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一種接口擴展裝置.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510568400.7

申請日:

2015.09.09

公開號:

CN105045746A

公開日:

2015.11.11

當前法律狀態:

駁回

有效性:

無權

法律詳情: 發明專利申請公布后的駁回 IPC(主分類):G06F 13/38申請公布日:20151111|||實質審查的生效IPC(主分類):G06F 13/38申請日:20150909|||公開
IPC分類號: G06F13/38 主分類號: G06F13/38
申請人: 四川九洲電器集團有限責任公司
發明人: 鄧玖根; 王德鵬
地址: 621000四川省綿陽市九華路6號
優先權:
專利代理機構: 北京聿宏知識產權代理有限公司11372 代理人: 張文娟; 朱繪
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510568400.7

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2019.03.15|||2015.12.09|||2015.11.11

法律狀態類型:

發明專利申請公布后的駁回|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種接口擴展裝置,屬于電子信息技術領域,以解決的傳統的接口擴展裝置無法實現對串口和GPIO同時進行擴展,并且可靠性和穩定性較低的技術問題。該接口擴展裝置包括:擴展單元,其上設置有多個串行接口和多個GPIO接口;第一接口單元,其與所述擴展單元通過總線連接;所述擴展單元用于基于時分復用方式以及通過與所述第一接口單元進行中斷傳輸使得所述第一接口單元可以通過所述總線同時與所述多個串行接口和所述多個GPIO接口進行數據通信。

權利要求書

1.一種接口擴展裝置,其特征在于,包括:
擴展單元,其上設置有多個串行接口和多個GPIO接口;
第一接口單元,其與所述擴展單元通過總線連接;
所述擴展單元用于基于時分復用方式以及通過與所述第一接口單元進行中
斷傳輸使得所述第一接口單元可以通過所述總線同時與所述多個串行接口和所
述多個GPIO接口進行數據通信。
2.根據權利要求1所述的接口擴展裝置,其特征在于,所述擴展單元包括:
串口FIFO模塊,其用于構造所述多個串行接口的先入先出隊列;
傳輸控制模塊,其用于根據所述多個串行接口的先入先出隊列信息動態調配
所述多個串行接口之間的數據傳輸,實現所述第一接口單元與所述多個串行接口
之間的分時數據傳輸。
3.根據權利要求2所述的接口擴展裝置,其特征在于,所述擴展單元包括:
中斷處理模塊,其用于根據所述GPIO接口的狀態變化生成第一中斷信號,
并將所述第一中斷信號發送給所述第一接口單元,實現所述GPIO接口向所述第
一接口單元的數據傳輸。
4.根據權利要求3所述的接口擴展裝置,其特征在于,所述第一接口單元
通過所述總線對所述GPIO接口的寄存器進行讀寫,實現所述第一接口單元向所
述多個GPIO接口的數據傳輸。
5.根據權利要求4所述的接口擴展裝置,其特征在于,所述中斷處理模塊
還用于根據所述多個串行接口的先入先出隊列的狀態變化生成第二中斷信號,并
通過所述總線將所述第二中斷信號發送給所述第一接口單元。
6.根據權利要求5所述的接口擴展裝置,其特征在于,所述第一接口單元
根據所述第二中斷信號形成用于控制所述多個串行接口的數據傳輸的第一控制
信號,并通過所述總線將所述第一控制信號發送給所述擴展單元。
7.根據權利要求4或6所述的接口擴展裝置,其特征在于,還包括:第二
接口單元,其與所述串行接口連接,所述第二接口單元根據其數據傳輸的狀態變
化形成第三中斷信號,并將所述第三中斷信號發送給所述擴展單元。
8.根據權利要求7所述的接口擴展裝置,其特征在于,所述中斷處理模塊
還用于根據所述第三中斷信號形成第四中斷信號并記錄所述第三中斷信號信息,
然后通過所述總線將所述第四中斷信號發送給第一接口單元,所述第一接口單元
根據所述第四中斷信號通過所述總線查詢所述中斷處理模塊記錄的所述第三中
斷信號信息,并根據所述第三中斷信號信息形成用于控制所述多個串行接口的數
據傳輸的第二控制信號發送給所述擴展單元。
9.根據權利要求8所述的接口擴展裝置,其特征在于,所述第一接口單元
上設置有第一總線接口和中斷輸入接口,所述擴展單元上設置有第二總線接口和
中斷輸出接口,所述第一總線接口與所述第二總線接口通過SPI總線連接,所述
中斷輸出接口與所述中斷輸入接口連接,所述第一中斷信號、所述第二中斷信號
和所述第四中斷信號通過所述中斷輸出接口傳輸到所述中斷輸入接口。
10.根據權利要求9所述的接口擴展裝置,其特征在于,所述串行接口為
UART接口。

