DE3643979A1 - Deterministisches zugriffsverfahren nach dem tokenprinzip fuer eine datenuebertragung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Zugriffs- und Übertragungs­ verfahren nach dem Tokenprinzip für eine Datenübertragung gemäß der Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Für Bussysteme im mittleren und unteren Leistungsbereich, die neben zentral ausgerichteten Datenübertragungen auch eine ausgeprägte Kommunikation zwischen mehreren Teilnehmern be­ wältigen müssen, werden häufig dezentralisierte, determi­ nistische Buszugriffsverfahren, wie das Tokenverfahren Token = Sendeberechtigung), mit entsprechenden Übertragungs­ protokollen benutzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zugriffsver­ fahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der ein vereinfachtes Übertragungsprotokoll, insbesondere bei Ein- Chip-Microcomputern, einsetzbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist ein Zugriffsverfahren der eingangs genannten Art die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 auf.

Um ein einfaches Tokenverfahren auf Ein-Chip-Mikrocomputer- Basis, beispielsweise auf dem Mikroprozessor 8052 der Firma Intel, zu realisieren, müssen gegenüber dem standardi­ sierten Verfahren gemäß IEEE 802.4 bestimmte Einschränkungen getroffen werden. Daraus ergeben sich zu IEEE 802.4 folgende vorteilhafte Unterschiede des erfindungsgemäßen Verfahrens:

• - begrenzter Adreßraum für Teilnehmeradressen: 2⁵ gegenüber 2¹⁶ bzw. 2⁴⁸
• Nachrichtenprioritäten (gleich Zugriffsprioritäten): 2 gegenüber 4
• - Nachrichtenübertragung mit Hd=4 und/oder Hd=2
• - Tokennachricht mit Hd=2
• - Übertragungsrate 1 Mbit/s
• - einfache Schnittstelle zum Übertragungsmedium
• - Protokoll: Asynchronübertragung mit UART-Zeichen
• - Teilnehmer auf aktiven oder passiven Betriebszustand ein­ stellbar,
• - aktive Teilnehmer können Token annehmen und verwalten.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen somit in dem einfachen Übertragungsprotokoll für eine verringerte Teilnehmerzahl, so daß auch für kleinere Computersysteme ein komfortables Tokenverfahren zur Verfügung steht. Die Beschrän­ kung auf einen kleinen Adreßbereich sowie die geringere An­ zahl der Prioritätsstufen ist bei einer Vielzahl von Netzwer­ ken für Anwendungen in der Meß- und Prozeßtechnik ohne Nach­ teile möglich, da hier andere Übertragungsbedingungen herr­ schen, wie bei umfangreichen Datenübertragungen, beispiels­ weise in der Bürokommunikation.

Das vereinfachte Tokenprotokoll verfügt über folgende Eigen­ schaften und Funktionen:

• - Punkt-zu-Punkt-Nachrichten mit Quittung
• - Nachrichten an alle Teilnehmer ohne Quittung
• - Nachrichtenwiederholung, Nachrichtenüberwachung
• - zwei Nachrichtenprioritäten
• - Tokenwiederholung, Tokenüberwachung
• - Tokenumlaufzeit parametrierbar
• - faire Buszuordnung in beiden Prioritätsstufen bei allen Belastungszuständen
• - beherrscht werden folgende Stör- und besondere Betriebs­ zustände
• - Zufügen von Teilnehmer
• - Entfernen von Teilnehmer
• - Mehrfachbelegung von Teilnehmeradressen
• - Tokenverlust
• - Mehrfachtoken
• - beliebige Kombinationen von aktiven und passiven Teil­ nehmern
• - Teilnehmer initialisieren und
• - Selbsttest und Systemdiagnose.

Die Erfindung wird anhand der Figuren erläutert, wobei Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Systemstruktur für Ausfüh­ rungsbeispiele der Erfindung,

Fig. 2 eine Darstellung einer Anschaltung eines Teilrechners an der Datenübertragung,

Fig. 3 ein Prinzipschaltbild eines Netzwerkes darstellt und Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Übertragungsver­ fahrens gemäß der Erfindung ist.

