CN87106178A - 数据通信方法和设备 - Google Patents

Abstract

在计算机之间或外设之间，利用环形传输线进行数据传输的方法和设备，包括一个主系统，为了建立一系列等长数据帧，它向传输线提供了许多信号。每一数据帧被分配一个帧号，预选一定数量的可用的单元存放数据，以连续的帧号按顺序对计算机和外设进行编号。预置帧号的分配是供相应的设备能够存放和接收这些数据，从而为网内的多个设备提供了对环形传输系统的可用的数据传输能力具有相当的使用权。

Description

本申请和数据通信技术有关，特别是和数据设备之间循环的数据传输技术相关。本发明特别适用于计算机之间或外设之间进行高速数据通信的环形数据传输系统，对此，将于详细叙述。然而，需要强调的是，本发明有较广泛的应用，如应用在计算机和外设之间，或外设之间的通信。

在以前的环形传输系统中，主要采用令牌，在这样的令牌环网系统中，为保证数据传输的优先次序，帧信息是在传输线中循环行进的，人们常把一组数据称之为“帧”。允许优先级的帧执行和维护两设备之间的数据通信，因此，可避免被传输的信息发生冲突。此系统已在JPO-A-57-81746中介绍。

这样的系统存在着缺点，利用某一数据传输设备进行高频次的传输时，将降低环形传输中的其它设备的利用率，结果在它们之间只能以较低的频次进行传输。任何予定在固定时间间隔的传输都将遇到困难，例如，要建立在每一个固定时间间隔都能建立通信而没有干扰是相当困难的。

以前的系统对固定周期的数据传输，即循环通信是不合适的，传输频次的任何变化都将干扰传输的周期性。

另外，以前的系统对要求短传输周期的系统也是不适宜的，由于在以前的系统中，确保先后次次序的数据循环传输也是要占相当多的传输时间的，因此，这就限制了系统传输有用数据的数量。此外，当必须传输存贮器交互作用的显地址时，就需要花费更多的有用传输时间，这就更进一步降低了有用数据的传输效率。

本发明完成一种新的改进的方法和设备，可以克服上述有关问题。并且，它提供了经济有效的数据通信系统。

依照本发明所提供的设备，其提供的予置固定长度数据（称之为一帧）是在连接着多个数据通信设备的环形传输线上循环传输的，帧内提供了数据传输字段（或称为时隙），它表示了所选定的两个独立单元的数据通信设备之间进行传输，依靠这些时隙，完成多个数据传输设备之间的数据传送。从而实现了一个稳定的、得到改善的周期性循环通信系统。

另外，本发明的帧是在传输线上循环传输并带有一个帧号，帧号是用来区别不同的帧的。提供了由帧的引导部分对时隙进行顺序计数的装置，以此方式，将时隙分配给相应的数据设备，因此，和时隙循环周期相一致的循环通信便得到实现。

本发明在数据帧时隙和存放数据的存贮单元之间提供了1-2-1的对应关系，其中使用了帧识别符，因此，传输地址信息便成为不需要了，这就提供了高效率的数据传输系统。

本发明的另一特点是采用时隙系统，在这个系统中，数据传输在予置的固定周期内循环传输，这就提供了在每一予置周期内，数据可以修改的循环通信方案。

本发明还有一个特点是，它所提供的系统中的一数据帧能够被多个数据传输设备所共享，因此，允许缩短数据传送速率。

本发明的优点之一是提供了在数据帧时隙中的数据和存贮在存贮器中的字数据之间，建立了固定的1-2-1通信数据传输方案，因此，无需增加目的地址或发送地址，便可完成数据传输，这样，就大大地改善了传输效率。

本发明的优点之二是所实现的时隙数据传输系统中，不包含不明确的准备时间，因此，确立了一个固定的数据修改周期，从而改善了循环通信。

本发明的优点之三是将帧识别号作为存贮器地址信号的一部分，因此，压缩了通过数据传输系统的有用传输数据量。

本发明的优点之四是，它提供的数据传输方案中，一个设备的定时和另一设备的定时无关，和其它方法相比，由于相互干扰而产生的无效时间将大大减少，因此，其结果改善了处理性能。

