原创 “抢占式多主多从”单总线冲突裁决方案

文章编号:1136----加入日期:2004-2-12

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“抢占式多主多从”单总线冲突裁决方案 (原创)(hotpower)

“抢占式多主多从”单总线冲突裁决方案

1-Wire是一种非常好的“一主多从”单总线标准，但它还存在一定的局限性。
用户在设计自己的单总线系统时，挂接在单总线上的接口设备往往是独立工作的。这就要求
单总线无主从设备之分，在任意时刻，每个设备都可申请为主设备，当然该时刻只能有一个
设备申请为主设备，而其他只能被迫沦为从设备，且必须等待“单总线冲突裁决时序”过后
才能再次抢线，这就是所谓的“抢占式多主多从”单总线系统。
    由于在任意时刻可能有多个设备同时申请“升级”为主设备，故总线冲突不可避免。
为了解决单总线冲突问题，必须给挂接在单总线上的所有接口设备赋予不同的唯一编码即用
户序列码。
1-Wire采用1字节设备码+6字节用户序列码+1字节CRC循环冗余码校验方案。
其中用户序列码为全球唯一码共6个字节48位，再加上设备码共7个字节56位。
但这正是1-Wire在单总线冲突裁决技术中的最大缺点，正因为如此它只能作为“一主多从”
单总线标准，它注重了“全球唯一”，忽略了“冲突裁决”，从而被迫采用“按位裁决”。
由于在多个设备同时抢占时，在单总线上将发生“线与”现象，CRC将出现错误，本次抢占
失败。由于无法裁决，故可能永远抢下去，互不相让，造成总线瘫痪。
解决总线冲突的较好方法是在发送原码后再发送其反码。
由于一般系统不可能挂接很多设备，故可将1-Wire编码方案改造如下：
半字节设备码+半字节设备码+3字节序列码+3字节序列反码+1字节前7个字节的CRC。
以上是“抢占式多主多从”单总线编码，它的优点是冲突裁决已隐含在编码之中，且校验功
能大大增强，缺点是最多只能挂接2^24=16777216个设备码相同的不同设备，再加上16个设
备号，本方案最大可挂接2^28=268435456个不同设备，但一般系统不可能有如此之多个设
备。
由于编码中已隐含冲突裁决，故改造后的单总线就升级为“多主多从单总线标准”。它在应
用中比1-Wire只多出了“单总线冲突裁决时序”，其它时序不变或根据实际需要而定。
本人喜欢称其为“群魔乱舞单总线标准”，主从不分，随心所欲。
可能有人会问“冲突裁决已隐含在编码之中”，HotPower又在吹牛！
牛会被一个简单的单总线冲突裁决例子吹破的…
假设有一单总线系统上最多可挂接8个接口设备，编号为000~111。
故用户序列码为000，001，010，011，100，101，110，111。
用户序列反码为111，110，101，100，011，010，001，000。
所以设备0编码：000 111
    设备1编码：001 110
    ………………………..
    设备7编码：111 000
1)当8个设备同时抢线时，在单总线上将发生“线与”现象。
                     原码  反码
                     000  111
                     001  110
                     ……….
              AND 111  000
------------------------
线与结果: RES="000" 000
2)将线与结果RES中的原码和反码相“异或”，从中判出冲突位。
RES中的原码：       000
RES中的反码：XOR 000
异或结果：  XRES= 000   (0为冲突位)
故在XRES中有3个0即有3个冲突位，从而判定总线上可能有2^3=8个设备抢线！
3）遵守XRES中的最高冲突位为1的设备必须下线的规则，继续下一轮的抢线
由于多主多从单总线为双向总线，即在发送的同时也可接收，故100~111设备被迫下线。
4）类同1）此时有4个设备同时抢线时，在单总线上将再次发生“线与”现象。
                     原码 反码
                     000  111
                     001  110
                     010  101
              AND 011   100
------------------------
线与结果: RES="000" 100
5) 类同2）将线与结果RES中的原码和反码相“异或”，从中判出冲突位。
RES中的原码：       000
RES中的反码：XOR 100
异或结果：  XRES= 100   (0为冲突位)
故在XRES中有2个0即有2个冲突位，从而判定总线上可能有2^2=4个设备抢线！
6）类同3）遵守XRES中的最高冲突位为1的设备必须下线的规则，继续下一轮的抢线
故010~011设备被迫下线。此时只有000和001设备可在下一轮的抢线。
7）类同1）此时有2个设备同时抢线时，在单总线上将再次发生“线与”现象。
                     原码 反码
                     000  111
              AND 001  110
------------------------
线与结果: RES="000" 110
8) 类同2）将线与结果RES中的原码和反码相“异或”，从中判出冲突位。
RES中的原码：       000
RES中的反码：XOR 110
异或结果：  XRES= 110   (0为冲突位)
故在XRES中有1个0即有1个冲突位，从而判定总线上可能有2^1=2个设备抢线！
9）类同3）遵守XRES中的最高冲突位为1的设备必须下线的规则，继续下一轮的抢线
故001设备被迫下线。此时只有000设备可在下一轮的抢线即可升级为主设备（但还需将江山
打下来才算数，故必须再抢线，以免有的设备刚开机，不守规矩）。
10）类同1）此时有1个设备抢线，在单总线上不可能发生“线与”现象。
“线与”结果: RES="000" 111
9) 类同2）将线与结果RES中的原码和反码相“异或”，从中判出冲突位。
RES中的原码：        000
RES中的反码：XOR 111
异或结果：  XRES= 111   (0为冲突位)
故在XRES中有0个0即有0个冲突位，从而判定总线上可能有2^0=1个设备抢线！
经过几轮的“拼搏”，000设备终于“荣升”为主设备，当上了“皇上”！这样它就可“发
号施令”了！其它设备只好“俯首称臣”，只有等到该主设备“退位”才能再有机会参加
“竞选”，争当下届“总统”。该总线虽很“民主”，但小号设备还是“太子”。

由于篇幅所限，方案论述到此，牛已吹破，具体实现还需个人的造化了。
我在某个单总线系统中应用了该技术方案，效果非常好。

我对1-Wire“按位裁决”技术的感觉和评语为：
    “美国佬，你连这样笨的办法都能想出来？？？”



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