DE102006040709B4

DE102006040709B4 - Datenübertragungsverfahren in einer Daisy-Chain-Anordnung

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Publication number: DE102006040709B4
Application number: DE102006040709A
Authority: DE
Original assignee: Sick AG
Current assignee: Sick AG
Priority date: 2006-08-30
Filing date: 2006-08-30
Publication date: 2008-08-14
Anticipated expiration: 2026-08-31
Also published as: US20080059671A1; DE102006040709A1

Abstract

Verfahren zur seriellen Übertragung von aus zumindest einer Startkennung (24) und nachfolgenden Nutzdaten (26a, 26b) bestehenden Datenwörtern (20, 22) in einer Daisy-Chain-Anordnung (10) mit zumindest einem ersten Gerät (14), einem dem ersten Gerät (14) nachgeschalteten zweiten Gerät (16) und einem dem zweiten Gerät (16) nachgeschalteten dritten Gerät (18), mit den Schritten:
Empfangen eines Signals bestehend aus einer Startkennung (24) vom ersten Gerät (14) durch das zweite Gerät (16),
Aussenden der Startkennung (24) an das dritte Gerät (18) durch das zweite Gerät (16) nach dem Erkennen der Startkennung (24),
auf das Aussenden der Startkennung (24) folgendes Aussenden von im zweiten Gerät (16) erzeugten eigenen Nutzdaten (26b) an das dritte Gerät (18) durch das zweite Gerät (16),
Empfangen von auf die Startkennung (24) folgenden fremden Nutzdaten (26a) vom ersten Gerät (14) durch das zweite Gerät (16) während und/oder nachdem das zweite Gerät (16) die Startkennung (24) und/oder die...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur seriellen Übertragung von Datenwörtern in einer Daisy-Chain-Anordnung.
Unter einer Daisy-Chain-Anordnung versteht man die kettenförmige Hintereinanderschaltung von datenkommunikationsfähigen Geräten. Ein nachfolgendes Gerät wird dabei jeweils mit seinem Vorgänger verbunden. Beispielsweise wird jeweils der Ausgang eines Geräts mit dem Eingang eines folgenden Geräts verbunden und abschließend der Ausgang des letzten Geräts in der Daisy-Chain-Anordnung mit dem Eingang des ersten Geräts verbunden, so dass sich letztlich eine Ringstruktur ergibt.
In einer derartigen Daisy-Chain-Anordnung übt häufig das erste Gerät der Kette die Funktion eines Masters aus. Dieser sendet zum Beispiel eine Aufforderung zum Übertragen von Nutzdaten an die auch als Slawe bezeichneten nachfolgenden Geräte aus. Diese Aufforderung wird von einem Slawe einschließlich etwaiger bereits von einem vorhergehenden Slawe angefügten Daten zunächst vollständig empfangen. Anschließend fügt der empfangende Slawe seine eigenen Daten hinzu und sendet diese an den nachfolgenden Slawe. Schließlich sendet der letzte Slawe in der Kette das die Daten aller Geräte umfassende Datenpaket direkt an den Master.
Bei diesem Übertragungsverfahren beträgt die Antwortzeit, also die Zeit, die zwischen dem Aussenden der Aufforderung durch den Master und dem Empfang des Datenpakets vom letzten Gerät bei n in der Daisy-Chain-Anordnung vorhandenen Slawe-Geräten wenigstens die n-fache Zeit der zur Übertragung des die Startkennung umfassenden Datenworts benötigten Zeit, da ein Gerät ein Datenwort zunächst vollständig empfängt bevor es dieses ergänzt um eigene Daten an ein nachfolgendes Gerät weitersendet.
