DE3928481C2 - Priority-oriented decentralized bus allocation system - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Busvergabesystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a bus allocation system according to the Preamble of claim 1.
Ein gattungsgemäßes System ist aus dem IBM Tech. Dis. Bul. Vol. 16, No. 3, Aug. 1973, S. 874 bis 876 bekannt. Ein Busvergabesystem gattungsgemäßer Art ist bekannt aus dem Beitrag von G. Färber "Ein dezentralisierter fairer Bus-Arbiter" in ELEKTRONIK 1980, Heft 8, Seiten 60 bis 68, dort insbesondere Abschnitt 1 "Zuteilungs- Verfahren". Die Funktionsprobleme bei der Realisierung eines fairen Bus-Arbiters" sind auch dargestellt in dem Aufsatz von G. Angel´ "Algorithmus und Implementierung eines dezentralen, fairen und fehlertoleranten Busarbiters in ELEKTONIK Nr. 9, 1981, Seiten 79 bis 84. Um bei hohem Nachrichtenaufkommen auf der Empfangsleitung eines digitalen lokalen Kommunikationssystemes mit der logischen Struktur einer Schleife Nachrichten hoher Priorität sofort senden zu können und im übrigen die Nachrichtenpakete weitgehend nach Priorität geordnet durchlaufen zu lassen, ist es aus der DE 34 13 144 A1 bekannt, jedem Nachrichtenpaket zusätzlich zum Prioritätskennzeichen ein Anforderungskennzeichen zuzuordnen. In ankommenden Nachrichtenpaketen gleicher Priorität wird von der Sendung beanspruchenden Station das Anforderungsbit des fremden Nachrichtenpakets auf "1" gesetzt. Damit sollen die sonst zu langen Signallaufzeiten bei großer Netzausdehnung beherrscht werden. Andererseits wird nach der EP 0 154 725 A2 eine Prioritätsermittlung durch Abgabe eines Auswahl-Startsignales in sendebereiten Datenverarbeitungseinheiten, die auf eine Mehrleiteranordnung zugreifen wollen, veranlaßt, um dadurch in jeder empfangsbereiten Datenverarbeitungseinheit die Abgabe einer Empfangskennung auszulösen. Dadurch wird eine Prioritätszuordnung auf den Datenverkehr zwischen zwei unmittelbar einander zugeordneten Einheiten reduziert.A generic system is from IBM Tech. Dis. Bul. Vol. 16, No. 3, Aug. 1973, pp. 874 to 876. A generic bus allocation system is known from the contribution by G. Färber "A decentralized fair bus arbiter "in ELEKTRONIK 1980, issue 8, pages 60 to 68, in particular Section 1 "Allocation Procedure ". The functional problems in the implementation of a fair bus arbiter "are also shown in the Essay by G. Angel´ "Algorithm and Implementation a decentralized, fair and fault-tolerant bus arbiter in ELEKTONIK No. 9, 1981, pages 79 to 84. Um when there is a high volume of messages on the receiving line a digital local communication system with the logical structure of a loop messages high To be able to send priority immediately and otherwise Message packets largely sorted by priority To let it go through, it is from DE 34 13 144 A1 known, each message packet in addition to the priority indicator assign a request indicator. In incoming message packets of the same priority is the request bit from the station claiming the broadcast of the foreign message packet is set to "1". This should mean that the signal runtimes are otherwise too long can be mastered with large network expansion. On the other hand, according to EP 0 154 725 A2 Priority determination by issuing a selection start signal in ready-to-send data processing units, who want to access a multi-conductor arrangement causes to thereby receive in everyone Data processing unit the delivery of a reception identifier trigger. This becomes a priority assignment on traffic between two immediately one another assigned units reduced.
Nachteilig bei den bekannten Verfahren der Buszugangs- Vergabe ist insbesondere, daß diese relativ unflexibel sind, weil sie im wesentlichen auf Prioritäten-Vorgaben für die einzelnen auf den Bus zugreifenden peripheren Teilnehmer basieren. Eine wirkliche Flexibilität ist auch dadurch nicht erreichbar, daß die den einzelnen Teilnehmern zugeordneten Prioritäten beispielsweise nach Maßgabe eines angestrebten aber tatsächlich dann noch nicht zustande gekommenen Bus-Zuganges variabel sein können, um einen ursprünglich mit niederer Priorität angesetzten Teilnehmer nicht praktisch völlig vom Bus-Zugang auszuschließen. Die herkömmlichen Arbitrierungs-Systeme sind darüber hinaus für die Belange der Praxis insofern oft nachteilig, als sie gewöhnlich eines besonderen Arbitrator-Bausteines zur Abfrage der einzelnen peripheren Teilnehmer bedürfen, der dann auch die Buszugangs-Steuerung übernimmt. Der Einsatz besonderer Schaltungseinheiten für die Durchführung übergeordneter und nebengeordneter Aufgaben bedingt aber großen Platzbedarf auf einer Schaltungsplatine nicht nur für diesen zusätzlichen Schaltungsaufwand, sondern auch für zahlreiche zusätzliche Steuerleitungen neben dem eigent lichen Datenbus des Bus-Systemes.A disadvantage of the known methods of bus access Awarding is in particular that this is relatively inflexible are because they are essentially based on priorities for the individual peripheral access to the bus Participants based. There is real flexibility also not achievable in that the individual Priorities assigned to participants, for example according to a target but actually then not yet established bus access variable may be an originally low priority one scheduled participants not practically completely from Exclude bus access. The traditional arbitration systems are also responsible for the interests of Practice often disadvantageous in that it usually does one special arbitrator module for querying the individual peripheral participants need that then the bus access control takes over. The use of special Circuit units for the implementation of higher-level and secondary tasks, however large space requirement on a circuit board is not only for this additional circuitry, but also for numerous additional control lines in addition to the actual data bus of the bus system.
