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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese Offenbarung beansprucht die Vorteile der vorläufigen
US-Anmeldung Nr. 63/254,989 mit dem Titel „DIRECT INSTRUMENT-TO-INSTRUMENT COMMUNICATION WITHOUT USING A SYSTEM CONTROLLER“, die am 12. Oktober 2021 eingereicht wurde und deren Offenbarung hier durch Bezugnahme in vollem Umfang enthalten ist.
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GEBIET DER TECHNIK
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Diese Offenbarung bezieht sich auf Test- und Messinstrumente und insbesondere auf Techniken für die direkte Kommunikation von Instrument zu Instrument ohne Verwendung eines separaten Systemcontrollers.
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HINTERGRUND
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Test- und Messinstrumente tauschen manchmal Daten zwischen Komponenten oder Modulen aus, um ihren Betrieb zu koordinieren, insbesondere wenn sie als ein einziges virtuelles Instrument arbeiten. In diesem Zusammenhang können Instrumente auch als Module bezeichnet werden; so können beispielsweise mehrere Module in einem Instrumenten-Mainframe installiert sein. Der Instrumenten-Mainframe kann durch Auswahl und Hinzufügen bestimmter Module angepasst werden. Die Koordinierung der Auslösung zwischen den Instrumenten auf der Grundlage bestimmter Betriebs- oder Testbedingungen ist nützlich, um die Abfolge der Operationen zwischen den Instrumenten festzulegen.
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Ein Beispiel für eine frühere Lösung zur Koordinierung des Gerätebetriebs ist ein PXI Local Bus, der mehrere analoge Verbindungen in Reihenschaltung bereitstellt. Ein PXI Local Bus ist ein Bus, der der PXI-Spezifikation entspricht, die von der PXI Systems Alliance verwaltet wird. Der PXI-Standard umfasst Erweiterungen der PCI-Spezifikation (Peripheral Component Interconnect), die für Anwender in der Mess- und Automatisierungstechnik relevant sind. Die PCI-Spezifikation definiert die Hardware- und Softwareanforderungen für den Betrieb nach dem PCI-Standard. Gemeinsame Hardware- und Softwareanforderungen ermöglichen es verschiedenen Herstellern, Produkte zu entwickeln, die gemäß dem PCI-Standard miteinander kommunizieren.
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1 zeigt ein Blockdiagramm eines Kommunikations-Subsystems 10 in einem Gerät (nicht abgebildet), das sowohl einen PCI-Bus als auch einen lokalen PXI-Bus mit Unterstützung für PXI-Trigger umfasst. Der PCI-Bus wird von den einzelnen Peripheriemodulen auf dem PCI-Bus gemeinsam genutzt, und die Gesamtkoordination der Buskommunikation wird vom Systemcontroller verwaltet. Der Systemcontroller verwaltet die Kommunikation zwischen dem PCI-Bus und dem Haupt-Host oder Instrument, das den PCI-Bus umfasst. Der Betrieb des in 1 dargestellten Kommunikationssystems zwischen den Peripheriegeräten hat viele Nachteile, wie z. B. den operativen Overhead, der durch die Notwendigkeit der Verwaltung durch den Systemcontroller entsteht. Der PCI-Bus kann auch ziemlich lange Latenzzeiten aufweisen, insbesondere wenn eines der Peripheriegeräte große Datenmengen sendet und den PCI-Bus auslastet.
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Die in der Offenbarung beschriebenen Ausführungsformen beheben einige dieser Mängel herkömmlicher Kommunikationssysteme.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Blockdiagramm eines konventionellen Kommunikationsbusses und Controllers.
- 2 ist ein Blockdiagramm eines Instruments oder Mainframes mit mehreren Modulen, die über ein Modul-zu-Modul-Kommunikationssystem miteinander verbunden sind, gemäß Ausführungsformen der Offenbarung.
- 3 ist ein Blockdiagramm, das das Modul-zu-Modul-Kommunikationssystem, das auf dem Mainframe von 2 arbeitet, gemäß den Ausführungsformen der Offenbarung funktionell veranschaulicht.
- 4 ist ein Blockdiagramm, das weitere Einzelheiten des Modul-zu-Modul-Kommunikationssystems gemäß den Ausführungsformen der Offenbarung zeigt.
