(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201811594241.8
(22)申请日 2018.12.25
(71)申请人 中北大学
地址 030051 山西省太原市学院路3号
(72)发明人 刘文怡 沈三民 侯钰龙 庞俊奇
亓岳岩
(74)专利代理机构 太原科卫专利事务所(普通
合伙) 14100
代理人 朱源
(51)Int.Cl.
G06F 13/38(2006.01)
(54)发明名称
(57)摘要
本发明公开了一种面向沙克总线的RS -422
接口适配器，包括FPGA控制模块及LVDS信号收发 模块，FPGA控制模块内设有RS -422接口，以FPGA
控制模块为控制核心，将RS -422终端传入的总线
逻辑信号转换为LVDS总线电平信号并控制LVDS
信号收发模块的电平信号接收与发送，同时将从
LVDS信号收发模块接收到的电平信号转换为RS -
422总线逻辑信号发送至RS -422终端；LVDS信号
收发模块包括发送信号的DS92LV1023芯片与接
收信号的DS92LV1224芯片，接收芯片接收总线电
平信号后将其传入FPGA控制模块并转换为RS -
422总线逻辑信号，本发明实现了具有RS -422接
口的终端与总线上其他设备之间的数据传输。权利要求书1页 说明书3页 附图2页CN 109684248 A 2019.04.26
C N 109684248
A
1.一种面向沙克总线的RS -422接口适配器，其特征在于：包括FPGA控制模块及LVDS信号收发模块，所述FPGA控制模块内设有RS -422接口，所述FPGA控制模块为控制核心，用于将RS -422终端传入的总线逻辑信号转换为LVDS总线电平信号并控制LVDS信号收发模块的电平信号接收与发送，同时将从LVDS信号收发模块接收到的电平信号转换为RS -422总线逻辑信号发送至RS -422终端；所述LVDS信号收发模块包括发送信号的DS92LV1023芯片与接收信号的DS92LV1224芯片，所述DS92LV1224芯片接
收总线电平信号后将其传入FPGA控制模块并转换为RS -422总线逻辑信号，所述FPGA控制模块将RS -422总线逻辑信号转换为LVDS总线电平信号并通过DS92LV1023芯片发出。
权 利 要 求 书1/1页CN 109684248 A
面向沙克总线的RS-422接口适配器
技术领域
[0001]本发明涉及RS-422接口适配器设计技术领域，具体为一种面向沙克总线的RS-422接口适配器。
背景技术
[0002]由中北大学研制开发的有限级联自构网络仪器总线（沙克总线），是将现场总线和仪器总线融合，产生全新概念的网络化仪器总线，且该技术已被公开号为CN106059927A的专利申请公开，该总线具有以下特点：①高速率：由于采用特殊设计的网络结构，可实现端对端高速率传输；而且支持网络内多端并行传输，无限提升网络总吞吐量；②介质无关：可根据项目特性选用LVDS、光纤、双绞线等作为传输介质，甚至可以混合使用，适应性极强；③高可测试性：从任何一个终端接口接入，可与全网所有终端通讯，快速完成全网任何设备的检测，彻底改变现有测试模式和效果；④多选择性：终端接口可选高速RS-422接口或并行接口。
[0003]在沙克总线中串行接口由RS-422总线技术来实现。RS-422（串行外设接口）总线系统是一种用于处理各种外围设备与主设备通信的同步串行外设接口，以串行方式进行通信信息交换。它以主从的方式进行工作，这种工作模式下通常会有一个主设备和多个从设备，在主设备与从设备进行数据交换和通信时，RS-422总线通常由四条线组成，即：SDI为主设备串行数据输入线，SDO串行数据输出线，SCLK同步串行时钟线和CS从机选择线四条信号线，由主机控制。
[0004]串行协议RS-422具有连线少，速度快、可靠性高的优点，但是其只适合于短距离通信，在进行板间或板上长距离通信时，速率以及稳定性很难满足通信需求，而LVDS（低压差分信号）总线技术是一种串行的物理链路技术，可以实现500Mbps以上的远距离板间传输，且具有高速度、功耗低、抑制噪声等优点。为了实现面向沙克总线的长距离板间通信时RS-422总线直接与终端进行通信，RS-422总线通过LVDS总线加以转换，使速率及稳定性达到通信需求，需要提供一种接口适配器。