US 6 128 299 A betrifft Datenkommunikationsnetzwerke, insbesondere Netzwerke zur asynchronen Datenübertragung (ATM-Netzwerke). Die ringförmige Netztopologie umfasst neben einer Pollingstation einen ATM-Switch, mit dem mehrere Geräte ringförmig verbunden sind. Der Switch überträgt eine von der Pollingstation empfangene Token-Zelle an ein Gerät, welches Antwortzellen an die Token-Zelle anhängt, so dass die in Reihe geschalteten Geräte schließlich eine Kette von Antwortzellen erzeugt, die der Token-Zelle nachfolgen. Jedes Gerät sendet die empfangenen Daten weiter, ohne sie bis zum Empfang des Endes der aktuellen Zellenkette zu Puffern. Gemäß einer Ausführungsform kann das Gerät nach dem Weitersenden der Token-Zelle zunächst seine eigenen Nutzdaten aussenden, bevor es die existierende bzw. empfangene Zellenkette weiter sendet. Zu diesem Zweck ist es mit einem FIFO-Speicher ausgestattet.
DE 102 61 174 B3 beschreibt ein Verfahren zur automatischen Adressvergabe für an eine gemeinsame Datenbusleitung angeschlossene Steuergeräte, wobei die an die Leitung angeschlossenen Steuergeräte gleichzeitig auf die gesendeten Daten zugreifen.
US 5 235 595 A betrifft Netzwerke und insbesondere ringbasierte Switches. Eine ringförmige Topologie umfasst mehrere Switches. Zum einen ist eine nicht puffernde Betriebsart der Switches beschrieben, bei der ein eingehender Paketstrom über einen Multiplexer mit nur einem Bit Verzögerung wieder in den Ring hineinströmt. Die für den Switch bestimmten Daten werden in einem Empfangs-FIFO über einen Ausgangsbus an der Switch-Schnittstelle zur Verfügung gestellt. Zum anderen wird eine puffernde Betriebsart beschrieben, die es ermöglicht, ein Datenpaket in einem Halte-FIFO zu halten und zu modifizieren, z. B. durch Einsetzen eines RTP-Flags in den Paketheader. Währenddessen wird das unveränderte Originalpaket über den Multiplexer an den Ring weitergesendet. Nachdem das unveränderte Originalpaket den Multiplexer verlassen hat, wird der Multiplexer auf die Leitung umgeschaltet und das modifizierte Paket wird aus dem Halte-FIFO heraus geschoben.
In der Publikation „Performance Analysis of Local Computer Networks" von J. Hammond und. P. O'Reilly, Addison-Weslay Publishing Company, 1986, S. 255–257, wird ein Interface beschrieben, durch das von einem Host empfangene Datenpakete in ein ringförmiges Netzwerk eingefügt werden können. Ein derartiges Interface weist einen Einfügepuffer auf, in dem vom Ring empfangene Datenpakete zwischengespeichert werden können. Ferner ist ein Sendepuffer vorhanden, in dem von dem Host empfangene Daten zwischengespeichert werden können, um sie in den Ring einzuspeisen. Es ist ein Sendeschalter vorgesehen, über den wahlweise Pakete aus dem Einfügepuffer oder dem Sendepuffer in den Ring eingespeist werden können.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Datenübertragungsverfahren in einer Daisy-Chain-Anordnung anzugeben, bei dem die Zeit zwischen dem Aussenden einer Aufforderung und dem Empfang einer Antwort verringert ist.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ein Gerät unmittelbar nach dem Empfang und Erkennen einer Startkennung von einem vorgeschalteten Gerät diese Startkennung an ein nachgeschaltetes Gerät überträgt. Während das empfangende Gerät noch weitere der Startkennung folgende Nutzdaten vom vorgeschalteten Gerät empfängt, sendet es bereits im Anschluss an die ausgesendete Startkennung eigene Nutzdaten an das nachgeschaltete Gerät. Unmittelbar auf das Aussenden der eigenen Nutzdaten folgend werden die vom vorgeschalteten Gerät empfangenen Nutzdaten an das nachgeschaltete Gerät weitergesendet. Hierfür sind in den nach diesem Verfahren arbeitenden Geräten entsprechende Mittel zur kurzfristigen Pufferung der empfangenen Daten vorgesehen.
Die Daisy-Chain-Anordnung umfasst bevorzugt ein Master-Gerät, welches die Startkennung erstmalig aussendet, um das Übermitteln der Nutzdaten durch die weiteren Geräte zu bewirken. Das Master-Gerät fordert somit die Nutzdaten von den nachfolgenden Geräten an. In der Regel erfolgt das Aussenden dieser Startkennung durch den Master ohne weitere Nutzdaten des Masters.
