CN103019851A - 用于装配技术单元的装置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于装配技术单元的装置的方法。介绍了一种用于装配技术单元（12,14,16）的装置（10）的方法以及这样的装置。该方法用于自主地装配和运行技术单元的装置，其中所述技术单元通过系统通信总线（50）相互连接，其中从请求单元向其它所有单元发送对系统资源的请求，其它所有单元检查该资源是否已经被分配给该单元自身，并且所有被请求的单元向请求单元发送相应的反馈响应，并且当所述系统资源还没有已分配给其它单元之一时向该请求单元分配所述系统资源。

Description

用于装配技术单元的装置的方法

技术领域

本发明涉及一种用于装配技术单元的装置的方法，所述技术单元尤其是电气和/或电子单元，当装配了这些技术单元时它们形成系统。本发明还涉及这样的装置。

背景技术

技术单元应当理解为例如用于控制和/或调节技术流程或用于转换技术功能的技术设备。为了实现复杂的功能和功能性，将各个设备或单元组合成系统，例如组合成叠式系统或机架系统。系统应当理解为装置或实体以及由此应当理解为相互涉及并且按照其形成与任务、意义或目的关联的单元并且在这方面与环境区分开的方式交互作用的元件的整体。

这样的组合系统通常需要控制和管理实例。目前控制和管理功能性在该系统内的为此设置的控制和管理设备中提供，所述控制和管理设备在很多情况下仅仅为此而设置。

在这样的向设备固定分配控制和管理任务的情况下，缺点是：必须被提供的该设备一般地不用于整个系统的功能性。更确切地说，该设备同样必须被供应能量，该设备产生附加的热并且需要空间。

文献EP 1 199 632 A1描述了用于在时间上补偿对资源的访问的方法和单元。在此在计算机环境中实施多个线程。此外设置多个互斥体，其中向一个互斥体仅分配一个线程。控制程序在该方法的范围内被实施为，使得互斥体被分配给请求访问资源的线程。

发明内容

在该背景下，介绍一种根据权利要求1的方法以及一种具有权利要求6的特征的装置。改进从从属权利要求和描述中得到。

根据所介绍的方法，不存在固定分配的、满足控制和管理任务的单元。该单元被通过以下方式代替，即进行所需要的控制和管理功能的动态分布，而且将系统资源和功能分布在设置于所述装置中的单元上。

在装配该系统时，所需要的控制和管理功能（系统功能）由若干或甚至所有现有的单元来实施。这些单元为了整个系统的系统功能相互竞争。也就是说，这些系统功能被动态地分配给这些单元。所描述的方法确保这些单元中只有一个单元获得针对确定系统功能的实施权利。该单元可以又放弃该权利。在功能缺陷的情况下其它单元又可以获得该实施权利。

重要的组成部分是所谓的系统互斥体（互斥，即mutual exclusion）。该组成部分对所有单元可用并且与操作系统无关。获得系统互斥体的单元获得所述实施权利，以实施与此关联的控制和管理功能。也就是说，向待分配的每个系统功能分配一个系统互斥体。获得该系统互斥体的单元允许实施系统功能。

为了实现系统互斥体，所有设备必须通过系统管理总线或通信总线连接。该总线必须提供多主机功能性。这意味着，多个单元为了该通信介质相互竞争并且有一个获得成功。

现在物理的互斥体存储器仅还存在于该互斥体也处于的地方。这具有的优点是，在故障情况下的无效准自动地进行。在此，所有单元都与系统通信总线连接。该系统通信总线具有所谓的多主机功能性，利用该多主机功能性可以调节互斥体向所有单元的分配。通过这种方式得到，系统的功能可以分布到所有单元上。

