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Einrichtung zur Ubertragung von Daten
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Übertragung von
Daten zwischen einer Mehrzahl von über ein lineares Bussystem betriebenen dezentralen
Prozessoren.
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Ein derartiges Multi-Mikroprozessor- oder Multi-Mikrocomputersystem
ist beispielsweise aus Elektronik 1979, Heft 11, Seiten 28 bis 30, bekannt. Dort
sind eine Vielzahl von Rechnern, Mikrocomputern oder anderen Modulen, im folgenden
einheitlich als Prozessoren bezeichnet, über zugehörige Ein/Ausgabe-Schnittstellen
an ein Bussystem angeschlossen, über das die zwischen ihnen zu übertragenden Daten
ausgetauscht werden.
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Das für die Übertragung von Daten zwischen den einzelnen Prozessoren
vorgesehene Bussystem besteht meist aus mehreren voneinander isolierten Leitungen,
über die die Daten byteweise seriell übertragen werden. Es ist aber auch bekannt,
die Daten bitseriell über nur eine einzige Leitung zu übertragen. Hierfür bieten
sich Lichtwellenleiter an, weil bei ihnen die Ubertragungsrate sehr viel höher liegt
als bei metallischen Leitern und weil sie weniger störanfällig sind.
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Für die verschiedenen Anwendungsfälle gibt es verschieden organisierte
Busstrukturen. So unterscheidet man z. B.
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voll- oder teilvermaschte Netze, in denen jeder Prozessor mit allen
übrigen oder wenigstens mit einigen der übrigen Prozessoren direkt verbunden ist,
ferner baum- oder sternförmige Verbindungen, bei denen die Prozessoren hierarchisch
gegliedert sind, d. h. jeder Prozessor hat Zugriff zu einigen oder auch allen der
in der nächstniedrigeren
Hierarchieebene angesiedelten Prozessoren
sowie zu- einem Prozessor der nächsthöheren Hierarchieebene, sowie ringförmige und
lineare Bus systeme. Beim linearen und beim Ringbussystem kann jeder Prozessor mit
jedem anderen direkt kommunizieren. Der Vorteil eines gemeinsamen Buses gegenüber
einem ganz oder teilweise vermaschten Netz-besteht darin, daß das aus mehreren Prozessoren
bestehende System jederzeit ohne Mühe erweitert und vervollkommnet werden kann.
Auch von der Kostenseite her spricht vieles für die Anwendung eines gemeinsamen
Buses insbesondere beim Betrieb eines aus geographisch verteilt angeordneten Prozessoren
aufgebauten Anlagenkomplexes.
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Bei Anlagen, die hinsichtlich Sicherheit und Zuverlässigkeit des Betriebes
gesteigerten Anforderungen genügen müssen, kommt bislang als einzig mögliches gemeinsames
Bussystem ein ringförmiges System in Frage, weil nur dieses für den Fall einer Leitungsunterbrechung
die Möglichkeit bietet, durch Umkehr der Ubertragungsrichtung den Datenverkehr fortzuführen.
Die Gestehungskosten für ein Ringbussystem sind aber auf jeden Fall höher als die
für ein lineares Bus system, insbesondere wenn die Forderung besteht, daß der hin-
und zurücklaufende Teil des Ringbuses voneinander getrennt zu verlegen ist.Diese
Forderung wird häufig gestellt, damit im Störungsfall, d. h. bei Unterbrechung des
Buses, von dieser Unterbrechung nur ein Teil des Ringbuses, nicht aber beide Teile
gleichzeitig betroffen sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein über ein lineares Bussystem betriebenes
Multiprozessorsystem so auszubilden, daß es den erhöhten Zuverlässigkeitsanforderungen
eines Ringbussystemes gerecht wird.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale
des Patentanspruches 1. Die erfindungsgemäße Ein-
richtung ist insbesondere
für den Betrieb bereits installierter Anlagen mit Vorteil anzuwenden, in denen bisher
eine herkömmliche, ggfs. überalterte Technik zur Anwendung kommt, die durch neuere
Technik ersetzt werden soll; selbstverständlich ist die Erfindung aber auch mit
Vorteil bei völlig neu konzipierten Anlagen anwendbar.
