DE3313240C2

DE3313240C2 - Lokales Netzwerk für Einchip-Rechner

Info

Publication number: DE3313240C2
Application number: DE3313240A
Authority: DE
Inventors: Siegfried 7562 Gernsbach Schwarz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-04-13
Filing date: 1983-04-13
Publication date: 1987-04-09
Also published as: DE3313240A1

Abstract

Einchip-Rechner enthalten wie lokale Netzwerk-Kontroller einen seriellen Sender und Empfänger. Durch die externe Beschaltung des Einchip-Rechners ist es möglich, die Funktionen des Einchip-Rechners und die eines lokalen Netzwerk-Kontrollers zu vereinen, ohne einen zusätzlichen lokalen Netzwerk-Kontroller zu verwenden. Damit können Einchip-Rechner ohne großen Aufwand gekoppelt werden und im Verbund arbeiten. In der externen Beschaltung ist dem seriellen Sender des Einchip-Rechners ein Tristate-Leitungstreiber nachgeschaltet, der nur solange aktiv ist und die lokale Leitung speist, wie der serielle Sender Daten sendet. Danach wird die Leitung automatisch freigeschaltet. Der serielle Empfänger verfolgt die Speisung der Leitung durch den Tristate-Leitungstreiber und bestätigt dem Einchip-Rechner die Datenübertragung. Senden mehrere serielle Sender über ihre Tristate-Leitungstreiber auf die gemeinsame Leitung, so kommt es zu einer Sende-Kollission. Der Kollissions-Detektor mißt den Sendestrom des Tristate-Leitungstreibers und unterbricht den Datenfluß zum seriellen Empfänger bei Sende-Kollission, Sendestromerhöhung, wodurch dem Einchip-Rechner durch die unterbliebene Sende-Bestätigung die Sende-Kollission mitgeteilt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein lokales Netzwerk gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus "Elektronics, 3. November 1982, Seiten 119 bis 122 ist ein derartiges lokales Netzwerk bekannt, bei dem jedoch für jeden Einchip-Rechner ein lokaler Netzwerk- Kontroller bestehend aus einem eigenen Mikrocomputer verwendet wird.
In dem Aufsatz von R. Sommer "Cobus, A Firmware Controlled Data Transmission System" aus "Second Symposium on Micro Architecture", Euromicro, 1976, North-Holland Publishing Company, Seite 299 bis 304 ist ein lokales Netzwerk bekannt, bei dem ebenfalls eigene lokale Netzwerk-Kontroller verwendet werden. Zur Synchronisierung ist eine nachtriggerbare monostabile Kippstufe vorgesehen, die jeweils für ein Wort bestehend aus ein Start-Bit und eine Gruppe von Daten-Bits erregt wird.
Die GB-OS 21 06 358 befaßt sich mit der Feststellung der Sendekollision von zwei oder mehreren Sendern auf einer Übertragungsleitung. Hierbei wird mit dem Beginn einer Sendung ein Konstantstrom an die Übertragungsleitung angelegt. Eine weitere sendende Station stellt eine Gleichspannungswertänderung fest und deutet diese als Sendekollision.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein lokales Netzwerk mit Einchip-Rechnern ohne Verwendung von lokalen Netzwerk-Kontrollern anzugeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein lokales Netzwerk mit den Merkmalen des Kennzeichens des Patentanspruchs 1.
Bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen lokalen Netzwerks sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß Einchip-Rechner einen seriellen Sender und Empfänger aufweisen, die im Gegensatz zu denjenigen der lokalen Netzwerk-Kontroller durch Software Befehle steuerbar sind, so daß eine Vielzahl von frei wählbaren Befehlen möglich ist. Durch die Verwendung der erfindungsgemäß ausgestalteten Schaltung zur Leitungsanpassung werden die zusätzlichen lokalen Netzwerk-Kontroller entbehrlich.
