現(xiàn)。這種模塊化的CPCI模板可以靈活組合成適合各種不同工業(yè)現(xiàn)場(chǎng) 應(yīng)用的系統(tǒng)。為了提高CPCI系統(tǒng)的可維護(hù)性，需要在CPCI產(chǎn)品上增加熱插拔功能，使得 CPCI模板可以在不需要關(guān)斷電源情況下，插入或拔出正在運(yùn)行的系統(tǒng)，而不影響或破壞系統(tǒng) 的正常工作，從而為高可用性(High Availability)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。
PICMG 2.0 Revision 3.0規(guī)定了背板上各插槽之間，系統(tǒng)槽與背板，I/O模板與背板之間 嚴(yán)格的互連關(guān)系；定義了背板、模板和前后面板的結(jié)構(gòu)和尺寸；定義P1支持32位PCI操作， PI和P2支持64位PCI操作，P3 、P4和P5留給用戶使用或作為總線擴(kuò)展用。規(guī)范還為33MHz 和66MHz工作頻率的Clock信號(hào)分布，定義了嚴(yán)格的設(shè)計(jì)規(guī)則。規(guī)范還定義了系統(tǒng)管理總線， 并為背板上每個(gè)插槽定義了唯一對(duì)應(yīng)的物理地址。CPCI系統(tǒng)由金屬外殼和前、后面板組成的 整體導(dǎo)電以及ESD電路設(shè)計(jì)，使得CPCI具有電磁輻射屏蔽和靜電釋放能力，表現(xiàn)出良好的 電磁兼容性。
RS-232協(xié)議是一個(gè)最初用于調(diào)制解調(diào)器、打印機(jī)及其它PC外設(shè)的通訊標(biāo)準(zhǔn)，提供單 端20kbps的波特率，后來速率提高至lMbps。 RS - 232的其它技術(shù)指標(biāo)包括標(biāo)稱士5V發(fā)送 電平、土3V接收電平(間隔/符號(hào))、2V共模抑制、2200pF最大電纜負(fù)載電容、300最大驅(qū)動(dòng) 器輸出電阻、3k最小接收器(負(fù)載)阻抗、100英尺(典型值)最大電纜長(zhǎng)度。RS-232協(xié) 議只能夠用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信系統(tǒng)， 不能用于多點(diǎn)通信系統(tǒng)，所有RS-232系統(tǒng)都必須遵從這些 限制。
RS-422協(xié)議是單向、全雙工通信協(xié)議，適合嘈雜的工業(yè)環(huán)境。RS-422規(guī)范允許單個(gè)驅(qū)動(dòng)器與多個(gè)接收器通信，數(shù)據(jù)信號(hào)采用差分傳輸方式，速率最高可達(dá)50Mbps。接收器共斗莫 范圍為士7V,驅(qū)動(dòng)器輸出電阻最大值為100,接收器輸入阻抗可低至4k。
RS-485協(xié)議是雙向、半雙工通信協(xié)議，允許多個(gè)驅(qū)動(dòng)器和接收器掛接在總線上，其中 每個(gè)驅(qū)動(dòng)器都能夠脫離總線。該規(guī)范滿足所有RS - 422的要求，而且比RS - 422穩(wěn)定性更強(qiáng)。 具有更高的接收器輸入阻抗和更寬的共模范圍(-7V至+ 12V)。驅(qū)動(dòng)器能夠驅(qū)動(dòng)32個(gè)單位 負(fù)載，即允許總線上并聯(lián)32個(gè)12k的接收器。對(duì)于輸入阻抗更高的接收器， 一條總線上允許 連接的單位負(fù)栽數(shù)也較高。RS-485接收器可隨意組合，連接至同一總線，但要保證這些電路 的實(shí)際并聯(lián)阻抗不高于32個(gè)單位負(fù)載(375 )。由此可見，RS485適用于多主機(jī)/驅(qū)動(dòng)器工業(yè) 環(huán)境，通信距離較長(zhǎng)淡通信速率不高的場(chǎng)合。
同時(shí)，iCoupler是ADI公司的一項(xiàng)專利隔離技術(shù)。它是一種基于芯片尺寸的變壓器，而 非傳統(tǒng)的基于光電耦合器所采用的發(fā)光二極管(LED)與光電二極管的組合。由于其取消了 光電耦合器中影響效率的光電轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，因此其功耗僅為光電耦合器的1/10-1/50。采用了 iCoupler技術(shù)的數(shù)字隔離器利用平面磁場(chǎng)專利隔離技術(shù)，并采用變壓器專利技術(shù)集成變壓器 驅(qū)動(dòng)和接收電路，同時(shí)不再需要驅(qū)動(dòng)34〃的外部電路，從而在性能方面表現(xiàn)出色。數(shù)字隔離 器使用了芯片級(jí)制造工藝直接在芯片上制造iCoupler變壓器，只需一個(gè)芯片就能支持高速數(shù) 據(jù)通信，同時(shí)能滿足醫(yī)用設(shè)備、高電壓工業(yè)應(yīng)用、電源以及其他高隔離度環(huán)境的嚴(yán)格隔離要 求。iCoupler數(shù)字隔離器的隔離通道具有比光電耦合器更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，時(shí)序精度和瞬 態(tài)共模抑制能力，因此iCoupler數(shù)字隔離器非常適合在各種工業(yè)上的應(yīng)用，包括數(shù)據(jù)通信、 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器接口以及其他多通道隔離應(yīng)用。