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Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Einrichtung
sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Dort sind im wesentlichen diejenigen Merkmale offenbart, die in Anwendung
der erfindungsgemäßen Merkmale des Anspruches 1 eine Betriebsfortführung für den
Störungsfall, d. h. bei aufgetrenntem Bus zulassen.
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Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles näher erläutert.
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Dieses Ausführungsbeispiel bezieht sich auf die Anwendung der Erfindung
bei einer Einrichtung zur Steuerung des Eisenbahnbetriebes.
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Die Zeichnung zeigt schematisch eine Eisenbahnstrecke S mit mehreren
entlang der Strecke angeordneten Prozessoren P1 bis P5. Diese Prozessoren sind einzelnen
oder auch mehreren Gleiselementen wie z. B. Weichen, Signalen, Bahnübergängen, Blockstellen
oder auch nur Gleisfreimeldeeinrichtungen zugeordnet; die Prozessoren können auchanstelle
von fernsteuerbaren Betriebs stellen oder Unterstellwer--ken stehen. Die einzelnen
Prozessoren sind über zugehörige Koppelstellen K an einen Lichtwellenleiter LWL
angeschlossen. Über diesen Lichtwellenleiter sind sie untereinander sowie mit einem
zentralen Prozessor ZP verbunden.
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Abhängig von der ihnen jeweils zugewiesenen Funktion haben die Prozessoren
die Aufgabe, ganz bestimmte Daten vom Lichtwellenleiter abzugreifen und hieraus
Steuersignale für die zugeordneten Prozeßelemente abzuleiten, oder aber
von
diesen Prozeßelementen Meldesignale aufzunehmen und diese in eine für die Ubertragung
Uber den Lichtwellenleiter geeignete Form zu bringen. Hierzu kann, muß jedoch nicht
in den einzelnen Prozessoren eine Datenverarbeitung stattfinden. Im vorliegenden
Ausführungsbeispiel ist davon ausgegangen, daß die für die Prozeßsteuerung erforderliche
Datenverarbeitung wenigstens überwiegend in dem zentralen Prozessor ZP stattfindet,
und daß die übrigen dezentral angeordneten Prozessoren P1 bis P5 von diesem zentralen
Prozessor über den Lichtwellenleiter LWL mit Daten und Kommandos versorgt werden
und selbst Meldungen und Daten an den zentralen Prozessor und ggfs. einen oder mehrere
der dezentralen Prozessoren abgeben.
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Die zum Betrieb der räumlich verteilten Prozessoren verwendete Bus
struktur ist linear. Eine solche lineare Busstruktur konnte wegen der bereits geschilderten
Zusammenhänge bislang grundsätzlich nicht für den Betrieb von Anlagen verwendet
werden, die besonders zuverlässig arbeiten sollten. Stattdessen mußte für den Betrieb
derartiger Anlagen bisher eine ringförmige Bus struktur gewählt werden. Die hohen
Kosten für die Installation eines Ringbussystemes haben aber bisher vielfach verhindert,
daß neue Techniken überhaupt zur Anwendung kommen konnten. Insbesondere die Anwendung
dieser neueren Techniken bei bereits bestehenden, mindestens zum Teil veralteten
Anlagen schafft aber erst die Möglichkeit einer wirtschaftlichen Betriebsführung
dieser Anlagen.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß bei allen bereits konzipierten
Anlagen für die Steuerung der einzelnen Anlagenkomponenten eine Vielzahl von Steuerleitungen
zwischen den einzelnen Anlagenkomponenten verlegt ist, und aufbauend auf dieser
Erkenntnis schlägt die Erfindung vor, diese vorhandenen Steuerleitungen in das Bussystem
einzubeziehen.
Wo diese Steuerleitungen nicht vorhanden sind, beispielsweise bei neu zu konzipierenden
Anlagen, müssen sie entweder neu installiert werden, oder aber es muß auf zu anderen
Zwecken vorhandene Leitungen zurückgegriffen werden. Die erfindungsgemäße Einbeziehung
dieser Steuerleitungen in das lineare Bussystem erfolgt über den zentralen Prozessor
ZP an dem einen und einen Umsetzer U an dem anderen Ende des linearen Buses. Über
diese Elemente werden die über die beiden Buskomponenten Lichtwellenleiter und Steuerleitungen
zu übertragenden Daten jeweils in die Form gebracht, die für die Übertragung erforderlich
ist.