本发明的优点之五是，把数据帧内配置的编码数据传送给数据传输设备，因此，数据传送时间大大减少。

通过下面的介绍，将使熟悉本领域的人们更清楚地看到本发明的特点和优点。

本发明可划分为以下几个部分，有关部分的配置，操作步骤，最佳实施例，它们将在说明书中详细说明并表示在附图中，附图也是本发明的其中的一个组成部分，其中有：

图一是在数据帧内沿路径上传输或接收数据的、以及产生帧的单元的结构方框图。

图二是图一的多个设备的方框图。

图三是数据传输帧的帧结构方框图。

图四是本发明数据传输定时方框图。

图五是适应于图二的移位寄存器示意图。

图一表示出本发明最佳实施例的数据通信设备的详细结构。

图二例可作为主系统或控制系统，用作启动，产生和修改数据帧的发生装置;作为一个传输系统，数据是放在被选择的帧内，如果作为接收系统，数据是从被选择的帧内读出。利用图二结构图中的单元的组合或局部组合，就可以完成这些功能的任何组合，对此，下面将会充分理解。

图二适用于是本发明的数据通信设备的数据通信系统总体布置图。在这个图中，将看到数据通信设备51的闭合回路结构形式和传输线50相连接。更准确地说，数据传输线50和每一个数据传输设备51是通过接收单元13和发送单元14内部互相连接的。传输线50可以使用光缆，或双绞线（即一对被扭绞的传输线）。算术单元52和输入/输出单元53连到数据传输设备51，通过这些单元处理的数据，经数据传输系统相互交换。

图一方框结构图的开始部分的描述是针对图二设备总体布置图，来自图二传输线50的输入信号30通过数据传输设备51经接收单元13取出。该输入信号31加到定时发生器电路12和移位寄存器11。定时发生器电路12用来产生与输入信号30所传送的数据相同步的时钟信号，为此，定时产生器12可由锁相振荡器（PLO）组成，这是已知技术。

移位寄存器时钟信号44和基本时钟信号29由定时发生器电路12的输出中提取。前者加到移位寄存器11，而后者加到分频计数器5，存贮控制电路6和传输控制电路9。

移位寄存器11产生并行输出信号23，此信号加到比较电路2A，2B，接收识别寄存器4和存贮器1。移位寄存器11产生串行输出信号32，该信号经发送器单元11作为发出信号33传送给传输线50。

送到移位寄存器11的并行输入信号24由选择器10产生，传输控制电路9的输出又加到移位寄存器11上，作为负载定时信号40。

同步信号建立电路7产生同步信号，构成了模式数据34，它以并行信号的形式加到比较器2A上。比较器2A产生同步模式检测信号28，此信号加到分频计数器5作为予置信号。分频计数器5又产生输出信号38，此信号和接收识别寄存器4的输出信号39相结合，形成字地址信号20，加到存贮器1，存贮器控制电路6，比较电路2C，传输控制电路9和识别发生器控制电路16。

写地址建立电路3用作予置（或建立）由数据传输设备送出的帧的识别符，这个有一予置值（识别符信号）的信号21加到比较电路2C，与字地址信号20进行比较。比较电路2C产生字控制信号22，它用于读/字存贮器1的控制，并且加到存贮器控制电路6和选择器10上。

由存贮器1读出的数据26被送出，作为选择器10的一个输入信号，而其它输入则是识别符发生电路8的输出信号。控制站识别电路15用于识别数据通信设备是否是作为控制站。电路15的一予置值（识别信号）加到传输控制电路9。图二的算术单元52和输入/输出单元53以数据信号35和地址信号36对存贮器1进行存取。

其次，图一数据通信设备的工作参看图3，图4和图5进行介绍。由传输线50送到数据传输设备的信号格式在图3中进行说明。沿传输线50传的信号组成的一组数据作为一帧，它是由帧头（缩字成FH）和数据字段构成，如图2（a）所示。帧头（FH）是由包括同步信号（缩写成SYN）和帧号（缩写成FN）的位串组成，如图二（b）所示。在所述实施例的情况下，SYN和FN分别为16比特信号。不放SYN和FN的帧头（FH）的其余位置是用作要求存放的附加数据区域。

