DE3601243A1

DE3601243A1 - Lokales netzwerk fuer einchip-rechner

Info

Publication number: DE3601243A1
Application number: DE19863601243
Authority: DE
Inventors: Gottlieb Dipl Ing Schwarz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1986-01-17
Filing date: 1986-01-17
Publication date: 1987-07-23
Also published as: DE3601243C2

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem lokalen Netzwerk nach der Gattung des Anspruchs 1 aus.

Es ist ein lokales Netzwerk für Einchip-Rechner bekannt (DE-OS 33 13 240), deren serielle Sender und serielle Empfänger über einen Leitungstreiber mit einem gemeinsamen lokalen Netzwerk verbunden sind. Der Leitungstreiber ist ein Tristate-Leitungstreiber, der nur solange aktiv ist und das lokale Netz werk speist, wie der Sender sendet. Danach wird das lokale Netzwerk automa tisch wieder freigeschaltet. Die Sendungen erfolgen in Form von Datentele grammen, die von den Empfängern aller an das lokale Netzwerk angeschlossenen Einchip-Rechner empfangen werden. Jedes Datentelegramm enthält unter anderem eine Zieladresse, die nur derjenige Empfänger erkennt, für den das Datentele gramm bestimmt ist. Die Empfänger aller Datensende- und -empfangsstationen verfolgen laufend die Speisung des lokalen Netzwerkes durch ihre vorgeschal teten Leitungstreiber. Stellen die Empfänger fest, daß der Datenbus gerade frei ist, so besteht die Gefahr, daß die Sender mehrerer Datensende- und -empfangsstationen gleichzeitig zu senden beginnen, so daß es in dem lokalen Netzwerk zu einer Kollision kommt. Um dies zu verhindern, ist jeder Daten sende- und -empfangsstation ein Kollisionsdetektor zugeordnet. Dieser mißt den Sendestrom des Tristate-Leitungstreibers und unterbricht den Datenfluß zu den Empfängern, wenn ein anderer Sender bereits Daten sendet und es dadurch zu einer Erhöhung des Sendestroms kommt.

Das bekannte lokale Netzwerk hat den Nachteil, daß es technisch aufwendig ist, weil es mehrere elektrische Bauelemente und Baueinheiten für die Überwachung des lokalen Netzwerkes benötigt und zur Kollisionserkennung die gesendeten Daten im seriellen Empfänger mitlesen und vergleichen muß, was zu einer Zeit verzögerung führt. Auch ist bei diesem Verfahren der Kollisionserkennung immer ein serieller Empfänger notwendig.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße lokale Netzwerk mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß die Kollisionserkennung in dem lokalen Netz werk mit geringstmöglichem Aufwand und während der Zeit eines Bitintervalls vonstatten geht, wobei auf einen seriellen Empfänger, der bei dem bekannten lokalen Netzwerk erforderlich ist, verzichtet werden kann. Mit dem erfin dungsgemäßen lokalen Netzwerk können beispielsweise Kollisionen von 1/8 Bit bei einer Übertragungsgeschwindigkeit von 76 800 Bit pro Sekunde sicher er kannt werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen lokalen Netzwerkes möglich. Besonders vorteilhaft ist ein erfindungsgemäßes lokales Netzwerk, bei dem nach einer durch mehrere Datensende- und -empfangs stationen hervorgerufenen Kollision die Datensende- und -empfangsstationen die eigene Sendung abbrechen und anschließend diejenige Datensende- und -empfangsstation, deren Sendepriorität den höchsten Rang hat, sendet. Damit wird eine erneute Kollison bei dem zweiten Sendevorgang durch Sendestationen geringerer Priorität verhindert.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung an Hand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen lokalen Netzwerkes,

Fig. 2 ein Datentelegramm für das erfindungsgemäße lokale Netz werk,

Fig. 3 den Aufbau eines Bytes eines Datentelegramms nach Fig. 2 und

Fig. 4 den Aufbau eines Zieladressen-Bytes des Datentelegramms.