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BESCHREIBUNG
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Im Gegensatz zum konventionellen Kommunikationssystem von 1 zeigt 2 ein Beispiel-Blockdiagramm eines Instruments oder Mainframes 100, das mehrere Module umfasst, die durch ein Modul-zu-Modul-Kommunikationssystem gemäß den Ausführungsformen der Offenbarung verbunden sind. Im Allgemeinen wird in dieser Offenbarung ein Instrument als ein Mainframe 100 bezeichnet. Der Mainframe 100 kann mehrere Module 120 enthalten, die in den Mainframe eingesetzt oder aus ihm entfernt werden können. Verschiedene Module 120 können unterschiedliche Funktionen und Funktionalitäten bereitstellen. Die Auswahl der einzelnen Module 120, die in den Mainframe 100 aufgenommen werden sollen, ermöglicht es dem Benutzer, den Mainframe individuell anzupassen und nur die Module auszuwählen, die für die Ausführung der gewünschten Instrumentenfunktion erforderlich sind. Somit bestimmt die Auswahl der in den Mainframe 100 aufzunehmenden Module 120 die Funktionalität des vom Mainframe und den zugehörigen Modulen 120 erstellten Instruments.
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Der Mainframe 100 kann ein Gehäuse mit einer Anzahl von Empfängersteckplätzen zur Aufnahme eines oder mehrerer Module 120 umfassen. Obwohl in 2 nur sechs Steckplätze dargestellt sind, kann der Mainframe 100 eine beliebige Anzahl von Modulsteckplätzen enthalten. Der Mainframe 100 enthält typische Komponenten für die Bereitstellung von Funktionen, die bei vielen Arten von Instrumenten üblich sind, wie z. B. einen oder mehrere Prozessoren 102, einen Speicher 104 zum Speichern von Anweisungen oder Daten, Eingänge 106 zum Empfangen eines oder mehrerer zu verarbeitender Signale und Ausgänge 108 zum Senden eines oder mehrerer Signale an externe Geräte oder Vorrichtungen. In einigen Ausführungsformen können der eine oder die mehreren Prozessoren 102 durch verschiedene Mikrocontroller und/oder FPGAs (Field Programmable Gate Arrays) verkörpert oder mit diesen verbunden sein. Die Einbeziehung eines oder mehrerer FPGAs in den Mainframe 100 ermöglicht eine schnelle Entwicklung und ein Verfahren zur Erweiterung der Funktionalität durch Umprogrammierung der FPGAs auf aktualisierte Versionen. Der Mainframe 100 umfasst eine Benutzerschnittstelle 110, die eine Vielzahl von Knöpfen, Schaltern, Touchscreens, Bildschirmen, Tastatur- oder Mauseingaben usw. umfassen kann, über die ein Benutzer mit dem Mainframe interagieren, ihn steuern und Informationen von ihm erhalten kann. Der Mainframe 100 kann ferner eine PC-Schnittstelle 112 enthalten, über die er programmatische Steuerungen empfangen kann oder über die er mit einem entfernten Computer für den Fernbetrieb verbunden werden kann. Der Mainframe 100 umfasst auch eine oder mehrere Stromversorgungen 118, um seine eigene interne Stromversorgung zu gewährleisten und um die Module mit Stromsignalen zu versorgen.
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Der Mainframe 100 umfasst mindestens einen, typischerweise zwei oder mehr Steckplätze, die jeweils ein Modul 120 aufnehmen können. Wie oben beschrieben, kann jedes Modul 120 eine separate Funktion für den Mainframe 100 bereitstellen. Jeder Steckplatz kann eine oder mehrere Modulschnittstellen mit physischen Verbindungen zur Unterstützung jedes Moduls und elektrischen Verbindungen zur Kommunikation mit jedem Modul umfassen. In einigen Ausführungsformen umfassen die Modulschnittstellen der Module 120 Leiterplattenrandverbinder, die Kommunikations- und Stromleitungen zwischen dem Mainframe 100 und den Modulen 120 physisch koppeln. Die Modulschnittstelle ermöglicht es den Modulen 120 auch, direkt miteinander zu kommunizieren, wie im Folgenden näher beschrieben. Einige Module 120 können mehrere separate Eingangs- oder Ausgangskanäle für die Interaktion mit den an sie angeschlossenen Geräten enthalten. In einigen Ausführungsformen sind die Module 120 im laufenden Betrieb austauschbar, d. h., die Module können in den Mainframe 100 eingesetzt oder aus dem Mainframe entfernt werden, während der Mainframe mit Strom versorgt wird und in Betrieb ist. In einigen Ausführungsformen können auch Riser- oder Mezzanine-Karten im Mainframe 100 verwendet werden, um ein oder mehrere Module 120 elektrisch mit ihrem Steckplatz zu verbinden. Jedes Modul 120 wird von der Stromversorgung 118 über einen Stromanschluss in seiner Schnittstelle mit Strom versorgt oder kann darüber hinaus einen Anschluss für eine externe Stromversorgung aufweisen.
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Beispiele für bestimmte Module 120, die im Mainframe 100 verwendet werden können, sind SMUs (Source Measure Units), Stromversorgungen, digitale Multimeter (DMMs), Impulsmessgeräte (PMUs), Impulsgeneratoren, Oszilloskope, Elektrometer oder jede andere Art von Instrumenten. Die Module 120 verfügen in der Regel auch über einen eigenen Eingang, einen eigenen Ausgang oder sowohl einen Eingang als auch einen Ausgang zur Verbindung mit Geräten, die von dem Mainframe 100 gemessen werden und/oder Signale an diesen senden und/oder ein oder mehrere Signale von dem Mainframe empfangen.
