基于SPI总线的通讯方法、通讯系统和通讯路由装置.pdf

本发明公开了一种基于SPI总线的通讯方法，包括：通过主设备数据线提供从设备的选择信号；根据选择信号确定所选的从设备；主设备对所选的从设备进行访问操作。还可以包括：通过主设备数据线提供被控电气单元的选择信号；根据选择信号选定被控电气单元，并生成被控电气单元的开/关控制指令；将控制指令发送给被控电气单元，控制其动作。本发明还公开了一种基于SPI总线的通讯系统以及一种用于该通讯系统的通讯路由装置。由于SPI主设备通过其数据线提供选择信号，根据对该信号的处理来确定所选择的操作对象，因此，只需使用3线或4线的SPI总线，而不用在主机端设置更多的管脚来下行其它任何控制信号，就可以实现主设备对从设备的访问操作。

1.  一种基于SPI总线的通讯方法，其特征在于，包括以下步骤：
A1、通过主设备数据线提供从设备的选择信号；
B1、根据选择信号确定所选的从设备；
C1、主设备对所选的从设备进行访问操作。

2.  如权利要求1所述的基于SPI总线的通讯方法，其特征在于，所述步骤A1包括以下子步骤：
A11、判断主设备片选信号线的信号状态是否跳变到有效状态，如果是则进入下一步；
A12、从跳变发生时开始计时，同时从主设备数据线接收数据，将计时到规定的时间为止所接收的数据作为选择信号；
所述步骤B1包括以下子步骤：
B11、预先设定各从设备的访问选择指令；
B12、判断选择信号与哪一从设备的访问选择指令相匹配，将访问选择指令与选择信号相匹配的从设备确定为所选的从设备。

3.  如权利要求2所述的基于SPI总线的通讯方法，其特征在于，在步骤C1进行中还包括以下步骤：判断主设备片选信号线的信号状态是否跳变到无效状态，如果是则停止访问操作，并将计时清零。

4.  如权利要求1至3中任一项所述的基于SPI总线的通讯方法，其特征在于，还包括以下步骤：
A2、通过主设备数据线提供被控电气单元的选择信号；
B2、根据选择信号选定被控电气单元，并生成被控电气单元的开/关控制指令；
C2、将控制指令发送给被控电气单元，控制其动作。

5.  如权利要求4所述的基于SPI总线的通讯方法，其特征在于，所述步骤A2包括以下子步骤：
A21、判断主设备片选信号线的信号状态是否跳变到有效状态，如果是则进入下一步；
A22、从跳变发生时开始计时，同时从数据线接收数据，将计时到规定的时间为止所接收的数据作为选择信号；
所述步骤B2包括以下子步骤：
B21、预先设定各被控电气单元的控制选择指令；
B22、判断选择信号与哪一被控电气单元的控制选择指令相匹配，将控制选择指令与选择信号相匹配的电气单元确定为所选的电气单元；
B23、根据控制信号生成开/关控制指令。

6.  如权利要求5所述的基于SPI总线的通讯方法，其特征在于，所述被控电气单元为从设备电源开关和/或继电器。

7.  一种基于SPI总线的通讯系统，包括SPI总线主设备和多个SPI总线从设备，其特征在于，还包括设置在从设备一端的通信路由装置，所述主设备和通信路由装置之间通过一路时钟信号线、一路片选信号线和至少一路数据线连接，所述通信路由装置和每个从设备之间通过一路时钟信号线和至少一路数据线连接，所述通信路由装置用于根据从所述主设备的数据线上接收的规定期间内或规定长度内的数据作为选择信号进行解析，确定所选从设备，并提供所述主设备和被选从设备之间的访问通道。

8.  如权利要求7所述的基于SPI总线的通讯系统，其特征在于，所述通信路由装置包括选择信号解析单元和与所述从设备一一对应设置的访问单元，所述主设备的数据线、片选信号线和时钟信号线接所述选择信号解析单元的输入端，所述选择信号解析单元的输出端分别接所述各访问单元的使能端，所述各访问单元的输入端接所述主设备的数据线和时钟信号线，所述各访问单元的输出端耦合至对应从设备的输入端。

