CN1286856A - 总线主控器转换装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种总线主控器转换装置(10)。为了在一个基本上为非冗余的总线系统(11)上分别驱动一组冗余总线主控器(1′、2′)中的一个主控器(1′),设置一个转换装置(10),其中,该转换装置(10)的特性在于它本身在待转换的总线(11)上被驱动,因此不需要用于转换总线主控器(1′、2′)的专用信号。

Description

总线主控器 转换装置

本发明涉及一种总线主控器转换装置以及一种驱动冗余总线主控器的方法。

在总线系统上通常连接多个总线用户，其中根据某个确定的协议通过总线系统实现数据传输。特定的数据传输协议要求至少一个总线用户起所谓的总线主控器的作用，其中该总线主控器积极促进所述传输协议。

如果在这样一种总线系统中总线主控器失效，那么即便不会使所有的总线用户的功能失效，通常至少影响其它总线用户的功能，因为没有该总线主控器就不能通过总线来进行数据传输。

作为总线系统，例如可考虑Profi总线(Profibus)，而作为总线主控器可采用存储器可编程的控制装置的中央处理单元。该中央处理单元可通过总线与外围单元，尤其是分布式直接设置在受控和/或受监测过程中的外围单元进行通信联系，其中一方面技术过程的状态由外围单元所获取，并周期性地传输到中央处理单元，另一方面控制信号周期性地传输到外围单元。

本发明的目的一方面在于提供一种转换装置，借助它可分别将一组冗余总线主控器中的一个连接到一个非冗余的总线系统上；另一方面在于提供一种驱动非冗余总线系统上的冗余总线主控器的方法。

本发明目的中关于装置的发明目的是通过一种总线主控器转换装置来实现的，该总线主控器转换装置用于将一组至少两个冗余总线主控器中的一个主控器与一个非冗余总线系统接通，其中，该总线主控器转换装置具有至少分别连接一个总线主控器的接线、至少一个连接所述非冗余总线系统的接线、至少一个总线转换开关和与总线相连接的用于控制总线转换开关的器件，其中所述一个或多个器件可仅仅通过所述一个或多个总线主控器来控制，其中所述总线转换开关根据开关位置分别将一个与总线主控器转换装置相连接的总线主控器与总线接通。

此外，本发明目的中关于方法的发明目的是通过一种驱动非冗余总线系统上的冗余总线主控器的方法来实现的，其中为了将一组至少两个冗余总线主控器中的一个主控器与一个总线系统接通，设置一个总线主控器转换装置；该总线主控器转换装置具有至少分别连接一个总线主控器的接线、至少一个连接所述非冗余总线系统的接线、至少一个总线转换开关和与总线相连接的用于控制总线转换开关的器件，其中所述一个或多个器件仅仅通过所述一个或多个总线主控器来控制，其中由所述总线转换开关根据开关位置分别将一个与总线主控器转换装置相连接的总线主控器与总线接通。

从接线技术角度简便实现总线主控器转换装置的方法是，所述器件具有输出，它们在由所述总线主控器相应控制时获得一个可预定的或预定的逻辑状态来控制所述总线转换开关，并因而使该总线转换开关位于确定的开关位置。

此外通过下述措施从接线技术角度减轻实现总线主控器转换装置的难度，即所述器件构造成具有多个输入或输出的专用集成电路ASIC，其中输入或输出可由分别连接的总线主控器写入或读出。

如果在一个受总线主控器控制的在总线上的数据传输中，专用集成电路中的至少一个输出可产生一个周期性信号变化，而且该信号变化对于另一总线主控器而言可通过专用集成电路中的至少一个输入来识别，那么就有可能通过一个冗余的恰为无源的总线主控器来特别有效地监视恰为有源的总线主控器。因此该周期性的信号变化象是所述有源总线主控器的“生命符号”。如果在一个预定的或可预定的时间段内没有出现信号变化，那么由所述无源总线主控器就能分析出所述有源总线主控器已经失效。这样所述无源总线主控器可以将失效的总线主控器与总线分离，并自动地作为总线主控器设在总线上。

如果在与总线主控器转换装置相连接的第一总线主控器和与总线主控器转换装置相连接的第二总线主控器之间的数据传输通过专用集成电路的输入或输出来实现，或者如果总线包括至少一根数据线，且该数据线绕过总线开关引到每个可与总线主控器转换装置相连接的总线主控器，那么有可能将在总线上传输的数据传递到所述无源总线主控器上。实现方式有：所述有源总线主控器通过一条建立在专用集成电路之间的通信通道将数据传递到所述无源总线主控器上，或者所述无源总线主控器在任意时刻通过至少直接连接到数据线监听总线通信。

