[發明專利]一種面向智能物聯的異步串行大數據可靠傳輸方法

有效

• 申請號: 201711428071.1
• 申請日: 2017-12-26
• 公開（公告）號: CN108170629B
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發明（設計）人: 陶飛;鄒孝付;李建國
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學;北京神州飛航科技有限責任公司
• 主分類號: G06F13/42
• 分類號: G06F13/42;G06F17/50
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;顧煒

本發明公開了一種面向智能物聯的異步串行大數據可靠傳輸方法，該方法利用VHDL語言設計并在FPGA上實現，該方法收發的數據格式為8位數據位，1位開始位和1位停止位，包括：異步串行時鐘產生模塊：利用FPGA主時鐘分頻得到異步串行時鐘。異步串行數據接收模塊，包括數據接收管腳的濾波以及與FPGA主時鐘的同步，數據接收管腳的下降沿檢測，數據接收的有效性檢測以及數據接收的多點采樣處理。異步串行數據發送模塊：在異步串行時鐘的驅動下，驅動數據發送管腳輸出低電平，并持續16個時鐘周期；將待發送的1字節數據按照從低到高的bit順序依次賦值給數據發送管腳，并分別持續16個時鐘周期；驅動數據發送管腳輸出高電平，并持續16個時鐘周期。

技術領域

本發明屬于電子工程和計算機科學領域，具體涉及一種面向智能物聯的異步串行大數據可靠傳輸方法。

背景技術

隨著國家戰略“中國制造2025”的提出，智能制造已成為當代中國的熱點名詞。但是實現智能制造離不開數據，這些數據更具體的表現為制造現場的數據，所以制造現場數據的可靠采集、處理、交換與傳輸就是實現智能制造的底層技術支撐。作為一種常用的通訊方式，異步串行數據傳輸在制造現場更是很多傳感設備的數據傳輸方式。然而隨著工業生產和信息技術的發展，人們對數據量、傳輸速度、傳輸可靠性的要求逐漸加大，異步串行數據傳輸方法也面臨著新的挑戰。在智能制造的底層，為了能保證高速運轉的設備正常運行，需要采集大量數據進行實時監控，例如機床。機床轉速較快，采樣頻率也需提高，將大量的數據實時高效并且正確地傳輸給數據處理設備就成為了目前數據傳輸領域的一大問題。對機床進行狀態監控、刀具狀態監控時，需要采集銑削力、電機功率、聲發射信號、顫振信號、銑削溫度等過程狀態信號。而上層的設備又需要對傳過來的數據進行分析、融合、去冗余等處理，并將指令傳輸下去。上述過程依賴于數據的高效、可靠傳輸。目前的數據傳輸方式很多是基于異步串行的數據傳輸方式，這些傳輸方式又主要運行在通用處理器上。然而，由于傳輸的不同步，數據采樣會隨著數據量的增加出現偏差，從而造成數據傳輸過程中出現丟數、誤碼等情況。出現這些現象，上層設備就可能對制造現場設備的狀態進行誤判，制造現場設備可能無法正常運行甚至出現故障。因此，高效、可靠的面向智能物聯的異步串行數據傳輸方法就尤為重要。

異步串行數據傳輸作為一種得到廣泛應用的傳輸方式，已經廣泛應用于各個行業領域，同時一些通用處理器也集成了異步串行數據傳輸功能，用戶只需要簡單調用即可。但是作為一種架構與通用處理器不同的FPGA而言，如何實現異步串行數據傳輸就成為了一個新的研究問題，不僅因為FPGA的執行方式與通用處理器不同，而且FPGA本身沒有集成可以直接調用的利用硬件描述語言(HDL)設計的異步串行數據傳輸功能。針對Xilinx公司的FPGA而言，用戶可以在FPGA內部搭建MicroBlaze軟核處理器來調用異步串行數據傳輸IP核(基于C語言)，然后基于MicroBlaze處理器，并使用C語言來進行收發數據，接著將得到的數據與用硬件描述語言(HDL)設計的代碼進行交互，這就涉及到了雙端口BRAM、用戶自定義IP核等內容，本來簡單的異步串行數據收發變成整個系統架構的搭建，增加了用戶設計的難度，而且有些廠家的異步串行數據收發IP核是收費的。基于FPGA的異步串行數據收發不僅在航空航天領域具有廣泛應用，比如數據的遙測、裝訂、回讀等。而且在智能制造領域，FPGA具備高度并行特性，其對數據的快速處理以及對復雜算法的硬件加速為制造現場數據的可靠采集、處理、交換與傳輸提供了優勢。所以基于硬件描述語言(HDL)自行設計的異步串行數據收發就顯得很有必要，不僅能夠增強用戶代碼設計的靈活性、自主性、集成度，也能降低成本和設計周期。因此，本發明提出一種面向智能物聯的異步串行大數據可靠傳輸方法，該方法利用VHDL語言設計并在FPGA上實現。

發明內容

本發明要解決的技術問題為：提供一種面向智能物聯的異步串行大數據可靠傳輸方法，實現基于FPGA和VHDL硬件描述語言的異步串行數據可靠傳輸，不僅能夠增強用戶代碼設計的靈活性、自主性、集成度，也能降低成本和設計周期。