專利名稱：主機與不同外設(shè)之間串行通信自適應速率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及支持多通道數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備的主機調(diào)整自己的收發(fā)速率以適應不同外設(shè)的通信速率的方法。
背景技術(shù)：
需要支持多通道數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備的主機與不同外設(shè)之間，需要保證主機能夠識別出外設(shè)并調(diào)整自己的收發(fā)速率以適應外設(shè)的通信速率，以實現(xiàn)正常數(shù)據(jù)通信。如監(jiān)護儀，絕大多數(shù)都是由各種參數(shù)模塊來測量人體的各種生理信號，把經(jīng)過計算處理后的各生理參數(shù)數(shù)據(jù)傳送給主機，由主機對數(shù)據(jù)進行再處理或傳送信息給參數(shù)模塊。各個參數(shù)模塊的數(shù)據(jù)傳輸速率經(jīng)常是不一樣的，對應于每個參數(shù)模塊，主機都必須采用與之相同的速率來進行數(shù)據(jù)傳輸。
現(xiàn)有技術(shù)中，較傳統(tǒng)的主機插槽是特定的，只能插入外形尺寸與該插槽相適配的參數(shù)模塊，槽位通道的數(shù)據(jù)傳輸波特率是設(shè)定好的，不能夠更改。為了主機能與測量人體不同生理信號的不同功能的各種參數(shù)模塊相匹配，保證監(jiān)護儀主機各插槽位間的通用性，各種參數(shù)模塊雖然內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)差異很大，但在外形設(shè)計上標準化。參數(shù)模塊不和主機焊接，以實現(xiàn)與主機插入/拔出，醫(yī)生可以選購本醫(yī)院/科室經(jīng)常用到的那一部分模塊，并根據(jù)病人的病情選擇若干個參數(shù)模塊插入監(jiān)護儀主機，完成生理指標實時監(jiān)測。靈活的設(shè)計，適應了用戶的個性化需求。但是，由于參數(shù)模塊不能是焊死在監(jiān)護儀上，而是借助觸點與主機通信連接實現(xiàn)可插拔目的，因而存在以下不足1.觸點一般都采用金屬或是合金材質(zhì)，所以有氧化以及磨損的風險；特別是在參數(shù)模塊插拔較多的情況或者經(jīng)過較長時間的使用后，容易由于接觸不良等問題導致數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟环€(wěn)定現(xiàn)象；2.觸點屬電連接，容易受靜電的影響。更為重要的是，各種參數(shù)模塊在形狀尺寸上與主機插槽匹配的同時，還需要保證主機能夠識別出各種參數(shù)模塊并且調(diào)整自己的數(shù)據(jù)收發(fā)速率以適配不同的參數(shù)模塊，實現(xiàn)正常數(shù)據(jù)通信。監(jiān)護儀作為一種ICU(危重病監(jiān)護室)科室和重大手術(shù)術(shù)中及術(shù)后的必配醫(yī)用設(shè)備，一旦發(fā)生儀器故障，后果非常嚴重。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提出一種主機與不同外設(shè)之間串行通信自適應速率的方法，使用該方法，在不同外設(shè)與主機之間能實現(xiàn)可插拔連接的前提下，能避免通信接口氧化和磨損問題，并能有效地規(guī)避靜電，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定。