雖然以上技術(shù)都已經(jīng)發(fā)展的比較成熟，但是還沒有一種技術(shù)方案能夠?qū)⒁陨霞夹g(shù)手段進(jìn) 行整合應(yīng)用，并應(yīng)用于工控機(jī)的數(shù)據(jù)通信方面。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服了上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，提供一種能夠有效實(shí)現(xiàn)智能化多串口數(shù) 據(jù)通信、擴(kuò)展方便、安全可靠、功耗較低、數(shù)據(jù)傳輸速率較高、適用范圍較為廣泛的基于CPCI 總線的多串口數(shù)據(jù)通信卡設(shè)備及其方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明的基于CPCI總線的多串口數(shù)據(jù)通信卡設(shè)備及其方法如下 該基于CPCI總線的多串口數(shù)據(jù)通信卡設(shè)備，其主要特點(diǎn)是，所述的設(shè)備包括 CPCI總線通信模塊，該CPCI總線通信模塊通過CPCI總線與主機(jī)系統(tǒng)相連接，并向主 機(jī)系統(tǒng)提交數(shù)據(jù)以及接收主機(jī)系統(tǒng)的下發(fā)數(shù)據(jù)；至少二個(gè)具有自動(dòng)RS485通信流控功能的UART通信管理模塊，所述的各個(gè)UART通信 管理模塊分別與所述的CPCI總線通信模塊相連接，進(jìn)行通信數(shù)據(jù)的收發(fā)處理，并在數(shù)據(jù)發(fā) 送完畢或者接收數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)通過CPCI總線向主機(jī)系統(tǒng)發(fā)送中斷通知；
磁隔離模塊，進(jìn)行通信信號(hào)的傳輸；和
與所述的UART通信管理模塊數(shù)量相對(duì)應(yīng)的RS232/RS485 二合一通信收發(fā)模塊，所述的 各個(gè)RS232/RS485 二合一通信收發(fā)模塊均接入RS232/RS485總線，且所述的各個(gè)UART通信 管理模塊通過所述的磁隔離模塊與對(duì)應(yīng)的RS232/RS485 二合一通信收發(fā)模塊相連接，進(jìn)行通 信信號(hào)的邏輯電平轉(zhuǎn)換和傳輸。
該基于CPCI總線的多串口數(shù)據(jù)通信卡設(shè)備中的CPCI總線通信才莫塊為PCI從設(shè)備管理器。
該基于CPCI總線的多串口數(shù)據(jù)通信卡設(shè)備中的具有自動(dòng)RS485通信流控功能的UART 通信管理;漠塊為具有自動(dòng)RS485通信流控功能的UART通信管理器。
該基于CPCI總線的多串口數(shù)據(jù)通信卡設(shè)備中的磁隔離模塊為iCoupler磁隔離器。
該基于CPCI總線的多串口數(shù)據(jù)通信卡設(shè)備中的RS232/RS485 二合一通信收發(fā)模塊為 RS232/RS485 二合一通信收發(fā)器。
該基于CPCI總線的多串口數(shù)據(jù)通信卡設(shè)備中的具有自動(dòng)RS485通信流控功能的UART 通信管理模塊的數(shù)量為8個(gè)，所述的RS232/RS485 二合一通信收發(fā)模塊的數(shù)量也為8個(gè)。
該基于上述的設(shè)備實(shí)現(xiàn)基于CPCI總線的多串口數(shù)據(jù)通信的方法，其主要特點(diǎn)是，所述 的方法包括設(shè)備初始化處理操作、數(shù)據(jù)發(fā)送處理和數(shù)據(jù)接收處理，所述的設(shè)備初始化處理操 作，包括以下步驟
(11 )所述的設(shè)備插入主機(jī)系統(tǒng)的CPCI接口槽，主機(jī)系統(tǒng)根據(jù)PCI設(shè)備資源分配法則 為該設(shè)備分配共享中斷號(hào)；
(12 )所述的主機(jī)系統(tǒng)為該設(shè)備分配內(nèi)存映射I/O空間；
(13 )所述的主機(jī)系統(tǒng)創(chuàng)建與所述的UART通信管理模塊數(shù)量相對(duì)應(yīng)的UART虛擬設(shè)備， 并將所述的內(nèi)存映射I/O空間分割為與各個(gè)UART虛擬設(shè)備相對(duì)應(yīng)的部分，作為每個(gè)UART 虛擬設(shè)備的發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)； 所述的數(shù)據(jù)發(fā)送處理，包括以下步驟
(21) 所述的主機(jī)系統(tǒng)將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)拷貝到所述的內(nèi)存映射I/O空間中的發(fā)送數(shù)據(jù) 緩沖區(qū)；
(22) 所述的主機(jī)系統(tǒng)通過所述的CPCI總線通信模塊通知對(duì)應(yīng)的UART通信管理模塊相應(yīng)的數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖區(qū)有數(shù)據(jù)待發(fā)送；
