СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ МЕЖДУ МАГИСТРАЛЯМИ ИНТЕРФЕЙСА КОП И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2008 года по МПК G06F13/00 

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано при создании различных автоматизированных измерительных систем (АИС), использующих интерфейс "Канал общего пользования" (КОП) для объединения в систему электронных измерительных устройств.

Интерфейс КОП представляет собой систему из 16 двунаправленных линий связи. Интерфейс обеспечивает подключение одновременно до 15 устройств, при этом общая протяженность магистрали КОП не должна превышать 20 м, а длина кабеля между соседними устройствами - 2 м. В то же время общее число адресов абонентов КОП составляет от 31 при однобайтовой адресации до 961 при двухбайтовой адресации. Основные требования к обмену цифровой информацией по интерфейсу КОП приведены в ГОСТ 26.003-80 "Система интерфейса для измерительных устройств с байт-последовательным, бит-параллельным обменом информацией" [1]. Зарубежными аналогами интерфейса КОП являются: IEEE - 488 (ANSI/IEEE Standard 488 - 1975, ANSI/IEEE Standard 488.1 - 1987 (США), HP - IB (фирмы Hewlett Packard (США), МЭК 625.1, GP - IB.

В ряде АИС необходимо объединять в единую систему более 15 модулей, в том числе модулей, расположенных на значительном удалении друг от друга. Таким образом, в связи с ограничениями по физической длине и нагрузочной способности интерфейса КОП возникает необходимость применения в АИС специальных устройств-расширителей интерфейса (РИ), соединяющих соседние магистрали КОП непосредственно или через канал передачи информации (КПИ) при расположении магистралей КОП на удалении друг от друга. В последнем случае необходимое соединение обеспечивает пара расширителей.

Требования, которым должен соответствовать идеальный расширитель интерфейса КОП (IEEE 488), приведены в статье авторов C.SaGomes, Т.Shen. "Extending the IEEE 488 Bus", размещенной на сайте National Instruments Corporation в документе http://www.ni.com/pdf/manuals/320911 b.pdf [2].

Основные требования следующие:

1. Программная прозрачность. РИ должен быть прозрачным по отношению к программному обеспечению (ПО). Включение РИ в систему или исключение из нее не должно приводить к необходимости изменения в ПО, т.е. соединяемые через РИ магистрали КОП должны функционировать как одна логическая магистраль.

2. Легкость изменения топологии интерфейса. РИ должен обеспечивать возможность установки контроллера (контроллеров) интерфейса и абонентов интерфейса (приемников и источников информации) с обеих сторон без ограничений их возможных адресов, а также возможность добавления (удаления) устройств без необходимости изменения адресов других устройств.

3. Быстродействие. РИ не должен ухудшать быстродействие интерфейса.

4. Помехоустойчивость. РИ не должен снижать помехоустойчивость и надежность системы.

5. Каскадирование. РИ должен обеспечивать возможность последовательного соединения нескольких РИ.

Известен способ передачи данных между магистралями интерфейса КОП, изложенный авторами Строителевым В.Н., Тетюевым А.Б. и Тимофеевым Е.Ю. в статье "Особенности использования приборного интерфейса в автоматизированных измерительных системах", опубликованной в межотраслевом научно-техническом сборнике «КОНТРОЛЬ и ДИАГНОСТИКА» серии «ТЕХНИКА, ЭКОНОМИКА, ИНФОРМАЦИЯ». Москва, 1987 г.[3], и авторами Разенковым С.Л. и Тимофеевым Е.Ю в статье "Метод увеличения протяженности магистрали интерфейса КОП" в журнале «Микропроцессорные средства и системы» №2, 1990 г. [4].

Данный способ заключается в повторении текущего состояния всех 16 сигналов одной магистрали КОП в другой магистрали КОП с передачей сигналов в необходимом в данный момент времени направлении. Способ использован в приведенных в [3] и [4] схемах расширителей КОП и в расширителях GPIB - 100А, GPIB - 110, GPIB - 120А, GPIB - 130, GPIB - 140 и GPIB - 140А фирмы National Instruments Corporation (США), техническое описание которых размещено на сайте National Instruments Corporation на странице http://www.ni.com/pdf/ manuals [5], в документах, одноименных с наименованием расширителей.