Beschreibung der Erfindung

In Fig. 1 bezeichnet 10 ein lokales Netzwerk mit einem Datenbus 11, der an den Enden durch je einen dem Wellenwiderstand entsprechenden Abschlußwider stand 12, 13 abgeschlossen ist. An den Datenbus 11 sind über Leitungen 14, 15, 16 Datensende- und -empfangsstationen 17, 18, 19 parallel angeschlossen; vgl. die in Fig. 1 durch strichpunktierte Linien umrahmten Schaltungsteile. Der Aufbau einer Datensende- und -empfangsstation wird im folgenden an Hand der Datensende- und -empfangsstation 17 erläutert. Diese enthält im wesent lichen einen Einchip-Rechner 20 handelsüblicher Ausführung mit einem Adreß schalter 21, weiterhin einen Tristate-Leitungstreiber 22, einen Schwellwert schalter 23 (in Fig. 1 durch gestrichelte Linien umrahmter Schaltungsteil) und einen niederohmigen Widerstand 24, der in einer mit einem Schaltungs punkt 25 positiven Potentials verbundenen Stromversorgungsleitung 26 für den Tristate-Leitungstreiber 22 liegt.

Der Einchip-Rechner 20 enthält einen seriellen Datensender mit einem Daten ausgang 28 und einen seriellen Datenempfänger mit einem Dateneingang 29, einen Schaltspannungsausgang 30 für die Sender- und Empfängerfreigabe, einen ersten Steuereingang 31 und einen zweiten Steuereingang 32. Der Tristate-Leitungs treiber 22 ist ebenfalls ein handelsüblicher Halbleiterbaustein, der mit dem Datenausgang 28, dem Dateneingang 29 und dem Schaltspannungsausgang 30 des Einchip-Rechners 20 sowie mit dem Vorwiderstand 24 verbunden ist. Der Tristate-Leitungstreiber hat einen symmetrischen Ausgang 33, an den sich die Leitung 14 anschließt. Der Schwellwertschalter 23 weist einen Eingang 34 und einen Ausgang 40 auf, wobei der Eingang 34 mit dem dem Schaltungspunkt 25 abgewandten Anschluß des Vorwiderstandes 24 verbunden ist. Innerhalb des Schwellwertschalters steht der Eingang 34 über einen Querkondensator 35 mit Masse und einen Längskondensator 36 mit einem ersten Eingang 37 eines Kom parators 38 in Verbindung, dessen zweiter Eingang 39 auf dem Massepotential liegt und dessen Ausgang den Ausgang 40 des Schwellwertschalters bildet. Der erste Eingang 37 des Komparators ist außerdem über einen ersten Widerstand 41 mit Masse und einen zweiten Widerstand 42 mit einem Schaltungspunkt 43 festen, zum Beispiel positiven Potentials U verbunden. Der Ausgang 40 steht mit dem ersten Steuereingang 31 des Einchip-Rechners 20 in Verbindung.

Die vorstehend an Hand des Blockschaltbildes nach Fig. 1 beschriebene Datensende- und -empfangsstation 17 hat in Verbindung mit dem lokalen Netzwerk 10, zu dem außer den Datensende- und -empfangsstationen 18, 19 noch weitere Datensende- und -empfangsstationen gehören können, folgende Wirkungsweise.

Liegt die Datensende- und -empfangsstation 17 an der Versorgungsspannung U, so gibt der Einchip-Rechner 20 an seinem ersten Schaltspannungsausgang 30 eine Spannung ab, die den Tristate-Leitungstreiber 22 derart invers an steuert, daß der Empfang von Daten möglich ist, das Aussenden von Daten dagegen verhindert wird. Die Datensende- und -empfangsstation 17 prüft laufend, ob eine Sendekollision mit einer anderen, zu diesem Zeitpunkt gerade sendenden Datensende- und -empfangsstation vorliegt. Für den Fall, daß zum Beispiel die Datensende- und -empfangsstation 18 und die Daten sende- und -empfangsstation 17 gleichzeitig Daten in das lokale Netzwerk 10 senden, tritt eine Erhöhung des Versorgungsstromes in der Versorgungslei tung 26 und damit ein höherer Spannungsabfall an dem Vorwiderstand 24 auf. Der Spannungsabfall wird mittels des als Kollisionsdetektor wirkenden Schwellwertschalters 23 ausgewertet. Stellt der Komparator 38 des Schwell wertschalters fest, daß der Spannungsabfall einen durch das Widerstandsver hältnis der Widerstände 41, 42 vorgegebenen Schwellspannungswert erreicht oder überschreitet, so wechselt das Ausgangspotential an dem Ausgang 40 von einem ersten Wert auf einen zweiten Wert (= Kollisionssignal). Dadurch wird der Einchip-Rechner 20 veranlaßt, an seinem Schaltspannungsausgang 30 eine Schaltspannung abzugeben, die den Tristate-Leitungstreiber 22 für das Senden von Daten des Einchip-Rechners 20 sperrt.

