DE4015041A1 - Verfahren zur seriellen uebertragung von daten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur seriellen Übertragung von Daten in einem asynchronen, digitalen Bus­ system nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der Literatur (Georg Keller, Gerhard Pumpe: "Elektronische Schaltungen in der Fernschreib- und Datentechnik", Siemens AG, 1966) ist bekannt, bei der seriellen Übertragung von Daten das Start-Stop-Verfahren anzuwenden. Dabei sind Sende- und Emp­ fangsapparatur nur während der Übertragungszeit eines Zeichens im Gleichlauf. Vor und nach den eigentlichen Datenbits eines Zeichens werden Start- und Stopbits hinzugefügt. Die Vorder­ flanke des Startbits zeigt dem Empfänger den Beginn eines Zei­ chens an. Der Stopschritt kennzeichnet das Ende des Zeichens und liefert einen Mindestabstand zum darauffolgenden Zeichen. Er kann die Länge eines Bits aufweisen und bietet die Möglich­ keit, Gleichlaufdifferenzen zwischen Sender und Empfänger aus­ zugleichen. Um die Übertragungsgeschwindigkeit zu erhöhen, werden die Zeichen häufig nahtlos gesendet, so daß zwischen den einzelnen Zeichen keine Lücken bestehen und sich das Startbit des nachfolgenden Zeichens unmittelbar an das Stopbit des vor­ hergehenden Zeichens anschließt.

Äußere Einflüsse, wie z. B. Störimpulse auf der Leitung, be­ wirken sporadische Abweichungen der Bitlängen vom ursprüngli­ chen Wert. Sie führen zu einer Verkürzung oder Verlängerung von Bits durch Verschiebung des Bitanfangs oder des Bitendes.

Systematische Abweichungen sind im wesentlichen auf das elek­ trische Verhalten der Busleitung im Zusammenspiel mit der Signalcodierung zurückzuführen. Sie treten bei der im Normal­ fall gegebenen ungleichmäßigen Verteilung von Low- und High- Signalen, die den logischen "0"- und logischen "1"-Bits im Datenstrom entsprechen, auf.

In einem Empfänger bewirkt ein verzerrtes Startbit, bei dem durch sporadische oder systematische Abweichungen die Vorder­ flanke zeitlich verschoben übertragen wird, eine Verschiebung der Abtastung aller Datenbits des Zeichens, da die Abtast­ zeitpunkte durch die Vorderflanke des Startbits bestimmt werden. Die Bits werden in diesem Fall nicht mehr in der Bit­ mitte, sondern zu einem zum Bitrand verlagerten Zeitpunkt ab­ getastet, wodurch eine Verringerung des Signal-/Rauschabstandes und damit der Übertragungssicherheit hervorgerufen wird.

Durch diese Störungen treten besondere Probleme bei Repeatern auf. Das sind Leitungsverstärker, die zur Erhöhung der maxi­ malen Reichweite und der Teilnehmerzahl oder zur Entkopplung einzelner Bussegmente eingesetzt werden. Repeater werden als Verbindungselement zur Datenübertragung zwischen zwei galva­ nisch getrennten Bussegmenten angeordnet. Ihre Aufgabe ist im wesentlichen die Signalregenerierung zwischen den beiden Bussegmenten. Die Signalregenerierung läßt sich unterteilen in die Regeneration der Signalamplitude und die Wiederherstel­ lung der ursprünglichen Bitlängen. Die oben beschriebenen Stö­ rungen beim Empfang eines Zeichens können beim Wiederaussenden durch den Repeater zu einer verkürzten oder verlängerten Dauer des Stopbits führen. In weiter nachfolgenden Repeatern wird dieser Fehler eventuell nochmals verstärkt und bewirkt letzt­ lich Fehler des übertragenen Telegramms. Bei lückenlos gesende­ tem Datenstrom in einem Bussystem kann daher nur eine geringe Anzahl von Repeatern hintereinandergeschaltet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für die Festlegung der Abtastzeitpunkte in einem Empfänger zu finden, bei dem in einem lückenlos gesendeten Datenstrom Verschiebungen der Vorderflanke des Startbits nicht zu einer Verringerung der Übertragungssicherheit führen und das die Zusammenschaltung beliebig vieler Bussegmente mit Repeatern zuläßt.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist das Verfahren der eingangs ge­ nannten Art das im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 ge­ nannte Merkmal auf. In den Unteransprüchen sind Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß sie eine Datenverfäl­ schung und Fehlerfortpflanzung aufgrund sporadischer oder systematischer Störungen auf die Ausgangsseite eines Repeaters verhindert, indem die Aussendung nachfolgender Zeichen entspre­ chend beeinflußt wird. Ein an der Empfangsseite temporär auf­ tretender großer Verzerrungsfehler wird damit bei der Wieder­ aussendung auf mehrere folgende Stopbits verteilt erscheinen. Wird beispielsweise bei einer Toleranzgrenze von ±10% der Bitlänge eine um 30% verzögerte Vorderflanke des Startbits angenommen, so begrenzt das Korrekturverfahren den Stopbit­ fehler beim folgenden Zeichen auf 10% und verteilt den ver­ bleibenden Restfehler auf die beiden nachfolgenden Zeichen mit ebenfalls jeweils 10%. Die Korrektur wird durch verzögertes Aussenden der drei auf den Empfangsfehler folgenden Zeichen bewirkt. Die Sendeverzögerung beträgt jeweils 10% einer Bit­ länge. Starke, momentane Fehler der Vorderflanke des Startbits an der Eingangsseite des Repeaters sind, bedingt durch das Korrekturverfahren, auf der Ausgangsseite nicht im ursprüng­ lichen Ausmaß sichtbar. Das Korrekturverfahren hält die Wieder­ aussendung der empfangenen Zeichen innerhalb eines fest vorgeb­ baren Toleranzbereichs. Bitverzerrungen führen über mehrere Repeaterstufen bzw. Bussegmente hinweg nicht zu einer Informa­ tionsverfälschung. Das Verfahren ist auch anwendbar, wenn eine geringe Verzögerungszeit des Repeaters von etwa einer halben bis einer Bitlänge gefordert wird, da das Zwischenspeichern ganzer Zeichen nicht notwendig ist. Mit Ausnahme des Stopbits haben alle Bits des regenerierten Zeichens die gleiche Länge wie die gesendeten Bits, wenn eine hinreichende Übereinstimmung zwischen Sender- und Empfängerquarzfrequenz vorausgesetzt wird. Bei dem Verfahren kann die Länge des am Repeaterausgang ausge­ sendeten Stopbits von der Originallänge durch Verkürzung oder Verlängerung abweichen. In jedem Fall aber ist eine definierte, einstellbare Mindest- und Maximallänge des Stopbits gewähr­ leistet. Die Mindestlänge verhindert, daß weitere Verkürzungen auf nachfolgenden Bussegmenten zu einer Stopbitverfälschung führen können. Die Begrenzung des Stopbits auf einen Maximal­ wert verhindert, daß über mehrere Repeaterstufen hinweg das Stopbit unzulässig verlängert werden kann. Die Erfindung ist hauptsächlich für asynchrone Übertragungsverfahren geeignet; ihr Einsatz kann aber auch bei synchroner Übertragung sinnvoll sein.