发明内容
[0005]本发明为了解决面向沙克总线时，终端设备的数据通过RS-422接口进行长距离串行传输问题，提供了一种面向沙克总线的RS-422接口适配器。
[0006]本发明是通过如下技术方案来实现的：一种面向沙克总线的RS-422接口适配器，包括FPGA控制模块及LVDS信号收发模块，所述FPGA控制模块内设有RS-422接口，所述FPGA 控制模块为控制核心，
用于将RS-422终端传入的总线逻辑信号转换为LVDS总线电平信号并控制LVDS信号收发模块的电平信号接收与发送，同时将从LVDS信号收发模块接收到的电平信号转换为RS-422总线逻辑信号发送至RS-422终端；所述LVDS信号收发模块包括发送信号的DS92LV1023芯片与接收信号的DS92LV1224芯片，所述DS92LV1224芯片接收总线电平信号后将其传入FPGA控制模块并转换为RS-422总线逻辑信号，所述FPGA控制模块将RS-422总线
逻辑信号转换为LVDS总线电平信号并通过DS92LV1023芯片发出。
[0007]本发明是针对沙克总线的数据传输而发明的，根据沙克总线的多种优点和特点，为了使沙克总线的终端连接设备多元化而设计的。本发明所提出的面向沙克总线的RS-422接口适配器，其主要包括FPGA控制模块及LVDS信号收发模块，所述FPGA控制模块内设有RS-422接口，FPGA控制模块为整个接口适配器的控制核心，主要起控制作用，可将RS-422终端传入的总线逻辑信号转换为LVDS总线电平信号并控制LVDS信号收发模块的电平信号接收与发送，同时将从LVDS信号收发模块接收到的电平信号转换为RS-422总线逻辑信号发送至RS-422终端，该过程可以通过FPGA内部的编程与定制来实现；LVDS信号收发模块主要起信号的收发作用，其包括发送信号的DS92LV1023芯片与接收信号的DS92LV1224芯片，这两种芯片DS92LV1224芯片接收总线电平信号后将信号传入FPGA控制模块并转换为RS-422总线逻辑信号，FPGA控制模块将RS-422总线逻辑信号转换为LVDS总线电平信号并通过DS92LV1023芯片发出，这样，这个RS-422的接口适配器就可以实现具有RS-422接口的终端与总线上
其他设备之间的数据传输。本发明具体操作为：当RS-422终端发出总线逻辑信号时，发送至接口适配器的FPGA控制模块，转化成LVDS总线电平信号，然后通过DS92LV1023芯片将电平信号发出；LVDS信号收发模块的DS92LV1224芯片接收到LVDS总线电平信号时，将信号输入FPGA控制模块，并转化成RS-422总线逻辑信号，然后从FPGA控制模块中输出至RS-422终端。这个过程实现了具有RS-422接口的终端与总线上其他设备之间的数据传输。[0008]与现有技术相比本发明具有以下有益效果：本发明所提供的面向沙克总线的RS-422接口适配器具有以下优点：（1）本发明可以使沙克总线的终端连接设备多元化。虽然RS-422总线技术不适合长距离通信，但是由于其技术的通用性，使得很多芯片都集成了RS-422接口，如单片机，FPGA等。所以终端设备在连接到沙克总线的组网时具有较低门槛要求，使得沙克总线的终端连接设备不过于受技术条件的约束，从而体现了沙克总线终端连接设备多元化的特点；（2）本发明可以提高沙克总线的组网数据传输的距离。在将RS-422总线电气信号转换为LVDS电气信号后可以使得数据传输的距离得到很大幅度的提升。从而提高了沙克总线组网数据传输的距离；（3）可以实现主设备对多个从设备的并行配置。由于总线组网中智能终端和合并单元的应用需求越来越多，性能和功能要求越来越高，RS-422总线对多从串行配置的方式已经很难满足现场应用的需求，而RS-422接口在某一时刻只能实现对单一设备的配置。本发明所研发的面向沙克总线的RS-422适配器接口可以使得RS-422接口与总线组网进行有效的结合，在带有RS-422接口的终端可以连接不同的从设备，而通过沙克总线组网可以实现对任意从设备的配置。
