СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ИНИЦИАЛИЗАЦИИ И АВТОРИЗАЦИИ УСТРОЙСТВ, ОБЪЕДИНЕННЫХ В ОДНОЙ СИСТЕМЕ Российский патент 2023 года по МПК G05B6/02 

Изобретение относится к управляющим и регулирующим системам общего назначения и может быть использовано для управления датчиками в различных системах, в том числе пожарной, охранной сигнализации и т.д. [G05B 6/00, G05B 6/02, G06F 13/00, G06F 13/14, H04Q 3/00].

Из уровня техники известна ТОПОЛОГИЯ СИСТЕМ СВЯЗИ НА БАЗЕ SPI [https://ru.wikipedia.org/wiki/Serial_Peripheral_Interface, дата последнего изменения: 06.06.2022]. SPI (англ. Serial Peripheral Interface, SPI bus — последовательный периферийный интерфейс, шина SPI) — последовательный синхронный стандарт передачи данных в режиме полного дуплекса, предназначенный для обеспечения простого и недорогого высокоскоростного сопряжения микроконтроллеров и периферии. SPI также иногда называют четырёхпроводным (англ. four-wire) интерфейсом.

В отличие от стандартного последовательного порта (англ. standard serial port), SPI является синхронным интерфейсом, в котором любая передача синхронизирована с общим тактовым сигналом, генерируемым ведущим устройством (процессором). Принимающая (ведомая) периферия синхронизирует получение битовой последовательности с тактовым сигналом. К одному последовательному периферийному интерфейсу ведущего устройства-микросхемы может присоединяться несколько микросхем. Ведущее устройство выбирает ведомое для передачи, активируя сигнал «выбор кристалла» (англ. chip select) на ведомой микросхеме. Периферия, не выбранная процессором, не принимает участия в передаче по SPI.

В указанной топологии к ведущему устройству Master подключено единственное ведомое устройство Slave и необходим двусторонний обмен данными. В таком случае используется трехпроводная схема подключения. Интерфейс SPI позволяет подключать к одному ведущему устройству Master несколько ведомых устройств Slave, причем подключение может быть осуществлено несколькими способами.

Первый способ позволяет реализовать радиальную структуру связи (топология типа «звезда»), его принято считать основным способом подключения нескольких ведомых устройств Slave. В данном случае для обмена более чем с одним ведомым устройством Slave ведущее устройство Master должно формировать соответствующее количество сигналов выбора ведомого устройства Slave (SS). При обмене данными с ведомым устройством Slave, соответствующий ему сигнал SS переводится в активное (низкое) состояние, при этом все остальные сигналы SS находятся в неактивном (высоком) состоянии. Выводы данных MISO ведомых устройств Slave соединены параллельно, при этом они находятся в неактивном состоянии, а перед началом обмена один из выходов (выбранного ведомого устройства Slave) переходит в активный режим.

Второй способ позволяет реализовать структуру связи типа «кольцо». В данном случае для активации одновременно нескольких ведомых устройств Slave используется один сигнал SS, а выводы данных всех устройств соединены последовательно и образуют замкнутую цепь. При передаче пакета от ведущего устройства Master этот пакет получает первое ведомое устройство Slave, которое, в свою очередь, транслирует свой пакет следующему ведомому устройству Slave и так далее. Для того, чтобы пакет от ведущего устройства Master достиг определенного ведомого устройства Slave, ведущее устройство Master должно отправить еще несколько пакетов.

