Aufgabe
der Erfindung ist es, eine weitere Schaltungsanordnung und ein Verfahren
zur Datenübertragung
anzugeben.
Die
Aufgabe wird durch die Patentansprüche 1 oder 6 derart gelöst, dass
bei einer Schaltungsanordnung und einem Verfahren zur Datenübertragung zwischen
einer ersten und zweiten Baugruppe mit separaten Taktversorgungseinheiten
ein Synchronisationsmodul mit einer Flankenerkennungseinheit mit nachgeordneter
Auswerteeinheit zum Erkennen und Selektieren eines Beginns eines
parallel zu einer Datenübertragung
separat gesendeten Startsignals vorgesehen ist, wobei die Flankenerkennungseinheit
ein Abtastmodul mit mindestens einer Abtasteinheit zum Erkennen
des Beginns des Startsignals aufweist.
Die
Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass innerhalb einer halben
Taktperiode Daten auf ein baugruppenspezifisches Taktsignal synchronisiert
und danach mit einer Datenübertragung
an die jeweilige Baugruppe begonnen werden kann.
Die
Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass es keiner Abschirmung
sowie Einhaltung von exakten Leitungslängen zwischen den Baugruppen bedarf.
Die
Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass Datenpakete mit einer
beliebigen Anzahl von Bytes übertragen
werden können.
Die
Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass ein frühestmöglicher
Abtastzeitpunkt für
die zu übertragenden
Daten einen schnellen und sicheren Beginn der Datenübertragung
ermöglicht.
Die
Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass eine Datenverlustfreie Übertragung
sichergestellt ist.
Die
Erfindung bringt weiter den Vorteil mit sich, dass es keiner Neuauflösung von
Baugruppen bzw. Baugruppenrahmen bedarf, da eine zu implementierende
Synchronisationseinheit leicht in eine bestehende Baugruppe integriert
werden kann.
Die
Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass die Datenpakete quasi
synchron mit der Datenrate halber Taktfrequenz übertragen werden. Zur Abtastung
eines Signals ist mindestens die doppelte Frequenz notwendig. Dies
sei die Taktfrequenz der empfangenden Baugruppe. Die Übertragung
kann daher vorteilhaft mit der halben Taktfrequenz erfolgen. Für diese
Signale sind dann auch nur geringere Anforderungen an die Übertragungswege
zu erfüllen. z.B.
keine Gleichlängen,
keine Schirmung.
Die
Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass auf der Empfängerbaugruppe
ein Fenster gebildet wird, in welchem die zu übertragenden Datenpakete eingetaktet
werden.
Das
Fenster wird für
jedes Datenpaket neu gebildet. Dies hat den Vorteil mit sich, dass
ein ermitteltes Fenster zu dem zugehörigen Datenpaket immer die
optimale Lage besitzt. Da die Takte der beiden Baugruppen keine
stabile Lage zueinander besitzen, kann auch das Fenster bei jedem
neuen Datenpaket eine neue Lage einnehmen. Dieses Fenster dient
anschließend
dazu jedes Datenwort eines Datenpaketes sicher und präzise zu übernehmen.
Es bringt weiter den Vorteil mit sich, dass durch das Fenster die
Daten mit der halben Taktfrequenz und nicht langsamer übertragen
werden können.
Die
Erfindung bringt weiter den Vorteil mit sich, dass Laufzeitunterschiede
der Datenbits eines Startsignals und eines Valid-Signals weitgehenst
unberücksichtig
bleiben können.
Die
Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
Es
zeigen:
1 ein
Blockschaltbild zur Datenübertragung
zwischen zwei Baugruppen,
2 ein
Blockschaltbild eines Synchronisationsmoduls,
3 eine
Ausgestaltung des Synchronisationsmoduls,
4 dazugehörige Impulsdiagramme
und
5 ein
weiteres Impulsdiagramm.