(23 )所述的UART通信管理模塊讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn) 換和發(fā)送操作；
所述的數(shù)據(jù)接收處理，包括以下步驟
(31 )當(dāng)RS232/RS485總線上的遠(yuǎn)端設(shè)備有數(shù)據(jù)到達(dá)所述的RS232/RS485 二合一通信收 發(fā)模塊時(shí)，所迷的設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)接收和轉(zhuǎn)換操作，并得到接收數(shù)據(jù)；
(32 )所述的UART通信管理^f莫塊將接收到的數(shù)據(jù)拷貝至所述的內(nèi)存映射I/O空間中的 接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中，并向所述的主機(jī)系統(tǒng)發(fā)送硬件中斷通知該主機(jī)系統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)；
(33 )所述的主機(jī)系統(tǒng)通過該硬件中斷的中斷狀態(tài)字的標(biāo)志位判斷是哪個(gè)UART通信管 理模塊接收到數(shù)據(jù)；
(34 )所述的主機(jī)系統(tǒng)調(diào)度該UART通信管理模塊所對(duì)應(yīng)的中斷處理過程函數(shù)，將所述 的接收數(shù)據(jù)傳遞至上層應(yīng)用程序。
該實(shí)現(xiàn)基于CPCI總線的多串口數(shù)據(jù)通信的方法中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和發(fā)送操作，包括以下步
驟
(231 )所述的UART通信管理模塊將所讀取到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為實(shí)際的邏輯電平信號(hào)； (232)所述的UART通信管理模塊將轉(zhuǎn)換后的邏輯電平信號(hào)通過磁隔離器傳送給對(duì)應(yīng)
的RS232/RS485 二合一通信收發(fā)才莫塊；
(233 )所述的RS232/RS485 二合一通信收發(fā)模塊將所述的邏輯電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為符合
IEA232/IEA485通信協(xié)議的電氣信號(hào)，并將該電氣信號(hào)通過RS232/RS485總線傳送給遠(yuǎn)端設(shè)
備；
(234 )所述的UART通信管理模塊通過CPCI總線通信模塊通知主機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)發(fā)送完畢。 該實(shí)現(xiàn)基于CPCI總線的多串口數(shù)據(jù)通信的方法中的數(shù)據(jù)接收和轉(zhuǎn)換操作，包括以下步
驟
(311 )所述的RS232/RS485 二合一通信收發(fā)模塊將符合正A232/IEA485通信協(xié)議的電 氣信號(hào)轉(zhuǎn)換為邏輯電平信號(hào)；
(312 )所述的RS232/RS485 二合一通信收發(fā)模塊將該邏輯電平信號(hào)通過磁隔離器傳送 到對(duì)應(yīng)的UART通信管理模塊；
(313 )所述的UART通信管理模塊將接收到的邏輯電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為實(shí)際的接收數(shù)據(jù)。 采用了該發(fā)明的基于CPCI總線的多串口數(shù)據(jù)通信卡設(shè)備及其方法，由于其中采用了 CPCI總線通信接口方式，并與系統(tǒng)硬件連接采用2mm高密度針式連接器，從而在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域令系統(tǒng)運(yùn)行更加可靠；而且CPCI具有熱插拔功能，可以在不需要關(guān)斷電源情況下，插 入或拔出正在運(yùn)^"的系統(tǒng)而不影響或^:壞系統(tǒng)的正常工作，^^而為高可用性奠定基礎(chǔ)；CPC[ 的可擴(kuò)展性允許一個(gè)硬件系統(tǒng)平臺(tái)在不增加PCI橋的情況下最多擴(kuò)展7塊8串口卡，即可以 擴(kuò)展出最多達(dá)到56個(gè)串口 ；同時(shí)，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了智能控制RS485通信，而RS485為半雙工 串行通信，其中的UART通信控制模塊中具有自動(dòng)RS485通信流控功能，從而大大簡(jiǎn)化了 RS232/RS485切換電路，也使RS232/RS485的切換控制真正實(shí)現(xiàn)了智能化；由于其中采用了 的iCoupler磁隔離技術(shù)(磁隔離模塊)有效避免了光電耦合器中影響效率的光電轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)， 從而功耗非常低，僅為使用光電耦合器的多串口通信設(shè)備的1/10-1/50，具有比光電耦合器 更高的數(shù)據(jù)傳輸速率、時(shí)序精度和瞬態(tài)共模抑制能力；串行通信數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)到 230400bps,不僅安全可靠，而且適用范圍較為廣泛。


