DE102005054081B3 - Data word set outputting unit for e.g. real time system, has address indicator, which is replaced in phase B, in such a manner that indicator is replaced for all age groups that are sequentially processed in phase A - Google Patents

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Abstract

The outputting unit has an indicator register unit (ZRE) for outputting a sequentially processed data word, during phase A. A temporary storage unit (ETS) stores the data word under a common ETS-memory address, in such a manner that ETS address indicator indicates the memory address, under which a next data word, which belongs to same age group, is stored. The address indicator is replaced in phase B, in such a manner that the indicator is replaced for all age groups that are sequentially processed in the phase A. The register unit outputs the number of highest age group, during the phase A.

Description

Das hier beschriebene Schaltungskonzept einer Einheit zur nahezu verzögerungsfreien, nach Altersklassen sortierten Ausgabe zuvor sequenziell zugeführter Datenwortmengen ist Bestandteil eines Echtzeitsystems für sicherheitskritische Anwendungen und somit dem technischen Gebiet sicherheitsgerichtete Programmierbare Elektronische Systeme (PES) zuzuordnen.The here described circuit concept of a unit for almost instantaneous, sorted by age group output previously sequentially supplied data word sets is part of a real-time system for safety-critical applications and thus the technical field safety-oriented programmable Assign electronic systems (PES).

Viele Echtzeitanwendungen lassen sich im laufenden Betrieb nicht oder nur mit unzumutbar hohem Aufwand kurzfristig unterbrechen. Als Beispiel sei hier die Steuerelektronik eines Flugzeugs genannt, die nur am Boden abgeschaltet werden kann. Fällt in einer redundanten Konfiguration von PES-Einheiten während einer nicht unterbrechbaren Betriebsphase eine einzelne Einheit aus, so beeinträchtigt die damit verbundene Verringerung der Redundanz die Sicherheit des Gesamtsystems. Die Behebung eines solchen Ausfalls im laufenden Betrieb ist allerdings problematisch, da PESe nicht ohne weiteres ausgetauscht oder neu gestartet werden können. So können selbst schnell behebbare Ausfallursachen bzw. kurzzeitige Störungen, die ein PES in einen fehlerhaften Zustand versetzen, zu einer wesentlich länger andauernden Beeinträchtigung der Sicherheit führen. Diese Problematik gewinnt zunehmend an Bedeutung, da mit wachsender Integrationsdichte die Empfindlichkeit von Halbleiterbauelementen gegenüber vorübergehenden Störbeeinflussungen, wie z. B. elektromagnetische Wellen oder Alpha-Teilchen, steigt.Lots Real-time applications can not be done during operation or only interrupt at short notice with unreasonably high effort. As an example here called the control electronics of an aircraft, only on the ground can be switched off. falls in a redundant configuration of PES units during an uninterruptible phase of operation a single unit so adversely affects the associated one Reducing the redundancy the security of the whole system. The Fixing such a failure during operation is however problematic because PESe not easily replaced or new can be started. So can even quickly remediable causes of failure or short-term faults, which put a PES in a faulty state, to a significant longer ongoing impairment to lead the safety. This problem is becoming increasingly important as with growing Integration density the sensitivity of semiconductor devices across from temporarily interferences, such as As electromagnetic waves or alpha particles increases.

Dieser Sicherheitsproblematik wird vielfach begegnet, indem die Anzahl verwendeter redundanter PES-Einheiten so hoch gewählt wird, dass die Wahrscheinlichkeit, mit der innerhalb einer ununterbrechbaren Betriebsphase so viele Einheiten ausfallen, dass der Betrieb nicht aufrecht erhalten werden kann, unterhalb des tolerierbaren Grenzrisikos liegt. Um die Anzahl der hierfür notwendigen PESe auf ein vertretbares Maß zu reduzieren, werden deren interne Verarbeitungsstrukturen ebenfalls redundant ausgelegt und so die Wahrscheinlichkeit des vollständigen Ausfalls einer einzelnen PES-Einheit minimiert. Die Systemverfügbarkeit lässt sich allerdings auch erhöhen, indem die PES-Einheiten einer redundanten Konfiguration so ausgelegt werden, dass ein auf Grund transienter Störungen in einen fehlerhaften Zustand gelangtes PES neu gestartet werden kann, ohne den Echtzeitbetrieb dafür unterbrechen zu müssen. Dieser Ansatz – nachfolgend mit Neuaufsetzen im laufenden Betrieb bezeichnet – deckt alle durch vorübergehende Störungen verursachten Ausfallarten ab und ermöglicht den Austausch defekter PES-Einheiten zur Laufzeit.This Security issue is often countered by the number used redundant PES units chosen so high Will that be the probability with which within an uninterruptible Operating phase so many units fail, that the operation is not can be maintained below the tolerable marginal risk lies. To the number of this to reduce necessary PESe to a justifiable measure will be their internal processing structures also redundantly designed and so the probability of complete failure of a single PES unit minimized. However, system availability can also be increased by: the PES units of a redundant configuration are designed to that due to transient disturbances in a faulty state PES can be restarted without real-time operation for interrupting to have to. This approach - below with renewed operation during operation - covers all by temporary disorders caused failure modes and allows the replacement of defective PES units at runtime.

Das hier vorgestellte Schaltungskonzept, welches zur nahezu verzögerungsfreien, nach Altersklassen sortierten Ausgabe zuvor sequenziell zugeführter Datenwortmengen dient, wurde für eine spezielle sicherheitsgerichtete PES-Architektur zur Unterstützung des Neuaufsetzens im laufenden Betrieb entwickelt. Um die Bedeutung und Funktion des Schaltungskonzeptes zu veranschaulichen, werden in diesem Abschnitt nachfolgend die mit dem Neuaufsetzen von Echtzeitsystemen verbundenen Probleme erläutert, die besonderen Merkmale der zugehörigen PES-Architektur beschrieben und der Vorgang des Neuaufsetzens erklärt.The here presented circuit concept, which is almost instantaneous, sorted by age group output previously sequentially supplied data word sets serves, was for a special safety-related PES architecture to support the Newly installed during operation. To the meaning and to illustrate the function of the circuit concept are described in This section below describes how to rebuild real-time systems explained related problems, describes the special features of the associated PES architecture and the process of reassignment explained.

1.1 Neuaufsetzen im laufenden Echtzeitbetrieb1.1 new in the current Real-time operating

Das Neuaufsetzen im laufenden Betrieb verlangt eine redundante Konfiguration mehrerer PES-Einheiten. Jede PES-Einheit muss in der Lage sein,

  • • durch Vergleich der eigenen Verarbeitungsergebnisse mit denen der redundanten PES-Einheiten Verarbeitungsfehler zu erkennen,
  • • im Falle eines Verarbeitungsfehlers aus dem laufenden Betrieb der redundanten Konfiguration auszutreten,
  • • nach einem Neustart den internen Zustand der redundanten Einheiten zur Laufzeit zu kopieren, und
  • • zu einem Zeitpunkt, an dem Zustandsäquivalenz vorliegt, wieder in den laufenden Betrieb der redundanten Konfiguration einzutreten.
Restarting during operation requires a redundant configuration of several PES units. Every PES unit must be able to
  • • detect processing errors by comparing their own processing results with those of the redundant PES units;
  • • in the event of a processing error, withdraw from the ongoing operation of the redundant configuration,
  • • after a restart, copy the internal state of the redundant units at runtime, and
  • • At a time when state equivalency exists, re-enter into the ongoing operation of the redundant configuration.

Die Problematik besteht darin, dass, während ein PES seinen interner Zustand an den laufender PES-Einheiten angleicht, letztere ihren Zustand fortlaufend ändern. In vielen IT-Systemen, wie z. B. Festplatten-RAIDs, ist dieses Problem der fortlaufenden Zustandsänderung bereits gelöst, indem während des Kopiervorgangs zusätzliche Informationen über aktuelle Zustandsänderungen an die ausgetauschte Komponente übertragen werden. RAID-Controller nutzen z. B. die Pausen zwischen den Festplattenzugriffen, um die Daten einer ausgetauschten Festplatte im Hintergrund zu kopieren; fortlaufende Zustandsänderungen während des Kopiervorgangs werden berücksichtigt, indem schreibende Zugriffe unmittelbar an die ausgetauschte Festplatte übergeben werden.The Problematic is that while a PES its internal State on the running PES units equalizes, the latter theirs Change state continuously. In many IT systems, such as Hard disk RAIDs, this is a problem the continuous change of state already solved, while during the copy process additional information about current state changes transferred to the replaced component become. RAID controllers use z. For example, the pauses between disk accesses, to copy the data of a replaced hard disk in the background; continuous state changes while of the copying process are considered, by passing writes directly to the replaced hard drive become.

Einteilung der Zustandsänderungen bei Echtzeitsystemen: Unglücklicherweise ist das Kopieren des internen Systemzustandes zur Laufzeit bei rechenprozess-orientierten Echtzeitrechensystemen wesentlich komplexer, da diese in der Lage sein müssen, auf zahlreiche, nahezu zeitgleich auftretende Ereignisse zu reagieren. Bezogen auf den Auslöser lassen sich die bei rechenprozess-orientierten Echtzeitsystemen auftretenden Zustandsänderungen, die während des Kopiervorgangs berücksichtigt werden müssen, in zwei Kategorien einteilen: programmgesteuerte Zustandsänderungen (PZen) und ereignisgesteuerte Zustandsänderungen (EZen). Um zu verdeutlichen, dass der interne Zustand eines PES im wesentlichen durch die in den Speicherbaustenen abgelegten Daten bestimmt wird, wird nachfolgend auch der Begriff 'Datenänderung' alternativ zu 'Zustandsänderung' verwendet.Classification of State Changes in Real-Time Systems: Unfortunately, copying the internal system state at run-time is much more complex in real-time, computationally-oriented computing systems, as they must be able to respond to many, almost simultaneous events. Relative to the trigger, the state changes occurring in the case of computer-aided real-time systems can be taken into account during the copying process must be divided into two categories: program-controlled state changes (PZen) and event-driven state changes (EZen). In order to clarify that the internal state of a PES is determined essentially by the data stored in the memory modules, the term 'data change' is also used below as an alternative to 'state change'.

Zu den PZen zählen alle Datenänderungen, die die Anwendungs-Software während ihrer Ausführung veranlasst. Das hiermit verbundene Datenvolumen lässt sich leicht begrenzen, indem z. B. in einem vorgegebenen Zeitinterval maximal eine bestimmte Anzahl schreibender Speicherzugriffe zugelassen wird. Entsprechende Compiler-Direktiven lassen sich leicht realisieren. Die Begrenzung auf einen Wert, der eine kontinuierliche Übertragung der Datenänderungen an redundante Einheiten zulässt, schränkt zwar die Rechenleistung stark ein, mit modernen Übertragungsmedien sind allerdings Rechenleistungen realisierbar, die vielen hochsicherheitskritischen Anwendungen genügen.To count the PZen all data changes that the application software during their execution causes. The associated data volume can be slightly limiting, for example by B. in a given time interval a maximum of a certain number of write memory accesses is allowed. Appropriate compiler directives are easy to implement. The limit to a value that is a continuous transmission the data changes to redundant units, restricts Although the computing power is strong, with modern transmission media are however Computing achievable, the many highly critical Applications are sufficient.

Das mit EZen verbundene Datenvolumen lässt sich demgegenüber nicht so leicht auf einen maximal zulässigen Wert begrenzen. Da digitale Systeme stets zeitlich diskret arbeiten, können mehrere Ereignisse quasi gleichzeitig auftreten. Zudem kann ein einzelnes internes bzw. externes Ereignis – im Vergleich zum programmgesteuerten Fall – eine relativ große Anzahl an Datenänderungen binnen extrem kurzer Zeit veranlassen. Beispielsweise können durch ein einziges Ereignis prinzipiell alle Rechenprozesse der Anwendungs-Software gleichzeitig aktiviert werden. Wird in diesem Fall für jeden Rechenprozess der Aktivierungszeitpunkt gespeichert, so liegt eine große Anzahl an Datenänderungen binnen kürzester Zeit vor. Eine Begrenzung der Häufigkeit von Schreibzugriffen würde hier die minimal realisierbare Antwortzeit stark einschränken. Die Fähigkeit zur unmittelbaren Übertragung aller mit den EZen verbundenen Informationen verlangt daher entweder eine für sicherheitsrelevante Komponenten unrealistisch hohe Bandbreite oder schränkt die erreichbare Rechenleistung auf ein unzulängliches Maß ein. Daher muss in einem Echtzeit-PES, welches sowohl eine praxistaugliche Rechenleistung liefert als auch kürzeste Reaktionszeiten zu garantieren vermag, ein aufwendigeres Verfahren eingesetzt werden, um den internen Zustand eines anderen Echtzeit-PESs mit minimalem Übertragungsaufwand zur Laufzeit kopieren zu können.The By contrast, data volumes associated with eCs can not be compared so easy to a maximum Limit value. Since digital systems always work discretely, can several events occur almost simultaneously. In addition, a can single internal or external event - compared to program-controlled Case - one relatively large Number of data changes within a very short time. For example, by a single event basically all computing processes of the application software be activated simultaneously. Will in this case for everyone Arithmetic process stored the activation time, so is one size Number of data changes within a short time Time before. A limitation on the frequency of Write access would here severely limit the minimum achievable response time. The Ability to immediate transmission All information associated with the EZs therefore requires either one for safety-relevant Components unrealistically high bandwidth or limits the achievable computing power to an inadequate level. Therefore must be in one Real-time PES, which is both a practical computing power delivers as well as shortest To guarantee reaction times, a more complex procedure be used to change the internal state of another real-time PES with minimal transmission costs to copy at runtime.

Berücksichtigung des Alters einer Zustandsinformation: Bei näherer Betrachtung der durch EZen hervorgerufenen Datenmodifikationen zeigt sich, dass viele Datenworte in annähernd regelmäßigen Abständen geändert werden. Dies liegt u. a. daran, dass Rechenprozesse von technischen Echtzeitanwendungen oft periodisch aufgerufen werden. Aber auch Rechenprozesse, die durch externe Ereignisse eines technischen Prozesses gestartet werden, werden sehr oft in näherungsweise äquidistanten Zeitabständen ausgeführt. Die Änderungshäufigkeit kann allerdings sehr unterschiedlich sein. Diese Charakteristik kann genutzt werden, um den Übertragungsaufwand zu minimieren bzw. bei gleicher Übertragungsbandbreite bessere Echtzeiteigenschaften (z. B. höhere Rechenleistung, kürzere garantierte Antwortzeiten etc.) zu erzielen.consideration the age of a state information: Upon closer examination of the by EZen evoked data modifications shows that many Data words in approximate be changed at regular intervals. This is u. a. Remember that computing processes of real-time technical applications often called periodically. But also computing processes that be started by external events of a technical process, are very often in approximately equidistant intervals executed. The frequency of changes but can be very different. This characteristic Can be used to transfer costs to minimize or at the same transmission bandwidth better real-time properties (eg higher computing power, shorter guaranteed Response times etc.).

Wird – während der Zustand eines PESs kopiert wird – ein Datenwort mehrfach geändert, so ist nur die letzte Änderung von Bedeutung, die während des Kopiervorgangs auftrat. Aus diesem Grund ist es sinnvoll, die Übertragung des Systemzustandes in diskreten Übertragungszyklen zu organisieren und in jedem Zyklus eine feste Anzahl nUeberDW ältester Datenworte zu übertragen. Das bedeutet, die zu einem geänderten Datenwort gehörenden Zustandsänderungsinformationen – bestehend aus dem neuen Wert und der Adresse des Datenwortes – werden nur übertragen, wenn weniger als nUeberDW Datenworte mit älteren Werten vorhanden sind. Dieses Verfahren, bei dem die ältesten Datenworte zuerst übertragen werden, verringert den Übertragungsaufwand, da die Anzahl wiederholter Übertragungen häufig veränderter Datenworte reduziert wird.If a data word is changed several times while the state of a PES is being copied, only the last change that occurred during the copying process is of importance. For this reason, it makes sense to organize the transmission of the system state in discrete transmission cycles and to transmit a fixed number n over Dew oldest data words in each cycle. This means that the state change information associated with a changed data word - consisting of the new value and the address of the data word - are only transmitted if there are fewer than n overDW data words with older values. This method, in which the oldest data words are transmitted first, reduces the transmission overhead because the number of repeated transmissions of frequently changed data words is reduced.

Diese 'altersgesteurte' Übertragungstechnik lässt sich realisieren, indem jedem Datenwort, dessen Inhalt durch EZen verändert werden kann, eine Altersvariable zugewiesen wird, welche das Alter der gespeicherten Information angibt. Jedesmal, wenn der Wert eines Datenwortes geändert wird, wird die zugehörige Altersvariable auf Null zurückgesetzt. Solange das Datenwort nicht geändert wird, wird die zugehörige Altersvariable in zyklischen Abständen inkrementiert. Die Datenworte mit den ältesten gespeicherten Informationen besitzen somit die höchsten Alterswerte. In jedem Übertragungszyklus werden die Adresse und der Wert der jeweils nUeberDW ältesten Datenwörter übertragen. Die zugehörigen Altersvariablen werden dabei auf einen Wert gesetzt, der kennzeichnet, dass das zugehörige Datenwort bereits übertragen wurde (z. B. der maximal darstellbare Zahlenwert). Der Kopiervorgang ist abgeschlossen, sobald die Altersvariablen aller Datenwörter diesen Wert besitzen.This 'age-sensitive' transmission technique can be implemented by assigning to each data word whose content can be changed by EZen an age variable indicating the age of the stored information. Each time the value of a data word is changed, the associated age variable is reset to zero. As long as the data word is not changed, the associated age variable is incremented at cyclic intervals. The data words with the oldest stored information thus have the highest age values. In each transmission cycle , the address and the value of each n OverDW oldest data words are transmitted. The associated age variables are set to a value that indicates that the associated data word has already been transmitted (eg the maximum representable numerical value). The copying process is completed as soon as the age variables of all data words have this value.

Die maximale Dauer des Kopiervorgangs hängt von der Anzahl nUeberDW der in einem Übertragungszyklus übertragenen 'ältesten' Datenworte und der Häufigkeit von Datenwortänderungen bzw. EZen und PZen ab. Die Häufigkeit von EZen und PZen kann von den Ausführungseigenschaften der Rechenprozesse, die u.a. die maximale Ausführungszeit tMaxAusf, die maximale Antwortzeit tMaxAnt und die minimale Aktivierungsperiode tMinAkt umfassen, abgeleitet werden. Somit ist die maximale Dauer bestimmbar.The maximum duration of the copying process depends on the number n OverDW of the 'oldest' data words transmitted in a transmission cycle and the frequency of data word changes or EZen and PZen. The frequency of Ezen and can PZen from the execution characteristics of the computing processes, inter alia, the maximum execution time t MaxAusf, the maximum response time t MAXANT and the minimum activation period t include MinAkt which eclip be directed. Thus, the maximum duration is determinable.

Das hier beschriebern Schaltungskonzept einer Einheit zur nahezu verzögerungsfreien, nach Alters klassen sortierten Ausgabe zuvor sequenziell zugeführter Datenwortmengen ermöglicht eine besonders effiziente Ermittlung der mit den nUeberDW ältesten Datenwörtern verbundenen Zustandsänderungsinformationen. Es ist Bestandteil einer speziellen PES-Architektur, welche insbesondere für sicherheitskritische Anwendungen geeignet ist und im nächsten Abschnitt erläutert wird.The circuit concept described here of a unit for virtually delay-free, age-group-sorted output of previously sequentially supplied data word sets enables particularly efficient determination of the state change information associated with the n overDW oldest data words. It is part of a special PES architecture, which is particularly suitable for safety-critical applications and will be explained in the next section.

1.2 Aufbau und Arbeitsweise des PES1.2 Structure and operation of the PES

In diesem Abschnitt werden die wesentlichen Merkmale der PES-Architektur beschrieben, für die das hier vorgestellte Schaltungskonzept entwickelt wurde.In This section outlines the key features of the PES architecture described, for the circuit concept presented here was developed.

Rechenprozessverarbeitung ohne asynchrone Unterbrechungen: Die PES-Architektur basiert auf dem nachfolgend beschriebenen Konzept der Rechenprozessverarbeitung ohne asynchrone Unterbrechungen.Computing process processing without asynchronous interruptions: The PES architecture is based on the described below concept of computational processing without asynchronous interruptions.

Bei diesem Konzept sind Prozessausführung und -verwaltung strikt voneinander getrennt. Zur Prozessausführung (PA) zählt ausschließlich die Bearbeitung anwendungsspezifischen Programmcodes; die Prozessverwaltung (PV) ist verantwortlich für Prozessadministration und Prozessorzuteilung.at This concept is process execution and Administration strictly separated. Process execution (PA) counts exclusively the Processing of application-specific program codes; the process management (PV) is responsible for Process administration and processor allocation.

Die Zeit wird in diskrete, gleich lange Verarbeitungsintervalle eingeteilt, die den periodischen, synchronen Arbeitstakt der PA und der PV bestimmen. Die Verarbeitungsintervalle sind synchronisiert zum internationalen Zeitstandard UTC, d.h. die Verarbeitungsintervalle redundanter PES-Einheiten beginnen und enden zu den gleichen UTC-synchronen Zeitpunkten.The Time is divided into discrete, equally long processing intervals, which determine the periodic, synchronous working clock of the PA and the PV. The processing intervals are synchronized with the international one Time standard UTC, i. the processing intervals of redundant PES units begin and end at the same UTC synchronous times.

Prozesse setzen sich aus einer Anzahl an Prozessabschnitten zusammen, die folgende Eigenschaften besitzen:

  • • Jeder Prozessabschnitt kann vollständig innerhalb eines Verarbeitungsintervalles ausgeführt werden.
  • • Die Ausführung eines Prozessabschnittes ist nicht unterbrechbar.
  • • Prozessabschnitte tauschen Daten über den Datenspeicher aus; der Inhalt der Prozessorregister geht am Ende eines Verarbeitungsintervalls verloren.
  • • Jeder Prozessabschnitt besitzt einen Identifikator.
  • • Die Abschnitte eines Prozesses müssen nicht in einer fest vorgegebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Für jeden Prozess speichert die PV einen Abschnittszeiger, der den als nächsten auszuführenden Prozessabschnitt identifiziert.
Processes are composed of a number of process sections that have the following properties:
  • • Each process section can be executed completely within one processing interval.
  • • The execution of a process section can not be interrupted.
  • • Process sections exchange data via the data memory; the contents of the processor registers are lost at the end of a processing interval.
  • • Each process section has an identifier.
  • • The sections of a process do not have to be executed in a fixed order. For each process, the PV stores a section pointer that identifies the process section to be executed next.

Zu Beginn eines jeden Verarbeitungsintervalls gibt die PV den Identifikator des als nächsten auszuführenden Prozessabschnittes aus. Dieser Identifikator entspricht dem gespeicherten Abschnittszeiger des gemäß dem Prozessorzuteilungsalgorithmus auszuführenden Prozesses. Die PA liest den Identifikator und führt den zugehörigen Abschnitt aus. Gegen Ende des Verarbeitungsintervalls, wenn der Abschnitt abgearbeitet worden ist, übergibt die PA einen Identifikator an die PV. Dieser Identifikator, welcher den nächsten auszuführenden Abschnitt des soeben ausgeführten Prozesses kennzeichnet, wird von der PV als neuer Abschnittszeiger gespeichert. Das Flussdiagramm in 1 veranschaulicht diese Arbeitsweise.At the beginning of each processing interval, the PV outputs the identifier of the next process section to be executed. This identifier corresponds to the stored section pointer of the process to be executed according to the processor allocation algorithm. The PA reads the identifier and executes the associated section. At the end of the processing interval, when the section has been completed, the PA passes an identifier to the PV. This identifier, which identifies the next section of the process just executed, is stored by the PV as a new section pointer. The flowchart in 1 illustrates this way of working.

Wenn der ausgeführte Abschnitt der letzte war, d.h. der zugehörige Prozess vollständig abgearbeitet worden ist, signalisiert die PA dies der PV (z. B. durch Übergabe des Identifikatorwertes 'nil'). In diesem Fall veranlasst die PV einen Zustandsübergang, so dass sich der Prozess nicht länger im Zustand 'aktiviert' befindet. Gleichzeitig wird das Bearbeitungsende bei der Bestimmung des Identifikators des im nächsten Verarbeitungsintervall auszuführenden Prozessabschnitts berücksichtigt.If the executed one Section was the last one, i. the associated process has been completely processed the PA signals this to the PV (eg by handover the identifier value 'nil'). In this case the PV causes a state transition, so that the process no longer works in the state 'activated'. simultaneously becomes the end of processing in the determination of the identifier of the next Processing interval to be executed process section considered.

