DE19959405B4 - Umkonfigurierbare Geräteschnittstelle - Google Patents

Abstract

Schnittstelle für elektronische Geräte mit mehreren Ein- und Ausgangsanschlüssen (P), über die jeweils unterschiedliche Gerätefunktionseinheiten (A1, B1, C1; A2, B2, C2; D, E, F, G) anschließbar sind, wobei mindestens einem Anschluß (P1, P2, P3) jeweils mehrere Gerätefunktionseinheiten (A1, B1, C1; A2, B2, C2; D, E, F, G) zugeordnet sind, die über eine Steuerschaltung (S) so gesteuert sind, daß immer nur unterschiedliche Gerätefunktionseinheiten (A1, B1, C1; A2, B2, C2; D, E, F, G) über die Steuerschaltung (S) jeweils einzeln und getrennt an den Anschluß (P1, P2, P3) mit einem von der Steuerschaltung (S) betätigbaren Schalter angeschaltet werden, wobei die unterschiedlichen Gerätefunktionseinheiten (A1, B1, C1; A2, B2, C2; D, E, F, G) sich bezüglich eines elektrischen Pegels und/oder einer Protokollfunktion und/oder einer Treiberleistung unterscheiden.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Schnittstelle für elektronische Geräte laut Oberbegriff des Hauptanspruches.
• Moderne elektronische Geräte, insbesondere der Kommunikationstechnik, müssen mit einer Vielzahl von anderen Geräten und deren Schnittstellen kommunizieren können. Mit der Anzahl der möglichen Schnittstellen steigt sehr schnell auch die Anzahl der hierfür erforderlichen Anschlußstellen (Pins), die an den Geräten verfügbar sein müssen. Meist muß jedoch nur eine kleine Anzahl von Anschlußstellen gleichzeitig bedient werden.
• Aus der DE 690 31 861 T2 ist eine programmierbare logische Schaltung mit Multifunktionseingangspin bekannt, wobei ein programmierbares Logikbauelement mit einem UND-ODER Array bzw. einer UND-ODER-Anordnung und einem Zeilen-Treiberpuffer, der einen Ausgang aufweist vorgesehen ist. Der Ausgang des Zeilen-Treiberpuffers ist mit dem Array bzw. der Anordnung verbunden. Ferner ist ein Ausgangslogikblock mit einem Multiplexerschaltungskomplex und mit einem Logikschaltungskomplex vorgesehen, wobei der Logikschaltungskomplex mit Eingängen des Multiplexerschaltungskomplexes verbunden ist. Das programmierbare Logikbauelement weist weiter einen mit einem ersten Eingang verbundenen Eingangsstift, einen mit einem Ausgang des Multiplexerschaltungskomplexes verbundenen zweiten Eingang und eine Auswahlschaltung mit einem Ausgang auf. Der Ausgang der Auswahlschaltung ist mit dem Zeilen-Treiberpuffer verbunden. Die Auswahleinrichtung weist ein Programm-Latch auf, um Programminformationen zu speichern, die bestimmt, welcher Auswahlschaltungseingang mit dem Auswahlschaltungsausgang verbunden ist, wobei der Eingangsstift weiter mit einem Pufferschaltungskomplex verbunden ist, wodurch die Auswahleinrichtung Daten von dem ersten oder dem zweiten Eingang mit dem Zeilentreiberpuffer gemäß der Programminformation verbindet, und wodurch die Programminformation bewirkt, dass die Auswahleinrichtung das Signal auf dem ersten Eingang ignoriert, wenn der Eingangsstift Steuersignale liefert.
• Gegenstand der US 4,721,868 ist ein Modell für eine programmierbare, Multifunktionseingangsschaltung für Chips von integrierten Schaltungen. In diesem Modell ist ein Eingangspin mit auswählbaren Logik Blöcken, die logischen Eingangsschaltungen entsprechen, vorgesehen. Jeder Block ist dafür geeignet an eine weitere Schaltungseinheit der integrierten Schaltung ein Eingangssignal zu liefern. Für den Anwender des Chips sind Maßnahmen vorgesehen, um den Eingangspin dahingehend zu programmieren, dass einer der Logik Blöcke ausgewählt wird, wobei jeder Pin multifunktional ist.
• In Köhn, Schultes, "8051-Prozessoren, Einführung – Applikationen – Programmierung", München 1988, Seite 38 bis 45 sind verschiedene multifunktionale Ports, die jeweils über eine quasi-bidirektionale Ein/Ausgabeleitung verfügen beschrieben. Die Funktionalität der multifunktionalen Ports kann vom Kunden nach eigenen Wünschen festgelegt werden, d.h. der Kunde bestimmt, ob der Fort zur Signaleingabe oder zur Signalausgabe dienen soll. Dabei muss der Kunde darauf achten, dass er Schaltungen an den multifunktionalen Port anschließt, die mit der quasi-bidirektionalen Ein-/Ausgabeleitung hinsichtlich ihrer technischen Charakteristika kompatibel sind. Die genannten technischen Charakteristika der an den multifunktionalen Port anzuschließenden Schaltungen erstrecken sich auf den elektrischen Spannungspegel, die Treiberleistung oder auf die Protokollfunktion.
• Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schnittstelle für elektronische Geräte zu schaffen, bei der die Anzahl der erforderlichen Anschlußstellen minimiert ist bzw. bei der mit einer vorgegebenen Anzahl von Anschlußstellen ein Maximum an Gerätefunktionseinheiten betreibbar ist.
• Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Schnittstelle laut Oberbegriff des Hauptanspruches durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
• Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, daß die Anzahl von Steckeranschlußstiften stark reduziert werden kann, wenn alle Anschlußstifte oder zumindest einige dieser Anschlußstifte mehrfach für verschiedene Gerätefunktionseinheiten benutzt werden können, da bei solchen Geräten ja meist nicht alle Anschlußstifte gleichzeitig benutzt werden müssen. Gemäß der Erfindung sind daher mindestens einem Anschlußstift einer Geräteschnittstelle jeweils mehrere Gerätefunktionseinheiten zugeordnet und es ist dann nur noch erforderlich, über die Steuerschaltung dafür zu sorgen, daß immer nur eine der Gerätefunktionseinheiten an diesen multifunktionalen Anschlußstift angeschlossen ist. Auf diese Weise kann die Anzahl der erforderlichen Anschlußstifte einer Geräteschnittstelle erheblich reduziert werden bzw. es kann ein Mehrfaches an Funktionseinheiten angeschlossen werden. Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht es, daß nicht nur die Art der jeweiligen Funktionseinheiten, beispielsweise die Treiberart, für einen Anschlußstift beliebig gewählt werden kann, sondern daß auch die Gerätefunktionseinheiten zwischen verschiedenen Anschlußstiften einer Schnittstelle vertauscht werden können. Die Anschlußstifte können dabei nicht nur als Ausgangsanschlüsse, sondern in gleicher Weise auch als Eingangsanschlüsse benutzt werden, auch hier ist der Benutzer völlig frei in der Abänderung der Funktion der verschiedenen Anschlußstifte.
• Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
• Die Figur zeigt das Prinzipschaltbild der Steuereinheit eines elektronischen Geräte, beispielsweise der Kommunikationstechnik, bestehend aus einer Steuerschaltung S, die beispielsweise als sogenannter FPGA-Baustein ausgebildet ist und es ermöglicht, über von außen eingegebene Steuerbefehle S1, S2 bzw. S3 bestimmte Gerätefunktionseinheiten im Gerät zu aktivieren und diese Aktivierung gleichzeitig auch an den Anschlußstiften P einer Geräteschnittstelle als Ausgangssignale zur Steuerung anderer Geräte auszugeben. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind nur drei Steuersignale dargestellt und auch nur drei Anschlußstifte P1, P2 und P3, in der Praxis besteht eine Schnittstelle aus einer Vielzahl solcher Anschlußstifte.
• Jedem einzelnen Anschlußstift P ist nicht wie bisher nur eine einzige Gerätefunktionseinheit zugeordnet, sondern es sind jedem Anschlußstift jeweils mehrere unterschiedliche Gerätefunktionseinheiten zugeordnet. Dem Anschlußstift P1 ist beispielsweise eine nach der HCMOS-Norm arbeitenden Gerätefunktionseinheit A1 zugeordnet, außerdem eine nach der RS232-Norm arbeitenden Gerätefunktionseinheit B1 und ein Operationsverstärker C1 als eine dritte Gerätefunktionseinheit. Diese drei unterschiedlichen Gerätefunktionseinheiten A1, B1 und C1 können über die Steuerschaltung S jeweils einzeln und getrennt an den Anschlußstift P1 angeschaltet werden. Dazu ist in jeder schematisch angedeuteten Gerätefunktionseinheit A1, B1, C1 ein entsprechender Schalter vorgesehen, der über die Steuerschaltung S betätigbar ist und zwar so, daß immer nur ein Schalter der drei möglichen Funktionseinheiten geschlossen ist, also immer nur eine der Gerätefunktionseinheiten an den Anschlußstift P1 angeschaltet ist.
• In ähnlicher Weise sind dem Anschlußstift P2 drei unterschiedliche Gerätefunktionseinheiten A2, B2 und C2 zugeordnet, wobei die Gerätefunktionseinheit A2 wieder als HCMOS-Treiber B2 als RS232-Treiber und C2 als analoger Operationsverstärker ausgebildet ist. Die Gerätefunktionseinheiten A2, B2 und C2 können natürlich auch völlig andere Gerätefunktionen haben. Die doppelte Ausführung von drei gleichen Gerätefunktionseinheiten an unterschiedlichen Anschlußstiften P1 und P2 schafft die Möglichkeit, daß gleichzeitig über die Gerätefunktionseinheit A1 ein HCMOS-Treiber an der Schnittstelle wirksam ist und beispielsweise am Anschlußstift P2 ein Operationsverstärker als Gerätefunktionseinheit C2.
• An dem nächsten Stift P3 können beispielsweise vier unterschiedliche Funktionseinheiten D, E, F, G angeschlossen sein, die wiederum über zugeordnete Schalter gesteuert durch die Steuerschaltung S jeweils einzeln aktivierbar sind und bei denen es sich um die verschiedenartigsten Gerätefunktionseinheiten handeln kann.
