DE19954942A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Verbindung von EDV-Modulen mit einem Bus-Controller - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung mehrerer Module einer Elektronik-Einrichtung mit einem Bus-Controller über einen Bus, insbesondere einen PCI- oder CPCI-Bus, sowie eine entsprechende Schaltungsanordnung. Um ein Verfahren mit den eingangs genannten Merkmalen und eine entsprechende Schaltungsanordnung zu schaffen, die es ermöglichen, ohne größeren Kostenaufwand und dennoch mit hoher Funktionssicherheit die Verbindung einer größeren Anzahl von Modulen mit einem Bus, insbesondere einem PCI- oder CPCI-Bus, und einem Bus-Controller herzustellen, ohne die räumliche Anordnung der Module festzulegen und auch ohne aufwendige und teure Teile wie z. B. Bus-bridge-controller mehrfach verwenden zu müssen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Busleitung kurz gehalten wird, indem die Busanschlüsse der jeweiligen Module (0, 1, 2, 3) über getrennte Leitungen (6, 7, 8, 9) jeweils mit einem dem betreffenden Modul (0, 1, 2, 3) zugeordneten Busbuffer (10, 11, 12, 13) verbunden werden, und daß die Busbuffer (10, 11, 12, 13) ihrerseits mit dem für alle Busbuffer gemeinsamen Bus (5) verbunden werden.

Description

Die vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung mehrerer Module einer Elektronik-Einrichtung mit einem Bus-Controller über einen Bus bzw. eine Buslei­ tung, insbesondere eine PCI- oder CPCI-Busleitung, und weiterhin auch eine entsprechende Vorrichtung, das heißt eine Schaltungsanordnung zur Herstellung einer Verbindung mehrerer Module einer Elektronik-Einrichtung mit einem Bus-Controller über einen Bus, insbesondere einen PCI- oder CPCI-Bus.

PCI steht dabei für einen Standard mit der ausführlichen Bezeichnung Peripheral Component Interconnect und CPCI steht für die Bezeichnung Compact Peripheral Component Interconnect.

Der PCI-Standard ist sehr weit verbreitet und findet derzeit in allen gängigen Personal- Computern Verwendung. Der CPCI-Standard wird vorwiegend im professionellen Bereich reali­ siert und umfaßt vor allem zusätzlich zu den PCI-Spezifikationen noch sogenannte Hot-Swap- Spezifikationen, die es ermöglichen sollen, Module während des Betriebs des übrigen Systems ein- und auszubauen. Zu diesen Spezifikationen gehören voreilende Kontakte in den Steckver­ bindern, um die Herstellung der Stromversorgung der Chips auf dem Modul sicherzustellen, be­ vor die Signalleitungen kontaktieren. Dies ist notwendig, damit die Chips nicht durch unkontrol­ lierte Querströme beschädigt werden.

Nacheilende Kontakte sind vorgesehen, um dem Restsystem zu signalisieren, daß das Modul vollständig eingesteckt ist.

Darüber hinaus muß die Versorgungsspannung definiert beim Verbinden herauf und beim Tren­ nen heruntergefahren werden, um keine Spannungseinbrüche oder Spannungsspitzen in dem Restsystem zu erzeugen.

Schließlich ist ein sogenanntes "Precharging" von Signalleitungen auf dem Modul erforderlich, um die beim Kontaktieren des Busses entstehenden Störungen von eventuell dort gerade ab­ laufenden Datentransfers möglichst zu minimieren. Precharging bedeutet, daß das Spannungs­ niveau der Signalleitungen auf einen Wert gebracht wird, der oberhalb des Grenzwertes für "low" aber unterhalb des Grenzwertes für "high" liegt.

Allerdings ist es relativ aufwendig, das Precharging in der gewünschten Weise sicherzustellen, wobei man auch mit erheblichen Aufwand Störungen nicht mit letzter Sicherheit ausschließen kann.