9.  如权利要求8所述的基于SPI总线的通讯系统，其特征在于，所述选择信号解析单元还用于在检测到所述片选信号线的信号状态转换到有效状态时确定一次信号解析开始，并在检测到所述片选信号线的信号状态转换到无效状态时确定该次访问操作结束。

10.  如权利要求8或9所述的基于SPI总线的通讯系统，其特征在于，所述选择信号解析单元包括移位寄存器和与所述从设备一一对应设置的多个第一指令比较器，所述移位寄存器用于将所述选择信号转换为并行数据，并输出给所述第一指令比较器，所述第一指令比较器用于将对应从设备设定的访问选择指令与所述并行数据进行比较，当比较结果为相同时，所述第一指令比较器向对应的访问单元的使能端输出访问许可信号。

11.  如权利要求8或9所述的基于SPI总线的通讯系统，其特征在于，所述选择信号解析单元包括移位寄存器、与所述从设备一一对应地设置的多个第一指令比较器、时钟计数器、时钟比较器以及与从设备一一对应设置的多个第一与逻辑单元，所述移位寄存器用于将所述选择信号转换为并行数据，并输出给所述第一指令比较器，所述第一指令比较器用于将对应从设备设定的访问选择指令与所述并行数据进行比较，所述第一指令比较器的输出端耦合到第一与逻辑单元，所述时钟计数器用于对来自所述主设备的时钟信号进行计数，所述时钟比较器用于将设定的时钟数与所述时钟计数器的计数值进行比较，所述时钟比较器的输出端耦合到第一与逻辑单元，所述各第一与逻辑单元分别用于将对应的第一指令比较器和所述时钟比较器的输出信号进行逻辑与运算，并将逻辑与运算结果输出至对应的访问单元。

12.  如权利要求11所述的基于SPI总线的通讯系统，其特征在于，所述移位寄存器、所述时钟计数器以及所述访问单元的复位端接所述主设备的片选信号线。

13.  如权利要求8所述的基于SPI总线的通讯系统，其特征在于，还包括与从设备对应设置的多个被控电气单元和对应于被控电气单元的多个逻辑控制单元，所述选择信号解析单元的输出端还分别接所述各逻辑控制单元的输入端，所述各逻辑控制单元的输出端耦合到对应被控电气单元的控制信号输入端，所述选择信号解析单元将规定期间内从所述主设备接收的数据作为选择信号进行解析，确定所选的电气单元，并发送控制有效信号给对应的逻辑控制单元，所述逻辑控制单元向所选的电气单元提供开/关控制指令。

14.  如权利要求13所述的基于SPI总线的通讯系统，其特征在于，所述选择信号解析单元包括移位寄存器、时钟计数器、时钟比较器、与所述从设备一一对应地设置的多个第一指令比较器和多个第一与逻辑单元、以及与各被控电气单元一一对应设置的多个第二指令比较器和第二与逻辑单元，所述移位寄存器用于将所述选择信号转换为并行数据，并分别输出给所述第一指令比较器和第二指令比较器，所述第一指令比较器用于将对应从设备设定的访问选择指令与所述并行数据进行比较，所述第一指令比较器的输出端耦合到第一与逻辑单元，所述时钟计数器用于对来自所述主设备的时钟信号进行计数，所述时钟比较器用于将设定的时钟数与所述时钟计数器的计数值进行比较，所述时钟比较器的输出端耦合到第一与逻辑单元，所述各第一与逻辑单元分别用于将对应的第一指令比较器和所述时钟比较器的输出信号进行逻辑与运算，并将逻辑与运算结果输出至对应的访问单元，所述第二指令比较器用于将对应电气单元所设定的控制选择指令与所述并行数据进行比较，所述第二指令比较器的输出端耦合到第二与逻辑单元，所述时钟比较器的输出端还耦合到第二与逻辑单元，所述各第二与逻辑单元分别用于将对应的第二指令比较器和所述时钟比较器的输出信号进行逻辑与运算，并将逻辑与运算结果输出至对应的逻辑控制单元。