本发明的其它特征、优点和应用领域由从属权利要求与下面借助附图对实施例的说明以及附图本身给出。在此，所有说明的或用图示出的特征及其任意组合都属于本发明的范畴，与其在权利要求书中的概要或其引用关系无关。

附图中：

图1示出总线主控器转换装置的原理图，

图2示出总线主控器转换装置的线路方框图，

图3和图4示出总线主控器转换装置的结构。

如图1所示，借助一个总线主控器转换装置10可将多个总线主控器1′、2′…n′，连接到一个非冗余的总线系统11上。总线主控器转换装置10分别将与其连接的总线主控器1′、2′…n′中的一个与该非冗余的总线系统11相连接，在该总线系统11上例如可连接外围组件12。

为了进一步阐明实施例，下面假定该非冗余的总线系统11串行同步工作。在总线11内除了一条数据线11′和一条时钟线以外还引入两条控制线、一条报警线、一条备用线、一条阻塞外围组件12的输出的线路和供电线。总线系统11中的各条线路在图2中没有示出(仅仅结合将在下面继续说明的图3所示总线主控器转换装置10的结构，示出了数据线11′)。

原则上讲，数据线11′通过每一个与总线系统11相连接的总线用户。

根据一个协议系统进行数据传输，该系统支持对与总线11相连接的总线用户10、12分配地址和传输不同数据长度的数据。

为了连接简单的外围组件12，例如数字输入组件或数字输出组件12，设置一个总线专用集成电路(Bus-ASIC)。该总线ASIC翻译总线协议，并以与本发明相关的工作方式在所连接的外围设备的方向上为16条数据输入和16条数据输出提供一个接口，其中多于或少于16条输入或输出的实施形式自然也是可以想象的；然而通常是可由8整除的输入或输出数目。

这样一种总线ASIC在总线主控器转换装置10中用来控制和触发转换过程。如下面还要借助图2说明的那样，在此每个总线主控器1′、2′…n′都与这样一个总线ASIC4、5相连接。

因此有源的遵从为总线系统11所制定的传输协议工作的总线主控器1′、2′…n′，有能力通过总线系统11获得所述16条输入信息，此外也可以发送出16条输出信息。

为此必须为输入信道或输出信道分配预定地址或可预定的地址。从而可独立读出16条输入信息中的每一位(比特)和可独立写入16条输出信息中的每一位。

在总线11上可驱动许多总线ASIC。但是这些总线ASIC在图1中并未示出。如下面还要借助图2说明的那样，那些适于在总线11上工作的总线ASIC应用在一个总线主控器转换装置10中，该总线主控器转换装置10则用于分别将各个与总线主控器转换装置10相连接的总线主控器1′、2′…n′与该非冗余的总线系统11相接通。

如果存在将总线主控器1′、2′设计成对一个总线系统11而言是冗余(即多倍式，例如两倍式)的要求，那么一个总线主控器1′、2′总是与连接到总线11上的外围设备12有源式工作，即它读出输入和写入输出。

而无源总线主控器2′、1′为了能在任意时刻变化成为有源状态，必须与至少在存储器内的外围设备12进行模拟操作。

在此为了将有关过程外围设备12的当时的实际状态的信息传递给当时的无源总线主控器2′、1′，原则上有两种可能性：一种是将代表过程外围设备的当前状态的数据从有源总线主控器1′、2′直接传输到无源总线主控器2′、1′。另一种是由无源总线主控器2′、1′同时翻译总线协议，并读出过程外围设备12的状态，例如输入数据。这种情况就是所谓的“监听运行”。

如图2所示，总线主控器转换装置10(下面简称为转换装置10)具有两条分别用于一个总线主控器1′、2′的接线1、2，一条通过非冗余总线11将多个外围组件12接通的接线3，其中自然也可设想这样的实施形式：转换装置10具有多于两条分别用于总线主控器1′、2′的接线1、2(如图1中示出的那样)，多于一条用于总线系统11的接线3。在可连接的总线主控器1′、2′多于两个时，总线转换开关6例如构造成多路转换器。