本发明的其它优点和改进从描述和附图中得到。

应当理解，上面提到的以及下面还要阐述的特征不仅能以分别说明的组合，而且还能以任意组合或单独地使用，而不会脱离本发明的范围。

附图说明

图1示出所介绍的装置的实施方式。

图2示出系统功能性。

图3示出系统互斥体的分配。

图4示出系统功能的分配。

具体实施方式

借助附图中的实施方式示意性示出本发明，并且下面参照附图对本发明进行详细描述。

在图1中示出可堆叠的装置的实施，该装置用附图标记10总体表示。该装置10包括第一技术单元12、第二单元14和第三单元16。装置10的技术单元12,14,16形成可堆叠的系统或机架系统。

第一单元12也称为基本单元或底部单元，其具有系统通信总线主机20和系统通信总线从机22以及地址24，该地址通过计数或点算（Durchzaehlung）获得。相应地，第二单元14具有系统通信总线主机30、系统通信总线从机32和第二单元14的地址34。此外设置有系统功能z36。第三单元16也可称为上部单元或顶部单元，其具有系统通信总线主机40、系统通信总线从机42和地址44。此外设置有系统功能x46和系统功能y48。

单元12,14,16通过系统通信总线50和与数据总线52连接，在该数据总线52上传输关于单元12,14,16之一失效以及由此关于装置10失效或通过装置10形成的系统失效的信息。

所示出的装置10或系统是为硬件单元（在该情况下是为单元12,14和16）开发的。单元12,14和16可以单独地工作或者可以在装置10内工作。通过在系统中组合单元12,14,16，提高了管理该系统的性能的需求。由于不存在专用的系统控制器，因此单元12,14,16自身必须覆盖系统功能。因此单元12,14,16尝试在本地装配系统功能性。为了确保具体的系统功能不是在多个单元12,14,16上运行，每个系统功能通过系统互斥体来支持。如果该系统互斥体在系统内运行，则单元12,14,16必须共同使用与系统相关的信息。用于交换信息的介质是系统通信总线50。

系统通信总线50在所示实施中使用合适的通信方案。每个通信单元或单元12,14,16需要唯一的地址。在该系统中通过硬件点算来获得地址24,34,44。该点算功能向装置10内的每个单元12,14,16提供唯一的号码或唯一的地址。这通过下方的第一单元12发起和继续，一个单元接一个单元的，直到在最上面的单元16处结束为止。该过程周期性地重复，以覆盖在装置10的运行时间期间可能产生的变化。由此所介绍的方法可以被执行以用于初始化和/或用于运行所述装置10。

原则上所使用的系统通信总线50应当具有以下特性：

-多主机能力

系统中的每个单元可以是总线主机。对该总线的访问通过由一个主机“赢得”的仲裁阶段来调节。所有其它主机从那时开始作为从机工作，直到所述一个主机重新释放该总线为止。

-同步

为了使仲裁在任何时刻都可靠地起作用，同时作为时钟发生器工作的主机必须将它们的时钟相互同步。所产生的时钟通过最慢的主机来确定。该时钟的频率和脉冲-间歇比例可以随着每个时钟周期而改变。

-原子序列

拥有总线的主机必须可以原子地实施以下序列：从所有其它用户同步或同时地读取信息，其中该信息拥有隐性或显性状态。在此，每个用户将其信息的本地状态同时提供在总线上。在此，显性状态超过隐性状态。主机分析总线上信息的状态，导入相应的本地动作，并且相应地更新其本地状态。然后该主机才重新释放总线。在此，所述信息相应于具有状态“可用”或“占用”的系统互斥体。“占用”是显性状态。当在主线上读取到隐性状态“可用”时本地地启动系统功能。在此，系统互斥体的本地状态被设置为“占用”。

每个单元12,14,16必须具有总线从机22,32,42，以接收和/或提供系统信息。为了主动地询问或提供系统信息，需要附加的可选地总线主机20，30,40。在每个单元12,14,16中，主机20,30或40与从机22,32或42使用相同的地址24,34,44。

系统通信总线50的通信机制包括单播机制以及广播机制。随后的每次访问都是该系统的原子过程。  

	广播	单播	原子访问
				读取	不支持	1主机对1从机	是
写入	1主机对所有从机	1主机对1从机	是
				系统互斥体分配	1主机对所有从机-所有从机对1主机	不支持	是