附图说明
[0009]图1是本发明的总体设计框图。
[0010]图2是本发明数据传输时命令包格式定义。
[0011]图3是沙克总线系统组成图。
具体实施方式
[0012]以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
[0013]一种面向沙克总线的RS-422接口适配器，如图1所示：包括FPGA控制模块及LVDS信
号收发模块，所述FPGA控制模块内设有RS-422接口，所述FPGA控制模块为控制核心，用于将RS-422终端传入的总线逻辑信号转换为LVDS总线电平信号并控制LVDS信号收发模块的电平信号接收与发送，同时将从LVDS信号收发模块接收到的电平信号转换为RS-422总线逻辑信号发送至RS-422终端；所述LVDS信号收发模块包括发送信号的DS92LV1023芯片与接收信号的DS92LV1224芯片，所述DS92LV1224芯片接收总线电平信号后将其传入FPGA控制模块并转换为RS-422总线逻辑信号，所述FPGA控制模块将RS-422总线逻辑信号转换为LVDS总线电平信号并通过DS92LV1023芯片发出。
[0014]图1当具有RS-422接口的终端设备连接到RS-422接口适配器时，终端设备发出的总线逻辑信号通
过其本身的RS-422接口接入FPGA控制模块上的RS-422接口，通过FPGA内部协议将RS-422接口的总线逻辑信号转换为LVDS低压差分信号，通过DS92LV1023发送芯片将LVDS信号发送到沙克总线网络中；沙克总线网络中有信号需要向具有RS-422接口的终端发送命令时，LVDS信号通过DS92LV1224接收芯片将LVDS总线电平信号传输到FPGA控制模块中由FPGA芯片内部协议将LVDS信号转换为RS-422信号，然后由FPGA上自带的RS-422接口将RS-422总线逻辑信号传送到带有RS-422接口的终端设备上。
[0015]本实施例中，参见图2为基本命令包的格式定义，数据在沙克总线网络中传输时按图2所示的命令包格式进行传输。数据传输基本包长度为72位包长，即9个字节。所有命令、数据传输行为采用的命令包格式定义包含：模式域：表示命令的作用，以及状态等；源地址域：由于每个终端设备都需要连接一个网络节点，当终端设备发送信号时，源地址域就会为设备连接节点的地址；接收该设备发出信号的设备所在的节点地址即为目的地址域；参数字：表示寄存器中所含信号的状态，大小等；校验域：检验该命令包的准确性。
[0016]参见图3为沙克总线系统组成图。采用沙克总线后，整个系统改变为树型并联结构。由状态完全一致的路由器构架出主干网络，所有路由器的空闲接口都可以直接挂接终端设备。带有RS-422接口的设备直接通过网络和别的终端通信，数据通过网络自动寻路到达任何一个设备。沙克总线完全自动重构，无需用户设计，网络对用户透明。网络终端用户接口协议非常简单，所有命令操作都是9个字节的标准帧，
用户进行产品设计的门槛不超过5个命令。整个数据传输网络主干设备都是状态完全一致的路由器——只要倾力提高路由器这一种产品的可靠性，就可以保障整个主干网络的可靠性。路由器是通用的，与型号无关。原来架构下设备间数据通信接口是由测量总体设计、负责的，工作量巨大，易发生设计错误。现在单机采用一个标准的接口模块完成网络与设备内核间数据的桥接。设备端通信接口和协议成为单机设备的内部接口协议，无需测量总体关心。每增加一台路由器，最多可以增加15台终端设备接入；所有信号和数据经过一次综合或采编就可以直接进入网络。全网所有接口对等通用，便于电气设备整体布局。终端和路由器发生故障，可以从任何一个路由器空置接口接入检测设备，直接对故障终端进行测试和故障排查。
[0017]本发明要求保护的范围不限于以上具体实施方式，而且对于本领域技术人员而言，本发明可以有多种变形和更改，凡在本发明的构思与原则之内所作的任何修改、改进和等同替换都应包含在本发明的保护范围之内。
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