15.  如权利要求13所述的基于SPI总线的通讯系统，其特征在于，所述被控电气单元为从设备电源开关和/或继电器。

16.  如权利要求7至9任意一项所述的基于SPI总线的通讯系统，其特征在于，所述主设备为超声诊断系统主设备，所述从设备为超声诊断系统探头的ID码存储设备。

17.  一种通讯路由装置，位于SPI总线主设备与SPI总线从设备之间且设置在从设备一端，其特征在于，所述通信路由装置包括选择信号解析单元和与所述从设备一一对应设置的访问单元，所述主设备的一路数据线、一路片选信号线和一路时钟信号线接所述选择信号解析单元的输入端，所述选择信号解析单元的输出端分别接所述各访问单元的使能端，所述各访问单元的输入端接所述主设备的数据线和时钟信号线，所述各访问单元的输出端耦合至对应从设备的输入端，所述选择信号解析单元用于将规定期间内从主设备接收的数据作为选择信号进行解析，确定所选的从设备，并发送访问许可信号给所选的从设备对应的访问单元，所述访问单元提供所述主设备和对应从设备之间的访问通道。

18.  如权利要求17所述的通讯路由装置，其特征在于，还包括与从设备对应设置的多个被控电气单元和对应于被控电气单元的多个逻辑控制单元，所述选择信号解析单元的输出端还分别接所述各逻辑控制单元的输入端，所述各逻辑控制单元的输出端耦合到对应被控电气单元的控制信号输入端，所述选择信号解析单元将规定期间内从所述主设备接收的数据作为选择信号进行解析，确定所选的电气单元，并发送控制有效信号给对应的逻辑控制单元，所述逻辑控制单元向所选的电气单元提供开/关控制指令。

19.  如权利要求18所述的通讯路由装置，其特征在于，所述选择信号解析单元包括移位寄存器、时钟计数器、时钟比较器、与所述从设备一一对应地设置的多个第一指令比较器和多个第一与逻辑单元、以及与各被控电气单元一一对应设置的多个第二指令比较器和第二与逻辑单元，所述移位寄存器用于将所述选择信号转换为并行数据，并分别输出给所述第一指令比较器和第二指令比较器，所述第一指令比较器用于将对应从设备设定的访问选择指令与所述并行数据进行比较，所述第一指令比较器的输出端耦合到第一与逻辑单元，所述时钟计数器用于对来自所述主设备的时钟信号进行计数，所述时钟比较器用于将设定的时钟数与所述时钟计数器的计数值进行比较，所述时钟比较器的输出端耦合到第一与逻辑单元，所述各第一与逻辑单元分别用于将对应的第一指令比较器和所述时钟比较器的输出信号进行逻辑与运算，并将逻辑与运算结果输出至对应的访问单元，所述第二指令比较器用于将对应电气单元所设定的控制选择指令与所述并行数据进行比较，所述第二指令比较器的输出端耦合到第二与逻辑单元，所述时钟比较器的输出端还耦合到第二与逻辑单元，所述各第二与逻辑单元分别用于将对应的第二指令比较器和所述时钟比较器的输出信号进行逻辑与运算，并将逻辑与运算结果输出至对应的逻辑控制单元。