Ist zum Beispiel im Einchip-Rechner 20 der Datensende- und -empfangsstation 17 ein Datentelegramm (Fig. 2) mit einer von dem Einchip-Rechner 20 gelie ferten Zieladresse und einer mittels des Adreßschalters 21 eingegebenen Quelladresse zur Sendung bereit, so ist der Tristate-Leitungstreiber 22 für das Datentelegramm gesperrt, solange der Einchip-Rechner 20 ebenso wie die Datensende- und -empfangsstation 18 empfängt.

Nach Fig. 2 umfaßt ein vollständiges Datentelegramm mehrere Bytes, vor denen das erste Byte die Zieladresse, das heißt die Rufnummer der gewünsch ten Datensende- und -empfangsstation, das zweite Byte die Quelladresse 21, das heißt die Rufnummer der eigenen Datensende- und -empfangsstation, sowie eine sich an das zweite Byte anschließende Reihe von Bytes für die einer zu übertragenden Information entsprechenden Daten und die beiden letzten Bytes Prüfwörter enthalten.

In Fig. 3 ist gezeigt, wie das der Zieladresse entsprechende erste Byte vorzugsweise aufgebaut ist. Danach ist dem ersten Byte ein Startbit voran gestellt, an das sich eine Folge von 8 Bit anschließt, die die gewünschte Zieladresse darstellen. Auf das letzte Bit folgt ein Stoppbit. Die nach folgende Quelladresse hat analog denselben Aufbau.

In Fig. 4 ist der Aufbau einer Zieladresse gezeigt, die sich von dem Aus führungsbeispiel nach Fig. 3 dadurch unterscheidet, daß das Bit 7 vorzugs weise ein Low-Signal ist, wenn die Zieladresse eine bestimmte Datensende- und -empfangsstation selektiv ansprechen soll. Das gleiche Bit ist vor zugsweise mit einem High-Signal belegt, wenn durch die Zieladresse eine vorgegebene Gruppe von Datensende- und -empfangsstationen gerufen werden soll. Dabei muß in jedem Einchip-Rechner 20 die betreffende Gruppenzuge hörigkeit gespeichert sein.

In dem Blockschaltbild nach Fig. 1 sind die Kondensatoren 35, 36 und die Widerstände 41, 42 des Schwellwertschalters 23 derart bemessen, daß der Schwellspannungswert nicht auf den Wechsel von High- und Low-Signalen beim Senden von Datentelegrammen anspricht.

Versuchen im übrigen mehrere Datensende- und -empfangsstationen nach dem Ende einer von diesen festgestellten Sendekollision gleichzeitig Daten erneut zu senden, so wird durch den Einchip-Rechner 20 eine Sendepriorität derart eingeführt, daß zum Beispiel diejenige Datensende- und -empfangs station mit der niedrigsten Quelladresse (= eigene Rufnummer) zuerst die Berechtigung zum Senden erhält. Die anderen Datensende- und -empfangs stationen können dann erst in der Reihenfolge ihrer Quelladressen mit der Datenübertragung beginnen, wenn die jeweils sendende Datensende- und -empfangsstation ihre Sendung beendet hat.

Nach einem alternativen Ausführungsbeispiel wird für die Datensende- und -empfangsstationen eine feste Priorität derart vorgesehen, daß sie nach einer Kollision erst mit einer für die betreffende Datensende- und -empfangsstation individuellen Zeitverzögerung das lokale Netzwerk 10 belegen können. Die verschiedenen Zeitverzögerungen sind in den Einchip- Rechnern abgelegt.