Diese Arbeitsweise kommt ohne spezielle Synchronisationsmechanismen, wie z. B. Semaphore, aus, da jeder Prozess während eines Verarbeitungsintervalls ununterbrechbaren, exklusiven Zugriff auf den Prozessor hat. Prozesse können über den Datenspeicher miteinander kommunizieren, ohne beim Schreiben von Nachrichten der Gefahr von Unterbrechungen ausgesetzt zu sein. Sich wechselseitig ausschließender Zugriff auf Systemkomponenten kann einfach mit Hilfe von Variablen im Datenspeicher implementiert werden. In ähnlicher Weise können abwechselnde Zugriffe mehrerer Prozesse realisiert werden; hierzu ist nur die programmgesteuerte Suspendierung und Fortführung von Prozessen notwendig. Die Entbehrlichkeit spezieller Synchronisationsmechanismen vereinfacht dieses PES-Konzept wesentlich.These Operation comes without special synchronization mechanisms, such as z. Semaphore, because every process during a processing interval uninterruptible, exclusive access to the processor has. processes can through the data store communicate with each other without writing the messages To be exposed to interruptions. Mutually exclusive Access to system components can be easily done with the help of variables be implemented in the data store. Similarly, alternating Accesses of several processes can be realized; this is only the program-controlled suspension and continuation of processes necessary. The dispensability of special synchronization mechanisms simplified essential to this PES concept.

Ausführbarkeit der Anwendungsprogramme: Durch die hier vorgestellte Arbeitsweise wird das Einsatzfeld nicht so stark eingeschränkt wie das rein zyklisch arbeitender PES, die auf Grund ihres besonders einfachen temporalen Verhaltens auch heute noch in hoch sicherheitskritischen Anwendungen eingesetzt werden. Ohne Gebrauch asynchroner Unterbrechungen werden beliebige, von den externen Prozessen abhängige Programmablaufpfade ermöglicht. Wie bei anderen rechenprozess-orientierten Echtzeitsystemen verlangt diese Fähigkeit zu prozessgesteuerten Programmflüssen, Anwendungsprogramme auf zeitgerechte Ausführbarkeit hin zu überprüfen.Executability of application programs: The mode of operation presented here does not limit the field of application as much as the purely cyclic PES, which due to their particularly simple temporal behavior are still used today in highly safety-critical applications. Without the use of asynchronous interrupts, any program flow paths dependent on the external processes are enabled. As with other computational-oriented real-time systems, this capability requires process-driven program flows, application programs check for timely executability.

Auch dieses Problem ist bereits gelöst. Die Ausführbarkeitsanalyse vereinfacht sich, wenn bei der Auswahl des für die interne Verarbeitung der PV verwendeten Prozesszustandsmodells die Möglichkeiten formaler Verifikationsmethoden berücksichtigt werden. Ein Modell, welches für das hier beschriebene Konzept der Prozessverarbeitung besonders geeignet ist, basiert auf drei Ausführungseigenschaften: maximale Ausführungszeit tMaxAusf, maximale Antwortzeit tMaxAnt und minimale Aktivierungsperiode tMinAkt. Diese Parameter erlauben, die Zeitbedingungen einer jeden aus periodischen und sporadischen Rechenprozessen bestehenden hybriden Prozessmenge zu spezifizieren. 2 veranschaulicht das Modell. Es unterscheidet sich von anderen durch den Zustand unterdrückt.This problem has already been solved. The feasibility analysis is simplified if the possibilities of formal verification methods are taken into account when selecting the process state model used for the internal processing of the PV. A model which is particularly suitable for the process processing concept described here is based on three execution properties : maximum execution time t MaxAusf , maximum response time t MaxAnt and minimum activation period t MinAct . These parameters allow specifying the time conditions of each hybrid process set consisting of periodic and sporadic computational processes. 2 illustrates the model. It is different from others by the state suppressed.

Die minimale Aktivierungsperiode entspricht der minimalen Zeitdauer zwischen zwei Prozessaktivierungen; sie begrenzt die maximal hervorgerufene Prozessorlast indirekt. Nur ein sich im Zustand bekannt befindender Prozess kann aktiviert werden. Wird die Bearbeitung eines Prozesses vor Ablauf der Zeit tMinAkt abgeschlossen, so wird dieser Prozess in den Zustand unterdrückt überführt. Erst nach Ablauf von tMinAkt wird er wieder in den Zustand bekannt versetzt, wodurch eine erneute Aktivierung möglich wird. Der Zustand suspendiert dient Synchronisationszwecken.The minimum activation period corresponds to the minimum amount of time between two process activations; it limits the maximum processor load indirectly. Only a process known in the state can be activated. If the processing of a process is completed before the time t MinAkt has expired , this process is transferred to the state suppressed. Only after expiry of t MinAkt he is put back into the state known, whereby a re-activation is possible. The suspended state is for synchronization purposes.

Alle Zustandsübergänge stehen unter der Kontrolle der PV. Wird die Bearbeitung eines Prozesses abgeschlossen, so wird der Übergang beenden automatisch veranlasst. Die Übergänge suspendieren und fortführen werden zwar von der PV durchgeführt, können aber nur von einem Anwendungsprogramm veranlasst werden. Da die Anwendungsprogramme in ununterbrechbaren Intervallen ausgeführt werden, finden Zustandsübergänge nur am Ende eines Intervalls statt. Dementsprechend wird eine durch einen Prozessabschnitt veranlasste Suspendierung erst gegen Ende des auslösenden Intervalls wirksam. Ein Prozess kann nur sich selbst suspendieren, aber das Fortführen aller anderen Prozesse in die Wege leiten. In Verbindung mit der periodischen Arbeitsweise wird so die Realisierung von VorgängerNachfolger-Relationen möglich, was z. B. zur Implementierung eines abwechselnden Betriebsmittelzugriffs zwingend notwendig ist.All State transitions are under the control of PV. Will the processing of a process completed, so will the transition stop automatically initiated. The transitions will be suspended and continued while performed by the PV, can but only be initiated by an application program. Because the Application programs are run at uninterruptible intervals, find state transitions only held at the end of an interval. Accordingly, a through a process section caused suspension only towards the end of the triggering Interval effective. A process can only suspend itself, but continuing of all other processes. In conjunction with the Periodic operation is thus the realization of predecessor successor relations possible, what for. To implement alternate resource access is absolutely necessary.

Es empfiehlt sich, das Zustandsmodell so in die PV zu implementieren, dass für jeden Prozess zu jeder Zeit nur eine Instanz existieren kann. Dies erhöht die Konformität mit der Norm IEC 61508, welche die dynamische Instanziierung von Objekten in höchst sicherheitsbezogenen Applikationen verbietet (Teil 3, Tabelle B1). Bei Berücksichtigung der Beschränkung auf eine Prozessinstanz erlauben die Ausführungsparameter tMaxAusf, tMaxAnt und tMinAkt den formalen Nachweis der Ausführbarkeit einer Menge von Prozessen bzw. Anwendungsprogrammen. Geeignete Beweismethoden werden in zahlreichen Veröffentlichungen beschrieben.It is recommended to implement the state model in the PV so that only one instance can exist for each process at any time. This increases compliance with the IEC 61508 standard, which prohibits the dynamic instantiation of objects in highly safety-related applications (Part 3, Table B1). Considering the restriction to a process instance , the execution parameters t MaxAusf , t MaxAnt, and t MinAct allow the formal proof of the executability of a set of processes or application programs. Appropriate evidence is described in numerous publications.

Implementierung der Prozessverwaltung: Zur Implementierung der PV eignet sich die nachfolgend beschriebene Arbeitsweise. Das Konzept basiert auf zwei physisch voneinander getrennten Einheiten. Die Prozessausführungseinheit (PAE) führt die Prozessabschnitte der Anwendungsprogramme aus. Sie besteht im wesentlichen aus einem Prozessor ohne Unterbrechungswerk. Die Prozessverwaltungseinheit (PVE), welche zur Prozessadministration dient und die auszuführenden Prozessabschnitte bestimmt, wird durch ein digitales Schaltwerk realisiert.implementation the process management: The implementation of the PV is the following procedure. The concept is based on two physically separate units. The process execution unit (PAE) leads the Process sections of the application programs. It essentially consists from a processor without interruption work. The process management unit (PVE), which serves for the process administration and the to be executed Process sections determined by a digital rear derailleur realized.

Ein wesentlicher Bestandteil der PVE ist die Prozessliste. In der Prozessliste ist für jeden Rechenprozess ein Parametersatz bestehend aus Aktivierungsbedingungen, Ausführungseigenschaften und Zustandsinformationen abgelegt.

  • • Die Aktivierungsbedingungen eines Prozesses können sowohl auf Zeitplänen basieren als auch asynchrone Meldungssignale mit einbeziehen. Es empfiehlt sich, Aktivierungspläne gemäß dem Verarbeitungskonzept der Echtzeitprogrammiersprache PEARL90 [DIN 66253-2] zu verwenden, da diese besonders allgemein gefasst sind und den Anforderung von Echtzeitsystemen bestens gerecht werden. Sie erlauben, periodische Prozessaktivierungen innerhalb gegebener Zeitfenster direkt zu spezifizieren. Die Syntax eines solchen Aktivierungsplans lautet: AT {clock-expression | [asynchronous-event-expression] + duration1} EVERY duration2 DURING duration3 ACTIVATE name-des-rechenprozesses
  • • Die Ausführungseigenschaften umfassen die Parameter tMaxAusf, tMaxAnt und tMinAkt des Prozesszustandsmodells.
  • • Die Zustandsinformationen beschreiben den aktuellen Zustand eines Prozesses eindeutig. Hierzu gehört unter anderem der Zeitpunkt der letzten Aktivierung, anhand dessen – in Kombination mit der Ausführungseigenschaft tMaxAnt – der nächste Fertigstellungstermin bestimmt werden kann. Der den als nächsten auszuführenden Abschnitt eines Prozesses identifizierende Abschnittszeiger gehört ebenfalls zu den Zustandsinformationen.
An integral part of PVE is the process list. In the process list, a parameter set consisting of activation conditions, execution properties and status information is stored for each computing process.
  • • The activation conditions of a process can be based on schedules as well as include asynchronous message signals. It is advisable to use activation plans in accordance with the processing concept of the real-time programming language PEARL90 [DIN 66253-2], as these are particularly general and well suited to the requirements of real-time systems. They allow to specify periodic process activations directly within given time windows. The syntax of such an activation plan is: AT {clock-expression | [asynchronous-event-expression] + duration1} EVERY duration2 DURING duration3 ACTIVATE name-of-process
  • • The execution properties include the parameters t MaxOff , t MaxAnt and t MinAct of the process state model.
  • • The state information clearly describes the current state of a process. Among other things, this includes the time of the last activation, on the basis of which - in combination with the execution property t MaxAnt - the next completion date can be determined. The section pointer identifying the next portion of a process to be executed also belongs to the state information.

Alle Rechenprozesse einer Anwendung müssen bereits während der Konfigurierung des Systems in die Prozessliste eingetragen werden; dynamische Instanziierung von Prozessen (bzw. Objekten) ist gemäß den Anforderungen der IEC 61508 an Applikationen der Sicherheitsanforderungsklasse SIL 4 nicht zulässig. Lediglich die Aktivierungsbedingungen eines Prozesses können programmgesteuert verändert werden.All computational processes of an application must already be entered in the process list during the configuration of the system; Dynamic instantiation of processes (or objects) is in accordance with the requirements of IEC 61508 for applications of the safety requirement class SIL 4 not allowed. Only the activation conditions of a process can be changed programmatically.

Die Realisierung der PVE basiert auf einer Kombination aus sequenzieller und paralleler Verarbeitung. Die Algorithmen können so strukturiert werden, dass alle auf einen einzelnen Prozess bezogenen Operationen parallel durchgeführt werden, die gesamte Prozessmenge hingegen sequenziell verarbeitet wird. 3 veranschaulicht diese Arbeitsweise. Sie zeigt die Hauptkomponenten der PVE: die Prozessparameterverwaltung (PPV) und die Prozesszustandssteuerung (PZS).The realization of the PVE is based on a combination of sequential and parallel processing. The algorithms can be structured so that all operations related to a single process are performed in parallel, while the entire process set is processed sequentially. 3 illustrates this way of working. It shows the main components of PVE: process parameter management (PPV) and process state control (PZS).

Während der sequenziellen Prozessadministration (SPA) wird für jeden Prozess ein Drei-Phasen-Vorgang abgearbeitet:

  • 1. Zunächst greift die PPV auf die Prozessliste zu und überträgt die Prozessparameter in dafür vorgesehene Eingangsregister der PZS.
  • 2. Dann verarbeitet die PZS die Prozessparameter mit Hilfe einer kombinatorischen Logikschaltung innerhalb eines Taktzyklusses.
  • 3. Abschließend liest die PPV die aktualisierten Prozessparameter von der PZS ein und speichert diese in der Prozessliste.
During Sequential Process Administration (SPA), a three-phase process is executed for each process:
  • 1. First, the PPV accesses the process list and transfers the process parameters to dedicated input registers of the PZS.
  • 2. Then the PZS processes the process parameters using a combinatorial logic circuit within one clock cycle.
  • 3. Finally, the PPV reads in the updated process parameters from the PZS and saves them in the process list.

Dabei erstreckt sich die Zuständigkeit der PZS auf folgende Aufgaben:

  • 1. Überprüfung der Aktivierungsbedingungen,
  • 2. Koordinierung von Prozesszustandsübergängen,
  • 3. Generierung der aktualisierten Prozessparameter,
  • 4. Berechnung der geforderten Antwortzeiten,
  • 5. Bestimmung der Prozesse mit der nächsten und der übernächsten Antwortzeit,
  • 6. Ausgabe des Identifikators des als nächsten auszuführenden Prozessabschnittes.
The competence of PZS extends to the following tasks:
  • 1. checking the activation conditions,
  • 2. coordination of process state transitions,
  • 3. generation of updated process parameters,
  • 4. calculation of the required response times,
  • 5. determination of the processes with the next and the next but one response time,
  • 6. Output of the identifier of the next process section to be executed.

Die ersten vier Aufgaben können für jeden Prozess separat durchgeführt werden. Dies ermöglicht deren zeitgleiche Bearbeitung durch eine rein kombinatorische Digitalschaltung. Die fünfte Aufgabe verlangt, die Antwortzeiten aller aktivierten Prozesse zu vergleichen. Dies wird sequenziell mit den Iterationen des Drei-Phasen-Vorgangs vorgenommen, wobei nach jeder Iteration die Identifikatoren und geforderten Fertigstellungstermine der beiden am dringendsten zu verarbeitenden Prozesse zwischengespeichert werden. Es wird somit nicht nur der Prozess mit der nächsten Antwortzeit, sondern auch der mit der übernächsten Antwortzeit ermittelt. Dies ist notwendig, da die SPA durchgeführt wird, während die PAE einen Prozessabschnitt ausführt. Dadurch kann es vorkommen, dass die Bearbeitung des Prozesses, der von der SPA als der mit dem nächsten Fertigstellungstermin identifiziert wird, im laufenden Verarbeitungsintervall abgeschlossen wird, d.h. die PAE führte während der SPA den letzten Prozessabschnitt aus. In diesem Fall kann, da der Prozess mit der übernächsten Antwortzeit bereits bestimmt wurde, unmittelbar, d.h. ohne erneute Durchführung der SPA, der Identifikator des im nächsten Verarbeitungsintervall auszuführenden Abschnitts ausgegeben werden.The first four tasks can for every process carried out separately become. this makes possible their simultaneous processing by a purely combinational digital circuit. The fifth Task requires the response times of all enabled processes to to compare. This is done sequentially with the iterations of the three-phase process made after each iteration the identifiers and required completion dates of the two most urgent processing processes are cached. It will thus not just the process with the next Response time, but also determined with the next but one response time. This is necessary because the SPA is performed while the PAE is a process section performs. Thus it can happen that the processing of the process, the from the SPA as the next completion date is identified, completed in the current processing interval is, i. the PAE led while the SPA is the last part of the process. In this case, since the process with the next but one response time has already been determined, directly, i. without renewing the SPA, the identifier of the next one Processing interval to be executed Section are issued.

1.3 Neuaufsetzen im laufenden Betrieb1.3 new in the current business

Um Neuaufsetzen im laufenden Betrieb zu ermöglichen, wurde die im vorigen Abschnitt 1.2 beschriebene PES-Architektur um das Konzept serieller Datenströme (SDSe) erweitert. In einer redundanten Konfiguration mehrerer PESe gibt jedes PES einen SDS aus, der fortlaufend die interne Verarbeitung beschreibt und an alle redundanten PESe weitergeleitet wird. Ein neu gestartetes PES kann durch Beobachten der SDSe redundanter PESe seinen Zustand zur Laufzeit angleichen und sich in den laufenden Betrieb einklinken. Die SDSe sind in Übertragungszyklen organisiert, die den Verarbeitungsintervallen entsprechen, Dementsprechend beginnen und enden die Übertragungszyklen in Synchronisation mit dem internationalen Zeitstandard UTC, genauso wie die Verarbeitungsintervalle.Around To be able to reactivate on the fly, was the previous one Section 1.2 describes the PES architecture around the concept of serial data streams (SDSe) extended. In a redundant configuration of multiple PESs there Each PES issues an SDS, which continuously checks the internal processing is described and forwarded to all redundant PESe. One restarted PES can be done by observing the SDSe of redundant PESe adjust its condition at runtime and get in the running Engage operation. The SDSs are organized in transmission cycles, corresponding to the processing intervals, commence accordingly and end the transmission cycles in sync with the international time standard UTC, as well like the processing intervals.

Zu Beginn eines jeden Verarbeitungsintervalls ist der Zustand eines PES vollständig durch

  • • den Inhalt des RAM-Speichers der PAE,
  • • den Inhalt der in der PVE gespeicherten Prozessliste,
  • • den Inhalt des Registers, in dem der Identifikator des auszuführenden Prozessabschnitts abgelegt ist, und
  • • den Inhalt des Registers, in dem der Identifikator des nächsten Prozessabschnitts des zuletzt ausgeführten Rechenprozesses abgelegt ist,
bestimmt. Letzterer wurde gegen Ende des vorangegangenen Intervalls von der PAE an die PVE übergeben. Unter der Voraussetzung, dass ein neu gestartetes PES nur zu Beginn eines Verarbeitungsintervalls in den laufenden Betrieb einer redundanten Konfiguration einsteigen darf und die beiden aufgelisteten Prozessabschnittsidentifikatoren, die nur wenige Datenbits umfassen, am Ende eines jeden Übertragungszyklusses übertragen werden, müssen beim Kopieren des internen Zustandes zur Laufzeit nur der RAM-Speicher der PAE und die Prozessliste der PVE berücksichtigt werden. Die strikte Trennung von Rechenprozessausführung und Rechenprozessverwaltung erleichtert dabei die unterschiedliche Handhabung von programmgesteuerten und ereignisgesteuerten Zustandsänderungen (PZen und EZen), die bereits in Abschnitt 1.1 beschrieben wurde.At the beginning of each processing interval, the state of a PES is completely through
  • The contents of the RAM memory of the PAE,
  • • the contents of the process list stored in the PVE,
  • • the content of the register in which the identifier of the process section to be executed is stored, and
  • The content of the register in which the identifier of the next process section of the last executed computation process is stored,
certainly. The latter was handed over to the PVE by the PAE towards the end of the previous interval. Assuming that a restarted PES is allowed to enter the ongoing operation of a redundant configuration only at the beginning of a processing interval and the two listed process section identifiers, which comprise only a few bits of data, are transmitted at the end of each transfer cycle, when copying the internal state to Running only the RAM memory of the PAE and the process list of the PVE be considered. The strict separation of computational process execution and computational process management facilitates the different handling of program-controlled and event-controlled state changes (PZen and EZen), which were already described in section 1.1.

4 veranschaulicht den Datentransfer via SDS, indem sie den Kontext der in einem Zyklus übertragenen Daten im zeitlichen Bezug zu den Aktivitäten von PVE und PAE darstellt. Aus der Abbildung wird ersichtlich, dass ein Übertragungszyklus einem Verarbeitungsintervall entspricht. Wie oben bereits erwähnt, werden am Ende eines jeden Zyklusses sowohl der Identifikator des auszuführenden Prozessabschnitts als auch der Identifikator des nächsten Prozessabschnitts des zuletzt ausgeführten Rechenprozesses übertragen. Darüber hinaus wird am Ende eines jeden Zyklusses ein Wiedereinstiegsbit übertragen; ein gesetztes Wiedereinstiegsbit wird nachfolgend als Wiedereinstiegssignal bezeichnet. Aus 4 wird ersichtlich, dass nur ein Teil der tatsächlichen Zykluszeit zur Ausführung eines Prozessabschnitts, d.h. zur eigentlichen Ausführung der Anwendungs-Software, genutzt werden kann. 4 illustrates the data transfer via SDS by comparing the context of the data transferred in a cycle in relation to the acti vities of PVE and PAE. The figure shows that one transmission cycle corresponds to one processing interval. As mentioned above, at the end of each cycle, both the identifier of the process section to be executed and the identifier of the next process section of the last executed computing process are transmitted. In addition, at the end of each cycle, a re-entry bit is transmitted; a set re-entry bit is hereinafter referred to as a re-entry signal. Out 4 It can be seen that only part of the actual cycle time can be used to execute a process section, ie the actual execution of the application software.

Kopieren des RAM-Speichers der PAE via SDS: Die von der PAE durchgeführten Änderungen der Anwendungsdaten, nachfolgend mit AnwendungsDatenModifikationen (ADM) bezeichnet, sind stets programmgesteuert (PZ). Das mit ADM verbundene Datenvolumen kann daher leicht auf einen im Übertragungszyklus transferierbaren Wert begrenzt werden, indem die Anzahl der in einem Prozessabschnitt zulässigen Schreibzugriffe limitiert wird. Wie in 4 gezeigt, kann die Übertragung der aktuellen ADM (bzw. der damit verbundenen Zustandsänderungsinformationen) erst beginnen, nachdem die Bearbeitung des Prozessabschnittes abgeschlossen wurde (Eine frühere Übertragung unmittelbar nach Auftreten der Speicherzugriffe ist zwar theoretisch möglich, führt jedoch zu einem komplexeren temporalen Verhalten und ist daher für sicherheitsgerichtete Systeme ungeeignet. Hierdurch würde der Aufwand einer formalen Verifikation – und somit auch der einer Sicherheitszertifizierung – unverhältnismäßig erhöht.).Copying the RAM memory of the PAE via SDS: The changes made to the application data by the PAE, hereafter referred to as Application Data Modifications (ADM), are always program-controlled (PZ). Therefore, the data volume associated with ADM can be easily limited to a value transferable in the transfer cycle by limiting the number of write accesses allowed in a process section. As in 4 The transmission of the current ADM (or associated state change information) may begin only after the processing of the process section has been completed. (Earlier transmission immediately following the occurrence of the memory accesses is theoretically possible, but results in a more complex temporal behavior and is therefore unsuitable for safety-related systems, which would disproportionately increase the effort of a formal verification - and thus also of a safety certification.).

Die Begrenzung der Anzahl an Schreibzugriffen kann der Compiler während der automatischen Einteilung des Programmcodes in Prozessabschnitte vornehmen. Um die Verarbeitungseffizienz zu steigern, empfiehlt sich für Daten, die während der Ausführung eines Prozessabschnittes nur kurz zwischengespeichert werden müssen, d.h. die nach Beendigung des Prozessabschnitts nicht mehr relevant sind, ein spezieller Speicherbereich. Dieser Speicherbereich des PAE-Speichers ist für das Neuaufsetzen nicht von Bedeutung, weshalb Schreibzugriffe auf diesen unberücksichtigt bleiben können. Im nachfolgenden Text ist mit 'PAE-Speicher' bzw. 'Datenspeicher' ausschließlich der Speicherbereich gemeint, der für das Neuaufausetzen relevant ist.The The compiler can limit the number of write accesses during the automatic classification of the program code into process sections make. To increase processing efficiency, we recommend for Data that during the execution a process section must be cached only briefly, i. which are no longer relevant after the end of the process section, a special storage area. This memory area of the PAE memory is for the restart does not matter, which is why write accesses to this disregarded can stay. In the following text is with 'PAE memory' or 'data storage' exclusively the Memory area meant for the reissuing is relevant.