Das wirkt sich besonders dann nachteilig aus, wenn zur Realisierung eines kompakten, leistungsfähigen Mirkrorechner-Konzeptes Teilneh mer unterschiedlichster Art - wie insbesondere Signalprozessoren, spezielle Hardwareschaltungen und/oder analoge und digitale Ein gabegeräte (etwa Sensoren) und Ausgabegeräte (etwa Steuerschaltun gen) - bei hohem Datendurchsatz mittels Datenblock-Transfers zusam menwirken müssen.This is particularly disadvantageous when it comes to implementation a compact, powerful microcomputer concept various types - such as signal processors, special hardware circuits and / or analog and digital on output devices (such as sensors) and output devices (such as control circuits gen) - together with high data throughput using data block transfers have to work.
In Erkenntnis dieser Gegebenheiten liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Busvergabesystem gattungsgemäßer Art derart auszubil den, daß trotz aufgabenabhängig-variabler Buszugriffs-Priorität der einzelnen System-Teilnehmer bei relativ schmalem System-Bus, also mit möglichst wenigen Kontrolleitungen parallel zum eigentli chen Datenbus, eine rasche und eindeutige Arbitrierung für die Buszuteilung re alisiert werden kann.The invention is based on the knowledge of these circumstances based on training a bus allocation system of this type that despite the task-dependent variable bus access priority of the individual system participants with a relatively narrow system bus, So with as few control lines as possible parallel to the actual one Chen data bus, a quick and clear arbitration for the bus allocation right can be adjusted.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß der System-Bus und seine Teilnehmer gemäß dem Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 ausgelegt sind.According to the invention, this object is essentially achieved by that the system bus and its participants according to the labeling part of claim 1 are designed.
Nach dieser Lösung steht der Datenbus, so lange keine Informations übertragung erfolgt, allen Teilnehmern gleichzeitig zur parallelen Übermittlung ihrer momentanen Buszugriffs-Prioritäten (wenn über haupt ein Buszugang momentan erwünscht wird) zur Verfügung. Jeder Teilnehmer liefert nicht nur (über wenigstens eine ihm fest zuge ordnete Leitung des Datenbusses) an alle anderen - den gesamten Da tenbus abfragenden - Teilnehmer seine eigene, momentane Prioritäts nachricht; jeder Teilnehmer vergleicht darüber hinaus seine eigene momentane Priorität mit allen anderen Teilnehmer-Prioritäten, so daß jeder Teilnehmer für sich feststellen kann, ob seine Zugriffs priorität im System-Bus momentan die höchste ist oder aber nicht. According to this solution, the data bus is there as long as there is no information Transmission takes place, all participants simultaneously to the parallel Transmission of their current bus access priorities (if via bus access is currently required). Everyone Participant not only delivers (via at least one firmly assigned to him ordered management of the data bus) to everyone else - the entire Da tenbus querying - subscriber its own, current priority message; each participant also compares their own current priority with all other participant priorities, see above that each participant can determine for himself whether his access priority in the system bus is currently the highest or not.
Wenn das nicht der Fall ist, wird der nächste Arbitrierungszyklus abgewartet, der sich an die momentan einzuleitende Informations übertragung unmittelbar anschließt. Wenn jedoch ein Teilnehmer fest stellt, daß er die höchste Priorität hat, belegt er damit für sich den Buszugang, womit die Arbitrierung zunächst beendet und allen anderen Teilnehmern der Bus-Zugang verwehrt wird. Sollten mehrere Teilnehmer im momentanen Arbitrierungszyklus gleiche informations abhängige (Software-) Priorität aufweisen, dann gewinnt derjenige Teilnehmer den Bus-Zugang, der außerdem die höchste Hardwareprio rität aufweist. Jede Hardwarepriorität ist schaltungstechnisch (bei spielsweise über manuell setzbare Schalter) fest vorgegeben, und zwar so, daß sie innerhalb des Systemes nur einmal vorkommt. Dadurch ist auch bei gleichen Softwareprioritäten nur einem Teilnehmer tat sächlich der Bus-Zugriff ermöglicht. Die Leitungen des Datenbus werden von diesem nun für die Dauer der sich anschließenden Informa tionsübertragung für Prioritätsinformation gesperrt. Die Informations übertragung beginnt mit einer Steuerinformation, in der Angaben über die anzusprechenden anderen Teilnehmer enthalten sind, sowie Angaben über die dort zu erfolgende Verarbeitung und die Länge der daraufhin übermittelten Datenblöcke. Mit Ausgabe aller anstehenden Informations-Datenblöcke auf den Datenbus schaltet der Teilnehmer, der den Buszugriff gewonnen hat, den Datenbus wieder zur gleichzei tigen Aufnahme aktuellen Prioritätsnachrichten aller an dem System-Bus angeschlossenen Teilnehmer frei, und es beginnt der nächstfolgende Arbitrierungszyklus, also die Ausgabe der Prioritätsnachrichten aller Teilnehmer auf die ihnen zugeordneten Leitungen des Datenbus und der Vergleich aller Prioritätsnachrichten mit der eigenen an stehenden Priorität in jedem der angeschlossenen Teilnehmer. Falls momentan jeder Teilnehmer eine Prioritätsnachricht des Inhalts "kein Buszugang erforderlich" ausgibt, schließt sich unmittelbar ein neuer solcher Arbitrierungszyklus an, so daß praktisch keine Fehlzeiten auftreten: Sobald nur ein Teilnehmer den Buszugang benötigt, erhält er ihn - wenn mehrere Teilnehmer gleichzeitig den Buszugang wünschen, schalten alle diejenigen sich selbst sogleich wieder ab, die fest stellen, daß