DE10109369A1

DE10109369A1 - A universal asynchronous data bus, for linking different device types together, has a twin wire connection with a data line and an enable line, once a header packet is received enable is set to one until transmission ends

Info

Publication number: DE10109369A1
Application number: DE2001109369
Authority: DE
Inventors: Michael Kamper
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-02-27
Filing date: 2001-02-27
Publication date: 2002-09-05

Abstract

Serial bus system for data transfer in which once a data packet head with 16 bit length receiver, sender, internal address and data has been received on a data line an enable line is set to one. The enable line is set to one independent data can be transmitted. The bus system has only two lines a data and an enable line and no clock line is necessary.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device according to the preamble of claim 1.

Um möglichst viele verschiedene Geräte an ein Bussystem anzuschließen ist ein sehr flexibles Übertragungsprotokoll notwendig.To connect as many different devices as possible to a bus system is a very flexible transmission protocol necessary.

Bisherige Bussysteme sind auf bestimmte Gerätetypen spezialisiert. Es gibt viele unterschiedliche Lösungen Haushaltsgeräte, Computer, oder z. B. Computerperipherie zu verbinden. Es gibt bis jetzt aber keine Möglichkeit für Geräte aus allen Bereichen der Technik den gleichen Bus zu verwenden. So können mit dem Netzwerkbussystem "Ethernet" zwar Computer miteinander vernetzt werden aber keine Haushaltsgeräte.Previous bus systems have specialized in certain types of devices. There are many different solutions household appliances, computers, or z. B. Computer peripherals too connect. So far there is no possibility for devices from all areas of the Technique to use the same bus. So with the network bus system "Ethernet" computers are networked with each other, but not household appliances.

Aufgabe der Erfindung ist es ein universelles Bussystem zu schaffen, das so flexibel aufgebaut ist, dass daran sowohl Geräte aus dem Haushaltsbereich, aus dem Computerbereich oder in der Industrie angeschlossen werden können. Auch der Einsatz in Fahrzeugen im Straßen-, Schienen- oder Luftverkehr ist möglich.The object of the invention is to provide a universal bus system that is so flexible is built up that both devices from the household area, from the Computer area or in industry can be connected. The use in Vehicles in road, rail or air traffic are possible.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a device with the features of claim 1.

Advantages of the invention

Verschiedene Geräte können mit hoher Datenübertragungsgeschwindigkeit vernetzt werden. Dabei ist es möglich Busteilnehmer mit geringerer und solche mit höherer Datenübertragungsrate an ein und den selben Bus zu schließen (dazu siehe auch "Ansprüche").Different devices can be networked at high data transfer speeds become. It is possible to have bus participants with fewer and those with higher ones Data transmission rate on one and the same bus (see also "Expectations").

Mit dem Bus lassen sich Kosten sparen. Dadurch, dass nur noch ein einziges Bussystem notwendig ist und nicht mehr viele verschiedene lassen sich viele Kosten sparen. Außerdem ist auch der zusätzliche Hardwareaufwand für die Busteilnehmer bedingt durch die Einfachheit der Busprotokolls sehr gering wodurch sich wieder Kosten sparen lassen.Costs can be saved by bus. The fact that only a single bus system is necessary and not many different, many costs can be saved. In addition, the additional hardware expenditure for the bus participants is also due to the simplicity of the bus protocol is very low, which in turn saves costs.

Das Busprotokoll ist sehr flexibel. Dadurch ist der Bus abwärtskompatibel und es können somit ohne Probleme langsamere/ältere und schnellere/neuere Geräte zusammen angeschlossen werden.The bus protocol is very flexible. This makes the bus backwards compatible and it can thus slower / older and faster / newer devices combined without problems be connected.

Die Übertragung von Daten mit diesem Bus ist sehr sicher. Sowohl auf Hardware- als auch auf Softwareebene wurden verschiedene Möglichkeiten zur Erhöhung der Datensicherheit integriert.The transmission of data with this bus is very secure. Both on hardware and At the software level, there were various options for increasing data security integrated.

