一种基于级联父节点选通的总线地址分配和通信方法
阅读说明：本技术 一种基于级联父节点选通的总线地址分配和通信方法 (Bus address distribution and communication method based on cascade father node gating ) 是由 陈建辉 于 2019-01-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于级联父节点选通的总线地址分配和通信方法,其特征在于,系统中只有一个主设备,可有多个从设备。每个主设备和从设备至少有一个接口,接口用于与其他设备进行级联；每个接口都包含一组总线和一组选通信号；第一级的从设备直接连接到主设备的接口上,第二级的从设备连接到第一级从设备的接口上,第三级的从设备连接到第二级从设备的接口上,以此类推；本发明避免了传统的总线地址分配技术的需要总线支持冲突检测,当从设备数量越多,发生冲突的概率就越大,从而导致总线效率不高,会限制总线接入的从设备数量,主设备无法知道各个从设备是如何连接到总线上,也无法知道各个从设备的连接关系的情况发生。(The invention discloses a bus address distribution and communication method based on cascade father node gating, which is characterized in that the system only has one master device and can have a plurality of slave devices. Each master device and each slave device have at least one interface, and the interfaces are used for cascading with other devices; each interface comprises a group of buses and a group of gating signals; the slave device of the first level is directly connected to the interface of the master device, the slave device of the second level is connected to the interface of the slave device of the first level, the slave device of the third level is connected to the interface of the slave device of the second level, and the like; the invention avoids the need of bus to support conflict detection in the traditional bus address allocation technology, and when the number of the slave devices is more, the probability of conflict is higher, thereby causing low bus efficiency, limiting the number of the slave devices accessed to the bus, and the master device can not know how each slave device is connected to the bus and the connection relation of each slave device.)
技术领域
本发明属于为小型自动设备和家电。
背景技术
传统的总线地址分配技术是基于总线调停机制来实现的，在总线上只有一个主设备，可能有多个从设备，主设备往总线上发送数据，所有从设备均可接收，但从设备要往总线上发送数据，需要建立一套基于总线调停的规则，要求从设备能监控总线上是否有其它从设备在发送数据，并且具备在总线发生冲突时的回避规则。其步骤一般有如下流程：
总线上的主设备发出清空地址指令，所有从设备都能接收到该指令，并清空自己的地址。
从设备在清空地址之后，需要向主设备发起地址申请请求，但由于从设备不能同时往总线上发送数据，否则会导致总线数据混乱，因此从设备在发送数据之前，需要先监听总线是否繁忙，如果总线繁忙，则等待总线空闲后再发送。