sie momentan nicht höchste Buszugriffs-Priorität haben. If not, the next arbitration cycle will be waited for the information currently to be initiated transmission immediately follows. However, if a participant is stuck proves that he has the highest priority, he proves for himself the bus access, which ends the arbitration and all other participants are denied access to the bus. Should be several Participants in the current arbitration cycle have the same information have dependent (software) priority, then the winner Participants the bus access, which is also the highest hardware priority rity. Every hardware priority is circuit-related (at for example via manually set switches), and in such a way that it only occurs once within the system. Thereby is only done with one participant even with the same software priorities basically allows bus access. The lines of the data bus from this for the duration of the subsequent informa tion transmission blocked for priority information. The information Transfer begins with tax information in the information about the other participants to be addressed, and Information about the processing to be carried out there and the length of the then transmitted data blocks. With output of all upcoming The subscriber switches information data blocks to the data bus, who won the bus access, the data bus again at the same time current priority messages of all on the system bus connected subscribers free, and the next following begins Arbitration cycle, i.e. the output of the priority messages all participants on the assigned data bus lines and the comparison of all priority messages with your own priority in each of the connected participants. If each participant currently receives a priority message of "none Bus access required ", a new one immediately closes such arbitration cycle, so that practically no absenteeism occur: As soon as only one participant needs bus access, receives he - if several participants want access to the bus at the same time, switch off all those who are stuck make sure that they do not currently have the highest bus access priority.
Ein solches System ist ersichtlich außerordentlich sparsam hinsicht lich des Aufwandes an Leitungen im System-Bus und hinsichtlich der erforderlichen Arbitrierungszeiten. Insbesondere wird keine über geordnete Steuerschaltung für die Arbitrierung und Buszuweisung benötigt. Das System ist auch sehr flexibel erweiterbar, da die Anzahl der anschließbaren Teilnehmer nur dadurch begrenzt ist, wie viele Datenbus-Leitungen in Zuordnung zu dem jeweiligen Teilnehmer verfügbar und, je nach dem Informationsumfang der Prioritätsnachricht, für die Prioritätsverschlüsselung benötigt werden. Das System ist in seiner Wirkungsweise auch unabhängig vom Charakter der Teilnehmer (Prozessoren oder nicht-intelligente Schaltungen), und es erlaubt eine Busanforderung unabhängig davon, ob eine Information in den Bus eingespeist oder aus dem Bus abgerufen werden soll und unabhän gig davon, mit wievielen anderen Teilnehmern derjenige, der den Bus-Zugriff wünscht, für die Verteilung oder Einsammlung seiner Informationen gleichzeitig kommunizieren möchte. Trotz dieser viel fältigen Funktionsmöglichkeiten wird nur ein Minimum an Steuerlei tungen neben dem eigentlichen Datenbus benötigt, da dieser nachein ander für die Arbitrierung und für die Informationsübermittlung herangezogen wird.Such a system is evidently extremely economical Lich the effort on lines in the system bus and in terms of required arbitration times. In particular, none will orderly control circuit for arbitration and bus allocation needed. The system is also very flexibly expandable, since the The number of connectable participants is limited only by how many data bus lines assigned to the respective subscriber available and, depending on the amount of information in the priority message, are required for priority encryption. The system is in its mode of action, regardless of the character of the participants (Processors or non-intelligent circuits) and it allows a bus request regardless of whether information in the Bus is to be fed in or retrieved from the bus and independently regardless of how many other participants the one who Bus access desires for the distribution or collection of its Wants to communicate information at the same time. Despite this a lot Functional options will only require a minimum of tax in addition to the actual data bus, as this one after the other other for arbitration and information transfer is used.
Um die Arbitrierungszeit weiter zu verkürzen, erfolgt ein Datenaus tausch zweckmäßigerweise stets unter Zwischenspeicherung in schnel len Speichern (RAMs) in den einzelnen Teilnehmern, wenn ein Teil nehmer nicht selbst bereits als schnelle Hardwareschaltung ausge legt ist. Dadurch ist der Informationsaustausch nicht davon abhän gig, wie schnell die Aufnahme bzw. Abgabe von Prozessor-Informatio nen ist; während der periphere Prozessor die aus dem System-Bus in den Zwischenspeicher übernommene Information einliest, kann be reits der nächste Arbitrierungszyklus über den Datenbus ablaufen.In order to further shorten the arbitration time, there is a data out swap expediently always with temporary storage in quick len memories (RAMs) in the individual participants, if a part not already defined as a fast hardware circuit sets is. As a result, the exchange of information does not depend on it gig, how quickly the inclusion or delivery of processor information is; while the peripheral processor is from the system bus reads information transferred into the buffer can be the next arbitration cycle is already running on the data bus.