圖1為本發(fā)明的基于CPCI總線的多串口數(shù)據(jù)通信卡設(shè)備硬件結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉以下實(shí)施例詳細(xì)說明。 請(qǐng)參閱圖1所示，該基于CPCI總線的多串口數(shù)據(jù)通信卡設(shè)備，其中包括 (1 ) CPCI總線通信模塊，該CPCI總線通信模塊通過CPCI總線與主機(jī)系統(tǒng)相連接，并
向主機(jī)系統(tǒng)提交數(shù)據(jù)以及接收主機(jī)系統(tǒng)的下發(fā)數(shù)據(jù)；所述的CPCI總線通信模塊為PCI從設(shè)
備管理器；
(2 )至少二個(gè)具有自動(dòng)RS485通信流控功能的UART通信管理模塊，所述的各個(gè)UART 通信管理模塊分別與所述的CPCI總線通信模塊相連接，進(jìn)行通信數(shù)據(jù)的收發(fā)處理，并在數(shù) 據(jù)發(fā)送完畢或者接收數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)通過CPCI總線向主4幾系統(tǒng)發(fā)送中斷通知；所述的具有自動(dòng) RS485通信流控功能的UART通信管理模塊為具有自動(dòng)RS485通信流控功能的UART通信管 理器；在本發(fā)明的具體實(shí)施方式
中，所述的具有自動(dòng)RS485通信流控功能的UART通信管理 模塊的數(shù)量為8個(gè)；
(3 )磁隔離模塊，進(jìn)行通信信號(hào)的傳輸；所述的磁隔離模塊為iCoupler磁隔離器； (4)與所述的UART通信管理模塊數(shù)量相對(duì)應(yīng)的RS232/RS485 二合一通信收發(fā)模塊， 所述的各個(gè)RS232/RS485 二合一通信收發(fā)模塊均接入RS232/RS485總線，且所述的各個(gè) UART通信管理模塊通過所述的磁隔離模塊與對(duì)應(yīng)的RS232/RS485 二合一通信收發(fā)模塊相連 接，進(jìn)行通信信號(hào)的邏輯電平轉(zhuǎn)換和傳輸；所述的RS232/RS485 二合一通信收發(fā)模塊為RS232/RS485 二合一通信收發(fā)器；同時(shí)，在本發(fā)明的具體實(shí)施方式
中，所迷的RS232/RS485 二合一通信收發(fā)模塊的數(shù)量也為8個(gè)。
在實(shí)際使用當(dāng)中，本發(fā)明的基于CPCI總線的多串口數(shù)據(jù)通信卡設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)中包括 CPCI總線接口控制器、RS232信號(hào)收發(fā)器、RS485信號(hào)收發(fā)器、iCoupler磁隔離器。此設(shè)備 能直接在遵循CPCI規(guī)范的硬件平臺(tái)使用，給主機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)充出8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)型UART，通過RS232 信號(hào)收發(fā)器或RS485信號(hào)收發(fā)器，可以和外界的RS232或RS485設(shè)備通信。同時(shí)該設(shè)備中 具有磁隔離器，符合國(guó)家電力行業(yè)磁隔離安全規(guī)范。本卡件具有智能安裝、智能切換 RS232/RS485通信模式等特性。
CPCI總線規(guī)范是PCI總線規(guī)范的另 一領(lǐng)域應(yīng)用拓展，所遵循的協(xié)議是PCI2.0協(xié)議規(guī)范， 硬件上使用的CPCI從設(shè)備控制器和通用PCI從設(shè)備沒有區(qū)別。本發(fā)明的設(shè)備的CPCI總線從 設(shè)備控制器與硬件平臺(tái)的CPCI總線連接，根據(jù)PCI設(shè)備的即插即用特性，卡件插入系統(tǒng)裝 置的CPCI槽后，通用平臺(tái)上的WINDOWS、 LINUX系統(tǒng)能自動(dòng)檢測(cè)到新硬件的插入，根據(jù) PCI設(shè)備資源分配法則，系統(tǒng)自動(dòng)分配I/O空間和共享中斷號(hào)。設(shè)備在得到的I/O空間與普通 輸入輸出設(shè)備的I/O空間不同，是一種稱為內(nèi)存映射I/O空間(MMIO, memory map I/O ), 系統(tǒng)可以像讀寫內(nèi)存塊一樣操作讀寫這塊I/O空間數(shù)據(jù)，存取的速率比物理1/0空間讀寫快 得多。