基于SPI总线的通讯方法、通讯系统和通讯路由装置
【技术领域】
本发明涉及SPI(serial peripheral interface，串行外围设备接口)总线控制，具体涉及一种基于SPI总线的通讯方法和通讯系统。
【背景技术】
SPI总线系统是同步串行外设接口，是一种常用的工业标准总线，通过它可以使主机与各种外围设备以串行方式进行信息交换。例如，医疗领域的超声诊断系统一般配备多个探头，为了标识探头，可以为每个探头配备用于存储探头的ID码等信息的非易失存储器或逻辑器件，将这些存储器件作为从设备，超声诊断系统主机即可通过SPI总线进行访问以获取ID码，而主机对系统探头板上的电源和继电器等设备的控制也可通过SPI总线进行访问。SPI总线包括数据线、时钟信号线和片选信号线，其中数据线可以是一条，也可以是两条，所以SPI总线分4线和3线两种类型。4线SPI总线由片选信号线SS_n，串行时钟信号线Sclk，主出从入数据线MOSI(Master Output Slave Input)和主入从出数据线MISO(Master InputSlave Output)构成，总线时序如图1a所示。3线SPI总线则包括片选信号线SS_n，串行时钟信号线Sclk和串行数据信号线Sdata，总线时序如图1b所示。其中，Sdata为双向管脚，数据发送阶段为输出管脚，数据接收阶段为输入管脚，相当于把4线SPI总线中的主出从入数据线MOSI和主入从出数据线MISO合二为一。
实现主机与多个SPI从设备的通讯，例如在超声诊断系统的应用中，传统上有4种技术方案，方案1至方案4的原理请分别参阅图2至图5。如图2所示，方案1为多SPI设备的标准通讯方法，各个SPI从设备公用时钟线SCLK、数据线MOSI和MISO，每个SPI从设备都有独立的片选信号线SS_n，SPI主设备每次将一个SPI从设备的片选置为有效，操作并访问该设备。此外，对于每个探头，主机还需下行若干信号，用于直接控制存储器或逻辑器件的电源和发射通路的继电器开关等等。如图3所示，方案2在探头板上增加了逻辑器件(如CPLD，复杂可编程逻辑器件)，SPI总线主设备通过下行位宽为多个bit的经编码的CS片选信号CS_0～CS_k，来选择不同的SPI总线从设备，选定设备后，SPI总线主设备的SPI总线经过CPLD后，出现在从设备端，进而操作并访问从设备。如图4所示，方案3在方案2的基础上，主机下行的电源和继电器控制信号由CS信号控制路由到对应的探头上。如图5所示，方案4中，探头板上的逻辑器件也可以作为一个SPI设备，这样主机可以不再下行电源和继电器的控制信号，而是在使用CS信号选中探头CPLD作为从设备后，通过SPI总线完成探头电源控制和探头板上继电器的控制。
上述方案中，方案1和方案2的弊端显而易见，由于主机和多个探头的通讯管脚很多，大量占用系统主机端的管脚资源，如果升级时增加探头，需要增加更多的管脚，有可能导致主机的印制电路板改版。方案3和方案4虽然相对方案1和方案2大大的节约了主机端的管脚数，不过在探头扩容时，还需要至少增加CS信号，因此所需要的管脚数仍较多，在兼容性和可扩充性仍存在弊端。
【发明内容】
本发明的主要目的就是解决现有技术中的问题，提供一种基于SPI总线的通讯方法和通讯系统，能够有效节约通讯系统主机端的管脚数。
本发明的另一目的是解决现有技术中的问题，提供一种用于该通讯系统的通讯路由装置。
为实现上述目的，本发明提供一种基于SPI总线的通讯方法，包括以下步骤：
A1、通过主设备数据线提供从设备的选择信号；
B1、根据选择信号确定所选的从设备；
C1、主设备对所选的从设备进行访问操作。
所述步骤A1包括以下子步骤：
A11、判断主设备片选信号线的信号状态是否跳变到有效状态，如果是则进入下一步；
A12、从跳变发生时开始计时，同时从主设备数据线接收数据，将计时到规定的时间为止所接收的数据作为选择信号；
所述步骤B1包括以下子步骤：
B11、预先设定各从设备的访问选择指令；
B12、判断选择信号与哪一从设备的访问选择指令相匹配，将访问选择指令与选择信号相匹配的从设备确定为所选的从设备。
在步骤C1进行中还包括以下步骤：判断主设备片选信号线的信号状态是否跳变到无效状态，如果是则停止访问操作，并将计时清零。
还包括以下步骤：
A2、通过主设备数据线提供被控电气单元的选择信号；