Kurz gesagt, ist bei dem erfindungsgemäßen lokalen Netzwerk dem seriellen Sender des Einchip-Rechners ein sendstrombegrenzter Eindraht- oder Zweidraht-Tristate Leitungstreiber nachgeschaltet, der jeweils für ein Datenwort, bestehend aus Start-Bit, acht Daten-Bits, Adreßmarkierungs-Bit und Stopp-Bit, über die nachtriggerbare, monostabile Kippstufe mit der negativen Flanke des Start-Bits aktiviert wird, und nach dem Stopp-Bit in den Tristate-Zustand übergeht, sofern nicht unmittelbar ein weiteres Start-Bit folgt, wodurch die Leitung(en) ohne weitere Unterstützung des Einchip-Rechners automatisch nach der Datenübertragung freigeschaltet werden und der serielle Empfänger des Einchip-Rechners über den Empfänger-Verstärker und das ODER-Gatter bestätigt, daß jedes gesendete Wort in die Leitung(en) gespeist wurde, sofern keine Sende-Kollision von zwei oder mehr Einchip-Rechnern im lokalen Netzwerk vorliegt, wobei die Kollisions-Detektoren mindestens eines der Datenworte der Empfangs-Verstärker zu den seriellen Empfängern mit den ODER-Gattern unterdrücken, wodurch die Daten-Wort- Bestätigung ausbleibt und die Einchip-Rechner die Sende-Kollision erkennen und der Kollisions-Detektor bei Sende-Kollision die Zunahme des Sendestromes des Tristate-Leitungsteibers, auswertet, die durch die Parallelschaltung des Abschluß-Leitungswiderstands mit dem Widerstand des (der) kollidierenden Sender(s) entsteht.
Eine Sende-Kollision im lokalen Netzwerk wird dem Einchip-Rechner mit einem Kollisions-Detektor gemeldet, indem der Sendestrom des Tristate-Leitungstreibers an einem Widerstand gemessen und mit der Schwellenspannung des Komparators verglichen wird und bei Sende-Kollision die Schwellenspannung des Komparators überschritten wird, wodurch die nachtriggerbare, monostabile Kippstufe vom Komparator getriggert und mindestens ein Datenwort des seriellen Daten-Telegramms mit dem ODER-Gatter zum seriellen Empfänger unterdrückt wird.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß Einchip-Rechner über Distanz ohne großen Hardware-Aufwand gekoppelt werden und im Verbund arbeiten können.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Das lokale Netzwerk besteht aus dem Einchip-Rechner 1, der einen seriellen Sender 2 und einen seriellen Empfänger 3 enthält. Dem seriellen Sender 2 ist ein Tristate-Leitungstreiber 5 nachgeschaltet, der über Widerstände 8 die Leitung(en) 4 speist. Die Freigabe des Tristate-Leitungstreibers 5 erfolgt durch die nachtriggerbare, monostabile Kippstufe 6.
Die Datenübertragung ist mit einem Koaxial-Kabel oder mit zwei verdrillten, abgeschirmten Leitungen möglich. Bei der Verwendung von zwei verdrillten, abgeschirmten Leitungen sind die gestrichelten Linien in der Figur zu berücksichtigen.
Der serielle Empfänger 3 erhält seine Daten, die zunächst vom Empfänger-Verstärker 11 verstärkt werden und dann dem seriellen Empfänger 3 über das ODER-Gatter 12 zugeführt werden, sofern keine Sende-Kollision vom Kollisions-Detektor 7 gemeldet wird.