說明書

一種接口擴展裝置

技術領域

本發明涉及電子信息技術領域,具體的說,涉及一種接口擴展裝置。

背景技術

隨著車聯網技術的興起以及車載設備應用的普及,車載設備需要控制的外設
單元也越來越多。比如一個帶監控功能的行車記錄儀一般包含以下模塊:用于打
印小票的微型打印機、IC卡讀寫器、藍牙模塊、WIFI模塊、北斗/GPS模塊、顯
示屏等等以及數個對外的RS-485接口,這些都是基于串口連接的應用;另外,
行車記錄儀有時還需要監測轉向燈、大燈、開門、制動、喇叭等開關量的信息,
這些又對主控系統的通用輸入/輸出接口(GeneralPurposeInputOutput,GPIO)
數量提出了更高的要求。因此在目前的車載設備設計方案中,都需要對串口數量
和GPIO數量進行擴展。

傳統的串口擴展的方法很多:比如可以采用GPIO軟件模擬的方式來實現串
口,但是這個方法對軟件實現的要求比較高并且可靠性較低;又如用分立器件搭
出串口復用電路的方案來擴展串口,在該方案中當兩個從機同時發數據時有可能
造成數據沖突,還有一些采用類似模擬開關切換的時分復用串口方法也有類似缺
陷;另外還有基于CPLD/FPGA的串口擴展方案,這類方案在理論上不僅能擴展
出串口,還可以擴展出其他接口,但是這種方案涉及復雜的軟件開發和測試,實
現難度較大,不易使用,很難保證穩定性和可靠性。而傳統的GPIO的擴展方法
是使用I2C總線或使用CPLD/FPGA芯片進行擴展,其缺陷同上。

綜上所述,傳統的串口和GPIO的擴展方案大多基于串口和I2C等低速總線,
在高負載情況下有可能丟失數據,可靠性和穩定性較低,而且無法實現對串口和
GPIO同時進行擴展。

因此,亟需一種能夠實現對串口和GPIO同時進行擴展,并且提高數據傳輸
可靠性和穩定性的接口擴展裝置。

發明內容

本發明的目的在于提供一種接口擴展裝置,以解決的傳統的接口擴展裝置無
法實現對串口和GPIO同時進行擴展,并且可靠性和穩定性較低的技術問題。

本發明提供一種接口擴展裝置,該裝置包括:

擴展單元,其上設置有多個串行接口和多個GPIO接口;

第一接口單元,其與所述擴展單元通過總線連接;

所述擴展單元用于基于時分復用方式以及通過與所述第一接口單元進行中
斷傳輸使得所述第一接口單元可以通過所述總線同時與所述多個串行接口和所
述多個GPIO接口進行數據通信。

進一步的,所述擴展單元包括:

串口FIFO模塊,其用于構造所述多個串行接口的先入先出隊列;

傳輸控制模塊,其用于根據所述多個串行接口的先入先出隊列信息動態調配
所述多個串行接口之間的數據傳輸,實現所述第一接口單元與所述多個串行接口
之間的分時數據傳輸。

進一步的,所述擴展單元包括:

中斷處理模塊,其用于根據所述GPIO接口的狀態變化生成第一中斷信號,
并將所述第一中斷信號發送給所述第一接口單元,實現所述GPIO接口向所述第
一接口單元的數據傳輸。

所述第一接口單元通過所述總線對所述GPIO接口的寄存器進行讀寫,實現
所述第一接口單元向所述多個GPIO接口的數據傳輸。

所述中斷處理模塊還用于根據所述多個串行接口的先入先出隊列的狀態變
化生成第二中斷信號,并通過所述總線將所述第二中斷信號發送給所述第一接口
單元。

所述第一接口單元根據所述第二中斷信號形成用于控制所述多個串行接口
的數據傳輸的第一控制信號,并通過所述總線將所述第一控制信號發送給所述擴
展單元。

本發明實施例提供的接口擴展裝置,還包括:第二接口單元,其與所述串行
接口連接,所述第二接口單元根據其數據傳輸的狀態變化形成第三中斷信號,并
將所述第三中斷信號發送給所述擴展單元。