Die Bedienung des Busses ist Dank Plug and Play Kompatibilität (neu hinzugefügte Netzwerkteilnehmer konfigurieren sich selbst) und hotplugging-Fähigkeit (Geräte können bei laufenden Datenübertragungen hinzugefügt werden) sehr einfach. The operation of the bus is thanks to plug and play compatibility (newly added Network participants configure themselves) and hot plugging ability (devices can can be added during ongoing data transfers) very easily.

Der Bus kommt mit nur 2 Leitungen aus. Die beiden Leitungen heißen Dat (Datenleitung zur Übertragung von Daten) und Enable (Enableleitung zur Anzeige, dass gerade ein Datenpaket übertragen wird). Die Übertragung erfolgt asynchron also ohne eine zusätzliche Taktleitung. In der Praxis empfiehlt es sich noch separate Sende- und Empfangsleitungen zu verwenden um die Datensicherheit zu erhöhen und die Verstärkung der Signale zu vereinfachen (Datenströme auf eine bidirektionalen Leitung sind schwerer aufzufrischen als auf einer einfachen). Am Anfang und am Ende jeder längeren Kabelverbindung befindet sich außerdem ein Signalverstärker. Zeichnung 1 zeigt den Beispielaufbau eines Netzwerks. Auf Zeichnung 2 sieht man den Aufbau des Busprotokolls. Zuerst wird ein Datenrahmen, der Daten wie z. B. Informationen über Absenderadresse und Empfängeradresse des Datenpakets enthält, der 130 Bit umfasst übertragen. Danach können auf der Dat-Leitung weitere Daten völlig unabhängig vom Busprotoll übertragen werden. Erst mit dem löschen der Enable-Leitung ist das Datenpaket vollständig und die Übertragung vollständig. Jedes Gerät hat eine 16 Bit lange Adresse. Dadurch können theoretisch 65536 Clients mit dem Bus verbunden werden. Die Übertragung der Daten wird mit einem Startbit begonnen (siehe auch Zeichnung 2). Danach folgt die 16 Bit lange Adresse des Empfängers des Datenpakets, die, um Fehler bei der Datenübertragung festzustellen, ein zweites Mal übertragen wird. Dann wird die Adresse des Absenders des Datenpakets übertragen, die ebenfalls bestätigt wird. Es folgt die Übertragung einer 16 Bit langen internen Adresse des jeweiligen Gerätes, mit der der interne Speicherplatz des µC adressiert werden kann. Danach werden 16 Datenbits übertragen, die Daten wie z. B. Befehle, Steuerdaten, usw. enthalten können. Sowohl die interne Adresse als auch die Datenbits werden bestätigt. Damit das sendende Gerät feststellen kann, dass die Daten angekommen sind muss der Empfänger ein Bestätigungsbit senden. Somit kann z. B. auch festgestellt werden, ob eine Adresse schon belegt ist (wichtig für Plug'n Play). Nach dem Bestätigungsbit kommt nun der besondere Teil des Übertragungsprotokolls. Solange die Enable-Leitung "high" ist d. h. Spannung führt, solange kann eine vom Bus-Protokoll völlig unabhängige Datenübertragung stattfinden. Alle Geräte, die an dieser Datenübertragung nicht beteiligt sind müssen nur warten bis die Enable-Leitung auf "low" geht. Damit ist nämlich der Datenversand beendet und ein anderes Gerät kann beginnen Daten zu übertragen.The bus needs only 2 lines. The two lines are called Dat (data line to transmit data) and Enable (Enableline to indicate that a Data packet is transmitted). The transfer is asynchronous, i.e. without one additional clock line. In practice, it is still advisable to send and transmit Use receive lines to increase data security and gain simplify the signals (data streams on a bidirectional line are more difficult freshen up than on a simple one). At the beginning and end of each longer one There is also a signal amplifier for the cable connection. Drawing 1 shows the Example structure of a network. Drawing 2 shows the structure of the Bus protocol. First, a data frame containing data such as e.g. B. Information about Contains the sender address and recipient address of the data packet, which comprises 130 bits transfer. After that, further data can be transmitted on the data line completely independently of Bus protocol can be transmitted. The data packet is only deleted when the enable line is deleted complete and the transfer complete. Each device has a 16 bit address. This theoretically allows 65536 clients to be connected to the bus. The Transfer of the data is started with a start bit (see also drawing 2). This is followed by the 16-bit address of the recipient of the data packet, which is used for errors determine during data transmission, a second time is transmitted. Then the Transfer address of the sender of the data packet, which is also confirmed. It follows the transmission of a 16 bit internal address of the respective device with which the internal storage space of the µC can be addressed. After that, 16 data bits transfer the data such. B. may contain commands, control data, etc. Both the internal address as well as the data bits are confirmed. So that the sending device can determine that the data has arrived the recipient must Send confirmation bit. Thus, e.g. B. also determine whether an address already is occupied (important for Plug'n Play). After the confirmation bit comes the special one Part of the transmission protocol. As long as the enable line is "high" d. H. tension as long as data transmission is completely independent of the bus protocol occur. All devices that are not involved in this data transfer only have to wait until the enable line goes to "low". This ends the data transmission and another device can start transmitting data.

