CH616791A5 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Betriebs-Synchronisierung für Datenübertragungsanlagen mit einer Hauptstelle und mit Nebenstellen, die mittels einer Ringleitung (im folgenden auch «Schleife» genannt) untereinander verbunden sind, wobei die Hauptstelle und die Nebenstellen für den Empfang und das Senden in Rahmen eingeteilter Bitfolgen vorgesehen sind und Gleichlaufbedingungen und Gleichlaufstörungen erkennen können.

Schleifenübertragungsanlagen zur Datenübermittlung mit Geschwindigkeiten von Megabytes pro Sekunde verwenden üblicherweise Mehrbyterahmen vorgegebener Länge, wobei jeweils ein Rahmen immer nur einer Endstelle zugeordnet wird. Solche Anlagen weisen Schleifenverzögerungen und Laufzeiten auf, die wegen der hohen Datenfolgegeschwindig-keit die Dauer der gegebenen Rahmenlängen überschreiten.

Der Kanal einer Datenverarbeitungsmaschine (abgekürzt DVM) erlangt Zugriff zu den Daten in einer Speichereinheit unter Übertragung einer Folge von Instruktionen zur Angabe der Speichereinheitsnummer, des Speichervolumens, der Spur und der Winkelposition und, ob es sich um eine Lese- oder Schreiboperation handeln soll. Diese Instruktionen werden als Kanalkommandoworte bezeichnet und durch eine Steuerung ausgewertet, die den Speichereinheiten zur Einstellung des mechanischen Zugriffs innerhalb der Speicher und zur Ausführung der Lese- oder Schreiboperation gemeinsam ist. Da die Verfügbarkeit des Kanals und die Antwortzeiten der Speicher beim Zugriff und beim Lesen oder Schreiben variieren, ist die Kopplung zwischen Kanal und Speichereinheiten als relativ lose zu betrachten, wobei Übertragungen in Form eines Anfor-derungs/Antwortbetriebs abgewickelt werden. Dabei wird zuerst der Betriebszustand einer Einheit festgestellt, und wenn sie verfügbar ist, kann eine Datenübertragung stattfinden. Damit werden die Notwendigkeiten des Pufferns eingeschränkt, auch wenn die Arbeitsgeschwindigkeiten der einzelnen Einheiten verschieden sind.

Die Kopplung eines DVM-Kanals mit einer Vielzahl von Speichereinheiten auf Zeitzuteilungsbasis über eine Schleife ändert einen solchen Betriebsablauf grundsätzlich nicht. Dabei ist den speziellen Eigenschaften von Schleifen Rechnung zu tragen. Z. B. müssen Schleifen für die Benutzung mit hohen

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Datenfolgegeschwindigkeiten Vorkehrungen für das Abhängen solcher Speichereinheiten aufweisen, die die Gesamtanlage durch Überschwemmen mit Daten dominieren können. Gegebenenfalls kann die Aussperrung solcher Einheiten durchgeführt werden, die voraussichtlich die Anlage dominieren wer- 5 den. Dafür sind zwei Gründe gegeben. Erstens fehlt Speichereinheiten, wie Platten- und Bandspeichern, eine zeichenweise Start/Stopp-Möglichkeit. Im Gegenteil: sie übertragen Daten in Form einer Vielzahl von Bytes oder ganzer Spuren. Zweitens ist für grossvolumige Übertragungen eine grosse Bandbreite 10 bei hoher Datenfolgegeschwindigkeit unabdingbar. Dabei kann Dominieren durch Überschwemmen mit Daten auftreten,

wenn die verfügbare Schleifenbandbreite kleiner ist als die Aggregatbandbreite aller Bedienung anfordernden Endstellen.

Ein Schleifenbetriebsablauf bei der Kopplung eines Kanals 15 mit Speichereinheiten sollte Vorkehrungen treffen für das Aussenden von Zugriffskommandos vom Kanal, für das Schreiben von Daten nur in dem Masse, wie die empfangende Einheit mithalten kann, und zur Zuteilung der Bandbreite, wobei die Blok-kierung einiger Schleifennebenstellen zugunsten anderer und 20 auch das Dominieren vermeidbar ist. Nach dem Stande der Technik ordnen manche Betriebsregulierungen Rahmen oder Abschnitte den einzelnen Einheiten permanent zu. Dabei wird Zeit bzw. Bandbreite verschwendet, wenn die Abschnitte jeweils nicht benutzt werden. Wenn eine Betriebsweise vorge- 25 geben ist, bei der die Hauptstelle zentral die einzelnen Abschnitte zuordnet, dann weiss die Hauptstelle nichts über momentan auftretende Datenfolgegeschwindigkeits-Verände-rungen in den Einheiten. Somit muss die Hauptstelle zugeordnete Rahmen oder Abschnitte in einem grösseren Masse zutei- 30 len, als die Ausseneinheiten eigentlich benötigen. Dies ist ebenfalls sehr verschwenderisch, weil keine andere Einheit Zugriff zur Bandbreite hat, die einer evtl. dominierenden Einheit zugeordnet ist. Andere Betriebsweisen verwenden Verteilungsschemen, wie z. B. wahlweisen Sendeabrufbetrieb. Bei einem 35 solchen wahlweisen Sendeabrufbetrieb benötigen überschüssige Rahmen am Beginn der einzelnen Betriebszyklen und auch deren variierende Länge Puffer in den einzelnen Einheiten. Die Zahl der verschwendeten Rahmen ist zumindest gleich der Schleifenlaufzeit während jedes einzelnen Betriebszyklus. 40

Jede Schleifanlage, die ihre zeitlichen Möglichkeiten auf einzelne adressierbare Endstellen verteilt, benötigt ein Rahmenformat mit Adresse, Steuerteil und Datenteil. Der Adressteil muss den Adressaten und/oder gegebenenfalls auch den Absender enthalten. Der Steuerteil dient normalerweise zur 45 Angabe der Rahmenbetriebsart, wie z. B. Bedienungsanforderung, Kommando, Schreiben, Lesen, Einheitsstatus oder Rahmenstatus, verfügbar oder nicht verfügbar, voll oder leer. Das in Aussicht genommene Rahmenformat wickelt den Anfrage/ Antwort-Betrieb ab. Wenn z. B. der Kanal Daten in einer 50

bestimmten Speichereinheit schreiben will, dann muss die Speichereinheit Möglichkeiten haben zur positiven Angabe der Verfügbarkeit und Bereitschaft, Daten zu empfangen. Dies wird vermittels eines Statusrahmens übertragen. Zur Vermeidung eines Dominierens sendet die Einheit einen Schreiban- 55 forderungsrahmen von der Nebenstelle zur Hauptstelle, wenn ihr Datenpuffer mindestens Platz für einen Datenrahmen hat. Um den Datenpuffer so klein wie möglich machen zu können, verlangt der Betriebsablauf, dass die Hauptstelle auf jede Schreibanforderung mit einer minimalen und unveränderlichen 60 Verzögerung antwortet. Die Nebenstelle kann sich die unveränderliche Schleifenlaufzeit zunutze machen, indem sie ihre Anforderung bereits aussendet, bevor sie die Daten aktuell benötigt.

Hierzu ist hinzuweisen auf die Arbeiten von Dixon im IBM 65 Technical Disciösure Bulletin, Band 15, Nr. 1, Juni 1972, Seiten 335 bis 336, und von Spragins in derselben Zeitschrift, Band 16, Nr. 1, Juni 1973, Seiten 302 bis 305. Diese Arbeiten behandeln die dynamische Rahmen- bzw. Abschnittszuordnung und die konsequente Bandbreitenverteilung sowie die Abschnittsverwendung oder -wiederverwendung in einer Schleifennebenstelle und die Beziehung zwischen nicht zugeteilten Leerrahmen, die durch die Hauptstelle erzeugt werden, und Warte-Schlangenbildungen von Daten und Nachrichten in den Nebenstellen.

Entsprechend Dixon kann ein an eine bestimmte Schleifennebenstelle adressierter Abschnitt seitens dieser Nebenstelle benutzt werden oder weiterbenutzt werden unter Überschreibung des Adressteils im Abschnitt mit einer anderen Adresse oder mit einem Sonderzeichen. Ein Sonderzeichen sorgt auch für die Kennzeichnung als unbelegter Abschnitt. Natürlich kann ein unbelegter Abschnitt sofort durch die nächstfolgende, Daten übertragen wollende Nebenstelle weiterverwendet werden. Dixons Lehre ist auf die Beseitigung der statistischen Wahrscheinlichkeit ausgerichtet, nach der näher an der Hauptstelle gelegene Nebenstellen begünstigte Zugriffsmöglichkeiten zu nicht zugeordneten Rahmen haben.

Nach Spragins werden die Nachrichten jeweils byteweise innerhalb einzeln adressierbarer Abschnitte übermittelt. Dabei teilt die Hauptstelle nichtzugeordnete Abschnitte reziprok zur Durchschnittszahl übertragener Nachrichten pro Zeitabschnitt ein. Wenn der Durchschnitt 0,1 ist, dann fügt die Hauptstelle einen nichtzugeordneten Abschnitt nach 10 adressierten Abschnitten ein. Wenn der Durchschnitt 0,5 ist, wechselt die Hauptstelle zwischen zugeordneten und nichtzugeordneten Abschnitten ab.

Für solche Schleifenanlagen, in denen die Schleifenlaufzeit ein Vielfaches der Rahmenlänge ist, enthält die durchlaufende Bitfolge Frequenzanteile, die sich der oberen Grenzfrequenz des Übertragungsmediums nähern, wobei die Übertragung der Signale in Mitleidenschaft gezogen wird durch Phasen-, Frequenz* und Amplitudenverzerrungen sowie Signalflattern. Es kann angenommen werden, dass das Flattern von Zwischen-symbolüberlagerungen sowie von systematischen Fehlern und eingefügtem Rauschen herrührt, welches seinerseits eine Art Modulation der Signale auf der Schleife bewirkt. Dabei ergeben sich plötzliche Verschiebungen der Frequenz oder der Amplitude. Das Flattern bei Schleifenanlagen mit niedriger Arbeitsgeschwindigkeit ist relativ klein gegenüber einer Bitperiode. Dies bedeutet, dass bei niedrigen Übertragungsgeschwindigkeiten die Wiedersynchronisierung nicht schwierig ist. Komplizierter ist es schon bei Schleifenanlagen mit hoher Arbeitsgeschwindigkeit; sie benötigen ein Taktsystem, das vom Flattern relativ unabhängig ist.

Die vorgenannten Schwierigkeiten stellen erhebliche Anforderungen bei Hochgeschwindigkeits-Schleifenanlagen. Üblicherweise erkennt eine der Endstellen in Hochgeschwindigkeitsanlagen den Ausfall des Bitgleichlaufs nur, weil er gleichzeitig vom Rahmengleichlaufausfall begleitet ist. Die Endstelle fährt trotzdem fort, die einlaufenden Daten ohne beabsichtigte Abwandlung weiterzuübertragen, bis wieder Rahmengleichlauf gegeben ist. Während dieser Wiederherstellungsperiode des Gleichlaufs injizieren Endstellen nach dem Stand der Technik Fehler in die Datenfolge, solange ihre Oszillatoren mit von den einlaufenden Daten abweichender Frequenz arbeiten.

Typischerweise können Nebenstellen, die vor einer Nebenstelle mit Synchronausfall liegen, damit fortfahren, Daten zu übertragen; sie merken dabei gar nicht, dass die durchübertragenen Daten nicht ordnungsgemäss zur Hauptstelle zurücklaufen. Datenfehler werden seitens der Hauptstelle natürlich erkannt und es wird eine vollständige Wiederholung der gesamten Übertragung ablaufen. In Hochgeschwindigkeitsanlagen, die umfangreiche Übertragungen durchführen können, ist ein solcher Umstand der Nachrichtenwiederholung natürlich unangebracht.

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Der Stand der Technik befasst sich im allgemeinen vorwiegend mit Anlagen für niedrige Arbeitsgeschwindigkeit. Dabei ist die Schleifenlaufzeit kleiner als eine Rahmenlänge.