本發(fā)明的設(shè)備上還可以設(shè)置多達(dá)8個(gè)UART通信管理器，這8個(gè)UART通信管理器和 CPCI從設(shè)備控制器完美整合在一起。當(dāng)平臺(tái)上的WINDOWS、 LINUX系統(tǒng)辨別卡件分配資 源后，平臺(tái)上的軟件系統(tǒng)(驅(qū)動(dòng))會(huì)衍生出8個(gè)UART設(shè)備，并且將MMIO空間對(duì)應(yīng)8個(gè) UART分成8個(gè)部分，用作每個(gè)UART的發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，同時(shí)平臺(tái)上的 軟件系統(tǒng)(驅(qū)動(dòng))還運(yùn)用了操作系統(tǒng)中的共享中斷技術(shù)，根據(jù)卡件中斷狀態(tài)字的標(biāo)志位辨別 出是由哪個(gè)UART發(fā)出的中斷請(qǐng)求，從而調(diào)度這個(gè)UART的中斷處理過程函數(shù)。
UART通信管理器可以引出RS485通信收發(fā)器的流控信號(hào)，這樣這個(gè)UART通信管理器 既可以作RS232通信也可以作RS485通信管理。在本發(fā)明的技術(shù)方案中，將RS232/RS485 的切換控制植入到軟件系統(tǒng)(驅(qū)動(dòng))中，而以往的RS232/RS485的切換控制由外圍的硬件設(shè) 置電路完成，因此本發(fā)明中的RS232/RS485的切換控制真正實(shí)現(xiàn)了智能化。
該基于上述的設(shè)備實(shí)現(xiàn)基于CPCI總線的多串口數(shù)據(jù)通信的方法，其中包括設(shè)備初始化 處理4乘作、數(shù)據(jù)發(fā)送處理和數(shù)據(jù)接收處理，所迷的設(shè)備初始化處理操作，包括以下步驟
(11 )所述的設(shè)備插入主機(jī)系統(tǒng)的CPCI接口槽，主機(jī)系統(tǒng)根據(jù)PCI設(shè)備資源分配法則 為該設(shè)備分配共享中斷號(hào)；(12 )所述的主機(jī)系統(tǒng)為該設(shè)備分配內(nèi)存映射I/O空間；
(13 )所述的主機(jī)系統(tǒng)創(chuàng)建與所述的UART通信管理模塊數(shù)量相對(duì)應(yīng)的UART虛擬設(shè)備， 并將所述的內(nèi)存映射I/O空間分割為與各個(gè)UART虛擬設(shè)備相對(duì)應(yīng)的部分，作為每個(gè)UART 虛擬設(shè)備的發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)； 所述的數(shù)據(jù)發(fā)送處理，包括以下步驟
(21) 所述的主機(jī)系統(tǒng)將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)拷貝到所述的內(nèi)存映射I/O空間中的發(fā)送數(shù)據(jù) 緩沖區(qū)；
(22) 所述的主^L系統(tǒng)通過所述的CPCI總線通信神莫塊通知對(duì)應(yīng)的UART通信管理才莫塊 相應(yīng)的數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖區(qū)有數(shù)據(jù)待發(fā)送；
(23 )所述的UART通信管理模塊讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn) 換和發(fā)送操作，包括以下步驟
(a )所述的UART通信管理模塊將所讀取到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為實(shí)際的邏輯電平信號(hào)； (b )所述的UART通信管理模塊將轉(zhuǎn)換后的邏輯電平信號(hào)通過磁隔離器傳送給對(duì)應(yīng) 的RS232/RS485 二合一通信收發(fā)才莫塊；
(c)所述的RS232/RS485 二合一通信收發(fā)模塊將所述的邏輯電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為符合 IEA232/IEA485通信協(xié)議的電氣信號(hào)，并將該電氣信號(hào)通過RS232/RS485總線傳送給 遠(yuǎn)端設(shè)備；
(d )所述UART通信管理模塊通過CPCI總線通信模塊通知主機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)發(fā)送完畢； 所述的數(shù)據(jù)接收處理，包括以下步驟
(31 )當(dāng)RS232/RS485總線上的遠(yuǎn)端設(shè)備有數(shù)據(jù)到達(dá)所述的RS232/RS485 二合一通信收 發(fā)模塊時(shí)，所述的設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)接收和轉(zhuǎn)換操作，并得到接收數(shù)據(jù)；所述的數(shù)據(jù)接收和轉(zhuǎn)換 操作，包括以下步驟
(a )所述的RS232/RS485 二合一通信收發(fā)才莫塊將符合IEA232/IEA485通信協(xié)議的電 氣信號(hào)轉(zhuǎn)換為邏輯電平信號(hào)；
(b )所述的RS232/RS485 二合一通信收發(fā)模塊將該邏輯電平信號(hào)通過磁隔離器傳送 到對(duì)應(yīng)的UART通信管理模塊；