广播模式中的互斥体分配是一种特殊的机制，用于向系统提供互斥体功能性。输出该原子过程的单元12,14,16调用访问或请求并且因此能够执行对全系统范围的互斥体的原子的读取-修改-写入-访问。

还可以设置具有专用功能性的单元，这些单元用于探测附加的、动态分布的系统任务。

图2为了说明系统功能性而示出单元的可能结构，该单元整体用附图标记60表示。该单元60与外部客户62连接以用于系统功能。该图示出用于访问网络的接口64、系统功能框架66、互斥体服务器68、系统总线资源管理器70、总线主机和从机模块72以及硬件点算器74。在该系统功能框架66中设置用于访问网络的第一功能76、用于系统功能协议的第二功能78、第一系统功能80、第二系统功能82、第三系统功能84、用于访问硬件的第三功能86以及用于访问硬件的第四功能88。此外该图示出第一可选硬件单元92和第二可选硬件单元94。

所执行的系统通信在每个单元60中通过资源管理器70来处理，在该资源管理器中提供用于访问硬件的功能90。资源管理器70保证单个内部客户在确定时刻对系统通信总线的访问。而其他客户就要排队。

互斥体服务器68是这样的内部客户，可能存在附加的客户。资源管理器70使用部分系统通信总线协议。

该系统的系统通信总线使用多主机多从机通信。每个单元都包括总线从机和总线主机。当该单元从未发起数据交换时，可以取消主机。一个单元的主机和从机使用相同的地址。单元的每个地址相应于在硬件点算时已获得的单元数量。

在系统通信总线上的数据交换可以作为广播通信或作为单播通信来进行。在广播模式的情况下，使用一般的广播地址。在单播的情况下使用待联系的从机的地址。由于系统通信总线是多主机系统，因此需要将该传输的发起者的地址记录到每个消息中，以确保总线中的仲裁。

系统通信总线的通信仅在所有单元都被点算了时开始。这通过特殊的系统管理总线消息来显示，一旦点算成功执行完毕，就由最上面的单元发送该系统管理总线消息。状态“点算进行完”由每个单元接收并且存储在每个单元中。该信息在一定时间之后失去有效性并且必须按照规则的间隔被更新。由于硬件点算周期性地执行，因此所述状态也周期性地传播。

单播通信不应当在发起单元内的待寻址的从机的状态“设备就位”（设备准备好运行）被设置之前执行。因此采用单播操作的每个单元应当监视其打算联系的单元的“设备就位”广播消息。该状态同样是在一定时间之后不再有效的信息，因此应当按照规则的间隔被更新。

要注意的是，在单元中只需要能够请求或理解关于系统通信总线的信息的实例。此外，该实例必须能够分析该信息并且引入相应的动作。该信息在此相应于系统互斥体的状态，所述动作相应于系统功能。一般来说，该实例是软件。但是也可以考虑纯硬件实例。

在下面的表格中给出可能系统通信总线消息的概览：

消息	消息类型	传输发起者	数据接收者	传输条件
					点算已进行	广播	上面的单元	所有单元	每次当硬件点算成功到达上面的单元
设备就位	广播	每个单元	所有单元	周期的，在执行点算期间并且单元能够在参与通信并执行系统功能
					系统互斥体请求	广播	每个单元	所有单元	当点算已进行并且互斥体服务器请求任何系统互斥体时

为了分配和使用任何可由单元共同使用的资源，所分配的系统互斥体必须首先被分配。系统资源可以是某个系统功能或共同使用的硬件特征（例如触发信道）的实例。每个系统资源都被分配有自己的系统互斥体。系统互斥体通过唯一类型的互斥体ID和布尔型闭锁状态来定义。