Der in dieser Hinsicht interessante Stand der Technik urnfasst z. ß. eine Arbeit von Donnan und Kersey mit dem Titel «Synchronous Data Length Control: A Perspective» im IBM Systems Journal, Nr. 2,1974, Seiten 140 bis 162. Darin ist nur die Rahmensynchronisierung behandelt, nicht aber auch die Synchronisierung bis herunter zu einzelnen Bytes oder noch kleineren Informationsteilen. Andere Arbeiten befassen sich nur allein mit der Rahmensynchronisierung. Dazu sind zu nennen die US-PS 3 632 881, insbesondere Fig. 2, und US-PS 3 639 694, Spalte 4, Zeilen 39 bis 48. Nach diesen beiden Patentschriften verwendet eine Anlage 24 zusammenhängende Bits zur Synchronisierung und zur Trennung zwischen aufeinanderfolgenden Übertragungs-Rahmen. Die zweite dieser beiden Patentschriften betrifft insbesondere die Schleifenübertragung mit einer relativ grossen Zahl von Datenquellen und Empfängern mit niedriger Arbeitsgeschwindigkeit, die auf Zeitmultiplexba-sis miteinander verbunden sind.

Andere zu erwähnende Schriften sind US-PS 3 859 466, 3 652 799 und 3 424 864. Diese Arbeiten befassen sich jedoch ebenfalls mit Schleifenanlagen niedriger Arbeitsgeschwindigkeit und nicht mit solchen Schleifen, in denen die Schleifenlaufzeit ein Vielfaches der Rahmenlänge ist.

Der Vollständigkeit halber soll auch noch die US-PS 3 905153 erwähnt werden. Die Rahmensynchronisierung wird . dabei seitens der Schleifenhauptsteüe durch eine Phasennachstellung bewirkt, wobei der Ausfall des Bitgleichlaufs vermieden wird.

In Anbetracht des Standes der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ausnutzung der gegebenen Bandbreite seitens der an eine Schleifenanlage angeschlossenen Nebenstellen zu ermöglichen, wobei der Zeitaufwand für die Gewinnung und gegebenenfalls für die Wiedergewinnung des taktmässigen Gleichlaufs aller vorgesehenen Komponenten einer solchen Schleifenanlage möglichst klein ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.

In der im folgenden beschriebenen Anlage muss eine zur Übertragung von Daten an die Hauptstelle bereitstehende Nebenstelle zuerst einen nichtzugeordneten freien Rahmen belegen und damit eine Anforderung an die Hauptstelle geben. Als Antwort auf die Anforderung lässt die Hauptstelle die Nebenstelle nur über die Schleife verkehren, wenn die der Nebenstelle eigene Bandbreite kleiner ist als die auf der Schleife gerade verfügbare Bandbreite. Damit werden alle die Nebenstellen ausgesperrt, die voraussichtlich die Schleife dominieren könnten. Dabei wird unterstellt, dass für jede Nebenstelle ein Mittelwert oder ein Maximalwert gegeben ist. Es wird weiter unterstellt, dass die algebraische Summe der Differenz zwischen den wirklichen und zugeordneten Werten vernachlässigbar ist. Damit im Zusammenhang verwendet die Anlage in jedem Rahmen ein Verfügbarkeitsstatusbit, das den Belegungszustand der Schleife kennzeichnet. Bei voller Belegung, wenn keine Bandbreite zur Verfügung steht, kann weiteren Anforderungen nicht entsprochen werden. Dynamische Rahmenzuordnungen sind der Hauptstelle und wahlweise auch den Nebenstellen möglich. So gesehen gewährt die Anlage ein Eins-zu-Eins-Verhältnis zwischen den von einer Nebenstelle empfangenen Rahmen und den seitens der Hauptstelle erzeugten Rahmen. Ein nichtzugeordneter Leerrahmen wird als nächster auslaufender Rahmen nach jedem empfangenen, seitens einer Nebenstelle belegten Rahmen erzeugt. Des weiteren erzeugt die Hauptstelle einen voll zugeordneten Schreibrahmen pro aufgenommene Schreib-Bedienungsanforderung.

Schliesslich kann die Hauptstelle ein Zugriffskommando nur bei Empfang eines Rahmens senden, der keine Bandbreitenanforderung enthält, wie z. B. ein empfangener unbelegter Leerrahmen. Unter Erzeugung eines unbelegten Leerrahmens pro zugeordneten vollen Rahmen wird Bandbreite zur Datenübertragung aus irgend einer bereitstehenden Nebenstellen-Speichereinheit für Lesen zur Verfügung gehalten. Ein Dominieren der Schleife kann nicht auftreten, weil aufgrund der Eins-zu-Eins-Beziehung ebensoviel Bandbreite für die Nebenstellen bereitgehalten wird, wie diese benutzen. Das Dominieren einer Nebenstelle wird dadurch vermieden, dass ein mit Daten gefüllter Rahmen nur bei Schreibbedienungsanforde-rung seitens der Nebenstelle ausgesandt wird.

Nichtzugeordnete Leerrahmen bedeuten, wenn sie zur Hauptstelle zurückkehren, für weitere Verwendung zur Verfügung stehende Bandbreite. Diese kann ausgenutzt werden für die Übertragung eines Kommandorahmens, den beim Empfang eine adressierte Nebenstelle für ihre zugehörige Speichereinheit belegen kann. Andererseits ist auch die Weitergabe eines unbelegten Leerrahmens möglich und nicht störend.

Die Erzeugung unbelegter Leerrahmen bewirkt nicht die erhöhte Belegbarkeit zugunsten von Nebenstellen, die näher zur Hauptstelle liegen, gegenüber solchen Nebenstellen, die weiter weg liegen. Die Begünstigung kann unter den einzelnen Nebenstellen nahezu gleichmässig aufgeteilt werden mittels eines Nebenstellen-Rahmenverteilungsbetriebes bezüglich Benutzung oder Weiterbenutzung. Dabei ergibt sich der Vorteil für jede Nebenstelle, dass sie einen an sie adressierten Rahmen aufnehmen kann und diesen Rahmen sofort weitergeben kann unter Einfügung einer Schreib-Bedienungsanforderung an die Hauptstelle. Wenn andererseits die Nebenstelle keine Schreibanforderung zu geben hat, ändert sie einfach das Belegtzeichen auf unbelegt ab. Oder, wenn ein nichtzugeordneter Rahmen einläuft, kann die Nebenstelle den Rahmen belegen unter Einfügung von Lesedaten, einer Bedienungsanforderung oder von Statusinformationen.

Nach einer Unterbrechung des Betriebes soll der Gleichlauf mit einer minimalen Verzögerung wiederherstellbar sein. Angenommen, dass die Schleife kurzzeitig aufgrund eines Fehlers in der Nebenstelle i unterbrochen wird. Die nachfolgende Nebenstelle i+1 fällt ebenfalls ausser Tritt. Die weiterführende Datenübertragung wird somit unterbrochen. Die Nebenstelle i+1 erzeugt ein erstes Signal, welches durch die weiteren nachfolgenden Nebenstellen i+2, i+3 usw. als Synchronisierbezug auswertbar ist. Die Hauptstelle erzeugt ein zweites Signal, welches seitens der vor der ausgefallenen Nebenstelle liegenden Nebenstellen i-j,..., i-3, i-2, i-1 ausnutzbar ist, und zwar in der Weise, dass die i-te Nebenstelle entweder ihren eigenen Fehler erkennt und korrigiert oder einfach umgangen wird. Die Nebenstellen i, i+1, i+2 und die weiteren nachfolgenden Nebenstellen, die mit dem erstgenannten Signal synchronisiert wurden, löschen ihre Bit-Zähler und beginnen langsam, sich mit den einlaufenden, besonders übertragenen Synchronisierbits im zweitgenannten Signal zu synchronisieren. Dies erfolgt so langsam, dass die Nebenstellen i+1, i+2 usw. ohne Verlust des Bitgleichlaufs sich synchronisieren können.

Eine den Gleichlaufverlust erkennenden Nebenstelle unterbricht die weiterführende Datenübertragung und sendet nur Freirahmen als Synchronisierbezug aus. Diese Rahmen bestehen aus lauter Nullen enthaltenden Bytes, die durch ein Synchronisierbit 1 getrennt sind: 1000000001000000001. Die nachfolgenden Nebenstellen geben diese zur Hauptstelle weiter. Die Hauptstelle erzeugt daraufhin für die vor der ausgefallenen Nebenstelle gelegenen Nebenstellen Synchronisierrahmen als Synchronisierbezug. Ein Synchronisierrahmen besteht aus z. B. zwei Einsen pro zwölf Bytes mit lauter Nullen: 1100000001000000001...0000000011. Das Rahmensynchronisierbit ist das erste Bit des Bytes 1 und nicht ein 109. Bit, wenn der

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Rahmen 108 Bits lang ist. Die Rahmensynchronisier-Informa-tion könnte jede markante Folge im ersten Byte sein. Die ausgefallene Nebenstelle erkennt entweder ihren Fehler und korrigiert ihn oder wird umgangen. Wenn der Gleichlaufausfall korrigiert wird, passt die Nebenstelle ihre Phasenlage graduell wieder an, so dass die nachfolgenden Nebenstellen ohne Gleichlaufverlust bleiben. Wenn der Gleichlauf ordnungsgemäss wiedergewonnen ist, gibt die vorher ausgefallene Nebenstelle den Synchronisierrahmen weiter. Die nachfolgenden Nebenstellen synchronisieren sich dann mit dem zusätzlichen Bit im Synchronisierrahmen, indem sie ihre eigenen Zähler löschen, um in Übereinstimmung mit den Rahmenbegrenzungsbits kommen zu können. Während die nachfolgenden Nebenstellen ihren Gleichlauf nicht verlieren, geben sie den Synchronisierrahmen so weiter, wie sie ihn empfangen. Die Löschung der internen Zähler verursacht keinen Phasen- oder Frequenzwechsel innerhalb der durchlaufenden Bitfolge.

Somit wird mittels des beschriebenen Verfahrens die eigentliche Resynchronisierzeit auf die der ausgefallenen Nebenstelle begrenzt. Die Datenübertragung innerhalb der Schleife wird jedoch abrupt unterbrochen und systematisch eine besondere Folge zur Wiedergewinnung des kompletten Gleichlaufs durchgegeben. Die Datenübertragung innerhalb der Schleife geht sofort weiter, wenn alle Nebenstellen wieder Gleichlauf haben. Dieser Umstand wird der Hauptstelle dadurch mitgeteilt, dass sie einen ausgesandten Synchronisierrahmen zurückempfängt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Schleifenanlage zur Verbindung eines DVM-Kanals und einer Vielzahl von Speichereinheiten.

Fig. 2 erläutert einige der logischen Einzelheiten der als Schleifensteuerung bezeichneten Anordnung und des Schleifenadapters gemäss Fig. 1.

Fig. 3 stellt den Datenfluss in den Serienkonvertern und im Schleifenadapter dar.

Fig. 4 ist ein Zeitschaubild mit Wellenformen innerhalb einer Anlage, die einen bipolaren Ternärcode auch zur Schlei-fensynchronisierung verwendet.

In Fig. 1 ist eine Schleifenübertragungsanlage 1 dargestellt zur Kopplung einer oder mehrerer Speichereinheiten 3 mit dem DVM-Hauptspeicher 5. Der Hauptspeicher ist mit der Schleifensteuerung 7 verbunden. Hierbei übernimmt die Schleifensteuerung die meisten Aufgaben der Hauptstelle. Speichereinheiten wie Platten- oder Bandspeicher sind an Adapter 9 angeschlossen, die die Hauptaufgaben der Nebenstellen übernehmen. Die Schleife selbst besteht aus einem einseitig gerichteten Betriebsweg 11, der in Reihe miteinander Serien-Parallel-konverter 12,13,15,17 und in 19 verbindet. Die Eingabe von Daten auf die Schleife wird unter Parallel-Serienkonvertierung vermittels der einzelnen vorgesehenen Konverter ausgeführt. Andererseits wird die Entnahme von Daten von der Schleife mittels Serien-Parallelkonvertierung mittels der Konverter oder des Schleifenadapters 19 durchgeführt.

