DE4038596C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Fehlererkennung bei der Datenübertragung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Fehlerkennung bei der Übertragung von Datenwörtern über einen Kanal mit parallelen Leitungen, auf denen die Stellen jeweils eines Worts gleichzeitig übertragen werden.

Ein derartiges Verfahren ist bei der Übertragung von Daten in Blöcken bekannt (GABLER, H.: "Grundlagen der Text- und Datenübermittlung", Bd. 21, Heidelberg, R. v. Decker's Verlag, G. Schenk, 1989, S. 166, 167). Für die übertragenen Blöcke kann eine Querparitätsprüfung eine Längsparitätsprüfung oder eine zyklische Blockprüfung eingesetzt werden, um Fehler bei der Übertragung zu erkennen und gegebenenfalls Einfachfehler zu korrigieren.

Bei der Übertragung von Daten auf parallelen Kanälen, z. B. einem Bus, wird zur Sicherung die Längs- und Querparität erzeugt. Die parallele Übertragung ist häufig taktgebunden, wobei der Takt auf einer gesonderten Leitung bzw. einem gesonderten Kanal übertragen wird. Der zeitweilige Ausfall des Takts kann Fehler hervorgerufen, die durch die Längs- und Querparitätsprüfung nicht erkannt werden können.

Bekannt ist auch die serielle Datenübertragung in Blöcken, denen fortlaufende Nummern zugeordnet sind. Mittels der Blocknummern wird die Datenübertragung synchronisiert. Die Blocknummern enthalten keine Informationen über die im jeweiligen Block übertragenen Daten. Die Blöcke werden anhand ihrer Blocknummern identifiziert. Für die Feststellung von Fehlern ist ein Paritätskontrollzeichen vorgesehen. Ein Taktfehler bei der Übertragung muß sich weder auf die Blocksynchronisation fehlerhaft auswirken noch zu einer Abweichung zwischen dem übertragenen und dem im Empfänger gebildeten Paritätskontrollzeichen führen, so daß Taktfehler nicht zuverlässig erkannt werden können (DE-OS 15 37 467).

Bei der betrieblichen Überwachung von aus Lichtwellenleitern bestehenden Übertragungsstrecken, auf denen Datenblöcke übertragen werden, ist es bekannt, jedem Datenblock ein Prüfbit hinzuzufügen, die Prüfbits alle an den gleichen Positionen den Datenblöcken und Prüfbits mit unterschiedlichen binären Informationen zu verwenden (DE 33 42 638 C2).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen Kanal mit parallelen Leitungen, auf denen die Stellen jeweils eines Datenworts gleichzeitig übertragen werden, ein Verfahren sowohl zur Erkennung von Taktfehlern als auch zur Erkennung von Fehlern, die sich auf die Parität der Datenwörter auswirken, zu entwickeln.

Die Aufgabe wird für ein Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Längsparitätsprüfwort mit der Zahl der übertragenen Datenworte zu einem Prüfwort vereinigt wird, das zum Empfänger übertragen und in diesem mittels einem aus der Zahl der Datenworte gewonnenen Prüfwort verglichen wird. Mit diesem Verfahren können auch Fehler festgestellt werden, die durch Ausfall oder Unterbrechung des Takts hervorgerufen werden. Der für die Taktfehlererkennung notwendige Aufwand ist gering. Die Sicherheit vor unerkannter Weiterverarbeitung fehlerhafter Wörter wird erhöht. Ein eigenes Längsparitätsprüfwort ist nicht erforderlich. Der Datensicherungsteil der übertragenen Nachricht wird deshalb nicht länger.

Insbesondere wird aus den Längsparitätsprüfworten in Exklusiv-Oder- Verknüpfung mit der Zahl der Datenworte das Prüfwort gebildet. Die Prüfung erkennt Fehler in bezug auf die Zahl und den Inhalt der Datenworte. Der Ausfall von Taktflanken oder die Vervielfachung von Taktflanken kann auf einfache Weise erkannt werden.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens besteht erfindungsgemäß darin, daß zur Bildung des Prüfworts in einem Sender und einem Empfänger für die Datenwörter jeweils ein Zähler vorgesehen ist, dessen Ausgänge jeweils an Exklusiv-Oder-Glieder gelegt sind, deren zweite Eingänge je an eine Anordnung zur Bildung der Längsparität angeschlossen sind. Bei dieser Anordnung entspricht die Periode des Takts der Dauer der Übertragung eines Worts, von dem während dieser Zeit auf jeder parallelen Leitung nur je ein Bit übertragen werden kann.

Im Empfänger sind vorzugsweise die Ausgänge der Exklusiv-Oder-Glieder an Eingänge eines NOR-Glieds angeschlossen, das den Dateneingang eines D- Flipflop speist, dessen Takteingang von einem für die Dauer der Übertragung aktiven Signal beaufschlagt wird, wobei der Ausgang des D-Flipflops im Fehlerfall ein binäres Signal abgibt. Für die Fehlererkennung ist nur ein geringer Aufwand notwendig.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben, aus dem sich weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben.