本發(fā)明決所述技術(shù)問題可以通過采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)設(shè)計、使用一種主機與不同外設(shè)之間串行通信自適應速率的方法，其特征在于包括以下步驟，①各外設(shè)分別配置相應的接口板；所述接口板中寫入與其配套外設(shè)對應的通信速率參數(shù)，使各接口板能夠根據(jù)所述外設(shè)的通信速率傳輸數(shù)據(jù)；②所述接口板與主機之間建立無線通信連接；③所述主機根據(jù)各接口板的通信速率對自身的通信速率進行動態(tài)調(diào)整，使該主機傳輸數(shù)據(jù)的速率與所述外設(shè)的通信速率一致。
所述接口板與主機之間采用紅外通信連接。
在所述外設(shè)的通信速率相對紅外通信速率慢，且該外設(shè)的工作模式是全雙工模式的情況下，包括以下步驟A.所述外設(shè)向接口板發(fā)送數(shù)據(jù)，該接口板完成對所述數(shù)據(jù)的接收后將該數(shù)據(jù)發(fā)送給主機；所述外設(shè)如果沒有數(shù)據(jù)發(fā)送，則由接口板向主機發(fā)送空值指令NULL；B.所述主機接收到來自接口板的數(shù)據(jù)或空值指令NULL，如果該主機有數(shù)據(jù)發(fā)送，則發(fā)送數(shù)據(jù)至所述接口板，再由該接口板將該數(shù)據(jù)發(fā)送至所述外設(shè)；如果所述主機沒有數(shù)據(jù)發(fā)送，則向所述接口板發(fā)送空值指令NULL；C.所述接口板在發(fā)送完一楨數(shù)據(jù)，但未完成對下一楨數(shù)據(jù)的接收之前，該接口板向主機發(fā)送空閑指令I(lǐng)DLE；所述主機接收到空閑指令I(lǐng)DLE，則同樣發(fā)送空閑指令I(lǐng)DLE給所述接口板。
同現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的技術(shù)效果在于可以自動適應主機各數(shù)據(jù)通道的速率，使得外設(shè)能夠靈活的選擇任意插槽位置。同時，在數(shù)據(jù)傳輸?shù)目障犊梢圆迦雮鬏斊渌鼣?shù)據(jù)，具體應用到監(jiān)護儀，能夠?qū)崿F(xiàn)主機對參數(shù)模塊之外其它外設(shè)的控制，豐富了監(jiān)護儀選擇附屬外設(shè)的可能，增強了系統(tǒng)資源的利用率。


圖1是本發(fā)明串行通信自適應速率方法的方框示意圖；圖2是本發(fā)明的接口板在一個外設(shè)傳輸數(shù)據(jù)周期內(nèi)向主機發(fā)送數(shù)據(jù)或指令的示意圖；圖3是本發(fā)明實施例的參數(shù)模塊、接口板與主機三者之間的通信過程示意圖；圖4是本發(fā)明的接口模塊同時傳輸監(jiān)護儀參數(shù)模塊數(shù)據(jù)與其它外設(shè)數(shù)據(jù)的示意圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖所示之最佳實施例作進一步詳述。
以所述外設(shè)是用來測量人體各種生理信號的監(jiān)護儀參數(shù)模塊，所述主機是監(jiān)護儀本體為例，對本發(fā)明方法進行說明如下監(jiān)護儀的參數(shù)模塊內(nèi)部電路設(shè)計各種各樣，但是它們通常都使用串口通信，但是不同參數(shù)模塊的串口數(shù)據(jù)速率不同。監(jiān)護儀主機與不同參數(shù)模塊之間串行通信自適應速率的方法，包括以下步驟①各外設(shè)分別配置相應的接口板；所述接口板做成個性化的，采用現(xiàn)場可編程門陣列器件FPGA或復雜可編程邏輯器件，利用FPGA或CPLD器件可編程的特點寫入與其配套外設(shè)對應的通信速率參數(shù)，使各接口板能夠根據(jù)所述外設(shè)的通信速率傳輸數(shù)據(jù)；②所述接口板與主機之間建立無線通信連接；本實施例中，接口板以紅外線與主機通信，速率設(shè)置為遠高于串口速率(比如1.152Mbps，這比串口的最快速率快10倍)，接口板實現(xiàn)一個串口與紅外的轉(zhuǎn)換功能。