Недостатком способа является то, что для передачи байта по шине данных из одной магистрали КОП в другую в сопрягаемых магистралях КОП требуется выполнить два полностью взаимосвязанных цикла трехпроводного квитирования, смещенных во времени друг относительно друга и соответственно удлиненных на время задержки прохождения сигналов квитирования между магистралями КОП.

При этом завершение одного цикла квитирования передачи байта данных и начало нового цикла выполняется следующим образом:

сигнал "данные приняты" (ДП), поступивший на расширитель от приемника данных в дальней по отношению к источнику данных магистрали КОП (ДМ КОП), передается расширителем с некоторой задержкой t_дп в ближнюю к источнику данных магистраль КОП (БМ КОП);

по сигналу ДП источник данных снимает сигнал "сопровождение данных" (СД) в БМ КОП, который с задержкой t_сд передается в ДМ КОП, затем выдает в БМ КОП следующий байт данных и ожидает время T₁ (2 мкс), необходимое для установления данных в магистрали КОП до выдачи нового сигнала СД-сигнала квитирования очередного байта данных;

приемник данных, восприняв снятие сигнала СД, снимает сигнал ДП и выдает сигнал "готов к приему" (ГП), который с задержкой t_гп поступает к источнику данных.

Так как источник данных может выдавать сигнал СД только после получения сигнала ГП, а суммарное время прохождения сигналов t_сд и t_гп через РИ и канал передачи информации может превышать время T₁, то источник данных на время ожидания сигнала ГП (t_{ож. гп}) задерживает выдачу следующего сигнала СД и соответственно снижает скорость передачи байтов данных.

Известен также способ передачи данных между магистралями интерфейса КОП, представленный в [5] и опционально используемый в расширителях GPIB - 130, GPIB - 140 и GPIB - 140А фирмы National Instruments Corporation для передачи длинных потоков байтов данных, содержащих сообщения устройств. Способ заключается в том, что расширитель, расположенный в БМ КОП, принимает байты данных в буфер FIFO и передает их в порядке поступления в аналогичный буфер расширителя, расположенного в ДМ КОП. При этом расширитель в БМ КОП выполняет функции приемника данных, а в ДМ КОП - функции источника данных, и соответственно циклы квитирования передачи каждого байта данных в одной и другой магистрали абсолютно не взаимосвязаны.

Недостатком данного способа является то, что в каждый момент времени количество байтов сообщения устройств, переданных источником данных, не соответствует количеству байтов действительно принятых приемником данных, поэтому, как отмечено в [5], некоторые пользовательские программы не могут должным образом работать в данном режиме.

Данный способ не обеспечивает программную прозрачность расширителя [2], так как при его применении сопрягаемые магистрали КОП не функционируют так же, как одна логическая магистраль КОП.

Передачу же байтов данных, содержащих интерфейсные сообщения (адреса абонентов и команды), и передачу данных о состоянии абонентов КОП выполняют в соответствии со способами [3], [4].

Известно устройство передачи данных между магистралями интерфейса КОП [4], содержащее:

устройство управления направлением передачи (УУНП);

два устройства сопряжения (УС) с магистралью КОП, одно из которых входит в состав УУНП;

приемопередатчики канала передачи информации и канал связи на волоконно-оптической линии связи (ВОЛС).

Это устройство обеспечивает передачу данных между магистралями КОП в соответствии с рассмотренными выше способами [3], [4] передачи данных.

Недостатками этого устройства являются:

невозможность подключения к удаленной магистрали КОП устройств, способных выполнять функции контроллера;

невозможность последовательного (каскадного) соединения расширителей КОП;

нарушение принципа "программной прозрачности" расширителей, так как при перемещении модуля абонента КОП из одной магистрали в другую необходимо внесение изменений в порядок передачи адресов абонентов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является расширитель GPIB - 100А, содержащий приемопередатчики магистрали КОП, блок определения расположения контроллера системы, блок определения расположения активного контроллера, блок определения направления передачи данных, приемопередатчики канала передачи информации (интерфейс RS - 422), которые в модификациях расширителя (GPIB - 110, GPIB - 120А, GPIB - 130, GPIB - 140 и GPIB - 140А) заменены приемопередатчиками второй магистрали КОП или приемопередатчиками соответствующего канала связи [5].