Um den Datenspeicher der PAE innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne via SDS vollständig zu übertragen, müssen zusätzlich die Datenworte übertragen werden, die innerhalb der vorgegebenen Zeitspanne nicht verändert werden. Hierzu wird der gesamte Inhalt des PAE-Speichers via SDS gestückelt übertragen. In jedem Übertragungszyklus überträgt ein SDS ein Teilstück des PAE-Speichers; der gesamte Speicherinhalt wird innerhalb einer festgelegten Anzahl an aufeinanderfolgenden Zyklen transferiert. Die Übertragung eines PAE-Speicher-Teilstücks kann, wie in 4 gezeigt, direkt zu Beginn des Übertragungszyklusses durchgeführt werden, parallel zu der von der PVE durchgeführten seqenziellen ProzessAdministration (SPA).In order to completely transfer the data memory of the PAE within a predetermined period of time via SDS, in addition the data words must be transmitted which are not changed within the specified period of time. For this purpose, the entire content of the PAE memory is transmitted in fragmented form via SDS. In each transmission cycle, an SDS transmits a portion of the PAE memory; the entire memory contents are transferred within a fixed number of consecutive cycles. The transmission of a PAE memory section can, as in 4 shown to be performed directly at the beginning of the transfer cycle, in parallel to the PV process performed by Sequential Process Administration (SPA).

Damit die SDSe redundanter Einheiten identisch sind, wird das jeweilig übertragene PAE-Speicher-Teilstück in Bezug zum internationalen Zeitstandard UTC ausgewählt. Das bedeutet, die gestückelte übertragung des PAE-Speichers beginnt mit dem ersten Teilstück zu UTC-synchronen Zeitpunkten. Diese UTC-synchronen Zeitpunkte treten in äquidistanten Abständen auf, z. B. zu Beginn einer jeden UTC-Sekunde. In den nachfolgenden Beschreibungen kennzeichnet nZyklenUTC die Anzahl an Übertragungszyklen zwischen zwei dieser Zeitpunkte und nTeilstueckgr die Anzahl der Datenworte, die ein in einem Zyklus übertragenes Teilstück umfasst. Im Idealfall ist die Größe des PAE-Speichers so auf nZyklenUTC und nTeilstueckgr abgestimmt, dass die Anzahl der Datenworte des PAE-Speichers der Multiplikation nZyklenUTC·nTeilstueckgr entspricht.So that the SDSe of redundant units are identical, the respectively transmitted PAE memory section is selected in relation to the international time standard UTC. This means that the fragmented transmission of the PAE memory begins with the first segment at UTC synchronous times. These UTC synchronous times occur at equidistant intervals, z. At the beginning of each UTC second. In the following descriptions, n cyclesUTC denotes the number of transmission cycles between two of these times, and n parts n the number of data words comprising a portion transferred in one cycle. Ideally, the size of the PAE memory is tuned to n cycles UTC and n patch size such that the number of data words of the PAE memory corresponds to the multiplication n cyclesUTC * n patch size g .

Kopieren der Prozessliste der PVE via SDS: Die Auftretensfrequenz von Änderungen der in der Prozessliste der PVE gespeicherten Parameter der Rechenprozesse – nachfolgend mit RechenprozessParameterModifikationen (RPMen) bezeichnet – hängt von der Häufigkeit von Rechenprozesszustandsänderungen ab, welche letztlich durch die Ausführungseigenschaften aller Rechenprozesse begrenzt ist. Bei RPM kann es sich sowohl um programmgesteuerte als auch um ereignisgesteuerte Zustandänderungen handeln (d.h. PZen oder EZen), weshalb die in Abschnitt 1.1 beschriebene, sich an dem Alter der gespeicherten Werte orientierende Technik zur Reduzierung des Übertragungsaufwandes eingesetzt wird.Copy PVE process list via SDS: The frequency of changes the parameters of the calculation processes stored in the process list of the PVE - below associated with computational parameter paramifications (RPMs) - depends on the frequency of computing process state changes which is ultimately limited by the execution properties of all computational processes is. RPM can be both programmatic and around event-driven state changes (ie PZen or EZen), which is why the methods described in section 1.1 technology based on the age of the stored values to reduce the transmission costs is used.

Die Prozessliste der PVE ist in Datenworten organisiert. Jedem Datenwort der Prozessliste ist eine Variable zugeordnet, die das Alter der gespeicherten Information kennzeichnet. Die Altersvariablen können ausschließlich ganzzahlige Werte größer oder gleich '0' annehmen; der maximal darstellbare Zahlenwert wird nachfolgend mit AVmax bezeichnet. Wird ein Datenwort geändert, so wird die zugehörige Altersvariable auf den Wert '0' gesetzt. Solange eine Altersvariable kleiner als (AVmax – 1) ist, wird sie zu Beginn eines jeden Verarbeitungsintervalls um eins inkrementiert. Somit identifizieren die Altersvariablen mit den höchsten Werten (ausgenommen AVmax) die 'ältesten' Datenwörter der Prozessliste. Die zu transferierende Datenmenge wird nun begrenzt, indem in jedem Übertragungszyklus eine konstante Anzahl nUeberDw ältester PVE-Datenworte übertragen und die zugehörigen Altersvariablen auf AVmax gesetzt werden. Wenn alle Altersvariablen den Wert AVmax besitzen, sind alle aktuellen RPMen übertragen worden und ein Wiedereinstiegssignal wird via SDS ausgesendet.The process list of the PVE is organized in data words. Each data word of the process list is assigned a variable which indicates the age of the stored information. The age variables can only take integer values greater than or equal to '0'; the maximum representable numerical value is hereinafter referred to as AV max . If a data word is changed, the associated age variable is set to the value '0'. As long as an age variable is less than (AV max - 1), it is incremented by one at the beginning of each processing interval. Thus, the age variables with the highest values (except AV max ) identify the 'oldest' data words of the process list. The amount of data to be transferred is now limited by a constant number n U in each transmission cycle eberDw oldest PVE data words are transmitted and the associated age variables are set to AV max . If all age variables have the value AV max , all current RPMs have been transmitted and a reentry signal is transmitted via SDS.

Wie in 4 gezeigt, kann die Übertragung der ältesten RPM, bzw. der damit verbundenen Zustandsänderungsinformationen, erst nach Abschluss der SPA beginnen, da sich während der SPA die Datenworte der Prozessliste noch verändern können. Die Zeitspanne δV kennzeichnet dabei die Zeit, die nach Abschluss der SPA zur Bestimmung der ältesten Datenworte benötigt wird, bevor die Übertragung beginnen kann.As in 4 shown, the transmission of the oldest RPM, or the associated state change information, can only begin after the conclusion of the SPA, since the data words of the process list can still change during the SPA. The period of time δ V indicates the time required after the conclusion of the SPA to determine the oldest data words before the transmission can begin.

Die Übertragung aller PVE-Datenworte wird erreicht, indem allen Altersvariablen zu UTC-synchronen Zeitpunkten der Wert '0' zugewiesen wird. Der Bezug zum internationalen Zeitstandard UTC ist notwendig, damit die SDSe redundanter PESe identisch sind. Hinsichtlich eines möglichst geringen Implementierungsaufwandes ist es besonders günstig, dieselben UTC-synchronen Zeitpunkte zu verwenden, zu denen die gestückelte übertragung des PAE-Speichers mit dem ersten Teilstück beginnt.The transfer All PVE data words are achieved by all age variables Assigned the value '0' at UTC synchronous times becomes. The reference to the international time standard UTC is necessary so that the SDSe of redundant PESs are identical. Regarding one preferably low implementation effort, it is particularly cheap, the same UTC synchronous times to use the fragmented transmission of the PAE memory begins with the first section.

Vorgang des Neuaufsetzens: Im regulären Betrieb einer redundanten Konfiguration von PES-Einheiten überprüft jedes PES seine eigene Verarbeitung, indem es seinen eigenen SDS mit denen der der redundanten Einheiten vergleicht. Dabei betrachtet ein PES seine eigene interne Verarbeitung als fehlerbehaftet, sobald sein eigener SDS von dem durch Mehrheitsentscheid gewonnenen SDS abweicht. Wird ein Verarbeitungsfehler erkannt, so tritt das fehlerbehaftete PES aus dem Betrieb der redundanten Konfiguration aus und veranlasst seinen eigenen Neustart. Fortan ist der SDS dieses PES bis zum Wiedereintritt in den redundanten Betrieb als fehlerhaft (bzw. ungültig) markiert.process of re-instalation: in regular operation a redundant configuration of PES units, each PES checks its own processing, by having its own SDS with those of the redundant units compares. A PES considers its own internal processing as faulty once its own SDS by majority vote derived SDS deviates. If a processing error is detected, then occurs the faulty PES from the operation of the redundant configuration and initiates its own reboot. From now on, the SDS is this PES until re-entry into redundant operation as faulty (or invalid) marked.

Nach dem Neustart einer PES-Einheit, welcher nicht nur durch das Erkennen eines Verarbeitungsfehlers sondern auch durch Austausch einer PES-Einheit veranlasst werden kann, beginnt der Vorgang des Neuaufsetzens im laufenden Betrieb. Dabei wertet das neu gestartete PES die SDS der redundanten PESe aus, um seinen internen Zustand anzugleichen. Der Vorgang des Neuaufsetzens kann in zwei Phasen eingeteilt werden, nachfolgend mit Phase I und II referenziert. 5 veranschaulicht dies.After the restart of a PES unit, which can be caused not only by detecting a processing error but also by replacing a PES unit, the process of restarting during operation starts. The newly started PES evaluates the SDS of the redundant PESe in order to adjust its internal state. The reassignment process can be divided into two phases, referred to below as Phase I and II. 5 illustrates this.

Phase I beginnt mit dem ersten Verarbeitungsintervall nach dem Neustart eines PESs. Die Phase dauert genau nZyklenUTC Übertragungszyklen, d.h. so viele Übertragungszyklen, wie beim gestückelten Transfer des PAE-Speichers zur vollständigen übertragung des Speicherinhalts notwendig sind. Nach Abschluss von Phase I ermöglicht die fortlaufende Übertragung der aktuellen ADM, Zustandsgleichheit der PAE-Speicher gegen Ende eines jeden Übertragungszyklusses zu erhalten.Phase I begins with the first processing interval after restarting a PES. The phase lasts exactly n cycleUTC transfer cycles , ie as many transfer cycles as are required in the case of fragmented transfer of the PAE memory for the complete transfer of the memory contents. Upon completion of Phase I, the ongoing transmission of the current ADM allows to obtain state equality of the PAE memory towards the end of each transmission cycle.

Phase II dauert an, bis die PVE ebenfalls am Ende eines Verarbeitungsintervalls Zustandsgleichheit erreicht. Dies ist der Fall, wenn seit dem Neustart wenigstens einer der UTC-synchronen Zeitpunkte, zu denen allen Altersvariablen der Wert '0' zugewiesen wird, aufgetreten ist und die sendenden PESe alle aktuellen RPMen via SDS übertragen haben, worüber ein spezielles Wiedereinstiegssignal informiert (Das Wiedereinstiegssignal wird gesendet, indem das Wiedereinstiegsbit, welches am Ende eines jeden SDS Übertragungszyklusses gesendet wird, gesetzt wird). Tritt ein Wiedereinstiegssignal innerhalb von Phase II auf, so ist die Angleichung des Systemzustandes abgeschlossen, und das neu gestartete PES kann mit Beginn des nächsten Verarbeitungsintervalls wieder in den Betrieb der redundanten Konfiguration einsteigen. Nur unter der Voraussetzung, dass wenigstens einer der UTC-synchronen Zeitpunkte, zu denen allen Altersvariablen der Wert '0' zugewiesen wird, seit dem Neustart aufgetreten ist, gewährleistet das Auftreten des Wiedereinstiegssignals, dass der Inhalt der Prozessliste vollständig angeglichen wurde.phase II continues until the PVE is also at the end of a processing interval Equality of state achieved. This is the case if at least since the reboot one of the UTC synchronous times, which includes all age variables the value '0' is assigned, has occurred and the sending PESe all current RPMs via Transfer SDS have, over what informs a special reentry signal (The reentry signal is sent by the reentry bit, which is at the end of a every SDS transfer cycle is sent, is set). Occurs a reentry signal within Phase II, the system state alignment is complete, and the restarted PES can begin at the beginning of the next processing interval re-enter the operation of the redundant configuration. Only on condition that at least one of the UTC synchronous Time points to which all age variables are assigned the value '0' since the reboot occurred, guaranteed the appearance of the reentry signal that the contents of the process list Completely was adjusted.

Bei dem in Abschnitt 1.2 beschriebenen System wird bereits während der SPA ein Prozessabschnitt ausgeführt. Dabei kann der parallel zur SPA ausgeführte Rechenprozess zwar den Inhalt der Prozessliste verändern, die Änderungen werden jedoch zunächst in speziellen Registern zwischengespeichert und erst im folgenden Verarbeitungsintervall in die Prozessliste eingefügt. Diese programmgesteuerten Modifikationen der Prozessliste müssen berücksichtigt werden; entweder durch zusätzlichen Aufwand bei der Bestimmung der ältesten RPMen oder, indem das Wiedereinstiegssignal nur ausgesendet wird, wenn der soeben ausgeführte Prozessabschnitt weder einen Rechenprozess suspendiert noch die Fortführung eines suspendierten Rechenprozesses veranlasst noch Ausführungsparameter der Rechenprozesse verändert hat.at The system described in section 1.2 is already being used during the SPA a process section executed. Although the arithmetic process carried out in parallel with the SPA can do the same Change the contents of the process list, The changes however, will be first cached in special registers and only in the following Processing interval inserted in the process list. These program-controlled modifications of the process list must be considered become; either by additional effort in determining the oldest RPMs or by only sending out the reentry signal, if the just performed Process section neither suspends a computational process nor the continuation of a suspended computation process still causes execution parameters of Arithmetic processes changed Has.

Optimierung der Effizienz: Von entscheidender Bedeutung sind die für Echtzeitsysteme relevanten Leistungsdaten, die mit dem beschriebenen Verfahren zum Neuaufsetzen im laufenden Betrieb erreicht werden können. Neben der zur Verfügung stehenden Rechenleistung gehört hierzu auch die minimal erreichbare Antwortzeit. Diese Leistungsdaten hängen nicht nur von der zur Verfügung stehenden Übertragungsbandbreite ab, sandern auch von der Dauer eines Übertragungszyklusses und den Zeitanteilen, die zur Übertragung eines PAE-Speicher-Teilstücks, zur Übertragung der aktuellen ADM und zur Übertragung der ältesten RPMen genutzt werden. Die minimal erreichbare Reaktionszeit hängt direkt von der Zykluszeit des Systems ab. Daher ist eine möglichst kurze Zykluszeit wünschenswert.Optimization of efficiency: The performance data relevant for real-time systems, which can be achieved with the described procedure for re-instalation during operation, are of crucial importance. In addition to the available computing power, this also includes the minimum achievable response time. These performance data not only depend on the available transmission bandwidth, but also on the duration of a transmission cycle and the timescale used to transmit a PAE memory patch, transmit the current ADM and Transmission of the oldest RPMs can be used. The minimum achievable response time depends directly on the cycle time of the system. Therefore, the shortest possible cycle time is desirable.

Wie aus 4 ersichtlich, setzt sich diese aus

  • • dem Zeitanteil tSPA zur Durchführung der sequenziellen Prozessadministration,
  • • dem Zeitanteil δV zur Bestimmung der ältesten RPMen,
  • • dem Zeitanteil tRPM zur Übertragung der ältesten RPMen,
  • • dem Zeitanteil tADM zur Übertragung der aktuellen ADM,
  • • dem Zeitanteil tIDW zur Übertragung der Identifikatoren des auszuführenden Prozessabschnitts und des nächsten Prozessabschnitts des zuletzt ausgeführten Rechenprozesses sowie des Wiedereinstiegsbits, und aus
  • • der Toleranzpause tTol
zusammen. Die Toleranzpause tTol dient zur Berücksichtigung von Synchronisationsdifferenzen zwischen redundanten PESen. Sie gewährleistet, dass das PES, dessen interne Uhr dem internationalen Zeitstandard UTC am meisten nacheilt, die Übertragung der Prozessidentifikatoren abgeschlossen hat, bevor das PES, dessen interne Uhr dem Zeitstandard am stärksten voreilt, einen neuen Übertragungszyklus beginnt. Um die Toleranzpause tTol zu verkürzen, müssen die Synchronisationsgenauigkeiten der internen Uhren der PES erhöht werden.How out 4 As can be seen, this sets itself off
  • The time share t SPA for carrying out the sequential process administration,
  • The time fraction δ V for determining the oldest RPMs,
  • The time component t RPM for transmission of the oldest RPMs,
  • The time share t ADM for transmitting the current ADM,
  • The time share t IDW for transmitting the identifiers of the process section to be executed and the next process section of the last executed computing process and the re-entry bit, and off
  • • the tolerance break t Tol
together. The tolerance interval t Tol serves to take account of synchronization differences between redundant PESs. It ensures that the PES, whose internal clock lags most at the international time standard UTC, has completed the transmission of the process identifiers before the PES, whose internal clock is most advanced to the time standard, begins a new transmission cycle. In order to shorten the tolerance interval t Tol , the synchronization accuracies of the internal clocks of the PES must be increased.

Demgegenüber kann tIDW nur durch eine höhere Bandbreite verkürzt werden. Da die Prozessabschnittsidentifikatoren nur wenige Datenbits umfassen, ist tIDW im Vergleich zu tSPA und tADM vernachlässigbar kurz.In contrast, t IDW can only be shortened by a higher bandwidth. Since the process section identifiers comprise only a few bits of data, t IDW is negligibly short compared to t SPA and t ADM .

tADM hängt sowohl von der Übertragungsbandbreite als auch von der in einem Prozessabschnitt zulässigen Anzahl an Schreibzugriffen auf den PAE-Speicher ab. Diese Anzahl muss in einem sinnvollen Zusammenhang mit der in einem Prozessabschnitt ausführbaren Anzahl an Prozessorbefehlen stehen. Das bedeutet, je feiner die Granularität der in Prozessabschnitte eingeteilten Anwendungs-Software, d.h. je kürzer die Prozessabschnitte, desto geringer kann die Anzahl der in einem Zyklus zulässigen Schreibzugriffe – und damit verbunden der zu übertragenen ADM – ausfallen. Diese Aussage gilt allerdings nur in erster Näherung. Je länger die Prozessabschnitte sind, desto weniger Zwischenergebnisse müssen in den regulären PAE-Speicher abgelegt werden, da mehr Berechnungen vollständig in einem Abschnitt abgeschlossen werden können. Eine zu feine Granularität vergrößert daher den PAE-Speicherbereich, der beim Neuaufsetzen im laufenden Betrieb berücksichtigt werden muss, und vergrößert somit den Übertragungsaufwand insgesamt. Bei gleichbleibender Übertragungsbandbreite bedeutet dies, dass eine Verkürzung der Prozessabschnitte eine überproportional höhere Anzahl an Prozessabschnitten zur Folge haben kann. D.h., ein Rechenprozess, der ursprünglich in 50 Abschnitte eingeteilt worden ist, könnte bei Halbierung der Abschnittsgröße in wesentlich mehr als 100 Abschnitte eingeteilt werden. Daher ist bei der Wahl der Granularität der Anwendungs-Software ein Kompromiss zwischen einer möglichst hohen Rechenleistung und einer möglichst kurzen Zykluszeit zu finden.t ADM depends on both the transmission bandwidth and the number of write accesses to the PAE memory allowed in a process section. This number must be logically related to the number of processor instructions that can be executed in a process section. This means that the finer the granularity of the application software subdivided in process sections, ie the shorter the process sections, the lower the number of write accesses permitted in one cycle - and thus the ADM to be transmitted - can be omitted. However, this statement only applies in a first approximation. The longer the process sections, the fewer intermediate results must be placed in the regular PAE memory, since more calculations can be completed completely in one section. Too fine a granularity therefore increases the PAE memory area, which must be taken into account when re-installing during operation, and thus increases the overall transmission costs. With a constant transmission bandwidth, this means that a shortening of the process sections can result in a disproportionately higher number of process sections. That is, a calculation process that was originally divided into 50 sections could be divided into substantially more than 100 sections if the section size was halved. Therefore, when choosing the granularity of the application software, a compromise between the highest possible computing power and the shortest possible cycle time can be found.

Die Dauer tRPM hängt von der in einem Zyklus übertragenen Anzahl nUeberDW ältester Datenworte der Prozessliste ab. Diese Anzahl ist zwar prinzipiell frei wählbar, legt jedoch die Häufigkeit fest, mit der Änderungen an den in der Prozessliste gespeicherten Daten maximal auftreten dürfen, damit das Eintreten der Situation, dass die sendenden PESe alle aktuellen RPMen via SDS übertragen haben, garantiert ist. Somit muss die Anzahl nUeberDW anhand der gewünschten Leistungsdaten des PESs, wie z. B. maximale Anzahl verwalteter Rechenprozesse oder minimale geforderte Antwortzeit, festgelegt werden. Auf Grund der altersorientierten Übertragungstechnik ist allerdings ausschließlich die (mittlere) Frequenz von RPM-Übertragungen entscheidend, nicht die Anzahl nUeberDW der in einem Zyklus übertragenen RPMen. Das bedeutet, wird die Zykluszeit halbiert, so kann näherungsweise auch die Anzahl nUeberDW halbiert werden.The duration t RPM depends on the number n over Dew of oldest data words of the process list transferred in one cycle. Although this number is freely selectable in principle, it specifies the maximum frequency with which changes to the data stored in the process list may occur so that the occurrence of the situation in which the sending PESs have transmitted all current RPMs via SDS is guaranteed. Thus, the number n over DW must be calculated on the basis of the desired performance data of the PES, such. As maximum number of managed computing processes or minimum required response time can be set. However, due to the age-oriented transmission technique, only the (average) frequency of RPM transmissions is critical, not the number n over DW of the RPMs transmitted in one cycle. This means that if the cycle time is halved, then the number n over DW can also be halved approximately.

Die Dauer tPAE-Teilstck hängt von der Größe des in einem Zyklus übertragenen PAE-Speicherteilstücks ab. Diese kann prinzipiell bis hin zu einem einzelnen PAE-Datenbit pro Zyklus reduziert werden. Hierdurch würde lediglich die Dauer von Phase I des Neuaufsetzens erhöht. Da mit der Übertragung der ältesten RPMen aber erst nach Abschluss der SPA begonnen werden kann, kann die Größe eines Teilstücks so gewählt werden, dass tPAE-Teilstck = tSPA + δV.The duration t PAE slice depends on the size of the PAE memory slice transferred in one cycle. This can in principle be reduced down to a single PAE data bit per cycle. This would only increase the duration of Phase I of the relaunch. Since the transmission of the oldest RPMs can only be started after the completion of the SPA, the size of a segment can be chosen such that t PAE part = t SPA + δ V.

Anhand der vorangegangenen Betrachtungen wird ersichtlich, dass durch eine Minimierung der Zeitanteile tSPA, δV, tIDW und tTol sowohl die Zykluszeit reduziert als auch die Rechenleistung des Echtzeitsystems optimiert werden kann. Die Toleranzpause tTol kann nur verkürzt werden, indem die PESe mit präziseren UTC-synchronisierten Uhren ausgestattet werden. Die Zeit tIDW, die zur Übertragung der Identifikatoren des auszuführenden Prozessabschnitts und des nächsten Prozessabschnitts des zuletzt ausgeführten Rechenprozesses benötigt wird, kann nur durch eine höhere Bandbreite des Übertragungsmediums verkürzt werden. Um die Sequenzielle Prozess-Administration zu verkürzen, d.h. tSPA zu minimieren, wurde bereits ein spezielles Schaltungskonzept entwickelt. Dieses wird als 'Einheit zur Verwaltung von Echtzeitprozessen ohne asynchrone Unterbrechungen' bezeichnet.It can be seen from the above considerations that by minimizing the time components t SPA , δ V , t IDW and t Tol both the cycle time can be reduced and the computing power of the real-time system can be optimized. The t Tol tolerance break can only be shortened by equipping the PESs with more accurate UTC synchronized clocks. The time t IDW , which is required to transmit the identifiers of the process section to be executed and the next process section of the last executed computing process, can only be shortened by a higher bandwidth of the transmission medium. In order to shorten the sequential process administration, ie to minimize t SPA , a special circuit concept has already been developed. This is referred to as a unit for managing real-time processes without asynchronous sub refractions'.