③所述主機根據(jù)各接口板的通信速率對自身的通信速率進行動態(tài)調(diào)整，使該主機傳輸數(shù)據(jù)的速率與所述外設(shè)的通信速率一致。
在接口板與主機之間采用紅外通信的情況下，由于參數(shù)模塊相對于紅外傳輸是慢速設(shè)備，在接口板向主機發(fā)送數(shù)據(jù)時沒有問題，但是主機如果向接口板以紅外傳輸速率發(fā)送數(shù)據(jù)，就會由于模塊的接收速度慢而使接口板的存儲器件堵塞，因而需要做流量控制。另一方面，由于紅外通信是半雙工工作模式，而參數(shù)模塊通常采用全雙工工作模式，所以同時需要做調(diào)度。
為了實現(xiàn)對參數(shù)模塊、接口板和主機之間的流量控制，以及半雙工工作模式和全雙工工作模式之間調(diào)度，如圖2所示。圖2中T表示參數(shù)模塊的一個發(fā)送數(shù)據(jù)周期參數(shù)，參數(shù)模塊和主機之間的通信自適應速率的方法包括以下步驟A.所述外設(shè)向接口板發(fā)送數(shù)據(jù)，該接口板完成對所述數(shù)據(jù)的接收后將該數(shù)據(jù)發(fā)送給主機；所述外設(shè)如果沒有數(shù)據(jù)發(fā)送，則由接口板向主機發(fā)送空值指令NULL；B.所述主機接收到來自接口板的數(shù)據(jù)或空值指令NULL，如果該主機有數(shù)據(jù)發(fā)送，則發(fā)送數(shù)據(jù)至所述接口板，再由該接口板將該數(shù)據(jù)發(fā)送至所述外設(shè)；如果所述主機沒有數(shù)據(jù)發(fā)送，則向所述接口板發(fā)送空值指令NULL；C.所述接口板在發(fā)送完一楨數(shù)據(jù)，但未完成對下一楨數(shù)據(jù)的接收之前，該接口板向主機發(fā)送空閑指令I(lǐng)DLE；所述主機接收到空閑指令I(lǐng)DLE，則同樣發(fā)送空閑指令I(lǐng)DLE給所述接口板。
對于數(shù)據(jù)和指令可以作如下定義紅外傳輸?shù)囊粯E數(shù)據(jù)格式為9位，8位數(shù)據(jù)，1位標志，標志為0表示后8位為傳輸數(shù)據(jù)，為1表示后8位為指令，指令如何編碼對本方法無影響。
如圖1所示，監(jiān)護儀主機與參數(shù)模塊之間串行通信自適應速率的方法具體包括以下步驟a.所述接口板將所述參數(shù)模塊發(fā)來的數(shù)據(jù)寫入該接口板的第一先進先出存儲器FIFO，每當所述參數(shù)模塊發(fā)送完一楨數(shù)據(jù)時，接口板的發(fā)送邏輯器件便從所述第一先進先出存儲器FIFO中讀取數(shù)據(jù)，如果有數(shù)據(jù)，則將該數(shù)據(jù)編碼后發(fā)送至主機；如果沒有數(shù)據(jù)，則發(fā)送空值指令NULL；在所述發(fā)送邏輯器件兩次讀取所述第一先進先出存儲器FIFO的時間間隔內(nèi)，該接口板向主機發(fā)送空閑指令I(lǐng)DLE；b.所述接口板將數(shù)據(jù)或指令發(fā)送至主機后，切換至接收模式；
c.所述主機接收來自接口板的數(shù)據(jù)或指令并解碼，如果是數(shù)據(jù)，則將該數(shù)據(jù)寫入所述主機內(nèi)的第二先進先出存儲器FIFO中，發(fā)中斷讓由該主機的中央處理器CPU來讀??；d.所述主機在接收到來自所述接口板的數(shù)據(jù)、空值指令NULL或空閑指令I(lǐng)DLE后，切換至發(fā)送模式，如果所述主機的第三先進先出存儲器FIFO中有數(shù)據(jù)，則將數(shù)據(jù)編碼后發(fā)送至接口板；如果所述第三先進先出存儲器FIFO中沒有數(shù)據(jù)，就發(fā)送空值指令NULL到接口板；如果所述主機接接收的是空閑指令I(lǐng)DLE，則同樣發(fā)送空閑指令I(lǐng)DLE給所述接口板；e.所述接口板收到來自所述主機的數(shù)據(jù)、空值指令NULL或空閑指令I(lǐng)DLE后，如果是數(shù)據(jù)，則將該數(shù)據(jù)解碼后寫入該接口板的第四先進先出存儲器FIFO，并將所述數(shù)據(jù)傳輸至所述參數(shù)模塊。