为每一总线主控器接线1、2分配一个总线ASIC4、5，它相对于数据线在第一位置接入外围ASIC链中。

如图2所示的总线ASIC那样的总线ASIC基本上用于将外围设备连接到总线系统11。总线ASIC前后相接的总线系统不同于总线ASIC平行相接的总线系统。在各个总线ASIC串联时，它们安置在一条链中，其中按照本实施例总线ASIC4、5安置在链的第一位置，即直接位于各个总线主控器1′、2′之后。至总线ASIC4、5的输入或输出的接口形成总线ASIC4、5的外围设备侧。总线ASIC4、5利用这些外围设备仅仅控制总线转换开关6，该开关6对用户而言完全是遮蔽式的。在随后的、亦即在总线主控器转换装置10之外可连接到总线11上的总线ASIC上可连接真正的输入或输出，亦即例如一个待控制和/或待监测的技术过程的外部传感器或执行器。

在总线ASIC4、5之后安置总线转换开关6。采用总线转换开关6可有选择地将总线主控器1′或总线主控器2′接到外围组件12上。由于两个总线ASIC4、5安置在总线转换开关6之前，因而每个总线主控器1′、2′在任意时刻(亦即与总线转换开关6的当前开关位置无关)都可控制配给它的总线ASIC4、5。

借助于各总线ASIC4、5的各自16条输出信息的每一输出位来控制所述总线转换开关6。输出位的每一逻辑状态都可在总线ASIC4、5的为此所设定的连接位置上量取到。在图2所示实施例中，在总线ASIC4的连接位置41、42上量取总线ASIC4的两个输出位的逻辑状态；相类似地，在总线ASIC5的连接位置51、52上量取总线ASIC5两个输出位的逻辑状态。

各个输出位的逻辑状态输入一个转换逻辑电路7、7′，其中一方面总线ASIC4的输出位41和总线ASIC5的反向输出位51输入转换逻辑电路7，另一方面总线ASIC4的输出位42和总线ASIC5的反向输出位52输入转换逻辑电路7′。

采分别个输入的信号41、51或42、52的受转换逻辑电路7、7′作用的逻辑“和”运算，产生用于控制转换开关6的转换信号74、75，其中转换信号74由转换逻辑电路7产生，用于控制一个为总线转换设置的开关元件6′，转换信号75由转换逻辑电路7′产生，用于控制一个为供电转换电路设置的开关元件6″。开关元件6′、6″共同形成转换开关6。

本实施例实施方式的特殊性一方面在于，数据线以及供电线都是可转换的，另一方面在于数据线和供电线基本上是可独立相互转换的。

如果总线ASIC4的信号41、42为逻辑状态1，总线ASIC5的信号51、52为逻辑状态0，那么在转换逻辑电路7上进行运算(〔41与非51〕=〔“1”与非“0”〕=〔“1”与“1”〕=“1”)，使转换信号74也为逻辑状态1。同理，在转换逻辑电路7上进行运算(〔42与非52〕=〔“1”与非“0”〕=〔“1”与“1”〕=“1”)，使转换信号75也为逻辑状态1。这两个转换信号74、75使开关元件6′、6″有一个确定的开关位置，它导致例如总线主控器1′与总线11接通。

在互补状态，即信号41、42为逻辑状态0，信号51、52为逻辑状态1，则转换信号74、75为逻辑状态0，它相应导致开关元件6′、6″获得一个补偿前述情况的开关位置，其结果是例如总线主控器2′与总线11接通。

将总线系统11中相应的各根导线通到开关元件6′、6″，以便它们能进行所期望的换接。因此根据本实施例(尽管在图2中也未明显示出)，借助用于总线转换的开关元件6′，至少可转换数据线、时钟线、两根控制线，一根报警线、一根备用线以及一根用于阻塞外围组件12的输出的导线。此外根据本实施例，借助用于供电转换的开关元件6″，至少可换接供电线。

每一总线ASIC4、5的16条输入信道和16条输出信道的地址化并因而起作用的将确定的输出位设置到一个可预定的逻辑状态对用户而言都是不可见的。尽管总线ASIC4、5与总线11相连接，然而对作为总线用户，尤其是作为独立的总线用户的用户来说却未显露出，总线ASIC4、5也可称为虚拟总线用户4、5，称为虚拟总线外围设备4、5或简称为虚拟外围设备4、5。

与所谓的虚拟外围设备4、5的数据交换，亦即至少将确定的输出位设置到一个可预定的逻辑状态，要留待为各个总线主控器1′、2′的操作系统来做。因此各个总线ASIC4、5的16条输入信道和16条输出信道都用于控制总线转换开关6。