所述中斷處理模塊還用于根據所述第三中斷信號形成第四中斷信號并記錄
所述第三中斷信號信息,然后通過所述總線將所述第四中斷信號發送給第一接口
單元,所述第一接口單元根據所述第四中斷信號通過所述總線查詢所述中斷處理
模塊記錄的所述第三中斷信號信息,并根據所述第三中斷信號信息形成用于控制
所述多個串行接口的數據傳輸的第二控制信號發送給所述擴展單元。

所述第一接口單元上設置有第一總線接口和中斷輸入接口,所述擴展單元上
設置有第二總線接口和中斷輸出接口,所述第一總線接口與所述第二總線接口通
過SPI總線連接,所述中斷輸出接口與所述中斷輸入接口連接,所述第一中斷信
號、所述第二中斷信號和所述第四中斷信號通過所述中斷輸出接口傳輸到所述中
斷輸入接口。

所述串行接口為UART接口。

本發明實施例提供的接口擴展裝置實現了對串行接口和GPIO接口的同時擴
展,選用SPI總線作為主芯片與擴展單元的通信主線,實現數據的高速傳輸,避
免了在高負載情況下數據丟失的問題,具有較高的穩定性和可靠性,并且具有雙
重中斷機制,進一步保證數據傳輸的可靠性。

本發明的其它特征和優點將在隨后的說明書中闡述,并且,部分的從說明書
中變得顯而易見,或者通過實施本發明而了解。本發明的目的和其他優點可通過
在說明書、權利要求書以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。

附圖說明

為了更清楚的說明本發明實施例中的技術方案,下面將對實施例描述中所需
要的附圖做簡單的介紹:

圖1是本發明實施例提供的接口擴展裝置的示意圖。

附圖標記說明

1、擴展單元2、第一接口單元3、第二總線接口4、串行接口

5、GPIO接口6、第一總線接口7、串口FIFO模塊8、中斷處理模塊

9、第二接口單元10、第三接口單元11、傳輸控制模塊

具體實施方式

以下將結合附圖及實施例來詳細說明本發明的實施方式,借此對本發明如何
應用技術手段來解決技術問題,并達成技術效果的實現過程能充分理解并據以實
施。需要說明的是,只要不構成沖突,本發明中的各個實施例以及各實施例中的
各個特征可以相互結合,所形成的技術方案均在本發明的保護范圍之內。

本發明實施例提供一種接口擴展裝置,如圖1所示,該接口擴展裝置包括:
擴展單元1和第一接口單元2。擴展單元1上設置有多個串行接口4和多個GPIO
接口5。第一接口單元2與擴展單元1通過總線連接。擴展單元1用于基于時分
復用方式以及通過與第一接口單元2進行中斷傳輸使得第一接口單元1可以通過
總線同時與多個串行接口4和多個GPIO接口5進行數據通信。

可選的,擴展單元1上設置有第二總線接口3和多個串行接口4,第一接口
單元2上設置有第一總線接口6,第一總線接口6通過總線與第二總線接口3連
接。串口擴展單元1將第二總線接口3擴展為多個串行接口4和多個GPIO接口
5。在多個串行接口4處相應的連接有多個具有第二接口單元9的外部設備,第
二接口單元9用于實現該外部設備與擴展單元1的串口數據雙向傳輸。在多個
GPIO接口5處相應的連接有多個具有第三接口單元10的外部設備,第三接口單
元10用于實現該外部設備與擴展單元1的GPIO接口數據傳輸,GPIO接口的輸
出傳輸方向相對擴展單元1可以是輸出,也可以是輸入。