Weiteres Optimieren der Leistungsmerkmale des Echtzeitsystems ist durch Beschleunigung der Bestimmung der ältesten Datenwörter, d.h. durch Minimieren von δV, möglich.Further optimizing the performance characteristics of the real-time system is possible by speeding up the determination of the oldest data words, ie by minimizing δ V.

2 Problem2 problem

Im Idealfall kann auf die ältesten Datenwörter der Prozessliste unmittelbar nach Abschluss der Sequenziellen Prozess-Administration (SPA), d.h. im ersten darauf folgenden Taktzyklus, zugegriffen werden. Hierfür müsste δV = 0 sein. Diese verzögerungsfreie Bestimmung der ältesten Datenwörter ist allerdings problematisch, da bis zum Abschluss der SPA Änderungen an den Datenwörtern der Prozessliste vorgenommen werden können. Bisher existiert kein zufriedenstellendes Konzept, welches

  • • die nUeberDW ältesten Datenwörter der Prozessliste nahezu verzögerungsfrei (d.h. δV ≈ 0) bestimmt,
  • • sich mit dem in Abschnitt 1.2 beschriebenen Konzept eines sicherheitsgerichteten Echtzeit-PESs effizient vereinen lässt, und
  • • mit einem akzeptablen Aufwand realisiert werden kann.
Ideally, the oldest data words of the process list can be accessed immediately after completing the Sequential Process Administration (SPA), ie the first subsequent clock cycle. For this, δ V = 0 would have to be. However, this delay-free determination of the oldest data words is problematic because changes to the data words in the process list can be made until the end of the SPA. So far, there is no satisfactory concept which
  • • the n overDW oldest data words of the process list are determined almost instantaneously (ie δ V ≈ 0),
  • • Can be efficiently combined with the concept of a safety-oriented real-time PES described in Section 1.2, and
  • • can be realized with an acceptable cost.

3 Lösung3 solution

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Menge an Datenwörtern bereits während ihrer sequenziellen Bereitstellung nach Altersklassen zu sortieren und somit bereits zwei Taktzyklen nach der Bereitstellung des letzten Datenwortes deren nach Altersklassen sortierte, sequenzielle Ausgabe zu ermöglichen. Die Datenwörter werden hierzu jeweils gepaart mit einem dein Datenwort zugeordneten Alterswert und synchron zu einem Takt T bereit gestellt.task The present invention is to already have a lot of data words while their sequential deployment by age group and thus already two clock cycles after the provision of the last one Data word whose sequential output sorted by age group to enable. The data words are each paired with a data word assigned to you Age value and synchronous to a clock T provided.

Dabei löst die Erfindung die in Abschnitt 2 beschriebene Problematik durch ein Schaltungskonzept mit den in den Patentansprüchen 1 bis 3 aufgeführten Merkmalen. Dieses Schaltungskonzept ermöglicht die in den nachfolgenden Abschnitten 3.1 und 3.2 beschriebene Arbeitsweise und bietet so ein vertretbares Optimum aus erreichter Verzögerung δV und gerätetechnischem Aufwand.The invention solves the problem described in section 2 by a circuit concept with the features listed in the claims 1 to 3. This circuit concept allows the operation described in the following sections 3.1 and 3.2 and thus provides an acceptable optimum from the achieved delay δ V and equipment expense.

3.1 Verwaltung der Altersvariablen3.1 Management of age variables

Im Rahmen der SPA liest die PVE alle Datenworte der Prozessliste nacheinander, nach Rechenprozessen geordnet aus und führt sie der Prozesszustandssteuerung (PZS) zu. Die PZS nutzt die so zugeführten Parametersätze der einzelnen Rechenprozesse, um mit Hilfe einer Logikschaltung für jeden Rechenprozess einen neuen Parametersatz zu bestimmen. Dieser wird anschließend wieder in der Prozessliste abgelegt. 6 veranschaulicht dies. Im linken Teil der Abbildung ist die PVE vereinfacht dargestellt. Das Steuerwerk generiert sowohl die Steuersignale und Adresswerte, die zum Lesen der Datenwörter aus der Prozessliste notwendig sind, als auch die, die anschließend zum Speichern der aktualisierten Datenwörter in die Prozessliste notwendig sind. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in 6 nur die Steuersignale dargestellt, die zum Verständnis notwendig sind.As part of the SPA, the PVE reads all the data words in the process list one after the other, sorted according to computational processes, and sends them to process state control (PZS). The PZS uses the parameter sets of the individual computation processes supplied in this way to determine a new parameter set for each computation process with the aid of a logic circuit. This is then stored again in the process list. 6 illustrates this. In the left part of the figure the PVE is simplified. The controller generates both the control signals and address values necessary for reading the data words from the process list and those subsequently necessary to store the updated data words in the process list. For clarity, in 6 only the control signals that are necessary for understanding.

Nachfolgend werden die Datenworte der Prozessliste (PL) mit PL-Datenwort bezeichnet; die Adresse, unter der ein PL-Datenwort in der PL abgelegt ist, wird mit PL-Adresse bezeichnet. Die PL speichert für jeden der nRP verwalteten Rechenprozesse einen Parametersatz bestehend aus nPS PL-Datenworten. Dementsprechend sind in der PL genau nDW = nRP·nPS PL-Datenwörter abgelegt.Hereinafter, the data words of the process list (PL) will be referred to as PL data word; the address under which a PL data word is stored in the PL is called the PL address. The PL stores a parameter set consisting of n PS PL data words for each of the n RP- managed computing processes. Accordingly, exactly n DW = n RP * n PS PL data words are stored in the PL.

Die Verwaltung der Altersvariableu wird durch das im rechten Teil von 6 gezeigte Schaltungskonzept integriert. Kernstück der Einheit zur Verwaltung der Altersvariablen (EVA) ist der Altersvariablenspeicher SA, welcher über zwei voneinander getrennte Zugriffsschnittstellen verfügt. Der Adressraum dieses Speicherbausteins entspricht dem der Speichbausteine, die zur Speicherung der PL verwendet werden. Für jedes PL-Datenwort speichert SA eine Altersvariable mit der Wortbreite WAV, und zwar unter der zugehörigen PL-Adresse. Dementsprechend können die Altersvariablen nur ganzzahlige positive Werte im Bereich 0 bis AVmax =

Figure 00140001
– 1 annehmen.The management of the age variable is determined by that in the right part of 6 integrated circuit concept integrated. The core of the age variable management unit (EVA) is the age variable memory S A , which has two separate access interfaces. The address space of this memory block corresponds to that of the memory blocks used to store the PL. For each PL data word, S A stores an age variable with the word width W AV , under the associated PL address. Accordingly, the age variables can only be integer positive values in the range 0 to AV max =
Figure 00140001
- accept 1.

Das Steuerwerk überträgt erst nPS PL-Datenworte an das Eingangsregister der PZS, bevor das erste aktualisierte PL-Datenwort aus dem Ausgangsregister der PZS wieder ausgelesen wird. Aus diesem Grund eilen die an die PZS übergebenen PL-Datenworte stets den aus der PZS ausgelesenen um nPS vor. Durch die FIFO-Speicherstruktur SFIFO wird diese Tatsache berücksichtigt, so dass Wertänderungen der PL-Datenworte durch einen einfachen Vergleich detektiert werden können. Die FIFO-Speicherstruktur SFIFO besitzt nPS Speicherstufen. Jedesmal, wenn das Steuerwerk die Übertragung eines PL-Datenwortes an die PZS veranlasst, wird das übertragene PL-Datenwort ebenfalls in SFIFO abgelegt. Jedesmal, wenn das Steuerwerk die Übertragung eines aktualisierten PL-Datenwortes von der PZS an die PL veranlasst, wird eines der in SFIFO abgelegten PL-Datenworte ausgelesen. Das so von SFIFO ausgegebene PL-Datenwort ist dem PL-Datenwort zugeordnet, das soeben in der PL abgelegt wurde, d.h., die beiden PL-Datenworte gehören ein und demselben Parameter eines Recheuprozesses an. Somit kann durch eine einfache Vergleichslogik V1 festgestellt werden, ob der Parameter geändert worden ist. Wird eine Änderung festgestellt, so wird der 2-auf-1-Multiplexer M1 so angesteuert, dass er den Alterswert '0' weiterleitet, welcher an seinem Eingang 1 konstant angelegt ist. Andernfalls leitet der Multiplexer M1 den an Eingang 0 anliegenden Alterswert weiter. Der Multiplexer M1 leitet den an Eingang 1 angelegten konstanten Alterswert '0' auch in dem Fall weiter, dass das aktuelle Verarbeitungsintervall das erste nach einem der UTC-synchronen Zeitpunkte ist, zu denen die Altersvariablen aller PL-Datenworte der Prozessliste auf '0' gesetzt werden sollen. Dies wird durch ein Oder-Gatter mit zwei Eingängen veranlasst, dessen Ausgang an den Steuereingang des Multiplexers M1 angelegt ist. An den ersten Eingang des Oder-Gatters ist das Ausgangssignal der Vergleichslogik V1 angeschlossen, an den zweiten Eingang ein vom Steuerwerk generiertes Signal, welches während des ersten Zyklusses nach einem der beschriebenen UTC-synchronen Zeitpunkte den logischen Wert '1' annimmt.The control unit transmits only n PS PL data words to the input register of the PZS before the first updated PL data word is read out again from the output register of the PZS. For this reason, the PL data words transferred to the PZS always hurry in front of the PS read out of the PZS. This fact is taken into account by the FIFO memory structure S FIFO , so that value changes of the PL data words can be detected by a simple comparison. The FIFO memory structure S FIFO has n PS memory stages. Each time the control unit causes the transmission of a PL data word to the PZS, the transmitted PL data word is also stored in S FIFO . Each time the control unit initiates the transmission of an updated PL data word from the PZS to the PL, one of the PL data words stored in S FIFO is read out. The thus outputted from S FIFO PL data word is associated with the PL data word that has just been stored in the PL, ie, the two PL data words belong to one and the same parameter of a Recheuprozesses. Thus it can be determined by a simple comparison logic V 1 , whether the parameter has been changed. If a change is detected, then the 2-to-1 multiplexer M 1 is controlled so that it forwards the age value '0', which is constant at its input 1. Otherwise, the multiplexer M 1 forwards the age value applied to input 0. The multiplexer M 1 forwards the constant age value '0' applied to input 1 also in the case that the current processing interval is the first one after one of the UTC synchronous times at which the age variables of all PL data words of the process list are set to '0'. should be set. This is caused by an OR gate with two inputs whose output is applied to the control input of the multiplexer M 1 . At the first input of the OR gate, the output of the comparison logic V 1 is connected to the second input a generated by the control unit signal, which assumes the logical value '1' during the first cycle after one of the described UTC synchronous times.

Die vom Steuerwerk generierte PL-Adresse, die bereits zum Speichern der von der PZS aktualisierten PL-Datenwörter in die PL verwendet wird, wird gleichzeitig zum Auslesen der dem PL-Datenwort zugehörigen Altersvariable genutzt. Die so ausgelesene Altersvariable wird einer Logikschaltung L1 zugeführt, die sie – sofern deren Wert kleiner als (AVmax – 1) ist – um eins inkrementiert und an den Eingang 0 des 2-auf-1-Multimplexers M1 weiterleitet. Andernfalls, d.h. wenn die Altersvariable größer oder gleich (AVmax – 1) ist, leitet L1 die Altersvariable unverändert an diesen Eingang von M1 weiter. Der Multiplexer M1 leitet wahlweise den von der Logikschaltung L1 ausgegebenen Alterswert oder den konstanten Alterswert '0' weiter. Der Ausgang des Multiplexers ist mit dem Eingang des Hilfsregisters HR3 verbunden. Darüber hinaus wird der Ausgang des Multiplexers M1 der zweiten Zugriffsschnittstelle des Speicherblocks SA zugeführt. Als Adresswert wird dieser Zugriffsschnittstelle der durch ein Hilfsregister HR1 um einen halben Takt verzögerte Adresswert angelegt, der bereits zum Auslesen der Altersvariablen über die Zugriffsschnittstelle 1 dient.The control unit generated PL address, which is already used to store the PL data words updated by the PZS into the PL, is simultaneously used to read out the age variable associated with the PL data word. The age variable thus read out is fed to a logic circuit L 1 , which - provided that its value is smaller than (AV max - 1) - increments by one and forwards it to the input 0 of the 2-to-1 multimplexer M 1 . Otherwise, ie if the age variable is greater than or equal to (AV max - 1), L 1 passes the age variable unchanged to this input of M 1 . The multiplexer M 1 optionally passes on the age value output by the logic circuit L 1 or the constant age value '0'. The output of the multiplexer is connected to the input of the auxiliary register HR 3 . In addition, the output of the multiplexer M 1 of the second access interface of the memory block S A is supplied. As an address value of this access interface is applied by an auxiliary register HR 1 delayed by half a clock address value, which already serves to read the age variable via the access interface 1.

Das Schaltungskonzept der EVA ist in der Lage, während der SPA den jeweils aktuellen Alterswert eines PL-Datenwortes mit einer Verzögerung von nur einem halben Taktzyklus zu bestimmen. Alle Schaltungskomponenten der PVE und der EVA verwenden ein gemeinsames Taktsignal T. Um das zeitliche Zusammenspiel von PVE und EVA zu erläutern, soll zunächst auf das Laden der Eingangsregister und das Auslesen der Ausgangsregister der PZS vertieft eingegangen werden.

  • • Übertragung der PL-Datenwörter von der PL zum Eingangsregister der PZS Um ein PL-Datenwort von der PL zum Eingangsregister der PZS zu übertragen, gibt das Steuerwerk der PVE zunächst die dem PL-Datenwort zugeordnete PL-Adresse bei einer Taktflanke von T aus. Die PPV nutzt diese PL-Adresse, um auf die PL zuzugreifen, und gibt bei der nächsten Taktflanke von T das zugehörige PL-Datenwort aus. Die PZS nutzt ebenfalls die PL-Adresse, um eine weitere Taktflanke von T später das PL-Datenwort in die zugehörigen Speicherstellen des Eingangsregisters zu übernehmen. Gleichzeitig übernimmt die SFIFO das PL-Datenwort. Durch die beschriebene Synchronisation anhand der Taktflanken werden Signallaufzeiten berücksichtigt. (Anmerkung: Um mit jedem Taktzyklus ein PL-Datenwort von der PPV an die PZS zu übertragen zu können, wird die PL-Adresse in der PZS für einen halben Taktzyklus zwischengespeichert. Das Steuerwerk braucht beim PL-Datenworttransfer von PPV zu PZS die PL-Adresse somit nur für die Dauer eines Taktzyklusses auszugeben.) Nachdem der Parametersatz eines Rechenprozesses vollständig an das Eingangsregister der PZS übergeben worden ist, bestimmt die PZS den aktualisierten Parametersatz des Rechenprozesses und legt diesen im Ausgangsregister ab. Dies geschieht innerhalb eines Taktzyklusses, so dass nach einer Verzögerung von nur einem Taktzyklus mit der Übertragung des Parametersatzes des nächsten Rechenprozesses begonnen werden kann. Um die Dauer der SPA zu reduzieren, wird das Eingangsregister der PZS bereits mit dem Parametersatz des nächsten Rechenprozesses geladen, während die aktualisierten PL-Datenwörter des vorigen Rechenprozesses aus dem Ausgangsregister der PZS ausgelesen werden.
  • • Übertragung der aktualisierten PL-Datenwörter von dem Ausgangsregister der PZS zur PL Um ein aktualisiertes PL-Datenwort vom Ausgangsregister der PZS zur PL zu übertragen, gibt das Steuerwerk der PVE zunächst die dem PL-Datenwort zugeordnete PL-Adresse bei einer Taktflanke von T aus. Diese Taktflanke wird nachfolgend mit TFl.a bezeichnet. Die PZS nutzt diese PL-Adresse, um die entsprechenden Datenbits des Ausgangsregisters zu adressieren, und gibt bei der nächsten Taktflanke TFl.b das zugehörige PL-Datenwort aus. Die PPV nutzt ebenfalls die PL-Adresse, um eine weitere Taktflanke später (TFl.c) schließlich das aktualisierte PL-Datenwort in der zugeordneten Speicherstelle der PL abzulegen. (Anmerkung: Um mit jedem Taktzyklus ein PL-Datenwort von der PZS an die PPV übertragen zu können, wird die PL-Adresse in der PPV für einen halben Taktzyklus zwischengespeichert. Das Steuerwerk braucht beim PL-Datenworttransfer von PZS zu PPV die PL-Adresse somit nur für die Dauer eines Taktzyklusses auszugeben.)
The circuit concept of the EVA is able to determine the current age value of a PL data word during the SPA with a delay of only half a clock cycle. All circuit components of the PVE and the EVA use a common clock signal T. In order to explain the temporal interaction of PVE and EVA, the loading of the input registers and the readout of the output registers of the PZS will first be examined in detail.
  • • Transmission of the PL data words from the PL to the input register of the PZS In order to transmit a PL data word from the PL to the input register of the PZS, the control unit of the PVE first outputs the PL address associated with the PL data word at a clock edge of T. The PPV uses this PL address to access the PL and, at the next clock edge of T, outputs the associated PL data word. The PZS also uses the PL address to take a further clock edge of T later the PL data word into the associated memory locations of the input register. At the same time, the S FIFO takes over the PL data word. Due to the described synchronization based on the clock edges signal propagation times are taken into account. (Note: In order to be able to transfer a PL data word from the PPV to the PZS with each clock cycle, the PL address is temporarily stored in the PZS for half a clock cycle. Thus, the address is only output for the duration of one clock cycle.) After the parameter set of a computation process has been completely transferred to the input register of the PZS, the PZS determines the updated parameter set of the computation process and stores it in the output register. This is done within a clock cycle, so that after a delay of only one clock cycle with the transmission of the parameter set of the next computational process can be started. To reduce the duration of the SPA, the input register of the PZS is already loaded with the parameter set of the next computation process, while the updated PL data words of the previous computation process are read from the output register of the PZS.
  • • Transmission of the updated PL data words from the output register of the PZS to the PL In order to transmit an updated PL data word from the output register of the PZS to the PL, the control unit of the PVE first outputs the PL address associated with the PL data word at a clock edge of T. , This clock edge is referred to below as T Fl.a. The PZS uses this PL address to address the corresponding data bits of the output register and outputs the associated PL data word at the next clock edge T Fl.b. The PPV also uses the PL address to eventually place the updated PL data word in the associated memory location of PL one more clock edge later (T Fl.c ). (Note: In order to be able to transfer a PL data word from the PZS to the PPV with each clock cycle, the PL address in the PPV is buffered for half a clock cycle.The control unit needs the PL address during PL data word transfer from PZS to PPV thus only for the duration of one clock cycle.)

Jedesmal, wenn das Steuerwerk der PVE eine neue PL-Adresse zur Übertragung der von der PZS aktualisierten PL-Datenwörter zur PL bei der Taktflanke TFl.a ausgibt, wird in der EVA folgende Verarbeitung iniziiert:

  • • Die PL-Adresse wird zur Adressierung des Altersvariablenspeichers SA verwendet, welcher bei der folgenden Taktflanke TFl.b die zugehörige Altersvariable ausgibt.
  • • Gleichzeitig wird durch die Taktflanke TFl.b die temporäre Speicherung der PL-Adresse in dem Hilfsregister HR1 veranlasst.
  • • Darüber hinaus gibt die FIFO-Speicherstruktur SFIFO bei der Taktflanke TFl.b einen der gespeicherten Werte aus.
  • • Anhand des von SA ausgegebenen Alterswertes, des von SFIFO ausgegebenen PL-Datenwortes und des vom Ausgangsregister der PZS (ebenfalls bei der Taktflanke TFl.b) ausgegebenen PL-Datenwortes bestimmen die Vergleichslogik V1, die Logikschaltung L1 und der Multiplexer M1 einen neuen Alterswert.
  • • Dieser wird nun bei der folgenden Taktflanke TFl.c in SA gespeichert, und zwar unter der Adresse, aus der zuvor die ursprüngliche Altersvariable ausgelesen wurde. Hierzu dient die in HR1 zwischengespeicherte PL-Adresse.
  • • Darüber hinaus übernehmen die Hilfsregister HR3 und HR2 bei der Taktflanke TFl.c den neuen Alterswert bzw. das zugehörige ETS-Datenwort, welches aus den aneinandergefügten Datenbits des PL-Datenwortes und dessen PL-Adresse besteht.
Each time the PVE control unit sends a new PL address to transfer the PL data words updated by the PZS to the PL at the Clock edge T Fl.a , the following processing is initiated in the EVA:
  • • The PL address is used to address the age variable memory S A , which outputs the associated age variable at the following clock edge T Fl.b.
  • At the same time, the temporary storage of the PL address in the auxiliary register HR 1 is initiated by the clock edge T Fl.b.
  • In addition, the FIFO memory structure S FIFO outputs one of the stored values at the clock edge T Fl.b.
  • On the basis of the age value output by S A , the PL data word output by S FIFO and the PL data word output by the output register of the PZS (also at the clock edge T Fl.b ), the comparison logic V 1 , the logic circuit L 1 and the multiplexer determine M 1 a new age value.
  • • This is now stored at the next clock edge T Fl.c in S A , and at the address from which the original age variable was previously read out. The PL address cached in HR 1 is used for this purpose.
  • In addition, the auxiliary registers HR 3 and HR 2 take over at the clock edge T Fl.c the new age value or the associated ETS data word, which consists of the joined data bits of the PL data word and its PL address.

Während der SPA stellen die Hilfsregister HR2 und HR3 somit die sequenziell verarbeiteten ETS-Datenworte und die zugehörigen Alterswerte bereit. Das nachfolgend beschriebene Schaltungskonzept verarbeitet die sequenziell bereitgestellten Daten und gibt anschließend, d.h. nach Abschluss der SPA, nahezu verzögerungsfrei die zugeführten ETS-Datenworte nach Altersklassen sortiert nacheinander aus.During the SPA, the auxiliary registers HR 2 and HR 3 thus provide the sequentially processed ETS data words and the associated age values. The circuit concept described below processes the data provided sequentially and then outputs the supplied ETS data words sorted by age group, one after the other, almost without delay, ie after completion of the SPA.

Bei dem in Abschnitt 1.1 beschriebenen Verfahren zum Kopieren der PL via SDS müssen die Altersvariablen, deren PL-Datenwörter in den SDS eingefügt werden, auf '0' zurück gesetzt werden. Dies geschieht mit Hilfe der Multiplexer M2 und M3. Zunächst leiten diese – wie bisher beschrieben – die von Hilfsregister HR1 um einen halben Takt verzögerte PL-Adresse bzw. den am Ausgang des Multiplexers M1 ausgegebenen Adresswert weiter (Phase A). Einen Taktzyklus nach Abschluss der SPA schalten die Multiplexer M2 und M3 jedoch um und leiten die von einer mit ETS-Ausleselogik (EAL) bezeichneten Einheit übergebenen 'ausgelesene PL-Adressen' bzw. den Alterswert '0' weiter (Phase B).In the procedure for copying the PL via SDS described in section 1.1, the age variables whose PL data words are inserted in the SDS must be reset to '0'. This is done with the help of the multiplexer M 2 and M 3 . First, these - as described so far - forward the PL address delayed by auxiliary register HR 1 by half a clock or the address value output at the output of multiplexer M 1 (phase A). One clock cycle after completion of the SPA, however, the multiplexers M 2 and M 3 switch over and pass on the 'read PL addresses' passed on by a unit designated by ETS (EAL) or the age value '0' (phase B).