Fig. 1 stellt ein Bussystem mit acht Teilnehmern dar. Vier Teilnehmer, z. B. mit den Adressen 5, 10, 15 und 20 sind aktive Teilnehmer.

Aktive Teilnehmer sind Geräte, die selbständig einen Daten­ austausch initiieren können. Sie müssen als solche durch einen besonderen Status gekennzeichnet sein.

Die Teilnehmer mit der Adresse 5, 10 und 20 befinden sich im sogenannten logischen Ring und sind am Tokenaustausch (Sende­ rechtsaustausch) beteiligt. Der vierte aktive Teilnehmer ist beim dargestellten Beispiel noch nicht in den logischen Ring aufgenommen worden. Nach dem Zuschalten und nach den durch­ geführten Test- und Initialisierungsroutinen hört er mit, welche aktiven Teilnehmer im logischen Ring vorhanden sind, und erkennt, zwischen welchen beiden aktiven Teilnehmern er sich befindet. Sein Vorgänger ist der Teilnehmer mit der Adresse 10 und sein Nachfolger der mit der Adresse 20. Vom Vorgänger wird der Teilnehmer 15 in der in festgelegten Zeitabständen ablaufenden Zuschaltroutine angesprochen und der Token (Sendeberechtigung) zugeteilt. Der aktive Teilneh­ mer mit der Adresse 15 wird damit in den logischen Ring auf­ genommen. Da er seinen Nachfolger bereits kennt, kann er den Token nach Gebrauch direkt an diesen weitergeben, ohne daß eine Suchroutine ablaufen muß.

Passive Teilnehmer sind einfache Geräte, z. B. Meßumformer, die nur von den aktiven Teilnehmern beschrieben und gelesen werden. Sie können von sich aus keinen Datenaustausch initi­ ieren. Sie sind auch als passive Teilnehmer durch einen be­ sonderen Status gekennzeichnet. In unserem Beispiel sind drei Teilnehmer mit den Adressen 11, 13 und 30 passiv.

Die Adresse 25 wird als nicht belegt gekennzeichnet, da sich der Teilnehmer auf einen Aufruf nicht meldet, er ist vom Übertragungsmedium (Bus) abgekoppelt.

In Fig. 2 ist eine Teilnehmerstation gezeigt, sie stellt die Kommunikationseinheit den Anschluß einer intelligenten Verar­ beitungseinheit an das Übertragungsmedium dar. Sie umfaßt eine Zentraleinheit mit dem Kommunikationsprozessor (z. B. dem Intel-Prozessor 8052) der ein vorgegebenes Übertragungs­ und Tokenprotokoll für aktive Teilnehmer oder eine Untermenge des Übertragungsprotokolls für passive Teilnehmer erstellt.

Ferner ist hier eine Schnittstelle zum Anwender (Prozessor­ einheit) vorhanden. Die Schnittstelle zum Anwender ist in einem 2 K-Byte Dual-Port-Speicher realisiert. Sie enthält einen Verständigungsbereich zur Initialisierung der Kommu­ nikationseinheit und zur Koordinierung des Datenaustausches zwischen der Kommunikationseinheit und dem Anwenderrechner (Prozeßeinheit PE).

Die Initialisierung der Kommunikationseinheit und die Para­ metrierung der Schnittstelle wird vom Anwender je nach Ein­ satz bestimmt, mit

• - eigener Adresse
• - Betriebsart
• - Anzahl und Größe der Sende- bzw. Empfangspuffer (maximal je zwei)
• - Umlaufliste und
• - Statusbereich.

Weiterhin ist eine Schnittstelle zum Übertragungsmedium (Bus) vorhanden. Diese Schnittstelle zum Übertragungsmedium besteht aus:

• - einem Leitungsübertrager oder Modem, gegebenenfalls redundant ausgeführt,
• - einem Zeichen-Controller UART (beinhaltet Leitungsproto­ koll) und
• - einem externen Zähler, der als Timer für die IDL-Zeit-Erken­ nung betrieben wird.