如图2所示，总线ASIC4、5和转换逻辑电路7、7′可组合成一个转换器件10′，其中转换器件10′可作为专用集成电路ASIC来实现。

转换装置10的特性在于它本身在待转换的总线11上被驱动，因此不需要用于转换的专用信号。因此有可能将现有的不是为冗余驱动设置的总线主控器1′、2′接到冗余系统。

在总线转换时或在冗余总线主控器1′、2′在一个非冗余总线系统11上运行时，转换装置10支持下列过程：

Ⅰ.)生命符号监测

每一总线ASIC4、5的一个输出信道44、53在通过各自的总线主控器1′、2′进行相应的控制时在每一外围存取周期内变化在逻辑0和逻辑1之间。输出信道44、53与相应另一个总线ASIC5、4的一个输入信道43、54相连接。因此另一总线主控器2′、1′监测输出用总线主控器1′、2′的功能。

在通过有源总线主控器1′来控制总线ASIC4时，例如输出信道44在每一外围存取周期内变化在逻辑0和逻辑1之间。输出信道44与另一总线ASIC5的输入信道54相连接，因此与总线ASIC5相连接的无源总线主控器2′可以通过读出输入信道54的状态来识别信号变化。连续的信号变化即为所谓的“生命符号”。

如果没有信号变化，那么输出用的总线主控器1′、2′就失效了，这样就有必要转换总线主控器1′、2′(第一转换准则)，其中利用转换将失效的总线主控器转换成无源总线主控器，前者的功能由冗余总线主控器承担。

Ⅱ.)程控转换

不言而喻，一个总线主控器1′、2′，例如出于诊断目的也可以程控方式产生一个总线主控器转换，而那个将无源化的总线主控器也不必非得失效。

Ⅲ.)数据传输

因为无源总线主控器2′、1′周期性地要求外围设备的输入信息，因此就存在通过将其它的输出信道与对面的输入信道相错接来传递数据的可能性。为此也需要控制线。为了提高数据传输速率，例如总是8个信道并行传递。由此可实现的数据传输通过图2中附图标记为45的双向连接线45来进行。然而不言而喻，连接线45在实践中并没有必要是单根双向连接线45，而可以是多根(例如8根)独立的导线，它们从第一总线ASIC4、5的各个输出信道通到第二总线ASIC5、4的相应输出信道。

Ⅳ.)转换逻辑电路

转换逻辑电路有所谓的“单模”和所谓的“双模”之分。如果总线主控器中的一个不存在，也没有起动或失效，那么那个冗余总线主控器就处于“单模”。总线主控器通过连接线44、54或43、53的一个位相互通报自己的功能准备状况。如果总线主控器1′、2′中的一个还不能起作用，那么另一总线主控器2′、1′就在“单模”中工作。周期性地询问尚未准备好的总线主控器1′、2′的功能准备状况，直到它准备好为止。然后产生转换到“双模”的变化。在“双模”状态，在转换前两个总线主控器相互调谐。在“单模”状态，不可能有这种调谐，因此可忽略。

Ⅴ.)监听驱动器

如果数据传输不能通过虚拟外围设备4、5进行，那么当前的无源总线主控器2′、1′就从传输协议中过滤出输入信息。为此如图3所示，数据线11′就与总线转换开关6的当前开关状态无关地接到总线主控器1′、2′，其做法是：数据线11′绕过总线主控器1′、2′直接通到开关元件6′、6″。在数据线11′的分别通到一个总线主控器1′、2′的支线上分别设置一个监听驱动器用于脱扣。

Ⅵ.)附加数据交换

如图4所示，作为总线主控器1′、2′之间数据交换的另一选择，也可设想另一附加总线系统20，它使得在冗余总线主控器1′、2′之间能直接进行数据交换。这一附加总线系统20也是可选的，并且是本发明的另一有利设计。

对本发明简要总结如下：

为了在一个基本上为非冗余的总线系统11上分别驱动一组冗余总线主控器1′、2′中的一个主控器1′，设置一个转换装置10，其中，该转换装置10的特性在于它本身在待转换的总线11上被驱动，因此不需要用于转换总线主控器1′、2′的专用信号。

本发明的要点在于：转换装置10本身在待转换的总线11上被驱动，因此不需要用于转换的专用信号。因此有可能将现有的本来不是为冗余驱动设置的总线主控器换接到冗余系统。

Claims (10)

