數(shù)據(jù)采集板通信協(xié)議及測試

1、精品數(shù)據(jù)采集板通訊命令測試版本歷史:版本設計審核批準備注V0.1田云鈞2010-3-2.初次制定。感謝下載載1測試平臺本測試平臺依賴于新版數(shù)據(jù)采集卡，整個通信可以劃分為兩部分，PC機到單片機的串口通信，以及單片機到FPGA的SPI通信。2軟件環(huán)境對于用戶而言，所有測試命令基于串口精靈發(fā)送，通過串口精靈返回的數(shù)值來判斷命令發(fā)送正確與否。串口通訊約定1,計算機作為主機，數(shù)據(jù)采集板作為從機。2,所有的通訊都由主機發(fā)起，以從機的應答結束。3,波特率設置為9600,一個起始位，一個停止位，無校驗位。4,當出現(xiàn)通信錯誤時（超時，校驗錯，無應答），采用重傳作為處理手段。主機發(fā)送內(nèi)容定義引導字符設備地址子地址

2、命令字符數(shù)據(jù)長度數(shù)據(jù)內(nèi)容累加和長度11111n1內(nèi)容0xAA0xA0XXXXX從機回復內(nèi)容的定義引導字符設備地址子地址命令字符數(shù)據(jù)長度數(shù)據(jù)內(nèi)容累加和長度11111n1內(nèi)容0x55XXXXXX設備地址：數(shù)據(jù)采集板的地址定義為0XA0。子地址：不同設備內(nèi)部不同單元，該設計中子地址定義，默認為0x00.命令字符：詳細定義見下文。數(shù)據(jù)長度：數(shù)據(jù)的長度，不包括檢驗和的長度，有可能是0。當數(shù)據(jù)長度是0時，“數(shù)據(jù)內(nèi)容”部分不存在。數(shù)據(jù)內(nèi)容：當數(shù)據(jù)長度不為0時為所發(fā)送的數(shù)據(jù)，不能大于255字節(jié)。累加和：以簡單的累加和作為校驗。只針對數(shù)據(jù)部分進行累加，如果數(shù)據(jù)長度為1，累加和就等于數(shù)據(jù)內(nèi)容，如果數(shù)據(jù)長度為0，不

3、僅數(shù)據(jù)部分內(nèi)容為空，累加和部分也為空。3測試內(nèi)容所有的命令可以劃分為兩類：公共的通訊控制命令以及針對數(shù)據(jù)采集板的控制命令。公共通訊控制命令可分為以下四條1 設置通訊波特率2 查詢從機狀態(tài)3 獲取從機固件版本信息4 獲取固件SN碼針對數(shù)據(jù)采集板的控制命令有以下三條1 讀取單片機狀態(tài)2 設置數(shù)據(jù)采集板工作模式3 讀取FPGA內(nèi)部狀態(tài)對于控制命令的第二條和第三條而言，其測試內(nèi)容都包含兩部分內(nèi)容：上位機到單片機的通信驗證以及單片機到FPGA的驗證。上位機到單片機的通訊方式采用RS232方式，波特率為9600，一個起始位，8個數(shù)據(jù)位，以及一個停止位，無校驗。上位機到單片機的通信方式都會有應答，具體的應答

4、方式在下面的測試內(nèi)容中有詳細介紹。單片機到FPGA的通信方式采用SPI方式，CS低有效，SCLK的上升沿采集數(shù)據(jù)。4控制命令測試數(shù)據(jù)采集板的地址是0xA0。單片機僅僅是一個命令轉達的單元。其負責將接收到的控制信息轉發(fā)給FPGA。主機給單片機發(fā)送的內(nèi)容定義表4-12:主機發(fā)送內(nèi)容定義引導字符設備地址子地址命令字符數(shù)據(jù)長度數(shù)據(jù)內(nèi)容校驗和長度11111X1內(nèi)容0xAA0xA00x000xXX0xXXXXX表4-13:數(shù)據(jù)采集板從機回復內(nèi)容定義引導字符設備地址子地址命令字符數(shù)據(jù)長度數(shù)據(jù)內(nèi)容校驗和長度11111X1內(nèi)容0x550xA00x000xXX0xXXXXX上位機與單片機通訊的命令字符與數(shù)據(jù)定義項