所述接口板和主機均可以采用中速紅外線編碼器/解碼器、高速紅外線編碼器/解碼器或者更快速的機制對數(shù)據(jù)進行編碼/解瑪。所述參數(shù)模塊與接口板之間可以采用UART、SPI(串行外設(shè)接口)、I2S或I2C等接口。本實施例中，采用的是中速紅外線MIR編碼器/解碼器和通用異步接口UART。
本實施例的方法既可以完成調(diào)度，又可以做流量控制，更重要的是主機側(cè)可以用一種統(tǒng)一的機制自動適應各種不同的參數(shù)模塊通信速率。接口板能夠根據(jù)模塊的速率傳輸數(shù)據(jù)。主機做成統(tǒng)一的邏輯，根據(jù)接口板的速率對傳輸速率進行動態(tài)調(diào)整。保證了主機發(fā)送邏輯發(fā)送的數(shù)據(jù)速率與模塊的通信速率完全一致，從而主機使用統(tǒng)一的機制完成了對各參數(shù)模塊速率的自適應。
圖3是一個表示整個通信過程的例子，本例中紅外傳輸速率是模塊速率的8倍，也就是說，外設(shè)參數(shù)模塊發(fā)送一個數(shù)據(jù)，紅外傳輸只需要1/8的時間即可完成向主機的發(fā)送。圖3中，MDATA表示模塊向主機發(fā)送的數(shù)據(jù)，HDATA表示主機向參數(shù)模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)，我們定義紅外傳輸一個數(shù)據(jù)的時間為1個周期，這樣參數(shù)模塊串口的傳輸時間為8周期。圖3中，參數(shù)模塊發(fā)送了一個數(shù)據(jù)MDATA1，接口板在第8個周期完成MDATA1的接收，并發(fā)送給主機，這時主機有一個數(shù)據(jù)HDATA1在等待，主機收到MDATA1后發(fā)送HDATA1，接口板接收到HDATA1后，用8個周期發(fā)送給參數(shù)模塊。參數(shù)模塊在第9周期又發(fā)送了一個數(shù)據(jù)MDATA2，接收MDATA2需要8周期，在完成MDATA2的接收前，圖1中的第一FIFO是空的，這時接口板向主機發(fā)送IDLE指令，主機接收到IDLE指令，也發(fā)送IDLE指令給接口板。到第16周期，接口板接收到MDATA2，就發(fā)送給主機，主機在接收到MDATA2后，發(fā)HDATA2給接口板。如果參數(shù)模塊有一段時間沒有發(fā)送數(shù)據(jù)，比如MDATA2和MDATA3之間的時間，圖1中的第一FIFO為空，這時接口板按參數(shù)模塊的數(shù)據(jù)周期(本例是8周期)向主機發(fā)送NULL指令，主機收到NULL指令后，如有數(shù)據(jù)，就把數(shù)據(jù)發(fā)送給接口板，如圖3的HDATA3，如無數(shù)據(jù)，也回發(fā)NULL指令。主機接收到NULL指令或者數(shù)據(jù)時，如沒有數(shù)據(jù)需要發(fā)送到參數(shù)模塊，則發(fā)送NULL指令，圖3中主機收到MDATA3之后就發(fā)送了一個NULL指令。