Недостатком данного устройства является то, что для передачи байта данных из одной магистрали КОП в другую в сопрягаемых магистралях КОП требуется выполнить два полностью взаимосвязанных и соответственно удлиненных цикла трехпроводного квитирования передачи байта данных. При этом завершение одного цикла передачи байта данных и начало нового цикла в одной магистрали КОП невозможно без соответствующего завершения цикла в другой магистрали КОП, что снижает скорость передачи данных между магистралями КОП.

Предлагаемые способ и устройство направлены на достижение технического результата, заключающегося в повышении пропускной способности интерфейса при передаче байтов данных между магистралями КОП.

Для достижения указанного технического результата в предлагаемом способе передачи данных между магистралями интерфейса КОП, заключающемся в передаче сигналов интерфейса КОП в необходимом в данный момент времени направлении с повторением их текущего состояния в удаленной от источника сигналов магистрали КОП, завершение цикла трехпроводного квитирования и начало нового цикла в удаленной от источника данных магистрали КОП выполняют независимо и до завершения цикла трехпроводного квитирования в магистрали источника данных. С этой целью сигнал СД - сигнал «сопровождение данных» в удаленной от источника сигналов магистрали КОП снимают по сигналу ДП - «данные приняты» и обеспечивают передачу и поддержку высокого уровня сигнала ДП и низкого уровня сигнала ГП - «готов к приему» в ближней к источнику данных магистрали КОП до момента снятия сигнала СД в ближней к источнику данных магистрали КОП.

Для получения названного технического результата в устройство передачи данных между магистралями интерфейса КОП, содержащее приемопередатчики первой магистрали КОП (ПП КОП 1), приемопередатчики второй магистрали КОП (ПП КОП 2), последовательно соединенные блок определения расположения контроллера системы, блок определения расположения активного контроллера и блок определения направления передачи данных, каждый из которых соединен с приемопередатчиками КОП 1 и КОП 2, введен блок завершения обмена, содержащий триггер сброса сигнала СД, элемент И - НЕ, первый, второй, третий, четвертый и пятый элементы ИЛИ, первый и второй элементы И, причем инверсный статический R-вход триггера подключен к выходу элемента И - НЕ, а динамический S-вход триггера подключен к выходу первого элемента ИЛИ, первые входы второго, третьего, четвертого и пятого элементов ИЛИ объединены и подключены к прямому статическому выходу триггера, первые входы первого и второго элемента И объединены и подключены к инверсному статическому выходу триггера, первый вход элемента И - НЕ и второй вход четвертого элемента ИЛИ объединены и подключены к выходу приемника сигнала СД первой магистрали КОП, второй вход элемента И - НЕ и второй вход второго элемента ИЛИ объединены и подключены к выходу приемника сигнала СД второй магистрали КОП, первый вход первого элемента ИЛИ и второй вход пятого элемента ИЛИ объединены и подключены к выходу приемника сигнала ДП первой магистрали КОП, второй вход первого элемента ИЛИ и второй вход третьего элемента ИЛИ объединены и подключены к выходу приемника сигнала ДП второй магистрали КОП, второй вход первого элемента И подключен к выходу приемника сигнала ГП второй магистрали КОП, второй вход второго элемента И подключен к выходу приемника сигнала ГП первой магистрали КОП, выходы второго и третьего элементов ИЛИ и выход первого элемента И подключены соответственно ко входам передатчиков сигналов СД, ДП и ГП первой магистрали КОП, выходы четвертого и пятого элементов ИЛИ и выход второго элемента И подключены соответственно ко входам передатчиков сигналов СД, ДП и ГП второй магистрали КОП.

На фиг.1 представлена временная диаграмма передачи байтов данных между магистралями интерфейса КОП по предлагаемому способу.