Наиболее близким по технической сущности являются СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ ОБЪЕДИНЕНИЯ НЕСКОЛЬКИХ УСТРОЙСТВ [US 8943250 B2, опубл. 27.01.2015], в котором система, включающая шину последовательного периферийного интерфейса (SPI), ведущее устройство, коммуникативно связанное с шиной последовательного периферийного интерфейса (SPI), первое ведомое устройство, коммуникативно соединенное с шиной SPI, а также второе ведомое устройство, коммуникативно соединенное с шиной SPI и с первым ведомым устройством, при этом первое и второе ведомые устройства коммуникативно соединены параллельно с шиной SPI, первое и второе ведомые устройства коммуникативно соединены друг с другом с помощью первой линии цепи, ведущее устройство сконфигурировано для связи с первым и вторым ведомыми устройствами через шину SPI, при этом первое ведомое устройство содержит первый входной порт цепи и первый выходной порт цепи, второе ведомое устройство содержит второй входной порт цепи и второй выходной порт цепи, первый входной порт цепи соединен с землей, первый выходной порт цепи соединен со вторым входным портом цепи через первую линию цепи, а второй выходной порт цепи остается неподключенным. При этом шина SPI содержит линию ведущего ввода-вывода ведомого устройства (MISO), сконфигурированную так, чтобы включать в себя проводное ИЛИ, сконфигурированное для обеспечения возможности ответа первого и второго ведомого устройств на ведущее устройство. При этом ведущее устройство сконфигурировано для передачи первой и второй команды, первое ведомое устройство сконфигурировано для передачи первого ответа на первую команду с использованием линии MISO, а второе ведомое устройство сконфигурировано для передачи второго ответа на вторую команду с помощью строки MISO. При этом первое ведомое устройство сконфигурировано для передачи управления потоком данных второму ведомому устройству с использованием первой линии цепи.

Способ в приведенном патенте, в котором:

определяют, активна ли линия выбора подчиненного устройства (SSEL), включенная в шину SPI;

определяют, активна ли линия цепи;

если линия SSEL и линия цепи активны, то:

осуществляется прием команды, имеющей М битов, с использованием линии главного вывода подчиненного ввода (MOSI), включенной в шину SPI;

передают ответ с использованием линии ведущего ввода-вывода (MISO) с поддержкой трех состояний, включенной в шину SPI;

определяют, активна ли еще линия SSEL, и если линия SSEL все еще активна, то активируется выходной порт цепи.

Основной технической проблемой прототипа является то, что система не является автоматической из-за невозможности самостоятельного определения ведущим устройством инициализации и авторизации подключенных и вновь подключаемых ведомых устройство, из-за чего повышается вероятность появления ошибок при обращении к отключенным ранее подключенных ведомых устройств и снижается надежность работы системы.

Задача изобретения состоит в устранении недостатка прототипа.

Технический результат изобретения заключается в обеспечении возможности создания способа автоматической инициализации и авторизации устройств, объединенных в одной системе.

Указанный технический результат достигается за счет того, что способ автоматической инициализации и авторизации устройств, объединенных в одной системе, характеризующийся наличием в системе ведущего устройства и соединенных шиной передачи данных с ведущим устройством ведомых устройств, ведущее устройство сконфигурировано для связи с ведомыми устройствами для чего содержит порт ввода-вывода, к которому подключена шина передачи данных, а ведомые устройство содержат входной и выходной порты ввода-вывода, при этом при последовательном соединении первое на шине передачи данных ведомое устройство своим входным портом ввода-вывода подключено к ведущему устройству, а к выходному порту ввода-вывода первого и последующих ведомых устройств подключены своими входными портами ввода-вывода очередные на шине передачи данных ведомые устройства, а при последовательно-параллельном соединении ведомых устройств, на участке шины передачи данных подключен разветвитель, содержащий, по крайней мере, один дополнительный порт ввода-вывода, к которому подключена шина передачи данных с последовательно подключенными на ней ведомыми устройствами, для инициализации и авторизации ведомых устройств ведомое устройство отправляет через свой порт ввода-вывода опрос-команды, которые поочередно принимают ведомые устройства, подключенные своими входными портами ввода-вывода к шине передачи данных, при этом при получении команды первого от ведущего устройства ведомого устройства оно инициализируется в ведомом устройстве и ему в ведущем устройстве присваивается адрес, ведомое устройство определяет подключено ли к его выходному порту ввода-вывода очередное ведомое устройство и при наличии подключения передает через свой выходной порт ввода-вывода на следующее за ним ведомое устройство очередную опрос-команду от ведущего устройства, при получении которой очередное ведомое устройство инициализируется в ведущем устройстве и ему присваивается новый адрес, при этом при последовательно-параллельной схеме соединения ведомых устройств к ведущему устройству, опрос-команды от ведущего устройства поочередно проходят сначала на ведомые устройства, подключенные на одном последовательном участке шины передачи данных, а затем на ведомые устройства, подключенные на другом последовательном участке для их инициализации и присвоения адресов.