Ein weiteres Problem sowohl des PCI- als auch des CPCI-Standards liegt darin, daß die elektri­ schen Anforderungen an das Bussystem relativ hoch sind. Konkret läuft es darauf hinaus, daß die gesamte Busleitung eine vorgegebene Maximallänge nicht übersteigen darf. Aus diesem Grund ist die Anzahl der möglichen Steckplätze für Module bei PCI- bzw. CPCI-Systemen der­ zeit auf maximal 4 (PCI) bzw 8 (CPCI) begrenzt. Auch dieses ist nur möglich, wenn die im allge­ meinen in Form von gedruckten Schaltkreisplatinen vorliegenden Module dicht nebeneinander und parallel zueinander angeordnet werden. Zwar sind auch andere Anordnungen grundsätzlich zulässig, es wird dann jedoch schwierig und erfordert erheblichen Aufwand, die PCI- Spezifikationen zu erfüllen. Ähnliche Einschränkungen gelten prinzipiell aber auch für andere Bussysteme.

Darüber hinaus werden Anwendungen im Bereich der Telekommunikation, auch wenn der CPCI- Standard verwendet wird, in aller Regel relativ flache Gehäuse benutzt, in denen die einzelnen Module aufgrund ihrer Baugröße keineswegs aufrechtstehend parallel nebeneinander angeord­ net werden können, sondern vielmehr flach parallel zur größten Ausdehnung des Gehäuses angeordnet werden müssen. In einem solchen Fall können bestenfalls zwei Module in parallelen Ebenen übereinander, oder aber ansonsten im wesentlichen nur in der selben Ebene nebenein­ ander angeordnet werden. Auch versetzte Anordnungen sind eventuell möglich, so lange nicht mehr als zwei Module bzw. Platinen überlappen.

Dies führt aber wiederum dazu, daß die Abstände der Buskontakte der einzelnen Module zuein­ ander relativ groß werden, so daß schon die Abstände zwischen den Buskontakten von zwei oder drei in einem Gehäuse oder gar in verschiedenen Gehäusen angeordneten Platinen eine maximal zulässige Buslänge übersteigt bzw. die Erfüllung der PCI- und CPCI-Standards unmög­ lich macht.

Gegenüber diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren mit den eingangs genannten Merkmalen und eine entsprechende Schaltungsan­ ordnung zu schaffen, die es ermöglichen, ohne größeren Kostenaufwand und dennoch mit hoher Funktionssicherheit die Verbindung einer größeren Anzahl von Modulen mit einem Bus, insbe­ sondere einem PCI- oder CPCI-Bus, und einem Bus-Controller herzustellen, ohne die räumliche Anordnung der Module festzulegen und auch ohne aufwendige und teure Teile wie z. B. Bus- bridge-controller mehrfach verwenden zu müssen.

Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Busleitungen jedes ein­ zelnen Moduls getrennt von den Busleitungen der anderen Module an jeweils einen, dem be­ treffenden Modul zugeordneten Busbuffer angeschlossen werden, wobei die Busbuffer der ver­ schiedenen Module in engem räumlichen Abstand zueinander mit einem gemeinsam zum Con­ troller führenden Bus verbunden werden.

Hinsichtlich der Schaltungsanordnung wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe dadurch gelöst, daß die Buskontakte jedes der Module über getrennte Leitungen mit jeweils einem, dem betreffenden Modul zugeordneten Busbuffer verbunden sind, wobei die verschiedenen Busbuffer ihrerseits mit einem gemeinsamen PCI- oder CPCI-Bus verbunden sind. Dies bedeutet konkret, daß die Buskontakte der einzelnen Module nicht unmittelbar über die Busleitung miteinander verbunden sind, sondern über Punkt-zu-Punkt-Verbindungen jeweils mit einem Busbuffer ver­ bunden sind, wobei die Busbuffer ihrerseits in engem räumlichen Abstand angeordnet sind und mit ihrem dem Modul abgewandten Ende mit einer gemeinsamen Busleitung verbunden sind.