Mit
der Schaltungsanordnung und dem dazugehörigen Verfahren wird eine Abtastung
eines eine Datenübertragung
anzeigenden Start- bzw. Ankündigungssignals
mit einen baugruppenspezifischen Takt durchgeführt und bei Erkennen des Beginns
eines zusätzlich
mit den zu übertragenden Nutzdaten
mitgesendeten Startsignals die zu übertragenden Nutzdaten synchron
zum baugruppenspezifischen Takt an nachfolgende Verarbeitungseinheiten
weitergeleitet.
1 zeigt
eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung.
Diese beispielhafte Anordnung wird mit örtlich getrennten Baugruppen
BA1, BA2 gebildet. Dabei werden, ausgehend von einer ersten Baugruppe
BA1, über
mindestens eine Datenleitung, die hier nicht näher dargestellt ist, Daten,
beispielsweise in Form von Datenpaketen, an eine zweite Baugruppe
BA2 übertragen.
Die erste Baugruppe BA1 hat eine von dem Gestellrah men und von einer zweiten
Baugruppe BA2 unabhängige
erste Taktversorgungseinheit CLKA. Die zweite Baugruppe BA2 weist
eine zweite Taktversorgungseinheit CLKB auf. Die Taktfrequenz des
Taktsignals der ersten und zweiten Taktversorgungseinheit CLKA,
CLKB ist annähernd
gleich.
Zwischen
der ersten Baugruppe BA1 und der zweiten Baugruppe BA2 ist ein Synchronisationsmodul
SYNC angeordnet. Diese Synchronisationseinheit SYNC kann auf oder
in unmittelbarer Nähe
der zweiten Baugruppe BA2 angeordnet sein. Verbunden sind die erste
Baugruppe BA1 unter anderem mit der Synchronisationseinheit SYNC
der zweiten Baugruppe BA2 durch mindestens eine Datenverbindungsleitung,
auf der ein Startsignal start_i, ein Valid-Signal valid_i und die
zu übertragenden
Daten/Datenpakete übertragen
werden. Die Ausgangssignale der Synchronisationseinheit SYNC werden
direkt bzw. unmittelbar an die zweite Baugruppe BA2 weitergeleitet. Ein
Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass bei unterschiedlicher
Leitungsführung
zwischen der ersten und zweiten Baugruppe BA1, BA2, beziehungsweise
zwischen der ersten Baugruppe BA1 und der Synchronisationseinheit
SYNC, auf keine Gleichlängen
von Verbindungsleitungen geachtet werden muss. Des Weiteren bringt
die Anordnung den Vorteil mit sich, dass die Datenleitungen nicht,
wie bei einer derart hohen Datenrate üblich, abgeschirmt sein müssen. Eine
Schirmung ist im speziellen für
Taktsignale erforderlich. Störungen
auf solchen Leitungen können
dazu führen,
dass die daran hängenden
flankengesteuerten Bauelemente (z.B. Flip-Flops, usw.) unter Umständen unkontrollierte
Schaltvorgänge
vornehmen. Störungen
auf Datenleitung hingegen sind eher unkritisch, da solche Signale
in der Regel keine aktiven Schaltvorgänge auslösen, sondern lediglich zu einem
sicheren Zeitpunkt bewertet werden. Der Vorteil der Erfindung besteht
unter anderem darin, dass kein Taktsignal mit übertragen werden muss. Die
Schirmung kann damit entfallen.
2 zeigt
in einer Blockdarstellung einzelne Module FEK, PEM, PF und AE die
in der Synchronisationseinheit SYNC angeordnet sind. Diese Blockdarstellung
ist in 3 mit einer möglichen
Schaltungsausgestaltung dargestellt.
Die
in 3 detailliert dargestellte Synchronisationseinheit
SYNC weist ein Flankenerkennungsmodul FEK, ein Auswertemodul, das
auch als Pulsentscheidungsmodul PEM bezeichnet werden kann, ein
Pulsformungsmodul PF und eine Ausgabeeinheit AE auf.
Eingangsseitig
liegt an der Synchronisationseinheit ein Eingangssignal start_i,
vald_i und data_i an. Das erste Eingangssignal start_i kann sich über ein
oder mehrere CLK-Perioden
erstrecken und signalisiert den Beginn einer Datenübertragung.