Anhand der Zeichnungen werden im folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert.

In Fig. 1 sind Zeitdiagramme eines Zeichens und in Fig. 2 zwei Ausschnitte der Zeitdiagramme von Fig. 1 dar­ gestellt.

Fig. 3 veranschaulicht ein erstes Ausführungsbeispiel und Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In Fig. 1 sind die Zeitdiagramme eines von einem Repeater empfangenen Zeichens EZ und eines von dem Repeater wieder ausgesendeten Zeichens SZ dargestellt. Nach dem Start-Stop- Prinzip beginnt die Übertragung eines Zeichens mit der Vorder­ flanke VF1 des Startbits, das im Abstand einer halben Bitlänge zur Vorderflanke VF1 zum Zeitpunkt T3 von einem Empfänger abgetastet wird. In diesem Beispiel haben Startbits immer die logische Wertigkeit "0", die einem Low-Signal entspricht. Nach dem Startbit werden die acht Datenbits des übertragenen Zei­ chens zu den Zeitpunkten T4 ... T11 abgetastet. Diese Datenbits können einen beliebigen Signalpegel aufweisen und werden des­ halb im Zeitdiagramm der Fig. 1 mit zwei Linien, von denen eine ein Low-Signal und die zweite ein High-Signal markiert, dargestellt. Im Zeitdiagramm ist der Bereich der Datenbits durch eine schraffierte Fläche angedeutet. An die Datenbits schließt sich ein Paritätsbit an, das zum Zeitpunkt T12 ab­ getastet wird. Sein Zustand ist ebenfalls nicht für alle zu übertragenden Zeichen einheitlich. Beendet wird die Übertragung des Zeichens mit einem Stopbit, das immer den zum Startbit kom­ plementären Signalpegel, in diesem Fall High-Pegel, aufweist. Es wird zum Zeitpunkt T13 abgetastet. Seine Dauer beträgt eine Bitlänge. Unmittelbar an das Ende der Übertragung des Zeichens schließt sich ein weiteres Zeichen an, das mit der Vorderflanke VF2 des nächsten, zum Zeitpunkt T14 abgetasteten Startbits be­ ginnt. Die vom Repeater empfangenen Bits werden synchron mit ihrem zugehörigen Abtastzeitpunkt auf der Sendeseite des Repeaters als Sendezeichen SZ wieder ausgegeben.

Fig. 2 verdeutlicht den Übergang zwischen zwei Zeichen für eine ungestörte Übertragung. Das Stopbit, welches das erste Zeichen beendet, wird zum Zeitpunkt T2 abgetastet. Die Vorder­ flanke VF1 des Startbits des zweiten Zeichens folgt um eine halbe Bitlänge gegenüber dem Abtastzeitpunkt T2 verzögert. Wiederum eine halbe Bitlänge später wird zum Zeitpunkt T3 das Startbit des zweiten Zeichens abgetastet. Alle weiteren Abtast­ zeitpunkte der folgenden Bits des zweiten Zeichens schließen sich mit einem jeweiligen Abstand einer Bitlänge zueinander an, wie es in der Fig. 2 nur für den Abtastzeitpunkt T4 darge­ stellt ist. Das Aussenden der Bits des Sendezeichens SZ erfolgt immer beginnend mit den Abtastzeitpunkten, zu denen die ent­ sprechenden Bits empfangen wurden.

