一种采用CSI、DSI作为通用数据总线的嵌入式系统及方法与流程

本发明属于嵌入式系统设计，具体为一种采用csi、dsi作为通用数据总线的嵌入式系统及方法。

背景技术：

1、嵌入式系统可以简单定义为由硬件和软件组合组成的计算机系统，旨在执行特定功能。当前设计和生产的几乎每个智能电子设备都是嵌入式系统。

2、嵌入式系统由微处理器、存储器、电源和通信端口组成。通信端口在嵌入式系统中的作用至关重要，它负责嵌入式系统内部各部分之间以及嵌入式系统与外部设备的信息交换。

3、mipi是mipi联盟发起的为移动应用处理器制定的开放标准。csi和si都是mipi协议中的一种，这两个协议是mipi协议中比较成熟的接口协议，其中csi定义了摄像头外设与主机控制器之间的接口，而dsi定义了显示器外设与主机控制器之间的接口。随着嵌入式系统的快速发展，嵌入式微处理器向着集成度更高、功耗更低、接口更齐全的通用方向发展，越来越多的嵌入式处理器集成了mipi的csi和dsi接口。当前的嵌入式系统中，csi专用于接收摄像头数据，而dsi专用于发送显示数据到显示器，在一些工业控制领域，csi、dsi接口往往闲置不用。

4、fpga是一种半定制化、可编程的集成电路，由可编程器件发展而来，具有可编程灵活性高、开发周期短、并行计算效率高等特性，在嵌入式系统中得到了越来越广泛的应用。

5、嵌入式cpu与fpga之间的高速数据传输通常使用的通信通道是pcie总线，二者之间的一些管理配置报文和状态监测报文往往穿插在实时数据报文之间发送。嵌入式处理器受限于片上资源，往往仅提供少量的pcie总线，同时，大部分嵌入式处理器和fpga的pcie总线不支持qos(quality of service)。因此，在一些对数据实时性要求较高的使用场景下，实时数据报文与具有同样收发优先级的管理配置报文、状态监测报文在同一通道发送往往对数据报文的实时性产生极大的影响。

技术实现思路

1、发明目的：为解决现有嵌入式系统中，因管理配置报文、状态监测报文与实时数据报文在同一通道发送，对实时数据报文的实时性的影响，以及为解决现有嵌入式系统中，csi、dsi接口利用率不高等问题，本发明提出了一种采用csi、dsi作为通用数据总线的嵌入式系统及方法；将csi、dsi组合用为通用数据总线，可用于传输嵌入式cpu与fpga之间的管理配置报文、状态监测报文等非实时报文，一方面可以将嵌入式cpu与fpga之间的非实时报文与实时数据报文物理隔离开来，从而提高实时数据报文的实时性；另一方面也可以充分利用嵌入式cpu的闲置接口资源，弥补嵌入式cpu核心交互资源不足的缺陷。

2、技术方案：一种采用csi、dsi作为通用数据总线的嵌入式系统，包括管理cpu、外设fpga和通用数据总线；所述通用数据总线由一条csi总线与一条dsi总线组合使用组成；所述csi总线作为上行总线，dsi总线作为下行总线，管理cpu使用dsi总线向外设fpga发送管理信息，外设fpga使用csi总线向管理cpu反馈状态信息。

3、进一步的，所述管理cpu具有csi接口和dsi接口，所述外设fpga具有csi接口和dsi接口；

4、所述管理cpu的csi接口和外设fpga的csi接口通过数据差分线和时钟差分线互联，构成csi总线；

5、所述管理cpu的dsi接口和外设fpga的dsi接口通过数据差分线和时钟差分线互联，构成dsi总线。

6、进一步的，所述dsi总线的物理层d-phy工作于hs模式，时钟使用连续时钟模式，该dsi总线的lane管理层所使用的lane个数为1-4个，dsi总线的应用层使用自定义数据帧格式，所述自定义数据帧由帧头+长度+帧序号+类型+数据+帧尾组成，该自定义数据帧的类型包括握手帧、配置帧、管理帧、状态请求帧。

7、进一步的，所述csi总线的物理层d-phy工作于hs模式，时钟使用连续时钟模式，csi总线的协议层的lane管理层所使用的lane个数为1-4个，csi总线的协议层的低级协议层使用长帧发送，帧类型为0x30，帧长度为6-65541字节，csi总线的应用层使用自定义数据帧格式，该自定义数据帧格式由帧头+长度+帧序号+类型+数据+帧尾组成，csi总线的应用层自定义数据帧的类型包括：应答帧、运行数据帧、异常数据帧。