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3 ist ein Blockdiagramm, das das Modul-zu-Modul-Kommunikationssystem, das auf dem Mainframe von 2 arbeitet, gemäß den Ausführungsformen der Offenbarung funktionell veranschaulicht. Wie in 3 gezeigt, enthält ein Mainframe 200, der ein Beispiel für den Mainframe 100 von 2 sein kann, eine Modul-zu-Modul-Kommunikations-Backplane 218, die es zwei Modulen 220 ermöglicht, direkt miteinander zu kommunizieren, ohne dass ein separater Kommunikationscontroller auf dem Mainframe 100 selbst verwendet werden muss. Jedes Modul 220 von 3, Modul A und Modul B, kann ein Beispiel für eines der in 2 beschriebenen Module 120 sein. Auch wenn in 3 nur zwei Module 220 dargestellt sind, funktioniert die Modul-zu-Modul-Kommunikations-Backplane 218 aus Gründen der Übersichtlichkeit zwischen zwei beliebigen Modulen, die in Steckplätze im Mainframe 200 eingesetzt werden.
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Kommunikationsleitungen innerhalb der Modul-zu-Modul-Kommunikations-Backplane 218 bieten im Allgemeinen konfigurierbare Kommunikationsleitungen über einen Seitenbandkanal, der keine Systemsteuerung zur Verarbeitung der Kommunikation erfordert. Das Kommunikationssystem bietet Routing-Ressourcen, um die Instrumente direkt über die Modul-zu-Modul-Kommunikations-Backplane 218 miteinander zu verbinden, die auch als Seitenbandkanal bezeichnet werden kann. Der Kanal der Kommunikations-Backplane 218 kann mehrere einzelne Verbindungen (siehe unten) enthalten, die zur Erhöhung der Kommunikationsbandbreite oder zur Synchronisierung, z. B. für Triggerzwecke, gruppiert werden können.
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Wie in 3 dargestellt, enthält jedes Modul 220 in einigen Ausführungsformen eine PCIe-Komponente (Peripheral Component Interconnect Express) 221 sowie eine Trigger-Komponente 222. Diese Komponenten 221, 222 ermöglichen es jedem Modul 220, mit dem Mainframe 200 über einen PCIe-Bus und möglicherweise sogar über einen PXI-Bus in herkömmlichen Verfahren zu kommunizieren. Der Mainframe 200 enthält einen PCIe-Switch 210 und einen Trigger-Multiplexer oder Mux 212, um diese konventionelle Kommunikation zwischen jedem der Module 220 und dem Mainframe 200 über die Komponente 221 und die Trigger-Komponente 222 jedes Moduls zu erleichtern.
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Zusätzlich zu diesen konventionellen Komponenten enthält jedes Modul 220 einen lokalen Modul-zu-Modul-Kommunikator 228, der in Verbindung mit der Kommunikations-Backplane 218 des Mainframes 100 arbeitet, um es jedem Modul zu ermöglichen, Daten, Befehle, Trigger oder andere Informationen direkt von einem Modul zu einem anderen zu senden, z. B. von Modul A zu Modul B. Es ist zu beachten, dass diese Modul-zu-Modul-Kommunikation völlig getrennt von jeglicher Datenkommunikation über den PCIe-Switch 210 oder den Trigger-Mux 212 des Mainframes 200 ist. In einigen Ausführungsformen werden die Kommunikations-Backplane 218 sowie der Modul-zu-Modul-Kommunikator 228 jedes Moduls 220 von FPGAs verkörpert, wodurch sie leicht neu konfiguriert werden können.