Dieses leistungsfähige Buszuteilungsverfahren zeichnet sich also auch durch hohe Ablaufgeschwindigkeit aus. Es benötigt grundsätzlich nur zwei Taktzyklen des Bus-Systemes: Im ersten Takt gibt jeder Teilnehmer seine aktuelle Prioritätsnachricht über den Datenbus an alle anderen Teilnehmer, und im zweiten Takt erkennt jeder Teil nehmer für sich selbst, daß er die Arbitration nicht gewonnen hat - anderenfalls er alle anderen Teilnehmer vom Bus-Zugriff aus schließt -, um seine anstehende Information an die zugeordneten Teilnehmer zu übermitteln.So this powerful bus allocation process stands out also by high running speed. It basically requires only two clock cycles of the bus system: in the first cycle everyone gives Participant sends its current priority message over the data bus to all other participants, and in the second bar every part recognizes for himself that he did not win the arbitration - otherwise, he accesses all other nodes from the bus closes - to its pending information to the associated Submit participants.
Zusätzliche Alternativen und Weiterbildungen sowie weitere Merk male und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprü chen und aus nachstehender Beschreibung eines in der Zeichnung unter Beschränkung auf das Wesentliche stark abstrahiert skizzierten be vorzugten Realisierungsbeispiels zur erfindungsgemäßem Lösung. Es zeigtAdditional alternatives and further training as well as further notes Male and advantages of the invention will become apparent from the other claims chen and from the description below one in the drawing below Restricted to the essentials, highly abstracted preferred implementation example for the inventive solution. It shows
Fig. 1 nach Art eines zweipoligen Blockschaltbildes den System-Bus für die prioritätsgestaffelte Datenkommunikation zwischen unterschiedlichen, an den Bus angeschlossenen Teilnehmern und Fig. 1 in the manner of a two-pin block diagram, the system bus for the staggered data communication between different participants connected to the bus and
Fig. 2 ein Zeitdiagramm für den Ablauf der Prioritäts-Zuordnung in dem Bus-System gem. Fig. 1. Fig. 2 is a timing diagram for the sequence of priority assignment in the bus system acc. Fig. 1.
Der zeichnerisch skizzierte System-Bus 101 führt im wesentlichen einen Datenbus D von b Bit Breite zur Blockübertragung von binär codierten Informationen I, insbesondere von Datenblöcken IB. Zur Kennzeichnung einer übertragenen Information I als Datenblock IB führt der System-Bus 101 zusätzlich eine Strobe-Leitung, deren Po tential während einer Daten-Übertragung seinen normalen Zustand ändert, wie unten näher beschrieben. Das momentane Potential auf einer Busy-Leitung Y gibt an, ob über den Daten-Bus D gerade In formationen I übertragen werden oder aber ob der Daten-Bus D frei ist für den Austausch für Prioritätsnachrichten P zwischen den an den System-Bus 101 angeschlossenen Teilnehmern N, die als Sender bzw. als Empfänger von Datenblöcken IB in Betracht kommen können. Die Synchronsteuerung für das Zusammenwirken der Teilnehmer N erfolgt über eine Clock- oder Takt-Leitung T.The system bus 101 outlined in the drawing essentially carries a data bus D of b bits in width for the block transmission of binary-coded information I, in particular of data blocks IB. To identify a transmitted information I as a data block IB, the system bus 101 additionally carries a strobe line, the potential of which changes its normal state during a data transmission, as described in more detail below. The current potential on a busy line Y indicates whether information I is currently being transmitted via the data bus D or whether the data bus D is free for the exchange of priority messages P between those connected to the system bus 101 Participants N who can be considered as the sender or receiver of data blocks IB. The synchronous control for the interaction of the subscriber N takes place via a clock or clock line T.