На фиг.2 - функциональная схема устройства.

На фиг.1 изображены:

БМ КОП - группа сигналов шины данных и сигналов шины синхронизации ближней по отношению к источнику данных магистрали КОП;

ДМ КОП - группа сигналов шины данных и сигналов шины синхронизации дальней по отношению к источнику данных магистрали КОП;

ЛД0 - ЛД7 - сигналы шины данных КОП с 0 по 7 разряд соответственно;

ГП, СД, ДП - сигналы шины синхронизации КОП, где

ГП - сигнал «готов к приему»,

СД - сигнал «сопровождение данных»,

ДП - сигнал «данные приняты»;

t_гп, t_сд, t_дп, - задержка передачи соответствующих состояний сигналов (ГП, СД и ДП) через расширитель интерфейса;

T₁ - задержка выдачи источником данных сигнала СД относительно выдачи байта данных.

На фиг.2 изображены:

1 - приемопередатчики первой магистрали КОП (ПП КОП 1);

2 - приемопередатчики второй магистрали КОП (ПП КОП 2);

3 - блок определения расположения контроллера системы;

4 - блок определения расположения активного контроллера;

5 - блок определения направления передачи данных;

6 - блок завершения обмена;

7 - элемент И - НЕ;

8 - RS - триггер сброса сигнала СД;

9, 10, 11, 12, 13 - первый, второй, третий, четвертый и пятый элементы ИЛИ соответственно;

14, 15 - первый и второй элемент И соответственно;

КОП 1 - группа линий первой магистрали интерфейса КОП;

КОП 2 - группа линий второй магистрали интерфейса КОП;

ОИ, ДУ, УП, ЗО, КП - линии шины управления интерфейса КОП, где

ОИ - линия «очистить интерфейс»;

ДУ - линия «дистанционное управление»;

УП - линия «управление»;

ЗО - линия «запрос на обслуживание»;

КП - линия «конец передачи»;

ЛД0 - ЛД7 - линии шины данных интерфейса КОП с 0 по 7 разряд соответственно;

СД, ДП, ГП - линии шины синхронизации интерфейса КОП, где

СД - линия «сопровождение данных»,

ДП - линия «данные приняты»,

ГП - линия «готов к приему».

Способ передачи данных между магистралями интерфейса КОП (фиг.1) заключается в том, что в начале каждого цикла передачи данных выполняют обычное повторение текущего состояния сигналов трехпроводного квитирования шины синхронизации одной магистрали КОП в другой магистрали КОП, с передачей данных сигналов в необходимом в данный момент времени направлении, а после приема байта данных приемником в удаленной от источника данных магистрали КОП выполняют завершение цикла трехпроводного квитирования независимо от состояния сигналов трехпроводного квитирования в ближней к источнику данных магистрали КОП.

Завершение одного цикла передачи данных и начало нового цикла при применении предлагаемого способа выполняют следующим образом:

сигнал ДП, поступивший на расширитель от приемника данных со стороны ДМ КОП, передают с задержкой t_дп в БМ КОП и одновременно по сигналу ДП снимают сигнал СД в ДМ КОП, завершая тем самым цикл передачи байта данных в ДМ КОП до его фактического завершения источником данных в БМ КОП, иначе говоря, окончание цикла обмена в ДМ КОП выполняют независимо и до завершения цикла обмена в БМ КОП, а также поддерживают в БМ КОП высокий уровень сигнала ДП и низкий уровень сигнала ГП до момента снятия источником данных сигнала СД в БМ КОП, что обеспечивает необходимую для завершения трехпроводного квитирования последовательность изменения сигналов ДП и ГП в БМ КОП вне зависимости от изменения их состояния в ДМ КОП;