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4 zeigt Einzelheiten der Kommunikation zwischen den einzelnen Modulen über eine Kommunikations-Backplane 318, die sich in einem Mainframe befindet. Die in 4 dargestellte Kommunikations-Backplane 318 kann ein Beispiel für die Kommunikations-Backplane 218 aus 3 sein. In der dargestellten Ausführungsform umfasst die Kommunikations-Backplane 318 8 differentielle Leitungspaare, obwohl in anderen Ausführungsformen eine beliebige Anzahl von Kommunikationsleitungen vorhanden sein kann. In einigen Ausführungsformen umfasst jeder Modul-zu-Modul-Kommunikator 328 jedes Moduls einen oder zwei Sätze von 4 Kommunikationsleitungen. In einigen Ausführungsformen besteht jede einzelne Kommunikationsleitung aus einem differentiellen Leitungspaar, was bedeutet, dass die Informationen für jede Kommunikationsleitung über dieses Leitungspaar übertragen werden. Bei Ausführungsformen mit einem Satz von 4 Kommunikationsleitungen werden 8 separate Kommunikationsleitungen, die in Differentialpaaren gruppiert sind, vom Modul-zu-Modul-Kommunikator 328 mit der Kommunikations-Backplane 318 verbunden. Bei Ausführungsformen mit zwei Sätzen von 4 Kommunikationsleitungen sind 16 separate Kommunikationsleitungen mit dem Modul-zu-Modul-Kommunikator 328 und der Kommunikations-Backplane 318 verbunden. Die Kommunikationsleitungen können durch eine beliebige elektrische Verbindung, wie z. B. diskrete oder gekoppelte Drähte, Leiterbahnen auf der Leiterplatte (PCB), elektrische Steckverbinder oder ein anderes elektrisches Kommunikationsmedium realisiert werden. Obwohl die Kommunikationsleitungen im Folgenden der Kürze halber als Leitungen bezeichnet werden, kann in Ausführungsformen jede für die Implementierung geeignete elektrische Verbindung verwendet werden. Die Kommunikations-Backplane 318 umfasst ferner einen Modulkoppler 319, der die Kommunikation zwischen zwei beliebigen Modulen über eines oder mehrere der differentiellen Paare von Kommunikationsleitungen herstellt, wie weiter unten beschrieben. In einer Ausführungsform wird dieser Modulkoppler 319 durch ein programmiertes FPGA verkörpert oder ist eine Funktion eines solchen.
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Es sei daran erinnert, dass nicht alle Modulplätze eines Mainframes belegt werden müssen und dass jedes Modul einen oder zwei Sätze von 4 Kommunikationsleitungen haben kann. In 4 sind die Module D und E gestrichelt dargestellt, um anzuzeigen, dass sie in einem Mainframe nicht vorhanden sind. Außerdem verfügen die Module A, B und F jeweils über zwei Sätze von 4 Kommunikationsleitungen, während Modul C nur einen Satz besitzt. Die Möglichkeit, bestimmte Module, die jeweils unterschiedliche Fähigkeiten und Ressourcen haben können, für einen Mainframe auszuwählen und aufeinander abzustimmen, bietet eine Flexibilität und einen Grad der Anpassung, der bei anderen Instrumenten nicht gegeben ist.
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In einigen Ausführungsformen wird jeder Datenübertragungskanal zwischen den Modulen über die Kommunikations-Backplane 318 unter Verwendung von LVDS-Paaren (Low Voltage Differential Signal) mit dem elektrischen Signalisierungsstandard HSTL (High Speed Transceiver Logic), Klasse II, 1,8 V gesendet, obwohl auch andere Kommunikationsstandards verwendet werden können. Obwohl der LVDS-Standard speziell für das Senden und Empfangen digitaler Signale vorgesehen ist, können auch andere Standards analoge Signale auf den Kommunikationsleitungen übertragen. Beim Starten kann ein Mainframe jeden Modul-zu-Modul-Kommunikator 328 in jedem der angeschlossenen Module sowie die Kommunikations-Backplane 318 initialisieren, beispielsweise durch Kommunikation mit einem FPGA in jedem der Kommunikatoren 328 und der Backplane 318. Eine solche Initialisierung liefert eine Adresse für das Modul selbst sowie eine Adresse für jedes der anderen Module. Die Kommunikation zwischen den Modulen über die Kommunikationsleitungen ist eine Punkt-zu-Punkt-Kommunikation, d. h. nur die beiden Module, die miteinander kommunizieren, nehmen an der Kommunikation teil, und die Module ignorieren die Kommunikation, an der sie nicht beteiligt sind. Für den Betrieb des Kommunikationskanals gibt es eine Reihe vorgegebener Befehle. Die Kanäle können durch Öffnen und Konfigurieren eines Datenkommunikationskanals eingerichtet werden, der, wie oben beschrieben, einen Kanal zwischen einem einzelnen Sendegerät und einem einzelnen Empfangsgerät öffnet. Ein Modul kann einen beliebigen offenen Kanal öffnen, der durch Überwachung des Kanals über einen bestimmten Zeitraum hinweg ermittelt wird, um festzustellen, ob bereits ein Kommunikationsverkehr auf dem Kanal stattfindet. Ein solcher Kommunikationsverkehr würde darauf hinweisen, dass der betreffende Kanal bereits von einem Paar von Modulen genutzt wird. Nachdem festgestellt wurde, dass ein Kanal derzeit nicht genutzt wird, kann das sendende Modul eine Anfrage an ein anderes Modul senden, um den Kommunikationskanal aufzubauen. Wenn das empfangende Modul anzeigt, dass es empfangsbereit ist, wird der Kommunikationskanal geöffnet und steht den Modulen für die Kommunikation untereinander zur Verfügung. Nach Abschluss der Kommunikation kann der Kanal geschlossen werden, wodurch die Ressourcen dieses Kanals für einen nachfolgenden Kommunikationsvorgang freigegeben werden.