Je nach den Funktionen der Teilnehmer N, insbesondere nach deren Bedeutung für die Funktion eines Systems, haben die auszutauschen den (abzugebenden und aufzunehmenden) Informationen I unterschied liche Prioritätswerte Pd. So hat eine Information I einen höheren Prioritätswert Pd, wenn sie essentiell ist für die Aufrechterhaltung der System-Funktion, verglichen mit einer Information I, die nur einem Überwachungs- oder Benachrichtigungszweck dient, ohne unmittel bar in den weiteren Ablauf der Systemfunktion einzugreifen. Wenn unterschiedliche Bus-Teilnehmer N gleichzeitig im Verkehr mit anderen Teilnehmern N Informationen I über den Datenbus D übermitteln (abgeben oder aufnehmen) wollen, bekommt zunächst derjenige Teilnehmer N den Bus-Zugriff, dessen Informationsbedarf im Vergleich mit den anderen anstehenden Zugriffswünschen den höchsten Prioritätswert Pd aufweist. Um das beurteilen zu können, erfolgt vor der Übertragung von Informationen I über den Datenbus D ein Austausch der jeweiligen Prioritätswerte Pd zwischen den Teilnehmern N. Hierfür sind jedem der Teilnehmer N eine Anzahl von a Leitungen aus den b Leitungen des Datenbus D fest zugeordnet, nämlich jedem der Teilnehmer N andere Leitungen a. Wenn die Anzahl n von Teilnehmern N so über den Datenbus D der Leitungsanzahl b versorgt wird, wenn also den n Teilnehmern N jeweils a Prioritätsleitungen aus dem Datenbus D zugeordnet werden, dann gilt die GrenzeDepending on the functions of the participants N, in particular according to their They have to exchange meaning for the function of a system the information (to be submitted and to be recorded) I. priority values Pd. Information I thus has a higher one Priority value Pd if it is essential for the maintenance the system function, compared to information I that only serves a monitoring or notification purpose without immediate to intervene in the further course of the system function. If different bus participants N in traffic with others at the same time Transmit N information I via data bus D (deliver or want to record), the participant receives N first the bus access, the information required in comparison with the other pending access requests the highest priority value Pd has. In order to be able to assess this, it takes place before the transfer of information I via the data bus D an exchange of the respective Priority values Pd between the participants N. For this are everyone the subscriber N a number of a lines from the b lines of the data bus D permanently assigned, namely each of the participants N others Lines a. If the number n of participants N so over the data bus D of the number of lines b is supplied, that is to say the n subscribers N priority lines are assigned from data bus D, then the limit applies
a×n b.a × n b.
In Fig. 1 ist ein optimales Ausnutzungsbeispiel eingetragen, nämlich für eine Daten-Bus-Breite von b=32; bei n=16 Teilnehmern N kön nen jedem a=2 Leitungen für den Austausch der Prioritätsnachrichten P zur Verfügung gestellt werden (2×16=32).An optimal utilization example is entered in FIG. 1, namely for a data bus width of b = 32; with n = 16 subscribers N, each a = 2 lines can be made available for the exchange of the priority messages P (2 × 16 = 32).
Da jede der beiden Leitungen a eine 1-Bit-Information führen kann und die Prioritätsnachricht P infolge der Zuordnung von a=2 Lei tungen eine Breite von 2 Bit aufweist, beträgt der Informationsum fang der Prioritätsnachricht P vier unterschiedliche binär-codierte Werte, von denen einer in einem Takt-Zyklus über den Datenbus D an alle Teilnehmer N übermittelt werden kann. Wenn im darauffolgenden Taktzyklus ein anderer Wert übermittelt wird, ergibt sich aus der Wertfolge eine zweistellige Prioritätsinformation des Informations umfanges von 4 Bit. Zweckmäßigerweise wird der niedrigste Wert (0) als höchste Priorität definiert, weil dieser sich schaltungs mäßig am leichtesten abfragen läßt; mit der Folge, daß derjenige Teilnehmer N, der momentan gar keinen Buszugriff wünscht, als Priori tätsnachricht P den höchsten Wert (15) ausgibt.Since each of the two lines a can carry 1-bit information and the priority message P due to the assignment of a = 2 Lei lines has a width of 2 bits, the information is catch the priority message P four different binary-coded Values, one of which is in a clock cycle via the data bus D can be transmitted to all participants N If in the following Clock cycle another value is transmitted, results from the Value sequence a two-digit priority information of the information range of 4 bits. The lowest value is expediently (0) defined as the highest priority because this is circuit moderately easiest to query; with the result that the one Subscriber N, who currently does not want any bus access, as a priority message P outputs the highest value (15).
Jeder der Teilnehmer Nn verfügt in der Regel über eine Datenquelle 102 (beispielsweise einen Meßwandler und/oder einen Signalprozessor) bzw. über eine Datensenke 103 (beispielsweise einen Signalprozessor und/oder einen Digital-Analog-Wandler), die über eine Koppelschal tung 104 mit dem Systembus 101 verbunden sind. Zur Reduzierung der Bus-Belegzeiten kann in jedem Teilnehmer N ein schneller Zwischen speicher (RAM) 105 vorgesehen sein, der die Information I aus dem bzw. für den Datenbus D aufnimmt, wenn die Übertragung aus der Daten quelle 102 bzw. in die Datensenke 103 zu langwierig würde (beispiels weise weil es sich um einen Signalprozessor handelt). Der Zwischen speicher 105 ist jedoch dann entbehrlich, wenn der Teilnehmer N über einen schnellen Eingangsspeicher verfügt, wie etwa im Falle des FIFO-Speichers eines Analog-Digital-Wandlers oder im Falle eines Eingangsregisters vor einem Digital-Analog-Wandler; bzw. wenn eine spezielle Schaltung realisiert ist, die raschen Zugriff zum unmittel baren Datenaustausch ermöglicht.Each of the participants Nn usually has a data source 102 (for example a transducer and / or a signal processor) or a data sink 103 (for example a signal processor and / or a digital-to-analog converter) which has a coupling circuit 104 with are connected to the system bus 101 . To reduce the bus occupancy times, a fast buffer memory (RAM) 105 can be provided in each node N, which stores the information I from or for the data bus D when the transmission from the data source 102 or into the data sink 103 would be too tedious (for example because it is a signal processor). The intermediate memory 105 is, however, unnecessary if the subscriber N has a fast input memory, such as in the case of the FIFO memory of an analog-digital converter or in the case of an input register in front of a digital-analog converter; or if a special circuit is implemented that enables quick access to immediate data exchange.