第一接口單元2可以為需擴展接口的主芯片內部的一個接口處理模塊,負責
實現該裝置與擴展單元1之間的通信以及與通信相關的控制處理。第二接口單元
2通過總線與擴展單元1連接并進行數據的雙向傳輸,擴展單元1將該總線傳輸
擴展為多路串口傳輸以及多路GPIO口傳輸,從而使得通過多路串口和多路GPIO
口與擴展單元連接的外部設備可以通過上述總線與第一接口單元2進行雙向數據
通信,從而通過擴展單元實現對于主芯片接口的多路串口和多路GPIO口的擴展。

進一步的,在本發明實施例中,第二總線接口3和第一總線接口6為SPI接
口。串行外設接口(SerialPeripheralInterface,SPI)是一種高速的,全雙工,同
步的通信總線,其芯片管腳占用較少,較適用于產品內部內部元件之間的通信。
在本發明中,選用SPI總線作為主芯片與擴展單元的通信主線,可以實現數據的
高速傳輸,避免在高負載情況下發生數據丟失問題,提高接口擴展裝置的穩定性
和可靠性。

進一步的,在本發明實施例中,擴展單元1包括有串口FIFO模塊7和傳輸
控制模塊11。串口FIFO模塊7用于構造多個串行接口4的先入先出隊列。傳輸
控制模塊11用于根據多個串行接口4的先入先出隊列信息動態調配多個串行接
口4之間的數據傳輸,實現第一接口單元2與多個串行接口4之間的分時數據傳
輸,即通過時分復用方式實現SPI總線的多串口擴展。

進一步的,擴展單元1中還包括有中斷處理模塊8。中斷處理模塊8用于根
據多個串行接口4的先入先出隊列的狀態變化生成第二中斷信號,并通過總線將
第二中斷信號發送給第一接口單元。中斷處理模塊8根據各個串口的先入先出隊
列的空、滿、錯誤等狀態進行中斷設置,根據中斷設置相應的生成第二中斷信號,
并告知主芯片。

第一接口單元2具有相應的中斷處理功能,擴展單元1的中斷輸出連接第一
接口單元2的中斷輸入。第一接口單元2根據第二中斷信號實時形成用于控制多
個串行接口4的數據傳輸的第一控制信號,并通過SPI總線將第一控制信號發送
給擴展單元1,進而通過發送的第一控制信號對各個串行接口的數據傳輸進行實
時控制;且當第一接口單元2發現來自串行接口的數據有誤時,第一接口單元2
也實時形成用于控制對應串行接口數據傳輸的第三控制信號,告知對應串行接口
錯誤狀態并請求對應串行接口進行數據重傳,保證數據傳輸的可靠性。

進一步的,在本發明實施例中,在擴展單元中GPIO接口具有相應的接口寄
存器,中斷處理模塊8用于根據GPIO接口5的寄存器狀態變化生成第一中斷信
號,并將第一中斷信號發送給第一接口單元2,實現多個GPIO接口5向第一接
口單元2的數據傳輸。也就是說擴展單元1輸出給主芯片的中斷除了可以報告串
行接口部分的控制和錯誤信息外,當擴展單元1擴展出的GPIO接口作為輸入并
且有狀態變化時,中斷處理模塊8實時形成相應的第一中斷信號,并向主芯片輸
出該中斷,第一接口單元2對第一中斷信號信息進行查詢后,即可得到GPIO接
口的輸入狀態的變化信息,達到主芯片GPIO接口輸入擴展的目的。

相應的,當主芯片有控制信息需要向擴展的GPIO接口5輸出時,則第一接
口單元2通過SPI總線對GPIO接口5的寄存器進行讀寫,控制串口擴展單元1
的GPIO接口輸出,實現第一接口單元2向多個GPIO接口的5數據傳輸,達到
主芯片GPIO接口輸出擴展的目的。

具體來說,多個串行接口4的擴展數據傳輸通過SPI總線進行,主芯片向多
個GPIO接口5的擴展數據傳輸通過SPI總線進行,多個GPIO接口5向主芯片
的擴展數據傳輸通過中斷接口進行,傳輸控制模塊11的功能就是基于時分復用
的方式對SPI總線上的數據進行調配,即對多個串行接口4的輸入輸出數據以及
主芯片向多個GPIO接口5傳輸的數據進行調配,結合中斷信號的傳輸,實現對
于主芯片接口的擴展,使用主芯片上的SPI接口和中斷輸入接口擴展出多個串行
接口和多個GPIO接口。