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In anderen Ausführungsformen kann die Verwaltung der Kommunikationskanäle von der Kommunikations-Backplane 318 in Zusammenarbeit mit dem Modulkoppler 319 (3) durchgeführt werden. In einer solchen Ausführungsform kann ein Kommunikator 328 einen Kommunikationskanal öffnen, indem er eine Anforderung an die Kommunikations-Backplane 318 sendet, einen neuen Kommunikationskanal zu öffnen. Daraufhin weist die Kommunikations-Backplane 318 eines oder mehrere der Differenzialpaare als Ressource zu, koppelt die beteiligten Module mit dem ausgewählten Differenzialpaar und sendet eine Nachricht an das empfangende Modul, um einen seiner speziellen Kanäle für die Kommunikation mit dem sendenden Modul zu öffnen. Nachdem der Kommunikationskanal geöffnet wurde, können Daten und Informationen zwischen den beiden Modulen über den Punkt-zu-Punkt-Kommunikationskanal, der zwischen ihnen geöffnet wurde, gesendet werden. Wenn die Kommunikation abgeschlossen ist, sendet eines der Module eine Nachricht an die Kommunikations-Backplane 318, um den Kanal zu schließen und die Ressource wieder verfügbar zu machen. Natürlich können die Einzelheiten der Kopplung der verschiedenen Module über eine Kommunikations-Backplane 318 implementierungsspezifisch sein und auf unterschiedliche Weise ausgeführt werden. Obwohl das obige Beispiel eine Punkt-zu-Punkt-Kommunikation zwischen zwei Modulen zeigt, sei daran erinnert, dass die Kommunikations-Backplane 318 mehrere Kommunikationspfade für die Verbindung zwischen Modulen umfasst. So könnte beispielsweise für Modul A ein Kommunikationspfad zu Modul C geöffnet sein, während gleichzeitig für Modul B ein Kommunikationspfad zu Modul D besteht. Oder Modul A kann gleichzeitig Verbindungen sowohl zu Modul B als auch zu Modul F herstellen. Die Anzahl der gleichzeitigen Modul-zu-Modul-Verbindungen über die Kommunikations-Backplane 318 ist nur durch die physische Anzahl der Kommunikationsleitungen in der Backplane und die Anzahl der Verbindungen zwischen jedem Modul und der Backplane begrenzt.
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In der Praxis können Module Kommunikationskanäle für eine Vielzahl von Zwecken öffnen. Einige Kanäle können geöffnet werden, um Unterbrechungs- oder Triggersignale an ein anderes Modul zu senden. Wie in 3 gezeigt, kann ein Trigger vom Trigger-Mux 212 des Mainframe 200 erzeugt und an ein Modul 220, z. B. Modul A, gesendet werden. Modul A könnte dann mitteilen, dass es diesen Trigger erhalten hat, indem es zunächst einen Kommunikationskanal mit Modul B aufbaut und das Triggersignal an Modul B sendet, wenn Modul A den Trigger vom Mainframe 200 erhalten hat. Bei anderen Vorgängen können die Module 220 die von einem ersten Modul erfassten Daten an ein zweites Modul senden. Durch die Möglichkeit, Kommunikationskanäle zwischen verschiedenen Modulen 220 einzurichten, können die Module miteinander zusammenarbeiten, um bestimmte Funktionen auszuführen, die von einem einzelnen Modul nicht ausgeführt werden können, oder um die dem Mainframe zur Verfügung stehenden Ressourcen durch die Verwendung mehrerer gekoppelter Module zu erweitern.
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Im Allgemeinen werden die Daten auf einem Kommunikationskanal zwischen zwei Modulen seriell gesendet. In einigen Ausführungsformen können jedoch mehrere Kommunikationskanäle gleichzeitig zwischen zwei Modulen 220 geöffnet werden, und die Daten können parallel gesendet werden. Das parallele Senden von Daten kann die Bandbreite der Kommunikation zwischen den Modulen erhöhen. In einigen Ausführungsformen kann es auch einfacher sein, einige Daten parallel statt seriell zu senden.
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Wie oben beschrieben, können die über die Kommunikationskanäle gesendeten Daten jede Art von Daten umfassen, z. B. Rohdaten, Messdaten, von einem zu messenden Gerät empfangene Daten, Kopien von an ein zu testendes Gerät gesendeten Daten, Befehlsdaten, digitale Daten, Sequenzierungssignale, Synchronisierungsdaten und Triggersignale. Im Allgemeinen kann jede Art von Daten, die die Zusammenarbeit zwischen zwei Modulen eines als Messinstrumente konfigurierten Mainframes unterstützt, über die Punkt-zu-Punkt-Kommunikationskanäle übermittelt werden.