Natürlich sind alle Busteilnehmer so programmiert, dass sie nur Daten senden dürfen, wenn die Enable-Leitung auf low steht. Was passiert nun aber, wenn zwei Clients genau gleichzeitig zu senden anfangen. Dadurch käme es zu Überlagerung von mehreren Datenströmen im Netzwerk (Datenkollision). Durch die automatische Fehlererkennung (da ja jedes Bit doppelt übertragen wird) wird dieses Problem gelöst. Durch das ausbleibende Bestätigungsbit erkennen außerdem die sendenden Geräte, dass ihre Nachricht nicht angekommen ist. Sie dürfen erst nach einer (kurzen) per Zufall ermittelten Zeit wieder senden (damit nicht beide wieder gleichzeitig das Senden beginnen).Of course, all bus participants are programmed in such a way that they can only send data, when the enable line is low. But what happens if two clients exactly start sending at the same time. This would result in the overlapping of several Data streams in the network (data collision). The automatic error detection (there yes every bit is transmitted twice) this problem is solved. Due to the lack of Confirmation bits also recognize the sending devices that their message is not has arrived. You may only return after a (short) time determined by chance send (so that not both start sending again at the same time).

Die Enable-Leitung hat auch noch viele andere Vorteile. Es können z. B. Geräte während des Betriebs des Bussystems angeschlossen werden, ohne dass deren Software irritiert von dem plötzlichen Datenstrom gleich abstürzt (hot plugging). Solche Netzwerkteilnehmer brauchen nur zu warten bis die Enable-Leitung auf low geht und können dann ihren normalen Betrieb aufnehmen.The enable line also has many other advantages. It can e.g. B. devices during of the operation of the bus system without irritating their software from the sudden data stream immediately crashes (hot plugging). Such network participants all you have to do is wait until the enable line goes low and then you can start yours start normal operation.

Der Bus ist vollständig Plug and Play kompatibel. Entsprechend programmiert können sich Bus-Clients automatisch eine Adresse suchen und ihre Arbeit aufnehmen. Der Anwender brauch dann wirklich nur noch einstecken wenigen Millisekunden warten und schon hat er ein neues Gerät installiert!The bus is fully plug and play compatible. Can be programmed accordingly Bus clients automatically search for an address and start their work. The user all you have to do is just plug it in and wait a few milliseconds and then he has a new device installed!