5、目子地址方向命令數(shù)據(jù)說明10xA0H下行0x10H0BYTE讀單片機狀態(tài)。0xA0H上行0x10H1BYTE返回單片機狀態(tài)數(shù)據(jù)。20xA0H下行0x20H13BYTE設置參數(shù)。0xA0H上行0x20H1BYTE返回應答。30xA0H下行0x30H1BYTE讀取FPGA內(nèi)部狀態(tài)。（8bit）0xA0H上行0x30H1BYTE返回應答。4.1工作模式設置命令測試該命令主要完成對視頻采集模式的參數(shù)設置，包括對FPGA讀寫操作設定，設置LVDS行場有效的時間參數(shù)，幀頭檢測參數(shù)設置，設置LVDS的單雙通道，分辨率以及制式，VIDEO行場有效時間參數(shù)設置。該命令的數(shù)據(jù)內(nèi)容共有13字節(jié)4.1.1參數(shù)定義參照

6、數(shù)據(jù)采集板的設計概要。將工作參數(shù)寫入到FPGA內(nèi)部，該命令包含13個字節(jié),下面的內(nèi)容為各個字節(jié)中的所代表的命令的含義。1）工作模式寄存器定義bit7bit6bit5bi4bit3bit2bit1bit0R/W_SWITCHS/D8/10format保留保留保留R/W_:控制單片機對FPGA的操作，如果是寫操作，那么主機必須依次執(zhí)行該命令以及執(zhí)行命令字符為30-B0的所有命令，每寫一個命令字節(jié)成功，返回一個成功標志。如果是讀操作，那么單片機返回FPGA內(nèi)部狀態(tài)內(nèi)容。SWITCH:選擇當前處理的是CVBS信號還是LVDS信號，1為CVBS,0為LVDSS/D：針對LVDS信號而言，S為single

7、,當該位為1時，選擇單通道，否則為雙通道8/10:顏色分辨率選擇，8為8bit,10為10bit。該位為1時，選擇8bit,否則為10bit。format:選擇電視制式，0為VESA,1為JEADA.我們需要設置數(shù)據(jù)采集板工作在LVDS信號采集，雙通道，分辨率為8bit,VESA制式下，因此，設定該寄存器內(nèi)容為0x10如果我們要設置數(shù)據(jù)采集板工作在VIDEO信號采集下，那么應該設置該寄存器值為402）行有效時間參數(shù)定義為兩字節(jié)，一共libitR1B2Bit73Bit20Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0RsvHDHDHDHDHDHDHDHDHD0XXxxxxxxx

8、此次調(diào)試使用到的信號源的分辨率為1366*768,因此設置行有效時間參數(shù)為1366的十六進制表示，0x556,其中高三位送給字節(jié)1,低八位送給字節(jié)2,因此，需要發(fā)送兩個字節(jié)，0x05,0x56對于VIDEO而言，行有效設置為720,其十六進制表示為0x2D0,即發(fā)送兩個字節(jié)，0x02,0xD03）場有效時間參數(shù)定義為兩字節(jié)，一共iibitR1B2Bit73Bit20Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0RsvVDVDVDVDVDVDVDVDVD0XXxxxxxxx同理設置場有效時間參數(shù)為768的十六進制0x300,即高兩位送給字節(jié)1，低八位送個字節(jié)2,即發(fā)送兩個字節(jié)0

9、x03,0x00.對于VIDEO而言，場有效設置為576,其十六進制表示為240,則發(fā)送兩個字節(jié)0x02,0x40.行同步時間以及場同步時間暫且不用，其定義如下：4）行同步時間參數(shù)定義為兩字節(jié)，一共9bitR1B2Bit71Bit0Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0RsvHSHSHSHSHSHSHSHSHS0XXxxxxxxx5）場同步時間參數(shù)定義為兩字節(jié)，一共9bitR1B2Bit71Bit0Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0RsvVSVSVSVSVSVSVSVSVS0XXxxxxxxx設置這兩個寄存器為0,這里需要發(fā)送四個0x00

10、幀頭檢測參數(shù)有5位組成，我們獨用一個寄存器，用第五位表示，高三位保留6）幀頭檢測參數(shù)以及消隱消隱信號最高位定義bit7bit6bit5bi4bit3bit2bitlbit0HFP8HBP8VFP8VBP8FH3FH2FH1FH0bit3-bit0為幀頭查找設定值，bit7-bit4分別為四個消隱信號分別的最高位。7）設置行消隱的前肩（9bit）Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0HFP7HFP6HFP5HFP4HFP3HFP2HFP1HFP08）設置行消隱的后肩（9bit）Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0HBP7HBP6HBP5HBP