3.2 Sortierung nach Altersklassen und sequenzielle Ausgabe3.2 Sorting by age group and sequential output

Das in 7 dargestellte Schaltungskozept sortiert die bereitgestellten ETS-Datenworte bereits während der SPA nach den zugehörigen Alterswerten und ermöglicht die nach Altersklassen sortierte Ausgabe wenige Taktzyklen nach Abschluss der SPA. Zu den Bestandteilen des Schaltungskonzeptes zählen die Zeiger-Register-Einheit (ZRE), die Einheit zur temporären Speicherung (ETS) und die ETS-Ausleselogik (EAL), welche im Rahmen eines Zweiphasenprozesses miteinander kooperieren. Die erste Phase, nachfolgend mit Phase A bezeichnet, startet genau einen Taktzyklus nach Beginn eines Verarbeitungsintervalls (bzw. Übertragungszyklusses) des PESs, Phase B beginnt einen Taktzyklus nach Abschluss der SPA (vgl. 11).This in 7 The circuit diagram shown sorts the provided ETS data words already during the SPA according to the associated age values and allows the sorted by age classes output a few clock cycles after completion of the SPA. The components of the circuit concept include the pointer register unit (ZRE), the temporary storage unit (ETS) and the ETS readout logic (EAL), which cooperate with each other in a two-phase process. The first phase, hereinafter referred to as phase A, starts exactly one clock cycle after the start of a processing interval (or transfer cycle) of the PES, phase B begins one clock cycle after completion of the SPA (cf. 11 ).

Um den Schaltungsaufwand zu minimieren, ist der zulässige Wertebereich der Altersvariablen in nAK Altersklassen eingeteilt. Die Nummer einer jeden Altersklasse wird durch WAK Binärstellen repräsentiert, d.h. die Klasse der jüngsten Alterswerte besitzt die Nummer 0, die Klasse der ältesten Alterswerte die Nummer (

Figure 00170001
– 1). Die Zuordnung eines Alterswertes zu einer Altersklasse ergibt sich aus den WAK höherwertigen Binärstellen der Altersvariable. Eine Ausnahme bildet der maximal darstellbare Wert AVmax, der keiner Altersklasse zugeordnet ist. Bei der Umwandlung der Alterswerte in Altersklassennummern wird stets ein zusätzliches Informationsbit generiert; handelt es sich bei dem ursprünglichen Alterswert um AVmax, so wird dieses Bit auf logisch '1' gesetzt; bei allen anderen Alterswerten wird ihm der Wert logisch '0' zugewiesen. Das bedeutet, der Wert AVmax wird schaltungstechnisch berücksichtigt, indem jeder Altersklassennummer ein zusätzliches Informationsbit zugeordnet ist, welches bei ungültigen Altersklassennummern den Wert logisch '1' besitzt.In order to minimize the circuit complexity, the permissible value range of the age variables is divided into n AK age classes. The number of each age group is represented by W AK binary digits, ie the class of the most recent age values has the number 0, the class of the oldest age values the number (
Figure 00170001
- 1). The assignment of an age value to an age group results from the W AK higher-order binary digits of the age variable. An exception is the maximum representable value AV max , which is not assigned to any age group. When converting the age values into age-class numbers, an additional informational bit is always generated; if the original age value is AV max , this bit is set to logical '1'; for all other age values, the value is given a logical '0'. This means that the value AV max is taken into account in terms of circuitry, in that each age class number is assigned an additional information bit which has the value logical '1' for invalid age class numbers.

Um das Verständnis zu erleichtern, wird dieses Informationsbit in den nachfolgenden Erklärungen nicht separat behandelt. Stattdessen werden die Altersklassennummern in den nachfolgenden Beschreibungen und Abbildungen als Zweierkomplementzahl aufgefasst, die WAK + 1 Binärstellen umfasst. Die höchstwertige Binärstelle wird durch das beschriebene Informationsbit gebildet, die anderen Binärstellen entsprechen den WAK höherwertigen Binärstellen der ursprüngliche Altersvariable. Dem Alterswert AVmax wird somit die Altersklassennummer '–1' als Zweierkomplementzahl zugeordnet; bei allen anderen Alterswerten entspricht der dezimale Wert der zugeordneten Zweierkomplementzahl der Nummer der zugehörigen Altersklasse.To facilitate understanding, this information bit is not dealt with separately in the following explanations. Instead, the age class numbers in the following descriptions and figures are interpreted as a two's complement number which includes W AK + 1 binary digits. The most significant binary position is formed by the information bit described, the other binary points correspond to the W AK high-order binary digits of the original age variable. The age value AV max is thus assigned the age class number '-1' as a two's complement number; for all other ages, the decimal value of the associated two's complement number corresponds to the number of the associated age group.

Um die Arbeitsweise des Schaltungskonzeptes nachvollziehbar beschreiben zu können, werden nachfolgend die wesentlichen Eigenschaften der oben genannten Schaltungskomponenten beschrieben. Detailliert wird der Aufbau der Komponenten später in Abschnitt 5.1 beschrieben.

  • • Zeiger-Register-Einheit Die ZRE enthält für jede Altersklasse je einen Registersatz. Jeder Registersatz umfasst je ein Register zur Speicherung eines Aktuellen Adresszeigers (AAZ), eines Vorherigen Adresszeigers (VAZ) und eines Informationsbits Altersklasse Aufgetreten (IAA). Darüber hinaus beinhaltet die ZRE einen ETS-Adresszähler (EAZ). Nachfolgend bezeichnet EAZ den Zählerstand. Der AAZ und der VAZ zeigen jeweils auf eine Adresse der ETS. Das IAA zeigt an, ob die dem Registersatz zugeordnete Altersklasse in der zuvor verarbeiteten Sequenz an Altersvariablen aufgetreten ist. Eine aus Multiplexern bestehende, digitale Logikschaltung bestimmt anhand der IAA aller Registersätze für jeden Registersatz die Nummer der nächst niedrigeren Altersklasse (NNA). NNA zeigt auf die nächst niedrigere Altersklasse, die in der zuvor verarbeiteten Sequenz an Altersvariablen aufgetreten ist. Ist keine niedrigere Altersklasse aufgetreten, so besitzt NNA den Wert '–1'. Dementsprechend ist NNA des Registersatzes der niedriegsten Altersklasse stets '–1', da keine niedrigere Altersklasse existiert. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wird in den 7 bis 10 die ZRE ohne die binären Register zur Speicherung der IAA dargestellt. Stattdessen zeigen die Abbildungen die anhand der IAA für jeden Registersatz bestimmte Nummer der nächst niedrigeren Altersklasse (NNA). Anhand der IAA aller Registersätze wird zudem die Nummer der höchsten aufgetretenen Alters klasse (HAA) bestimmt. HAA zeigt bei Abschluss der SPA die höchste Altersklasse an, die in der verarbeiteten Sequenz an Altersvariablen auftrat. In den 7 bis 10 ist HAA in der ZRE dargestellt.
  • • Einheit zur temporären Speicherung (ETS) Die ETS besteht im wesentlichen aus zwei Speicherbausteinen mit jeweils zwei voneinander unabhängigen Zugriffsschnittstellen. Über eine Zugriffsschnittstelle kann die ZRE schreibend zugreifen, über die andere die EAL lesend. Die ETS speichert jeweils einen ETS-Adresszeiger und ein ETS-Datenwort unter einer gemeinsamen Adresse – bezeichnet mit ETS-Speicheradresse – ab. Die Größe des Adressbereichs der ETS entspricht wenigstens der Größe des Adressbereichs der PL plus der Anzahl an Altersklassen minus eins (nDW + nAK – 1).
  • • ETS-Ausleselogik (EAL) Die ETS-Ausleselogik liest die in der ETS temporär gespeicherten ETS-Datenworte nach Altersklassen sortiert aus. Die am Ausgang bereit gestellten Daten können direkt in den SDS zur Übertragung der ältesten RPM eingefügt werden.
To describe the operation of the circuit concept comprehensible, the essential characteristics of the above-mentioned circuit components are described below. The structure of the components will be described in detail later in Section 5.1.
  • • Pointer register unit The ZRE contains a register file for each age group. Each register set includes one register each for storing a current address pointer (AAZ), a previous address pointer (VAZ), and an age-related occurrence (IAA) information bit. In addition, the ZRE includes an ETS address counter (EAZ). Subsequently, EAZ refers to the meter reading. The AAZ and the VAZ each point to an address of the ETS. The IAA indicates whether the age group associated with the register set has occurred in the previously processed sequence of age variables. A multiplexer digital logic circuit determines the number of the next lower age group (NNA) for each register set based on the IAA of all register sets. NNA points to the next lower age group that occurred in the previously processed sequence of age variables. If no lower age group has occurred, NNA has the value '-1'. Accordingly, NNA of the lowest age register set is always '-1' because there is no lower age group. For the sake of clarity, in the 7 to 10 the ZRE is represented without the binary registers storing the IAA. Instead, the figures show the number of the next lower age group (NNA) determined for each register set by the IAA. Based on the IAA of all register records, the number of the highest age group (HAA) has also been determined. At the conclusion of the SPA, HAA indicates the highest age group that appeared in the processed sequence of age variables. In the 7 to 10 HAA is represented in the ZRE.
  • • Temporary Storage Unit (ETS) The ETS consists essentially of two memory modules, each with two independent access interfaces. The ZRE can write access via one access interface, while reading the EAL via the other. The ETS stores in each case an ETS address pointer and an ETS data word at a common address - denoted by ETS memory address. The size of the address range of the ETS corresponds at least to the size of the address range of the PL plus the number of age groups minus one (n DW + n AK -1).
  • • ETS readout logic (EAL) The ETS readout logic reads the ETS data words temporarily stored in the ETS sorted by age group. The data provided at the output can be inserted directly into the SDS for transmission of the oldest RPM.

Phase A: Zu Beginn von Phase A, d.h. zu Beginn eines jeden Verarbeitungsintervalls (bzw. Übertragungsintervalls), wird der AAZ eines jeden Registersatzes der ZRE mit der Nummer der dem Registersatz zugeordneten Altersklasse initialisiert und die IAA werden auf logisch '0' zurückgesetzt. Letzteres bewirkt, dass sich sowohl für die NAA eines jeden Registersatzes als auch für die HAA der Wert '–1' ergibt. Gleichzeitig wird der EAZ auf die um eins inkrementierte Nummer der höchsten Altersklasse gesetzt (nAK + 1). Diese Situation ist in 7 veranschaulicht. In der Abbildung sind die Inhalte aller Speicherelemente, deren Anfangswerte für die weitere Verarbeitung belanglos sind und daher nicht zu Beginn von Phase A initialisiert werden, durch unbedeutend (unb.) gekennzeichnet. Zudem wird in der Abbildung vereinfachend von einer Einteilung in 6 Altersklassen ausgegangen; schaltungstechnisch ist es günstiger, wenn es sich bei der Anzahl an Altersklassen um eine Zweierpotenz handelt.Phase A: At the beginning of phase A, ie at the beginning of each processing interval (or transmission interval), the AAZ of each register set of the ZRE is initialized with the number of the age group associated with the register set and the IAAs are reset to logical '0'. The latter results in the value '-1' for both the NAA of each register set and the HAA. At the same time, the EAZ is set to the number of the highest age group incremented by one (n AK + 1). This situation is in 7 illustrated. In the figure, the contents of all memory elements whose initial values are irrelevant for further processing and therefore are not initialized at the beginning of phase A are indicated by insignificant (unb.). In addition, the figure assumes a simplification of a division into 6 age categories; In terms of circuitry, it is better if the number of age groups is a power of two.

In Phase A arbeiten die ZRE und die ETS wie folgt. Wie in Abschnitt 3.1 beschrieben, stellt die EVA während der SPA an ihren Ausgängen stets das aktuell verarbeitete ETS-Datenwort sowie den zugehörigen Alterswert bereit. Eine kombinatorische Logikschaltung bestimmt aus dem Alterswert unmittelbar die Altersklassennummer. Diese Altersklassennummer dient zur Auswahl des Registersatzes, dessen aktueller AAZ mit Hilfe eines Multiplexerbausteins an den Ausgang ETS-Speicheradresse geleitet wird. Der EAZ wird ebenfalls von der ZRE ausgegeben, und zwar am Ausgang ETS-Adresszeiger.In Phase A, the ZRE and the ETS operate as follows. As in section 3.1, the EVA will always put at their outputs during the SPA the currently processed ETS data word and the associated age value ready. A combinatorial logic circuit determines from the age value immediately the age class number. This age class number serves to select the register set, its current AAZ with the help of a Multiplexer to the output ETS memory address passed becomes. The EAZ is also issued by the ZRE on the Output ETS address pointer.

Mit der nächsten Taktflanke, d.h. einen halben Taktzyklus nachdem das aktuelle ETS-Datenwort von der EVA bereitgestellt wurde, werden im ausgewählten Registersatz der ZRE der aktuelle AAZ als neuer VAZ und der aktuelle EAZ als neuer AAZ übernommen. Darüber hinaus wird das IAA des ausgewählten Registersatzes gesetzt. Da die Register zur Speicherung von AAZ, VAZ und IAA ein retardiertes Ausgabeverhalten besitzen, werden die Änderungen allerdings erst einen weiteren halben Taktzyklus später an deren Ausgängen wirksam. Zu diesem Zeitpunkt wird darüber hinaus der EAZ um eins inkrementiert.With the next Clock edge, i. half a clock cycle after the current ETS data word provided by the EVA will be in the selected register set the ZRE the current AAZ as new VAZ and the current EAZ as new AAZ taken over. About that In addition, the IAA will be selected Register set set. Because the registers store AAZ, VAZ and IAA have a delayed output behavior, the changes are however, only another half clock cycle later at their outputs effective. In addition, the EAZ will be incremented by one at this point.

Parallel zu dieser Verarbeitung, d.h. ebenfalls einen halben Taktzyklus nachdem das aktuelle ETS-Datenwort von der EVA bereitgestellt wurde, speichert die ETS unter der Adresse, auf die die von der ZRE ausgegebene ETS-Speicheradresse zeigt, das aktuelle ETS-Datenwort und den von der ZRE ausgegebenen ETS-Adresszeiger.Parallel to this processing, i. also half a clock cycle after the current ETS data word provided by the EVA, the ETS stores at the address to which the ETS memory address issued by the ZRE points, the current ETS data word and the ETS address pointer output by the ZRE.

Die 8 und 9 illustrieren die Arbeitsweise von ZRE und ETS in Phase A, indem sie die Registerinhalte bei der schrittweisen Verarbeitung der ETS-Datenwortsequenz {DW A, DW B, DW C, DW D, DW E, DW F} zeigen. In dem Beispiel ergibt sich aus den Alterswerten der verarbeiteten Sequenz an ETS-Datenwörtern die Sequenz and Altersklassennummern {3, 1, 1, 4, 3, 1}, d.h. nur die Altersklassen 1, 3 und 4 treten auf. In diesem Fall zeigt die NNA des Registersatzes, der der Altersklasse 5 zugeordnet ist, nach Abschluss von Phase A auf die Altersklasse 4 und die NNA des Registersatzes, die der Altersklasse 4 zugeordnet ist, auf die Altersklasse 2. Nachdem das ETS-Datenwort F verarbeitet wurde, besitzt HAA den Wert 4. Es gibt insgesamt 6 Altersklassen.The 8th and 9 illustrate the operation of ZRE and ETS in phase A by showing the register contents in the stepwise processing of the ETS data word sequence {DW A, DW B, DW C, DW D, DW E, DW F}. In the example, the age sequence of the processed sequence of ETS data words is the sequence and age class sennummer {3, 1, 1, 4, 3, 1}, ie only the age groups 1, 3 and 4 occur. In this case, the NNA of the register set associated with the age group 5, after completion of phase A, points to the age group 4 and the NNA of the register set associated with the age group 4 to the age of 2. After the ETS data word F is processed HAA has the value 4. There are a total of 6 age groups.

Phase B: Einen Taktzyklus, nachdem die SPA abgeschlossen wurde, d.h. einen Taktzyklus, nachdem das letzte PL-Datenwort von der EVA bereitgestellt wurde, wird zur Phase B übergegangen, in der die zuletzt in der ETS gespeicherten ETS-Adresszeiger ersetzt werden. Hierzu werden mit dem durch HAA indizierten Registersatz beginnend all die Registersätze der ZRE, deren Altersklasse in der zuvor verarbeiteten Sequenz an ETS-Datenworten aufgetreten ist, nacheinander in abnehmender Reihenfolge abgearbeitet. Dabei wird jeweils mit dem gespeicherten VAZ die Speicherzelle von ETS adressiert, deren ETS-Zeigerwert durch den Wert von NNA ersetzt wird. 10 zeigt die Änderungen der ETS-Zeiger, die sich für das in den 8 und 9 gezeigte Beispiel ergeben. In dem Beispiel ist angenommen, dass die PL insgesamt nur 6 Datenwörter beinhaltet; bei einer realen technischen Realisierung speichert die PL wesentlich mehr Datenwörter.Phase B: One clock cycle after the SPA has been completed, ie one clock cycle after the last PL data word has been provided by the EVA, to phase B, where the last ETS address pointers stored in the ETS are replaced. For this purpose, starting with the register set indexed by HAA, all the register sets of the ZRE whose age class has occurred in the previously processed sequence of ETS data words are processed successively in decreasing order. In each case, the memory cell of ETS is addressed with the stored VAZ whose ETS pointer value is replaced by the value of NNA. 10 shows the changes to the ETS pointers that are in the 8th and 9 shown example. In the example, it is assumed that the PL contains only 6 data words in total; In a real technical implementation, the PL stores significantly more data words.

Bereits einen Taktzyklus nach Beginn von Phase B kann die EAL die in der ETS gespeicherten ETS-Datenworte nacheinander – nach Altersklassen geordnet, beginnend mit der höchsten (ältesten) Altersklasse – auslesen. Hierzu greift die EAL lesend über die jeweils zweite Zugriffsschnittstelle der beiden Speicherbausteine der ETS auf deren gespeicherte Daten zu. Die Nummer der höchsten auftretenden Altersklasse (HAA) kennzeichnet die Adresse eines der ältesten ETS-Datenworte, d.h. eines ETS-Datenwortes der höchsten Altersklasse. Diese Adresse wird zuerst ausgelesen. Das ausgelesene ETS-Datenwort, welches sich aus einem PL-Datenwort und dessen PL-Adresse zusammensetzt, kann direkt dem SDS zugefügt werden. Der ausgelesene ETS-Adresszeiger dient zur Adressierung beim nächsten lesenden Zugriff auf die Speicherbausteine der ETS. Dementsprechend würde die EAL bei dem in 10 gezeigten Beispiel die ETS-Datenworte in der Reihenfolge D, A, E, B, C, F auslesen und dem SDS zufügen.Already one clock cycle after the start of phase B, the EAL can read out the ETS data words stored in the ETS in succession - sorted by age group, starting with the highest (oldest) age group. For this purpose, the EAL accesses the stored data via the respective second access interface of the two memory modules of the ETS. The number of the highest occurring age group (HAA) identifies the address of one of the oldest ETS data words, ie an ETS data word of the highest age group. This address is read out first. The read-out ETS data word, which is composed of a PL data word and its PL address, can be added directly to the SDS. The read ETS address pointer is used to address the next read access to the memory blocks of the ETS. Accordingly, the EAL at the in 10 example shown, the ETS data words in the order D, A, E, B, C, F read and add to the SDS.

In Phase B werden durch das Ersetzen der ETS-Adresszeiger die in der ETS abgelegten ETS-Datenwörter quasi zu einer Kette verbunden. Die EAL muss mit dem Auslesen der ETS allerdings nicht warten, bis das Ersetzen abgeschlossen ist. Da mit Beginn von Phase A an mit jedem Taktzylus ein ETS-Adresszeiger ersetzt wird, die EAL jedoch erst einen Taktzyklus nach Beginn von Phase B beginnt, mit jedem Taktzyklus ein ETS-Datenwort auszulesen, ist stets gewährleistet, dass eine gegebenenfalls notwendige Ersetzung bereits durchgeführt worden ist, bevor die EAL auf die zugehörige Adresse zugreift.In Phase B is replaced by replacing the ETS address pointers in the ETS stored ETS data words almost connected to a chain. The EAL must with the read out of the ETS, however, do not wait for the replacement to complete. Since with the beginning of phase A on with each Taktzylus an ETS address pointer replaced, but the EAL only one clock cycle after the beginning of Phase B begins to read an ETS data word with each clock cycle always ensured any necessary replacement has already been carried out is before the EAL on the associated Address accesses.

4 Erreichte Vorteile4 Achieved benefits

Mittels der in den Patentansprüchen 1 bis 3 aufgeführten Merkmale minimiert die Erfindung die Verzögerung δV, die sich bei herkömmlichen Verfahren bei der Bestimmung der nUeberDW ältesten Datenworte im Anschluss an die SPA ergibt, bevor die nach Alterklassen sortierte Ausgabe beginnen kann. Wie in Abschnitt 1.3 diskutiert, können durch die Minimierung von δV die Leistungsmerkmale des Echtzeitsystems optimiert werden. Die verbleibende Verzögerung δV beträgt weniger als drei Verarbeitungstakte. Da dieser Wert – im Vergleich zu den traditionellen software-basierten Sortierungsverfahren – als vernachlässigbar klein angesehen werden kann, wurde in der Bezeichung der Erfindung die Formulierung 'nahezu verzögerungsfrei' gewählt.By means of the features set forth in claims 1 to 3, the invention minimizes the delay δ V which results in the determination of the n overDW oldest data words following the SPA in conventional methods before the output sorted by age classes can begin. As discussed in Section 1.3, minimizing δ V can optimize the performance of the real-time system. The remaining delay δ V is less than three processing cycles. Since this value - compared to the traditional software-based sorting method - can be regarded as negligible, in the name of the invention, the formulation 'almost delay-free' was chosen.

5 Ausführungsbeispiel5 embodiment

Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben.in the Below is an embodiment of the Invention closer described.

5.1 Aufbau der Schaltungskomponenten5.1 Structure of the circuit components

Nachdem im vorangegangenen Abschnitt die Arbeitsweise des Schaltungskonzepts beschrieben wurde, wird in diesem Abschnitt detailliert auf den schaltungstechnischen Aufbau der Zeiger-Register-Einheit (ZRE), der Einheit zur temporären Speicherung (ETS) und der ETS-Ausleselogik (EAL) eingegangen.After this in the previous section the operation of the circuit concept is described in detail in this section on the Circuit design of the Pointer Register Unit (ZRE), the unit for temporary storage (ETS) and the ETS readout logic (EAL).

5.1.1 Steuersignale5.1.1 Control signals

Um die nachfolgenden Erklärungen möglichst verständlich gestalten zu können, werden zunächst einige Steuersignale erläutert. Die hier genannten Ausrichtungen der Steuersignale (logisch '1'/'0'; positive/negative Taktflanke) beziehen sich auf die nachfolgenden Beschreibungen; die schaltungstechnische Realisierung der Steuersignale kann auch invertiert arbeiten. Die Steuersignale werden zumeist vom Steuerwerk der PVE bereit gestellt, teilweise aber auch von den verwendenden Schaltungsteilen selbst generiert. 11 veranschaulicht die nachfolgenden Beschreibungen.To make the following explanations as understandable as possible, some control signals are first explained. The orientations of the control signals mentioned here (logical '1' / '0', positive / negative clock edge) refer to the following descriptions; the circuitry implementation of the control signals can also work inverted. The control signals are usually provided by the control unit of the PVE, but in part also generated by the using circuit parts themselves. 11 illustrates the following descriptions.

Alle Schaltungskomponenten verwenden das gemeinsame Taktsignal T. Als Beginn eines Taktzyklusses wird die positive Taktflanke von T betrachtet. Der Beginn eines Verarbeitungsintervalls fällt stets mit einer positiven Taktflanke von T zusammen.All circuit components use the common clock signal T. As the beginning of a clock cycle, the positive clock edge of T is considered. The beginning of a processing interval falls always with a positive clock edge of T together.

