DE19634080A1 - Schaltungsanordnung zur digitalen Datenübertragung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur digitalen Datenübertragung zwischen einer Datenquelle und einer Datensenke, die über Kabel bzw. Leitungen miteinander verbunden sind, bei welcher die Datensenke über eine Anschlußeinheit an eine Leitung angeschlossen ist, die neben anderen Bauteilen einen Peripheriebaustein, einen Programmspeicher, einen Mikroprozessor und einen Datenspeicher enthält, bei welcher der Peripheriebaustein Schnittstellen zum Ausgeben oder Einlesen von Daten und zum Anschluß von entsprechenden Geräten des jeweiligen Teilnehmers aufweist und bei welcher der Peripheriebaustein seine Daten dann direkt in den Datenspeicher schreibt bzw. direkt aus demselben ausliest, wenn der Mikroprozessor nicht auf den Datenspeicher zugreift (DE 42 13 593 A1).

Eine derartige Schaltungsanordnung kann überall dort eingesetzt werden, wo viele Daten über externe Schnittstellen übertragen werden sollen, die schnell verarbeitet werden müssen.

Einsatzgebiete sind beispielsweise die Regelungstechnik in jeder möglichen Form, die Automobilelektronik und Fernmeldenetze. Im folgenden wird - stellvertretend für alle anderen Anwendungsmöglichkeiten - der Einsatz der Schaltungsanordnung in einem Fernmeldenetz berücksichtigt.

In einem Fernmeldenetz werden Daten bidirektional beispielsweise zwischen einer Zentrale und Teilnehmern übertragen. Zentrale und Teilnehmer können also sowohl Datenquelle als auch Datensenke sein. Bei bekannten, in Fernmeldenetzen eingesetzten Schaltungsanordnungen zur schnellen Datenverarbeitung ist ein zum Ausgeben oder Einlesen von Daten geeigneter Peripheriebaustein gegebenenfalls über Schnittstellen- bzw. Übertragungsbausteine mit der Leitung des jeweiligen Teilnehmers verbunden. Er weist andererseits die Schnittstellen für den Teilnehmer zum Anschluß seiner unterschiedlichen Geräte und damit zum Empfang und zum Senden von Daten auf. Ein solcher Peripheriebaustein hat selbst keine wesentliche Speicherfunktion.

Ankommende Daten werden beispielsweise nach 1 Byte bis 2 Bytes in einen Datenspeicher geschrieben. Das gilt umgekehrt auch für auszugebende Daten. In herkömmlicher Technik löst der Peripheriebaustein beispielweise nach jedem empfangenen oder gesendeten Byte einen Interrupt am Mikroprozessor aus. Der Mikroprozessor übernimmt daraufhin den Datenaustausch zwischen dem Peripheriebaustein und dem Datenspeicher. Durch den Interrupt wird die Signalübertragung unterbrochen. Es ergeben sich daher zeitliche Verzögerungen in der normalen Programmabarbeitung, die sich bei erhöhter Anzahl von Interruptquellen, das sind hier die Schnittstellen, störend bemerkbar machen.

Das gilt auch bei Einsatz einer Schaltungsanordnung mit direktem Speicherzugriff (DMA), wie sie im DE-Buch von Tietze/Schenk, "Halbleitertechnik", 9. Auflage, Springer-Verlag, 1990, auf den Seiten 704 bis 707 beschrieben ist. Ein bei dieser Schaltungsanordnung eingesetzter DMA- Controller erhält von einem Peripheriebaustein einen Transfer Request. Er setzt dann einen Mikroprozessor über dessen DMA-Request-Eingang in einen Haltezustand. Anschließend übernimmt der DMA-Controller den Datenaustausch zwischen Peripheriebaustein und Datenspeicher. Dabei werden mehrere Datenblöcke statt einzelner Bytes ausgetauscht. Trotz des damit verbundenen zeitlichen Gewinns wird auch hier der Mikroprozessor in seinem normalen Programmablauf unterbrochen. Es wird außerdem ein aufwendiger Mikroprozessor benötigt, der für den Einsatz des DMA-Systems geeignet ist.