11、4HBP3HBP2HBP1HBP09）設置場消隱的前肩（9bit）Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0HFP7HFP6HFP5HFP4HFP3HFP2HFP1HFP010）設置場消隱的后肩（9bit）Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0HBP7HBP6HBP5HBP4HBP3HBP2HBP1HBP0對于LVDS信號采集而言，這些數(shù)據(jù)組成了工作模式設置命令即：10,05,56,03,00,00,00,00,00,0A,00,00,01,共13字節(jié)。對于CVBS信號采集而言，這些數(shù)據(jù)組成了工彳模式設置命令即：40,02,D0,02,40,00

12、,00,00,00,0A,00,00,01,共13字節(jié)1.1.2 命令設置引導字符設備地址子地址命令字符數(shù)據(jù)長度數(shù)據(jù)內(nèi)容校驗和長度11111131LVD0xA0xA0x00x20x00x2005560300000000000A000000x4S內(nèi)A000D1B容CVB0xA0xA0x00x20x00x4002D00240000000000A000000x5FSA000D11.1.3 上位機與單片機通信單片機返回到主機的值有三類,發(fā)送完命令后，當主機接受到0x00時，表明此次通訊成功，成功的標志在于，單片機正確的解析到了完整的命令內(nèi)容，并且命令的內(nèi)容符合約定，且命令的累加和同單片機計算的累加和校

13、驗值一致，整個通信建立成功。發(fā)送完命令后，當主機接收到0xBF時，表明此次通訊不成功，但是引導字符，以及設備地址，以及命令字符都符合要求，不滿足的地方在于校驗出了問題，需要重新檢查命令內(nèi)容，并計算校驗值。發(fā)送完命令后，當主機接受到0x7F，表明此次通訊徹底失敗,即命令不是定義的類型。例如，串口助手發(fā)送正確的指令：AAA000200D1005560300000000000A00000179,共19個字節(jié)，發(fā)送完畢后，串口精靈收到0x00，表明此次通訊正確但是，如果將累加和內(nèi)容或者命令內(nèi)容部分改變，即最后一個字節(jié)不再是0x4B時，串口精靈就會收到0xBF。若將指令的非數(shù)據(jù)以及校驗部分內(nèi)容部分更改（

14、例如，引導字符，設備地址，命令字符等），則返回0X7F，說明此命令不符合系統(tǒng)要求。需要注意的是，單片機僅僅在命令正確的情況下才會向FPGA發(fā)送指令，否則一直處于等待正確命令狀態(tài)。1.1.4 單片機與FPGA的SPI通信對于FPGA與單片機之間的SPI的通信正確與否，我們只能通過看現(xiàn)象來得知命令是否傳輸正確，例如，上述指令的數(shù)據(jù)內(nèi)容為1005560300000000000A000001，這串命令將通過SPI的方式發(fā)送到FPGA，在FPGA的內(nèi)部存在13字節(jié)的命令寄存器，我們可以通過檢測該寄存器的值是否為寫入的命令，為此，我們在FPGA采用比較的方式來驗證傳輸?shù)恼_性。若FPGA接受到的數(shù)據(jù)與要求

15、相符，則點亮LED,否則LED不亮。通過實驗發(fā)現(xiàn)，串口助手將正確指令發(fā)出后，F(xiàn)PGA將LED點亮，驗證了SPI通信的正確性。，若發(fā)送的指令有誤，F(xiàn)PGA將不會接收到指令，因為在指令錯誤的情況下，單片機跟FPGA的SPI通信是建立不起來的。4.2 讀取單片機狀態(tài)命令4.2.1 參數(shù)定義內(nèi)部狀態(tài)寄存器定義bit7bit6bit5bi4bit3bit2bitlbit0CFGWAIT保留保留保留保留保留保留CFG:FPGA配置結束后會給單片機一個應答，若配置沒完成，該位置0,配置結束后，變?yōu)?；WAIT：等待接收命令字節(jié)狀態(tài)。只要單片機不響應中斷，那么該狀態(tài)位就會置位4.2.2 命令設置引導字符設備地

16、址子地址命令字符數(shù)據(jù)長度長度11110內(nèi)容0xAA0xA00x000x100x00發(fā)送命令AA,A0,00,10,004.2.3 上位機與單片機通信單片機將當前狀態(tài)返回給主機其格式為引導字符設備地址子地址命令字符數(shù)據(jù)長度數(shù)據(jù)內(nèi)容長度111111內(nèi)容0x550xXXX0x100x01見4.2.14.3 讀取FPGA內(nèi)部狀態(tài)命令4.3.1 參數(shù)定義FPGA內(nèi)部狀態(tài)寄存器定義bit7bit6bit5bi4bit3bit2bit1bit0BUSYFHVALIDFULLEMPTY保留保留保留BUSY:當FPGA正在采集數(shù)據(jù)的過程中（即狀態(tài)機處于接受數(shù)據(jù)狀態(tài)）該位置位，否則為0。FH:當狀態(tài)機處于幀頭查找