本方法還可以擴展，如圖4所示，接口板除了進行模塊數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)外，還可以控制一些外設(shè)，如指示燈，按鍵或者非易失性存儲器，由于貼牌生產(chǎn)(OEM)的參數(shù)模塊往往不會將這些外設(shè)集成進去，外設(shè)擴展能力就顯得特別重要。接口板可以設(shè)計按鍵，當按鍵按下時，參數(shù)模塊將圖3中兩個數(shù)據(jù)之間或者數(shù)據(jù)與NULL指令之間的某個IDLE指令換成KEY指令，主機收到KEY指令，由CPU進行處理，主機的行為仍然按IDLE指令操作。主機可以向接口板發(fā)送指示燈指令，在圖3中，主機收到IDLE指令后，如有指示燈操作，就將回發(fā)的IDLE指令換成LED指令，接口板接收到LED指令后，控制指示燈的亮，滅或者閃爍，該LED指令不發(fā)送給模塊。接口板可以設(shè)計非易失性存儲器存儲報警門限之類的信息，圖3中，主機收到IDLE指令后，將回發(fā)的IDLE指令換成發(fā)送讀/寫存儲器指令和存儲器地址，如果是寫存儲器，還需要發(fā)送寫的數(shù)據(jù)。接口板接收到存儲器寫指令，就將數(shù)據(jù)寫入指定地址，如收到存儲器讀指令，就將IDLE指令換成返回的數(shù)據(jù)發(fā)送給主機。這樣就實現(xiàn)了參數(shù)模塊與外設(shè)數(shù)據(jù)流的混合傳輸。
權(quán)利要求
1.一種主機與不同外設(shè)之間串行通信自適應速率的方法，其特征在于包括以下步驟，①各外設(shè)分別配置相應的接口板；所述接口板中寫入與其配套外設(shè)對應的通信速率參數(shù)，使各接口板能夠根據(jù)所述外設(shè)的通信速率傳輸數(shù)據(jù)；②所述接口板與主機之間建立無線通信連接；③所述主機根據(jù)各接口板的通信速率對自身的通信速率進行動態(tài)調(diào)整，使該主機傳輸數(shù)據(jù)的速率與所述外設(shè)的通信速率一致。
2.如權(quán)利要求1所述的主機與不同外設(shè)之間串行通信自適應速率的方法，其特征在于所述接口板與主機之間建立紅外通信連接。
3.如權(quán)利要求2所述的主機與不同外設(shè)之間串行通信自適應速率的方法，其特征在于在所述外設(shè)的通信速率相對紅外通信速率慢，且該外設(shè)的工作模式是全雙工模式的情況下，包括以下步驟A.所述外設(shè)向接口板發(fā)送數(shù)據(jù)，該接口板完成對所述數(shù)據(jù)的接收后將該數(shù)據(jù)發(fā)送給主機；所述外設(shè)如果沒有數(shù)據(jù)發(fā)送，則由接口板向主機發(fā)送空值指令NULL；B.所述主機接收到來自接口板的數(shù)據(jù)或空值指令NULL，如果該主機有數(shù)據(jù)發(fā)送，則發(fā)送數(shù)據(jù)至所述接口板，再由該接口板將該數(shù)據(jù)發(fā)送至所述外設(shè)；如果所述主機沒有數(shù)據(jù)發(fā)送，則向所述接口板發(fā)送空值指令NULL；C.所述接口板在發(fā)送完一楨數(shù)據(jù)，但未完成對下一楨數(shù)據(jù)的接收之前，該接口板向主機發(fā)送空閑指令I(lǐng)DLE；所述主機接收到空閑指令I(lǐng)DLE，則同樣發(fā)送空閑指令I(lǐng)DLE給所述接口板。
4.如權(quán)利要求3所述的主機與不同外設(shè)之間串行通信自適應速率的方法，其特征在于具體包括以下步驟a.所述接口板將所述外設(shè)發(fā)來的數(shù)據(jù)寫入該接口板的第一先進先出存儲器FIFO，每當所述外設(shè)發(fā)送完一楨數(shù)據(jù)時，接口板的發(fā)送邏輯器件便從所述第一先進先出存儲器FIFO中讀取數(shù)據(jù)，如果有數(shù)據(jù)，則將該數(shù)據(jù)編碼后發(fā)送至主機；如果沒有數(shù)據(jù)，則發(fā)送空值指令NULL；在所述發(fā)送邏輯器件兩次讀取所述第一先進先出存儲器FIFO的時間間隔內(nèi)，該接口板向主機發(fā)送空閑指令I(lǐng)DLE；b.所述接口板將數(shù)據(jù)或指令發(fā)送至主機后，切換至接收模式；c.