1．一种总线主控器转换装置(10)，用于将一组至少两个冗余总线主控器(1′、2′)中的一个主控器(1′、2′)与一个非冗余总线系统(11)接通，其中，该总线主控器转换装置(10)

-至少具有分别连接一个总线主控器(1′、2′)的接线(1、2)和至少一个连接所述非冗余总线系统(11)的接线(3)，

-至少具有一个总线转换开关(6)和与总线(11)相连接的、用于控制总线转换开关(6)的器件(4、5)，

-其中器件(4、5)可仅仅通过总线主控器(1′、2′)来控制，

-其中总线转换开关(6)根据开关位置分别将一个与总线主控器转换装置(10)相连接的总线主控器(1′、2′)与总线(11)接通。

2．根据权利要求1所述的总线主控器转换装置，其特征在于：器件(4、5)具有输出(41、42、51、52)，它们在由总线主控器(1′、2′)相应控制时获得一个可预定的或预定的逻辑状态来控制总线转换开关(6)，并因而使总线转换开关(6)位于确定的开关位置。

3．根据权利要求2所述的总线主控器转换装置，其特征在于：器件(4、5)构造成具有多个输入(43、45、53)或输出(41、42、44、45、51、52、54)的专用集成电路ASIC(4、5)，其中输入(43、45、53)或输出(41、42、44、45、51、52、54)可由分别连接的总线主控器(1′、2′)写入或读出。

4．根据权利要求3所述的总线主控器转换装置，其特征在于：通过一个受总线主控器(1′、2′)控制的在总线(11)上的数据传输，专用集成电路(4、5)中的至少一个输出(44、53)可产生一个周期性信号变化；该信号变化对于另一总线主控器(2′、1′)而言可通过该专用集成电路(5、4)中的至少一个输入(43、54)来识别。

5．根据权利要求3所述的总线主控器转换装置，其特征在于：在与总线主控器转换装置(10)相连接的第一总线主控器(1′)和与总线主控器转换装置(10)相连接的第二总线主控器(2′)之间的数据传输，通过专用集成电路(4、5)的输入(43、45、53)或输出(41、42、44、45、51、52、54)来实现。

6．根据权利要求3所述的总线主控器转换装置，其特征在于：总线(11)包括至少一根数据线(11′)，该数据线(11′)绕过总线开关(6)引到每个可与总线主控器转换装置(10)相连接的总线主控器(1′、2′)。

7．一种驱动一个非冗余总线系统(11)上的冗余总线主控器(1′、2′)的方法，

-其中为了将一组至少两个冗余总线主控器(1′、2′)中的一个主控器(1′、2′)与该总线系统(11)接通，设置一个总线主控器转换装置(10)，它

-至少具有分别连接一个总线主控器(1′、2′)的接线(1、2)和至少一根连接所述非冗余总线系统(11)的接线(3)，以及

-至少一个总线转换开关(6)和与总线(11)相连接的、用于控制总线转换开关(6)的器件(4、5)，

-其中器件(4、5)可通过总线主控器(1′、2′)来控制，

-其中通过总线转换开关(6)根据开关位置分别将一个与总线主控器转换装置(10)相连接的总线主控器(1′、2′)与总线(11)接通。

8．根据权利要求7所述的方法，其特征在于：器件(4、5)构造成具有多个输入(43、45、53)或输出(41、42、44、45、51、52、54)的专用集成电路ASIC(4、5)；一个受总线主控器(1′、2′)控制的在总线(11)上的数据传输使专用集成电路(4、5)中的至少一个输出(44、53)产生一个周期性信号变化；该信号变化对于另一总线主控器(2′、1′)而言可通过专用集成电路(5、4)中的至少一个输入(43、54)来识别。

9．根据权利要求7所述的方法，其特征在于：在与总线主控器转换装置(10)相连接的第一总线主控器(1′)和与总线主控器转换装置(10)相连接的第二总线主控器(2′)之间的数据传输，通过专用集成电路(4、5)的输入(43、45、53)或输出(41、42、44、45、51、52、54)来实现。

10．根据权利要求7所述的方法，其特征在于：在与总线主控器转换装置(10)相连接的第一总线主控器(1′)和与总线主控器转换装置(10)相连接的第二总线主控器(2′)之间的数据传输通过一个附加总线系统(20)来实现。

Images