17、狀態(tài)時（異常時，將一直維持在此狀態(tài)），該位置位，否則為0.VALID:DE信號有無的標志，若DE信號一直無效，則VALID持續(xù)為0,否則VALID為1.FULL:內(nèi)部FIFO寫滿，該位置位，否則清零。EMPTY:內(nèi)部FIFO讀空，該位置位，否則清零。在數(shù)據(jù)采集過程中，正常的狀態(tài)應該是FULL,EMPYT都不為1。4.3.2 命令設置引導字符設備地址子地址命令字符數(shù)據(jù)長度長度11111內(nèi)容0xAA0xA00x000x300x00發(fā)送命令AA,A0,00,30,004.3.3 上位機與單片機通信上位機發(fā)送指令后，由單片機返回狀態(tài)，具體的狀態(tài)值同上描述。當返回值滿足要求時，單片機將指令發(fā)送到FPGA

18、,并讀取FPGA狀態(tài)。4.3.4 單片機與FPGA通信FPGA將實時的內(nèi)部狀態(tài)寄存器的內(nèi)容發(fā)送到單片機。5公共通訊控制命令系統(tǒng)內(nèi)所有使用串口通訊的設備（RS232）,使用如下4條公共的通訊命令，分別是設置（更改）通訊波特率命令、查詢系統(tǒng)狀態(tài)命令和獲取從機固件版本信息和固件的SN碼。所有的從機遵循同樣的控制方式，執(zhí)行同樣的控制操作和使用同樣的命令執(zhí)行時間。5.1 設置通訊波特率表4-3:主機發(fā)送內(nèi)容定義：引導字符設備地址子地址命令字符數(shù)據(jù)長度數(shù)據(jù)內(nèi)容校驗和長度1111111內(nèi)容0xAA0xA0X0x000x010xYY0xYY表4-4:從機回復內(nèi)容定義引導字符設備地址子地址命令字符數(shù)據(jù)長度數(shù)據(jù)內(nèi)

19、容校驗和長度1111111內(nèi)容0x550xA0X0x000x010xZZ0xZZ根據(jù)實際的板的信息填寫“XX”部分的內(nèi)容，本命令將在1ms內(nèi)直接返回結果。“0xYY”為實際的波特率的代碼，本系統(tǒng)支持如下的波特率，實際波特率與代碼的對應關系如下：表4-5:波特率代碼對應表：代碼0x00（默認）0x010x020x03其他波特率（bps）96003840057600115200未定義由于單片機只支持9600以及57600的波特率，因此，對于波特率的設置我們僅局限于這兩種。對于其他的波特率更改，將忽略。所有從機復位后，將使用默認的波特率，當主機設置未定義的波特率時，所有從機將維持當前波特率不變。“0

20、xZZ”為從機返回的應答，一般講，應答將有如下幾種定義（下同）：0X00H:本次通訊操作成功。0X7FH:未定義的操作命令。0xBFH:本次通訊失敗，校驗錯。0xFFH:代表系統(tǒng)處于忙狀態(tài)。除“0X00H”外，從機實際上均未響應本次操作。5.2 查詢從機狀態(tài)就主機端觀察，從機具備兩個狀態(tài)，分別定義為“忙”（BUSY=1）和“空閑”（BUSY=0）,主機發(fā)送命令到從機時，一般必須要要求從機處于空閑狀態(tài)，才可以正確接受并執(zhí)行主機發(fā)送的命令，處于忙狀態(tài)，將拒絕執(zhí)行主機的命令，但有幾種特殊的命令除外，是不需要約定從機處于空閑狀態(tài)的，包括設置波特率命令和下面特別指出的命令。表4-6:主機發(fā)送內(nèi)容定義：引

21、導字符設備地址子地址命令字符數(shù)據(jù)長度長度11111內(nèi)容0xAA0xA0X0x010x00表4-7:從機回復內(nèi)容定義引導字符設備地址子地址命令字符數(shù)據(jù)長度數(shù)據(jù)內(nèi)容校驗和長度1111111內(nèi)容0x550xA0X0x010x010xZZ0xZZ主機查詢從機的狀態(tài)的命令是“0X01H主機查詢從機的狀態(tài)，不需要數(shù)據(jù)，所以數(shù)據(jù)長度是“0”。本命令將在1ms內(nèi)直接返回結果?！?xZZ”，返回的結果的含義如下：0X00H:本次通訊操作成功。0X7FH:未定義的操作命令。0XBFH:本次通訊失敗，校驗錯。0XFFH:代表系統(tǒng)處于忙狀態(tài)。當主機設置的上一次的操作還未執(zhí)行完畢或從機正處于比較關鍵的操作時，從機為忙狀