在每个单元中仅存在一个互斥体服务器。在任何时刻都只有一个请求被处理。其它请求要排队。系统中的所有互斥体服务器都对某个互斥体相互间的分配进行仲裁。仲裁通过消息“互斥体访问”来执行。在该消息中，请求单元发送其期望将其通知给所有单元的互斥体ID。每个单元都检查其是否已经在其互斥体服务器中分配了该互斥体并且用其本地的系统互斥体占用状态或闭锁状态来响应。“系统互斥体占用”与总线响应中的显性位相同，而“系统互斥体空闲”是隐性的。当单元已经将系统互斥体闭锁时，该单元的显性响应对其它单元的同时或同步发送的隐性响应进行覆盖。

然后请求单元确定：系统互斥体已被占用并由此系统资源不能提供。对于响应是隐性的情况，系统互斥体是空闲的。于是请求单元将系统互斥体占用状态在其互斥体服务器中更新为“系统互斥体占用”，最后结束总线传输并且释放总线。“系统互斥体占用”仅存储在互斥体持有者的互斥体服务器中。对系统互斥体的访问是在固件中以及在系统通信总线上的原子操作。互斥体访问只能在系统互斥体占用状态基于互斥体访问的结果而被更新了时才在总线上被结束。在对单元复位之后，状态是“互斥体空闲”。

图3示出系统互斥体的分配。在此，示出第n个单元100和第k个单元102。只要进行了点算，就在第一步骤104中通过系统功能进行互斥体请求。这是一种原子操作。向与系统通信总线110连接的总线主机108请求互斥体n（箭头106）。这与箭头121和箭头124相应。从总线主机108返回报告互斥体n（箭头112）并且进行分配，互斥体n是空闲的（箭头114）。该图还示出总线从机118。

此外再现另外的单元102’，所述另外的单元的行为与单元102的行为相应。

在第k个单元102和另外的单元102’中，在请求互斥体n（箭头124和124’）时读取针对互斥体n的存储单元122和存储单元122’，并且通过系统通信总线从机132和132’输出所存储的值（箭头126和126’）。在此，响应126和126’同时或同步通过系统通信总线110传输。第k个单元102或另外的单元102’的系统通信总线主机130或130’未牵涉在内。

用箭头106表示的请求由此与在第k个单元102或另外的单元102’处的输入（箭头124和124’）相应。对此的反应是，第k个单元102或102’的输出（箭头126和126’）导致在第n个单元100处的输入（箭头112）。利用方括弧140包含原子访问。

箭头114是针对不存在显性响应情况的输出，然后互斥体空闲并被指配。该指配在存储单元116中被标记出来。

系统功能应当被设计为，使得不同类型的操作系统和硬件平台的便携性得到保证。由此操作系统机制和硬件访问必须与逻辑功能性分离。每个系统功能都被表示为功能库。系统功能库仅包含该系统功能的逻辑部分。该系统功能库与目标和操作系统无关。每个硬件特征都被移动到特殊的目标库中。与系统功能的外部通信将通过特定于介质的接口功能库来实现。所有系统功能、接口库和特定于目标的功能库都在特定于系统工作的系统功能框架内运行。

每个系统功能的激活通过专用的系统互斥体来支持。仅当所分配的系统互斥体成功被占用或被阻止时，该系统功能才能工作。

单元中的系统功能的激活可以在系统故障信号的接通、复位和释放时进行。激活优选地应当在高性能的单元中进行。这可以在针对激活的条件（系统故障信号被复位并且单元的点算已进行）得到满足之后通过依赖于该单元的性能的延迟时间来达到，其中具有高性能的单元具有最短的反应或延迟时间。在该延迟之后，系统功能框架尝试针对其可用的功能来占用系统互斥体。然后为每个成功占用的系统互斥体激活各自的系统功能。

系统故障信号是系统全范围内使用的硬件信号。该硬件信号通过任何单元设置，如果该单元复位的话；该硬件信号断开，如果没有点算或者如果该单元不能实施其系统功能的话。该硬件信号是接线的“或”信号，并且在不是每个单元都将该信号复位之前不会复位。