В частности, входные и выходные порты ввода-вывода данных ведомых устройств выполнены на одном разъеме.

В частности, ведущее устройство выполнено на базе контроллера.

В частности, ведомые устройства представляют собой датчики или исполнительные механизмы со встроенным интерфейсом.

В частности, наличие подключения к выходному порту ввода-вывода ведомого устройства очередного определяют по сопротивлению на выходном порту ввода-вывода между контактами подключения очередного ведомого устройства.

В частности, для увеличения скорости передачи данных и инициализации ведомых устройств разветвитель реализован с возможностью хранения пул-адресов ведомых устройств на каждой из линий шины передачи данных и при отправке опрос-команды от ведущего устройства разветвитель передает опрос-команду на последнее ведомое устройство этой линии шины передачи данных для определения наличия вновь подключенного ведомого устройства.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 проиллюстрирован способ автоматической инициализации и авторизации устройств, объединенных в одной системе при последовательной схеме соединения ведомых устройств к ведущему устройству.

На фиг. 2 проиллюстрирован способ автоматической инициализации и авторизации устройств, объединенных в одной системе при последовательно-параллельной схеме соединения ведомых устройств к ведущему устройству.

На фигурах обозначено: 1 – ведущее устройство, 2 – ведомые устройства, 3 – шина передачи данных, 4 – разветвитель.

Осуществление изобретения

Ниже описана сущность способа автоматической инициализации и авторизации устройств, объединенных в одной системе на примере вариантов реализации с одним ведущим устройством 1 и несколькими ведомыми устройствами 2.

Сущность способа заключается в автоматическом определении (инициализации) подключаемых к ведущему устройству 1 (см. Фиг. 1-2) по шине передачи данных 3 сколь угодно ведомых устройств 2, присвоения инициализированным ведомым устройствам 2 уникальных имен-адресов (авторизации) с последующим обменом между ведущим устройством 1 и подключенными ведомыми устройствами 2 данными и автоматическим исключением из обмена данными ведомого устройства 2 при его отключении. Подключение ведомых устройств 2 к ведущему 1 может быть реализовано как последовательно (см. Фиг. 1), так и последовательно-параллельно (см. Фиг. 2).

Ведущее устройство 1 содержит, по крайней мере, один порт ввода-вывода (на фигурах не показан) к которому подключена шина передачи данных 3, а ведомое устройство 2 содержит входной и выходной порты ввода-вывода, при этом при последовательном соединении первое на шине передачи данных 3 ведомое устройство 2 своим входным портом ввода-вывода подключено к ведущему устройству 1, а к выходному порту ввода-вывода упомянутого ведомого устройства 2 подключено своим входным портом ввода-вывода следующее на шине передачи данных 3 ведомое устройство 2 и т.д. Входные и выходные порты ввода-вывода данных ведомых устройств 2 могут быть реализованы на одном разъеме.

При последовательно-параллельном соединении ведомых устройств 2 к ведущему устройству 1 (см. Фиг. 2) на участке шины передачи данных 3, между выходным портом ввода-вывода одного из ведомых устройств 2 и входным портом ввода-вывода следующего от него ведомого устройства 2 подключен разветвитель 4, содержащий, по крайней мере, один дополнительный порт ввода-вывода, к которому подключена шина передач данных 3 с последовательно подключенными на ней ведомыми устройствами 2.