总线在空闲时，有可能会被多个从设备同时监测到，并同时往总线上发送数据，此时总线也会发生冲突，从设备在监测到冲突之后，立即停止发送，并在经过一个随机时间之后，再次发送数据。
每一个从设备向主设备申请到地址之后，对主设备指定地址的从设备才发送数据，从而在之后的通信中，不会发生总线冲突。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于级联父节点选通的总线地址分配和通信方法。
本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：
一种基于级联父节点选通的总线地址分配和通信方法，其特征在于，系统中只有一个主设备，可有多个从设备。每个主设备和从设备至少有一个接口，接口用于与其他设备进行级联；每个接口都包含一组总线和一组选通信号；第一级的从设备直接连接到主设备的接口上，第二级的从设备连接到第一级从设备的接口上，第三级的从设备连接到第二级从设备的接口上，以此类推；
此外，所有设备接口的总线，都是连接在一起的，即所有设备都是挂在同一个总线下面的，所有从设备都可以同时接收主设备发送的数据，但只有被选通的从设备，才允许向总线发送数据，选通从设备有两种方式：一是在主设备发送地址分配广播报文时，通过选通信号来选通从设备，二是在主设备发送单播报文时，只有地址匹配的从设备才会处理和响应该单播报文，其中，任一时刻，最多只能有一个从设备被选通。
此外，总线通信规则如下：
当主设备和从设备连接好后上电，所有从设备都还没有地址，因此此时主设备还不能通过单播的方式来与指定的从设备进行通信，主设备首先要解决的问题是给所有从设备分配地址，以便后续进行单播通信。主设备需要执行如下步骤：
步骤一：主设备发送进入地址分配状态的广播报文，此时所有级联的从设备都能同时收到该广播报文，并立即进入地址分配状态，此时所有从设备都不知道哪个接口接的是父节点，因此从设备的所有选通信号必须进入接收状态，同时主设备也必须将自己的所有接口的选通信号设置为无效状态；
步骤二：主设备选定一个自己的接口，将选通信号设置为有效状态，然后发送一个地址分配指令，该指令携带有分配的唯一地址值，此时所有的从设备都能接收到该地址分配指令，但检查选通信号后，只有一个从设备是被选通的，因此该从设备就解析该地址分配指令，并把其携带的地址值作为自己的地址，接着该设备向总线发送回应指令，应答主设备，已经有一个从设备接收了分配的地址，由于主设备知道当前选通的是哪个接口，因此主设备可以记录接口与分配的地址的级联关系，该接口的地址分配完成之后，主设备就将该接口的选通信号重新设置为无效状态，此后的通信过程中，再也不需要使用该选通信号了；
步骤三：主设备依次遍历自己的所有接口，按照7.1.2步骤给接口级联的从设备分配地址，如果接口未连接从设备，则忽略之即可，遍历完成后，主设备就记录了所有接口外接的从设备地址，从而知道了第一级级联从设备的拓扑结构；
步骤四：从设备在接收到分配地址的广播地址之后，在没有被选通之前，所有的接口都是处于等待被选通的状态，在被选通之后，就确认了这个接口级联的节点为上一级节点，即其父节点，其它接口则自动归类为下一级级联的接口；
步骤五：主设备依次遍历下一级的每个从设备的每个接口，并用附带了该从设备(假设为设备A)地址的指令报文，要求设备A选通指定的接口，设备A在选通指定的接口之后，向主设备发送应答报文，告知主设备，已经选通指定的接口，可以进行地址分配了；
步骤六：主设备用地址分配指令向该接口级联的从设备(设备B)分配地址，该从设备应答成功后，主设备再用附带了设备A地址的指令报文，要求设备A关闭与设备B连接的选通信号；
步骤七：以此类推，遍历整个系统中所有的从设备之后，即可完成所有从设备的地址分配，并且在分配完成之后，主设备即可按照地址的寻址方式来进行通信。
同时，主设备在进行地址分配的过程中，记录每一个从设备连接的接口，就可以得到整个系统的级联关系；
基于地址的通信，在完成所有从设备的地址分配之后，主设备与其他从设备的通信就不再依赖于选通信号了，主设备在发送每条指令报文时，都会附带上目的从设备的地址，只有地址相符合的从设备，在接收到该指令后，才会进行响应。
本发明采取了上述方案以后，避免了传统的总线地址分配技术的需要总线支持冲突检测，当从设备数量越多，发生冲突的概率就越大，从而导致总线效率不高，会限制总线接入的从设备数量，主设备无法知道各个从设备是如何连接到总线上，也无法知道各个从设备的连接关系的情况发生。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