22、態(tài)。主機檢測從機的忙狀態(tài)的操作不是必須的，主機也可以不單獨檢測從機的忙狀態(tài)，而直接發(fā)送控制命令，從從機的應答可分析出從機在主機發(fā)送控制命令時是否處于忙狀態(tài)。詳細介紹見下文。5.3 獲取從機固件版本信息表4-8:主機發(fā)送內(nèi)容定義：引導字符設備地址子地址命令字符數(shù)據(jù)長度長度11111內(nèi)容0Xaa0xA0X0x020X00表4-9:從機回復內(nèi)容定義引導字符設備地址子地址命令字符數(shù)據(jù)長度數(shù)據(jù)內(nèi)容校驗和長度11111161內(nèi)容0x550xA0X0x020x100xZZX獲取版本信息的操作總能立即返回指定固件的說明字符，而不會有“BUSY”狀態(tài)。版本信息固定為16字節(jié)，采用ASCII字符標志，典型的版本信

23、息的表示方法如下：20061205VER:1.01”。依次為年（4個ASCII字符），月（2個ASCII字符），日（2個ASCII字符），“VER:”為版本引導字符，“1.01”為版本說明（4個ASCII字符）。5.4 獲取固件SN碼每一個固件都具有與其他設備不同的且唯一的SN碼，作為硬件設備的唯一標識。表4-10:主機發(fā)送內(nèi)容定義：引導字符設備地址子地址命令字符數(shù)據(jù)長度長度11111內(nèi)容0Xaa0xA0X0x030x00表4-11:從機回復內(nèi)容定義引導字符設備地址子地址命令字符數(shù)據(jù)長度數(shù)據(jù)內(nèi)容校驗和長度11111161內(nèi)容0x550xA0X0x030x100xZZX獲取版本信息的操作總能立即

24、返回指定固件的說明字符，而不會有“BUSY”狀態(tài)。SN碼固定為16字節(jié)，米用ASCII字符標志。SN碼可作為設備有效性標識和參數(shù)校準的標識。目前保留。6測試結論6.1工作模式命令測試結論1.1.1 正確的命令測試發(fā)送：AA,A0,00,20,0D,10,05,56,03,00,00,00,00,00,0A,00,00,01,79AA,A0,00,20,0D,40,02,D0,02,40,00,00,00,00,0A,00,00,01,5F接收：55A00020010000現(xiàn)象：接收到55A00020010000之后，F(xiàn)PGA將LED點亮。結論：發(fā)送命令符合要求，且校驗正確，單片機將接收到命令的

25、數(shù)據(jù)內(nèi)容作累加計算后跟命令中的校驗值做比較，判斷出兩者一致后，將該命令發(fā)送給FPGA，F(xiàn)PGA將該命令數(shù)據(jù)跟標準呢指令作比較，兩者若一致，則點亮LED，此次測試LED被點亮，說明通信成功。1.1.2 校驗失敗命令測試發(fā)送：AA,A0,00,20,0D,10,05,56,03,00,00,00,00,00,0A,00,00,00,4BAA,A0,00,20,0D,40,02,D0,02,40,00,00,00,00,0A,00,00,01,1F接收：55A0002001BFBF現(xiàn)象，無結論，由于發(fā)送命令中的數(shù)據(jù)內(nèi)容為2005560300000000000A000000，其校驗和為0x79,但是命

26、令中的校驗和為4B，兩者不一致，導致通信失敗，返回數(shù)據(jù)內(nèi)容bf，標志此次通信校驗失敗。通信失敗，F(xiàn)PGA不會接收到單片機發(fā)來的指令，當然也不會點亮LED了1.1.3 未定義命令測試發(fā)送：A0,A0,00,20,0D,10,05,56,03,00,00,00,00,00,0A,00,00,01,79AA,A0,A0,20,0D,40,02,D0,02,40,00,00,00,00,0A,00,00,01,5F接收：55A00020017F7F現(xiàn)象：無結論：該命令的引導字符0xA0未定義，發(fā)送完畢后，單片機給上位機返回55A00020017F7F，代表該命令未定義，同樣，F(xiàn)PGA也不會將LED點亮，通信失敗。6.2 讀取單片機狀態(tài)命令測試結論6.2.1 正確的命令測試發(fā)送：AA,A0,00,10,00接收：55A00010018080結論：此時FPGA已配置結束，并且在發(fā)送命令的