Das Einfach-Tokenprotokoll läßt sich für ein Übertragungspro­ tokoll so realisieren, daß zentrale Pollingfunktionen, mit denen die passiven Teilnehmer von den aktiven abgefragt und versorgt werden können, erhalten bleiben. In der Fig. 3 ist eine Kombination von aktiven und passiven Teilnehmern aufge­ zeigt. Die passiven Teilnehmer 1, 3, 5, 7 und 8 werden von aktiven Teilnehmern 4 bzw. 6 abgefragt. Ein zentral initiier­ ter Querverkehr ist nicht mehr erforderlich.

Das Tokenprotokoll soll speziell für eine faire Senderecht­ verteilung zwischen den aktiven bzw. sendeberechtigten Teil­ nehmern sorgen und die möglichen Konfikte auflösen. Der Nach­ richtenaustausch zwischen den unterschiedlichen Teilnehmern im System nach Fig. 4 kann nur von den aktiven Teilnehmern 2, 4, 6 und 9 bei Tokenempfang initiiert werden. Die Sende­ berechtigung ist, abhängig von der Nachrichtenpriorität und Tokenumlaufzeit, zeitlich begrenzt. Sie muß danach an einen aktiven Nachfolger weitergereicht werden.

Für die Tokenweitergabe wird ein spezieller Aufruf verwen­ det, womit die aktiven Teilnehmer die Sendeberechtigung un­ tereinander austauschen.

Es wird davon ausgegangen, daß Leseaufträge an die aktiven Teilnehmer nur quittiert werden, d. h., die angeforderten Da­ ten werden abhängig von der Priorität und/oder Tokenumlauf­ zeit bei einem nachfolgenden Tokenbesitz als Schreibauftrag gesendet.

In dem dezentral gesteuerten Tokensystem gewinnt beim Ein­ schalten das Gesamtsystem einer der aktiven Teilnehmer das Senderecht und beginnt sofort mit einem regulären Nachrich­ tenzyklus, ohne daß eine gesonderte Anlauf- oder Aktualisie­ rungsroutine durchgeführt wird. Im regulären Nachrichtenzyk­ lus wird die Teilnehmerliste aufgebaut und weitergeführt.

Die bei einem bestimmten Übertragungsprotokoll festgelegten Fehlererkennungs- und Fehlerbehandlungsroutinen bleiben unverändert.

Zu den im beispielhaft angegebenen Übertragungsprotokoll festgelegten Telegrammformaten kommt eine weitere Nachricht zur Tokenweitergabe hinzu. Die Tokenweitergabe-Nachricht soll lediglich mit einer Hammingdistanz von Hd=2 gesichert wer­ den. Sie enthält 3 Byte und ist in der Figur dargestellt.

Claims (1)

1. Deterministisches Zugriffsverfahren nach dem Tokenprinzip für eine Datenübertragung mit einer Anzahl Teilnehmer an einem Übertragungsmedium (Bus), dadurch ge­ kennzeichnet, daß

   • - aktive und passive Teilnehmer (1 ... 30) am Übertragungs­ medium (Bus) angeschlossen sind,
   • - nur die aktiven Teilnehmer (5, 10, 20, 30) den Nachrichten­ austausch initiieren und den Token (Sendeberechtigung) weiterreichen,
   • - das Übertragungsprotokoll derart ausgebildet ist, daß es auf einem Ein-Chip-Mikroprozessor realisierbar ist,
   • - die Datensicherung beliebig mit Hd=4 oder mit Hd=2 (Hammingdistanz) erfolgt, wobei die Tokennachricht mit Hd 2 übertragen wird und
   • - jeder aktive Teilnehmer (5, 10, 20) eine Liste der im logischen Ring befindlichen Teilnehmer (5, 10, 20) führt, wobei die Liste bei Störfällen (Tokenverlust) im System eine schnellere Regenerierung des Systems und eine Rekonfi­ guration bei Hinzufügen oder Entfernen von Teilnehmern ermöglicht.