B2、根据选择信号选定被控电气单元，并生成被控电气单元的开/关控制指令；
C2、将控制指令发送给被控电气单元，控制其动作。
所述步骤A2包括以下子步骤：
A21、判断主设备片选信号线的信号状态是否跳变到有效状态，如果是则进入下一步；
A22、从跳变发生时开始计时，同时从数据线接收数据，将计时到规定的时间为止所接收的数据作为选择信号；
所述步骤B2包括以下子步骤：
B21、预先设定各被控电气单元的控制选择指令；
B22、判断选择信号与哪一被控电气单元的控制选择指令相匹配，将控制选择指令与选择信号相匹配的电气单元确定为所选的电气单元；
B23、根据控制信号生成开/关控制指令。
为实现上述目的，本发明还提供一种基于SPI总线的通讯系统，包括SPI总线主设备和多个SPI总线从设备，还包括设置在从设备一端的通信路由装置，所述主设备和通信路由装置之间通过一路时钟信号线、一路片选信号线和至少一路数据线连接，所述通信路由装置和每个从设备之间通过一路时钟信号线和至少一路数据线连接，所述通信路由装置用于根据从所述主设备的数据线上接收的规定期间内或规定长度内的数据作为选择信号进行解析，确定所选从设备，并提供所述主设备和被选从设备之间的访问通道。
在一种实施例中，所述通信路由装置包括选择信号解析单元和与所述从设备一一对应设置的访问单元，所述主设备的数据线、片选信号线和时钟信号线接所述选择信号解析单元的输入端，所述选择信号解析单元的输出端分别接所述各访问单元的使能端，所述各访问单元的输入端接所述主设备的数据线和时钟信号线，所述各访问单元的输出端耦合至对应从设备的输入端。
所述选择信号解析单元还用于在检测到所述片选信号线的信号状态转换到有效状态时确定一次信号解析开始，并在检测到所述片选信号线的信号状态转换到无效状态时确定该次访问操作结束。
还包括与从设备对应设置的多个被控电气单元和对应于被控电气单元的多个逻辑控制单元，所述选择信号解析单元的输出端还分别接所述各逻辑控制单元的输入端，所述各逻辑控制单元的输出端耦合到对应被控电气单元的控制信号输入端，所述选择信号解析单元将规定期间内从所述主设备接收的数据作为选择信号进行解析，确定所选的电气单元，并发送控制有效信号给对应的逻辑控制单元，所述逻辑控制单元向所选的电气单元提供开/关控制指令。
为实现上述目的，本发明还提供一种通讯路由装置，位于SPI总线主设备与SPI总线从设备之间且设置在从设备一端，所述通信路由装置包括选择信号解析单元和与所述从设备一一对应设置的访问单元，所述主设备的一路数据线、一路片选信号线和一路时钟信号线接所述选择信号解析单元的输入端，所述选择信号解析单元的输出端分别接所述各访问单元的使能端，所述各访问单元的输入端接所述主设备的数据线和时钟信号线，所述各访问单元的输出端耦合至对应从设备的输入端，所述选择信号解析单元用于将规定期间内从主设备接收的数据作为选择信号进行解析，确定所选的从设备，并发送访问许可信号给所选的从设备对应的访问单元，所述访问单元提供所述主设备和对应从设备之间的访问通道。
在一种实施例中，所述装置还包括与从设备对应设置的多个被控电气单元和对应于被控电气单元的多个逻辑控制单元，所述选择信号解析单元的输出端还分别接所述各逻辑控制单元的输入端，所述各逻辑控制单元的输出端耦合到对应被控电气单元的控制信号输入端，所述选择信号解析单元将规定期间内从所述主设备接收的数据作为选择信号进行解析，确定所选的电气单元，并发送控制有效信号给对应的逻辑控制单元，所述逻辑控制单元向所选的电气单元提供开/关控制指令。
本发明的有益效果是：
本发明在SPI总线主设备和SPI总线从设备之间增加了一个通讯路由装置，且通讯路由装置设置在从设备一端，主设备仅使用SPI总线的标准信号线(数据线、时钟信号线和片选信号线)与从设备进行通讯，在对从设备的每次访问过程中，SPI主设备先通过SPI数据线提供从设备的选择信号，通讯路由装置根据该选择信号进行判断，确定所选择的从设备，并由通讯路由装置提供主设备到所选从设备之间的通道。因此，根据所使用的SPI总线的类型，在主设备和从设备之间只需要3条线或4条线，不用设置更多的管脚来下行其它任何控制信号，就可以实现SPI主设备对SPI从设备的访问操作，从而有效节约通讯系统主机端的管脚数，便于从设备的扩充。