Wenn ein andauernder Fehler in einer Nebenstelle erkennbar ist, wird ein nicht dargestelltes Relais erregt, das die ausgefallene Nebenstelle umgeht und die Fortsetzung des Schleifenbetriebes ermöglicht.

Rahmengrösse, Rahmenart und Rahmenformat

In der Anlage gemäss Fig. 1 wird eine vorgegebene Rahmengrösse mit 108 Bits verwendet. Darin enthalten sind 64 Nutzdatenbits sowie Betriebsinformationsbits. Die gewählte Rahmengrösse ist ein Kompromiss. Es ist offensichtlich, dass die Rahmenausnutzung verbessert werden könnte, z. B. unter Verwendung längerer Rahmen mit einem günstigeren Nutzdatenanteil.

Ein gegebener Betriebsablauf kann mit beliebiger Rahmen616 791

grosse, die für eine bestimmte Ausführung günstig erscheint, arbeiten; es ist auch möglich, den nachstehend beschriebenen Betriebsablauf mit veränderbarer Rahmengrösse auszuführen. Mit dem Ziel der guten Verständlichkeit der Erklärung soll jedoch nur ein Rahmen mit vorgegebener Länge beschrieben werden.

Um einen grossen Datendurchsatz zu ermöglichen, wird mit jedem 9. Bit als Taktinformation ein Eins-Bit übertragen, das die einzelnen Informationsbytes abgrenzt. Diese Bits werden im nachfolgenden Text als Synchronisierbits bezeichnet.

Die Erfindung verwendet vier Rahmenarten. Es handelt sich dabei um Freirahmen, Synchronisierrahmen, Leerrahmen und besetzte Rahmen. Die Frei- und Synchronisierrahmen sind keine Nutzrahmen, da sie zur automatischen Synchronisierung sämtlicher angeschlossenen Adapter benötigt werden. Ein Leerrahmen ist ein Rahmen, der keine Information enthält, jedoch mit solcher belegt werden kann.

Innerhalb des Rahmenformats definieren die Bitpositionen 0 und 1 den Rahmenbeginn; sie sind als Eins bzw. Null codiert und folgen direkt auf ein Synchronisierbit, wobei sich die Bitfolge 110 ergibt. Ein Bit Null in der Position 2 kennzeichnet die volle Belegung der Bandbreite. Die Bitposition 3 kennzeichnet die Verfügbarkeit des Rahmens, wenn sie eine Eins enthält.

Eine Eins in der Bitposition 4 kennzeichnet, dass der betreffende Rahmen leer ist und zum Senden, Lesen oder für Statusinformationen benutzbar ist. Wenn das Bit 4 auf Null steht,

dann ist der Rahmen belegt. Die Bitpositionen 5,6 und 7 kennzeichnen eine Operation oder die Funktion des Rahmens. Die Bitpositionen 8 bis 15 definieren die Adresse eines Adapters mit seinem Serienkonverter und enthalten nur Adressen solcher Nebenstellenadapter, die Datenübertragungsoperationen ausführen können, wie sie durch die Betriebsartbits 5,6 und 7 gekennzeichnet sind. Es kann jeweils nur eine Datenübertragung erfolgen. Die Bitpositionen 16 bis 79 enthalten Datenfelder und umfassen 8 Datenbytes, wenn die Betriebsartbits Lesen oder Schreiben kennzeichnen. Wenn mit der Betriebsart ein Kommando- oder ein Statusrahmen angezeigt wird, dann sind das Kommando und seine Parameter oder die Statusinformation im Datenfeld enthalten. Das Datenfeld einer Schreibanforderung oder eines Leerrahmens ist nicht definiert. Es darf jedoch nicht die Folge 1,0 wiederholt in den ersten zwei Bits aller Bytes enthalten. Diese Wiederholungsfolge ist gut von zufälligen Daten unterscheidbar und gewährleistet eine Zeitverzögerung für einen Adapter mit Konverter, der richtige Synchronisierung wiederzubekommen versucht. Schliesslich werden die Bitpositionen 80 bis 95 zur Fehlererkennung verwendet. Die Polynomspanne für die vorgesehene zyklische Redundanzprüfung umfasst die 96 Bits jedes einzelnen Rahmens. Die 12 Synchronisierbits werden dabei nicht erfasst. Schliesslich muss der Adapter/Konverter einer Nebenstelle, die in irgendeiner Weise einen Rahmen abändert, eine richtige zyklische Redundanzprüfinformation senden, unabhängig von der Relevanz der enthaltenen Daten. Kein Adapter/Konverter kann eine falsche Redundanzprüfinformation eines durchlaufenden Rahmens korrigieren.

In Schleifenanlagen der betrachteten Art sind die einzelnen Rahmen der Betriebsart nach einzuteilen in Kommandos, Statusrahmen, Lese/Schreib-Rahmen, Schreibanforderungen und Leerrahmen. Kommandos werden von der DVM zu deren Schleifensteuerung 7 übermittelt und weiter zu den Nebenstellenadaptern, um dort Funktionen auszulösen. In den meisten Fällen kann jeweils ein Kommando mit seinen zugehörigen Parametern in einem Rahmen übertragen werden. Bei Empfang eines Kommandorahmens muss der adressierte Nebenstellenadapter den Rahmen entweder entleeren oder zur Übermittlung einer anstehenden Betriebsstatus-Information verwenden. Im allgemeinen lässt sich ein geleerter empfangener Rahmen für alle Zwecke als Leerrahmen verwenden. Dabei ist

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zu beachten, dass die ausgesandten Redundanzprüfinformatio- schleifenaniage mit einer Rahmenzeit von 771 Nanosekunden nen jedes Rahmens, der irgendwie durch einen Nebenstellen- zwischen einem Minimum von drei Rahmen (2,31 Mikrosekun-adapter abgeändert worden ist, auf jeden Fall mit dem gesamten den) und einem Maximum von 26 Rahmen (20,05 Mikrosekun-Rahmen ordnungsgemäss zusammenpassen müssen. Ein Lese- den) variieren. Das Maximum wird durch gewisse physikalische rahmen wird dazu verwendet, mittels einer Speichereinheit 3 5 Eigenschaften der Nebenstelle, die die höchste Arbeitsge-gelesene Daten über die Schleifenanlage 1 zum Hauptspeicher schwindigkeit innerhalb der Schleife hat, bestimmt. 5 zu übermitteln. Ein Leserahmen lässt sich mit jedem einlaufenden Leerrahmen übermitteln, jedoch unter Berücksichti- Die Schleifensignalbedingungen gung der Bandbreitenanforderung bezüglich der betroffenen Entsprechend den Fig. 4 und 1 werden Daten über die Speichereinheit. Schreibrahmen werden nur als Antwort auf 10 Schleife 11 seriell übermittelt. Die Schleife mag z. B. mit einem Schreibanforderungen auf der bereits beschriebenen Eins-zii- Doppelachsialkabel aufgebaut sein. Bei Doppelachsialübertra-Eins-Grundlage übermittelt. Der Zeitverlust zwischen dem gung werden die Daten auf den beiden Leitern komplementär Anfang eines Anforderungsrahmens und dem Empfang des ent- übertragen, wobei der jeweilige Signalpegel auf dem einen Lei-sprechenden Schreibrahmens im Nebenstellenadapter ent- ter invers zum Pegel auf dem anderen Leiter ist. Dies ist in spricht der zu berücksichtigenden Schleifenlaufzeit. Die Schlei- 15 Fig. 4 dargestellt. Die an die Kabel angeschlossenen Empfänger fenlaufzeit hängt von der Kabellänge, der Gesamtzahl der sollen Differentialverstärker aufweisen. Die in einem bipolaren Nebenstellen usw. ab. Ein Schreibanforderungsrahmen wird Pseudo-Ternärcode codierten Daten stellen jedes Eins-Bit seitens eines Nebenstellenadapters 9 zur Schleifensteuerung 7 durch einen wechselnden positiven oder negativen Impuls dar. übertragen, um Schreibdaten anzufordern. Ein Nebenstellen- Dazu werden für alle Bits Zeitzelldauern vorgegeben. Nullen adapter kann Schreibanforderungen nur dann abschicken, wenn 20 wercjen durch Fehlen solcher Impulse dargestellt.

er von der Schleifensteuerung in der Hauptstelle ein Schreibkommando empfangen hat, Schreibanforderungen können z. B. Synchronisierung und Taktung in einem Leerrahmen oder in einem an den betroffenen Neben- Um die Daten ordnungsgemäss takten und deserialisieren

Stellenadapter adressierten Schreibrahmen übermittelt wer- zu können, müssen aus den Zeitinformationen der Datenbits den. Wenn ein Leerrahmen von der Hauptstelle einläuft, ist die- 25 Taktinformationen abgeleitet werden. Da innerhalb einer nor-

ser schliesslich für sämtliche Nebenstellenadapter die Auffor- malen Datenfolge auch lange monotone Nullfolgen auftreten derung zum Senden von Lese-, Status- oder Anforderungsrah- können, müssen in vorgegebenen Intervallen Synchronisierbits men. Ein Leerrahmen ergibt sich ebenfalls in jedem Nebenstel- eingefügt werden. So wird, wie bereits genannt, nach jeweils 8

lenadapter, der im betrachteten Rahmen Schreiben oder ein Datenbits ein Synchronisierbit eingefügt.

Kommando übermittelt bekommen hat. Vor der Benutzung 30 Die Daten laufen nacheinander auf der Schleife mit dem eines solchen Leerrahmens prüft der Nebenstellenadapter höchstwertigsten Bit des höchstwertigsten Bytes voran um.

lediglich die ersten fünf Bits des Rahmens. Der Inhalt aller wei- Jedes Datenfeld besteht aus 8 Bytes und wird als Binärfeld teren Bitpositionen ist dabei unerheblich. übermittelt, das mit 263,262,.., mit abnehmender Potenz von

2 beginnt.

Benutzung und Weiterbenutzung der Rahmen 35 Die Schleifenübertragungsanlage gemäss Fig. 1 sieht Syn-

und Schleifenlaufzeit chronisiermassnahmen vor. Diese Synchronisiermassnahmen

Die Schleifensteuerung 7 und die Nebenstellenadapter 9 dienen zur Aufrechterhaltung genauen und stabilen Gleichlaufs wickeln Betriebsabläufe ab, die relativ kurze Antwortzeiten, während des Betriebes und zur Wiedergewinnung des Gleichverglichen mit der Schleifenlaufzeit, gewährleisten. Dazu sind laufs in einer möglichst kurzen Zeit, wenn er einmal aufgrund die Konverter wie 13 paarig mit ihren Nebenstellenadaptern 9 40 von Störungen oder Unterbrechungen verlorengegangen sein angeordnet, wobei sich auf der Schleife minimale Verzögerun- sollte.

gen ergeben. Während der Adressvergleichszeit ist der Anfang Gemäss der Erfindung werden zwei Arten von Synchroni-

eines Rahmens und der grösste Teil der Adresse bereits über- sier-Informationen auf der Schleife übertragen. Es handelt sich mittelt und kann nicht mehr abgeändert werden. Der Neben- dabei um die Bitsynchronisierung und die Rahmensynchronisie-

stellenadapter hat nun die Wahl, den Rest des betroffenen Rah- 45 rung, welche beide vorab erst herzustellen sind und des weite-

mens in eine Anforderung für noch mehr Daten umzuwandeln ren mittels einer zyklischen Redundanzcodeprüfung zu bestäti-

oder ihn unverändert zu belassen, wobei dann keine andere gen sind. Der Status «wirklicher Gleichlauf» ist einer von ver-

Nebenstelle den Rahmen verwenden kann. Dabei muss der schiedenen Synchronisierzuständen, die noch im einzelnen

Nebenstellenadapter Schreibrahmen für seine eigenen Schreib- beschrieben werden. Für den vorliegenden Zweck ist der anforderungen so oft wie möglich verwenden, damit keine 50 «wirkliche Gleichlauf» eine notwendige Vorbedingung, bevor

Schleifenbandbreite verschlissen wird. - Bei einer abgewandel- einer der Konverter 12,13,15,17 Informationen auf die ten Version des Betriebsablaufs, der als Rahmenweiterverwen- Schleife stellen kann. Wirklicher Gleichlauf muss auch seitens dung bezeichnet wird, trägt jeder Nebenstellenadapter eine des Schleifenadapters 19 gefunden werden, bevor andere Infor-

grössere Verzögerung für die umlaufenden Daten bei, so dass mationen als Synchronisierrahmen auf der Schleife übertragen er im Falle der Erkennung der eigenen Adresse den Rahmen 55 werden können.

leeren kann, um anderen Nebenstellenadaptern auf der Die Taktvorkehrungen in den einzelnen Konvertern und

Schleife die Weiterverwendung zu ermöglichen. Jeder Schlei- deren Bit- und Bytezähler müssen mit den über die Schleife ein-

fenadapter kann den Rahmen auch dazu benutzen, einen Schreib- laufenden Daten gleichlaufen, um einwandfrei empfangen,

rahmen anzufordern; dies muss jedoch nicht sein, da sich weitertakten und übertragen zu können. Entsprechend der vor-

ohnehin dann keine verschlissene Bandbreite ergibt. Der Rah- 60 liegenden Erfindung überträgt ein Konverter, wenn er ausser menweiterverwendungs-Betriebsablauf nutzt die Schleifen- Tritt fällt, nur noch Freirahmen. Wenn der Schleifenadapter in handbreite sehr günstig aus und ist sehr vorteilhaft, wenn eine der Hauptstelle ausser Tritt fällt oder wenn er solche Freirah-

relativ grosse Schleifenlaufzeit tolerierbar ist. men empfängt, sendet er nur noch Synchronisierrahmen aus.