Ведущее устройство 1 выполнено на базе контроллера, включающим в себя процессор, содержащий блок управления и арифметико-логическое устройство, память и модуль ввода-вывода.

Ведомые устройства 2 представляют собой датчики или исполнительные механизмы со встроенным интерфейсом.

Способ подключения устройств реализуется в автоматическом режиме, как при включении питания, так и во время работы.

Ведомое устройство 1 отправляет через порт ввода-вывода опрос-команды, которые поочередно принимают все ведомые устройства 2, подключенные своими входными портами ввода-вывода к шине передачи данных 3.

Существенным признаком настоящего технического решения является то, что все ведомые устройства 2, которым не определены адреса, имеют возможность разорвать шину передачи данных 3, при этом в момент включения питания на шине передачи данных 3 физически подключено только первое от ведущего устройства 1 ведомое устройство 2. После того как первое ведомое устройство 2 получает опрос-команду от ведущего устройства 1, ему в ведущем устройстве 1 присваивается адрес, и упомянутое ведомое устройство 2 через свой выходной порт ввода-вывода подключает следующее за ним ведомое устройство 2, что позволяет ведущему устройству 1 передать опрос-команду на вновь подключенное в очереди ведомое устройство 2, которому аналогичным порядком ведущим устройством 1 присваивается новый адрес. Аналогичным образом повторяется последовательная операция подключения и инициализации ведомых устройств 2, подключенных на шине передачи данных 3 до тех пор, пока все ведомые устройства 2 на шине 3 не получат свои адреса. Тем самым ведущее устройство 1 автоматически получает полный список всех ведущих устройств 2 на шине передачи данных 3.

При данном способе появляется возможность автоматически определять как наличие подключенных ведомых устройств 2, так и выведенных их из системы, в случаи их отключения в режиме реального времени.

Способ определения наличия подключенных ведомых устройств 2 на шине 3 может быть реализован путем контроля изменения сопротивления на выходном порту ввода-вывода между контактами подключения каждого из последующих ведомых устройств 2. В случае, если сопротивление стремиться к бесконечности, ведомое устройство 2 считает, что к его выходному порту ввода-вывода подключенных устройств нет. Если на выходном порту ввода-вывода ведомого устройства 2 появляется нагрузка, то при опросе-команды от ведущего устройства 1, прошедшей через ведомое устройство 2, оно передает информацию на ведущее устройство 1, что оно теперь не последнее в линии и ведущее устройство 1 запускает операцию инициализации вновь подключенного ведомого устройства 2.

Аналогичным образом ведущее устройство 1 определяет в автоматическом режиме обрыв или замыкание на участке шины передачи данных 3 и отключает этот участок шины 3.

В варианте реализации способа подключения устройств при последовательно-параллельной схеме соединения ведомых устройств 2 к ведущему устройству (см. Фиг. 2), где для разделения шины 3 на параллельные участки используют разветвитель 4, ведущее устройство 1 поочередно направляет опрос-команду сначала на ведомые устройства 2, подключенные на одном последовательном участке шины передачи данных 3 для их инициализации и присвоения адресов, а затем на ведомые устройства 2, подключенные на другом последовательном участке для их инициализации и присвоения адресов.

Для увеличения скорости передачи данных и инициализации ведомых устройств 2 разветвитель 4 может быть реализован с возможностью хранения пул-адресов ведомых устройств 2 на каждой из линий шины передачи данных 3 и при отправке опрос-команды от ведущего устройства 1 разветвитель 4 передает опрос-команду сразу на последнее инициализированное и авторизованное ведомое устройство 2 для опроса следующего за ним ведомого устройства 2 той линии шины 3, на котором это ведомое устройство 2 подключено.