Das Impulssignal SIntervallbeginn signalisiert den Beginn eines Verarbeitungsintervalls (bzw. Übertragungszyklusses). Wie aus 11 ersichtlich, ist es im ersten Taktzyklus eines Verarbeitungsintervalls logisch '1', ansonsten '0'. Demgegenüber signalisiert das Impulssignal SSPAabgeschlossen, dass die SPA soeben abgeschlossen wurde. Es ist im ersten Taktzyklus nach Abschluss der SPA logisch '1'. Da die SPA gleich zu Beginn eines Verarbeitungsintervalls gestartet wird, stellt die EVA bereits nach wenigen Taktzyklen das erste ETS-Datenwort sowie den zugehörigen Alterswert bereit. Die weiteren ETS-Datenworte und Alterswerte werden in den folgenden Taktzyklen ausgegeben. Das Signal SNeuesDatenwort, welches vom Steuerwerk der PVE generiert wird, signalisiert, dass zu Beginn des aktuellen Taktzyklusses ein neues ETS-Datenwort von der EVA bereit gestellt wurde. Im ersten Taktzyklus nach Bereitstellung eines neuen ETS-Datenwortes besitzt es den Wert logisch '1', ansonsten '0'. Wie 11 zeigt, muss nicht mit jedem neuen Taktzyklus ein neues ETS-Datenwort bereitgestellt werden. Die Ausgabe eines neuen ETS-Datenwortes fällt stets mit einer positiver Taktflanke von T zusammen.The pulse signal S Interval start signals the beginning of a processing interval (or transmission cycle). How out 11 As can be seen, it is logic '1' in the first clock cycle of a processing interval, otherwise '0'. In contrast, the pulse signal S SPAabgeschlossen signals that the SPA has just been completed. It is logical '1' in the first clock cycle after completion of the SPA. Since the SPA is started at the beginning of a processing interval, the EVA provides the first ETS data word and the corresponding age value after only a few clock cycles. The other ETS data words and age values are output in the following clock cycles. The signal S New data word , which is generated by the control unit of the PVE, signals that a new ETS data word was provided by the EVA at the beginning of the current clock cycle. In the first clock cycle after provision of a new ETS data word, it has the value logical '1', otherwise '0'. As 11 shows, a new ETS data word does not have to be provided with every new clock cycle. The output of a new ETS data word always coincides with a positive clock edge of T.

5.1.2 Zeiger-Register Einheit5.1.2 Pointer Register unit

12 zeigt den schaltungstechnischen Aufbau der Zeiger-Register-Einheit (ZRE). Zu den wesentlichen Schaltungskomponten zählen der ETS-Adresszähler (EAZ), die Konvertierungslogik (K1), die kaskadierten Registersätze 0 bis (nAK – 1), der Ausgabemultiplexer (M7) und die Ersetzungslogik (EL). 12 shows the circuitry of the Pointer Register Unit (ZRE). The essential circuit components include the ETS address counter (EAZ), the conversion logic (K 1 ), the cascaded register sets 0 to (n AK -1), the output multiplexer (M 7 ) and the replacement logic (EL).

Der ETS-Adresszähler: Der ETS-Adresszähler (EAZ) besteht aus einer gewöhnlichen digitalen Zählerschaltung. Der Zähler besitzt wenigstens so viele Binärstellen, dass er den Zahlenbereich von nAK bis (nDW + nAK – 1) dual darstellen kann. Ist das Eingangssignal SIntervallbeginn bei einer negativen Taktflanke von T logisch '1', so wird – unabhängig vom Eingangssignal SNeuesDatenwort – der Zähler auf den Wert nAK gesetzt. Wenn bei einer negativen Taktflanke von T das Signal SNeuesDatenwort logisch '1' ist und SIntervallbeginn logisch '0', wird der Zähler um eins inkrementiert. Wurde der Zählerstand bei einer negativen Taktflanke von T geändert, so wird der neue Zählerstand erst bei der nächsten positiven Taktflanke von T ausgegeben (retardiertes Ausgabeverhalten).The ETS address counter: The ETS address counter (EAZ) consists of a common digital counter circuit. The counter has at least as many binary digits that it can represent the numerical range from n AK to (n DW + n AK - 1) dual. If the input signal S beginning of interval at a negative clock edge of T is logic '1', the counter is set to the value n AK , regardless of the input signal S New data word . If, on a negative clock edge of T, the S new data word signal is logic '1' and S interval start logic '0', the counter is incremented by one. If the count was changed on a negative clock edge of T, the new counter reading will not be output until the next positive clock edge of T (delayed output behavior).

Der ausgegebene Zählerstand besitzt das Format eines ETS-Adresszeigers. Ein ETS-Adresszeiger besteht aus dem eigentlichen Adresswert und einem Informationsbit, welches nur bei gültigen Adresszeigern den Wert logisch '0' besitzt. Ein ETS-Adresszeiger ist gültig, wenn der zugehörige Adresswert auf eine vorhandene Speicheradresse der ETS hinweist. Der Adresswert umfasst wenigstens WEAW = ⌈log2(nDW + nAK – 1)⌉ Binärstellen. Um die Erklärungen möglichst übersichtlich zu gestalten, wird das Informationsbit im nachfolgenden Text nicht gesondert behandelt. Stattdessen werden die ETS-Adresszeiger im nachfolgenden Text als Zweierkomplemtzahl mit WEAW + 1 Binärstellen aufgefasst. Die höchstwertige Binärstelle wird durch das Informationsbit gebildet, die anderen Binärstellen entsprechen den WEAW höherwertigen Binärstellen des Adresswertes, d.h. der eigentliche Adresswert und das Informationsbit werden zu einer Zweierkomplementzahl verschmolzen. Ungültige ETS-Adresszeiger werden somit durch negative Adresswerte, z. B. '–1', repräsentiert.The output meter reading has the format of an ETS address pointer. An ETS address pointer consists of the actual address value and an information bit which has the value logical '0' only for valid address pointers. An ETS address pointer is valid if the associated address value indicates an existing memory address of the ETS. The address value comprises at least W EAW = ⌈ log 2 (n DW + n AK -1) ⌉ binary digits. In order to make the explanations as clear as possible, the information bit in the following text is not treated separately. Instead, the ETS address pointers in the following text are construed as a two's complement with W EAW + 1 binary digits. The most significant binary position is formed by the information bit, the other binary points correspond to the W EAW higher-order binary digits of the address value, ie the actual address value and the information bit are merged to a two's complement number. Invalid ETS address pointers are thus affected by negative address values, e.g. B. '-1' represented.

Die Konvertierungslogik: Die Konvertierungslogik (K1) wandelt die von der EVA an die ZRE übergebenen Alterswerte in Altersklassennummern um. Wie in Abschnitt 3.2 beschrieben, werden die Altersklassennummern durch eine Zweierkomplementzahl mit WAK + 1 Binärstellen dargestellt. Bei der Umwandlung der Alterswerte 0 bis (AVmax – 1) wird die jeweilige Altersklassennummer aus den WAK höchstwertigen Binärstellen des dual kodierten Alterswertes zuzüglich einer vorangestellten binären '0' gebildet. Der Alterswert AVmax wird in die Altersklassennummer '–1' überführt, d.h. alle Binärstellen der Zweierkomplementzahl werden auf logisch '1' gesetzt.The Conversion Logic: The conversion logic (K 1 ) converts the age values passed from the EVA to the ZRE into age class numbers. As described in section 3.2, the age class numbers are represented by a two's complement number with W AK + 1 binary digits. When converting the age values 0 to (AV max - 1), the respective age class number is formed from the W AK most significant binary digits of the dual coded age value plus a leading binary '0'. The age value AV max is transferred to the age class number '-1', ie all binary digits of the two's complement number are set to logical '1'.

Die kaskadierten Registersätze: Die ZRE besitzt je einen Registersatz für jede der nAK Altersklassen. Jedem Registersatz ist eine Alterklassennummer i zugeordnet, wobei 0 ≤ i ≤ (nAK – 1). Im nachfolgenden Text sowie in 12 wird statt (nAK – 1) vereinfacht n geschrieben. Zu den wesentlichen Komponenten eines Registersatzes i gehören

  • • eine Zugriffslogik Zi,
  • • je ein Register zur Speicherung eines Aktuellen Adresszeigers (AAZi), eines Vorherigen Adresszeigers (VAZi) und eines Informationsbits Altersklasse Aufgetreten (IAAi)
  • • sowie drei Multiplexer M4.i, M5.i und M6.i.
The cascaded register sets: The ZRE has one register set for each of the n AK age groups. Each register set is assigned an age class number i, where 0 ≤ i ≤ (n AK -1). In the following text as well as in 12 is written instead of (n AK - 1) simplified n. The essential components of a register file i belong
  • An access logic Z i ,
  • • one register each for storing a current address pointer (AAZ i ), a previous address pointer (VAZ i ) and an information bit age group Occurrence (IAA i )
  • • as well as three multiplexers M 4.i , M 5.i and M 6.i.

Die Zugriffslogik Zi beinhaltet eine kombinatorische Logik zur Überprüfung von zwei Altersklassennummern auf Äquivalenz. Dieser Logik wird sowohl die von der Konvertierungslogik K1 ausgegebene Altersklassennummer als auch die Altersklassennummer i des Registersatzes zugeführt. Bei Gleichheit gibt die Logik den Wert logisch '1' aus; anderfalls ist dessen Ausgangssignal logisch '0'. Dieses binäre Signal wird mit dem Signal SNeuesDatenwort logisch Und-verknüpft, bevor es an den Ausgang der Zugriffslogik weitergeleitet wird. Das binäre Ausgangssignal der Zugriffslogik Zi ist somit nur logisch '1', wenn der von der EVA an die ZRE übergebene Alterswert der dem Registersatz zugeordneten Altersklasse angehört und gleichzeitig das Impulssignal SNeuesDatenwort logisch '1' ist.The access logic Z i includes a combinatorial logic for checking two age class numbers for equivalence. This logic is supplied both the age class number output by the conversion logic K 1 and the age class number i of the register set. If equal, the logic outputs the value logical '1'; otherwise, its output signal is logic '0'. This binary signal is logically ANDed with the signal S NewDataWord before it is passed to the output of the access logic. The binary output signal of the access logic Z i is thus only logical '1' if the age value transmitted by the EVA to the ZRE belongs to the age group assigned to the register set and at the same time the pulse signal S new data word is logical '1'.

Die Register AAZi, VAZi und IAAi besitzen jeweils vier Eingänge und einen Ausgang mit den Bezeichnungen Dateneingang (DE), Datenausgang (DA), Speichern (Sp), Vorgabewert (VW) und Rücksetzen (R). Besitzt Sp während einer negativen Taktflanke von T den Wert logisch '1', so übernimmt das Register den an DE anliegenden Wert. Wenn R während einer negativen Taktflanke von T auf logisch '1' gesetzt ist, so übernimmt das Register in jedem Fall, d.h. auch wenn an Sp ebenfalls logisch '1' angelegt ist, den an VW anliegender Wert. Wird der Registerinhalt von AAZi, VAZi oder IAAi bei einer negativen Taktflanke von T geändert, so wird der neue Inhalt erst bei der nächsten positiven Taktflanke von T am Ausgang DA ausgegeben (retardiertes Ausgabeverhalten).The registers AAZ i , VAZ i and IAA i each have four inputs and one output with the names data input (DE), data output (DA), store (Sp), default value (VW) and reset (R). If Sp has the value logical '1' during a negative clock edge of T, the register adopts the value applied to DE. If R is set to logical '1' during a negative clock edge of T, the register assumes the value applied to VW in any case, ie even if logic '1' is also applied to Sp. If the register contents of AAZ i , VAZ i or IAA i are changed on a negative clock edge of T, the new content will not be output until the next positive clock edge of T at output DA (delayed output behavior).

Das Register AAZi dient zur Speicherung von ETS-Adresszeigern und umfasst daher WEAW Binärstellen (Ein zusätzliches Informationbit, dass die Gültigkeit des ETS-Adresswerts anzeigt, muss nicht abgespeichert werden, da die übergebenen Werte stets gültig sind.). An seinem Eingang VW ist die dem Registersatz zugeordnete Altersklassennummer i angeschlossen, an den Eingang R das Signal SIntervallbeginn Dementsprechend werden zu Beginn eines jeden Verarbeitungsintervalls alle Register AAZi auf die jeweilig zugeordnete Alterklassennummber i gesetzt. Am Eingang DE liegt EAZ an und an den Eingang Sp ist das binäre Ausgangssignal der Zugriffslogik Zi angeschlossen. Folglich übernimmt das Register AAZi zum Zeitpunkt einer negativen Taktflanke von T den EAZ, wenn zu diesem Zeitpunkt der von der EVA an die ZRE übergebene Alterswert der dem Registersatz i zugeordneten Altersklasse angehört und SNeuesDatenwort den Wert logisch '1' besitzt.The register AAZ i is used to store ETS address pointers and therefore includes W EAW binary digits (An additional information bit indicating the validity of the ETS address value does not have to be stored since the values transferred are always valid.). At its input VW, the age group number i associated with the register set is connected, and at the input R the signal S Interval beginning. Accordingly, at the beginning of each processing interval , all registers AAZ i are set to the respective assigned age class number i. EAZ is present at the input DE and the binary output signal of the access logic Z i is connected to the input Sp. Consequently, at the time of a negative clock edge of T, the register AAZ i adopts the EAZ, if at this time the age value transmitted by the EVA to the ZRE belongs to the age group assigned to the register set i and S new data word has the value logical '1'.

Das Register VAZi dient ebenfalls zur Speicherung von ETS-Adresswerten und umfasst daher auch WEAW Binärstellen (Ein zusätzliches Informationbit, dass die Gültigkeit des ETS-Adresswerts anzeigt, muss nicht abgespeichert werden, da die übergebenen Werte stets gültig sind.). Da der Registerinhalt zu Intervallbeginn für die weitere Verarbeitung belanglos sind, ist Eingang VW in 12 zwecks besserer Übersichtlichkeit nicht beschaltet und an den Eingang R ist permanent logisch '0' angelegt. Am Eingang DE liegt der Ausgang DA von AAZi an und an den Eingang Sp ist das binäre Ausgangssignal der Zugriffslogik Zi angeschlossen. Folglich übernimmt das Register VAZi zum Zeitpunkt einer negativen Taktflanke von T den von AAZi ausgegebenen Wert, wenn zu diesem Zeitpunkt der von der EVA an die ZRE übergebene Alterswert der dem Registersatz i zugeordneten Altersklasse angehört und SNeuesDatenwort den Wert logisch '1' besitzt.The register VAZ i is also used to store ETS address values and therefore also includes W EAW binary digits (An additional information bit that indicates the validity of the ETS address value does not have to be stored since the values transferred are always valid.). Since the register contents at the beginning of the interval are irrelevant for further processing, input VW is in 12 For the sake of better clarity, it is not connected and logic '0' is permanently applied to the input R. At the input DE, the output DA of AAZ i is applied and to the input Sp, the binary output signal of the access logic Z i is connected. Consequently, at the time of a negative clock edge of T, register VAZ i adopts the value output by AAZ i , if at this time the age value transmitted by the EVA to the ZRE belongs to the age group associated with register set i and S new data word has the value logical '1' ,

Die in Register IAAi gespeicherte binäre Information zeigt an, ob im aktuellen Verarbeitungsintervall seit dem Rücksetzen auf den Vorgabewert in den Registern AAZi und VAZi des Registersatzes i bereits neue Werte gespeichert wurden, d.h. ob die dem Registersatz zugeordnete Altersklasse in der bisher verarbeiteten Sequenz an ETS-Dateuwörtern bereits aufgetreten ist. An den Registereingang VW ist permanent logisch '0' angelegt, an den Eingang R ist das Signal SIntervallbeginn angeschlossen. Dementsprechend werden zu Beginn eines jeden Verarbeitungsintervalls alle Register IAAi auf logisch '0' zurückgesetzt. Am Eingang DE liegt permanent logisch '1' an und an den Eingang Sp ist das binäre Ausgangssignal der Zugriffslogik Zi angeschlossen. Folglich wird das Register IAAi zum Zeitpunkt einer negativen Taktflanke von T auf den Wert logisch '1' gesetzt, wenn zu diesem Zeitpunkt der von der EVA an die ZRE übergebene Alterswert der dem Registersatz i zugeordneten Altersklasse angehört und SNeuesDatenwort den Wert logisch '1' besitzt.The binary information stored in register IAA i indicates whether new values have already been stored in the registers AAZ i and VAZ i of register set i in the current processing interval since the reset to the default value, ie whether the age group assigned to the register set is in the sequence processed so far has already occurred on ETS file words. To the register input VW is permanent logic '0' applied to the input R signal S is connected interval start. Accordingly, at the beginning of each processing interval, all registers IAA i are reset to logic '0'. Logically '1' is permanently applied to the input DE and the binary output signal of the access logic Z i is connected to the input Sp. Consequently, the register IAA i is set to the logical '1' value at the time of a negative clock edge of T if at this time the age value passed from the EVA to the ZRE belongs to the age group associated with the register set i and S new data word is logical '1 owns.

Der 2-auf-1-Multiplexer M4.i wird so angesteuert, dass während Phase A sein Eingang A und während Phase B sein Eingang B weitergeleitet wird. Während Phase A leitet er den Ausgang DA von AAZi an den Eingang Ii des Ausgabemultiplexers M7 weiter, während Phase B den Ausgang DA von VAZi.The 2-to-1 multiplexer M 4.i is controlled so that its input A is forwarded during phase A and its input B during phase B. During phase A, it passes the output DA of AAZ i to the input I i of the output multiplexer M 7 , while phase B passes the output DA of VAZ i .

An den Steuereingang des 2-auf-1-Multiplexers M6.i eines jeden Registersatzes i ist der Ausgang DA des Registers IAAi angeschlossen. Wenn der Ausgang DA von IAAi logisch '1' ist, leitet M6.i die dem Registersatz zugeordnete Altersklassennummer im Format eines ETS-Adresszeigers weiter. Im anderen Fall leitet der Multiplexer M6.i das an seinem Eingang 0 anliegende Signal weiter. Bei den Registersätzen der Altersklassen 1 bis (nAK – 1) ist an Eingang 0 des Multiplexers M6.i jeweils das Ausgangssignal des Multiplexers M4.i-1, welcher dem Registersatz mit der nächst niedrigeren Altersklassennummer angehört, angeschlossen. Bei dem Registersatz der Altersklasse 0 ist an Eingang 0 des Multiplexers M6.0 die Altersklassennummer '–1' im Format eines ETS-Adresszeigers angelegt. Wie zuvor beschrieben, weist dieser als Zweierkomplement dargestellte Wert auf einen nicht gültigen ETS-Adresszeiger hin.The output DA of the register IAA i is connected to the control input of the 2-to-1 multiplexer M 6.i of each register set i. If the output DA of IAA i is logic '1', M 6.i forwards the age class number associated with the register set in the format of an ETS address pointer . In the other case, the multiplexer M 6.i forwards the signal present at its input 0. Regarding the register sets of the age groups 1 to (n AK -1), the output signal of the multiplexer M 4.i-1 , which belongs to the register set with the next lower age class number, is connected to input 0 of the multiplexer M 6.i. With the register set of age group 0, the age class number '-1' in the format of an ETS address pointer is applied to input 0 of the multiplexer M 6.0 . As previously described, this two's complement value indicates an invalid ETS address pointer.

Diese kaskadierte Verschaltung der Multiplexer M6.i bewirkt, dass jeweils am Eingang 0 der Multiplexer M6.i die Nummer der Nächst Niedrigeren Altersklasse (NNAi) anliegt. NNAi des Registersatzes i zeigt stets die nächst niedrigere Altersklasse an, die seit Intervallbeginn in der bisher verarbeiteten Sequenz an Alterswerten auftrat. Darüber hinaus bewirkt diese kaskadierte Verschaltung, dass am Ausgang des Multiplexers M6.n des Registersatzes der höchsten Altersklasse (nAK – 1) die Nummer der höchsten aufgetretenen Altersklasse (HAA) abgegriffen werden kann. Die HAA wird von der ZRE an die EAL übergeben. Dabei ist zu beachten, dass die übergebene HAA nur nach Abschluss der SPA konstant und daher nur während Phase B gültig ist.This cascaded interconnection of the multiplexer M 6.i causes each of the input 0 of the multiplexer M 6.i the number of the next lower age group (NNA i ) is present. NNA i of the register file i always indicates the next lower age group that has occurred in the previously processed sequence of age values since the beginning of the interval. In addition, this cascaded connection causes the number of the highest age group (HAA) that has occurred at the output of the multiplexer M 6.n of the register set of the highest age group (n AK -1) to be tapped. The HAA is handed over by the ZRE to the EAL. It should be noted that the transferred HAA is only valid after completion of the SPA and therefore only during phase B.

Bei jedem Registersatz wird der am Eingang 0 des Multiplexers M6.i anliegende Wert ebenfalls an einen der beiden Eingänge des Multiplexers M5.i übergeben, so dass die NNAi vom Multiplexer M5.i weitergeleitet werden kann. Der 2-auf-1-Multiplexer M5.i wird so angesteuert, dass während Phase A sein Eingang A und während Phase B sein Eingang B weitergeleitet wird. Während Phase A leitet er den EAZ an den Eingang IIi des Ausgabemultiplexers M7 weiter, während Phase B die Nummer der NNA.For each register set, the value applied to the input 0 of the multiplexer M 6.i is likewise transferred to one of the two inputs of the multiplexer M 5.i , so that the NNA i can be forwarded by the multiplexer M 5.i. The 2-to-1 multiplexer M 5.i is controlled so that its input A is forwarded during phase A and its input B during phase B. During phase A, it passes the EAZ to the input II i of the output multiplexer M 7 , while phase B forwards the number of the NNA.

Der Ausgabemultiplexer: Der Ausgabemultiplexer M7 besitzt nAK + 1 Eingangspaare bestehend jeweils aus einem Eingang Ii und einem Eingang IIi. Jedem Eingangspaar ist eine Altersklassennummer i zugeordnet, wobei –1 ≤ i ≤ n = (nAK – 1). Der Steuereingang besitzt das Format einer Altersklassennummer, d.h. an ihm wird eine Zahl in Zweierkomplementdarstellung im Zahlenbereich –1 ≤ i ≤ n angelegt. Der Ausgabemultiplexer leitet stets die beiden Eingänge des Eingangspaares an seine beiden Ausgänge I und II weiter, dessen zugeordnete Altersklassennummer dem am Steuereingang s anliegenden Wert entspricht.The output multiplexer: The output multiplexer M 7 has n AK + 1 input pairs each consisting of an input I i and an input II i . Each input pair is assigned an age class number i, where -1 ≤ i ≤ n = (n AK -1). The control input has the format of an age class number, ie a number in two's complement representation in the number range -1 ≦ i ≦ n is applied to it. The output multiplexer always forwards the two inputs of the input pair to its two outputs I and II, whose associated age class number corresponds to the value applied to the control input s.

An den Eingangspaaren mit den Altersklassennummern 0 bis n sind jeweils die Ausgänge der Multiplexer M4.i und M5.i angeschlossen, und zwar so, dass der Ausgang des Multiplexers M4.i mit dem Eingang Ii von M7 und der Ausgang von M5.i mit dem Eingang IIi von M7 verbunden ist. An den Eingang II–1 des Ausgabemultiplexers M7 ist permanent der Wert '–1' im Format eines ETS-Adresszeigers angelegt, der auf einen ungültigen ETS-Adresswert hinweist. Wie in 12 ersichtlich, liegt an Eingang I–1 von M7 ebenfalls der Wert '–1' im Format eines ETS-Adresszeigers an.The outputs of the multiplexers M 4.i and M 5.i are connected to the input pairs with the age class numbers 0 to n, in such a way that the output of the multiplexer M 4.i is connected to the input I i of M 7 and the output of M 5.i is connected to the input II i of M 7 . At the input II -1 of the output multiplexer M 7 permanently the value '-1' is applied in the format of an ETS address pointer, which indicates an invalid ETS address value. As in 12 As can be seen, input I -1 of M 7 is also the value '-1' in the format of an ETS address pointer.

An den Steuereingang s des Ausgabemultiplexers M7 ist der Ausgang des 2-auf-1-Multiplexers M9 angeschlossen. Dieser Multiplexer wird so angesteuert, dass er während Phase A die von der Konvertierungslogik K1 ausgegebene Altersklassennummer und während Phase B den Ausgang DA des Ersetzungsregisters ER an den Steuereingang s von M7 weiterleitet.To the control input s of the output multiplexer M 7 , the output of the 2-to-1 multiplexer M 9 is connected. This multiplexer is controlled so that during phase A it passes the age class number output by the conversion logic K 1 and, during phase B, the output DA of the replacement register ER to the control input s of M 7 .

Die Ersetzungslogik Die Ersetzungslogik (EL) koordiniert das in Abschnitt 3.2 beschriebene Ersetzen der ETS-Adresszeiger, wodurch die in der ETS abgelegten ETS-Datenwörter quasi zu einer Kette verbunden werden. Kernstück der EL ist das Ersetzungsregister ER. Während des Vorgangs des Ersetzens der ETS-Adresszeiger werden die aus den Registersätzen ausgelesenen NNAi im Ersetzungsregister ER für einen Taktzyklus gespeichert.The Replacement Logic The Replacement Logic (EL) coordinates the replacement of the ETS address pointers described in Section 3.2, effectively connecting the ETS data words stored in the ETS into a chain. The core of the EL is the replacement register ER. During the process of replacing the ETS address pointer read out of the register sets NNA i are stored in the replacement register ER for one clock cycle.