Durch die Verwendung solcher Busbuffer, die relativ einfache und preiswerte Bauteile sind, ist es möglich, die Busleitung relativ kurz zu halten, selbst wenn die einzelnen Module einen größeren Abstand voneinander haben, als es hinsichtlich der Summe der Abstände für einen PCI- oder CPCI-Bus zulässig bzw. funktionsfähig wäre.

Insbesondere sind die Busbuffer wesentlich kleinere Bauteile, die sich ohne weiteres auch in größerer Zahl in engem räumlichen Abstand anordnen und mit einer gemeinsamen Busleitung verbinden lassen. Auf diese Weise ist es möglich, die Zahl der Module, die - in diesem Falle indi­ rekt - an einer gemeinsamen Busleitung hängen, deutlich zu erhöhen und insbesondere über die Zahl der nach gängigen Standards auf 8 begrenzten Module zu vergrößern. Weiterhin müssen, auch bei einer kleineren Anzahl von Modulen, diese nicht notwendigerweise in der üblichen eng beieinanderliegenden parallelen Anordnung montiert werden, sondern sie können auch in der selben Ebene nebeneinander liegen und es können Module einzeln oder auch paarweise (oder in größerer Zahl) in jeweils einem Gehäuse angeordnet werden, wobei die Module aus verschie­ denen Gehäusen über die Busbuffer mit der selben Busleitung und dem selben Bus-Controller verbunden sind.

Auf diese Weise werden teure Bauteile, wie z. B. Bus-bridge-controller, vermieden bzw. in we­ sentlich geringerer Zahl benötigt, als dies herkömmlich erforderlich war.

Bevorzugt ist eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher sogenannte Tristate-Busbuffer Verwendung finden, das heißt Busbuffer, die in einen aktiven und einen inaktiven Zustand ge­ bracht werden können, wobei der aktive Zustand letztlich zwei Zustände, nämlich "high" und "low" umfaßt. Diese Tristate-Busbuffer werden in einer ersten Ausführungsform der Erfindung von dem Controller gesteuert, und zwar unmittelbar über die Busleitungen. In einer zweiten Aus­ führungsform ist die Ansteuerung der Tristate-Busbuffer von den jeweiligen Modulen her vorge­ sehen.

Daneben ist in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung jedoch vorgesehen, daß die einzelnen Module ihrerseits eine direkte Punkt-zu-Punkt-Verbindung mit dem Bus-Controller aufweisen, jedoch nicht für eine Daten- und Adreßübertragung, sondern lediglich zu Steuerung der Module bzw. für die Funktionskontrolle zwischen Bus-Controller und Modul.

Weiterhin ist einen Ausführungsform der Erfindung bevorzugt, bei welcher die einzelnen Steck­ plätze der Module die sogenannten Hot-Swap-Spezifikationen erfüllen, die oben bereits be­ schrieben wurden. Dieses ist aufgrund der effektiveren Trennung der eigentlichen Busleitung von den Buskontakten der Module bzw. Steckplätze (und zwar aufgrund der zwischengeschalteten Busbuffer) wesentlich leichter möglich, da auf diese Weise Störungen des Busses bei einem Modulwechsel effektiver vermieden werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und der dazu­ gehörigen Figuren. Es zeigt:

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung eines herkömmlichen Bussystems mit Modulen und

Fig. 2 eine Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung.

In Fig. 1 erkennt man vier mit 0, 1, 2 und 3 bezeichnete Module, wobei es für die vorliegende Erfindung im Prinzip auf die Art dieser Module nicht ankommt. In der Praxis können dies z. B. Schnittstellen bzw. Modems für eine Datenübertragung sein, ebensogut kommen aber auch die aus dem PC-Bereich bekannten Elemente wie Videokarten, Soundkarten, Modems, und andere Steuereinheiten für periphere Geräte in Frage. Die einzelnen Module sind über Kontaktleitungen 6, 7, 8, 9 unmittelbar mit einer Busleitung 5 verbunden, die ihrerseits mit einem sogenannten Bus-Bridge-PCI-Controller 4 verbunden ist. Die Busleitung kann ein Parallelbus aus z. B. 32 oder 64 Leitungen sein, wobei oft noch eine zusätzliche Leitung, eine sogenannte Paritätsleitung, hinzugefügt ist. Im vorliegenden Beispiel wird die Gesamtzahl der Leitungen durch die in Klam­ mern angegebene Zahl 33 beschrieben. Dabei steht das Kürzel ADP für Adressen, Daten und Parität, das heißt die Informationen, welche über die 33 Leitungen insgesamt übermittelt werden.