Die Schleifenlaufzeit entspricht der Gesamtumlaufverzöge- Diese Synchronisierrahmen laufen unabgeändert über die ein-

rung auf der Schleife in Rahmen ausgedrückt, wobei Kabelver- es zelnen Konverter hindurch. Wenn dann ein ausser Tritt gefalle-

zögerung, Nebenstellenadapter-Verzögerung und Hauptstellen- ner Adapter/Konverter in einer Nebenstelle diese Synchroni-

adapter-Verzögerung zu einer ganzen Rahmenzahl aufgerund- sierrahmen empfängt, resynchronisiert er sein eigenes Taktsy-

det wird. So kann z. B. die Schleifenlaufzeit für eine Speicher- stem. Wenn dann wieder Gleichlauf gegeben ist, gibt der Kon-

verter die Synchronisierrahmen weiter. Sobald der Schleifenadapter in der Hauptstelle diese Synchronisierrahmen zurückempfängt, sendet er weitere Informationen über die Schleife, um damit es dem vorbetroffenen Konverter zu ermöglichen, den wiedergewonnenen wirklichen Gleichlauf zu überprüfen. Danach erfolgt wiederum Betrieb nach dem normalen vorgegebenen Betriebsablauf.

Rahmenformat und Synchronisierbits

Die Schleifensteuerung 7 in Zusammenarbeit mit dem Schleifenadapter 19 erzeugt gleichlange Rahmen mit 108 Bits. Die ersten beiden Bitpositionen kennzeichnen den Rahmensynchronisiercode und definieren in Verbindung mit einem voranlaufenden Syrtchronisierbit den Beginn jedes einzelnen Rahmens. Die Bitposition 2 definiert eine Unterbrechungsunterdrückung, Bit 3 behandelt die Verfügbarkeit und Bit 4 zeigt an, ob der betreffende Rahmen frei oder belegt ist. Die Bits 5,6 und 7 definieren die Funktionen des Rahmens als Kommando-, Lese/Schreib- oder Statusrahmen. Die nächsten 8 Bits enthalten die Rahmenadresse. Die folgenden 8 Bytes mit 64 Bits hinter der Rahmenadresse sind Daten vorbehalten. Schliesslich sind 16 Bits danach für einen zyklischen Redundanzprüf code zur Fehlererkennung vorgesehen. Dies sind bis dahin 96 Bits. Die Differenz zwischen 96 und 108 Bits dient der Unterbringung von 12 diskret verteilten Synchronisierbits. So folgt z. B. ein solches Synchronisierbit nach jedem Datenbyte zu 8 Bits. Das erste Synchronisierbit steht bereits vor der Bitposition 0, das zweite Synchronisierbit zwischen den Bits 7 und 8 usw. Wie bereits erwähnt, werden die Synchronisierbits mit vorgegebenen Intervallen in die Datenfolge eingeblendet, um Taktinformationen aus den Datenbits auch dann ableiten zu können, wenn z. B. eine längere Folge von Nullen im Datenfeld vorkommt.

Synchron-Status, Gleichlaufverlust und -Wiedergewinnung

Vier Gleichlaufzustände können jeweils für die einzelnen Nebenstellenadapter oder für die Schleifensteuerung der Hauptstelle gegeben sein. Diese sind «ausser Gleichlauf» (Zustand A), «Bitgleichlauf» (Zustand B), «provisorischer Gleichlauf» (Zustand C), wenn Rahmen- und Bitgleichlauf gegeben ist, und «wirklicher Gleichlauf» (Zustand D).

Die Haltung des wirklichen Gleichlaufs wird vermittels Überprüfung der Rahmenbits zu Beginn aller Rahmen gewährleistet. Wenn eine falsche Rahmensynchronisierfolge erkennbar ist, dann ist der Gleichlauf verlorengegangen und der nachfolgende Rahmen nicht benutzbar. Eine ordnungsgemässe zyklische Redundanzprüfung am Ende dieses Rahmens stellt den wirklichen Gleichlauf wieder her. Wenn jedoch zwei aufeinanderfolgende lange Rahmensynchronisierfolgen erkennbar sind, dann ist der provisorische Gleichlauf verlorengegangen und durch das Aufsuchen dreier aufeinanderfolgender ordnungsgemässer Rahmensynchronisierfolgen wiederzugewinnen. Der wirkliche Gleichlauf ist auch dann verloren, wenn ein Freirahmen oder ein Synchronisierrahmen erkennbar ist. Wirklicher Gleichlauf ist nur wiederherstellbar nach dem Erkennen eines ordnungsgemässen Redundanzcodes nach vorangehend wiederhergestelltem provisorischem Gleichlauf. Wenn wirklicher Gleichlauf erst wiedergewonnen ist, geht er auch bei Aufnahme inkorrekter Redundanzbits nicht verloren.

Bitgleichlauf ist so lange gegeben, wie ununterbrochen Synchronisierbits in jeder 9. Bitposition zu erkennen sind. Da der Verlust des Bitgleichlaufs die Schleifenfunktion unterbrechen würde, ist die Bestätigung notwendig, dass der Bitgleichlauf tatsächlich verlorengegangen ist, bevor die Schleifensteuerung 7 oder ein Nebenstellenadapter in den Status A «ausser Gleichlauf» versetzt wird.

Der Bitgleichlauf ist als verloren zu betrachten, wenn nach Verlust des «wirklichen Gleichlaufs» und des «provisorischen

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Gleichlaufs» drei fehlende Synchronisierbits in irgend einer 12 Bytes langen Rahmenperiode zu erkennen sind. Wenn der Bitgleichlauf effektiv erst einmal verlorengegangen ist, dann muss der betroffene Adapter den Datendurchlauf stoppen, Freirahmen übertragen, den Empfang von Synchronisierrahmen abwarten und dann Bitgleichlauf, provisorischen Gleichlauf und wirklichen Gleichlauf wiederherstellen. Es ist zu beachten, dass die maximale Zeit für die Wiederherstellung wirklichen Gleichlaufs innerhalb einer Schleife von der Schleifenlaufzeit abhängt und von der Zeit, die erforderlich ist, einen Adapter zu synchronisieren. Die Dynamik der Gleichlaufzustände wird anhand des nachstehenden Beispiels erläutert.

Die Vorkehrungen zur Synchronisierung innerhalb der betrachteten Schleife sind so ausgelegt, dass nach einer Unterbrechung der Gleichlauf mit einer minimalen Verzögerung wiedergewinnbar ist. Wenn eine vorübergehende Unterbrechung der Schleife durch einen Fehler im i-ten Adapter/Konverter angenommen wird, dann fällt sofort auch der nächstfolgende (i+l)-te Adapter/Konverter ausser Tritt. Dieser (i+l)-te Konverter überträgt dann Freirahmen ohne Informationen, ausgenommen die Synchronisierbits bei jedem 9. Bit. Keine Rahmensynchronisierfolge wird jedoch übertragen. Infolgedessen verlieren auch der (i+2)-te, der (i+3)-te... Adapter/Konverter den wirklichen Gleichlauf und den provisorischen Gleichlauf, behalten jedoch Bitgleichlauf bei. Wenn ein Nebenstellenadapter/Konverter Bitgleichlauf hat, kann er jedoch alle Signale, die er empfängt, weiterübertragen; auch dann, wenn ihm die Rahmenorientierung fehlt. Somit erreichen die Freirahmen gegebenenfalls die Hauptstelle. Der Schleifenadapter dort beginnt sofort mit der Übertragung von Synchronisierrahmen. Diese Synchronisierrahmen sind ebenfalls leer, abgesehen von den eingefügten Rahmensynchronisierfolgen zu Beginn jedes

Rahmens. Der (i—j)-te (i-2)-te, (i—l)-te Adapter/Konverter in der Schleife empfangen diese Synchronisierrahmen und geben sie weiter, wobei sie im Bitgleichlauf mit dem Taktgeber in der Hauptstelle und in provisorischem Gleichlauf verbleiben. Sie verlieren jedoch den wirklichen Gleichlauf.

Nach Durchlauf des i-ten Adapter/Konverters erreichen die Synchronisierrahmen auch die weiter entfernten Adapter/ Konverter. Dabei werden in allen diesen Adapter/Konvertern deren Bitzähler konform mit den einlaufenden Synchronisierbits eingestellt. Der Nebenstellentaktgeber, der bis jetzt freilaufend war, beginnt sich wieder, mit den einlaufenden Synchronisierbytes in Gleichlauf zu versetzen. Dies erfolgt langsam genug, so dass sich die Taktgeber in den nachfolgenden Adapter/Konvertern ebenfalls einrichten können, ohne den Bitgleichlauf zu verlieren. Wenn der (i+l)-te Nebenstellenadapter/ Konverter schliesslich im Gleichlauf mit den Synchronisierbits steht, nimmt er auch den Bitgleichlauf wieder auf und gibt den empfangenen Synchronisierrahmen mit der darin enthaltenen Rahmensynchronisierfolge dem nächsten Nebenstellenadapter/Konverter weiter. So erreicht der Synchronisierrahmen schliesslich wieder die Schleifensteuerung und den Schleifenadapter in der Hauptstelle. In der Zwischenzeit stellen alle Nebenstellenadapter/Konverter, die provisorischen Gleichlauf verloren haben, ihre Bytezähler wieder ein, um in Gleichlauf mit den Rahmensynchronisierbits zu kommen, die den Beginn der einzelnen Rahmen anzeigen, und dabei provisorischen Gleichlauf wiederzugewinnen. Die Schleifensteuerung und der Schleifenadapter senden nun ordnungsgemässe Redundanzprüfbits am Ende sämtlicher Rahmen aus, so dass alle Nebenstellenadapter/Konverter bestätigen können, dass sie wieder wirklichen Gleichlauf haben. Sobald die Schleifensteuerung und der Schleifenadapter in der Hauptstelle wirklichen Gleichlauf bestätigen können, läuft der normale Betrieb weiter.