同步信号SYN是由位串构成，位串能识别帧开始部分的同步模式的存在。帧号FN是用来识别帧的识别符，在所给出实施例中，可以使用的帧号为“0”到“65535”（64K），分别以16比特二进制信号表示，下面将会看到，这种数据也可作为存贮器地址。当然，使用帧号多少取决于通信数据所需要利用的存贮器数量。

图3（a）所示帧的数据字段，通过运算单元和输入/输出单元进行交换的数据置入并存放在这一数据字段区域内。在所给出的实施例中，数据字段包括15个时隙，分别以TS0到TS14表示，此外，每一时隙包括16个字数据，以WD0和WD15表示，它表示在图3（c）中。根据网中的数据通信设备情况，这个数字可以不用。以所给的帧结构为例，在一个数据帧中，能被传输的数据等于256个字（＝16字×16时隙）。

下面将参看图4的定时波形图进行说明，数据传输设备的接收和发送工作情况。

由传输线50所接收的帧的信号，被用来产生移位寄存器时钟信号44和基本时钟信号29。利用定时发生器电路12的锁相振荡器装置（图上没有画出），时钟信号44及基本时钟信号29和帧内包含的各比特是同步的。移位寄存器11按照移位寄存器的时钟信号的节拍逐位地取出和存贮包含在帧内的数据。图5是合适的移位寄存器结构的例子，在这个图中可以看到，该移位寄存器是由反相器150，R/S触发器151和与非门152组成。借助这种移位寄存器结构，串行输入的帧号31，经串/并变换，形成并行输出信号23。

在收到输入帧的“开始”部分时，移位寄存器11的并行输出信号23，通过比较电路24和同步模式SYN的予置值进行比较，检测它们是否一致，当它们一致时，同步模式显示信号用信号28表示（它表示在图4的时间图上），此信号加到分频计数器5上。在此，信号28是按基本时钟信号29进行计数的，因此，生成了与帧结构同步的输出信号。

在帧输入的过程中，存在着这样一个时间点，在这一时间点上，帧号将出现在并行输出信号23内。在这一时刻，分频计数器5将信号37加到接收识别符的寄存器4上，以便将帧号FN存贮在那里。此被存贮的帧号作为输出信号39从寄存器4输出，然后，它与分频计数器5的输出信号38组合为信号20，此信号20被用来作为识别帧数据结构的特殊编码。此外，在多个不同的帧之间分别指出多帧内放置的数据，这是可能的，因为每帧的FN不同，每一时隙和字内所包含的分频计数器5的输出也必然是每帧不同的。利用信号20作为存贮器1的地址信号，可以在帧的字数据和存贮器1内的字数据之间，建立固定的一对一对应联系，因此，剩余地址数据就不必要传输了，更有效的工作数据百分比得以实现。

在这里使用的“读”模式定义为，从存贮器1的某一指定地址中取出数据，并且，将它传送到具有帧号的存贮器帧的予先选定的时隙内，此帧的帧号相当于经过移位寄存器11和发往网中的另一个设备中某一指定地址。“写”模式是一相反的功能，经过移位寄存器11，从网内接收到的数据写入存贮器1，其地址相当于在其中接收到数据帧的信号。

写模式操作中，在写地址建立电路3中，予先置入指示其中的数据将被写入相应的网络设备的那一存贮器地址和时隙。现在假定，包含有接收识别符寄存器4的输出信号39的字地址20，通过比较器2C的比较，证明它和字地址建立电路的予置值相一致，在本实施例中，信号20在将要执行传送的那时隙持续期间（图中TSO）假定为“1”，其它时隙为“0”。当此信号为“1”时，将取出存贮器1的该地址内的数据作为为存贮器数据信号26。当需要时，信号22也可使选择器10翻转，从而使它所产生的信号26作为输出信号24，并且，作为并行输入信号加到移位寄存器11上。此时，图4中在40处的信号A，作为加载定时信号加到移位寄存器11，使得存贮器1的输出信号26，作为字数据写入该时隙内，因此，由“1”电平从存贮器1中选出一个输出。