Bei der bekannten Schaltungsanordnung nach der eingangs erwähnten DE 42 13 593 A1 werden zwischen dem Peripheriebaustein und dem Datenspeicher Datenpakete übertragen. Es wird für jeden Befehl des Prozessors der Zeitraum ermittelt, in dem derselbe nicht auf den Datenspeicher zugreift. Nur wenn der Zeitraum groß genug ist, kann ein Datenpaket übertragen werden. Wenn der Mikroprozessor während der Übertragung in den Datenspeicher eingreift, wird die Übertragung abgebrochen. Das Datenpaket wird dann bei der nächsten Möglichkeit wieder übertragen, bis eine vollständige Datenübertragung stattgefunden hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs beschriebene Schaltungsanordnung so zu gestalten, daß keine störenden Verzögerungen der Programmarbeit auftreten und daß handelsübliche Mikroprozessoren eingesetzt werden können.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst,

• - daß als Peripheriebaustein ein Gatearray eingesetzt ist, in welchem der Befehlssatz der vom Mikroprozessor zum Programmspeicher übertragenen Befehle enthalten ist,
• - daß das Gatearray ständig den Programmablauf des Mikroprozessors überwacht,
• - daß die bei der Überwachung des Programmablaufs des Mikroprozessors erkannten Befehle mit dem Befehlssatz im Gatearray verglichen und für den Zugriff desselben zum Datenspeicher ausgewertet werden und
• - daß die Daten in Form von Bytes eingelesen bzw. ausgegeben werden, wobei für das Einlesen bzw. das Ausgeben derselben die für den Zugriff zum Programmspeicher dienenden Steuersignale des Mikroprozessors ausgenutzt werden.

Bei dieser Schaltungsanordnung wird der Programmablauf des Mikroprozessors für den Datenaustausch zwischen dem als Gatearray ausgeführten Peripheriebaustein und dem Datenspeicher nicht mehr unterbrochen. Das Gatearray hat als integrierte Schaltung beispielsweise sogenannte Zustandsmaschinen, die auch Speicherfunktion haben können. Der Befehlssatz des Mikroprozessors kann beispielsweise in solchen Zustandsmaschinen enthalten sein. Das Gatearray überwacht den Programmablauf des Mikroprozessors, d. h. dessen Verbindung zum Programmspeicher und damit die vom Mikroprozessor abgegebenen Steuersignale und die entsprechenden, im Programmspeicher gespeicherten Befehle. Da der komplette Satz dieser Befehle im Gatearray gespeichert ist, kann es den jeweils gültigen Befehl erkennen. Wenn das Gatearray erkennt, daß der Mikroprozessor während des Ablauf eines Befehlszyklusses nicht auf den Datenspeicher zugreift, schreibt es seine Daten direkt in denselben oder es liest Daten direkt aus demselben aus. Es werden dabei die Steuersignale des Mikroprozessors für dessen Zugriff zum Programmspeicher ausgenutzt, wodurch automatisch eine Synchronisierung auf den Befehlszyklus desselben erreicht ist. Dabei wird pro Befehlszyklus 1 Byte geschrieben bzw. ausgelesen. Da die Daten in Form von Bytes geschrieben bzw. ausgelesen werden, müssen keine Zeiträume für die Übertragung der Daten ermittelt werden. Bei nächster Gelegenheit werden weitere Bytes geschrieben oder ausgelesen. Eine Wiederholung ist nicht erforderlich. Der Mikroprozessor merkt von dem "Eingriff" des Gatearrays nichts. Er erhält vom Gatearray erst dann ein Interrupt-Signal als Information über die im Datenspeicher gespeicherten bzw. aus demselben entnommenen Daten, wenn der jeweilige Vorgang abgeschlossen ist. Bei dieser Schaltungsanordnung kann also ein handelsüblicher Mikroprozessor ohne irgendwelche Zusatzfunktionen verwendet werden.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in den Zeichnungen dargestellt.

Es zeigt

Fig. 1 schematisch einen Ausschnitt aus einem Fernmeldenetz.

Fig. 2 eine Einzelheit aus Fig. 1 in vergrößerter Darstellung.

Fig. 3 eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung in schematischer Darstellung.

An eine Vermittlungsstelle VST eines Fernmeldenetzes sind mehrere Teilnehmer Tln über Kabel bzw. Leitungen angeschlossen. Im Verlauf der Übertragungsstrecke ist ein Kabelverzweiger KVZ eingeschaltet, der über ein Kabel 1 mit der VST und über Leitungen 2 mit den Tln verbunden ist. Der sonstige Aufbau des Fernmeldenetzes ist hier nicht von Bedeutung.

Jeder Tln ist gemäß Fig. 2 über eine Anschlußeinheit SU mit der zu ihm führenden Leitung 2 verbunden. An die SU können unterschiedliche Geräte des Tln mit unterschiedlichen Übertragungsraten angeschlossen werden. Solche Geräte sind beispielsweise Telefone und Faxgeräte sowie unterschiedliche Datengeräte.