Entsprechend den Fig. 1,2 und 3 löscht die Schleifensteuerung nach dem Empfang von Freirahmen von der letzten Nebenstelle her ihren Bitzähler und läuft synchron mit den einlaufen-

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den Synchronisierbits weiter. Solange die Schleifensteuerung Wenn provisorischer Gleichlauf erreicht ist, prüft der zykli-

diese Freirahmen empfängt, passt die Hauptstelle auf und sehe Redundanzprüfer 34 die einlaufenden Redundanzprüfin-

löscht ihren Bitzähler abermals, wenn die einlaufenden Syn- formationen am Ende der einzelnen Rahmen. Wenn die Schlei-chronisierbits aufgrund der Zählerlöschungen in den in der fensteuerung drei Synchronisierrahmen empfängt, hat auch sie

Schleife vorangeordneten Nebenstellen ihre zeitliche Lage 5 mit Sicherheit vorläufigen Gleichlauf und beginnt die Übertra-wechseln. Nach Empfang einer Folge zeitgerechter Synchroni- gung von Rahmen mit gültiger Redundanzprüfinformation, sierbits betrachtet sich die Schleifensteuerung ordnungsge- Sobald diese Redundanzprüfinformation ordnungsgemäss in mäss im Gleichlauf und die zweite Stufe des Bitgleichlaufs, der den einzelnen Nebenstellen erkannt wird, ist wirklicher Gleich-Zustand B, ist wieder gegeben. Dabei wird die Ausgabe von lauf und die Bereitschaft für normalen Betrieb gegeben. Synchronisierrahmen seitens der Schleifensteuerung nicht be- 10 Bis hierher wurde der allgemeine Aufbau und die Funktio-einflusst. Der Zustand B ist jedoch eine Vorbedingung für die nen der Schleifenanlage 1 im Zusammenhang mit einigen Erreichung des Zustandes provisorischer Gleichlauf. Wenn die Eigenschaften der Schleifensynchronisierung beschrieben. Die Schleife den ersten Synchronisierrahmen an der Folge 10 nach nun folgenden Abschnitte beschreiben in Einzelheiten die einem der bekannten Synchronisierbits erkennt, löscht sie übe- Funktionen der Schleifenanlage ganz speziell im Hinblick auf rall die Bytezähler. Wenn darauf zwei nachfolgende Synchroni-15 die Bandbreitenzuteilung, auf die Schleifensteuerung, die sierrahmen 12 und 24 Bytes später erkannt werden, dann ist Nebenstellenadapter und die Synchronisierung. Dazu ist wieprovisorischer Gleichlauf erreicht. Der provisorische Gleich- derum auf der einen Seite eine Betrachtung der Rahmen, der lauf in der Schleifensteuerung angekommen kennzeichnet den Rahmenadressierung und der Verfügbarkeit erforderlich und Zustand, dass alle Nebenstellenadapter wieder Bitgleichlauf auf der anderen Seite die Art und Weise der Erkennung von erreicht haben. 20 Gleichlaufstörungsbedingungen anhand der Synchronisierbit-

Jetzt beginnen die Prüfgeneratoren 50, ihren Code zu folgen. Die Schleifenanlage 1 arbeitet mit einem sich selbst erzeugen, und fügen die ordnungsgemässen Codeworte in die regulierenden Bandbreitenzuteilungsablauf. Jeder einzelne letzten beiden Bytes sämtlicher Rahmen ein. Da nunmehr alle Nebenstellenadapter reguliert seine eigenen Bandbreitenanfor-Adapter Bitgleichlauf und wahrscheinlich auch Rahmengleich- derungen und belegt jeweils eine maximale Durchschnittsbandlauf erreicht haben, laufen die Redundanzbits unverändert 25 breite, die der normalen Datenfolgegeschwindigkeit der durch die Schleife hindurch. Wenn die Schleifensteuerung die betrachteten Nebenstelle angepasst ist. Wenn die normale erste Redundanzinformation empfängt und prüft, ist für sie Datenfolgegeschwindigkeit nicht durch physikalische oder wirklicher Gleichlauf gegeben und der normale Betrieb kann elektronische Gegebenheiten bestimmt ist, dann wird einfach beginnen. eine maximale Datenfolgegeschwindigkeit vorgegeben, die

Wenn die Nebenstellenadapter eingeschaltet werden, lau- 30 nicht überschritten werden darf.

fen sie nichtsynchron und völlig frei. Das Sendeelement 31 Die Schleifensteuerung 7 arbeitet auf der Grundlage von erzeugt nurmehr Freirahmen. Freirahmen bestehen aus lauter Anforderungen und Antworten mit der Möglichkeit, neue Ope-Nullen, ausser den Synchronisierbits in jeder 9. Position: rationen nur dann einzuleiten, wenn noch ausreichend freie

100000000100000000100000000... In diesen Freirahmen sind Bandbreite zur Verfügung steht. Die DVM reguliert die Zuord-keine Rahmensynchronisierbits vorhanden. 35 nung der Bandbreiten innerhalb der Schleifenanlage 1 unter

Die Nebenstellenadapter empfangen über die Schleife 11 Aufruf von Lese/Schreiboperationen mit angepassten Daten-nunmehr was kommt; so z. B. Lese- oder Schreibdaten. Die folgefrequenzen, die die Schleifenkapazität nicht Überschrei-

Adapter/Konverter-Kombination in den Nebenstellen tastet ten.

die Schleife auf Synchronisier- oder Freirahmen ab. Sobald der Der Betriebsablauf in den Nebenstellenadaptern und in der Empfang von Synchronisierrahmen oder von Freirahmen fest- « Schleifensteuerung der Hauptstelle definiert dabei genau die gestellt wird, beginnt ein Synchronisierungsprozess. Antworten, die bei der jeweils empfangenen Rahmenart zu

Beim Empfang von Freirahmen oder von Synchronisierrah- geben sind.

men löscht jeder Adapter seinen Bitzähler und beginnt, sich mit Wenn ein Nebenstellenadapter einen Leerrahmen emp-den einlaufenden Synchronisierbits in Gleichlauf zu bringen. fängt, dann sendet er eine der folgenden Rahmenarten ab : Solange Freirahmen empfangen werden, wird aufgepasst und 45 Lesen, Schreibanforderung, Nebenstellenstatusrahmen oder der Bitzähler immer wieder gelöscht, solange die inlaufenden Leerrahmen. Als Antwort auf einen belegten (Lese- oder Synchronisierbits wegen der Löschung eines Zählers in einem Schreib-) Rahmen, dessen Adresse nicht mit der eigenen vorangehenden Nebenstellenadapter ihre zeitliche Lage verän- Nebenstellenadresse übereinstimmt, reagiert der Adapter mit dern. unveränderter Weitergabe. Wenn jedoch der Adapter einen

Wenn eine Reihe aufeinanderfolgender Synchronisierbits so belegten Rahmen als Adressat aufnimmt, nimmt er diesen Rah-zeitgerecht einläuft, dann ist auch der Adapter/Konverter der men an und schickt entweder einen Anforderungs- oder einen betrachteten Nebenstelle als im Bitgleichlauf befindlich zu Leerrahmen weiter. Angenommen, dass der Adapter einen betrachten. Die betroffene Nebenstelle kann nunmehr in Frei/Synchronisierrahmen empfängt, dann wird dieser Rahmen

Durchlaufbetrieb gehen, wobei alle einlaufenden Bits über den weitergegeben, vorausgesetzt, dass der Adapter Bitgleichlauf Ausgang weitergegeben und keine Freirahmen mehr eingefügt 55 aufweist. Wenn der Adapter keinen Bitgleichlauf hat, schickt er werden. Solange Synchronisierrahmen empfangen werden, nur Freirahmen weiter.

können deren Rahmensynchronisierbits weitergegeben wer- Wenn die Schleifensteuerung 7 einen Leerrahmen auf-

den, so dass auch die nachfolgenden Nebenstellen in der nimmt, schickt sie einen Kommando- oder einen Leerrahmen

Schleife provisorischen Gleichlauf annehmen können. weiter. Wenn sie einen Leserahmen empfängt, schickt sie einen

Der Adapter/Konverter der einzelnen Nebenstellen löscht 60 Leerrahmen weiter. Wenn sie einen Statusrahmen empfängt, seinen Bytezähler, um in Übereinstimmung mit dem ersten schickt sie einen Kommando- oder einen Leerrahmen weiter. Rahmen zu kommen, und prüft jeweils auf zwei zusätzliche Als Antwort auf einen Anforderungsrahmen sendet sie einen Synchronisierrahmenfolgen, die 12 bzw. 24 Bytes später einlau- Schreibrahmen. Als Antwort auf einen Freirahmen oder, wenn fen. Der provisorische Gleichlauf ist dann gegeben, wenn Bit- ihr eigener Taktoszillator 27 ausser Tritt geraten sein sollte, gleichlauf herrscht und drei aufeinanderfolgende Rahmen- 65 schickt sie nur Synchronisierrahmen ab. Wenn der Taktoszilla-synchronisierfolgen zeitgerecht erkannt werden. Der proviso- tor 27 jedoch Gleichlauf hat, dann werden einfach Leerrahmen rische Gleichlauf ist die dritte Stufe des Gleichlaufs, der auch weitergesandt. Die Schleifensteuerung 7 überträgt ununterbro-als Status C bezeichnet wurde. chen Rahmen über die Schleife 11, die Rahmen- und Bitsyn-

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chronisierinformationen und eine ordnungsgemässe Redundanzprüfinformation enthalten. Der Dateninhalt der Rahmen wird ebenfalls durch die Schleifensteuerung geregelt. Die Schleifensteuerung 7 empfängt alle seitens der Nebenstellenadapter ausgesandten Rahmen und prüft die selbst ausgesandten Rahmen 5 daraufhin, ob sie unverändert zurückkehren; dabei lassen sich anstehende Probleme in den Nebenstellenadaptern erkennen. Vorzugsweise sollten die Konverter so konstruiert sein, dass sie Bitflattern ausblenden. Die Nebenstellenadapter können Rahmen abschicken, wenn sie gelesene Daten, Schreibanforderun- 10 gen oder Statusinformationen an die Hauptstelle zu senden haben. Dazu lassen sich ausschliesslich Leerrahmen verwenden oder an die betreffende Nebenstelle selbst adressierte belegte Rahmen. Wenn ein Nebenstellenadapter selbst nichts an die Hauptstelle zu senden hat und er einen belegten an ihn adres- 15 sierten Rahmen empfängt, dann wandelt der Nebenstellenadapter den belegten Rahmen einfach in leer um und fügt eine richtige Redundanzprüfinformation an, die für den gesamten Rahmen gilt.

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Schleifenbetriebsablauf bei der Bandbreitenzuteilung

Verständlicherweise ist der Schleifenbetriebsablauf bei der Bandbreitenzuteilung hauptsächlich vom Inhalt der in der Schleife umlaufenden Rahmen abhängig. Dazu bezieht sich der folgende Beschreibungsteil auf die Schleifensteuerung 7 und die 25 Nebenstellenadapter 9 als Kernpunkte, in denen der Schleifenbetriebsablauf abgewickelt wird. Die einzigen Zeiträume, in denen die Schleifensteuerung und die Nebenstellenadapter nicht den Schleifenbetrieb logisch kontrollieren, sind Zeitspannen zur Übertragung von Synchronisierfolgen, wobei die Syn- 20 chronisiermittel des Gesamtgeräts die Leitung übernehmen.

Entsprechend der Fig. 1 überträgt die Schleifensteuerung über die Schleife Rahmen, die sich an die einlaufenden Rahmen anlehnen. Bei einer vorgegebenen internen Verzögerung der Schleifensteuerung 7 besteht ein Eins-zu-Eins-Verhältnis zwi- 35 sehen einlaufenden und auslaufenden Rahmen. Die Schleifensteuerung hat die vorrangige Leitung über die auslaufenden Rahmen nur dann, wenn sie Rahmen empfängt, die keine Bandbreite benötigen, wie z. B. Leer- oder Statusrahmen. Sobald die Schleifensteuerung einen von einem Nebenstellenadapter aus- 40 gehenden Rahmen empfängt, wie z. B. eine Schreibanforderung oder einen Leserahmen, hängt der darauf ausgegebene Rahmen streng vom vorgeschriebenen Betriebsablauf ab. Die durch die Schleifensteuerung vorrangig ausgeübte Leitung besteht aus der Übertragung von Kommandorahmen, die in 45 den Nebenstellen Funktionen auslösen sollen. Wenn keine Kommandos zu übertragen sind, gibt die Schleifensteuerung Leerrahmen aus. Jeder seitens der Schleifensteuerung empfangene Leserahmen führt mit sich die Anforderung für einen Leerrahmen zu. Damit wird die erforderliche Bandbreite für so die Fortsetzung des Lesebetriebes aufrechterhalten. Dabei ist in flexibler Weise die Benutzung des Rahmens durch andere Nebenstellen möglich, wenn der anfordernde Nebenstellenadapter den Rahmen selbst nicht benutzt. Wenn jeder Nebenstellenadapter seine Bandbreitenzuteilung sauber einhält, blei- 55 ben noch genügend Leerrahmen zur Benutzung übrig. Bei jeder Schreibanforderung wird ein entsprechender Schreibrahmen übertragen; auf jeden Statusrahmen wird ein Kommandooder ein Leerrahmen übermittelt. Wenn ein Schreib- oder ein Kommandorahmen zur Schleifensteuerung zurückkommt, der so nicht durch Entladung verändert worden ist, bedeutet dies, dass der adressierte Nebenstellenadapter den Rahmen nicht angenommen hat.

