CN1096165C - 包括资源控制装置的数据总线系统 - Google Patents

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Abstract

一个数据总线系统包括若干通过一个总线连接的若干站点。这个总线具有一个可用的有限数据传输容量。一个资源控制站从一个发送站读取可用传输容量的哪一部分为相关发送站所需。如果存在足够的传输容量，资源控制站分配给相关传输站所需的传输容量。只有在那种情况下，相关传输站的传输被允许。

Description

包括资源控制装置的数据总线系统
     本发明涉及一个数据总线系统，包括
-    若干站点，至少包括两个传输站，每个传输站可以切换到一个活动模式，形式传输一个自己的数据流，对这个数据流至少需要一个相关传输站特有在这个模式中，相关的传输站以数字的特有传输容量，
-    连接所说的若干个站点的总线装置，其具有一个可用于在站点间传输自己的数据流的可用传输容量，
-    资源控制装置，用于控制哪些传输站同时工作在活动模式，资源控制装置被安排成保证同时工作在活动模式的传输站自己的数据流所需的特有传输容量的总和不超过总线装置的可用传输容量，
对于这样一个系统的具体例子，参考在IEEE标准出版物中提出的P1394总线系统。一个数据流代表，例如一个声频信号或一个视频信号。在这种情况下，一个传输站是，例如一个CD播放器，一个调谐器或一个录象机，并只要它处于活动模式就通过总线装置传输这样一个数据流。
若同时工作于活动模式的所有传输站所要求的传输容量比总线装置的可用传输容量大，这个总线系统的运行将不是满意的。例如，考虑这样的情况，其中，数据流被划分为帧，只有经过一个成功的竞争过程后，帧才能通过总线装置被传输。若太多的传输站同时工作于活动模式，将有一些站点因竞争过程失败次数太多而不能传输整个数据流。
因此，希望以这样一种方式控制这个系统，以使同时工作于活动模式的传输站的数量不太大。至此，一个资源控制站有必要知道处于活动模式的不同传输站所需的传输容量是多少。同时要有可能做到，一个新传输站连接到总线装置时，资源控制站不必被改动。
文献EP-A-0674410公开了一种用于这种总线系统的总线管理节点。该总线管理节点具有信道占用寄存器REG1和一个总线容量寄存器REG2。在启动同步通信之前，传输站传输一个读指令给处于总线管理节点上的寄存器REG1和REG2，读出他们的内容，以此来检验可用信道和总线容量。当存在一个未占用的信道并且保持一定的总线容量时，传输站传输一个写指令给寄存器REG1和REG2，这样一来，所占用信道的更新号和所占用总线的更新容量可以被分别存储在寄存器REG1和REG2中。
本发明的一个特别目的是保证在一个所述类型的数据总线系统中，同时工作于活动模式的传输站的数量不至太大，但有可能一个新传输站连接到总线装置时，资源控制站不必被改动。
根据本发明，这一目的在这样一个数据总线系统中完成，该数据总线系统的特征在于
-至少一个传输站被置于可以通过总线装置读出一个表示所说的至少一个传输站的自己的数据流所需的特有传输容量的码，
-资源控制装置被安排通过总线装置读出这个码并基于所读出的码而进行保证。
因此，只有当有足够的传输容量可用于在功能上与其他活动传输站的数据流同时传输它的数据流时，传输站才被切换到活动模式。所需的传输容量被分配控制装置通过总线装置由分配控制装置读出。结果是，一组需要不同传输容量的传输站的不同成员可以被使用，而不用要求事先知道这组中的不同成员所需的传输容量的分配控制装置。
在按照本发明的一个数据总线系统的实施例中，每个站点在数据总线系统的拓扑结构中有自己的位置，每个传输站的数据流的传输所需的拓扑传输容量取决相关的传输站的相应传输容量以及它的位置，在这个系统中，资源控制装置更新一个拓扑结构的表示，并保证同时工作于活动模式的传输站的不同数据流所需的拓扑传输容量的进一步总和不超过总线装置的可用传输容量。
在特定拓扑的传输容量中的开销因此将在原理上对每个站不同，并等于经过整个拓扑结构传播数据流所需的最小开销。
因此，一个传输站的容量在进一步总和中所占的特定拓扑结构的传输容量依赖于两个不同的资源，由一个传输站来的码和由一个起资源控制装置作用的站点来的拓扑结构的表示。
拓扑结构，例如是一个树结构，其中只要这些站不是一个“根”站(没有“母”站)或一个“叶”站(没有“子”站)，总线装置就把每一个站点直接连接于一个“母”站和一个或若干个“子”站，这样，所有的站与另一个站直接相连或不直接地通过树结构中的其他站间接相连。传输一个数据流时，传输站把数据流发送给它的“母”站或“子”站(们)。