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Wie bereits erwähnt, kann die Datenkommunikation, die über die Punkt-zu-Punkt-Kommunikationskanäle zwischen den Modulen erfolgt, einem oder mehreren bestimmten Kommunikationsprotokollen entsprechen. Im Allgemeinen hat das für eine solche Kommunikation gewählte Kommunikationsprotokoll vordefinierte Formate für den Datenaustausch, die Adressierung, die Erkennung von Übertragungsfehlern und Bestätigungen, zum Beispiel. Außerdem enthält im Allgemeinen jeder Modul-zu-Modul-Kommunikator 228, 328 einen Speicherpuffer, in dem die über die Kommunikationsleitungen zu sendenden Daten in eine Warteschlange gestellt werden, und für das empfangende Modul, wo die über die Kommunikationsleitungen empfangenen Daten nach dem Empfang gespeichert werden können.
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Zu den Vorteilen von Systemen mit einem Modul-zu-Modul-Kommunikationssystem, wie oben beschrieben, gehört die Möglichkeit, Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zwischen Instrumentenmodulen auf konfigurierbare Weise herzustellen, um Daten, Befehle oder Auslösesignale zu übertragen. Die Routing-Ressourcen in der Kommunikations-Backplane 318 stellen die direkte Verbindung zwischen den Seitenbandkanälen der Instrumente über eine Konfigurationsschnittstelle her. Sobald das Routing eingerichtet ist, verbraucht die Instrumentenkommunikation keine Verarbeitungs- oder Kommunikationsressourcen der Systemsteuerung.
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Aspekte der Offenlegung können auf einer speziell entwickelten Hardware, auf Firmware, digitalen Signalprozessoren oder auf einem speziell programmierten Allzweckcomputer mit einem Prozessor, der nach programmierten Anweisungen arbeitet, arbeiten. Die hier verwendeten Begriffe „Controller“ oder „Prozessor“ sollen Mikroprozessoren, Mikrocomputer, anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs), FPGAs, Soft-Core-FPGAs und spezielle Hardware-Controller umfassen. Ein oder mehrere Aspekte der Offenbarung können in computerverwendbaren Daten und computerausführbaren Befehlen verkörpert sein, z. B. in einem oder mehreren Programmmodulen, die von einem oder mehreren Computern (einschließlich Überwachungsmodulen) oder anderen Geräten ausgeführt werden. Im Allgemeinen umfassen Programmmodule Routinen, Programme, Objekte, Komponenten, Datenstrukturen usw., die bestimmte Aufgaben ausführen oder bestimmte abstrakte Datentypen implementieren, wenn sie von einem Prozessor in einem Computer oder einem anderen Gerät ausgeführt werden. Die computerausführbaren Anweisungen können auf einem nicht transitorischen, computerlesbaren Medium wie einer Festplatte, einer optischen Platte, einem Wechselspeichermedium, einem Festkörperspeicher, einem Random Access Memory (RAM) usw. gespeichert sein. Wie dem Fachmann klar sein wird, kann die Funktionalität der ProgrammModule nach Belieben in verschiedenen Aspekten kombiniert oder verteilt werden. Bestimmte Datenstrukturen können verwendet werden, um einen oder mehrere Aspekte der Offenbarung effektiver zu implementieren, und solche Datenstrukturen werden im Rahmen der hier beschriebenen computerausführbaren Anweisungen und computerverwendbaren Daten in Betracht gezogen.
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Die offengelegten Aspekte können in einigen Fällen in Hardware, Firmware, Software oder einer Kombination davon implementiert werden. Die offengelegten Aspekte können auch in Form von Befehlen implementiert werden, die auf einem oder mehreren nichtübertragbaren computerlesbaren Medien gespeichert sind, die von einem oder mehreren Prozessoren gelesen und ausgeführt werden können. Solche Anweisungen können als Computerprogrammprodukt bezeichnet werden. Computerlesbare Medien, wie hier beschrieben, sind alle Medien, auf die ein Computer zugreifen kann. Computerlesbare Medien können zum Beispiel Computerspeichermedien und Kommunikationsmedien umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein.
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Computerspeichermedien sind alle Medien, die zur Speicherung von computerlesbaren Informationen verwendet werden können. Zu den Computerspeichermedien gehören beispielsweise RAM, ROM, EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), Flash-Speicher oder andere Speichertechnologien, CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory), DVD (Digital Video Disc) oder andere optische Plattenspeicher, Magnetkassetten, Magnetbänder, Magnetplattenspeicher oder andere magnetische Speichervorrichtungen sowie alle anderen flüchtigen oder nicht flüchtigen, entfernbaren oder nicht entfernbaren Medien, die in beliebigen Technologien eingesetzt werden. Computerspeichermedien schließen Signale als solche und vorübergehende Formen der Signalübertragung aus.