进一步的，主设备还可以仅使用SPI标准信号线来控制电气单元(如电源和继电器等电气设备)，在对电气单元的每次控制过程中，主设备先通过SPI数据线提供选择信号，通讯路由装置根据该选择信号判断欲控制的电气单元，并生成控制该电气单元开/关的指令，同样也不用设置更多的管脚来下行其它控制信号，就可以实现SPI主设备对如电源开关、继电器等电气元件的开关控制。
【附图说明】
图1a和图1b分别为4线和3线SPI总线时序示意图；
图2～图5分别为方案1～4中主机与SPI从设备、电源电路、继电器电路通讯的原理框图；
图6为本发明基于SPI总线的通讯系统的一种实施例的原理框图；
图7a为本发明基于SPI总线的通讯方法的一种实施例流程图；
图7b为本发明基于SPI总线的通讯方法的又一种实施例流程图(电气单元控制部分)；
图8为本发明通讯路由装置一种实施例的电路原理图；
图9为本发明一种实施例中SPI主设备访问从设备的SPI总线时序图；
图10为本发明通讯路由装置又一种实施例的电路原理图；
图11为本发明一种实施例中SPI主设备控制电气设备的SPI总线时序；
图12为本发明一种实施例中SPI主设备(兼容性地)直接接从设备的原理框图。
【具体实施方式】
本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
请参考图6，一种基于SPI总线的通讯系统包括SPI主设备110、多个(n个)SPI从设备201以及多个电气单元，各电气单元位于电源电路202和继电器电路203。电源电路202具有向各SPI从设备201供电的电源接口，继电器电路203包含多个继电器，各电源接口上的电源开关和各继电器即通讯系统中的电气单元。还包括通讯路由装置215，SPI主设备110通过4线SPI总线——片选信号线m_ss_n、串行时钟信号线m_sclk、主出从入数据线m_mosi以及主入从出数据线m_miso——与通讯路由装置215的输入端连接，通讯路由装置215相应的输出端分别连接各SPI从设备201的SPI总线——片选信号线s_k_ss_n、串行时钟信号线s_k_sclk、主出从入数据线s_k_mosi以及主入从出数据线s_k_miso，其中k＝1，2，…，n。通讯路由装置215相应的输出端还分别连接电源电路202关于各SPI从设备201电源开关的控制信号输入端Power_control_0～Power_control_n，以及分别连接继电器电路203关于各继电器的控制信号输入端Relay_control_0～Relay_control_n。
请参考图7a，基于SPI总线的通讯方法，应用于包括主机(含SPI主设备)和SPI从设备的基于SPI总线的通讯系统，该通讯方法按照以下步骤实施：
步骤S11、主设备通过主设备数据线提供从设备的选择信号
a)判断主设备片选信号线的信号状态是否跳变到有效状态，如果是则进入下一步；
b)从跳变发生时开始计时，同时从SPI主设备数据线接收数据，将计时到规定的时间为止所接收的数据作为选择信号。
步骤S12、根据选择信号确定所选的从设备
c)预先设定各从设备的访问选择指令；
d)判断选择信号与哪一从设备的访问选择指令相匹配，将访问选择指令与选择信号相匹配的从设备确定为所选的从设备。
步骤S13、主设备对所选的从设备进行访问操作
在此过程中，还判断主设备片选信号线的信号是否跳变到无效状态，如果是则停止访问操作，并将计时清零。
请参考图6b，在改进的实施例中，基于SPI总线的通讯方法还包括以下步骤：
步骤S21、主设备通过主设备数据线提供被控电气单元的选择信号
a)判断主设备片选信号线的信号状态是否跳变到有效状态，如果是则进入下一步；
b)从跳变发生时开始计时，同时从数据线接收数据，将计时到规定的时间为止所接收的数据作为选择信号。
步骤S22、根据选择信号确定被控电气单元，并生成被控电气单元的开/关控制指令
a)预先设定各被控电气单元的控制选择指令；
b)判断选择信号与哪一被控电气单元的控制选择指令相匹配，将控制选择指令与选择信号相匹配的电气单元确定为所选的电气单元；
c)根据控制信号生成开/关控制指令。
步骤S23、将控制指令发送给被控电气单元，控制其动作。
同时，判断主设备片选信号线的信号状态是否跳变到无效状态，如果是则将计时清零。