任何其他的从“母”站或“子”站收到数据流的站把数据流传递给与它直接相连的站。数据流于是在整个树结构中传输。所发生的最大时延随着一个传输站的位置离最远的“叶”站的位置的距离的增加而增加。除了一个传输站所需的最小传输容量，对于延时还必须有一个传输容量的开销。时延大，开销也大。因此，开销随着一个传输站的位置离最远的“叶”站的位置的距离的增加而增加。开销也可能由其他原因造成，如竞争。
在上面的实施例中，开销将总是相应于相距最远的两个“叶”站所需要的而足够的大。树结构越深，开销越大(在根和叶间包括更多的站)。
在一个根据本发明的数据总线系统的进一步实施例中，码是一个传输容量的数字化的数值表示，可以直接以数学方法处理。这样，这个保证不需一个进一步的翻译操作，例如通过一个表，其中一个容量与每个可行的码关联。其他信息，如数据流的类型(如视频和音频)被分别编码，以使一个同一类型的数据流可以使用不同的可调整的传输容量传输。
在一个根据本发明的数据总线系统的进一步实施例中，资源控制装置包括一个资源控制站，其被安排以通过总线装置控制传输站。
在一个根据本发明的数据总线系统的进一步实施例中，资源控制装置包括一个资源分配站，其被安排以响应通过总线装置收到的一个请求，只要有足够的未保留的传输容量可用于相关的传输站，就为一个传输站保留一部分可用传输容量。
资源分配站可以与资源控制站分开。这样，不同的资源控制站可以控制不同的传输站，然后一个中央资源分配站保证不使用太多的传输容量。另外，传输站可因此独立地启动数据流。
这个发明还涉及用于数据总线系统的传输站和若干组的传输站。
这个发明的这些和其他方面将从下面描述的实施例中明显地看到，并将参考实施例阐明。
在图中：
图1显示了一个数据总线系统，
图2显示了一个具有周期的时间轴，
图3显示了一个传输站，
图4显示了一个具有一帧的时间轴，
图1显示了一个具有若干站10，11，12，13，14，15的数据总线系统。站10，11，12，13，14，15通过总线连接相互间连接在一起。不同类型的连接是可行的。在图中，每个站对于总线连接有同样的三个连接，例如站12有一个“母”连接17和两个”子“连接18a，b.
这样，数据总线系统有一个树结构，其中一个站10是树结构的“根”站。两个“子”站11，12连接于“根”站10。另外一个“子”站连接于“子”站11。另两个“子”站14，15连接于“子”站12。没有另外的“子”站连接于“子”站13，14，15，所以这些站是树结构中的“叶”站。
在运行时，数据流在站10-15间传送。例如，如果一个传输站12工作于活动模式，它通过连接18a，b传输一个数据流。这个数据流到达三个直接相邻的站10，14，15，这些站自己通过相应的连接传送这个数据流到它们直接的邻站11。这些邻站再传送这个数据流到它们的邻站，以使这个数据流最终到达树结构中的所有站10-15。这样，必须处理这个数据流的所有的站10-15就能真正收到这个数据流。
树结构中若干个传输站可以同时工作于活动模式。为使所有站能传输一个自己的数据流，总线系统的传输容量在工作于活动模式的站间分配。这可以通过，例如时间共享实现。
图2描绘了基于时间共享的不同站对若干数据流的传输。在图中，画了一个被下分为周期20a-b的时间轴。为了描述的目的，假设三个传输站(例如站11，12和15)同时工作于活动模式。在每个周期20a-b中这些站将传输自己的数据流的一部分，每次在相应周期的一个自己的时间段22a-b，23a-b，24a-b内。这样总线的总传输容量被一个周期20a，b的持续期定义，每个传输站要求的传输容量被在每个周期20a，b中相应站传输使用的时间间隔22a，b，23a，b，24a，b的持续期所定义。如果一个周期的持续期是，例如125毫秒，可以在一个周期中传输大约12,500比特，例如，用于一个3Mb每秒的音频数据流的传输站本身将要求一个大约3％周期的时间间隔。
明显地，传输容量还可以以另外的方式分配，例如以不同频段的形式，不同的传输站可以在其中传输数据，或以站间可用的所有N条导线的一部分M/N的形式(例如在这个情况下联结17包括N条导线)。
哪一个传输站在一个周期的哪一个部分处于活动方式的选择可以以不同的方式进行，例如通过事先分配给处于活动模式的每个站一个周期20a，b的时隙，但还要通过总线竞争。在一个总线竞争的例子中，每个要传输自己的一部分数据流的站先检查总线是否空闲。在那种情况下，这个站通过向连接于它的母连接的站发送一个占用信号试图占用总线。这个站一般把所说的占用信号传到连接于它的母连接的站，等等，直到到达根站。