приемник данных в ДМ КОП, восприняв снятие сигнала СД, снимает сигнал ДП для подготовки к следующему циклу обмена и при готовности к следующему циклу обмена выдает сигнал ГП, в результате чего изменения состояния данных сигналов квитирования с задержкой t_дп и t_гп соответственно поступают на приемопередатчики БМ КОП и, если к этому моменту сигнал СД в БМ КОП уже снят, то текущее состояние сигналов ДП и ГП передают в БМ КОП, если нет - ожидают снятия сигнала СД и по его окончанию соответствующее состояние сигналов ДП и ГП передают в БМ КОП.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит приемопередатчики 1 первой магистрали КОП (ПП КОП 1), приемопередатчики 2 второй магистрали КОП (ПП КОП 2), блок 3 определения расположения контроллера системы (КС), блок 4 определения расположения активного контроллера (АК), блок 5 определения направления передачи данных, блок 6 завершения обмена, состоящий из элемента И - НЕ 7, RS триггера 8, первого 9, второго 10, третьего 11, четвертого 12 и пятого 13 элементов ИЛИ, первого 14 и второго 15 элементов И.

При соединении соседних магистралей КОП в качестве приемопередатчиков 2 используют приемопередатчики интерфейса КОП. При соединении магистралей КОП, удаленных друг от друга, в качестве приемопередатчиков 2 использую приемопередатчики канала передачи информации (КПИ), при этом соединение магистралей КОП обеспечивает пара расширителей интерфейса, соединенная между собой через канал передачи информации.

Устройство передачи данных между магистралями КОП работает следующим образом.

Приемопередатчики КОП 1 и КОП 2 обеспечивают передачу двунаправленных сигналов КОП между магистралями КОП и блоками устройства передачи данных.

Блок 3 определения расположения контроллера системы по направлению прихода сигнала ОИ из магистрали КОП определяет расположение системного контроллера, запоминает направление на него и разрешает передачу сигналов ОИ и ДУ в направлении от системного контроллера.

Блок 4 определения расположения активного контроллера по направлению прихода сигнала УП из магистрали КОП определяет расположение активного контроллера, запоминает направление на него и разрешает передачу сигнала УП в направлении от активного контроллера и сигнала ЗО в направлении на активный контроллер.

Блок 5 определения направления передачи данных разрешает передачу данных, поступающих по линиям ЛД0 - ЛД7 и сигналов СД и КП в направлении от источника данных, а сигналов ДП и ГП в направлении на источник данных.

Блок 6 завершения обмена обеспечивает независимое и опережающее завершение цикла обмена в удаленной от источника данных магистрали КОП и работает следующим образом.

В исходном состоянии в начале цикла передачи байта сигнал СД в магистралях отсутствует и на входы элемента И - НЕ 7 поступают два высоких уровня сигнала с выходов соответствующих приемников сигналов линий СД. Сигнал низкого уровня с выхода элемента И - НЕ 7 поступает на инверсный статический R-вход триггера 8 и удерживает его в состоянии логического "0". В этом состоянии низкий уровень сигнала с прямого статического выхода триггера 8 разрешает передачу сигнала СД через второй 10 и четвертый 12 элементы ИЛИ и сигнала ДП через третий 11 и пятый 13 элементы ИЛИ. Высокий уровень сигнала с инверсного статического выхода триггера 8 разрешает передачу сигнала ГП через первый 14 и второй 15 элементы И. При поступлении сигнала СД от источника данных на инверсном статическом R-входе триггера 8 устанавливается уровень логической "1", который разрешает переключение триггера 8 по динамическому S-входу. При поступлении сигнала ДП от приемника данных на динамическом S-входе триггера 8 через первый 9 элемент ИЛИ устанавливается уровень логической "1", который переключает триггер в состояние логической "1". В этом состоянии логическая "1" с прямого статического выхода триггера 8 запрещает передачу сигнала СД из одной магистрали КОП в другую, снимая таким образом сигнал СД в удаленной от источника данных магистрали КОП и этим завершая в удаленной магистрали цикл передачи данных. Одновременно логическая "1" с прямого статического выхода триггера 8 поддерживает выдачу высокого уровня сигнала ДП в магистрали источника данных, а логический "0" с инверсного статического выхода триггера 8 запрещает передачу следующего сигнала ГП в магистраль источника данных, обеспечивая тем самым необходимую последовательность переключения данных сигналов в ближней к источнику данных магистрали КОП вне зависимости от изменения их состояния в дальней от источника данных магистрали КОП.