请参考图8，通讯路由装置215采用CPLD实现，包括选择信号解析单元和多个访问单元。选择信号解析单元包括时钟计数器501、时钟比较器503、移位寄存器502、和与各SPI从设备201一一对应地设置的多个第一指令比较器504、第一与逻辑单元507及第一可编程寄存器505。第一可编程寄存器505既可以是带使能端和异步复位端的D触发器，也可以是带异步复位端的锁存器等。各访问单元为与各SPI从设备201一一对应的组合逻辑506。时钟计数器501和移位寄存器502的时钟输入端均接SPI主设备110串行时钟信号线m_sclk，异步复位端均接SPI主设备110片选信号线m_ss_n，移位寄存器502的数据输入端接SPI主设备110主出从入数据线m_mosi，移位寄存器502的输出端分别接各第一指令比较器504的输入端，时钟计数器501的输出端接时钟比较器503的输入端，时钟比较器503的输出端与各第一指令比较器504的输出端分别接各第一与逻辑单元507的两个输入端，第一与逻辑单元507的输出端接第一可编程寄存器505的时钟使能端，第一可编程寄存器505的时钟输入端接SPI主设备110串行时钟信号线m_sclk，第一可编程寄存器505的输出端接组合逻辑506的使能端。SPI主设备110的主出从入数据线m_mosi、主入从出数据线m_miso及串行时钟信号线m_sclk通过各组合逻辑506分别耦合到各SPI从设备201。第一指令比较器504、第一与逻辑单元507、第一可编程寄存器505和组合逻辑506各有多个，分别与各SPI从设备201一一对应，而时钟计数器501、时钟比较器503和移位寄存器502可以只分别设置一个，后级电路共用其输出信号。
SPI主设备110访问SPI从设备201的总线时序请参见图9。SPI主设备110访问SPI从设备201时，SPI主设备110通过通讯路由装置215将其SPI总线最终路由到所需访问的SPI从设备201上，工作原理如下。预先将主出从入数据线m_mosi上传输选择指令(即CPLD指令)的期间设定为m个时钟，从操作时序上可以看到，没有SPI传输时，片选信号线m_ss_n处于无效状态，为高电平，时钟计数器501和移位寄存器502处于复位状态。当SPI主设备110片选信号线m_ss_n跳变到有效的低电平时，表示有SPI信号传输，时钟计数器501开始对时钟累加计数，时钟比较器503则不断将接收到的计数结果与预设值m进行比较，当比较结果为相同时，时钟比较器503输出高电平信号。同时，在这m个时钟中，移位寄存器502将主出从入数据线m_mosi上接收的串行数据进行移位寄存，转换成并行数据并输出给各第一指令比较器504。各第一指令比较器504将收到的并行数据同预先设定的属于各SPI从设备201的访问选择指令进行比较，如果比较结果为相同，则输出高电平信号。时钟比较器503和各第一指令比较器504的输出分别作为各第一与逻辑单元507的输入，当其中一个第一指令比较器504的输出为高电平，且计数到第m个时钟时，第一与逻辑单元507的两个输入均为高电平，即输出一个高有效信号至第一可编程寄存器505的时钟使能端。利用这个使能信号，第一可编程寄存器505可以锁存输出一个有效信号至对应的组合逻辑的使能端，从而接通SPI主设备110与相应的SPI从设备201的连接，使得SPI总线只出现在该SPI从设备201端，实现了SPI主设备110对SPI从设备201的访问操作的总线路由。
前m个时钟，SPI主设备110发出的是CPLD指令，用于操作通讯路由装置215内部寄存器，这段SPI信号波形不会出现在SPI从设备201端。如果SPI主设备110操作通讯路由装置215内部寄存器成功，按照不同的CPLD指令，判断其与预设的哪一从设备201的访问选择指令相符，则将SPI总线路由到该SPI从设备201端。从第m+1个时钟起，之后的SPI配置波形将出现在该SPI从设备201端。
时钟计数器501、移位寄存器502以及第一可编程寄存器505的异步复位端与SPI主设备110片选信号线m_ss_n相连，当片选信号线m_ss_n跳变为无效的高电平信号时，表示一次访问操作结束，此时第一可编程寄存器505自动复位，输出无效的电平信号，从设备201端的SPI信号自动截断。时钟计数器501和移位寄存器502也同时复位清零，在下一次访问请求的到来时，重新开始工作。