Vorteilhafterweise werden die mit Nutzdaten aller weiteren Geräte belegten Datenwörter zum Abschluss der Übertragung an das Master-Gerät übertragen. Hierdurch stehen die von den weiteren Geräten erzeugten Nutzdaten abschließend dem Master-Gerät zur Verfügung.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind zumindest zwei Geräte der Daisy-Chain-Anordnung Slave-Geräte. Derartige Slave-Geräte zeichnen sich dadurch aus, dass sie Daten nur auf Anforderung aussenden, beispielsweise auf Anforderung durch ein Master-Gerät.
Bevorzugt erfolgt das Aussenden der Startkennung an das dritte Gerät durch das zweite Gerät unmittelbar nach dem Erkennen der Startkennung durch das zweite Gerät.
Vorteilhaft ist die von einem empfangenden Gerät zum Erkennen der Startkennung benötigte Zeit kürzer als die für die Übertragung eines Bits benötigte Zeit. Bei dieser Verfahrensvariante ist also die durch ein Gerät jeweils verursachte Verzögerungszeit kürzer als die für die Übertragung eines Bits benötigte Zeit.
Gemäß der ersten Alternative der vorliegenden Erfindung haben die von einem Gerät erzeugten Nutzdaten jeweils die Länge von einem Bit. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn von diesem Gerät, beispielsweise einem Sensor, lediglich zwei mögliche Zustande übermittelt werden sollen. Da es in diesem Fall nicht nötig ist, jeweils ein vollständiges Datenwort für dieses Gerät zu reservieren, lässt sich die Zahl der zu übertragenden Daten weiter reduzieren. Somit reduziert sich auch die Antwortzeit auf eine Master-Aufforderung, da insbesondere ein einziges Datenwort mit einer Startkennung und den Nutzdaten mehrerer Geräte belegt werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich auch bei einer asynchronen Datenübertragung anwenden. Gemäß der bei Bedarf mit der ersten Alternative kombinierbaren zweiten Alternative der vorliegenden Erfindung erfolgt die Übertragung der Datenwörter adressdatenlos. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn alle in der Daisy-Chain-Anordnung vorhandenen Geräte Nutzdaten übertragen sollen und kein einzelnes Gerät gezielt angesprochen werden soll.
Bei einer vorteilhaften Verfahrensvariante erfolgt bei Überschreiten einer vorgegebenen Wortlänge durch das Einfügen der Nutzdaten eines zweiten Geräts das Aussenden eines weiteren Datenwortes an das dritte Gerät durch das zweite Gerät. Dies erweist sich insbesondere dann als vorteilhaft, wenn die Anzahl der in der Daisy-Chain-Anordnung vorhandenen Geräte nicht bekannt oder wechselnd ist und deshalb die Anzahl der letztlich zu übertragenden Datenwörter nicht vorbestimmt ist. In diesem Fall wird das letzte Bit eines Datenworts als Carry-Bit in das nächste Datenwort übertragen.
Vorteilhafterweise folgt auf das Aussenden der eigenen Nutzdaten das Aussenden einer eigenen Kennung an das dritte Gerät durch das zweite Gerät. Diese Kennung kann beispielsweise als Kontrollbit bzw. Prüfbit oder bei unbekannter Anzahl der in der Anordnung vorhandenen Geräte zur Verifizierung eines Nutzdatums dienen, d. h. um z. B. festzustellen, ob Bitstellen eines Datenwortes mit dem Wert 0 als Nutzdaten oder als "leere" Bitstellen des Datenwortes zu interpretieren sind, die wegen des Erreichens des letzten Geräts in der Anordnung nicht mehr mit Nutzdaten belegt worden sind. In diesem Fall würde die Kennung sozusagen als "Stempel" dienen, der die vorhergehenden eigenen Nutzdaten als solche kennzeichnet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden fremde, wechselweise mit fremden Nutzdaten übertragenen Kennungen vom ersten Gerät durch das zweite Gerät empfangen und nachfolgend werden die fremden Kennungen an das dritte Gerät wechselweise mit den fremden Nutzdaten in der Reihenfolge des Empfangs durch das zweite Gerät ausgesendet. Die Kennun gen werden demnach auf die gleiche Weise wie die Nutzdaten an das nachfolgende Gerät weiter geleitet.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert; in diesen zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Daisy-Chain-Anordnung und
2 eine schematische Darstellung der von einem Gerät empfangenen und ausgesendeten Daten.