Изобретение относится к управляющим и регулирующим системам. Техническим результатом является возможность автоматической инициализации и авторизации устройств, объединенных в одной системе. Технический результат достигается тем, что при последовательно-параллельном соединении ведомых устройств, на участке шины передачи данных подключен разветвитель, содержащий дополнительный порт ввода-вывода, к которому подключена шина передачи данных с последовательно подключенными на ней ведомыми устройствами, для инициализации и авторизации ведомых устройств ведомое устройство отправляет через свой порт ввода-вывода опрос-команды, которые поочередно принимают ведомые устройства, подключенные своими входными портами ввода-вывода к шине передачи данных, при этом при получении команды первого от ведущего устройства ведомого устройства оно инициализируется в ведомом устройстве и ему в ведущем устройстве присваивается адрес, ведомое устройство определяет подключено ли к его выходному порту ввода-вывода очередное ведомое устройство и при наличии подключения передает через свой выходной порт ввода-вывода на следующее за ним ведомое устройство очередную опрос-команду от ведущего устройства, при получении которой очередное ведомое устройство инициализируется в ведущем устройстве и ему присваивается новый адрес. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ автоматической инициализации и авторизации устройств, объединенных в одной системе, характеризующийся наличием в системе ведущего устройства и соединенных шиной передачи данных с ведущим устройством ведомых устройств, ведущее устройство сконфигурировано для связи с ведомыми устройствами, для чего содержит порт ввода-вывода, к которому подключена шина передачи данных, а ведомые устройства содержат входной и выходной порты ввода-вывода, при этом при последовательном соединении первое на шине передачи данных ведомое устройство своим входным портом ввода-вывода подключено к ведущему устройству, а к выходному порту ввода-вывода первого и последующих ведомых устройств подключены своими входными портами ввода-вывода очередные на шине передачи данных ведомые устройства, а при последовательно-параллельном соединении ведомых устройств на участке шины передачи данных подключен разветвитель, содержащий, по крайней мере, один дополнительный порт ввода-вывода, к которому подключена шина передачи данных с последовательно подключенными на ней ведомыми устройствами, для инициализации и авторизации ведомых устройств ведомое устройство отправляет через свой порт ввода-вывода опрос-команды, которые поочередно принимают ведомые устройства, подключенные своими входными портами ввода-вывода к шине передачи данных, при этом при получении команды первого от ведущего устройства ведомого устройства оно инициализируется в ведомом устройстве и ему в ведущем устройстве присваивается адрес, ведомое устройство определяет, подключено ли к его выходному порту ввода-вывода очередное ведомое устройство, и при наличии подключения передает через свой выходной порт ввода-вывода на следующее за ним ведомое устройство очередную опрос-команду от ведущего устройства, при получении которой очередное ведомое устройство инициализируется в ведущем устройстве и ему присваивается новый адрес, при этом при последовательно-параллельной схеме соединения ведомых устройств к ведущему устройству, опрос-команды от ведущего устройства поочередно проходят сначала на ведомые устройства, подключенные на одном последовательном участке шины передачи данных, а затем на ведомые устройства, подключенные на другом последовательном участке для их инициализации и присвоения адресов.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что входные и выходные порты ввода-вывода данных ведомых устройств выполнены на одном разъеме.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ведущее устройство выполнено на базе контроллера.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ведомые устройства представляют собой датчики или исполнительные механизмы со встроенным интерфейсом.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что наличие подключения к выходному порту ввода-вывода ведомого устройства очередного определяют по сопротивлению на выходном порту ввода-вывода между контактами подключения очередного ведомого устройства.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для увеличения скорости передачи данных и инициализации ведомых устройств разветвитель реализован с возможностью хранения пул-адресов ведомых устройств на каждой из линий шины передачи данных и при отправке опрос-команды от ведущего устройства разветвитель передает опрос-команду на последнее ведомое устройство этой линии шины передачи данных для определения наличия вновь подключенного ведомого устройства.