• Wenn es sich bei den angeschlossenen Funktionseinheiten beispielsweise um Treiberschaltungen handelt, die durch einen Steuerbefehl am Ausgang in einen hochohmigen Zustand versetzt werden, wie dies beispielsweise bei HCMOS-Treibern der Fall ist, so kann hier ein zusätzlicher Steuerschalter entfallen.
• Gemäß der Erfindung können also analoge oder digitale Signale mit völlig verschiedenen Eigenschaften wie Spannungspegel oder Treiberleistung an einem gemeinsamen Anschlußstift erzeugt werden und zwar entweder als Ausgangs- oder Eingangsgrößen. Es können somit Geräte gebaut werden, die an ihrer Schnittstelle 100% mit anderen Geräten kompatibel sind, da die anzuschließenden Funktionseinheiten um ein Vielfaches erhöht werden können. Bei Verwendung einer entsprechend programmierbaren Steuereinrichtung, beispielsweise eines FPGA-Bausteins, kann durch einfache Änderung der Firmware die Konfiguration der Anschlußstifte vertauscht werden, ohne daß eine entsprechende Änderung der Hardware-Schaltung erforderlich ist.
• Gemäß der Erfindung können Geräteschnittstellen auch umkonfiguriert werden. Angenommen, die Gerätefunktionseinheiten A1 und A2 sind wieder HCMOS-Schaltkreise und die Gerätefunktionseinheiten B1 und B2 sind RS232-Pegel und die Gerätefunktionseinheiten C1 und C2 sind wieder für analoge Signale ausgelegt. Jeder Schaltkreis ist außerdem wahlweise als Eingang oder Ausgang benutzbar und über die Steuerlogik S entsprechend einstellbar. Diese Einstellung kann von einer Steuereinheit im Gerät dynamisch vorgenommen werden oder die Steuerlogik S ist für jeden Gerätetyp entsprechend fest konfiguriert. Ferner sei angenommen, daß interne Schnittstellen Datenschnittstellen sind, über welche z.B. Nutzdaten zwischen einem Rechner im Gerät und externen Datengeräten ausgetauscht werden. Es gibt nun eine Vielzahl von Datenschnittstellen, die sich hinsichtlich ihres elektrischen Pegels und auch im Protokoll unterscheiden. Über eine geeignete Einstellung der Steuerlogik S kann nun ein dem externen Gerät entsprechender elektrischer Pegel ausgewählt werden, in dem der richtige Treiber eingeschaltet wird. Innerhalb der Steuerlogik S kann außerdem eine Zuordnung zwischen der internen Schnittstelle und dem externen Gerät vorgenommen werden, so daß das Gerät 1 am Stift P1 mit einer ersten internen Schnittstelle und das Gerät 2 am Stift P2 mit eine zweiten internen Schnittstelle verbunden ist. Die beiden internen Schnittstellen können auch vertauscht sein. Die Aufgabe der Steuerlogik S ist also nicht nur die Steuerung der externen Treiber, sondern sie vermittelt auch die Signale zwischen internen und externen Geräten. In gleicher Weise kann mit komplett anderen Schnittstellen gearbeitet werden. Sind Treiber entsprechenden Pegels vorhanden, dann wird zum einen ein entsprechender Treiber für die Aufgabe eingeschaltet und zum anderen eine Vermittlung auf interne Schnittstellen vorgenommen.

Claims (4)

1. Schnittstelle für elektronische Geräte mit mehreren Ein- und Ausgangsanschlüssen (P), über die jeweils unterschiedliche Gerätefunktionseinheiten (A1, B1, C1; A2, B2, C2; D, E, F, G) anschließbar sind, wobei mindestens einem Anschluß (P1, P2, P3) jeweils mehrere Gerätefunktionseinheiten (A1, B1, C1; A2, B2, C2; D, E, F, G) zugeordnet sind, die über eine Steuerschaltung (S) so gesteuert sind, daß immer nur unterschiedliche Gerätefunktionseinheiten (A1, B1, C1; A2, B2, C2; D, E, F, G) über die Steuerschaltung (S) jeweils einzeln und getrennt an den Anschluß (P1, P2, P3) mit einem von der Steuerschaltung (S) betätigbaren Schalter angeschaltet werden, wobei die unterschiedlichen Gerätefunktionseinheiten (A1, B1, C1; A2, B2, C2; D, E, F, G) sich bezüglich eines elektrischen Pegels und/oder einer Protokollfunktion und/oder einer Treiberleistung unterscheiden.
2. Schnittstelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gerätefunktionseinheiten über unterschiedliche Treiberschaltungen, die jeweils über die Steuerschaltung (S) aktivierbar sind, an den gemeinsamen Anschluß (P1, P2) anschließbar sind.
3. Schnittstelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (S) entsprechend unterschiedlicher Anwendungsfälle programmierbar ist.
4. Schnittstelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die über die multifunktionalen Treiberschaltungen adaptierten Schnittstellen über die Steuerschaltung (S) intern weitervermittelbar sind.