Die wesentliche Funktion der Koppelschaltung 104 besteht darin, je nach den momentanen Anforderungen den Zugriff zum Systembus 101 für die Aufnahme oder Abgabe von Informationen I zu realisieren. Dafür ist jede Busanforderung zur Ausgabe oder zur Aufnahme von Informationen I mit einer Prioritätsnachricht P verknüpft, die im jeweiligen Teilnehmer N nach Maßgabe seines Einsatzes aktuell er zeugt wird, beispielsweise im Zuge der Gewinnung und Verarbeitung der Informationen I. Im gezeichneten Beispielsfalle ist die vom Teilnehmer Ni abzugebende Information Ii verknüpft mit der zugeord neten Prioritätsnachricht Pi, die in einem Prioritätsspeicher 106 (in zwei Folgen von zwei Bits d, d′ aufgetrennt) bereitgehalten wird. Die eigentliche zu übermittelnde Information I wird in einem Infor mationsregister 107 zwischengespeichert.The essential function of the coupling circuit 104 is, depending on the current requirements, to provide access to the system bus 101 for the recording or delivery of information I. For this purpose, each bus request for outputting or for receiving information I is linked to a priority message P, which is currently generated in the respective subscriber N in accordance with its use, for example in the course of the extraction and processing of the information I. In the example shown, this is from the subscriber Ni to be delivered information Ii linked to the assigned priority message Pi, which is kept in a priority memory 106 (separated into two sequences by two bits d, d '). The actual information to be transmitted I is temporarily stored in an information register 107 .
Wenn keiner der Teilnehmer N momentanen Buszugriff hat, wenn also über den Datenbus D momentan weder Informationen I noch Prioritäts nachrichten P übermittelt werden, dann führt die Open-Collector-Busy leitung Y (im dargestellten Beispielsfalle, Fig. 2) High-Potential. Dadurch ist in jedem der an den Systembus 101 angeschlossenen Teil nehmer N der Prioritätsspeicher 6 zur Abgabe der Prioritätsnachricht P freigesteuert. Das erfolgt in zwei aufeinanderfolgenden Taktzyklen durch die Bit-Folge d-d′, ausgegeben nacheinander auf die zugeordne ten beiden Leitungen a des Datenbusses D. So gibt jeder Teilnehmer N seine aktuelle Prioritätsnachricht P auf die ihm zugeordneten Leitungen a des Datenbusses D, an den in jedem Teilnehmer N eine Prioritäts-Abfrageschaltung 108 angeschlossen ist. Diese nimmt nach einander die beiden Bits d, d′ der seriellen Prioritätsnachrichten P aller Teilnehmer N, die gleichzeitig über die zugeordneten Lei tungspaare a einkommen, auf, und sie fragt ab, ob die so wieder zusammengesetzte Prioritätsnachricht Pi des eigenen Teilnehmers Ni einen höheren Dringlichkeitsgrad aufweist, als die Prioritäts nachrichten P der anderen Teilnehmer N. Falls das nicht der Fall ist, falls also über die anderen Leitungspaare a eine höhere Prio ritätsnachricht P eingeht, als selbst (Pi) zur Verfügung gestellt wird, sperrt die Abfrageschaltung 108i über eine Torschaltung 109 eine Wiederholung der Ausgabe der Prioritätsnachricht Pi aus dem Prioritätsspeicher 106; denn offensichtlich hat ein anderer Teilneh mer N eine Busanforderung zur Abgabe oder Aufnahme von Informatio nen I mit höherem Dringlichkeitsgrad anstehen.If none of the subscribers N has current bus access, ie if neither information I nor priority messages P are currently being transmitted via the data bus D, then the open collector busy line Y (in the example shown, FIG. 2) carries high potential. As a result, in each of the subscribers N connected to the system bus 101 , the priority memory 6 is released for issuing the priority message P. This is done in two consecutive clock cycles by the bit sequence dd ', output one after the other on the assigned two lines a of the data bus D. Thus, each participant N issues his current priority message P on the assigned lines a of the data bus D, to which in each Participant N a priority query circuit 108 is connected. This one after the other takes the two bits d, d 'of the serial priority messages P of all subscribers N who simultaneously receive line pairs a via the associated line pairs, and it queries whether the priority message Pi thus reassembled by its own subscriber Ni has a higher degree of urgency has than the priority messages P of the other participants N. If this is not the case, that is, if a higher priority message P is received via the other line pairs a than is provided itself (Pi), the query circuit 108 blocks i via one Gate circuit 109 repeats the output of the priority message Pi from the priority memory 106 ; because obviously another participant N has a bus request to submit or record information I with a higher degree of urgency.