Betriebsablauf bei der Verwendung 65

und Weiterverwendung der Adapterrahmen

Ein Nebenstellenadapter kann einen Rahmen nur dann belegen, wenn ein einlaufender Rahmen leer ist oder wenn ein

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einlaufender Rahmen belegt und an den Adapter selbst adressiert ist. Im ersten Falle kann der Adapter Lese-, Status- oder Schreibanforderungsrahmen absenden. Wenn ein Adapter einen belegten, an ihn selbst adressierten Rahmen aufnimmt und sich der Adapter im Schreibbetrieb befindet, kann er eine Schreibanforderung über den empfangenen Rahmen weitergeben oder er muss den aufgenommenen Rahmen auf leer umwandeln. Nach einer Leerstellung ist der Inhalt des Rahmens uninteressant. Eine Rahmenbenutzung ist immer nur dann gegeben, wenn ein Nebenstellenadapter den Inhalt eines einlaufenden Rahmens abändert.

Nebenstellenadapter-Leseoperation

Unter Betrachtung der Fig. 3 wird nunmehr die Funktionsweise des Nebenstellenadapter-Lesebetriebsablaufs erläutert. Der Lesebetriebsablauf ist der einfachere der Lese- oder Schreibbetriebsabläufe. Der bei Schreiboperationen zu benutzende Datenpufferraum in den Nebenstellenadaptern ist mehr als ausreichend für die Anforderungen bei Lesebetrieb.

Die Kombination von Nebenstellenadapter 9 und Konverter 13 akkumuliert Daten, die von der angeschlossenen Speichereinheit 3 ankommen, bis insgesamt 8 Bytes oder ein Rahmenwort von Daten ansteht. Dann sucht der Adapter die über die Schleife einlaufenden Rahmen daraufhin ab, bis sie einen Leerrahmen findet. Beim Suchen nach einem solchen Leerrahmen hat die Adapter/Konverterkombination streng darauf zu achten, dass auch ein wirklich verfügbarer Rahmen gefunden wird. Dazu werden die beiden Bits 3 und 4 im Rahmenformat auf Einsen überwacht. Wenn ein verfügbarer Leerrahmen erkannt wird, wandelt der Adapter diesen auf belegt um, indem das Bit 4 auf Null gestellt wird und das Kennzeichen für Lesebetrieb in die Bitpositionen 5,6 und 7 mit daran anschliessender Nebenstellenadapteradresse in die Bitpositionen 8 bis 15 eingesetzt wird. Danach werden dann 8 Datenbytes in die Folge eingefügt, wobei sich das erste Byte in den Bitpositionen 16 bis 23 wiederfindet usw. Wie bereits angegeben wurde, werden die Daten mit ihrer höchsten Bitstelle des höchsten Bytes voran in aufeinanderfolgender absteigender Reihenfolge übertragen. Wenn die 8 Datenbytes durch sind, werden zwei Bytes vom Redundanzprüfgenerator 50 angefügt. Es kann vorkommen, dass beim Anstehen eines vollständig bereitgestellten Datenrahmens in einem Nebenstellenadapter die Schleife noch besetzt ist und kein Leerrahmen sofort verfügbar ist. Der Nebenstellenadapter fährt dann fort, gelesene Daten zu akkumulieren, bis ein leerer Rahmen einläuft. Wenn bis dahin schon zwei oder mehr Rahmen akkumuliert worden sind, dann kann der Adapter sämtliche einlaufenden Leerrahmen zur Datensendung benutzen, wobei selbstverständlich auch aufeinanderfolgende Rahmen belegt werden können.

Nebenstellenadapter-Schreiboperation

Anhand der Fig. 3 soll auch nunmehr der Schreibetriebsablauf für die Nebenstellen erläutert werden. Wenn ein Nebenstellenadapter in Schreibbetrieb übergeht, muss er zuerst eine Schreibrahmenanforderung für jeden einzelnen erwünschten Schreibrahmen übertragen. Da bei den meisten Speichereinheiten das Schreiben zu einer durch die Eigenheiten der Einheit bestimmten Zeit beginnen und ebenfalls mit einer durch die , Einheit bestimmten Folgegeschwindigkeit ablaufen muss, sollen im Nebenstellenadapter bereits Schreibdaten vorliegen, wenn sie benötigt werden. Der Adapter fordert dazu im voraus Daten an. Der Schreibbetriebsablauf besteht aus einer Folge von Ereignissen und Entscheidungen, die im Adapter darüber zu treffen sind, ob Schreibanforderungen übertragen werden unter Sicherstellung, dass Schreibdaten immer rechtzeitig zur Verfügung stehen, wenn sie benötigt werden.

Der Betriebsablauf zur Anforderungserzeugung während einer laufenden Schreiboperation ist ähnlich dem Lesebetriebs-

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ablauf, indem immer dann eine Anforderung abgegeben wird, Prüfung des zyklischen Redundanzcodes jedes einlaufenden wenn ein Rahmen von 8 Datenbytes geschrieben ist. Der Rahmens und zur Erzeugung zyklischer Redundanzinformatio-

Betriebsablauf sorgt dafür, dass der Adapter mit der normalen nen für sämtliche auslaufenden Rahmen. Redundanzfehler, die Folgegeschwindigkeit der angeschlossenen Einheit Anforde- der Adapter entdeckt, sowie auch andere Geräte- oder Datenrungen nacheinanderfolgend erzeugt. Wenn ein Leerrahmen 5 anomalien werden der Schleifensteuerung über den Steuerweg oder ein an die Nebenstelle gerichteter Schreibrahmen nicht 73 mitgeteilt. Die Schleifensteuerung enthält einen örtlichen nach spätestens zwei oder mehr Anforderungen gefunden Speicher 55, welcher empfangene Daten vom Puffer 39 über wird, kann die Nebenstelle aufeinanderfolgende verfügbare den Weg 49 aufnehmen und über den Weg 69 zu sendende Rahmen belegen, um dem anstehenden Bedarf zu genügen und Daten zum Puffer 71 übertragen kann. Dieser örtliche Speicher nominale Pufferausnutzung zu gewährleisten. 10 kann in seiner Grösse so ausgelegt werden, dass er zusätzlich

Die Einleitungsroutine beinhaltet die Aussendung von zu zu puffernden Daten auch Mikroprogrammfolgen speichern genügend Schreibanforderungen zur Füllung des Datenpuffers kann. Das Verarbeitungs- und Steuerelement 45 ist das Kern-im Nebenstellenadapter,bevor das eigentliche Datenschreiben stück der Steuerungund der Datenwegverbindung für Daten-beginnt. Die Grösse des vorhandenen Datenpuffers hängt von bewegungen in den und aus dem Hauptspeicher 5 über den Faktoren ab einschliesslich der maximalen Schleifenlaufzeit, 15 Weg 6 sowie aus dem und in den örtlichen Speicher 55 über den die aus der Zeit besteht zwischen einer Schreibanforderung Weg 63 und den Weg 53 mit dem Register 51.

und dem Empfang der benötigten Daten, der Zeit bis zum Auf- Das Element 45 kann entweder eine komplette Folgeverar-

finden eines entsprechenden Rahmens zur Übertragung der beitungsmaschine für sich selbst sein oder aber auch ein Schreibanforderung und der Zeitverzögerung, die innerhalb des speicherprogrammabhängiges Steuergerät. Im zweiten Fall Nebenstellenadapters für die zu schreibenden Daten nach 20 kann die Organisation des örtlichen Speichers neben dem deren Empfang innerhalb eines Rahmens gegeben ist Steuergerät für die Durchführung üblicher Datenverarbei-

Da für den Betriebsablauf bei Anforderungen wiederum die tungstechnik ausgelegt sein, wie dies z. B. von Montgomery Eins-zu-Eins-Antwort in der Schleifensteuerung gilt, ergibt sich Phister in «Logicai Design of Digital Computers», John Wiley eine unveränderbare Schleifenlaufzeit; ein Nebenstellenadap- & Sons, New York, 1958, beschrieben wurde.

ter mit hochentwickelter Verarbeitungsmöglichkeit kann einen 25 Die Adressierung der Speicherplätze im örtlichen Speicher kleineren Puffer benötigen, indem Daten nur entsprechend der 55 erfolgt per Referenzangabe plus Versatz. Die Referenzan-Schleifenlaufzeit vorab angefordert werden. Dann ist die Puf- gäbe wird von der vorgesehenen Speichereinheit zur Verfü-fergrösse nicht auch für die Schleifenlaufzeit auszulegen. Der gung gestellt und der Versatz mittels einer im Element 45 gege-Puffer muss nur gross genug sein, eine maximale Verzögerungs- benen Anzeige. Ein über die Schleife ankommender und in den zeit zu gewähren, bevor ein Rahmen zur Absendung einer 30 Puffer 39 einlaufender Rahmen umfasst in seiner Adresse einen Anforderung gefunden wird. Die Schleifenlaufzeit lässt sich Teil, der die Speichereinheit bezeichnet. Diese Bezeichnung ermitteln unter Aussendung einer ersten Schreibanforderung, wird in das Adressregister 67 überführt. Die genannte Anzeige nachdem ein Schreibkommando empfangen wurde, und Mes- wird vom Element 45 direkt über den Weg 63 übertragen. Die sung der Zeit, die verstreicht, bis ein entsprechender Schreib- Anzeige erfolgt mittels eines Tabellenauslesens im Element 45 rahmen ankommt. 35 entsprechend einer Adressbezeichnung aus dem im Puffer 39

An dieser Stelle soll auf die Wichtigkeit der Kleinhaltung gespeicherten Rahmen; die Übermittlung erfolgt über den der Puffergrösse hingewiesen werden. Die Datenspeicherung Weg 43. Es ist zu beachten, dass aus dem Puffer 39 in den örtli-in Speichereinheiten mit direktem Zugriff wird normalerweise chen Speicher einzuschreibende Daten über den Weg 49 zum mittels Blöcken durchgeführt, zwischen denen jeweils ein Spalt Schreibregister 57 übermittelt werden. Vom örtlichen Speicher liegt. Um den Betrieb mit aufeinanderfolgenden Blöcken durch-40 über dessen Leseregister 59 zum Puffer 71 auslaufende Daten zuführen, sind innerhalb der Spalte noch gewisse weitere Funk- enthalten eine Nebenstellenadresse, die dem Puffer entweder tionen durchzuführen. Da j eder Spalt verschlissene Speicher- vom Register 65 oder vom ankommenden Schleifenpuffer 39 kapazität bedeutet, die von der Gesamtkapazität zu subtrahie- mitgeteilt wird. Solche Adressdaten für abgehende Rahmen ren ist, sollten diese Spalte so schmal wie möglich gehalten treten nur auf Kommandos auf, d. h., wenn eine Nebenstelle werden. Bei einer Schreiboperation ist es nach der Abwicklung 45 eine Lese- oder eine Schreiboperation ausführen soll, oder eines Blocks erforderlich, ein neues Schreibkommando für das wenn eine Nebenstelle einen zugeordneten Leerrahmen im Schreiben des nächsten Blocks und für die Anforderung und Falle einer Schreibanforderung verlangt. Im Falle eines Kom-den Empfang von Daten zur Füllung des Puffers innerhalb der mandos wird die Nebenstellenadresse seitens der DVM ange-Spaltzeit aufzunehmen, bevor das Schreiben beginnen kann. geben und dem Adressregister 65 vom Element 45 mitgeteilt.