若信号22为“0”时，存贮器1被置为它的“写”模式，此时，移位寄存器11的并行输出信号（在图4时间波形图中，以40处的B来表示）存到存贮器1的按字地址信号20所指示的那一单元中。这样，在移位寄存器内的该时隙的字数据，在给定的时间内就被写到存贮器1去了。用这种方法，包含在这一时隙内的，将通过另一个数据传输设备发送出去的数据就能够移到所要求的站的存贮器中去了。

在这种方式中，和数据传输设备相连的运算单元和输入/输出单元（在图中所示的实施例中）能够通过数据信号35，地址与控制信号36对存贮器1进行存取;从而使它能够和置于其它数据传输设备控制下的相应的运算单元和输入/输出单元进行通信。

由上可知，我们要求把一系列的与可使用的存贮单元相当的帧号或识别符作为设备的任何功能。如上所述这些功能通过主站（控制站）来完成。下面将介绍通过控制站设备完成识别符的修改操作。

识别符的建立和修改是通过16位比特数据从“0”到“65535”地每次加1来完成的。因此，识别符产生电路8适于用一普通的16比特计数器构成。识别符产生电路8的输出信号251在加载定时信号的控制下;通过选择器10写到帧号（FN）字段内。加载定时信号在帧号（FN）数据出现在移位寄存器11的时间点上（即相当于在图4的时间波形图中出现信号40的A波形的那一时间点）被信号22翻转。写入计数器8的识别符值一直维持到计数命令再一次输入为止。当该帧经传输环线传输一圈后返回到原始站时，移位寄存器11的并行输出信号23，在比较电路23中与该时刻由识别符计数器所提供的值进行比较，当比较结果是一致时，计数（修改）信号27加到识别符产生计数器8上（出现的时间以图4时间波形图中的信号27表示），因此，计数器8的内容增加“1”然后，此结果值被送出，作为修改的或作为新的帧识别号。当帧号达到最大值“65535”时，它将再一次返到“0”，再按每传输一次加1的办法进行下去。

在所给出的实施例中，数据占用有效帧区的效率为93.8%（＝15/16）。当发送地址长度为一个字并且分配在一个时隙时，作为令牌系统，上面所提的效率下降为87.9（15/16×15/16）。

例如，假定帧号是125微秒，传送周期能缩短为大约等于125微秒除以通信网上的数据传输设备的数目。因此，一个传输周期可以变成4帧，即为1毫秒（125微秒×4）。这样，主要数据通信设备是非常适用于要求在数量级为1毫秒到4毫秒中的那样短周期的应用的。

作为对本发明所给出的实施例的一种修改方案，时隙内的数据可以加入为检验目的冗余数据，用来改善传输数据可靠性。适用的检错方法有奇偶检验，往返两次发送检验，CRC以及其它方法。利用这些修改方法，数据传输能较大的提高可靠性。

本发明已参照实施例进行介绍。虽然，在阅读理解了前面的详细介绍后，可以修改和变化为其它形式，只要读者不超过本申请的范围，可以把它变为所有其它形式和进行修改。

Claims (20)

1、具有环形传输线的数据传输系统的数据通信设备，其特征在于包括：

用于产生多个数据帧的第一发生器装置，每个数据帧包括帧头部份和数据字段部分；

帧头部份包括用于传输同步数据的同步字段装置和用于传输帧识别符数据的帧识别字段装置；

向多个连续帧识别字段装置提供帧识别数据字段的装置，其中每个连续数据帧的帧识别数据和前一数据帧以及后一数据帧的帧识别数据是相区别的；

用于发送多个数据帧的装置。

2、权利要求1的数据通信设备，其特征在于包括：

用于接收由发生器装置产生的数据帧的接收器装置;

用于译出接收数据帧的同步数据的装置;

用于根据译出的同步数据，产生定时信号第二发生器装置;

用于将接收的数据帧的帧识别数据和予置的参数进行比较的装置;

第三发生器装置用于产生一个检测信号，它作为帧识别数据的予置参数的比较结果。

3、权利要求2的数据传输设备，其特征在于包括：

用于译出帧头部分数据的第二译码器装置;