Wie schon gesagt kann in dem Bereich nach dem Bestätigungsbit eine völlig vom Bus- Protokoll unabhängige Übertragung stattfinden. D. h. es sind Übertragungen auf der Basis von ganz anderen Protokollen möglich (z. B. USB-Protokoll, Protokoll der seriellen Schnittstelle). Dies ist allerdings nur möglich, wenn dieses andere Busprotokoll mit einer Leitung, eben der vorhandenen Datenleitung, auskommt. Die Übertragungsgeschwindigkeit ist dann nur noch von der Güte der verwendeten Kabel abhängig. Es sind dann schon bis zu mehrere 100 MBit drin! Um Kosten zu sparen ist es natürlich möglich für Verbindungen zwischen langsameren Busteilnehmern billigere, schlechter verarbeitete Kabel zu verwenden. Das Bus-Protokoll muss natürlich so ausgelegt sein, dass sendende Geräte nur für eine bestimmte Zeit senden dürfen, damit auch andere Clients mal "drankommen" können. Die maximale Sendezeit muss einstellbar sein und sollte am besten bei 1-30 ms liegen. Wenn eine bestimmte Anzahl von Geräten natürlich auf einen ständigen Datenstrom angewiesen ist (z. B. Musikübertragung), wird dieser ständige Datenstrom nur durch Datenpuffer an Sendern und Empfängern möglich sein. Im "unabhängigen Datenübertragungsbereich" können die Daten natürlich auch extra langsam gesendet werden um z. B. die Datensicherheit zu erhöhen (v. a. wenn es um sehr kritische Daten handelt z. B. bei Steuerungsaufgaben).As already mentioned, in the area after the confirmation bit, a bus- Protocol independent transmission take place. I.e. they are transfers based completely different protocols possible (e.g. USB protocol, serial protocol Interface). However, this is only possible if this other bus protocol with a Line, just the existing data line. The transmission speed is then only dependent on the quality of the cables used. Then it's already up to several 100 Mbit in it! To save costs, it is of course possible for connections cheaper, less processed cables between slower bus users use. The bus protocol must of course be designed so that sending devices only allowed to send for a certain time, so that other clients can "get there" can. The maximum transmission time must be adjustable and should best be 1-30 ms lie. If a certain number of devices, of course, on a permanent Data stream is instructed (e.g. music transmission), this constant data stream only be possible with data buffers on transmitters and receivers. In the "independent Data transmission area ", the data can of course also be sent extra slowly be around z. B. to increase data security (especially when it comes to very critical data acts z. B. in control tasks).

Die Länge eines Bits im Bereich des Protokolls vom Start- bis zum Bestätigungsbit beträgt eine µs das heißt in diesem Bereich beträgt die Übertragungsrate 1 MBit. Im Bereich des Datenstroms nach dem Bestätigungsbit sind, wie schon gesagt, viel höhere Datenübertragungsgeschwindigkeiten möglich.The length of a bit in the range of the protocol from the start to the confirmation bit is one µs in this area means that the transmission rate is 1 Mbit. In the area of Data streams after the confirmation bit are, as already said, much higher Data transfer speeds possible.

Mit der internen Adresse des Gerätes können wie schon gesagt einzelne Speicherbereiche innerhalb des Gerätes angesprochen werden. Es empfiehlt sich bestimmte Bereiche dieses internen Adressraumes für bestimmte Daten zu reservieren z. B. Adressdaten oder Informationen über das jeweilige Gerät.As already mentioned, individual memory areas can be created with the internal address of the device be addressed within the device. Certain areas are recommended reserve this internal address space for certain data e.g. B. address data or Information about the respective device.

Claims

1. Serial bus system for transmitting data of all kinds, characterized in that after a "data packet header", each containing a 16-bit recipient and sender address containing an internal address of the recipient and data, has been transmitted, further data independent of the bus protocol are transmitted while a line with the name Enable is in logical one as long as data is being transferred.

2. Device according to claim 1, characterized in that the length of the transmission time of a bit in "Data packet header" is one µs and the transmission time of the bits in "Independent transmission range" can be different.

3. Device according to claim 1 or 2 characterized in that as a transmission medium electrical or optical connections and also radio connections can be used.

4. Apparatus according to claim 1, 2 or 3 characterized in that new devices while running Data transfers can be added to the bus (hotplugging).

5. Device according to one of claims 1-4 characterized in that newly added devices to the bus configure automatically (e.g. search for a free address) (Plug and Play).

6. Device according to one of claims 1-5 characterized in that for data transmission at least two Lines are namely the data line (Dat) and the Enableleitung (Enable), whereby it is recommended to separate transmit and receive lines use.

7. Device according to one of claims 1-6 characterized in that at the beginning and at the end of each longer Cable connection is an amplifier for refreshing the signals.