(c )所述的UART通信管理模塊將接收到的邏輯電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為實(shí)際的接收數(shù)據(jù)； (32 )所述的UART通信管理;f莫塊將接收到的數(shù)據(jù)拷貝至所述的內(nèi)存映射I/O空間中的 接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中，并向所述的主機(jī)系統(tǒng)發(fā)送硬件中斷通知該主機(jī)系統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)；
(33 )所述的主機(jī)系統(tǒng)通過該硬件中斷的中斷狀態(tài)字的標(biāo)志位判斷是哪個(gè)UART通信管理才莫塊接收到數(shù)據(jù)；
(34 )所述的主機(jī)系統(tǒng)調(diào)度該UART通信管理模塊所對(duì)應(yīng)的中斷處理過程函數(shù)，將所述 的接收數(shù)據(jù)傳遞至上層應(yīng)用程序。
在實(shí)際使用當(dāng)中，當(dāng)系統(tǒng)有發(fā)送數(shù)據(jù)需要從卡件的某個(gè)UART發(fā)送出去時(shí)，系統(tǒng)將此發(fā) 送數(shù)據(jù)拷貝到軟件系統(tǒng)(驅(qū)動(dòng))的發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，即卡件的MMIO中，并通過PCI總線通 信控制器中告訴這個(gè)UART的通信管理器數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖區(qū)有數(shù)據(jù)發(fā)送，UART的通信管理器 即轉(zhuǎn)換計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)為實(shí)際的邏輯電平(TTL )信號(hào)經(jīng)磁隔離器輸送給RS232/RS485通信收發(fā) 器，由這個(gè)RS232/RS485通信收發(fā)器轉(zhuǎn)換邏輯電平信號(hào)為符合IEA232/正A485通信的電氣信 號(hào)輸送到遠(yuǎn)方設(shè)備；發(fā)送完畢后UART的通信管理器通過PC總線通信控制器告知系統(tǒng)數(shù)據(jù) 發(fā)送完畢。
當(dāng)遠(yuǎn)方設(shè)備有數(shù)據(jù)到達(dá)某個(gè)UART時(shí)，RS232/RS485通信收發(fā)器將IEA232/IEA485通信 的電氣信號(hào)轉(zhuǎn)換為邏輯電平(TTL)信號(hào)，經(jīng)過磁隔離器傳輸?shù)経ART的通信管理器，通信 管理器拷貝數(shù)據(jù)到卡件的MMIO中，并且發(fā)出 一個(gè)硬件中斷，通知系統(tǒng)取走數(shù)據(jù)；軟件系統(tǒng) (驅(qū)動(dòng))通過中斷狀態(tài)字的標(biāo)志位辨別是哪個(gè)UART接收到的數(shù)據(jù)，調(diào)度這個(gè)UART的中斷 處理過程函數(shù)，即可以將接收數(shù)據(jù)傳遞給應(yīng)用程序。
采用了上述的基于CPCI總線的多串口數(shù)據(jù)通信卡設(shè)備及其方法，由于其中采用了 CPCI 總線通信接口方式，并與系統(tǒng)硬件連接采用2mm高密度針式連接器，從而在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域令 系統(tǒng)運(yùn)行更加可靠；而且CPCI具有熱插拔功能，可以在不需要關(guān)斷電源情況下，插入或拔 出正在運(yùn)行的多串口數(shù)據(jù)通信卡設(shè)備而不影響或破壞系統(tǒng)的正常工作，從而為高可用性奠定 基礎(chǔ)；CPCI的可擴(kuò)展性允許一個(gè)硬件系統(tǒng)平臺(tái)在不增加PCI橋的情況下最多擴(kuò)展7塊8串口 卡，即可以擴(kuò)展出最多達(dá)到56個(gè)串口；同時(shí)，本發(fā)明中實(shí)現(xiàn)了智能控制RS485通信，而RS485 為半雙工串行通信，其中的UART通信控制模塊中具有自動(dòng)RS485通信流控功能，從而大大 簡(jiǎn)化了 RS232/RS485切換電路，也使RS232/RS485的切換控制真正實(shí)現(xiàn)了智能化；由于其中 采用了的iCoupler磁隔離技術(shù)(磁隔離模塊)有效避免了光電耦合器中影響效率的光電轉(zhuǎn)換 環(huán)節(jié)，從而功耗非常低，僅為使用光電耦合器的多串口通信設(shè)備的1/10-1/50,具有比光電 耦合器更高的數(shù)據(jù)傳輸速率、時(shí)序精度和瞬態(tài)共模抑制能力；串行通信數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)到 230400bps，不僅安全可靠，而且適用范圍較為廣泛。
在此說明書中，本發(fā)明已參照其特定的實(shí)施例作了描述。但是，很顯然仍可以作出各種 修改和變換而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，說明書和附圖應(yīng)被認(rèn)為是說明性的而非限 制性的。