Das zweite Eingangsignal vald_i signalisiert das Datenpakete zur Übertragung
anstehen. Das dritte Eingangssignal gibt schematisch die zu übertragenden
Daten bzw. Datenpakete wieder.
Das
eingangsseitig in der Synchronisationseinheit SYNC angeordnete Flankenerkennungsmodul
FEK wird mit dem ersten Eingangssignal start_i beaufschlagt.
Das
Flankenerkennungsmodul FEK ist aus einer ersten und zweiten Abtasteinheiten
AB1, AB2 ausgebildet. Diese Abtasteinheiten können jeweils aus seriell miteinander
verbundenen flankengesteuerten Bauelementen mit einer doppelten
Abtaktung oder Einsynchronisierung gebildet werden.
Im
Flankenerkennungsmodul FEK erfolgt eine Einsynchronisation des ersten
Eingangssignals start_i durch eine doppelte Abtastung. Die steigende Flanke
des ersten Eingangssignals start_i kann dabei durch die steigende
oder fallenden Flanke der Taktsignals CLK selektiert werden.
Eine
erste Abtasteinheit AB1 kann, wie in 3 gezeigt,
aus Eingangsflankengetriggerten D-Flip-Flops D1, D2, und D3 ausgebildet
sein. Diese erste Serienschaltung reicht das an seinem Eingang anliegende
erste Eingangssignal start_i, das auch als Startsignal bezeichnet
werden kann, bei steigender Taktflanke des Taktsignals CLK weiter
an die nachfolgenden D-Flip-Flops
D2, D3.
Eine
zweite Abtasteinheit AB2 ist ebenso aus Eingangsflankengetriggerten
D-Flip-Flops D1',
D2', D3' gebildet und reicht
jeweils das an seinem Eingang anliegende Startsignal start_i bei
fallender Taktflanke des Taktsignals CLK weiter.
Das
jeweilige erste Eingangsflankengetriggerte D-Flip-Flop D1, D1' der Abtasteinheit
AB1, AB2 dient zur Einsynchronisation des ersten Eingangssignals
start_i auf das Taktsignal von der zweiten Baugruppe.
In
dem Pulsentscheidermodul PEM, das auch als Auswerteeinheit bezeichnet
werden kann, werden Eingangssignalzustände entlang der ersten und
zweiten Abtasteinheit AB1, AB2 des Flankenerkennungsmoduls FEK abgegriffen
und zusammengefasst. Dazu werden die Ausgangssignale des zweiten
D-Flip-Flops D2, D2' und
die Ausgangssignale des Dritten D-Flip-Flops D3, D3' jeweils über Oder-Gatter
OG1, OG2 logisch verknüpft,
wobei die Ausgangssignale des Dritten D-Flip-Flops D3, D3' am Eingang des zweiten
Oder-Gatters OG2 negiert logisch verknüpft werden. Die Ausgangssignale
der Oder-Gatter OG1, OG2 liegen an den Eingängen eines UND-Gatters UG1
an. Das dadurch entstehende Ausgangssignal pea des Pulsentscheidermoduls PFM
wird wie in 4 und 5 gezeigte
zur weiteren Verarbeitung an das Pulsformermodul PF weitergeleitet.
Im
Pulsentscheidermodul PEM wird nach dem Flankenwechsel im Signal
start_i gesucht. Die Schaltungsausgestaltung bringt dabei den Vorteil
mit, dass der Flankenwechsel im ersten Eingangssignal start_i spätestens
nach einer halben Taktperiode des Taktsignals CLK selektiert ist
und eine sichere Übernahme
der Datensignale data_i durch nachgeordnete Verarbeitungseinheiten
der zweiten Baugruppe BA2 eingeleitet werden kann. Das sichere Erkennen des
ersten Eingangssignals start_i kann dabei mit dem ersten Flankenwechsel
im Taktsignal CLK erfolgen. Das Ausgangssignal pea der Pulsentscheidereinheit
PEM wird durch einen Impuls mit der Breite von mindestens einer
Taktperiode gebildet, siehe 4, 5.