Wenn ein Teilnehmer Ni zwar eine Prioritätsnachricht Pi mit höchstem momentan auf dem Datenbus D vorliegenden Dringlichkeitsgrad führt, aber ein anderer der Teilnehmer N eine Prioritätsnachricht P gleichen hohen Dringlichkeitsgrades ausgibt, dann entscheidet über den Bus zugriff nicht mehr allein die mit der Information I gekoppelte Prio ritätsnachricht P, sondern aus den nun gleichgewichtigen Anforde rungen erhält derjenige Teilnehmer Ni den Zuschlag für den Buszu griff, der die höchste schaltungstechnisch fest vorgegebene Geräte priorität PKi aufweist. Die kann aus einem Kennungsgeber K geliefert werden, bei dem es sich beispielsweise um einen manuell einstell baren Codierschalter handelt. Es ist nur dafür zu sorgen, daß jede Schaltstellung im System nur einmal vorkommt, daß also jeder Teil nehmer Nn eine andere Kennung Kn erhält, gestaffelt nach Maßgabe seiner Bedeutung im Rahmen der Gesamtfunktion des Systems.If a subscriber Ni receives a priority message Pi with the highest urgency currently present on data bus D, but another one of the subscribers N resembles a priority message P. issues a high degree of urgency, then decides on the bus no longer only access the priority linked to information I. rity message P, but from the now balanced requirements The participant Ni is awarded the contract for the bus handle that the highest circuit-technically fixed devices PKi priority. The can be supplied from an identifier K which, for example, is a manual one baren coding switch. The only thing to make sure is that everyone Switch position occurs only once in the system, that is, each part Nn receives another identifier Kn, staggered according to the stipulations its importance in the context of the overall function of the system.
Wenn so der betroffene Teilnehmer Ni herausgefunden hat, daß er selbst die höchste Softwarepriorität (und gegebenenfalls darüber hinaus auch noch die höchste Hardwarepriorität bei mehreren anste henden gleichhohen Softwareprioritäten) aufweist, wird, ausgelöst über die Abfrageschaltung 108, auf der Busy-Leitung Y das Potential gewechselt, im Beispielsfalle der Fig. 1 symbolisiert durch Umsteu erung einer Kippstufe 110. Dadurch wird in allen Teilnehmern N die Ausgabe von Prioritätsnachrichten P gesperrt (in Fig. 1 veranschau licht durch Ansteuerung der Torschaltung 109), so daß nunmehr der Datenbus D für die Übertragung von Informationen I zur Verfügung steht.If the affected subscriber Ni has found out that he himself has the highest software priority (and possibly also the highest hardware priority in the case of a number of upcoming equal software priorities), the potential is triggered on the busy line Y via the query circuit 108 changed, symbolized in the example of FIG. 1 by reversing a flip-flop 110 . As a result, the output of priority messages P is blocked in all subscribers N (illustrated in FIG. 1 by driving the gate circuit 109 ), so that the data bus D is now available for the transmission of information I.
Als erste Information I wird ein Block von Steuerinformationen ICi ausgegeben, indem eine Torschaltung 111 hinter einem Steuerspeicher 112 in dem Teilnehmer Ni, der den Bus-Zugriff soeben gewonnen hat, freigeschaltet wird. Diese Steuerinformation beinhaltet vor allem, mit welchem bzw. mit welchen weiteren Teilnehmer(n) Nn dieser Teil nehmer Ni zum Datenaustausch (Abgabe oder Aufnahme von Datenblöcken Ib) in Verbindung treten soll. In im Fig. 1 skizzierten Beispiels falle sei das der weitere Teilnehmer Nn, der in der Zeichnung oben nur unvollständig skizziert (tatsächlich ebenso wie der Teilnehmer Ni ausgestattet) ist. Jener Kommunikationsteilnehmer Nn ist durch seine Kennung Kn individualisiert. Außerdem enthält die beispielsweise von der Datenquelle 102 generierte Steuerinformation IC beispiels weise Angaben darüber, nach wievielen Takten die Übertragung des eigentlichen Datenblockes IB einsetzen und wie lang dieser sein wird, sowie Angaben über die empfangsmäßige Behandlung dieses Daten blockes etwa hinsichtlich Zwischenspeicherung und/oder Weiterverar beitung im empfangenden Teilnehmer Na.A block of control information ICi is output as first information I in that a gate circuit 111 behind a control memory 112 in the subscriber Ni, who has just gained the bus access, is activated. This control information contains above all with which or with which other subscriber (s) Nn this subscriber Ni is to connect for data exchange (delivery or recording of data blocks 1b). In the example outlined in FIG. 1, this is the case of the further subscriber Nn, who is only incompletely sketched in the drawing above (actually equipped just like the subscriber Ni). That communication subscriber Nn is individualized by its identifier Kn. In addition, the control information IC generated, for example, by the data source 102 contains, for example, information about how many cycles the transmission of the actual data block IB will take and how long it will be, as well as information about the reception-related treatment of this data block, for example with regard to intermediate storage and / or further processing in the receiving participant Na.