如果若干个站同时试图抢占总线，至少一个站在它的子连接上将收到两个占用信号。然后这个站判决哪一个信号被继续传递。根站也可能收到两个占用信号，然后根站也判决选择哪一个信号。这样，在根站中剩下一个赢得判决的信号。根站告诉它的子站哪个信号赢得了判决。子站再将该返回信号送到它们的子站，这样哪个站赢得了判决就会清楚。这个站就可以通过总线传输自己数据流的相关部分。
传输后，剩下的活动的站可以再试图占用总线以传输它们的数据流部分。只要同时工作于活动模式的站的数量不太大，而且这些站在一个周期中不会传输太多的数据，每个工作于活动模式的站将会有机会传输它们的数据流。
为了确保每个工作于活动模式的站可以传输它们的数据流，系统包括一个资源控制站和一个资源分配站(例如两个都在站11中)。资源控制站接收在站间建立连接和启动数据流的请求。作为回答，资源控制站选择要置为活动模式的传输站，决定需要传输容量的哪一部分，并要求资源分配站为每个所说的传输站分配相应的传输容量。资源分配站保证不分配超过总线可提供的传输容量。如果更多的容量被要求，例如分配站返回一个拒绝信号以使资源控制站能够，例如传送给用户一个错误信号。
资源控制站从每个要被切换到活动模式的传输站读取相关站要求多少传输容量。这样，多种站可以连接于数据总线系统，而不需资源控制站事先知道所需传输容量的大小。
图3显示了一个传输站30的实施例。这个站包括一个母连接31和两个子连接32a，b。站30包括一个连接于母连接31和子连接32a，b的总线接口33。总线接口33还与两个寄存器35，36和一个数据流源37相连。
总线接口被安排为使得能从寄存器35，36通过连接31，32a，b在另一个站的控制下读出信息以及能通过连接31，32a，b将信息传送到所说的另一个站。寄存器35中的信息构成一个关于所需传输容量大小的码。这个信息可以是永久性的，例如当这个站是一个光盘播放器，对此必须保持一个固定的信息率(例如，一个频率为44.1kHz的2*32比特的字)。这个信息还可以是可变的，如当一个站可以产生不同种类的数据流。
工作时，资源控制站从寄存器35读取这个信息，按照这个信息保留传输容量，并随后传送一个命令给站30，这样后者被切换到活动模式。站30然后可以开始通过总线连接31，32a，b从源37传送数据流，所用的传输容量不超过寄存器35中的信息规定的值。
这样，传输站可以构成一组传输站的一部分，每个传输站具有图3所示的结构。这样的一组的每个成员对传输它的数据流要求一个自己的传输容量。取决于所要求的传输容量的大小，从寄存器35读出的信息对传输站组中的不同的成员是不同的。如果一个单一站可以在不同类型的活动模式中传送，要求相互不同的传输容量(例如，对于音频，视频，压缩图象数据流的模式)，在一个单一站中寄存器35中的信息也可以不同，这取决于站要传输时处于的传输模式所要求的传输容量的大小。
一个数据流要求的带宽可以不仅依赖于数据流自身的性质，还依赖于总线的结构。例如，在图1所示的树结构中，从一个叶站(例如，14)到另一个叶站(例如，13)传输一个数据流所需时间大于从根站10到另一个站(例如，13)传输一个数据流所需时间。这个时间依赖于系统中的总线连接的结构。
只要在一个周期中被一个传输站传送的数据流的尾部还未传播经过整个树结构，其他传输站就不能开始传输。因此，对于从这个传输站到所有“叶”站传输数据所需的时间，传输容量的一部分也必须被分配(这对于“广播”传输，其中所有的站在原理上可以接收和处理数据流，并对于点到点传输，其中一个单一的已知站接收和处理数据流，是成立的)。
进一步，判决所需的时间随树结构中的站与根站的距离的增加而增加。传输容量的一部分必须分配给这个判决的时间。
另一个依赖于结构的例子涉及一个线性结构，其中所有的站平行地连接于总线。在那种情况下，总线连接的物理长度必须被考虑。这个连接越长，必须分配更多的时间。在总线呈一个环状结构的时候，沿这个环的站的数目必须被考虑。
为了能考虑这样的开销，分配控制站存储关于总线的拓扑结构的信息(例如，如下事实，与树结构相关，还有根站和叶站间的站的最大数目，或者关于总线的物理长度的信息)。当分配控制站从寄存器35中读取关于所需的传输容量的信息后，基于关于拓扑结构的信息，它计算实际需要多少传输容量并相应保留这部分传输容量。
这个计算可以通过不同的方式进行。例如，可采用最坏情况的容量；例如，图1中的情况，这可以这样进行，把相距最远的两个叶站的传输时间加到数据流所需的时间上，并加上最坏情况的判决所需的时间(即，从叶站到根站传输占用信号和相反方向上赢得判决的确认的传输时间)。作为另外一种选择，分配控制站可以进行一种依站而定的计算，其中对具体的传输站所需的开销被考虑。图1的情况中，例如从根站10的传输将比叶站13的传输分配更少的附加传输时间。
