在接收到對方的確認標記之后，才組織發送新的報文，新的報文內容包括新報文的標記、對接收到對方報文的確認回復標記和有效數據。

若接收不到對方的確認回復報文，則重發上次的報文。該功能要求通信雙方都配置了發送和接收功能，即使發送有效數據為空的情況也可以。為兼顧數據的重發和實時更新功能，發送方需要使用雙緩存區的內存結構，保證一個緩存區存放上次發送但未收到確認信號的數據，另一緩存區存放最新待發送的數據。

圖4 報文握手與報文確認機制流程圖

2.3 用戶CRC校驗功能

用戶CRC自校驗子域位于整個報文的最后，用戶通過編程接口選擇使用該功能，在發送前計算發送數據的CRC值，之后再進行發送，接收端在也使能了接收校驗的情況下對接收到的數據進行CRC計算并將結果與接收到報文的最后一個數據（即發送端計算的CRC）進行比較，若一致，則報CRC計算正確；反之，則報CRC錯誤。

當出現CRC錯誤時，單次CRC故障指示位置1，內部計數器自加2，當CRC正確時，單次CRC故障指示位清零，內部計數器自減1。內部計數器最小值為0，最大值用戶可配置（默認為200），若計數器值大于閾值（默認為5），則認為CRC頻繁出錯，鏈路故障指示位置1，故障狀態下，若計數器值小于閾值，則清除CRC頻繁出錯標志，并清零鏈路故障指示位，如圖5所示。

圖5 CRC故障處理機制流程圖

3 設計的應用

設計遵循可靠性、易用性和靈活性的設計準則，將通信協議和處理策略封裝在快速總線通信數據幀和相應的功能塊中，子功能的使能選擇、參數配置、故障診斷結果以功能塊輸入輸出的形式為工程應用人員提供接口。

從傳輸效率、處理器計算性能方面綜合考慮，將鏈路故障檢測與報文防抖功能作為默認功能使用，不可取消，防抖時間參數可設置；通信握手與報文確認功能、用戶CRC校驗功能作為可選功能由用戶根據需求設置。

具體應用中，快速總線通信由一收一發兩節點組成，由于通信子板支持雙工通信，所以發送方也可以是另一通信鏈路的接收方。每一個通信子板需要配置初始化功能塊以初始化PCI設備、開辟發送、接收緩存區，產生初始化地址。

如圖6所示，在發送側，發送功能塊根據初始化地址組織待發送的有效數據，并在每一包數據的活動報文子域填寫新的標記；在使用報文確認功能情況下，發送程序根據上次接收到的報文比較報文握手和確認子域，以確定對方是否有效接收了數據，進而判斷是重發還是發送新的報文，重發時活動報文依然需要更新；用戶CRC發送端使能時，發送程序會根據發送數據的長度計算報文CRC并將其寫在有效數據的尾部。發送程序最終通過PCI將全部數據幀寫入FPGA的FIFO并啟動發送。

圖6 發送側配置圖

如圖7所示，接收側，接收程序根據初始化地址讀出接收到的有效數據。接收側可根據具體需求和應用程序配置情況靈活設置鏈路故障確認防抖時間和鏈路故障恢復防抖時間，以實現穩定可靠地檢測鏈路故障和故障恢復，并實時指示鏈路工作狀態；用戶CRC接收端使能置位的情況下，接收程序將對接收到的有效數據根據長度進行CRC計算，并與發送方的計算值進行比較，比較的結果和硬件本身的CRC校驗情況相或，任何一種CRC校驗故障均會觸發CRC的故障指示。

圖7 接收側配置圖

4 結論

本文介紹了基于特高壓直流輸電系統的快速總線通信的使用場合、工作特性和硬件形式，并遵循可靠性、易用性、靈活性的設計原則，基于HCM3000系統設計了一種快速總線通信故障檢測與處理方法，即在用戶層數據幀中增加用戶故障檢測協議域，并將故障處理策略封裝在功能塊中，從而為用戶提供了功能完善、快速靈活的故障檢測和處理功能。

該方法易于編程實現，易于移植，實現成本低，造成的系統開銷小，目前已在多個特高壓直流輸電工程中得到成功應用[10]。本設計也適用于對數據傳輸有高速、高可靠性要求的工業點對點通信應用場合。