Das Ersetzungsregister ER speichert Altersklassennummern im Zahlenbereich –1 ≤ i ≤ n, d.h. die ungültige Altersklassennummer '–1', erkennbar durch den logischen Wert '1' des zugeordneten Informationsbits, kann ebenfalls gespeichert werden, Es besitzt vier Eingänge und einen Ausgang mit den Bezeichnungen Dateneingang (DE), Datenausgang (DA), Speichern (Sp), Vorgabewert (VW) und Rücksetzen (R). Besitzt Sp während einer negativen Taktflanke von T den Wert logisch '1', so übernimmt das Register den an DE anliegenden Wert. Ist R während einer negativen Taktflanke auf logisch '1' gesetzt, so übernimmt das Register in jedem Fall, d.h. auch wenn an Sp ebenfalls logisch '1' angelegt ist, den an VW anliegenden Wert. Wird der Registerinhalt bei einer negativen Taktflanke von T geändert, so wird der neue Inhalt erst bei der nächsten positiven Taktflanke von T am Ausgang DA ausgegeben (retardiertes Ausgabeverhalten).The Substitution register ER stores age class numbers in the number range -1 ≤ i ≤ n, i. the invalid age class number '-1', recognizable by the logical value '1' of the associated information bit, can also be stored, It has four inputs and an output with the names Data input (DE), Data output (DA), Save (Sp), default value (VW) and reset (R). Owns Sp during one negative clock edge of T the value logical '1', so takes over the register the value attached to DE. Is R during a negative clock edge set to logical '1', so takes over the register in each case, i. even if logically '1' is also applied to Sp, the one adjacent to VW Value. If the register contents on a negative clock edge of T changed, so the new content is not until the next positive clock edge of T output at output DA (delayed output behavior).

Am Eingang VW von ER ist der konstante Wert '–1' (entspricht ungültiger Altersklassennummer) angeschlossen, an den Eingang R das Signal SIntervallbeginn, Dementsprechend wird zu Beginn eines jeden Verarbeitungsintervalls in ER die Altersklassennummer '–1' abgelegt. Der Eingang Sp ist konstant auf logisch '1' gelegt. Somit übernimmt ER bei jeder negativen Taktflanke von T den am Eingang DE anliegenden Wert, vorausgesetzt am Eingang R liegt zu diesem Zeitpunkt nicht ebenfalls logisch '1' an.At input VW of ER the constant value '-1' (equivalent invalid age class number) is connected, at the input R the signal S Interval start , accordingly at the beginning of each processing interval in ER the age class number '-1' is stored. The input Sp is constantly set to logic '1'. Thus, ER takes over the value present at the input DE at every negative clock edge of T, provided that at the input R logic '1' is not present at this time as well.

Der Ausgang DA von ER ist an einen Eingang des 2-auf-1-Multiplexers M9 angeschlossen. Darüber hinaus ist der Ausgang DA an eine Logikschaltung angeschlossen, die den ausgegebenen Wert mit der von der Konvertierungslogik K1 bereitsgestellten Altersklassennummer vergleicht und den größeren der beiden Werte an den Multiplexer M8 weiterleitet. M8 leitet diesen Wert während Phase A an den Eingang DE von ER weiter. Diese Beschaltung bewirkt, dass während Phase A in ER stets die Nummer der in der bisher verarbeiteten Sequenz an Alterswerten höchsten auftretenden Altersklasse gespeichert wird. Im ersten Taktzyklus nach Beginn von Phase B entspricht die am Ausgang DA von ER ausgegebene Altersklassennummer der HAA, welche am Ausgang von M4.n während der gesamten Phase B anliegt.The output DA of ER is connected to one input of the 2-to-1 multiplexer M 9 . In addition, the output DA is connected to a logic circuit which compares the output value with the age class number provided by the conversion logic K 1 and forwards the larger of the two values to the multiplexer M 8 . M 8 forwards this value during phase A to the input DE of ER. This wiring ensures that during phase A in ER the number of the highest age group in the previously processed sequence of age values is always stored. In the first clock cycle after the start of Phase B, the retirement class number output by ER at the output DA corresponds to the HAA present at the output of M 4.n during the entire phase B.

Während Phase B leitet der Multiplexer M9 die von ER ausgegebene Altersklassennummer an den Steuereingang von M7 weiter. Zur gleichen Zeit leitet der Multiplexer M8 die über Ausgang II des Ausgabemultiplexers M7 ausgelesenen NNAi an den Eingang DE von ER weiter. Zuvor müssen die NNAi allerdings in das Format einer Altersklassennummer (Zweierkomplementzahl mit der Wortbreite WAK + 1) gewandelt werden, da die über M7 ausgelesenen NNAi das Format von ETS-Adresszeigern (Zweierkomplementzahl mit der Wortbreite WEAW + 1) besitzen. Durch diese Beschaltung von M9 und M10 werden die NNAi all der Registersätze, deren Altersklasse in der zuvor verarbeiteten Sequenz an ETS-Datenworten aufgetreten ist, nacheinander in der Reihenfolge abnehmender Altersklassen ausgelesen und in ER zwischengespeichert: Im ersten Taktzyklus nach Beginn von Phase B wird am Ausgang II von M7 die NNA des Registersatzes der höchsten aufgetretenen Altersklasse ausgegeben. Diese wird von ER übernommen und im zweiten Taktzylus nach Beginn von Phase B ausgegeben. Folglich wird in diesem Taktzyklus am Ausgang II von M7 die NNA des Registersatzes der zweithöchsten aufgetretenen Altersklasse ausgegeben. Diese wird wiederum von ER übernommen und im dritten Taktzylus nach Beginn von Phase B ausgegeben, woraufhin am Ausgang II von M7 die nächst niedrigere NNA ausgegeben wird. Diese Verarbeitung schreitet fort, bis die NNA des Registersatzes der niedrigsten aufgetretenen Altersklasse am Ausgang II von M7 ausgegeben wird. Da diese den Wert '–1' besitzt und am Eingang II–1 von M7 konstant der Wert '–1' anliegt, verharrt das System anschließend bei der Ausgabe von '–1' am Ausgang II von M7, d.h. im Ersetzungsregister ER wird fortan der Wert '–1' gespeichert.During phase B, the multiplexer M 9 forwards the ER class retirement age number to the control input of M 7 . At the same time, the multiplexer M 8 forwards the NNA i read out via output II of the output multiplexer M 7 to the input DE of ER. First, however, the NNA must be converted i in the format of an age class number (two's with the word width W AK + 1) because the NNA read out via M 7 have the format of ETS-address pointers (two's with the word width W EAW + 1) i. Through this wiring of M 9 and M 10 , the NNAs i of all the register sets whose age class in the previously processed sequence become ETS-Da In the first clock cycle after the start of phase B, the NNA of the register record of the highest age group occurring has been output at output II of M 7 . This is taken over by ER and output in the second clock cycle after the beginning of phase B. Consequently, in this clock cycle at the output II of M 7, the NNA of the register set of the second highest age group occurred. This is in turn taken over by ER and output in the third clock cycle after the beginning of phase B, whereupon at output II of M 7 the next lower NNA is output. This processing continues until the NNA register set of the lowest encountered age group is output at the output of M II. 7 Since this value has the value '-1' and the value '-1' is constant at the input II -1 of M 7 , the system subsequently stops at the output II of M 7 when outputting '-1', ie in the replacement register ER henceforth the value '-1' is stored.

Während in Phase B am Ausgang II des Ausgabemultiplexers M7 die NNA des ausgewählten Registersatzes ausgegeben wird, wird an Ausgang I stets die gespeicherte VAZ des gleichen Registersatzes ausgegeben. Die beiden von M7 ausgegebenen Werte werden an die ETS weitergeleitet, um mit dem VAZ die ETS-Speicherzelle zu adressieren, deren ETS-Adresszeiger durch die NNA ersetzt wird.While the NNA of the selected register set is output in phase B at the output II of the output multiplexer M 7 , the stored VAZ of the same register set is always output at output I. The two values output by M 7 are forwarded to the ETS in order to address with the VAZ the ETS memory cell whose ETS address pointer is replaced by the NNA.

5.1.3 Einheit zur temporären Speicherung (ETS)5.1.3 Unit for temporary storage (ETS)

Die ETS besteht im wesentlichen aus zwei Speicherbausteinen SB und SC. Beide Speicherbausteine verfügen jeweils über zwei voneinander unabhängige Zugriffsschnittstellen. Bei beiden Speicherbausteinen wird über eine Schnittstelle – nachfolgend mit Schnittstelle A bezeichnet – ausschließlich schreibend und über die andere Schnittstelle – nachfolgend mit Schnittstelle B bezeichnet – ausschließlich lesend zugegriffen.Essentially, the ETS consists of two memory modules S B and S C. Both memory modules each have two independent access interfaces. In both memory modules via an interface - hereinafter referred to as interface A - exclusively writing and the other interface - hereinafter referred to as interface B - read only read.

Schnittstelle A ist in 13 mit den drei Eingängen DE, Adr und S dargestellt. Liegt während einer negativen Taktflanke von T am Eingang S der Wert logisch '1' an, so wird der am Eingang DE anliegende Wert unter der am Eingang Adr anliegenden Adresse abgespeichert. Schnittstelle B ist mit dem Ausgang DA und den beiden Eingängen Adr und L dargestellt. Liegt während einer positiven Taktflanke von T am Eingang L der Wert logisch '1' an, so wird am Ausgang DA der unter der am Eingang Adr anliegenden Adresse abgespeicherte Wert ausgegeben.Interface A is in 13 represented with the three inputs DE, Adr and S. If the value logical '1' is present at input S during a negative clock edge of T, then the value present at input DE is stored below the address present at input Adr. Interface B is shown with the output DA and the two inputs Adr and L. If the value logical '1' is present at the input L during a positive clock edge of T, then the value stored below the address present at the input Adr is output at the output DA.

In Speicherbaustein SB werden die von der EVA übergebenen ETS-Datenwörter gespeichert. Dementsprechend ist an seinem Eingang DE der Ausgang des Hilfsregisters HR2 der EVA angeschlossen. In Speicherbaustein SC werden die von der ZRE übergebenen ETS-Adresszeiger gespeichert. Dementsprechend ist an seinem Eingang DA der Ausgang II des Ausgabemultiplexers M7 der ZRE angeschlossen. Bei beiden Speicherbausteinen liegt an den Adresseingang von Schnittstelle A die von der ZRE übergebene ETS-Speicheradresse an, d.h. der Eingang Adr ist jeweils mit dem Ausgang I des Ausgabemultiplexers M7 der ZRE verbunden. An Eingang S der Schnittstelle A von Speicherbaustein SB liegt während Phase A der Wert logisch '1' und während Phase B der Wert logisch '0' an. An Eingang S der Schnittstelle A von Speicherbaustein SC liegt der Wert logisch '1' an, wenn die von der ZRE übergebene ETS-Speicheradresse – die das Format eines ETS-Adresszeigers besitzt – gültig ist, andernfalls liegt der Wert logisch '0' an. Dies ist in 13 durch eine Vergleichslogik dargestellt, die nur den Wert logisch '1' ausgibt, wenn die als Zweierkomplement kodierte ETS-Speicheradresse größer '–1' ist.In memory block S B , the ETS data words transmitted by the EVA are stored. Accordingly, the output of the auxiliary register HR 2 of the EVA is connected to its input DE. Memory block S C stores the ETS address pointers transferred by the ZRE. Accordingly, the output DA of the output multiplexer M 7 of the ZRE is connected to its input DA. In the case of both memory components, the ETS memory address transferred from the ZRE is applied to the address input of interface A, ie the input Adr is respectively connected to the output I of the output multiplexer M 7 of the ZRE. At the input S of the interface A of the memory module S B is during phase A, the value of logic '1' and during phase B, the value of logic '0'. At the input S of the interface A of the memory module S C , the value is logical '1', if the transferred from the ZRE ETS memory address - which has the format of an ETS address pointer - is valid, otherwise the value is logical '0' , This is in 13 represented by a comparison logic that outputs only the value logical '1' when the encoded as a two's complement ETS memory address is greater '-1'.

Bei beiden Speicherbausteinen liegt an Eingang L der Schnittstelle A der Wert logisch '1' an, wenn die am Eingang Adr anliegende ETS-Leseadresse – die das Format eines ETS-Adresszeigers besitzt – gültig ist, andernfalls liegt der Wert logisch '0' an. Dementsprechend wird – solange die von der EAL bereitgestellte ETS-Leseadresse gültig ist – bei jeder positiven Taktflanke der am Ausgang DA ausgegebene Wert aktualisiert. Der von Speicherblock SB ausgegebene Wert wird als ETS-Datenwort, der von Speicherblock SC ausgegebene Wert wird als ETS-Adresszeiger an die EAL übergeben.In the case of both memory modules, input L of interface A has the value logic '1' if the ETS read address applied to input Adr - which has the format of an ETS address pointer - is valid, otherwise the value is logic '0'. Accordingly, as long as the ETS read address provided by the EAL is valid, it is updated every positive clock edge of the value output at the output DA. The value output by memory block S B is transferred as ETS data word, the value output by memory block S C is transferred to the EAL as ETS address pointer.

5.1.4 ETS-Ausleselogik (EAL)5.1.4 ETS read-out logic (EAL)

Der in 13 gezeigte Aufbau der EAL ist stark vereinfacht und zeigt nur die für das Verständnis notwendigen Komponenten. Um die sequenziell ausgelesenen ETS-Datenworte, bzw. deren Bestandteile PL-Datenwort und PL-Adresse, wie in Abschnitt 1.3 beschrieben, einem Seriellen Datenstrom (SDS) zuzufügen, ist ein geringfügiger Mehraufwand notwendig (u. a. Parallel-Serien-Wandlung). Da dieser Mehraufwand für die vorliegende Patentanmeldung nicht von Bedeutung ist, wurde zwecks Übersichtlichkeit auf dessen Darstellung verzichtet.The in 13 The structure of the EAL shown is greatly simplified and shows only the components necessary for understanding. In order to add the sequentially read ETS data words, or their constituents PL data word and PL address, as described in section 1.3, to a serial data stream (SDS), a slight additional effort is necessary (inter alia parallel-serial conversion). Since this additional effort is not important for the present patent application, its illustration has been omitted for clarity.

Das Verzögerungsregister VR1 verzögert den Signalimpuls, mit dem SSPAabgeschlossen den Abschluss der SPA signalisiert, um einen Taktzyklus. Mit dem verzögerten Signalimpuls, welcher mit Beginn von Phase B beginnt und zwei Taktflanken später endet, wird der Multiplexer M11 angesteuert. Während des Impulses leitet dieser Multiplexer die von der ZRE übergebenen HAA an das Hilfsregister HR4 weiter, im anderen Fall leitet er den von der ETS übergebenen ETS-Adresszeiger weiter. Das Hilfsregister HR4, welches zur Speicherung von ETS-Adresszeigern ausgelegt ist, übernimmt bei jeder negativen Taktflanke von T den anliegenden Wert und gibt ihn unmittelbar aus.The delay register VR 1 delays the signal pulse with which S SPA completes signals completion of the SPA by one clock cycle. With the delayed signal pulse, which begins at the beginning of phase B and ends two clock edges later, the multiplexer M 11 is driven. During the pulse, this multiplexer forwards the HAA passed on by the ZRE to the auxiliary register HR 4 ; in the other case, it forwards the ETS address pointer transferred by the ETS. The auxiliary register HR 4 , which is designed to store ETS address pointers, takes over with each negative Clock edge of T the applied value and outputs it directly.

Dementsprechend übernimmt das Register bei der ersten negativen Taktflanke nach Beginn von Phase B den Wert von HAA und übergibt diesen als neue ETS-Leseadresse an die ETS. Bei allen anderen negativen Taktflanken übernimmt HR4 den von der ETS übergebenen ETS-Adresszeiger und führt ihn als neue ETS-Leseadresse an die ETS zurück.Accordingly, at the first negative clock edge after the start of phase B, the register adopts the value of HAA and transfers this to the ETS as a new ETS read address. For all other negative clock edges, HR 4 adopts the ETS address pointer transferred by the ETS and returns it as a new ETS read address to the ETS.

Auf diese Weise werden die in der ETS gespeicherten ETS-Datenworte nach Altersklassen sortiert sequenziell ausgelesen. Die ausgelesenen ETS-Datenworte werden anschließend wieder in PL-Adresse und PL-Datenwort aufgeteilt. Die PL-Adressen, die zusammen mit den zugehörigen PL-Datenworten in den SDS eingefügt werden, werden an die EVA übergeben. Die EVA nutzt die PL-Adressen, um die zugehörigen Altersvariablen auf '0' zurück zu setzen.On in this way, the ETS data words stored in the ETS become Age groups sorted sequentially. The read out ETS data words will be afterwards again divided into PL address and PL data word. The PL addresses, together with the associated PL data words inserted in the SDS will be handed over to the EVA. The EVA uses the PL addresses to return the associated age variables to '0' to put.

5.1.5 Zusammenspiel von ZRE, ETS und EAL5.1.5 Interaction of ZRE, ETS and EAL

Zusammenfassend kann das Zusammenspiel von ZRE, ETS und EAL wie folgt beschrieben werden.In summary The interaction of ZRE, ETS and EAL can be described as follows.

Zusammenspiel von ZRE und ETS: Während Phase A übergibt die ZRE an die ETS als ETS-Speicheradresse stets den AAZ des Registersatzes, dessen zugehörige Altersklasse den von der EVA bereitgestellten Alterswert einschließt. Gleichzeitig wird der aktuelle Zählerstand des EAZ als ETS-Adresszeiger übergeben. Diese Übergabewerte stehen zur Verfügung, sobald die EVA bei einer positiven Taktflanke von T ein neues ETS-Datenwort zusammen mit dem dazugehörigen Alterswert ausgibt, d.h. es müssen lediglich Signallaufzeiten berücksichtigt werden. Dementsprechend kann die ETS bereits bei der nächsten negativen Taktflanke das aktuelle ETS-Datenwort zusammen mit dem übergebenen ETS-Adresszeiger unter der übergebenen ETS-Speicheradresse speichern. Bei dieser negativen Taktflanke übernehmen die Register der ZRE die jeweils an ihren Eingängen anliegenden Werte und der ETS-Adresszähler wird inkrementiert; die neuen Registerinhalte und der neue EAZ Zählerstand werden allerdings erst bei der darauffolgenden positiven Taktflanke ausgegeben.interaction by ZRE and ETS: during Phase A passes the ZRE to the ETS as ETS memory address always the AAZ of the register set, whose age group belongs to that of the EVA provided age value. At the same time, the current meter reading of the EAZ as ETS address pointer. These transfer values are available to disposal, when the EVA on a positive clock edge of T a new ETS data word along with the associated Age value, i. to have to only signal transit times taken into account become. Accordingly, the ETS may already be negative at the next Cycle edge the current ETS data word together with the transferred ETS address pointer at the handed over Save ETS memory address. Take on this negative clock edge the registers of the ZRE indicate the respective values at their inputs and the ETS address counter becomes incremented; the new register contents and the new EAZ counter reading but only at the subsequent positive clock edge output.

Während Phase B übergibt die ZRE an die ETS als ETS-Speicheradresse nacheinander die VAZ all der Registersätze, deren Altersklasse in der zuvor verarbeiteten Sequenz an ETS-Datenworten aufgetreten ist. Gleichzeitig wird stets die zugehörige NNA als ETS-Adresszeiger an die ETS übergeben. Mit Beginn eines jeden Taktzyklusses wird ein neuer VAZ und dessen zugehöriger NNA übergeben. Dementsprechend kann die ETS bei jeder negativen Taktflanke den übergebenen ETS-Adresszeiger unter der übergebenen ETS-Speicheradresse speichern – vorausgesetzt die ETS-Speicheradresse ist gültig, d.h. größer oder gleich Null. Die VAZ wird in der Reihenfolge abnehmender Altersklassen sequenziell ausgegeben: Im ersten Taktzyklus nach Beginn von Phase B werden der VAZ und die NNA des Registersatzes der höchsten aufgetretenen Altersklasse an die ETS übergeben, im zweiten Taktzyklus werden die VAZ und die NNA des Registersatzes der zweithöchsten aufgetretenen Altersklasse übergeben usw. Nachdem die VAZ und NNA all der Registersätze aufgetretener Altersklassen ausgegeben worden sind, übergibt die ZRE konstant als ETS-Speicheradresse den Wert '–1' an die ETS. Hierdurch wird der ETS angezeigt, dass alle notwendigen Ersetzungen vorgenommen wurden und bis zum Ende von Phase B keine weiteren ETS-Adresszeiger gespeichert (bzw. ersetzt) werden.During phase B passes the ZRE to the ETS as ETS memory address successively the VAZ all the register records, their age group has occurred in the previously processed sequence of ETS data words is. At the same time, the corresponding NNA is always used as the ETS address pointer handed over to the ETS. With At the beginning of each clock cycle, a new VAZ and its associated NNA are transferred. Accordingly, the ETS can pass on each negative clock edge ETS address pointer under the transferred Save ETS memory address - provided the ETS memory address is valid, i.e. bigger or equals zero. The VAZ is in the order of decreasing age groups output sequentially: in the first clock cycle after the beginning of phase B Both the VAZ and the NNA of the Register set become the highest occurred Age group handed over to the ETS, in the second clock cycle, the VAZ and the NNA of the register set become the second highest occurred Pass age group etc. After the VAZ and NNA of all the records of past age groups have been issued, passes the ZRE constant as ETS memory address the value '-1' to the ETS. This will be the ETS indicated that all necessary substitutions have been made and no further ETS address pointers are stored until the end of phase B. (or replaced).

Zusammenspiel von ETS und EAL Die EAL beginnt bereits einen halben Taktzyklus nach Beginn von Phase B, die in der ETS gespeicherten ETS-Datenworte auszulesen. Bei der ersten negativen Taktflanke nach Beginn von Phase B übergibt die EAL die HAA als ETS-Leseadresse an die ETS. Bei der darauf folgenden positiven Taktflanke von T gibt die ETS das unter dieser Adresse gespeicherte ETS-Datenwort und den ETS-Adresszeiger aus. Bei der nächsten negativen Taktflanke von T wertet die EAL das übergebene ETS-Datenwort aus und gibt den ETS-Adresszeiger als neue ETS-Leseadresse zurück an die ETS. Diese wiederum gibt bei der darauf folgenden positiven Taktflanke von T das nächste ETS-Datenwort und den nächsten ETS-Adresszeiger aus. Diese Verarbeitung, bei der bei jeder positiven Taktflanke von T ein neues ETS-Datenwort ausgelesen wird, wird fortgeführt, bis die ETS den Wert '–1' als ETS-Adresszeiger an die EAL übergibt. Dieser ungültige ETS-Adresswert signalisiert, dass das letzte der ETS-Datenworte, deren Alterswert kleiner AVmax ist, ausgelesen worden ist. Bei der darauf folgenden positiven Taktflanke übergibt die EAL die ungültige ETS-Leseadresse '–1'. Folglich wird von da an kein weiteres ETS-Datenwort und kein weiterer ETS-Adresszeiger mehr ausgelesen.Interaction of ETS and EAL The EAL already starts to read the ETS data words stored in the ETS half a clock cycle after the start of phase B. At the first negative clock edge after the beginning of phase B, the EAL passes the HAA as ETS read address to the ETS. On the subsequent positive clock edge of T, the ETS outputs the ETS data word stored under this address and the ETS address pointer. At the next negative clock edge of T, the EAL evaluates the transferred ETS data word and returns the ETS address pointer as a new ETS read address to the ETS. This in turn outputs the next ETS data word and the next ETS address pointer on the next positive clock edge of T. This processing, in which a new ETS data word is read out at each positive clock edge of T, is continued until the ETS transfers the value '-1' as an ETS address pointer to the EAL. This invalid ETS address value signals that the last of the ETS data words whose age value is smaller than AV max has been read out. On the next positive clock edge, the EAL transfers the invalid ETS read address '-1'. Consequently, from then on, no further ETS data word and no further ETS address pointer are read out.