50 Im Falle einer Schreibanforderung wird die im ankommenden Datenfluss in der Schleifenanlage Schleifenpuffer 39 empfangene Adresse direkt zum abgehen-

In den folgenden Abschnitten wird insbesondere die Steue- den Schleifenpuffer 71 weiterübertragen. Das Register 51 rungslogik und der Informationsdatenfluss von der Schleifen- arbeitet auch als Instruktionsregister, wenn das Element 45 als Steuerung über die Schleife zu den Speichereinheiten unter spe- speicherprogrammabhängiges Steuergerät arbeiten soll.

zieller Bezugnahme auf den Schleifenadapter 19 und einen typi- 55 Der Adapter 19 enthält auch die Gleichlaufsteuerlogik zur sehen Konverter 13 behandelt. Durchführung der bereits beschriebenen Gleichlaufsteuerung.

Anhand der Fig. 2 und 1 ist gezeigt, dass der Schleifenadap- Während zwei Arten von Synchronisierinformationen über die ter 19 mit der Schleifensteuerung 7 über Datenwege 2 und 4 Schleife übertragen werden, nämlich die Bitsynchronisierung und einen Steuerweg 73 gekoppelt ist. Der Schleifenadapter und die Rahmensynchronisierung, müssen diese beiden Gleichempfängt die seriell über die ankommende Schleife 11 einlau- 60 laufbedingungen erst angenommen und mit einer Redundanz-fenden Datensignale und bildet für diese einen Abschluss. Der prüfinformation bestätigt werden, bevor der «wirkliche Gleich-Adapter verstärkt und taktet die Signale und deserialisiert sie lauf» erreichbar ist. Der wirkliche Gleichlauf ist eine Vorbedin-im Empfangselement 21 zwecks Weiterübertragung zur Schlei- gung, die gegeben sein muss, bevor irgendeiner der Konverter fensteuerung in deren ankommenden Schleifenpuffer 39 über 12,13,15,17 und der Schleifenadapter 19 Informationen über den Weg 4. Der Adapter nimmt des weiteren die auslaufenden 65 die Schleife durchgeben können.

Daten von der Schleifensteuerung über den Weg 2 auf und Bei Betrachtung der Fig. 2 und 3 wird es klar, dass das Emp-

serialisiert diese Daten im Sendeelement 31 zwecks Übertra- fangselement 21, das Folgeelement 25 und das Sendeelement gung über die Schleife. Der Adapter enthält Schaltkreise zur 31 des Schleifenadapters 19 im wesentlichen dieselben Einzel-

demente enthalten müsse, die auch im Konverter 13 gemäss Fig. 3 zu finden sind. In der nachfolgenden Beschreibung der Erlangung der Anfangssynchronisierung wird auf die Elemente in Fig. 3 Bezug genommen, die den gleichen Elementen in Fig. 2 (dort nicht im einzelnen dargestellt) entsprechen.

In Fig. 3 ist ein Datenflussschaltbild für die Konverter 12, 13,15,17 und, mit Einschränkung, für den Schleifenadapter 19 dargestellt. Die Konverter und der Schleifenadapter sind also in drei Elemente aufteilbar. Diese sind das Empfangselement 21, das Folgeelement 25 und das Sendeelement 31. Das Empfangselement überträgt Informationen von der Schleife 11 über den Nebenstellenadapter 9 zwecks Aufzeichnung in der angeschlossenen Speichereinheit 3. Das Sendeelement 31 überträgt Informationen von der angeschlossenen Speichereinheit über den Adapter zur Übermittlung über die Schleife 11. Das Folgeelement 25 hält die erforderlichen Taktsteuerungen aufrecht zwecks Ablaufsteuerung der einzelnen Detektoren und Register in den Konvertern unter Steuerung durch den Nebenstellenadapter.

Das ankommende Stück der Schleife 11 endet im Datentaktgeber 22. Dieser spricht auf die Vorderflanke der einzelnen Datenbits an, um daraus den Pegel eines symmetrischen Taktsignals abzuleiten. Immer dann, wenn ein Datenbit im Taktgeber 22 einläuft, wird ein zunehmendes oder abnehmendes Frequenzsignal erzeugt in Abhängigkeit von der Phasenrelation zwischen dem einlaufenden Datensignal verglichen mit der Phase des örtlichen phasensteuerbaren Taktoszillators 27.

Die Taktsteuerung 38 dient zur Abgabe von Taktsignalen, die die Funktionen des Konverters oder Schleifenadapters bestimmen. Während in den Konvertern sowohl das Empfangsais auch das Sendeelement mittels des phasensteuerbaren Oszillators 27 getaktet werden, wird im Schleifenadapter nur das Empfangselement durch diesen Oszillator getaktet. Das Sendeelement des Schleifenadapters wird durch einen stabilen Hauptoszillator, vorzugsweise durch einen Kristalloszillator, gesteuert.

Bit/Byte-Zähler im Folgeelement 25 bestimmen, welches der 6 Zwei-Bytepaare der einzelnen Rahmen im Konverter zu berücksichtigen ist, und geben Zeitmasse an für die Datenübertragung zum und vom Nebenstellenadapter, zur Identifizierung der Rahmensteuerbytes und zur Identifizierung der zyklischen Redundanzprüfbytes.

Solange der Konverter noch nicht mit den einlaufenden Daten synchron läuft, laufen die Bit/Byte-Zähler im Takte des noch freilaufenden phasensteuerbaren Oszillators. Wenn ein Synchronisierbit erkannt wird, dann wird der Bitzählerteil des Folgeelements 25 gelöscht, um in Übereinstimmung mit dem Synchronisierbit zu kommen.

Der Deserialisierer 24 verbindet den Ausgang des Datentaktgebers 22 mit dem Paritätsgenerator 26, dem Empfangsregister 30, dem Gleichlaufdetektor 32 und dem zyklischen Redundanzprüfer 34, die sämtlich parallel liegen. Der Deserialisierer besteht aus einem Bitakkumulator, der wortweise die Bits der einzelnen Bytes in das Empfangsregister 30 überstellt. Die Steuerung des Einschiebens und Übergebens wird mittels Zeitsignalen vom Folgeelement 25 ausgeführt.

Beim Empangsregister 30 handelt es sich um einen 18-Bit-puffer mit paarigem Verriegelungstriggeraufbau; es nimmt jeweils zwei Datenbytes einschliesslich Paritätsinformation auf zwecks Übertragung der Daten zwischen dem Konverter und dem Adapter. Es dient auch als Zwischenspeicher für Schleifendaten, währenddem der Adapter gegebenenfalls über die Abänderung der auslaufenden Daten entscheidet.

Das erste deserialisierte Datenbyte wird vom Deserialisierer 24 in die erste Hälfte des Empfangsregisters 30 über den Weg 28 übertragen. Das zweite Byte wird dann im Deserialisierer akkumuliert und in die zweite Hälfte des Empfangsregisters übertragen. Zu beachten ist, dass der Paritätsgenerator 26 auch

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mit dem Deserialisiererausgang verbunden ist. Für jedes der beiden Bytes wird eine ungeradzahlige Paritätsinformation erzeugt und in die entsprechende Position im Empfangsregister eingegeben.

Jeder Konverter enthält zwei Sätze zyklischer Redundanzprüfkreise. Einen Satz zur Prüfung der einlaufenden Rahmen und einen zweiten zur Erzeugung des Redundanzprüfcodes der auslaufenden Rahmen, die vom betroffenen Konverter ausgehen. Es gibt nach dem Stande der Technik zahlreiche Verfahren zur Erzeugung und Überprüfung der zyklischen Redundanzinformationen, parallel oder auch seriell arbeitende, wobei bekannterweise geeignete Divisionspolynome verwendet werden.

Der Redundanzprüfer beginnt unter Blockierung seiner Rückkopplungskreise während der Eingabe der ersten beiden Bytes jedes Rahmens. Dann wird die Redundanzinformation mit dem höchstwertigsten Polynomkoeffizienten voran übertragen. Die Redundanzprüfinformation bezieht sich auf alle Bits jedes Rahmens; ausgenommen jedoch jedes 9. Synchronisierbit. Die zu den Redundanzinformationen gehörenden Bits hängen dem Datenfeld jedes einzelnen Rahmens unmittelbar an.

Das Senderegister 46 wird über die beiden Wege 4 und 2 gespeist. Es handelt sich bei ihm um einen 18-Bitpuffer; er enthält ebenfalls zwei Datenbytes plus Paritätsinformation zur Übertragung von Daten zwischen dem Adapter und dem Konverter oder auch zur Weiterübertragung über die Schleife empfangener Daten vom Empfangsregister. Beiläufig mag genannt werden, dass der Schleifenadapter keine direkte Verbindung von seinem Empfangsregister zu seinem Senderegister wie die Konverter aufweist.

Die Bit/Byte-Zähler und die Gleichlaufsteuerung steuern die Funktionen des Konverters. Die Zähler und die Gleichlaufsteuerung regeln den Ablauf und die Folge sämtlicher Operationen. Die Bytezählung kennzeichnet jeweils das Bytepaar, das aus dem einlaufenden Rahmen decodiert wird. Die Bytezählung dient zur Durchsteuerung von Schreibdaten über den Weg 4 und von Lesedaten, Statusdaten und Schreibanforderungen über den Weg 2 in das Register 46.

Der Paritätsprüfer 44 ist eine der drei vom Senderegister 46 über den Weg 48 gespeisten Einheiten. Er prüft auf ungeradzahlige Parität jeweils eines Bytes während der Eingabe von Daten in den Serialisierer 52 und den Prüfgenerator 50. Ein durch den Paritätsprüfer 44 erkannter Paritätsfehler schaltet die Fehlerleitung 42 zum Adapter ein, wenn ein Paritätsfehler in den seitens des Adapters aufgenommenen Daten erkennbar ist.

Der Serialisierer 52 hat die Aufgabe, jeweils ein Byte paralleler Daten aufzunehmen und daraus entsprechende seriali-sierte Daten zu erzeugen. Die Serialisierung und das Laden des Serialisierers 52 wird durch einen Ausgangszähler des Folgeelements 25 gesteuert.

Der Ausgang des Serialisierers 52 wiederum speist den Codierer 54 und den Schleifentreiber 56. Sowohl der Codierer 54 als auch der Datentaktgeber 22 mit dem darin enthaltenen Decodierer kann beliebiger Art sein, die zur Aufnahme und Weitergabe von Signalen über die Schleife 11 geeignet ist.

Wenn ein einlaufender Rahmen nicht an die betreffende Nebenstelle adressiert ist, sollte er so schnell wie möglich über die Schleife 11 weiterübertragen werden. Aus diesem Grunde ist der Weg 4 als direkte Verbindung vom Empfangsregister 30 zum Senderegister 46 vorgesehen. Wenn jedoch der Gleichlaufdetektor 32 einen plötzlichen Gleichlaufausfall erkennt, wird ein normalerweise geschlossener Schalter im Weg 48 durch Einschaltung eines Signals über den Weg 85 geöffnet. Wenn der Gleichlauf normal wiedergefunden worden ist, dann sind die Daten vom Deserialisierer 24 wieder in Phase mit dem phasensteuerbaren Oszillator 27 und der Taktsteuerung 38;

11

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

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12

daraufhin wird der Schalter wieder ausgeschaltet und der Weg 48 nicht weiter unterbrochen.