除了分配传输容量，数据总线系统还可以被用于控制不同数据流的识别。如果涉及多于一个的数据流，通过总线接收数据流的站必须能够决定它们必须接收哪一个数据流。
图4显示了沿时间轴的一个周期40。在这个周期中，表示了一个消息帧42，它包括一个标识ID和数据DATA。所有的处于活动模式的传输站把它们自己的数据流下分为这样的帧并传输，例如每次一周期一帧。标识ID用于使每个接收站能够决定这个帧是否形成将被这个相关站处理的数据流的一部分。若干接收站原理上可以处理同一数据流。
数据流的标识应该是独特的。这在数据总线系统中通过提供一个标识控制站来实现。收到请求时，这个站输出一个标识，在一个传输站切换到活动模式前传输给它。在传输站中，标识被写入，例如第二个寄存器36。在传输时，这个标识总是被加入帧中作为标识ID。标识控制站保证总是发送不同的标识。当一个传输站被切换出活动模式，所用的标识和带宽被分别归还于标识控制站和分配站，以使它们能用于其他数据流。

Claims (8)

1.一个数据总线系统，包括
-若干站点(10-15)，至少包括两个传输站(11，12，15)，每个传输站(11，12，15)可以切换到一个活动模式，在这个模式中，相关的传输站(11，12，15)以数字形式传输一个自己的数据流，对这个数据流至少需要一个相关传输站(11，12，15)特有的特有传输容量，
-连接所说的若干个站点(10-15)的总线装置(17，18a，18b)，其具有一个可用于在站点(10-15)间传输自己的数据流的可用传输容量，
-资源控制装置(1)，用于控制哪些传输站(11，12，15)同时工作在活动模式，资源控制装置(11)被安排成保证同时工作在活动模式的传输站(11，12，15)的自己的数据流所需的特有传输容量的总和不超过总线装置(17，18a，18b)的可用传输容量，
其特征在于：
-至少一个传输站(11，12，15)被置于可以通过总线装置(17，18a，18b)读出一个表示所说的至少一个传输站(11，12，15)的自己的数据流所需的特有传输容量的码，
-资源控制装置(11)被安排通过总线装置(17，18a，18b)读出这个码并把基于所读出的码进行保证。
2.根据权利要求1的数据总线系统，其中，每个站点在数据总线系统的拓扑结构中有自己的位置，其中，用于传输每个传输站的数据流所需的拓扑传输容量取决于相关的传输站的相应的传输容量以及它自己的位置，其中，资源控制装置被安排用来更新一个拓扑结构的表示，并保证同时工作于活动模式的传输站的不同数据流所需的拓扑传输容量的进一步总和不超过总线装置的可用传输容量。
3.根据权利要求1或2的数据总线系统，其中，码是一个传输容量的数字数值表示并可以直接进行数学处理。
4.根据权利要求1或2的数据总线系统，其中，资源控制装置(11)包括一个资源控制站，它被安排通过总线装置(17，18a，18b)控制传输站。
5.根据权利要求4的数据总线系统，其中，资源控制装置(11)包括一个资源分配站，其被安排成响应通过总线装置(17，18a，18b)收到的一个请求，只要有足够的未保留的传输容量可用于相关的传输站(11，12，15)，就为一个传输站(11，12，15)保留一部分可用传输容量。
6.一组用于一个数据总线系统的传输站，其中，这个组的每个传输站(30)包括一个用于通过总线装置(33)通信的连接(31，32a，32b)，并能被切换到一个活动模式，在该活动模式下，传输站(30)以数字信号的形式通过总线装置(33)传输一个自己的数据流，其中，这个组的不同成员对传输它的数据流要求相互不同的特有传输容量，其特征在于，读出装置(33)，使得能通过总线装置(17，18a，18b)读出表示这个组的相关传输站(30)传输自己的数据流所需的特有传输容量的一个自己的码。
7.一种用于数据总线系统的传输站(30)，该传输站包括若干个通过总线装置(33)互相连接的站点(10-15)，所述总线装置具有一个可用与在多个站点(10-15)间传输数据流的可用传输容量，所述传输站(30)可以切换到一个活动模式，在该活动模式下，传输站(30)以数字形式传输一个自己的数据流，对这个数据流至少需要一个传输站(30)特有的传输容量，其特征在于，读出装置(33)使得能通过总线装置(17，18a，18b)读出一个自己的码，该码表示为所述的传输站(30)的自己的数据流所需要的特有传输容量。
8.根据权利要7的一个传输站，其特征在于，包括用于存储与所需的特有传输容量相关的码所需要的容量寄存器(35)。
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