Neben anderen, hier nicht relevanten Bauteilen enthält die SU ein Gatearray GA, einen als ROM (Read Only Memory) bezeichneten Programmspeicher, einen Mikroprozessor µP und einen Datenspeicher DS, bei dem es sich beispielsweise um ein RAM (Random Access Memory) handelt.

Das GA ist eine logische Schaltung, die beispielsweise als integrierte Schaltung (IC) ausgeführt sein kann. Es kann mit einem Festspeicher ausgerüstet sein. In herkömmlicher Technik hat das GA sogenannte Zustandsmaschinen, die auch Speicherfunktion haben können.

Der µP arbeitet ständig Befehle ab. Der Satz entsprechender Befehle ist als Programm in seinem ROM gespeichert. Zum Auslesen der Befehle aus dem ROM überträgt der µP beispielsweise über die Leitung 3 ein entsprechendes Steuersignal an das ROM, das dann den zugehörigen Befehl auf der Leitung 4 ausgibt. Befehle sind beispielsweise "interne Registerbearbeitung" oder "Programmsprünge". Weitere Befehle betreffen beispielsweise das "Schreiben in das RAM" oder "Auslesen aus dem RAM". Dazu überträgt der µP über die Leitung 3 entsprechende Steuersignale WR und RD über das GA an das RAM. Ein weiteres Steuersignal ist das beispielsweise über die Leitung 5 übertragene Synchronisationssignal.

Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung arbeitet beispielweise wie folgt Ein über die Leitung 2 ankommender Datenstrom soll in den DS eingeschrieben werden. Er wird vom GA empfangen, das dafür selbst keine wesentliche Speicherfunktion hat. Jeweils nach 1 Byte des Datenstroms werden die Daten aus dem GA direkt und ohne Verzögerung in den DS eingeschrieben. Damit das störungsfrei möglich ist, überwacht das GA ständig den Programmablauf des µP, also die Steuersignale des µP und die Befehle, die der µP aus dem ROM ausliest. Der Befehlssatz des µP ist im GA gespeichert. Der jeweilige, durch die Überwachung des Programmablaufs des µP erkannte Befehl wird im GA mit dem gespeicherten Befehlssatz verglichen und ausgewertet. Es wird im GA ein internes Signal generiert, das anzeigt, ob der µP während des laufenden Befehls auf den DS zugreift oder nicht. Das direkte Einschreiben der Daten vom GA in den DS ist nur dann möglich, wenn der µP nicht auf den DS zugreift.

Von der Überwachung durch das GA und vom Einschreiben der Daten in den DS merkt der µP nichts. Er erhält vom GA erst dann eine Information, wenn der Vorgang vollständig beendet ist. Die geschilderte Arbeitsweise der Schaltungsanordnung gilt auch für den Sendebetrieb, wenn Daten aus dem DS ausgelesen werden.

Claims (2)

1. Schaltungsanordnung zur digitalen Datenübertagung zwischen einer Datenquelle und einer Datensenke, die über Kabel bzw. Leitungen mit einander verbunden sind, bei welcher die Datensenke über eine Anschlußeinheit an eine Leitung angeschlossen ist, die neben anderen Bauteilen einen Peripheriebaustein, einen Programmspeicher, einen Mikroprozessor und einen Datenspeicher enthält, bei welcher der Peripheriebaustein Schnittstellen zum Ausgeben oder Einlesen von Daten und zum Anschluß von entsprechenden Geräten aufweist und bei welcher der Peripheriebaustein seine Daten dann direkt in den Datenspeicher schreibt bzw. direkt aus demselben ausliest, wenn der Mikroprozessor nicht auf den Datenspeicher zugreift, dadurch gekennzeichnet,

• - daß als Peripheriebaustein ein Gatearray (GA) eingesetzt ist, in welchem der Befehlssatz der vom Mikroprozessor (µP) zum Programmspeicher (ROM) übertragenen Befehle enthalten ist,
• - daß das Gatearray (GA) ständig den Programmablauf des Mikroprozessors (µP) überwacht,
• - daß die bei der Überwachung des Programmablaufs des Mikroprozessors (µP) erkannten Befehle mit dem Befehlssatz im Gatearray (GA) verglichen und für den Zugriff desselben zum Datenspeicher (DS) ausgewertet werden und
• - daß die Daten in Form von Bytes eingelesen bzw. ausgegeben werden, wobei für das Einlesen bzw. das Ausgeben derselben die für den Zugriff zum Programmspeicher (ROM) dienenden Steuersignale des Mikroprozessors (µP) ausgenutzt werden.

2. Verwendung der Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 zur Datenübertragung in einem Fernmeldenetz.