Die Taktsteuerung 38 besteht aus einem Verteilungsnetz für Taktimpulse. In geeigneter Weise dient dazu der phasensteuerbare Oszillator 27 als örtliches Zeitbezugsmass. Signale 5 von der Taktsteuerung 38 werden zu allen Registern ausgegeben und steuern dabei den Zeitablauf aller Datenbewegungen. Gleichlauf zwischen dem Deserialisierer 24 und dem Serialisierer 52 wird mittels Impulsen über zwei Wege 83 von der Taktsteuerung 38 aufrechterhalten. 10

Gleichlaufalgorithmus, Datenfluss und Gleichlaufstatus

Der gleichlauflose Zustand wird erstmals eingenommen, wenn die Netzspannung und die Löschleitungen in den einzelnen Adaptern eingeschaltet werden. Des weiteren wird dieser '5 Zustand eingenommen, wenn bei Bitgleichlauf oder provisorischem Gleichlauf drei Synchronisierbits in irgendeinem der 12 Bytes langen Rahmen fehlen. Der gleichlauflose Zustand unterbricht den normalen Betrieb der Schleife unter Einfügung von Freirahmen seitens der Konverter und unter Einfügung von 20 Synchronisierrahmen seitens des Schleifenadapters, wobei diese Rahmen übertragen werden, was auch ankommt. Es möge daran erinnert werden, dass Freirahmen (neben den Synchronisierbits in jeder 9. Position) lauter Nullen enthalten. Vor Erreichen des Gleichlaufs zwischen einlaufenden Synchroni- 25 sierbits und dem phasensteuerbaren Oszillator 27 muss der Schleifenadapter 19 feststellen, ob er Synchronisierrahmen oder Freirahmen empfängt. Es ist auch daran zu denken, dass Synchronisierrahmen den Freirahmen ähnlich sind, ausgenommen jedoch, was den Zusatz eines Rahmenbits bei jedem 12. 30 Synchronisierbit betrifft. Diese Rahmenart wird seitens des Schleifenadapters bei Gleichlaufverlust übertragen oder wenn er Freirahmen empfängt.

Wenn der Schleifenadapter 19 den Zustand AI, d. h. das Suchen nach Freirahmen, eingenommen hat, sucht er im 35 wesentlichen nach Freirahmen oder Synchronisierrahmen.

Dazu werden alle Daten in den Deserialisierer 24 eingeschoben und auf die richtige Zahl aufeinanderfolgender Nullen zwischen den Synchronisierbits mittels des Gleichlaufdetektors 32 überprüft Wenn 11 Freibytes empfangen worden sind, wird der« Zustand A2, Synchronisierr ahmensuchen 1, angenommen. In diesem Zustand wird jeweils das 12. Freibyte geprüft und das Synchronisierbit am Ende dieses Bytes dazu verwendet, den Bitzähler zu löschen und in Übereinstimmung mit den einlaufenden Synchronisierbits zu bringen. 45

Im Zustand AI und A2 läuft der phasensteuerbare Oszillator 27 frei und keine Korrektursignale werden seitens der einlaufenden Daten erzeugt. Wenn der Bitzähler gelöscht ist, wird in den Synchronisierstatus A3, nämlich Synchronisierrahmensuchen 2, übergegangen. In diesem Zustand werden Korrektursignale für den phasensteuerbaren Oszillator erzeugt, und zwar aufgrund der vorderen Ränder der einzelnen Synchronisierbits und deren Lage im Vergleich zu den Ausgangstakten vom phasensteuerbaren Oszillator.

Während des Zustands A3 werden laufend Leerbytes und reguläre Synchronisierbits erkannt. Wenn etwas anderes als Leer- oder Synchronisierrahmen empfangen wird, dann wird wieder in den gleichlauflosen Zustand des Freirahmensuchens übergegangen.

Wenn eine gegebene Zahl aufeinanderfolgender Synchronisierbits zeitgerecht ankommt und der phasensteuerbare Oszillator als im Gleichlauf befindlich zu betrachten ist, dann wird der nächste Synchronisierzustand angenommen. In diesem Zustand fährt der Schleifenadapter fort, Synchronisierrahmen zu erzeugen. Die Synchronisierbits werden auf zeitgerechte Lage überprüft. Der Schleifenadapter sucht nun nach einer Rahmenbitfolge eines Synchronisierrahmens; wenn diese erkannt wird, wird der Bytezähler gelöscht und der provisorische Gleichlauf, d. h. Zustand C, angenommen.

In diesem provisorischen Gleichlaufzustand wird der Redundanzprüfgenerator 50 aktiviert. Damit werden gültige Redundanzbytes am Ende jedes Rahmens abgegeben. Wenn eine gültige Redundanzinformation erkennbar ist, geht der Schleifenadapter in den Zustand D, wirklicher Gleichlauf, über.

Im wirklichen Gleichlaufzustand laufen nunmehr normale Funktionen ab. Die Schleifensteuerung empfängt und sendet Informationen. Der Schleifenadapter überwacht die Rahmen-und Synchronisierbits auf zeitgerechte Lage. Eine erkannte ungültige Rahmenfolge, bei der drei Synchronisierbits in irgendeinem Rahmen fehlen, unterbricht den wirklichen Gleichlauf und lässt in provisorischen Gleichlauf zurückgehen.

Der wirkliche Gleichlauf ist verloren, wenn ein Freirahmen oder ein Synchronisierrahmen seitens des Gleichlaufdetektors 32 erkannt wird. Ein Freirahmen stellt automatisch den Schlei-, fenadapter auf den Bitgleichlaufzustand, und zwar aufgrund der fehlenden Rahmenbits. Wenn der wirkliche Gleichlauf beim Empfang solcher Rahmen nicht verloren geht, werden falsche Redundanzfehler signalisiert Es reicht für den Schleifenadapter aus, auf einen Synchronisierrahmen zu schliessen, wenn das erste Byte eines Rahmens mit einer gültigen Rahmenbitfolge lauter Nullen in den Bits 1 bis 7 enthält.

Die nachfolgende Tabelle stellt die vorangehend genannten Gleichlaufzustände zusammen:

Zustand

Funktion

Bedingung zum Weitergehen in einen höheren Zustand

Bedingung zum Rückgang in einen niedrigeren Zustand

A Gleichlaufstörung

AI Freirahmensuchen

A2 Synchronisierrahmensuchen 1

A3 Gleichlauf des Oszillators 27 (Synch.-Rah-mensuchen 2)

Suche nach gültigen Freirahmen Löschen d. Bitzählers

Synchronis. des

Ausgangszählers mitd.

Eingangszählern

11

aufeinanderfolgende Freibytes ein weiteres Freibyte und Löschung des Bitzählers vorgegebene Zahl zeitgerechter Synchronisierbits kein Freibyte oder fehlendes

Synchronisierbit kein Freibyte od.

fehlendes

Synchronisierbit

13

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Zustand

Funktion

Bedingung zum Weitergehen in einen höheren Zustand

Bedingung zum Rückgang in einen niedrigeren Zustand

B Bitgleichlauf

C provisorischer Gleichlauf

D wirklicher Gleichlauf

Suche nach Synchronisierrahmen u. Löschung des Bytezählers Suche nach gültiger Redundanz-Information normaler Betrieb

Löschung des Bytezählers u. Auffinden v. 2 weiteren gültigen Rahmenfolgen Finden einer gültigen Redundanz-Information kein Freibyte od.

fehlendes

Synchronisierbit mehr aïs 2 fehlende Synchronisierbits od. ungültige Rahmenbitfolge in irgend einem Rahmen mehr als 2 fehlende Synchronisierbits oder ungültige Rah'menbitfolge in irgend einem Rahmen oder Empfang eines Freirahmens od. eines Synchronisierrahmens

G

4 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

1. 616791

   PATENTANSPRÜCHE

   1. Verfahren zur Betriebs-Synchronisierung für Datenübertragungsanlagen mit einer Hauptstelle und mit Nebenstellen, die mittels einer Ringleitung untereinander verbunden sind, wobei die Hauptstelle und die Nebenstellen für den Empfang und das Senden in Rahmen eingeteilter Bitfolgen vorgesehen sind und Gleichlaufbedingungen und Gleichlaufstörungen erkennen können, gekennzeichnet durch die nachfolgenden Verfahrensschritte:

   a) Unterbindung der Weiterübertragung oder Aussendung von Nachrichten-Bitfolgen in einer Nebenstelle, die eine Gleichlaufstörung erkennt, und Aussendung einer ersten bestimmten Steuer-Bitfolge auf die Ringleitung von dieser Nebenstelle aus;

   b) Resynchronisierung sämtlicher Nebenstellen, welche auf die die Gleichlaufstörung erkennende Nebenstelle folgen, bis einschliesslich der Hauptstelle auf diese erste bestimmte Steuer-Bitfolge;

   c) Aussendung einer zweiten bestimmten Steuer-Bitfolge von der Hauptstelle auf die Ringleitung bei Empfang der ersten bestimmten Steuer-Bitfolge oder bei eigener Erkennung einer Gleichlaufstörung;

   d) Resynchronisierung sämtlicher Nebenstellen, welche auf die Hauptstelle folgen, bis einschliesslich der die Gleichlaufstörung erkennenden Nebenstelle bzw. Hauptstelle auf diese zweite bestimmte Steuer-Bitfolge;

   e) Wiederaufnahme der normalen Betriebsweise durch die Nebenstelle bzw. Hauptstelle, welche die Gleichlaufstörung erkannt hatte, wenn sich diese nach Behebung der Gleichlaufstörung auf die zweite bestimmte Steuer-Bitfolge resynchronisiert hat.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Gleichlaufstörung und Aussendung der ersten bestimmten Steuer-Bitfolge durch eine Nebenstelle die nachfolgenden Nebenstellen diese erste bestimmte Steuer-Bitfolge weiterübertragen.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Gleichlaufstörung und Aussendung der ersten bestimmten Steuer-Bitfolge durch eine Nebenstelle die nachfolgenden Nebenstellen unabhängig vom Empfang dieser Bitfolge die erste bestimmte Steuer-Bitfolge selbst aussenden.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die in Rahmen eingeteilte Bitfolge auf je n Datenbits ein eingefügtes Synchronisierbit und auf je mn Datenbits eine erkennbare Rahmensynchronisierkennzeichnung enthält, wobei jeder Rahmen m(n+l) Bits enthält, und wobei m und n natürliche Zahlen sind.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in Rahmen eingeteilte Bitfolge auf je n Datenbits ein eingefügtes Synchronisierbit und auf je mn Datenbits eine erkennbare Rahmensynchronisierkennzeichnung enthält, wobei jeder Rahmen m(n+l)+l Bits enthält, und wobei m und n natürliche Zahlen sind.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste bestimmte Steuer-Bitfolge bei Gleichlaufstörung eine sich wiederholende Folge von Gruppen mit je n Bits erster Binärwertigkeit, z. B. Null, mit je einem nachfolgenden Synchronisierbit zweiter Binärwertigkeit, z. B. Eins, ist, und dass die zweite bestimmte Steuer-Bitfolge erkennbare Rahmenbegrenzungen als Rahmensynchronisier-Kriterium enthält, wobei n eine natürliche Zahl ist.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite bestimmte Steuer-Bitfolge ausser den genannten Synchronisierbits ein Rahmensynchronisierbit zweiter Binärwertigkeit, z. B. Eins, auf je m(n+l) Bits enthält, wobei m auch eine natürliche Zahl ist.
8. 8. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptstelle und jede der vorgesehenen Nebenstellen die nachstehend genannten Einrichtungen aufweisen:

   a) ein Empfangselement (21) für sämtliche über die Ringleitung (1 1) einlaufenden Rahmen;

   b) ein Sendeelement (31) zur Übertragung von Rahmen über die Ringleitung;

   c) einen Modulo-X-Zähler und einen Modulo-Y-Zähler, wobei Y ein ganzzahliges Vielfaches von x, mittels derer die empfangene Bitfolge diskriminierbar ist, wobei die beiden Zähler schrittweise mit den empfangenen Bits weiterzählen;

   d) einen Gleichlaufdetektor (32), mittels dessen bei einer vorgegebenen Anzahl nicht zeitgerecht einlaufender Synchronisierbits und/oder bei einer vorgegebenen Anzahl nicht zeitgerecht einlaufender Rahmensynchronisierkennzeichnungen eine Gleichlaufstörung erkennbar ist;

   e) eine Schalteinrichtung für die Unterbrechung der Weiterübertragung einer empfangenen Bitfolge und für die Zuführung einer bestimmten, sich wiederholenden Steuer-Bitfolge zum Sendeelement in Abhängigkeit von einer erkannten Gleichlaufstörung, wobei diese Schalteinrichtung nach Behebung der Gleichlaufstörung wieder in ihre Normalstellung zurückstellbar ist zur Weiterübertragung der empfangenen Bitfolge über die Ringleitung.