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FPGA通信协议变更说明-流式细胞仪采集卡

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FPGA通信协议变更说明（液相芯片/流式细胞仪项目，2019-06）

流式细胞仪（液相芯片）项目中 FPGA、PC、中位机三方通信协议的一次变更说明文档（2019年6月，6页）。原文以图例展示指令表，正文给出变更要点和通信流程附录。

变更背景

液相芯片项目的数据采集卡由 FPGA 实现，PC 通过 USB 与 FPGA 通信，中位机通过串口与 FPGA 通信。本次协议变更（说明1）共 6 条要点，指令数量均与原协议一致，只做语义/帧长/进制调整。

六大变更要点

  1. USB 指令更名换码：FPGA 与 PC 之间 USB 通信共 12 条指令。“启动采集”改为”实时采集”，指令代码由 0x02 改为 0x05，功能不变（用于校准时实时数据采集）。
  2. 数据帧长度统一：除”启动采集""读取采集”返回的数据帧为 512 字节外，其它指令返回的数据帧与下发指令长度一致，统一为 32 字节。
  3. USB 侧帧类型精简：保留命令帧、应答帧、数据帧、结果帧；警告信息帧、主动上传帧暂不实现——FPGA 不会向 PC 返回这两类帧。
  4. 进制约定放开：FPGA 与 PC、中位机之间的通信指令均按正常 16 进制收发，无需换算为 10 进制，不受原协议 0–99 的限制（原因：FPGA 实现困难）。
  5. 串口指令保持 2 条：FPGA 与中位机之间串口通信共 2 条指令，数量与原协议一致（其中含”采集保存”指令）。
  6. 串口侧帧类型精简：保留命令帧、应答帧、结果帧；数据帧、警告信息帧、主动上传帧暂不实现——FPGA 不会向中位机返回这三类帧（串口侧 FPGA 不直接回传数据，数据走 USB 由 PC 读取）。

附录：样本检测/质控检测通信流程

典型检测流程（用到串口”采集保存”+ USB”读取数据”）：

  1. PC 发送”样本检测/质控检测”指令给中位机；中位机完成加样、温育、清洗，并将反应完成的样本上样。
  2. 打开鞘液泵/样品泵，样本通过流动池开始计数。
  3. 中位机向 FPGA 发”采集保存”：FPGA 先回应答帧 → 按停止条件采集对应数量微球数据并存入 FPGA 存储区 → 返回结果帧。
  4. 中位机通知 PC”数据准备好”，同时关闭鞘液泵/样品泵。
  5. PC 向 FPGA 发”读取数据”：FPGA 回应答帧 → 返回数据帧 → 返回结果帧。

数据帧格式要点

  • PC 从 FPGA 读取的数据帧以 fa 开头、fb 结尾。
  • 每帧包含 14 个微球的数据，凑齐 512 字节，不足部分以无效字符 de ad 填充。

架构启示

  • 数据通路设计：采集触发走串口（中位机→FPGA），数据回读走 USB（PC→FPGA），FPGA 兼作两者之间的存储交换区——规避了串口带宽瓶颈。
  • “精简帧类型 + 不实现警告/主动上传”体现 FPGA 资源受限下的实用主义：异常处理责任上移到 PC/中位机软件层。
  • 16 进制直传、帧头帧尾 + dead 填充的帧格式，是解析该采集卡原始数据（如 AllSpectrumToStep 系列文件）时的直接依据。

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关系图谱

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