Claims (3)

Schaltungstechnisch realisierte Einheit zur nahezu verzögerungsfreien, nach Altersklassen sortierten Ausgabe zuvor sequenziell zugeführter Datenwortmengen, – welche eine Menge an Datenwörtern, die sequenziell – jeweils gepaart mit einem dem Datenwort zugeordneten Alterswert – synchron zu einem Takt T bereit gestellt wird, bereits während der Phase der sequenziellen Bereitstellung nach Altersklassen sortiert und bereits zwei Taktzyklen, nachdem das letzte Datenwort zusammen mit dem zugehörigen Alterswert bereit gestellt worden ist, deren nach Altersklassen sortierte, sequenzielle Ausgabe ermöglicht, wobei – die bereitgestellten Datenwörten nachfolgend als ETS-Datenwörter bezeichnet werden, – die Phase der sequenziellen Bereitstellung, die mit der Bereitstellung des ersten ETS-Datenwortes beginnt und einen Taktzyklus nach Bereitstellung des letzten ETS-Datenwortes endet, nachfolgend mit Phase A bezeichnet wird, – die daran anschließende Phase, die einen Taktzyklus nach Bereitstellung des letzten ETS-Datenwortes beginnt und in der die ETS-Datenwörter nach Altersklassen sortiert sequenziell ausgegeben werden, nachfolgend mit Phase B bezeichnet wird, – der einem ETS-Daterwort jeweils zugeordnete Alterswert dual codiert ist und den dezimalen Wertebereich 0 bis AVmax besitzt, – mit Ausnahme des maximal darstellbaren Alterswertes AVmax, der Wertebereich der bereitgestellten Alterswerte zwecks Minimierung des Schaltungsaufwandes in nAK Altersklassen eingeteilt ist, – die Nummer einer jeden Altersklasse durch eine Dualzahl mit WAK Binärstellen repräsentiert wird und sich die Zuordnung eines Alterswertes zu einer Altersklasse aus den WAK höherwertigen Binärstellen des Alterswertes ergibt, und – der maximal darstellbare Alterswert AVmax ein Sonderfall darstellt, der keiner Altersklasse zugeordnet ist und bei dem das zugehörige ETS-Datenwort nicht in der nach Altersklassen sortierten, sequenziellen Ausgabefolge eingefügt wird, dadurch gekennzeichnet, dass a) während Phase A jedes der sequenziell bereitgestellten ETS-Datenworte zusammen mit einem jeweilig zugeordneten ETS-Adresszeiger, welcher von einem – nachfolgend mit Zeiger- Register-Einheit (ZRE) bezeichneten – Schaltungsteil ausgegeben wird, in einem – nachfolgend mit Einheit zur temporären Speicherung (ETS) bezeichneten – Schaltungsteil unter einer gemeinsamen, von der ZRE übergebenen ETS-Speicheradresse gespeichert wird, und zwar derart, dass – der einem ETS-Datenwort zugeordnete ETS-Adresszeiger auf die ETS-Speicheradresse der ETS zeigt, unter der das nächste ETS-Datenwort, das der gleichen Altersklasse angehört, abgelegt wird, und – jeweils der dezimale Wert der Adresse, unter der das erste ETS-Datenwort einer Altersklasse in der ETS gespeichert wird, der Nummer dieser Altersklasse entspricht, b) während Phase B für alle die Altersklassen, die in der Menge der während Phase A sequenziell verarbeiteten Alterswerte auftraten, die ETS-Adresszeiger ersetzt werden, die zusammen mit dem jeweils zuletzt verarbeiteten ETS-Datenwort einer Altersklasse unter einer gemeinsamen Adresse in der ETS gespeichert wurden, und zwar derart, dass – beginnend im ersten Taktzyklus von Phase B mit jedem Taktzyklus ein ETS-Adresszeiger ersetzt wird, bis für jede Altersklasse, die in der Menge der während Phase A sequenziell verarbeiteten Alterswerte auftrat, ein ETS-Adresszeiger ersetzt wurde, – die ETS-Adresszeiger nach Altersklassen geordnet ersetzt werden, wobei der ETS-Adresszeiger des zuletzt verarbeiteten ETS-Datenwortes der höchsten aufgetretenen Altersklasse zuerst ersetzt wird, und – anschließend jeweils der ETS-Adresszeiger des zuletzt in der ETS gespeicherten ETS-Datenwortes einer Altersklasse auf das zuerst gespeicherte ETS-Datenwort der nächst niedrigeren aufgetretenen Altersklasse zeigt, c) die ZRE während Phase B die Nummer der höchsten Altersklasse, die in der Menge der während Phase A sequenziell verarbeiteten Alterswerte auftrat – nachfolgend mit Nummer der höchsten aufgetretenen Altersklasse bezeichnet (HAA) -, ausgibt, d) ein – nachfolgend mit ETS-Ausleselogik (EAL) bezeichnetes – Schaltwerk bereits im zweiten Taktzyklus nach Beginn von Phase B damit beginnen kann, die in der ETS gespeicherten ETS-Datenworte und ETS-Adresszeiger nach Altersklassen sortiert – beginnend mit einem ETS-Datenwort der höchsten Altersklasse – auszulesen, und zwar derart, dass – in jedem Taktzyklus ein ETS-Datenwort zusammen mit dem zugeordneten ETS-Adresszeiger ausgelesen wird, – der in einem Taktzyklus ausgelesene ETS-Adresszeiger zur Adressierung der im nächsten Taktzyklus auszulesenden Speicheradresse der ETS verwendet wird, und – die von der ZRE ausgegebene HAA – gegebenenfalls zur Anpassung der Wortbreite um binäre Nullen erweitert – zur Adressierung der als erstes auszulesenden Speicherzelle der ETS verwendet wird.Circuit technology realized unit for virtually delay-free, sorted by age groups output previously sequentially supplied data word sets, - which an amount of data words, each paired with a data word associated age value - synchronously provided to a clock T, already during the phase of the sequential Provisioning by age sorted and already two clock cycles after the last data word along with the associated age value has provided its age-grouped, sequential output, wherein - the provided data words are hereinafter referred to as ETS data words, - the phase of sequential provision, which begins with the provision of the first ETS data word and one clock cycle after provision of the the last ETS data word ends, hereinafter referred to as phase A, - the subsequent phase, which begins one clock cycle after the last ETS data word has been provided and in which the ETS data words are sorted by age group sequentially, is referred to below as phase B. - the age value assigned to each ETS word is dual-coded and has the decimal range 0 to AV max , - with the exception of the maximum representable age value AV max , the value range of the provided age values is divided into n AK age classes for the purpose of minimizing the circuit complexity, the N each age group is represented by a binary number with W AK binary digits and the assignment of an age value to an age group results from the W AK higher-order binary digits of the age value, and - the maximum representable age value AV max represents a special case that is not assigned to any age group and in which the associated ETS data word is not inserted in the sorted by age classes, sequential output sequence, characterized in that a) during phase A, each of the sequentially provided ETS data words together with a respective assigned ETS address pointer, one of - followed by Pointer Register Unit (ZRE) circuit part is stored in a - hereinafter referred to as a temporary storage unit (ETS) - circuit part is stored under a common, transmitted from the ZRE ETS memory address, in such a way that - assigned to an ETS data word ETS address pointer points to the ETS memory address of the ETS at which the next ETS data word belonging to the same age group is stored, and - in each case the decimal value of the address under which the first ETS data word of an age group in the B) During Phase B, for all the age groups that occurred in the amount of age values sequentially processed during Phase A, the ETS address pointers are replaced, along with the most recently processed ETS data word of an age group have been stored under a common address in the ETS, such that - beginning in the first clock cycle of phase B, an ETS address pointer is replaced with each clock cycle until, for each age group, the number of times sequentially processed during phase A Age values occurred, an ETS address pointer was replaced, - the ETS address pointers are sorted by age groups, where the ETS address pointer of the last processed ETS data word of the highest occurring age group is first replaced, and then the respective ETS address pointer of the ETS data word of an age group last stored in the ETS points to the first stored ETS data word of the next lower occurring age class (c) the CEA during phase B issues the number of the highest age group that occurred in the quantity of age values processed sequentially during phase A - hereafter referred to as the highest age group (HAA) -, d) a - hereinafter referred to as ETS Readout logic (EAL) - already in the second clock cycle after the beginning of phase B can begin to read the ETS data words stored in the ETS and ETS address pointers sorted by age groups, starting with an ETS data word of the highest age group such that - in each clock cycle an ETS data word together with the assigned ETS address pointer is read out, - the ETS address pointer read out in one clock cycle is used to address the memory address of the ETS to be read in the next clock cycle, and - the HAA output by the ZRE is extended by binary zeroes, if necessary to adapt the word width - to Addressing of the first to be read memory cell of the ETS is used. Schaltungstechnisch realisierte Einheit zur nahezu verzögerungsfreien, nach Altersklassen sortierten Ausgabe zuvor sequenziell zugeführter Datenwortmengengemäß Patentanspruch 1, die zur Sortierung nach Altersklassen ein spezielles, nachfolgend mit Zeiger-Register-Einheit (ZRE) bezeichnetes Schaltwerk besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass a) dieses Schaltwerk einen – nachfolgend mit ETS-Adresszähler (EAZ) bezeichneten – Zähler beinhaltet, der zu Beginn von Phase A auf die um eins inkrementierte Nummer der höchsten Altersklasse gesetzt wird und jeweils genau einen Taktzyklus, nachdem ein neues ETS-Datenwort bereit gestellt worden ist, seinen ausgegebenen Zählerstand um eins inkrementiert, b) das Schaltwerk für jede der nAK Altersklassen ein Registersatz beinhaltet, wobei – jedem Registersatz eine dual kodierte Altersklassennummer i im Wertebereich 0 < i < (nAK – 1) zugeordnet ist, – jeder Registersatz i je ein Register zur Speicherung eines Aktuellen Adresszeigers (AAZi), eines Vorherigen Adresszeigers (VAZi) und eines Informationsbits Altersklasse Aufgetreten (IAAi) beinhaltet, und – zu Beginn von Phase A die IAA-Register aller Registersätze auf logisch '0' zurückgesetzt sowie die AAZ-Register aller Registersätze mit der Nummer i der dem jeweiligen Registersatz zugeordneten Altersklasse initialisiert werden, c) die AAZ-Register, die VAZ-Register und die IAA-Register aller Registersätze ein retardiertes Ausgabeverhalten besitzen, und zwar derart, dass die Register einen neuen Wert nur im Laufe eines Taktzyklusses übernehmen können, dieser neu gespeicherte Wert allerdings erst zu Beginn des nächsten Taktzyklusses ausgegeben wird, d) jedem Registersatz i eine 2-auf-1-Multiplexerschaltung M4.i zugeordnet ist, die von dem binären Ausgabewert des IAA-Registers derart gesteuert wird, dass bei den Registersätzen der Altersklassen 1 bis (nAK – 1) – bei denn Ausgabewert logisch '1' die Nummer i der dem Registersatz zugeordneten Altersklasse und – bei dem Ausgabewert logisch '0' der Ausgabewert der 2-auf-1-Multiplexerschaltung M4.i-1 des Registersatzes der nächst niedrigeren Altersklasse (i – 1) weitergeleitet wird und bei dem Registersatz der Altersklasse 0 – bei dem Ausgabewert logisch '1' die Nummer der dem Registersatz zugeordneten Altersklasse und – bei dem Ausgabewert logisch '0' ein Wert weitergeleitet wird, der erkennbar keiner gültigen Altersklassennummer entspricht, e) während Phase A im Laufe des ersten Taktzyklusses nach Bereitstellung eines neuen ETS-Datenwortes in dem Registersatz der Altersklasse, der der zur gleichen Zeit bereit gestellte Alterswert angehört, – das AAZ-Register den aktuellen Zählerstand des EAZ übernimmt, – das VAZ-Register den aktuell vom AAZ-Register ausgegebenen Wert übernimmt, und – das IAA-Register auf logisch '1' gesetzt wird, die drei Register allerdings erst zu Beginn des nächsten Taktzyklusses die neuen Werte an ihren Ausgängen ausgeben, f) der von der 2-auf-1-Multiplexerschaltung M4.n AK-1 die dem Registersatz der höchsten Altersklasse zugeordnet ist, weitergeleitete Wert an einem Ausgang des Schaltwerks als HAA bereit gestellt wird, g) das Schaltwerk ein – nachfolgend mit Ersetzungsregister (ER) bezeichnetes – Register zur Speicherung von Altersklassennummern beinhaltet, welches zu Beginn von Phase A mit einem Wert initialisiert wird, der erkennbar keiner gültigen Altersklassennummer entspricht, und das ein retardiertes Ausgabeverhalten besitzt, und zwar derart, dass das Register einen neuen Wert nur im Laufe eines Taktzyklusses übernehmen kann, dieser neu gespeicherte Wert allerdings erst zu Beginn des nächsten Taktzyklusses ausgegeben wird, h) das ER – während Phase A stets im ersten Taktzyklus, nachdem ein neues ETS-Datenwort bereit gestellt worden ist, die Nummer der Altersklasse, der der bereit gestellte Alterswert angehört, übernimmt, wenn diese Altersklasse höhere Alterswerte einschließt, als die durch die aktuell in der ER gespeicherte Nummer indizierte Altersklasse, oder es sich beim dem aktuell in dem ER gespeicherten Wert nicht um eine gültige Altersklassennummer handelt, und – während Phase B im Laufe eines jeden Taktzyklusses den aktuell als ETS-Adresszeiger an die ETS übergebenen Wert – gegebenenfalls auf die entsprechende Anzahl an Binärstellen gekürzt – übernimmt, wenn der dezimale Wert dieses dual kodierten ETS-Adresszeigers im Zahlenbereich der Altersklassennummern liegt, andernfalls wird in ER ein Wert abgelegt, der erkennbar keiner gültigen Altersklassennummer entspricht, i) die von der ZRE an die ETS als ETS-Speicheradresse übergebenen Werte durch eine kombinatorische Logik ausgewählt werden, und zwar derart, dass während Phase A – in dem Fall, dass es sich bei dem aktuell anliegenden Alterswert nicht um den maximalen Alterswert AVmax handelt, als ETS-Speicheradresse stets der Ausgabewert des AAZ-Registers ausgegeben wird, das dem Registersatz angehört, dessen zugeordnete Altersklasse den aktuell anliegenden Alterswert einschließt, und – in dem Fall, dass es sich bei dem aktuell anliegenden Alterswert um den maximalen Alterswert AVmax handelt, als ETS-Speicheradresse ein Wert ausgegeben wird, der erkennbar keiner vorhandenen Adresse der ETS entspricht, und während Phase B – in dem Fall, dass es sich bei denn vom ER ausgegebenen Wert um eine gültige Altersklassennummer handelt, als ETS-Speicheradresse stets der Ausgabewert des VAZ-Registers ausgegeben wird, das dem Registersatz der vom ER ausgegebenen Altersklassennummer angehört, und – in dem Fall, dass es sich bei dem vom ER ausgegebenen Wert nicht um eine gültige Altersklassennummer handelt, als ETS-Speicheradresse ein Wert ausgegeben wird, der erkennbar keiner vorhandenen Adresse der ETS entspricht, und j) die von der ZRE an die ETS als ETS-Adresszeiger übergebenen Werte durch eine kombinatorische Logik ausgewählt werden, und zwar derart, dass während Phase A stets der Zählerstand des EAZ als ETS-Adresszeiger ausgegeben wird und während Phase B – in dem Fall, dass es sich bei denn vom ER ausgegebenen Wert um eine gültige Altersklassennummer im Wertebereich 1 bis nAK – 1 handelt, als ETS-Adresszeiger stets der Ausgabewert der 2-auf-1-Multiplexerschaltung M4.i, ausgegeben wird, die dem Registersatz der um 1 dekrementierten, vom ER ausgegebenen Altersklassennummer angehört, – in dem Fall, dass es sich bei dem vom ER ausgegebenen Wert um die gültige Altersklassennummer 0 handelt, als ETS-Adresszeiger ein Wert ausgegeben wird, der erkennbar keiner vorhandenen Adresse der ETS entspricht, und – in dem Fall, dass es sich bei dem vom ER ausgegebenen Wert nicht um eine gültige Altersklassennummer handelt, als ETS-Adresszeiger ein Wert ausgegeben wird, der erkennbar keiner vorhandenen Adresse der ETS entspricht.Circuit technology realized unit for virtually delay-free, sorted by age groups output previously sequentially supplied data word sets according to claim 1, which has a special, hereinafter referred to with pointer register unit (ZRE) for sorting by age groups, characterized in that a) this derailleur a - hereafter referred to as the ETS address counter (EAZ), which is set at the beginning of phase A to the number of the highest age group incremented by one and at exactly one clock cycle after a new ETS data word has been provided, its output count incremented by one, b) the switching mechanism for each of the n AK age groups includes a register set, - each register set a dual-coded age class number i is assigned in the value range 0 <i <(n AK - 1), - each register set i one register for Storage of a current address pointer (A AZ i ), a Previous Address Pointer (VAZ i ) and an Information Age Age Group (IAA i ), and At the beginning of phase A the IAA registers of all register sets are reset to logic '0' and the AAZ registers of all register sets with the number i of the age group associated with the respective register set are initialized, c) the AAZ registers, the VAZ registers and the IAA registers of all register sets have a delayed output behavior, in such a way that the registers can adopt a new value only in the course of a clock cycle, but this newly stored value is output only at the beginning of the next clock cycle, d) each register set i a 2 is assigned to 1-multiplexer circuit M 4.i, which is controlled by the binary output value of the IAA register such that in the register records of the age groups 1 to (n AK - 1) - for the output value logical '1' the number i the age group associated with the register set, and - at the output value logical '0', the output value of the 2-to-1 multiplexer circuit M 4.i-1 of the register set d it is forwarded to the next lower age group (i-1) and in the register set of age group 0 - at the output value logical '1' the number of the age group assigned to the register set and - at the output value logical '0' a value is forwarded, which recognizes none e) during Phase A during the first clock cycle after providing a new ETS data word in the register set of the age group belonging to the age value provided at the same time, - the AAZ register accepts the current count of the EAZ, the VAZ register accepts the value currently being output from the AAZ register, and - the IAA register is set to logic '1', but the three registers output the new values at their outputs only at the beginning of the next clock cycle, f) the from the 2-to-1 multiplexer circuit M 4.n AK-1 which is assigned to the register set of the highest age class, We passed on g) the derailleur includes a register for storing age class numbers, hereinafter referred to as a replacement register (ER), which is initialized at the beginning of phase A with a value that is not identifiable as a valid age class number and that has a delayed output behavior, such that the register can acquire a new value only in the course of a clock cycle, but this newly stored value is not output until the beginning of the next clock cycle, h) the ER - during phase A always in the first clock cycle, after a new ETS data word has been provided, the number of the age group to which the provided age value belongs, if this age group includes higher age values than the age group indexed by the number currently stored in the ER, or it is the value ni currently stored in the ER In the course of each clock cycle, phase B assumes the value currently transferred as ETS address pointer to the ETS, possibly reduced to the corresponding number of binary digits, if the decimal value of this dual-coded ETS address pointer otherwise, in ER, a value is stored which obviously does not correspond to a valid age class number; i) the values passed from the ZRE to the ETS as the ETS memory address are selected by combinatorial logic such that during phase A - in the case that the currently applied age value is not the maximum age value AV max , the output value of the AAZ register corresponding to the register record whose associated age group includes the currently attached age value is always output as the ETS memory address , and in the case that the a If the age value in question is the maximum age value ΔV max , the ETS memory address is a value which is obviously not equal to any existing address of the ETS, and during phase B - if the value output by the ER is a valid one Retirement class number, when ETS memory address is always output the output value of the VAZ register belonging to the register set of the retirement class number issued by the ER and, in the case that the value issued by the ER is not a valid retirement class number, than J) the values passed from the ZRE to the ETS as ETS address pointers are selected by a combinatorial logic, such that during phase A, the value is always output to the ETS memory address Counter reading of the EAZ is output as ETS address pointer and during phase B - in the case that it is because of ER value output by a valid age class number in the range 1 to n AK -1, when the ETS address pointer is always the output value of the 2-to-1 multiplexer circuit M 4.i , which is decremented by the register set of 1, from the ER belongs in the case where the value output by the ER is the valid retirement class number 0, a value is output as the ETS address pointer which can not be identified from any existing address of the age group ETS corresponds, and - in the event that the value issued by the ER is not a valid retirement age number, the ETS address pointer is a value that is obviously not equal to an existing ETS address. Schaltungstechnisch realisierte Einheit zur nahezu verzögerungsfreien, nach Altersklassen sortierten Ausgabe zuvor sequenziell zugeführter Datenwortmengengemäß den Patentansprüchen 1 und 2, die zur temporären Speicherung der ETS-Datenworte einen speziellen, nachfolgend mit Einheit zur temporären Speicherung (ETS) bezeichneten Schaltungsteil besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass a) die ETS zwei unabhängig voneinander beschreibbare Speichereinheiten beinhaltet, die jeweils zwei voneinander unabhängige Zugriffsschnittstellen besitzen, b) in der einen Speichereinheit – nachfolgend mit Speichereinheit SB bezeichnet – die bereit gestellten ETS-Datenworte gespeichert werden und in der anderen Speichereinheit – nachfolgend mit Speichereinheit SC bezeichnet – die von der ZRE übergebenen ETS-Adresszeiger, c) jeweils über eine der beiden Schnittstellen der Speichereinheiten SB und SC – nachfolgend mit Schnittstelle A bezeichnet – nur schreibend und über die jeweils andere Schnittstelle – nachfolgend mit Schnittstelle B bezeichnet – nur lesend zugegriffen wird, d) bei beiden Speicherbausteinen an den Adresseingang der Schnittstelle A die von der ZRE übergebene ETS-Speicheradresse angelegt ist, e) während Phase A stets im ersten Taktzyklus, nachdem ein neues ETS-Datenwort bereit gestellt worden ist, in Speicherbaustein SB dieses über die Schnittstelle A zugeführte ETS-Datenwort abgespeichert wird, f) jedesmal, wenn es sich bei der – während eines Taktzyklusses konstant – von der ZRE an die ETS übergebenen ETS-Speicheradresse, um eine gültige Adresse der ETS handelt, in Speicherbaustein SC der an Schnittstelle A während dieses Taktzyklusses konstant anliegende ETS-Adresszeiger gespeichert wird, g) in Speicherbaustein SC auch die von der ZRE als ETS-Adresszeiger übergebenen Werte gespeichert werden, die erkennbar keiner vorhandenen Adresse der ETS entsprechen h) bei beiden Speicherbausteinen an den Adresseingang der Schnittstelle B die von der ETS-Ausleselogik (EAL) übergebene ETS-Leseadresse angelegt ist, i) stets beide Speicherbausteine gleichzeitig ausgelesen werden, und j) die aus Speicherbaustein SC während Phase B ausgelesenen ETS-Adresszeiger jeweils entweder auf die als nächste auszulesende Adresse der ETS zeigt oder auf das Ende der nach Altersklassen sortierten Folge an ETS-Datenwörtern hinweist, indem der ausgelesene Wert erkennbar keiner vorhandenen Adresse der ETS entspricht.Circuit technology realized unit for virtually delay-free, sorted by age groups output previously sequentially supplied data word sets according to claims 1 and 2, for temporary storage of the ETS data words a special, hereinafter referred to as a temporary storage unit (ETS) circuit part has, characterized in that a ) the ETS contains two independently writable memory units, each having two independent access interfaces, b) in one memory unit - hereinafter referred to as memory unit S B - the provided ETS data words are stored and in the other memory unit - subsequently with memory unit S C designates - the ETS address pointers transferred by the ZRE, c) in each case via one of the two interfaces of the memory units S B and S C - hereinafter referred to as interface A - only write and via the respective and e) read-only access is made, d) in both memory modules to the address input of the interface A, the ZRE passed ETS memory address is created, e) during phase A always in the first clock cycle after a new ETS Data word has been made available in memory module S B this is fed via the interface A ETS data word, f) each time it at the - during a clock cycle constant - from the ZRE to the ETS transferred ETS memory address to A valid address of the ETS is stored in memory module S C at the interface A during this clock cycle constantly applied ETS address pointer, g) in memory module S C and the values transmitted by the ZRE as ETS address pointer values are stored, the recognizable no existing Address of the ETS correspond h) in both memory modules to the address input of the interface B d ie the two memory chips are read out at the same time, and j) the ETS address pointers read out of memory module S C during phase B either in each case to the address of the ETS to be read out next indicates or points to the end of the sorted by age groups sequence of ETS data words by the read value recognizably corresponds to any existing address of the ETS.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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NICHTS ERMITTELT *

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