8、本发明公开了一种方法，包括以下步骤：

9、管理cpu初始化其上的csi接口和dsi接口；

10、管理cpu通过dsi总线向外设fpga发送握手帧，并通过csi总线接收来自外设fpga的应答帧，建立与外设fpga的连接；

11、管理cpu与外设fpga建立连接后，管理cpu通过dsi总线向外设fpga发送配置帧；并通过csi总线接收来自外设fpga的周期状态数据或异常数据。

12、进一步的，仅当管理cpu通过csi总线接收到外设fpga的异常数据时，管理cpu通过dsi总线向外设fpga发送管理帧，控制外设fpga的运行或重启外设fpga。

13、本发明公开了一种方法，包括以下步骤：

14、外设fpga初始化其上的csi接口和dsi接口；

15、外设fpga通过dsi总线接收来自管理cpu的握手帧，并通过csi总线向管理cpu发送应答帧，与管理cpu建立连接；

16、外设fpga与管理cpu建立连接后，外设fpga通过dsi总线接收来自管理cpu的配置信息并保存；

17、依据保存的配置信息，外设fpga组织自身的运行和状态数据，定时通过csi总线向管理cpu发送周期运行数据。

18、进一步的，还包括：

19、当外设fpga监测到异常数据时，通过csi总线向管理cpu发送异常数据，并通过dsi总线接收来自管理cpu的管理，所述管理包括控制外设fpga的运行或重启外设fpga。

20、有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

21、(1)本发明通过采用csi、dsi作为通用数据总线，可以使嵌入式cpu与外设fpga之间的管理报文、状态监测报文等非实时报文与高速数据报文隔离开来，使用独立的通道进行传输，有效地保障了一些电力系统二次设备场景下fpga高速数据报文的实时性，从而可以有效地保障电力系统二次设备的可靠性；

22、(2)本发明充分使用了csi、dsi总线，也充分利用了嵌入式cpu在特定应用场景下的闲置资源，使得嵌入式cpu的性能得到了充分的发挥。

技术特征：

1.一种采用csi、dsi作为通用数据总线的嵌入式系统，其特征在于：包括管理cpu、外设fpga和通用数据总线；所述通用数据总线由一条csi总线与一条dsi总线组合使用组成；所述csi总线作为上行总线，dsi总线作为下行总线，管理cpu使用dsi总线向外设fpga发送管理信息，外设fpga使用csi总线向管理cpu反馈状态信息。

2.根据权利要求1所述的一种采用csi、dsi作为通用数据总线的嵌入式系统，其特征在于：所述管理cpu具有csi接口和dsi接口，所述外设fpga具有csi接口和dsi接口；

3.根据权利要求1所述的一种采用csi、dsi作为通用数据总线的嵌入式系统，其特征在于：所述dsi总线的物理层d-phy工作于hs模式，时钟使用连续时钟模式，该dsi总线的lane管理层所使用的lane个数为1-4个，dsi总线的应用层使用自定义数据帧格式，所述自定义数据帧由帧头+长度+帧序号+类型+数据+帧尾组成，该自定义数据帧的类型包括握手帧、配置帧、管理帧、状态请求帧。

4.根据权利要求1所述的一种采用csi、dsi作为通用数据总线的嵌入式系统，其特征在于：所述csi总线的物理层d-phy工作于hs模式，时钟使用连续时钟模式，csi总线的协议层的lane管理层所使用的lane个数为1-4个，csi总线的协议层的低级协议层使用长帧发送，帧类型为0x30，帧长度为6-65541字节，csi总线的应用层使用自定义数据帧格式，该自定义数据帧格式由帧头+长度+帧序号+类型+数据+帧尾组成，csi总线的应用层自定义数据帧的类型包括：应答帧、运行数据帧、异常数据帧。

5.基于权利要求1至4任意一项所述的一种采用csi、dsi作为通用数据总线的嵌入式系统的方法，其特征在于：包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：仅当管理cpu通过csi总线接收到外设fpga的异常数据时，管理cpu通过dsi总线向外设fpga发送管理帧，控制外设fpga的运行或重启外设fpga。

7.基于权利要求1至4任意一项所述的一种采用csi、dsi作为通用数据总线的嵌入式系统的方法，其特征在于：包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：还包括：

技术总结
本发明公开了一种采用CSI、DSI作为通用数据总线的嵌入式系统及方法，包括管理CPU、外设FPGA和通用数据总线；通用数据总线由一条CSI总线与一条DSI总线组合使用组成；所述CSI总线作为上行总线，DSI总线作为下行总线，管理CPU使用DSI总线向外设FPGA发送管理信息，外设FPGA使用CSI总线向管理CPU反馈状态信息。

技术研发人员：夏雨,滕春涛,马玉龙,徐广辉,刘汝华,姜雷,王喆,赵锋荣,高诗航
受保护的技术使用者：国电南瑞科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1