Tritt auf dem Bussegment, von dem der Repeater das Zeichen EZ empfängt, durch eine sporadische oder systematische Störung eine Verschiebung der Vorderflanke des Startbits auf, so können die Abtastzeitpunkte der einzelnen Bits eines Zeichens, wie in der Fig. 3 am Beispiel der Abtastzeitpunkte T1 und T2 gezeigt, zum rechten Rand der Bitdauer versetzt werden. Würde man den Abtastzeitpunkt des Startbits wie im Normalfall eine halbe Bitlänge nach Erkennen der Startflanke VF1 als Zeitpunkt TM3 festlegen, dann hätte das von dem Repeater ausgegebene Stopbit nicht die für eine sichere Datenübertragung erforderliche Mindestlänge. Deshalb wird erfindungsgemäß die Wahl der Abtast­ zeitpunkte des zweiten Zeichens auch in Abhängigkeit des Zeit­ raums zwischen dem Abtastzeitpunkt T2 des Stopbits des vorher­ gehenden Zeichens und der Vorderflanke VF1 des Startbits ge­ troffen und gegenüber der von TM3 markierten Mittenlage ver­ zögert. In dem Beispiel beträgt die Verzögerung etwa ein Viertel einer Bitlänge, so daß das Stopbit etwa drei Viertel einer Bitlänge andauert. Bei der nicht mehr dargestellten Übertragung des zweiten Zeichens können die Abtastzeitpunkte nun um einen geringeren Betrag zur Mittenlage hin verlegt werden.

In Fig. 4 ist ein Beispiel dargestellt, in dem die Abtastzeit­ punkte des ersten Zeichens aufgrund einer zuvor aufgetretenen Störung um nahezu eine halbe Bitlänge aus der Mittenlage an den linken Rand versetzt sind. Der Zeitraum zwischen Abtastzeit­ punkt T2 des Stopbits des ersten Zeichens und der Vorderflanke VF1 des Startbits des zweiten Zeichens ist hier größer als ein Maximalwert von beispielsweise drei Viertel einer Bitlänge, so daß die Abtastzeitpunkte T3 . . . T13 des zweiten Zeichens gegenüber der Mittenlage TM3 um beispielsweise ein Viertel einer Bitlänge vorverlegt werden. Das erfindungsgemäße Verfah­ ren ermöglicht in diesem Fall eine Verkürzung der Stopbitlänge auf einen zulässigen Maximalwert. Das nicht mehr dargestellte Stopbit des zweiten empfangenen Zeichens wird bei dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren vom Repeater mit einer um einen ge­ ringeren Betrag größeren Stopbitlänge ausgesendet.

Claims (6)

1. Verfahren zur seriellen Übertragung von Daten nach dem Start-Stop-Prinzip, wobei in einem Empfänger die Abtastzeit­ punkte (T3 ... T13) der einzelnen Bits eines zu empfangenden Zeichens (EZ) durch den Empfangszeitpunkt der Vorderflanke (VF1) des Startbits, die Bitlänge und die Anzahl der Bits je Zeichen festgelegt werden, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abtastzeitpunkte (T3 . . . T13) zusätzlich in Abhängigkeit des Zeitraums zwischen Abtastzeit­ punkt (T2) des Stopbits des vorhergehenden Zeichens und der Vorderflanke (VF1) des Startbits bestimmt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abtastzeitpunkte (T3 . . . T13) gegen­ über einer Mittenlage (TM3) verzögert werden, falls der Zeit­ raum zwischen Abtastzeitpunkt (T2) des Stopbits des vorher­ gehenden Zeichens und der Vorderflanke (VF1) des Startbits kleiner als ein vorgegebener Mindestwert ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Abtastzeitpunkte (T3 . . . T13) gegenüber einer Mittenlage (TM3) vorverlegt werden, falls der Zeitraum zwischen Abtastzeitpunkt (T2) des Stopbits des vorhergehenden Zeichens und der Vorderflanke (VF1) des Start­ bits größer als ein vorgegebener Maximalwert, aber kleiner als der Sollwert der Stopbitlänge ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die maximale Verschiebung der Abtastzeitpunkte (T3 . . . T13) um eine Mitten­ lage (TM3) in Abhängigkeit des Zeitraums zwischen Abtastzeit­ punkt (T2) des Stopbits des vorhergehenden Zeichens und der Vorderflanke (VF1) des Startbits das 0,25fache einer Bit­ länge ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Empfänger ein Repeater ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Repeater die auf dem einen Über­ tragungsmedium empfangenen Datenbits synchron mit den Abtast­ zeitpunkten (T3 . . . T13) auf einem zweiten aussendet.