Die Arbeitsweise des lokalen Netzwerkes für Einchiprechner 1 ist wie folgt: Bevor der serielle Sender 2 zu senden beginnt, prüft der Einchip-Rechner 1, ob am Empfänger 3 Daten eingehen oder die Leitung 4 frei ist. Ist die Leitung 4 frei, so erhält der serielle Sender 2 den Befehl, Daten über den Leitungstreiber 5 auszusenden. Die auszusendenden Daten werden über den Empfängerverstärker 11 und das ODER-Gatter 12 auch dem eigenen seriellen Empfänger 3 des Einchip-Rechners 1 zugeführt. Mit dem Empfang der selbst gesendeten Daten ist sichergestellt, daß die Datenübertragung vorgenommen wird. Beginnt nach Aufnahme der Sendetätigkeit des seriellen Senders 2 des Einchip-Rechners 1 ein weiterer Einchip-Rechner z. B. im lokalen Netzwerk 13 mit seiner Sendetätigkeit, so kommt es zu einer Sende-Kollision. Die Sende-Kollision wird den sendenden Einchip-Rechnern 1 über ihre Kollisions-Detektoren 7 gemeldet, da ihre seriellen Empfänger 3 die ausgesendeten Daten nicht mehr empfangen. Die tätigen seriellen Sender 2 stellen darauf ihre Sendetätigkeit ohne ordnungsgemäßen Abschluß des Daten-Telegramms ein. Die Einchip-Rechner 1, die über ihre Anpassungsschaltung (wie 16) z. B. am lokalen Netzwerk 14 hängen und die Daten nun empfangen, vermissen den ordnungsgemäßen Abschluß des Daten- Telegramms.
Die Kollisions-Detektoren 7 messen den Sendestrom des Tristate-Leitungstreibers 5 an einem Widerstand 8 mit einem Komparator 10. Solange keine Sende-Kollision vorliegt, erreicht der Sendestrom nicht die Schwellspannung des Komparators 10, weil der Leitungs- Abschlußwiderstand 15 hochohmiger ist als der Widerstand 8. Bei einer Sende-Kollision erhöhen sich die Sendeströme, weil dem hochohmigen Leitungs-Abschlußwiderstand 15 der niederohmige Widerstand 8 des Kollisions-Senders parallel geschaltet ist. Bei Sende-Kollision führt der Sendestrom zur Überschreitung der Schwellspannung des Komparators 10, wodurch die nachtriggerbare, monostabile Kippstufe 9 getriggert wird. Mit der Triggerung der monostabilen Kippstufe 9 bis zu deren Rückfallzeitpunkt werden über das ODER-Gatter 12 mindestens ein Datenwort, bestehend aus Start-Bit, neun Daten-Bits und Stopp-Bit vom seriellen Empfänger 3 ferngehalten und das Start-Bit unterdrückt. Die sendenden Einchip-Rechner 1 erkennen, daß eine Sende-Kollision vorliegt und beginnen mit der Datenübertragung z. B. von vorn. Um bei mehrfacher Sende-Kollision oder einem Leitungs- Kurzschluß eine Zerstörung des Tristate-Leitungstreibers 5 zu vermeiden, ist der Sendestrom des Tritstate- Leitungstreibers 5 strombegrenzt. Der Tristate- Leitungstreiber 5 wird von einer nachtriggerbaren, monostabilen Kippstufe 6 aktiviert. Bei einer asynchronen Datenübertragung des seriellen Senders 2 werden Daten und Takt am Anschluß 2 ausgegeben. Jedes Datenwort, bestehend aus 9 Daten-Bit, wird durch ein Start-Bit logisch 0 angeführt und durch ein Stopp-Bit logisch 1 beendet. Die nachtriggerbare, monostabile Kippstufe 6 wird mit den negativen Flanken des Start- Bits und der Daten-Bits getriggert. Die Rückfallzeit der monostabilen Kippstufe 6 ist etwas größer als die Zeitdauer zur Aussendung eines Datenwortes. Bei einer synchronen Datenübertragung des seriellen Senders 2 wird der Takt gesondert ausgegeben. Die Triggerung der nachtriggerbaren, monostabilen Kippstufe 6 erfolgt hierbei durch den gesondert ausgegebenen Takt des seriellen Senders 2. Die Rückfallzeit der monostabilen Kippstufe ist dabei etwas größer als die Zeitdauer der Aussendung eines Daten-Bits.
Empfängt der Einchip-Rechner 1 die Daten des Einchip- Rechners 1 über das lokale Netzwerk vom Sender 13, so ist der Tristate-Leitungstreiber 5 der Anpassungsschaltung 16 hochohmig und damit der Kollisions-Detektor 7 außer Funktion. Die Daten werden vom Empfänger- Verstärker 11 verstärkt und über das ODER-Gatter 12 dem seriellen Empfänger 3 des Einchip-Rechners 1 zugeführt.
Die Datenübertragung wird wie folgt vorgenommen:
Der serielle Sender 2 sendet zuerst