Zusätzlich ist jeder der Module 0, 1, 2, 3 auch über direkte Steuerleitungen 16, 17, 18, 19 mit dem Bus-Bridge-PCI-Controller 4 verbunden.

Da die einzelnen Module eine gewisse, nicht zu unterschreitende Baugröße haben, müssen sie notwendigerweise in einem gewissen minimalen Abstand zueinander angeordnet werden, wobei man im allgemeinen auf eine parallele Ausrichtung achtet, um ihre Abstände möglichst kurz zu halten und damit auch die Abstände ihrer Kontakt mit der gemeinsamen Busleitung möglichst kurz zu lassen, damit die Busleitung insgesamt nur eine geringe Länge haben muß. In der Praxis übersteigt eine solche Buslänge selten einen Wert von 20 bis 30 cm.

Es ist klar, daß bei diesem bekannten System durch Hinzufügen jedes weiteren Moduls der Bus jedoch verlängert werden muß. Aus diesem Grund ist bisher in der Praxis auch bei optimierter Anordnung die Gesamtzahl der Module begrenzt worden, z. B. auf 8 bei dem CPCI Bus, wobei konkret die Busleitung fest mit sogenannten Steckplätzen verbunden ist, in die dann die entspre­ chenden Module in Form von gedruckten Schaltkreisplatinen mit ihren Kontakten eingesteckt werden.

Fig. 2 zeigt im Unterschied hierzu eine Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfin­ dung, bei welcher die einzelnen Module nicht unmittelbar über die gemeinsame Busleitung mit­ einander verbunden sind, sondern statt dessen jeder einzelne der Module 0, 1, 2, 3 individuell über sogenannte Punkt-zu-Punkt-Verbindungen jeweils mit einem Tristate-Busbuffer 10, 11, 12, 13 verbunden ist. Diese Punkt-zu-Punkt-Verbindungen haben eine wesentlich bessere Stö­ rungsfestigkeit als gemeinsam von mehreren Modulen verwendete Busleitungen. Auf diese Weise werden nämlich wechselseitige Störungen der einzelnen Module bzw. Störungen der Busleitung, die von jedem der Module ausgehen können, vermieden, da die Verbindung zwischen Modul und der eigentlichen Busleitung 5 durch die Tristate-Busbuffer entkoppelt ist. Konkret werden - wenn auch in sehr kurzer Zeit - die einzelnen Daten oder Bites beim Datenaustausch zwischen Modul und Busleitung kurzzeitig in den Busbuffer ein- und zur anderen Seite hin wieder ausgele­ sen, wobei dieser Vorgang nur wenige Nanosekunden benötigt, und von dem Bus-bridge- controller gesteuert wird.

Wie man trotz der schematischen Darstellung schon anschaulich in Fig. 2 erkennt, können die vier Busbuffer 10, 11, 12, 13 auf einem wesentlichen kürzeren Stück einer Busleitung 5 ange­ ordnet werden, als dies bei den vergleichsweise großen Modulen 0, 1, 2, 3 möglich ist. Dies be­ deutet konkret, daß auch eine größere Zahl von Modulen über die Busbuffer and die Busleitung 5 angeschlossen werden kann und das andererseits auch die einzelnen Module untereinander eine größere Entfernung haben können, so daß man nicht auf bestimmte Bauformen entspre­ chender EDV-Einrichtungen angewiesen ist.