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Kommunikationsmedien sind alle Medien, die für die Übertragung von computerlesbaren Informationen verwendet werden können. Zu den Kommunikationsmedien gehören beispielsweise Koaxialkabel, Glasfaserkabel, Luft oder jedes andere Medium, das für die Übertragung von elektrischen, optischen, Hochfrequenz- (HF), Infrarot-, akustischen oder anderen Signalen geeignet ist.
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BEISPIELE
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Nachfolgend werden Beispiele für die hierin offengelegten Technologien aufgeführt. Eine Ausführung der Technologien kann eines oder mehrere und jede Kombination der unten beschriebenen Beispiele umfassen.
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Beispiel 1 ist ein konfigurierbares Instrument, das einen Mainframe mit einem oder mehreren Prozessoren, ein Gehäuse mit Steckplätzen zur Aufnahme von einem oder mehreren Instrumentenmodulen, einen Kommunikationsbus, der mit allen in die Steckplätze eingesetzten Instrumentenmodulen verbunden ist, und eine vom Kommunikationsbus getrennte Kommunikations-Backplane umfasst, die so ausgebildet ist, dass sie eine Punkt-zu-Punkt-Kommunikation zwischen einem beliebigen Paar von in die Steckplätze eingesetzten Modulen ermöglicht.
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Beispiel 2 ist ein konfigurierbares Instrument gemäß Beispiel 1, bei dem die Punkt-zu-Punkt-Kommunikation ein Paar von Differenzsignalleitungen umfasst.
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Beispiel 3 ist ein konfigurierbares Instrument nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei dem die Punkt-zu-Punkt-Kommunikation mehr als ein Paar differentieller Signalleitungen umfasst.
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Beispiel 4 ist ein konfigurierbares Instrument gemäß einem der vorhergehenden Beispiele, bei dem die Punkt-zu-Punkt-Verbindung so ausgebildet werden kann, dass sie analoge oder digitale Signale überträgt.
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Beispiel 5 ist ein konfigurierbares Instrument gemäß einem der vorangegangenen Beispiele, bei dem jedes in die Steckplätze eingesetzte Modul eine Kommunikationsschnittstelle enthält, die so strukturiert ist, dass sie mit der Kommunikations-Backplane verbunden werden kann.
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Beispiel 6 ist ein konfigurierbares Instrument gemäß Beispiel 5, bei dem die Kommunikationsschnittstelle mindestens eines der in die Steckplätze eingesetzten Module vier oder acht Paare von Differenzsignalleitungen umfasst.
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Beispiel 7 ist ein konfigurierbares Instrument gemäß Beispiel 5, bei dem die Kommunikationsschnittstelle mindestens eines der in die Steckplätze eingesetzten Module so strukturiert ist, dass sie ein über den Kommunikationsbus empfangenes Signal als Punkt-zu-Punkt-Kommunikation an ein anderes der in die Steckplätze eingesetzten Module sendet.
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Beispiel 8 ist ein konfigurierbares Instrument nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei dem die Kommunikations-Backplane einen Modulkoppler umfasst, um die Punkt-zu-Punkt-Kommunikation zwischen einem beliebigen Paar von in die Steckplätze eingesetzten Modulen herzustellen.
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Beispiel 9 ist ein konfigurierbares Instrument gemäß Beispiel 8, bei dem der Modulkoppler der Kommunikations-Backplane so strukturiert ist, dass er die Punkt-zu-Punkt-Kommunikation zwischen einem beliebigen Paar von Modulen, die in die Steckplätze eingesetzt sind, über ein differentielles Paar von Signalleitungen innerhalb der Kommunikations-Backplane herstellt.
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Beispiel 10 ist ein konfigurierbares Instrument gemäß Beispiel 8, bei dem der Modulkoppler der Kommunikations-Backplane so strukturiert ist, dass er die Punkt-zu-Punkt-Kommunikation zwischen einem beliebigen Paar von in die Steckplätze eingefügten Modulen über zwei oder mehr differentielle Paare von Kommunikationsleitungen innerhalb der Kommunikations-Backplane herstellt.
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Beispiel 11 ist ein konfigurierbares Instrument gemäß Beispiel 8, bei dem der Modulkoppler der Kommunikations-Backplane so aufgebaut ist, dass er gleichzeitig eine erste Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen einem beliebigen Paar von in die Steckplätze eingesetzten Modulen und eine zweite Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen einem beliebigen Paar von in die Steckplätze eingesetzten Modulen herstellt.
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Beispiel 12 ist ein konfigurierbares Instrument nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei dem das eine oder die mehreren Instrumentenmodule eine Quellenmesseinheit (SMU), eine Stromversorgung, ein digitales Multimeter (DMM), eine Impulsmesseinheit (PMU), einen Impulsgenerator, ein Oszilloskop oder ein Elektrometer umfassen.