Alle Teilnehmer n gehen also auf Empfang für die nun über den Daten bus D übermittelte Ziel-Kennung Kn, wenn ein Gatter 113 freigesteuert wird, weil das Potential auf der Busy-Leitung Y umgeschaltet wurde, während auf der Strobe-Leitung S noch das bisherige Potential ansteht (vgl. Fig. 2). Als erstes werden diejenigen Leitungen a des Daten bus D ausgewertet, die (nun keine Prioritätsnachricht mehr, sondern) die Ziel-Kennung Kn für den nachfolgenden Datenblock Ib führen. Das können diesselben Leitungen a sein, die vorher die Prioritätsnach richt P führen konnten, so lange die Busy-Leitung Y noch auf High stand (vgl. Fig. 2). Ein Vergleicher 114 gibt in demjenigen, und nur in demjenigen, Teilnehmer Nn ein Quittungssignal 115 aus, bei dem die empfangene Anforderungs-Kennung mit der eigenen Kennung Kn übereinstimmt. Durch Übermittlung mehrerer Anforderungskennungen Kn′ können so mehrere Teilnehmer Nn′ gleichzeitig über eine Steuer information Ic angesprochen werden.All participants n therefore go to receive the destination identifier Kn now transmitted via the data bus D if a gate 113 is released because the potential on the busy line Y has been switched over, while on the strobe line S the previous one Potential is pending (see Fig. 2). First, those lines a of the data bus D are evaluated which (now no longer a priority message but instead) carry the destination identifier Kn for the subsequent data block Ib. These can be the same lines a that could previously carry the priority message P, as long as the busy line Y was still high (see FIG. 2). A comparator 114 outputs an acknowledgment signal 115 in that, and only in that, subscriber Nn, in which the received request identifier matches its own identifier Kn. By transmitting several request identifiers Kn ', several subscribers Nn' can be addressed simultaneously via control information Ic.
Als Quittungssignal 115 dient zweckmäßigerweise die Rückmeldung der Kennung Kn eines jeden der angesprochenen Teilnehmer Nn, so daß über einen Vergleicher 116 abgeprüft werden kann, ob alle Teil nehmer Nn erreicht wurden, die von der aktuellen Steuerinformation ICi angesprochen werden sollten. Vorteilhaft ist es, wenn diese angesprochenen Teilnehmer Nn am Ende des Quittungssignales 115 eine definierte Signalfolge abgeben, beispielsweise über eine bestimmte Anzahl von Taktzyklen High-Potential und dann Übergang auf Low-Poten tial. Wenn auch diese Markierung vom Vergleicher 116 erfaßt ist, steuert er über einen Umschalter 117 das bisher auf der Strobe-Lei tung S anstehende Potential um (gemäß Fig. 2 von High auf Low), und er schaltet gleichzeitig ein Ausgabegatter 118 für die nun über den Datenbus D an die angesprochenen Teilnehmer Nn zu übermittelnden Datenblöcke IBi. Diese Binärinformationen auf dem Datenbus D sind also dadurch als Informations-Datenblöcke IB gekennzeichnet, daß (wie im dargestellten Beispielsfalle) die Busy-Leitung Y noch auf Low-Potential gezogen ist und nun zusätzlich die Strobe-Leitung S auf Low-Potential gelegt ist. Am Ende der Datenblock-Übertragung werden dann beide Potentiale wieder hochgesetzt, nämlich durch An steuerung der Kippstufe 110 bzw. des Umschalters 117. Dabei kann diese Ende-Information am Ende des letzten Datenblockes IB enthalten sein; oder aber sie ist in den Datenblock-Steuerangaben IBc enthal ten, beispielsweise in Form der Länge der auf die Steuerinformation ICi folgenden Datenblöcke IBi.The acknowledgment signal 115 expediently serves the feedback of the identifier Kn of each of the addressed subscribers Nn, so that a comparator 116 can be used to check whether all subscribers Nn that should be addressed by the current control information ICi have been reached. It is advantageous if these addressed subscribers Nn emit a defined signal sequence at the end of the acknowledgment signal 115 , for example high potential over a certain number of clock cycles and then transition to low potential. If this mark is also detected by the comparator 116 , it controls the potential previously present on the strobe line S via a changeover switch 117 (from FIG. 2 from high to low), and it simultaneously switches an output gate 118 for the now the data bus D to the addressed subscribers Nn data blocks IBi to be transmitted. This binary information on the data bus D is thus characterized as information data blocks IB in that (as in the illustrated example) the busy line Y is still pulled to low potential and the strobe line S is now additionally set to low potential. At the end of the data block transmission, both potentials are then raised again, namely by controlling the flip-flop 110 or the changeover switch 117 . This end information can be contained at the end of the last data block IB; or it is contained in the data block control information IBc, for example in the form of the length of the data blocks IBi following the control information ICi.
In den empfangenden Teilnehmern Nn bewirkt die Abgabe des Anspra che-Quittungssignales 115 die Vorbereitung einer Freigabeschaltung 119, die dann mit Umschalten des Potentiales auf das Strobe-Leitung S ein Eingangsregister 120 zur Entgegennahme der daraufhin auf dem Datenbus D anstehenden Datenblöcke IBi freigibt.In the receiving subscribers Nn, the delivery of the response acknowledgment signal 115 causes the preparation of an enable circuit 119 , which then releases an input register 120 when the potential is switched to the strobe line S to receive the data blocks IBi which are then present on the data bus D.
Wenn am Ende der Übertragung von Datenblöcken IB das Potential auf der Busy-Leitung Y wieder auf High geschaltet wird, startet damit der nächste der beschriebenen Arbitration-Abläufe zur Feststellung, welcher Teilnehmer N eine Busanforderung mit höchstem Dringlichkeits grad aufweist.If at the end of the transfer of data blocks IB the potential the busy line Y is switched back to high, starts with it the next of the arbitration processes described to determine which participant N is a bus request with the highest urgency degrees.
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