Auch die Hot-Swap-Spezifikationen lassen sich aufgrund der Entkopplung der Busleitung von den Modulen wesentlich leichter erfüllen, da insbesondere die Tristate-Busbuffer in einen inakti­ ven Zustand versetzt werden können, in welchem eventuell von einem der gerade nicht am Da­ tenaustausch beteiligten Module ausgehende Störungen nicht auf die Busleitung 5 gelangen, und damit den Datenaustausch über den zu diesem Zeitpunkt gerade aktiven Tristate-Busbuffer nicht stören können.

Gleichzeitig ist diese Lösung relativ preiswert, da es sich bei diesen Busbuffern um vergleichs­ weise kostengünstige Teile handelt.

Claims (11)

1. Verfahren zur Herstellung einer Verbindung mehrerer Module einer Elektronik-Einrichtung mit einem Bus-Controller über einen Bus, insbesondere einen PCI- oder CPCI-Bus, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Busleitung kurz gehalten wird, indem die Busanschlüsse der jeweiligen Module (0, 1, 2, 3) über getrennte Leitungen (6, 7, 8, 9) jeweils mit einem dem betreffenden Modul (0, 1, 2, 3) zugeordneten Busbuffer (10, 11, 12, 13) verbunden werden, und daß die Busbuffer (10, 11, 12, 13) ihrerseits mit dem für alle Busbuffer gemeinsamen Bus (5) verbun­ den werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Module (0, 1, 2, 3) über individuelle, von den Busleitungen (6, 7, 8, 9) getrennte Steuerleitungen (16, 17, 18, 19) direkt mit dem Bus-Controller (4) verbunden werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Module (0, 1, 2, 3) größer als 2 und die Summe der Abstände zwischen den Buskontakten der Module in einer gegebenen, kürzest möglichen Reihenfolge derselben, einschließlich des Abstandes zwischen dem Bus-Controller (4) und den Buskontakten des dem Controller (4) nächstliegen­ den Moduls, größer ist als die nach PCI- oder CPCI-Standards definierte, maximale Buslän­ ge, während der die Busbuffer (10, 11, 12, 13) und den Controller (4) verbindende Bus kürzer als die nach PCI- oder CPCI-Standards maximal zulässige Buslänge ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Busbuffer Tristate Busbuffer sind, die über die gemeinsame Busleitung (5) angesteuert werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Tristate Bus­ buffer von den Modulen aus gesteuert werden.

6. Schaltungsanordnung zur Verbindung mehrerer Module einer Elektronik-Einrichtung mit einem Bus-Controller über einen Bus, insbesondere eine PCI- oder CPCI-Busleitung, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Busanschlüsse jedes Moduls (0, 1, 2, 3) über getrennte Leitungen (6, 7, 8, 9) mit jeweils einem, dem betreffenden Modul (0, 1, 2, 3) zugeordneten Busbuffer (10, 11, 12, 13) verbunden sind, wobei die verschiedenen Busbuffer (10, 11, 12, 13) ihrerseits mit dem gemeinsamen Bus und dem Bus-Controller verbunden sind.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Module größer als 2 ist und das die Summe der Abstände der Buskontakte der Module in einer kür­ zest möglichen Reihenfolgen, einschließlich des Abstandes des Bus-Controllers von den Buskontakten des dem Controller nächstliegenden Moduls, größer ist als die nach PCI- oder CPCI-Standards zulässige Buslänge, während die Busbuffer so angeordnet sind, daß der sie verbindende Bus kürzer ist als die nach PCI- oder CPCI zugelassene maximale Buslänge.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Busbuffer Tristate-Busbuffer sind.

9. Schaltungsanordnung nach einem Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß von den die Buskontakte mit den Busbuffern verbindenden Leitungen (6, 7, 8, 9) unabhängige Steuer­ leitungen (16, 17, 18, 19) mindestens einen Teil der Module direkt mit dem Bus-Controller verbinden.

10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Module teilweise in einer Ebene nebeneinander angeordnet sind.

11. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steckplätze der Module Hot-Swap-Spezifikationen erfüllen.