傳輸控制模塊11根據FIFO模塊7的狀態以及中斷處理模塊8的狀態動態調
配多個串行接口4之間的數據傳輸,使得高速SPI總線可以分時傳輸各個擴展串
口和GPIO接口的數據信息。

在本發明實施例中,第二接口單元9具有中斷處理功能,位于串口外接設備
上的第二接口單元9與串行接口4連接進行數據通信,第二接口單元9上設置有
中斷輸出接口,與其相應的擴展單元1上設置有中斷輸入接口,第二接口單元9
的中斷輸出連接擴展單元1的中斷輸入。第二接口單元9根據其數據傳輸的狀態
變化,例如發現數據傳輸過程中有錯誤或者有其他信息需要特別處理時,形成相
應的第三中斷信號,并將第三中斷信號發送給擴展單元1,擴展單元1的中斷處
理模塊8實時記錄來自各個第二接口單元的中斷即第三中斷信號信息,并根據第
三中斷信號形成一個新的中斷即第四中斷信號,然后通過總線將第四中斷信號發
送給第一接口單元2,第一接口單元2收到來自擴展單元1的中斷后,根據第四
中斷信號立刻通過總線查詢中斷處理模塊8中記錄的第三中斷信號信息,并根據
第三中斷信號信息中記錄的中斷類型和優先級對來自第二接口單元9的中斷進行
響應,形成用于控制多個串行接口的數據傳輸的第二控制信號發送給擴展單元,
完成特別信息處理或者錯誤控制。從而對擴展的串行接口的數據錯誤處理機制提
供了又一層冗余保證,進一步保證數據傳輸的可靠性。

可選的,第一接口單元2上設置有中斷輸入接口,擴展單元1上設置有中斷
輸出接口,中斷輸出接口與中斷輸入接口連接,第一中斷信號、第二中斷信號和
第四中斷信號通過中斷輸出接口傳輸到中斷輸入接口,實現擴展單元1向第一接
口單元2的中斷傳輸。

在本發明的具體實施方式中,第一接口單元2基于嵌入式設計集成在主芯片
上,并帶有中斷處理功能以及SPI接口和中斷輸入接口功能。擴展單元1選用價
格低廉的單片機來實現,也可以選用IC芯片并通過合適的軟硬件配置來實現,
具體可以根據開發難度和成本來選擇。以IC芯片為例,可以選用VK3366或
SC16IS762型號芯片。

在本發明的一個實施方式中,擴展單元1為SC16IS762芯片,串行接口為通
用異步收發傳輸器接口(UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter,UART),
擴展單元上設置有2個帶中斷的UART接口和6個GPIO接口。SC16IS762芯片
硬件上可以擴展出2個UART串口和8個可復用的GPIO接口,并且可以輸出中
斷給其他IC芯片,其SPI總線接口時鐘可達15MHz。在具體實施過程中把芯片
擴展出的8個GPIO中的兩個GPIO配置為中斷輸入接口,作為第二接口單元9
的中斷輸入,這兩個GPIO接收到的中斷通過中斷處理模塊8再連接第一接口單
元2的中斷輸入,由第一接口單元2實現相應的中斷處理程序,進而通過擴展單
元1將一個SPI總線接口擴展出2個帶中斷的UART串口和6個GPIO接口。

進一步的,在擴展單元1與擴展的串行接口和GPIO接口連接的外接設備的
電平不一致時,則在擴展單元1中設置電平轉換模塊,用于對擴展單元1的電平
進行轉換,使其與外接設備電平一致。

本發明實施例提供的接口擴展裝置實現了對串行接口和GPIO接口的同時擴
展,選用SPI總線作為主芯片與擴展單元的通信主線,實現數據的高速傳輸,避
免了在高負載情況下數據丟失的問題,具有較高的穩定性和可靠性,并且具有雙
重中斷機制,進一步保證數據傳輸的可靠性。

雖然本發明所公開的實施方式如上,但所述的內容只是為了便于理解本發明
而采用的實施方式,并非用以限定本發明。任何本發明所屬技術領域內的技術人
員,在不脫離本發明所公開的精神和范圍的前提下,可以在實施的形式上及細節
上作任何的修改與變化,但本發明的專利保護范圍,仍須以所附的權利要求書所
界定的范圍為準。

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