1 zeigt eine Daisy-Chain-Anordnung 10, welche einen Master 12 sowie erste, zweite und dritte Slaves 14, 16, 18 umfasst. Dabei sind der Master 12 und die Slaves 14, 16, 18 derart hintereinander geschaltet, dass vom Master 12 ausgesandte Datenwörter zunächst vom ersten Slave 14 empfangen werden, von diesem an den zweiten Slave 16 gesendet werden, von diesem empfangen und an den dritten Slave 18 gesendet werden, und schließlich von diesem zurück an den Master 12 gesendet werden. Die Senderichtung ist durch die Richtungen der Pfeile angegeben.
In 2 sind beispielhaft vom zweiten Slave 16 empfangene bzw. gesendete Datenwörter 20 bzw. 22 über einer Zeitachse t dargestellt, wobei die Zeitrichtung durch den Pfeil angegeben ist und von links nach rechts verläuft. Demnach ist bei den acht Bit langen Datenwörtern 20, 22 das zuerst empfangene bzw. gesendete Bit ganz links und das zuletzt empfange ne bzw. gesendete Bit ganz rechts zu finden. Die sich zwischen den Datenwörtern entsprechenden Bits sind durch Pfeile gekennzeichnet.
Das vom ersten Slawe 14 ausgesandte und vom zweiten Slawe 16 empfangene Datenwort 20 beginnt also mit einer ursprünglich vom Master 12 ausgesendeten Startkennung 24, dem ein Nutzbit 26a und anschließend ein Kennungsbit 28a folgen, welche beide vom ersten Slawe 14 erzeugt wurden. Das Kennungsbit 28a ist hier ein zum Nutzbit inverses Prüfbit. Die letzten fünf Bit des Datenwortes 20 sind leer. Auf die Darstellung von eventuell für die Übertragung erforderlichen Stoppbits wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet.
Unterhalb des empfangenen Datenworts 20 ist das durch den zweiten Slawe 16 an den dritten Slawe 18 gesendete Datenwort 22 dargestellt. Wie aus der zeitlichen Verschiebung gegenüber dem empfangenen Datenwort 20 zu erkennen ist, beginnt die Aussendung des Datenworts 22 mit einer durch die Erkennung der Startkennung 24 verursachten Verzögerung, die etwa die Hälfte der zur Übertragung jeweils eines Bits benötigten Zeit beträgt.
Unmittelbar nach der Startkennung 24 wird zunächst das vom zweiten Slawe 16 erzeugte Nutzbit 26b übertragen. Daran anschließend folgt das ebenfalls vom zweiten Slawe 16 erzeugte Kennungsbit 28b, welches auch hier ein zum Nutzbit 26b inverses Prüfbit ist. Alternativ kann jedoch auch ein nicht invertiertes Prüfbit zum Einsatz gelangen. An das Kennungsbit 28b anschließend werden nun die zuvor vom ersten Slawe 14 empfangenen Nutzdaten in ihrer ursprünglichen Reihenfolge übertragen. Es folgt also nun das Nutzbit 26a des ersten Slaves und das dazugehörige Kennungsbit 28a. Die übrigen drei Bits bleiben leer.
Das Datenwort 22 wird vom dritten Slave 18 empfangen und schließlich an den Master 12 übertragen, wobei der dritte Slave 18 wiederum sein Nutz- und Datenbit zwischen der Startkennung 24 und dem Nutzbit 26b des zweiten Slaves einfügt.