После снятия источником данных сигнала СД триггер 8 возвращается в исходное состояние и вновь разрешает передачу сигналов СД, ДП и ГП в направлении, определяемом блоком 5 определения направления передачи данных.

Таким образом, из циклов передачи байтов исключается время передачи снятия сигнала СД (t_сд) из одной магистрали КОП в другую магистраль КОП, что и обеспечивает выполнение поставленной задачи - повышение пропускной способности интерфейса при передаче байтов по линиям данных между магистралями КОП.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано при создании различных автоматизированных измерительных систем (АИС), использующих интерфейс "Канал общего пользования" (КОП) для объединения в систему электронных измерительных устройств. Технический результат - повышение пропускной способности интерфейса при передаче байтов данных между магистралями КОП за счет того, что в удаленной от источника данных магистрали КОП завершение цикла трехпроводного квитирования выполняется независимо и до завершения цикла трехпроводного квитирования в магистрали источника данных. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ передачи данных между магистралями интерфейса канала общего пользования (КОП), заключающийся в передачи сигналов интерфейса КОП в необходимом в данный момент времени направлении, с повторением их текущего состояния в удаленной от источника сигналов магистрали КОП, отличающийся тем, что завершение цикла трехпроводного квитирования в удаленной от источника данных магистрали КОП выполняют независимо и до завершения цикла трехпроводного квитирования в магистрали источника данных, причем сигнал "сопровождение данных" в удаленной от источника сигнала магистрали КОП снимают по сигналу "данные приняты" и обеспечивают передачу и поддержку высокого уровня сигнала в линии "данные приняты" и низкого уровня сигнала в линии "готов к приему" в ближней к источнику данных магистрали КОП до момента снятия сигнала "сопровождение данных" в ближней к источнику данных магистрали КОП.2. Устройство передачи данных между магистралями интерфейса КОП, содержащее приемопередатчики первой магистрали КОП (ПП КОП 1), приемопередатчики второй магистрали КОП (ПП КОП 2), последовательно соединенные блок определения расположения контроллера системы, блок определения расположения активного контроллера и блок определения направления передачи данных, каждый из которых соединен с приемопередатчиками первой магистрали КОП и приемопередатчиками второй магистрали КОП, отличающееся тем, что в него введен блок завершения обмена, содержащий триггер сброса сигнала "сопровождение данных" (СД), элемент И - НЕ, первый, второй, третий, четвертый и пятый элементы ИЛИ, первый и второй элементы И, причем инверсный статический R-вход триггера подключен к выходу элемента И - НЕ, а динамический S-вход триггера подключен к выходу первого элемента ИЛИ, первые входы второго, третьего, четвертого и пятого элементов ИЛИ объединены и подключены к прямому статическому выходу триггера, первые входы первого и второго элементов И объединены и подключены к инверсному статическому выходу триггера, первый вход элемента И - НЕ и второй вход четвертого элемента ИЛИ объединены и подключены к выходу приемника сигнала СД первой магистрали КОП, второй вход элемента И - НЕ и второй вход второго элемента ИЛИ объединены и подключены к выходу приемника сигнала СД второй магистрали КОП, первый вход первого элемента ИЛИ и второй вход пятого элемента ИЛИ объединены и подключены к выходу приемника сигнала "данные приняты" (ДП) первой магистрали КОП, второй вход первого элемента ИЛИ и второй вход третьего элемента ИЛИ объединены и подключены к выходу приемника сигнала ДП второй магистрали КОП, второй вход первого элемента И подключен к выходу приемника сигнала "готов к приему" (ГП) второй магистрали КОП, второй вход второго элемента И подключен к выходу приемника сигнала ГП первой магистрали КОП, выходы второго и третьего элементов ИЛИ и выход первого элемента И подключены, соответственно, ко входам передатчиков сигналов СД, ДП и ГП первой магистрали КОП, выходы четвертого и пятого элементов ИЛИ и выход второго элемента И подключены, соответственно, ко входам передатчиков сигналов СД, ДП и ГП второй магистрали КОП.