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Beispiel 13 ist ein Verfahren zur Kommunikation in einem Instrument, das einen Mainframe mit einer Anzahl von Steckplätzen enthält, von denen jeder so strukturiert ist, dass er ein Instrumentenmodul aufnehmen kann, wobei das Verfahren die Einrichtung eines Broadcast-Kommunikationskanals auf einem Kommunikationsbus zwischen einem ersten Instrumentenmodul in einem der Steckplätze und dem Mainframe und die Einrichtung eines Punkt-zu-Punkt-Kommunikationskanals zwischen dem Instrumentenmodul und einem zweiten Instrumentenmodul in einem anderen der Steckplätze des Mainframes umfasst.
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Beispiel 14 ist ein Beispiel gemäß Beispielverfahren 13, bei dem der Aufbau eines Punkt-zu-Punkt-Kommunikationskanals eine Anfrage an eine Kommunikations-Backplane im Instrument umfasst.
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Beispiel 15 ist ein Beispiel gemäß einem der obigen Beispielverfahren, bei dem der Aufbau eines Punkt-zu-Punkt-Kommunikationskanals eine Anfrage an das zweite Instrumentenmodul umfasst.
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Beispiel 16 ist ein Beispiel gemäß einem der obigen Beispielverfahren, bei dem die Einrichtung eines Punkt-zu-Punkt-Kommunikationskanals die Kopplung des Instrumentenmoduls und des zweiten Instrumentenmoduls über eine im Instrument untergebrachte Kommunikations-Backplane umfasst.
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Beispiel 17 ist ein Beispiel gemäß Beispiel 16, bei dem die Kommunikations-Backplane ein oder mehrere Paare von Differenzsignalleitungen umfasst.
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Beispiel 18 ist ein Beispiel gemäß Beispiel 17, bei dem der Aufbau eines Punkt-zu-Punkt-Kommunikationskanals die Kopplung des Instrumentenmoduls und des zweiten Instrumentenmoduls über eines der Paare von Differenzsignalleitungen in der Kommunikations-Backplane umfasst.
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Beispiel 19 ist ein Beispiel gemäß einem der obigen Beispielverfahren, das ferner die Kommunikation zwischen dem Instrumentenmodul und einem zweiten Instrumentenmodul unter Verwendung eines LVDS-Standards (Low Voltage Differential Signaling) umfasst.
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Beispiel 20 ist ein Beispiel gemäß einem der obigen Beispielverfahren, bei dem der Punkt-zu-Punkt-Kommunikationskanal ein erster Kanal ist, wobei das Verfahren ferner den Betrieb eines zweiten Punkt-zu-Punkt-Kommunikationskanals zwischen dem Instrumentenmodul und einem dritten Instrumentenmodul in einem anderen der Steckplätze des Mainframes gleichzeitig mit dem ersten Punkt-zu-Punkt-Kommunikationskanal umfasst.
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Beispiel 21 ist ein Beispiel gemäß einem der obigen Beispielverfahren, bei dem der Punkt-zu-Punkt-Kommunikationskanal ein erster Kanal ist, wobei das Verfahren ferner den Betrieb eines zweiten Punkt-zu-Punkt-Kommunikationskanals zwischen einem dritten Instrumentenmodul und einem vierten Instrumentenmodul gleichzeitig mit dem ersten Punkt-zu-Punkt-Kommunikationskanal umfasst.
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Die zuvor beschriebenen Versionen des offengelegten Gegenstands haben viele Vorteile, die entweder beschrieben wurden oder für eine Person mit normalen Kenntnissen offensichtlich sind. Dennoch sind diese Vorteile oder Merkmale nicht in allen Versionen der offengelegten Geräte, Systeme oder Verfahren erforderlich.
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Außerdem wird in dieser schriftlichen Beschreibung auf bestimmte Merkmale verwiesen. Es ist davon auszugehen, dass die Offenbarung in dieser Spezifikation alle möglichen Kombinationen dieser besonderen Merkmale umfasst. Wenn ein bestimmtes Merkmal im Zusammenhang mit einem bestimmten Aspekt oder Beispiel offenbart wird, kann dieses Merkmal, soweit möglich, auch im Zusammenhang mit anderen Aspekten und Beispielen verwendet werden.
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Auch wenn in dieser Anmeldung auf ein Verfahren mit zwei oder mehr definierten Schritten oder Vorgängen Bezug genommen wird, können die definierten Schritte oder Vorgänge in beliebiger Reihenfolge oder gleichzeitig ausgeführt werden, sofern der Kontext diese Möglichkeiten nicht ausschließt.
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Obwohl spezifische Beispiele der Erfindung zum Zwecke der Veranschaulichung dargestellt und beschrieben wurden, können verschiedene Änderungen vorgenommen werden, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen. Dementsprechend sollte die Erfindung nicht eingeschränkt werden, außer wie durch die beigefügten Ansprüche.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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