Als Leitungstreiber 22 eignet sich vorzugsweise eine integrierte Schaltung vom Typ DS 3695 (National Semiconductor) oder SN 75176 (Texas Instruments), als Einchip-Rechner 20 eine integrierte Schaltung vom Typ 6301 oder 6303 (Hitachi) oder 6801 (Motorola).

Bei dem lokalen Netzwerk 10 gemäß Fig. 1 kann in dem Einchip-Rechner 20 gegebenenfalls anstelle des seriellen Datensenders und Datenempfängers eine durch den Einchip-Rechner gesteuerte asynchrone Datenübertragungs schaltung treten. Ferner kann es von Vorteil sein, den Einchip-Rechner 20 durch Mikroprozessoren in Verbindung mit einer asynchronen Datenüber tragungsschaltung zu ersetzen.

In besonderen Fällen ist an das lokale Netzwerk 10 mindestens eine Datensendestation ohne seriellen Empfänger angeschlossen. Der Einchip- Rechner dieser Datensendestation weist zum Beispiel einen Zeitgeber oder Alarmgeber auf, dessen Signale in einem Datentelegramm übertragen werden. Auch in diesem Fall findet die Kollisionserkennung einwandfrei statt.

Claims

1. Lokales Netzwerk für Einchip-Rechner, von denen jeder einen seriel len Sender und einen seriellen Empfänger für eine digitale Datenüber tragung aufweist, wobei je ein Sender und je ein Empfänger über einen Tristate-Leitungstreiber mit einem allen Einchip-Rechnern gemeinsamen lokalen Netzwerk verbunden ist und zu jedem Einchip-Rechner ein Kolli sionsdetektor gehört, der bei einer Sendekollision ein Kollisions signal an den Einchip-Rechner liefert, welcher über den zugehörigen Tristate-Leitungstreiber die weitere Aussendung von Daten verhindert und das lokale Netzwerk freischaltet, dadurch gekennzeichnet, daß in der Stromversorgungsleitung (26) für den Tristate-Leitungstreiber (22) ein niederohmiger Widerstand (24) vorhanden ist, dessen Spannungsabfall von einem als Kollisionsdetektor wirkenden Schwellwertschalter (23) überwacht wird, der aus der bei Sendekollision auftretenden Erhöhung des Spannungsabfalls das Kollisionssignal bildet.

2. Lokales Netzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwertschalter einen Komparator (38) enthält, daß an einen ersten Eingang (37) des Komparators ein mit Masse verbundener erster Widerstand (41), ein mit einem festen Bezugspotential (U) verbundener zweiter Widerstand (42) und ein mit dem Eingang (34) des Schwellwert schalters (23) verbundener Längskondensator (36) angeschlossen ist, dessen dem Eingang (34) zugewandter Anschluß über einen Querkonden sator (35) mit Masse verbunden ist, daß ein zweiter Eingang (39) des Komparators auf dem Massepotential liegt und daß der Ausgang (40) des Komparators mit einem Steuereingang (31) des Einchip-Rechners (20) verbunden ist.

3. Lokales Netzwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach einer durch mehrere Datensende- und -empfangsstationen (17, 19) hervorgerufenen Kollision die Datensende- und -empfangs stationen die eigene Sendung abbrechen und daß anschließend die jenige Datensende- und -empfangsstation, deren Sendepriorität den höchsten Rang hat, sendet.

4. Lokales Netzwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendepriorität der Datensende- und -empfangsstationen (17, 18, 19), durch eine zeitlich gestaffelte, für jede Datensende- und -empfangsstation individuelle Zeitverzögerung bestimmt ist.

5. Lokales Netzwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendepriorität der Datensende- und -empfangsstationen (17, 18, 19), durch die Reihenfolge ihrer Quelladressen bestimmt ist.

6. Lokales Netzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die über das lokale Netzwerk (10) zu über tragenden Datentelegramme mit einem Byte für die Zieladresse beginnen und daß das erste Bit der Zieladresse bei einer selek tiven Zieladresse mit einem ersten logischen Wert und bei einer Gruppenzieladresse mit einem zweiten logischen Wert belegt ist (Fig. 4).

7. Lokales Netzwerk nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, gekennzeichnet durch die Anwendung der Kollisionserkennung bei Einchip-Rechnern, die nur einen Sender aufweisen.