Die Zeit, die zwischen dem erstmaligen Aussenden der Startkennung 24 durch den Master 12 und dem Eingang des letzten Bits des Datenwortes beim Master 12 vergeht, entspricht somit bei dem hier dargestellten Beispiel mit drei Slaves 14, 16, 18 lediglich der zur Übertragung des Datenworts vom letzten Slave 18 an den Master 12 notwendigen Zeit zuzüglich der Summe der bei der Erkennung der Startkennung 24 entstehenden Verzögerungszeiten von jeweils ungefähr einer halben Bitlänge, d. h. bei dem dargestellten Beispiel insgesamt in etwa 9,5 Bitlängen.

10: Daisy-Chain-Anordnung
12: Master
14: erster Slave
16: zweiter Slave
18: dritter Slave
20: empfangenes Datenwort
22: gesendetes Datenwort
24: Startkennung
26a, 26b: Nutzbit
28a, 28b: Kennungsbit

Claims

Verfahren zur seriellen Übertragung von aus zumindest einer Startkennung (24) und nachfolgenden Nutzdaten (26a, 26b) bestehenden Datenwörtern (20, 22) in einer Daisy-Chain-Anordnung (10) mit zumindest einem ersten Gerät (14), einem dem ersten Gerät (14) nachgeschalteten zweiten Gerät (16) und einem dem zweiten Gerät (16) nachgeschalteten dritten Gerät (18), mit den Schritten: Empfangen eines Signals bestehend aus einer Startkennung (24) vom ersten Gerät (14) durch das zweite Gerät (16), Aussenden der Startkennung (24) an das dritte Gerät (18) durch das zweite Gerät (16) nach dem Erkennen der Startkennung (24), auf das Aussenden der Startkennung (24) folgendes Aussenden von im zweiten Gerät (16) erzeugten eigenen Nutzdaten (26b) an das dritte Gerät (18) durch das zweite Gerät (16), Empfangen von auf die Startkennung (24) folgenden fremden Nutzdaten (26a) vom ersten Gerät (14) durch das zweite Gerät (16) während und/oder nachdem das zweite Gerät (16) die Startkennung (24) und/oder die eigenen Nutzdaten (26a) an das dritte Gerät (18) sendet, auf das Aussenden der eigenen Nutzdaten (26b) folgendes Aussenden der empfangenen fremden Nutzdaten (26a) an das dritte Gerät (18) durch das zweite Gerät (16), dadurch gekennzeichnet, dass die von einem Gerät erzeugten Nutzdaten (26a, 26b) jeweils die Länge von einem Bit haben, und/oder dass die Übertragung der Datenwörter (20, 22) adressdatenlos ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Daisy-Chain-Anordnung (10) ein Master-Gerät (12) umfasst, welches die Startkennung (24) erstmalig aussendet, um das Übermitteln der Nutzdaten (26a, 26b) durch die weiteren Geräte (14, 16, 18) zu bewirken.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mit Nutzdaten (26a, 26b) belegten Datenwörter (20, 22) zum Abschluss der Übertragung an das Master-Gerät (12) übertragen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Geräte der Daisy-Chain-Anordnung (10) Slave-Geräte (14, 16, 18) sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt: Aussenden der Startkennung (24) an das dritte Gerät (18) durch das zweite Gerät (16) unmittelbar nach dem Erkennen der Startkennung (24) durch das zweite Gerät (16).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von einem empfangenden Gerät zum Erkennen der Startkennung (24) benötigte Zeit kürzer ist als die für die Übertragung eines Bits benötigte Zeit.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenübertragung asynchron ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt: Aussenden eines weiteren Datenwortes an das dritte Gerät durch das zweite Gerät bei Überschreiten einer vorgegebenen Wortlänge.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt: auf das Aussenden der eigenen Nutzdaten (26b) folgendes Aussenden einer eigenen Kennung (28b) an das dritte Gerät (18) durch das zweite Gerät (16).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte: Empfangen von fremden, wechselweise mit fremden Nutzdaten (26a) übertragenen Kennungen (28a) vom ersten Gerät (14) durch das zweite Gerät (16) und nachfolgendes Aussenden der fremden Kennungen (28a) an das dritte Gerät (18) wechselweise mit den fremden Nutzdaten (26a) in der Reihenfolge des Empfangs durch das zweite Gerät (16).