Wie in 3 gezeigt werden in dem Pulsentscheidermodul PEM
durch ein erstes Oder-Gatter
OG1 ein Auftreten bzw. ein erstmaliger Flankenwechsel im ersten
Eingangssignal start_i registriert, dazu wird jeweils das Ausgangssignal
der Eingangsflankengetriggerten D-Flip-Flops D2 und D2' an das erste Oder-Gatter OG1 gelegt.
Durch ein zweites Oder-Gatter OG2 wird sichergestellt, dass nur
der erste Flankenwechsel im ersten Eingangssignal start_i ausgewertet
wird. Dieser Flankenwechsel des ersten Eingangssignals start_i kann
bei einem Flankenanstieg des Taktsignals CLK oder bei fallender
Flanke des Taktsignals CLK selektiert werden. Bei Auftreten eines
erneuten Flankenwechsel des Eingangssignals start_i wird dies durch
das Oder-Gatter OG2 ausgeblendet. Siehe hierzu 4 und 5.
Das
Pulsformungsmodul PF ist beispielsweise aus weiteren Eingangsflankengetriggerten D-Flip-Flops
D4, D5, D6 und D7 und Gatterbausteinen OG3, UG2, UG3, UG4 und UG5
zusammengesetzt. Die Funktionsweise dieser Bauelemente kann ebenso
durch gleichwirkende Bauelemente nachgebildet werden.
Die
verwendeten Bauelemente können
ersetzt werden, solange die logische Äquivalenz gegeben ist.
Im
Pulsformermodul PF wird ein erkannter Flankenwechsel im ersten Eingangssignal
start_i im Eingangsflankengetriggerten D-Flip-Flop D4 mit dem Taktsignal
CLK abgetaktet. Das Ausgangssignal von D4 markiert den Übernahmebeginn
der zu Übertragenden
Daten data_i. Nach jedem Abtaktimpuls wird ein Warteimpuls eingefügt. Dies
resultiert aus der Tatsache, dass die Übertragung mit der halben Taktfrequenz
der empfangenden Baugruppe erfolgt.
Das
Eingangsflankengetriggerte D-Flip-Flop D4 liefert dabei ein is_started
Signal mit der Impulsdauer von zwei Clockperi- oden CLK. Das Eingangsflankengetriggerte
D-Flip-Flop D7 liefert in Verbindung mit dem nachgeschalteten Und-Gatter
UG5 synchron zum Freigabesignal EN ein Startsignal start_0 an die
Ausgabeeinheit AE.
Die
Ausgabeeinheit AE gibt die Signale data_0, valid_0 und start_0 entsprechend
des Taktsignals CLK an nachgeordnete Verarbeitungseinheiten weiter.
Die
Ausgabeeinheit AE wird beispielsweise aus weiteren Eingangsflankengetriggerten D-Flip-Flops
D8, D9 und D10 gebildet. Ausgangsseitig liegt am erstem Eingangsflankengetriggerten D-Flip-Flop
D8 nach anliegen des von der Pulsformereinheit PF abgegebene Freigabesignal
EN das Datensignals data_0 synchron zum Clocksignal CLK an.
Das
zweite Eingangsflankengetriggerte D-Flip-Flop D9 signalisiert nachfolgenden
Verarbeitungseinheiten ein Anliegen oder nicht Anliegen eines Datensignals.
Mit dem dritten Eingangsflankengetriggerten D-Flip-Flop D10 wird
den nachgeordneten Verarbeitungseinheiten der Start der Datenübertragung
signalisiert.
Ausgehend
davon, dass bei einer optimalen Abtastung der Beginn der Datenpakete
durch einen Jitter variieren kann, ist der Abtastzeitpunkt innerhalb des
hierfür
gegebenen Fensters vorgegeben.
In 4 und 5 sind
oben bereits angesprochenen Signalverläufe der Synchronisationseinheit
im Zusammenhang dargestellt.