使用系统故障信号来激活系统功能保证了：当单元有故障的时候进行对该系统功能的重新激活。当系统故障信号被复位并且点算已进行（相应于系统通信总线上的地址分派）时，在每个单元中重新运行特殊的延迟时间。此后每个单元重新尝试针对还未激活的系统功能来占用系统互斥体。没有受到该故障影响的单元保持其已经激活的系统功能。在有故障的单元上提供的系统功能可以重新在同一单元上被激活，或者当有故障的单元重新工作或者远离系统时由其它单元接管这个。

在图4中再现了在激活系统功能时的流程的图。在纵轴200上，关于横轴202上的时间绘制信号变化曲线。第一变化曲线204示出装置x的系统故障。第二变化曲线206示出在单元y中的系统故障。第三变化曲线208示出单元z的故障。第四变化曲线210是前面三个变化曲线204,206,208的“或”逻辑关联，并且示出系统故障。第五变化曲线212说明信号“点算已进行”的值。消息“点算已进行”由此在时刻214发出。

对于单元x：第一时间段220示出依赖于单元x的性能的延迟。在第二时间段222中，进行对系统互斥体的请求。在第三时间段224中进行系统功能的实例化（Instantiierung）。

对于单元y：第一时间段230示出依赖于单元y的性能的延迟。在第二时间段232中，进行对系统互斥体的请求。在第三时间段234中进行系统功能的实例化。

对于单元z：第一时间段240示出依赖于单元z的性能的延迟。在第二时间段242中，进行对系统互斥体的请求。在第三时间段244中进行系统功能的实例化。

Claims (10)

1.一种用于自主地装配技术单元（12,14,16,60,100,102,102’）的装置（10）的方法，其中所述技术单元（12,14,16,60,100,102,102’）通过系统通信总线（50,110）相互连接，其中从请求单元（12,14,16,60,100,102,102’）向其它所有单元（12,14,16,60,100,102,102’）发送对系统资源的请求，其它所有单元检查该资源是否已经被分配给该单元（12,14,16,60,100,102,102’）自身，并且所有被请求的单元（12,14,16,60,100,102,102’）向请求单元（12,14,16,60,100,102,102’）发送相应的反馈响应，并且当所述系统资源还没有已分配给所述其它单元（12,14,16,60,100,102,102’）之一时向该请求单元分配所述系统资源。

2.根据权利要求1的方法，其中向每个系统资源分配系统互斥体，并且请求单元（12,14,16,60,100,102,102’）在请求系统资源时指名该系统互斥体。

3.根据权利要求1或2的方法，其中被请求的单元（12,14,16,60,100,102,102’）在系统资源已经通过其自身分配的情况下向系统通信总线（50,110）发出显性响应，并且在该系统资源未通过所述被请求的单元自身占用的情况下向系统通信总线发出隐性响应。

4.根据权利要求1至3之一的方法，为了初始化装置（10）而执行该方法。

5.根据权利要求1至4之一的方法，为了运行所述装置（10）而执行该方法。

6.一种具有多个技术单元（12,14,16,60,100,102,102’）的装置，尤其是用于执行根据权利要求1至5之一的方法，所述多个技术单元（12,14,16,60,100,102,102’）通过系统通信总线（50,110）相互连接，所述系统通信总线具有多主机能力，并且允许这些单元（12,14,16,60,100,102,102’）中的一个单元向其它所有单元（12,14,16,60,100,102,102’）的请求以及允许其它所有单元（12,14,16,60,100,102,102’）向所述一个单元（12,14,16,60,100,102,102’）的同时或同步的响应。

7.根据权利要求6的装置，其中作为系统通信总线（50,110）采用I²C总线。

8.根据权利要求6或7的装置，其中每个单元（12,14,16,60,100,102,102’）具有互斥体服务器（68），在该互斥体服务器中存储所分配的系统互斥体。

9.根据权利要求6至8之一的装置，其中技术单元（12,14,16,60,100,102,102’）布置在机架中。

10.根据权利要求6至8之一的装置，其中这些单元（12,14,16,60,100,102,102’）设置有专用的功能性，所述功能性用于探测附加的、动态分布的系统任务。

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