所述主機接收來自接口板的數(shù)據(jù)或指令并解碼，如果是數(shù)據(jù)，則將該數(shù)據(jù)寫入所述主機內(nèi)的第二先進先出存儲器FIFO中，由該主機的中央處理器來讀??；d.所述主機在接收到來自所述接口板的數(shù)據(jù)、空值指令NULL或空閑指令I(lǐng)DLE后，切換至發(fā)送模式，如果所述主機的第三先進先出存儲器FIFO中有數(shù)據(jù)，則將數(shù)據(jù)編碼后發(fā)送至接口板；如果所述第三先進先出存儲器FIFO中沒有數(shù)據(jù)，就發(fā)送空值指令NULL到接口板；如果所述主機接接收的是空閑指令I(lǐng)DLE，則同樣發(fā)送空閑指令I(lǐng)DLE給所述接口板；e.所述接口板收到來自所述主機的數(shù)據(jù)、空值指令NULL或空閑指令I(lǐng)DLE后，如果是數(shù)據(jù)，則將該數(shù)據(jù)解碼后寫入該接口板的第四先進先出存儲器FIFO，并將所述數(shù)據(jù)傳輸至所述外設(shè)。
5.如權(quán)利要求4所述的主機與不同外設(shè)之間串行通信自適應速率的方法，其特征在于所述接口板和主機均采用中速紅外線編碼器/解碼器或高速紅外線編碼器/解碼器對數(shù)據(jù)進行編碼/解瑪。
6.如權(quán)利要求3所述的主機與不同外設(shè)之間串行通信自適應速率的方法，其特征在于所述外設(shè)與接口板之間采用UART、SPI、I2S或I2C接口。
7.如權(quán)利要求3所述的主機與不同外設(shè)之間串行通信自適應速率的方法，其特征在于所述接口板利用空閑指令I(lǐng)DLE的時間向主機發(fā)送按鍵指令。
8.如權(quán)利要求3所述的主機與不同外設(shè)之間串行通信自適應速率的方法，其特征在于所述主機利用空閑指令I(lǐng)DLE的時間向接口板發(fā)送指示燈指令，或者發(fā)送讀/寫存儲器指令和存儲器地址。
9.如權(quán)利要求1所述的主機與不同外設(shè)之間串行通信自適應速率的方法，其特征在于所述外設(shè)是用來測量人體各種生理信號的監(jiān)護儀參數(shù)模塊，所述主機是監(jiān)護儀本體。
10.權(quán)利要求1所述的主機與不同外設(shè)之間串行通信自適應速率的方法，其特征在于所述接口板采用現(xiàn)場可編程門陣列器件FPGA或復雜可編程邏輯器件CPLD。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種主機與不同外設(shè)之間串行通信自適應速率的方法，包括以下步驟各外設(shè)分別配置相應的接口板；接口板中寫入與其配套外設(shè)對應的通信速率參數(shù)，使各接口板能夠根據(jù)所述外設(shè)的通信速率傳輸數(shù)據(jù)；接口板與主機之間建立無線通信連接；主機根據(jù)各接口板的通信速率對自身的通信速率進行動態(tài)調(diào)整，使該主機傳輸數(shù)據(jù)的速率與所述外設(shè)的通信速率一致。同現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的技術(shù)效果在于可以自動適應主機各數(shù)據(jù)通道的速率，使得外設(shè)能夠靈活的選擇任意插槽位置。同時，在數(shù)據(jù)傳輸?shù)目障犊梢圆迦雮鬏斊渌鼣?shù)據(jù)，具體應用到監(jiān)護儀，能夠?qū)崿F(xiàn)主機對參數(shù)模塊之外其它外設(shè)的控制，豐富了監(jiān)護儀選擇附屬外設(shè)的可能，增強了系統(tǒng)資源的利用率。
文檔編號H04B7/26GK101075855SQ20061006081
公開日2007年11月21日 申請日期2006年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月19日
發(fā)明者黃洋, 丁能, 姚力 申請人:深圳邁瑞生物醫(yī)療電子股份有限公司