用于根据第二译码器装置译出的数据，产生存贮器地址信号的第四发生器装置。

4、权利要求1的数据传输设备，其特征在于：每一数据帧有基本相等的持续时间，而每一数据字段由多个时隙组成，其每一个时隙的持续时间基本相等。

5、权利要求3的数据传输设备，其特征在于：每一数据帧有基本相等的持续时间，而每一数据字段由多个时隙组成，其每一个时隙的持续时间基本相等。

6、权利要求5的数据传输设备，其特征在于：包括一个根据接收的帧头部份的数据，判别一个存贮器读和存贮器写的装置。

7、权利要求6的数据传输设备，其特征在于包括一存贮器装置，用于根据第四发生器装置的存贮地址信号，至少其中一个用于存贮和检索信息的。

8、由环路传输线连接的多个数据通信设备的数据传输系统，其数据通信的方法特征包括以下几个步骤：

（1）产生多个数据帧，每个数据帧包括帧头部份和数据字段部分;

（2）产生同步字段，它作为同步数据传输的帧头部分的一部分;

（3）产生帧识别字段，它作为传输帧识别数据的帧头的一部分;

（4）向多个连续帧识别字段提供帧识别数据，每一连续数据帧的帧识别字段和前一数据帧及后一数据帧的帧识别数据相区别的;

（5）向相关的接收装置发送多个数据帧。

9、权利要求8的数字通信方法特征为以下几个步骤：

接收多个收到的数据帧;

译出接收到数据帧的同步数据;

根据译出的同步数据，产生定时信号;

包括将接收的数据帧的帧识别数据和予置的数据进行比较;

产生检测信号，它作为帧识别数据和予置数据相比较的结果。

10、权利要求9的数据通信方法特征为包括下列步骤：

译出帧头部分的数据;

根据译出的帧头部分的数据，产生存贮器地址信号。

11、根据权利要求8的数据通信方法特征为包括下列步骤：

给每一数据帧指定一个相等的持续时间;并且

定义每一数据字段，以便包括多个时隙，每一时隙有基本相等的持续时间。

12、权利要求10的数据通信方法特征包括以下各步：

给每一数据帧指定一相等的持续时间;

定义每一数据字段，以便包括多个时隙，每一时隙有相等的持续时间。

13、权利要求11的数据通信方法特征为包括下列各步：

根据译出的帧头部分的数据，有判断一个存贮器读和存贮器写的步骤。

14、权利要求11的数据通信方法特征在于包括下列各步：

根据存贮器地址信号，实行一个信息存贮和检索。

15、由环路传输线将上述多个数据通信设备相连接的数据通信系统，其特征为包括：

（1）一个主控制系统包括：

（ⅰ）为产生多个数据帧的第一发生器装置，每一数据帧包括帧头部分和数据字段部分;

（ⅱ）帧头部分包括为传输同步数据的同步字段装置，和为传输帧识别数据的帧识别字段装置;

（ⅲ）用于向多个连续帧识别字段装置提供帧识别数据的装置，每一连续数据帧的帧识别数据是和前一数据帧及后一数据帧的帧识别数据相区别的;并且

（ⅳ）用于发送多个数据帧的装置，

（2）将多个数据帧传送到其它地点的通讯网络装置。

16、权利要求15的数据通信网，其特征在于包括：

（1）第一接收装置包括：

（ⅰ）为从通信网装置中获得多个接收数据帧的装置，

（ⅱ）为从接收数据帧中译出同步数据的另一译码装置;

（ⅲ）用于根据译出的同步数据产生定时信号的第二发生器装置;

（ⅳ）用于将接收的数据帧的帧识别数据和予置数据进行比较的装置;

（ⅴ）第三发生器装置，用于产生检测信号，它作为帧识别数据和予置数据相比较的结果。

17、权利要求15的数据通信网，其特征为：

接收器装置包括一传输装置，用于传输被选择用户的数据帧的数据字段上的数据。

18、权利要求15的数据通信网，其特征为：

接收器装置包括一个第二接收器装置，它是为了接收被选择数据帧的子集的数据字段内的数据。

19、权利要求17的数据通信网，其特征为：

第二接收器装置用来从被选择数据帧的子集的数据字段接收数据。

20、权利要求20的数据通信网，其特征为：

主控制系统包括第一接收器和第二接收器中的所有组成部分，而且，第一接收器和第二接收器装置又是相同的。

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