die Empfänger-Adresse mit 8 Bits,
und das Adreßmarkierungs-Bit logisch 1

3

1

Die folgenden Daten mit Adreßmarkierungs-Bit logisch 0 sind

die Sender-Adresse mit 8 Bits,
der Befehls-Typ mit 8 Bits,
die zugehörigen Adressen, Daten in Portionen von je 8 Bits,

der Prüfsumme mit 8, 16 oder 32 Bits,
und dem Stopp-Wort mit 8 Bits logisch 0.

Die Daten-Übertragung der Einchip-Rechner 1 mit lokalem Netzwerk und ihre Weiterverarbeitung erfolgt softwaregesteuert. Jeder Einchip-Rechner 1 enthält die erforderliche Software. Mit dem Befehls-Typ können bis zu 255 Befehle des Einchip-Rechners 1 aufgerufen werden.
Das lokale Netzwerk wird insbesondere zusammen mit den Einchip-Rechnern der 8051 Familie der Fa. INTEL verwendet.

Claims

1. Lokales Netzwerk bestehend aus mehreren Einchip- Rechnern, deren Busschnittstellen jeweils mindestens einen Senderausgang und einen Empfängereingang aufweisen und über eine Schaltung zur Leitungsanpassung mit einem mit dem Senderausgang verbundenen Leitungstreiber und einem mit dem Empfängereingang verbundenen Empfangsverstärker mit der bidirektionalen Busleitung zum seriellen, asynchronen Datenaustausch beginnend mit einem Start-Bit verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß zu jedem Start-Bit ein Stopp-Bit gehört, daß der Leitungstreiber ein sendestrombegrenzter Tristate- Leitungstreiber (5) ist, der vom Beginn jedes Start- Bits bis zum Ende des zugehörigen Stopp-Bit vermittels eines ersten Zeitgliedes (6) aktiviert ist, welches durch einen Sendeausgang (2) der Busschnittstelle des Einchip-Rechners (1) angesteuert ist, daß die Schaltung (16) zur Leitungsanpassung weiterhin einen Kollisions-Detektor (7) aufweist, der bei einer Kollision die Zunahme des Sendestromes des Tristate- Leitungstreibers (5) feststellt und mindestens während der Zeitdauer zwischen einem Start- und einem Stopp-Bit vermittels eines zweiten Zeitglieds (9) ein Meldesignal an einen Empfängereingang (z. B. 3) der Busschnittstelle anlegt und daß der Empfängerverstärker (11 ) beim Senden immer eingeschaltet ist.

2. Lokales Netzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als erstes Zeitglied (6) eine nachtriggerbare, monostabile Kippstufe eingesetzt wird, die mit dem Eingang des Tristate-Leitungstreibers (5) verbunden ist.

3. Lokales Netzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Zeitglied an einen Taktausgang der Bus-Schnittstelle angeschlossen ist und daß der Tristate-Leitungstreiber (5) so durch ein entsprechendes Taktsignal aktiviert und deaktiviert wird.

4. Lokales Netzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale des Kollisions-Detektors (7) und des Empfangsverstärkers (11) über ein ODER-Gatter (12) auf einen einzigen Empfängereingang (3) der Busschnittstelle des Einchip-Rechners (1) gelegt sind.

5. Lokales Netzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Kollisions-Detektors (7) und das Ausgangssignal des Empfangsverstärkers (11) an getrennte Empfängereingänge der Busschnittstelle des Einchip-Rechners (1) gelegt sind.

6. Lokales Netzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollisions-Detektor (7) das zweite Zeitglied (9) sowie einen Komparator (10) aufweist, der über einen nach dem Tristate-Leitungstreiber (5) angeordneten Widerstand (8) geschaltet ist und dessen Ausgang an den Eingang des zweiten Zeitgliedes (9) gelegt ist.

7. Lokales Netzwerk nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Zeitglieder Zähler eingesetzt sind.

8. Lokales Netzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als zweites Zeitglied (9) eine nachtriggerbare monostabile Kippstufe eingesetzt ist.

9. Lokales Netzwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (16) zur Leitungsanpassung einen Kodierer und einen entsprechenden Dekodierer aufweist.

10. Lokales Netzwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einchip-Rechner der 8051 Familie sind.