请参考图10，更优选的实施例中，通讯路由装置215还包括对应于各被控电气单元的多个逻辑控制单元，用于SPI主设备110对从设备201电源和继电器的开关控制。选择信号解析单元包括时钟计数器501、时钟比较器503、移位寄存器502、与各SPI从设备201一一对应设置的多个第一指令比较器504、第一与逻辑单元507和第一可编程寄存器505，以及与各被控电气单元一一对应设置的多个第二指令比较器510、第二与逻辑单元508及第二可编程寄存器511。第二可编程寄存器511可以是带同步置位和同步复位的D触发器，也可以是锁存器等，仅通过解析CPLD指令来控制输出端的电平。逻辑控制单元为与各被控电气单元一一对应的组合逻辑512。与前述实施例的区别在于，第二可编程寄存器511的异步复位端不与SPI主设备110片选信号线m_ss_n相连，闲置不用(也可以有SPI主设备110端提供特定的异步复位信号)。另外，组合逻辑512的输入端接第二可编程寄存器511的输出端，其输出端接被控对象的控制信号输入端，组合逻辑512并不用于将SPI主设备110的SPI总线耦合到各被控对象以实现数据访问操作。本实施例中，SPI主设备110通过SPI总线的操作是实现对从设备201电源电路202和继电器电路203的控制。
SPI控制操作的总线时序请参考图11。这时，通讯路由装置215自身是一个纯粹的SPI从设备，按照CPLD指令(选择信号)操作其内部的寄存器，所产生的有效信号通过组合逻辑512的管脚输出后，控制相应的SPI从设备201电源开关或继电器。具体的工作原理和SPI主设备110访问SPI从设备201的过程非常类似。前m个时钟，SPI主设备发出CPLD指令，选择信号解析单元解析该CPLD指令，当判断这m个时钟内所收到的信号与某一从设备201的电源开关或某一继电器预设的控制选择指令相符时，通过相应的第二可编程寄存器511锁存输出一个有效信号，与其对应的组合逻辑512收到该有效信号后，输出一个用于执行开/关控制的信号至电源电路202和/或继电器电路203，控制该电源开关和/或继电器的动作。SPI控制操作结束后，第二可编程寄存器511的输出仍然为有效电平，即在一次控制操作完成后，被控对象保持其当前状态。直到SPI主设备110通过SPI总线发出复位命令时，第二可编程寄存器511的输出才能变为无效电平。
本发明中，SPI主设备仅使用SPI总线的标准信号线(数据线、时钟信号线和片选信号线)与从设备、电气单元进行通讯，在一次访问或控制过程中，SPI主设备先通过SPI数据线提供的选择信号，系统根据该信号进行判断，确定所选择的对象，接下来由SPI主设备对所选的对象进行操作，因此，不用设置更多的管脚来下行其它任何控制信号，就可以实现SPI主设备对下级设备的访问操作。因此，对带SPI标准信号线的SPI主设备，本发明可支持扩充任意数目的SPI从设备或需要控制的电气设备，具有良好的可扩充性和兼容性。
在通过通讯路由装置实现SPI主设备和下级设备总线路由的基础上，本发明同样还可以如现有方案1一样，将SPI主设备与SPI从设备、被控电气单元等直接连接，如图12所示，这样，在主机端通讯管脚的数目足够多的情况下，也可选择采用独立片选的方式来实现SPI主设备与下级设备的通讯，从而避免在增加较少的SPI从设备时频繁地更改通讯路由装置，使通讯系统SPI主设备110兼容性更佳，使用更加方便。
选择信号解析单元还可以通过其他方式实现，例如包括多路选择器，选择信号输出到多路选择器的控制端，多路选择器根据不同的选择信号选通不同的访问单元和/或逻辑控制单元。
同样，主设备和从设备之间还可以通过3线类型的SPI总线结构连接。
显然，本发明中，带SPI标准信号线的SPI主设备即可支持扩充任意数目的SPI从设备(例如超声诊断系统探头插座上的探头板)及电源和继电器等电气设备，此外还可以兼容SPI主设备直接连接从设备(例如采用现有方案1的传统接线方案)，因此还具有良好的兼容性和可扩充性。
本发明可用于控制多个SPI设备的应用场合，经在便携彩超(扩展两探头系统)，和一款台车式彩超(三探头系统，并可扩展成四探头系统)上进行试验，结果证明完全可行。本发明尤其适用于超声诊断设备，在这一应用中，超声诊断系统SPI主设备为SPI主设备，各探头的探头ID码的存储设备即SPI从设备。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。