下面结合附图对本发明进行详细的描述，以使得本发明的上述优点更加明确。其中，
图1是本发明基于级联父节点选通的总线地址分配和通信方法的第一级从设备地址分配序列图；
图2是本发明基于级联父节点选通的总线地址分配和通信方法的父节点选通子节点的地址分配序列图；
图3是本发明基于级联父节点选通的总线地址分配和通信方法的单个接头示意图；
图4是本发明基于级联父节点选通的总线地址分配和通信方法的主从设备级联示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
一种基于级联父节点选通的总线地址分配和通信方法，其特征在于，系统中只有一个主设备，可有多个从设备。每个主设备和从设备至少有一个接口，接口用于与其他设备进行级联；每个接口都包含一组总线和一组选通信号；第一级的从设备直接连接到主设备的接口上，第二级的从设备连接到第一级从设备的接口上，第三级的从设备连接到第二级从设备的接口上，以此类推；
此外，所有设备接口的总线，都是连接在一起的，即所有设备都是挂在同一个总线下面的，所有从设备都可以同时接收主设备发送的数据，但只有被选通的从设备，才允许向总线发送数据，选通从设备有两种方式：一是在主设备发送地址分配广播报文时，通过选通信号来选通从设备，二是在主设备发送单播报文时，只有地址匹配的从设备才会处理和响应该单播报文，其中，任一时刻，最多只能有一个从设备被选通。
此外，总线通信规则如下：
当主设备和从设备连接好后上电，所有从设备都还没有地址，因此此时主设备还不能通过单播的方式来与指定的从设备进行通信，主设备首先要解决的问题是给所有从设备分配地址，以便后续进行单播通信。主设备需要执行如下步骤：
步骤一：主设备发送进入地址分配状态的广播报文，此时所有级联的从设备都能同时收到该广播报文，并立即进入地址分配状态，此时所有从设备都不知道哪个接口接的是父节点，因此从设备的所有选通信号必须进入接收状态，同时主设备也必须将自己的所有接口的选通信号设置为无效状态；
步骤二：主设备选定一个自己的接口，将选通信号设置为有效状态，然后发送一个地址分配指令，该指令携带有分配的唯一地址值，此时所有的从设备都能接收到该地址分配指令，但检查选通信号后，只有一个从设备是被选通的，因此该从设备就解析该地址分配指令，并把其携带的地址值作为自己的地址，接着该设备向总线发送回应指令，应答主设备，已经有一个从设备接收了分配的地址，由于主设备知道当前选通的是哪个接口，因此主设备可以记录接口与分配的地址的级联关系，该接口的地址分配完成之后，主设备就将该接口的选通信号重新设置为无效状态，此后的通信过程中，再也不需要使用该选通信号了；
步骤三：主设备依次遍历自己的所有接口，按照7.1.2步骤给接口级联的从设备分配地址，如果接口未连接从设备，则忽略之即可，遍历完成后，主设备就记录了所有接口外接的从设备地址，从而知道了第一级级联从设备的拓扑结构；
步骤四：从设备在接收到分配地址的广播地址之后，在没有被选通之前，所有的接口都是处于等待被选通的状态，在被选通之后，就确认了这个接口级联的节点为上一级节点，即其父节点，其它接口则自动归类为下一级级联的接口；
步骤五：主设备依次遍历下一级的每个从设备的每个接口，并用附带了该从设备(假设为设备A)地址的指令报文，要求设备A选通指定的接口，设备A在选通指定的接口之后，向主设备发送应答报文，告知主设备，已经选通指定的接口，可以进行地址分配了；
步骤六：主设备用地址分配指令向该接口级联的从设备(设备B)分配地址，该从设备应答成功后，主设备再用附带了设备A地址的指令报文，要求设备A关闭与设备B连接的选通信号；
步骤七：以此类推，遍历整个系统中所有的从设备之后，即可完成所有从设备的地址分配，并且在分配完成之后，主设备即可按照地址的寻址方式来进行通信。
同时，主设备在进行地址分配的过程中，记录每一个从设备连接的接口，就可以得到整个系统的级联关系；
基于地址的通信，在完成所有从设备的地址分配之后，主设备与其他从设备的通信就不再依赖于选通信号了，主设备在发送每条指令报文时，都会附带上目的从设备的地址，只有地址相符合的从设备，在接收到该指令后，才会进行响应。
本发明采取了上述方案以后，避免了传统的总线地址分配技术的需要总线支持冲突检测，当从设备数量越多，发生冲突的概率就越大，从而导致总线效率不高，会限制总线接入的从设备数量，主设备无法知道各个从设备是如何连接到总线上，也无法知道各个从设备的连接关系的情况发生。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。