權(quán)利要求
1、一種基于CPCI總線的多串口數(shù)據(jù)通信卡設(shè)備，其特征在于，所述的設(shè)備包括CPCI總線通信模塊，該CPCI總線通信模塊通過CPCI總線與主機(jī)系統(tǒng)相連接，并向主機(jī)系統(tǒng)提交數(shù)據(jù)以及接收主機(jī)系統(tǒng)的下發(fā)數(shù)據(jù)；至少二個(gè)具有自動(dòng)RS485通信流控功能的UART通信管理模塊，所述的各個(gè)UART通信管理模塊分別與所述的CPCI總線通信模塊相連接，進(jìn)行通信數(shù)據(jù)的收發(fā)處理，并在數(shù)據(jù)發(fā)送完畢或者接收數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)通過CPCI總線向主機(jī)系統(tǒng)發(fā)送中斷通知；磁隔離模塊，進(jìn)行通信信號(hào)的傳輸；和與所述的UART通信管理模塊數(shù)量相對(duì)應(yīng)的RS232/RS485二合一通信收發(fā)模塊，所述的各個(gè)RS232/RS485二合一通信收發(fā)模塊均接入RS232/RS485總線，且所述的各個(gè)UART通信管理模塊通過所述的磁隔離模塊與對(duì)應(yīng)的RS232/RS485二合一通信收發(fā)模塊相連接，進(jìn)行通信信號(hào)的邏輯電平轉(zhuǎn)換和傳輸。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CPCI總線的多串口數(shù)據(jù)通信卡設(shè)備，其特征在于，所述 的CPCI總線通信模塊為PCI從設(shè)備管理器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CPCI總線的多串口數(shù)據(jù)通信卡設(shè)備，其特征在于，所述 的具有自動(dòng)RS485通信流控功能的UART通信管理模塊為具有自動(dòng)RS485通信流控功能的 UART通信管理器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CPCI總線的多串口數(shù)據(jù)通信卡設(shè)備，其特征在于，所述 的磁隔離模塊為iCoupler磁隔離器。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CPCI總線的多串口數(shù)據(jù)通信卡設(shè)備，其特征在于，所述 的RS232/RS485 二合一通信收發(fā)模塊為RS232/RS485 二合一通信收發(fā)器。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的基于CPCI總線的多串口數(shù)據(jù)通信卡設(shè)備，其特 征在于，所迷的具有自動(dòng)RS485通信流控功能的UART通信管理模塊的數(shù)量為8個(gè)，所述的 RS232/RS485 二合一通信收發(fā)^f莫塊的數(shù)量也為8個(gè)。
7、 一種基于權(quán)利要求1所述的設(shè)備實(shí)現(xiàn)基于CPCI總線的多串口數(shù)據(jù)通信的方法，其特 征在于，所述的方法包括設(shè)備初始化處理操作、數(shù)據(jù)發(fā)送處理和數(shù)據(jù)接收處理，所述的設(shè)備 初始化處理l喿作，包括以下步驟(11 )所述的設(shè)備插入主機(jī)系統(tǒng)的CPCI接口槽，主機(jī)系統(tǒng)根據(jù)PCI設(shè)備資源分配法則 為該設(shè)備分配共享中斷號(hào)；(12 )所述的主機(jī)系統(tǒng)為該設(shè)備分配內(nèi)存映射I/O空間；(13 )所述的主機(jī)系統(tǒng)創(chuàng)建與所述的UART通信管理模塊數(shù)量相對(duì)應(yīng)的UART虛擬設(shè)備， 并將所述的內(nèi)存映射I/O空間分割為與各個(gè)UART虛擬設(shè)備相對(duì)應(yīng)的部分，作為每個(gè)UART 虛擬設(shè)備的發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)； 所述的數(shù)據(jù)發(fā)送處理，包括以下步驟(21) 所述的主機(jī)系統(tǒng)將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)拷貝到所述的內(nèi)存映射I/O空間中的發(fā)送數(shù)據(jù) 緩沖區(qū)；(22) 所述的主機(jī)系統(tǒng)通過所述的CPCI總線通信模塊通知對(duì)應(yīng)的UART通信管理模塊 相應(yīng)的數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖區(qū)有數(shù)據(jù)待發(fā)送；(23 )所述的UART通信管理模塊讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn) 換和發(fā)送操作；所述的數(shù)據(jù)接收處理，包括以下步驟(31 )當(dāng)RS232/RS485總線上的遠(yuǎn)端設(shè)備有數(shù)據(jù)到達(dá)所述的RS232/RS485 二合一通信收 發(fā)模塊時(shí)，所述的設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)接收和轉(zhuǎn)換操作，并得到接收數(shù)據(jù)；(32 )所述的UART通信管理沖莫塊將接收到的數(shù)據(jù)拷貝至所述的內(nèi)存映射I/O空間中的 接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中，并向所述的主機(jī)系統(tǒng)發(fā)送硬件中斷通知該主機(jī)系統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)；(33 )所述的主機(jī)系統(tǒng)通過該硬件中斷的中斷狀態(tài)字的標(biāo)志位判斷是哪個(gè)UART通信管 理模塊接收到數(shù)據(jù)；(34 )所述的主機(jī)系統(tǒng)調(diào)度該UART通信管理模塊所對(duì)應(yīng)的中斷處理過程函數(shù)，將所述 的接收數(shù)據(jù)傳遞至上層應(yīng)用程序。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的實(shí)現(xiàn)基于CPCI總線的多串口數(shù)據(jù)通信的方法，其特征在于， 所述的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和發(fā)送操作，包括以下步驟(231 )所述的UART通信管理模塊將所讀取到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為實(shí)際的邏輯電平信號(hào)； (232 )所述的UART通信管理模塊將轉(zhuǎn)換后的邏輯電平信號(hào)通過磁隔離器傳送給對(duì)應(yīng)的RS232/RS485 二合一通信收發(fā)模塊；(233 )所述的RS232/RS485 二合一通信收發(fā)模塊將所述的邏輯電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為符合正A232/IEA485通信協(xié)議的電氣信號(hào)，并將該電氣信號(hào)通過RS232/RS485總線傳送給遠(yuǎn)端設(shè)備；(234 )所述的UART通信管理模塊通過CPCI總線通信模塊通知主機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)發(fā)送完畢。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的實(shí)現(xiàn)基于CPCI總線的多串口數(shù)據(jù)通信的方法，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)接收和轉(zhuǎn)換操作，包括以下步驟(311 )所述的RS232/RS485 二合一通信收發(fā)模塊將符合正A232/正A485通信協(xié)議的電 氣信號(hào)轉(zhuǎn)換為邏輯電平信號(hào)；(312) 所述的RS232/RS485 二合一通信收發(fā)模塊將該邏輯電平信號(hào)通過磁隔離器傳送 到對(duì)應(yīng)的UART通信管理模塊；(313) 所述的UART通信管理模塊將接收到的邏輯電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為實(shí)際的接收數(shù)據(jù)
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于CPCI總線的多串口數(shù)據(jù)通信卡設(shè)備及方法，設(shè)備包括CPCI總線通信模塊、至少二個(gè)具有自動(dòng)RS485通信流控功能的UART通信管理模塊、磁隔離模塊、與UART通信管理模塊數(shù)量相對(duì)應(yīng)的RS232/RS485二合一通信收發(fā)模塊。方法包括設(shè)備初始化處理操作、數(shù)據(jù)發(fā)送處理和數(shù)據(jù)接收處理。采用該種基于CPCI總線的多串口數(shù)據(jù)通信卡設(shè)備及其方法，系統(tǒng)運(yùn)行更加可靠，為高可用性奠定基礎(chǔ)，簡(jiǎn)化了RS232/RS485切換電路，使RS232/RS485切換控制真正實(shí)現(xiàn)了智能化；使用磁隔離模塊功耗僅為使用光電耦合器的多串口通信設(shè)備的1/10～1/50；具有更高的數(shù)據(jù)傳輸速率、時(shí)序精度和瞬態(tài)共模抑制能力；串行通信數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)到230400bps，安全可靠，適用范圍較為廣泛。
文檔編號(hào)G06F13/38GK101527735SQ20091004893
公開日2009年9月9日 申請(qǐng)日期2009年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月7日
發(fā)明者岑登青, 王永剛 申請(qǐng)人:上海許繼電氣有限公司