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Die Erfindung sieht vor, daß die einzelnen Prozessoren üblicherweise
ausschließlich über den Lichtwellenleiter betrieben werden, weil die Übertragungsgeschwindigkeit
der Daten auf einem Lichtwellenleiter sehr viel höher ist als die Übertragungsgeschwindigkeit
über metallene Steuerleitungen, auch wenn diese mehradrig ausgebildet sind und die
Daten byteweise übertragen werden können. Nur dann, wenn der Lichtwellenleiter unterbrochen
ist, soll der aus den Steuerleitungen gebildete Redundanzbus wirksam werden und
die Kommunikation zwischen den Prozessoren aufrechterhalten. Für das Wirksamschalten
des Redundanzbuses ist der Umsetzer U durch entsprechende Steuersignale der ihm
benachbarten Prozessoren oder des zentralen Prozessors ZP zu aktivieren; die Verbindung
zwischen dem Redundanzbus und dem üblicherweise in die Datenübertragung eingebundenen
Lichtwellenleiter-Bus erfolgt also erst nach dem Auftreten und Erkennen einer Störung.
Im Störungsfall kommunizieren die an das jeweils gleiche Lichtwellenleiterteil angeschlossenen
Prozessoren direkt miteinander. Nur die Kommunikation zwischen den an unterschiedliche
Lichtwellenleiterteile angeschlossenen Prozessoren erfolgt über die Steuerleitungen
sowie den Umsetzer und den zentralen Prozessor.
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In Anlagen, bei denen die Datenverarbeitung nicht zentral sondern
dezentral in den einzelnen Prozessoren stattfindet,'ist anstelle des zentralen Prozessors
ein weiterer Umsetzer vorzusehen, der im Störungsfall die Steuerleitungen an das
vordere Teilstück des Lichtwellenleiters ankoppelt. Dieser Umsetzer kann vorteilhaft
Bestandteil eines zentralen Steuerbausteines sein, über den Betriebsanweisungen,
z. B. Stellaufträge, an das Multiprozessorsystern gegeben werden.
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Die vorliegende Erfindung zeigt einen Weg, wie durch sinnvolle Verquickung
neuester Technik mit bereits vorhandener Technik die bei Anwendung dieser neuesten
Technik üblicherweise auftretenden erheblichen Investitionskosten auf ein erträgliches
Maß gesenkt werden können und trägt damit zur Anwendung und Fortentwicklung des
technischen Fortschrittes bei.
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Die Erfindung ist selbstverständlich mit Vorteil auch bei allen völlig
neu zu konzipierenden Anlagen anwendbar. Für den Redundanzbus müssen dabei entweder
Signalleitungen neu verlegt werden, oder es wird hierfür auf zu anderen Zwecken
vorhandene Leitungen, z. B. Fernmeldeleitungen, zurückgegriffen. Für das Ein- und
Auskoppeln von Daten in und aus solchen Leitungen sind geeignete Koppelbausteine
zu verwenden.
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Durch die Bereitstellung eines Redundanzbuses, der im Störungsfall
wirksam werden kann, ist ein außerordentlich zuverlässiger Anlagenbetrieb möglich.
Für den Redundanzbus kann ein gegenüber dem normalerweise aktivierten Bus mindestens
hinsichtlich der Übertragungsgeschwindigkeit niederwertigerer Bus zur Anwendung
kommen; dies wirkt sich günstig auf die Erstellungskosten eines Multiprozessor-
systemes
aus, insbesondere bei räumlich weit voneinander entfernten Prozessoren.
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Um die Zuverlässigkeit des Systemes weiter anzuheben, kann es vorteilhaft
sein, mindestens für den zentralen Prozessor und/oder den bzw. die Umsetzer einen
Reserveprozessor bzw. Reserveumsetzer vorzusehen.
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5 Patentansprüche 1 Figur
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