Es zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer in einem Sender vorgesehenen Anordnung zur Erzeugung eines Prüfworts,

Fig. 2 ein detailliertes Schaltbild der Anordnung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 ein Schaltbild einer im Empfänger vorgesehenen Anordnung zur Prüfung des korrekten Empfangs,

Fig. 4 ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs von Signalen auf parallelen Leitungen zwischen Sender und Empfänger und im Empfänger.

Ein Sender 1 enthält ein Sendeteil 1a, das Daten auf einem parallelen Bus 2 erzeugt, dessen Anzahl paralleler Leitungen mit n bezeichnet ist. Das Sendeteil 1a gibt auf Steuerleitungen 3, jeweils ein Taktsignal (CLK) und ein das Vorliegen einer Übertragung anzeigendes Signal (Busy) aus. Die beiden Leitungen sind durch den Hinweis 2 an der Leitung 3 gekennzeichnet. Alle Busleitungen Do bis Dn-1 sind, wie in Fig. 1 dargestellt, mit einem Prüfworterzeuger 4 verbunden, der ausgangsseitig mit einer Anzahl von n- Leitungen an einen Multiplexer 5 angeschlossen ist, dessen andere Eingänge direkt an das Sendeteil 1a gelegt sind. Der Multiplexer 5 wird von einem Steuersignal, das sich auf das Prüfwort bezieht, auf den Prüfworterzeuger 4 geschaltet. Nach dem Multiplexer 5 ist ein Querparitätserzeuger 6 mit den n- Busleitungen verbunden.

Der Prüfworterzeuger 4 hat den in Fig. 2 dargestellten Aufbau. Auf den Datenleitungen Do, D1, D2 . . . Dn-1 des Busses 2 werden Datenwörter nacheinander in der durch die Taktimpulse auf einer Busleitung 7 vorgegebenen Frequenz übertragen. Zur Fehlerüberwachung sind Blockprüfzeichen vorgesehen. Die Datenübertragung hat z. B. die Struktur eines "Rahmens" mit einem Datenkörper, der die Nachricht beinhaltet und einem Datensicherungsteil. Zur Sicherung der Daten ist bei der in Fig. 1 und 2 dargestellten Anordnung ein Prüfwort vorgesehen, das für jede Datenleitung Do bis Dn-1 ein Prüfbit enthält. Die Erzeugung der Prüfbits für jede Datenleitung Do- Dn-1 geschieht mit gleich aufgebauten Schaltungen, von denen nur die für die Datenleitung Do im einzelnen in Fig. 2 dargestellt und beschrieben ist. Die Datenleitung Do ist mit einem Eingang eines Exklusiv- Oder-Glieds 8 verbunden, dessen Ausgang an den Dateneingang "D" eines D- Flipflops 9 angeschlossen ist, das durch positive Signalflanken triggerbar und mit dem Takteingang an die Leitung 7 gelegt ist.

Der nichtinvertierte Ausgang "Q" des Flipflops 9 ist an den Dateneingang eines weiteren D-Flipflops 10 gelegt, das durch negative Signalflanken triggerbar und ebenfalls mit seinem Takteingang an die Leitung 7 angeschlossen ist. Die Rücksetzeingänge beider Flipflops 9, 10 sind mit einer Leitung 11 verbunden, auf der bei Vorliegen einer Übertragung ein entsprechendes Steuersignal auftritt. Mit dem Exklusiv-Oder-Glied 8 und den Flipflops 9, 10 wird ein Längsparitätsprüfwort erzeugt.

Am nichtinvertierten Ausgang "Q" des Flipflops 10, der auf den zweiten Eingang des Exklusiv-Oder-Glieds 8 rückgekoppelt ist, entsteht das Längsparitätsbit für die nacheinander auf der Datenleitung Do übertragenen Daten der Stelle der Wörter, der die Leitung Do zugeordnet ist. Beispielsweise ist die Datenleitung Do für die Übertragung der ersten Stelle mit der binären Wertigkeit 1 bzw. 0 bestimmt. Für die Datenleitungen D1, D2 . . . Dn-1 sind gleich aufgebaute Schaltungen zur Erzeugung eines Längsparitätsbits vorgesehen. Diese Schaltungen sind in Fig. 2 generell mit 12 bezeichnet.

Die Erzeugung der Längsparitätsbits hängt unter anderem von der Taktimpulsfolge ab. Bei Ausfall oder Unterbrechung der Taktimpulsfolge auf dem Bus ergibt sich eine falsche Längsparität. Um den Ausfall eines oder mehrerer Taktsignale erkennen zu können, ist eine weitere Anordnung für die Einbeziehung der Taktsignale in das Prüfwort vorgesehen. Ein Zähler 13 ist mit seinem Zähleingang an die Leitung 7 und mit seinem Rücksetzeingang an die Leitung 11 angeschlossen. Die Zählerkapazität des Zählers 13 ist auf die maximale vorgesehene Zahl von in einem Rahmen übertragbaren Daten eingestellt. Die Ausgänge des Zählers 13 sind an ein Exklusiv-Oder-Glied 14 und an weitere Exklusiv-Oder-Glieder 15, 16, 17 angeschlossen, die pro Leitung Do, D1 . . . D_n-1 vorgesehen sind. Der Ausgang des Flipflops 10 ist mit einem Eingang des Exklusiv-Oder-Glieds 14 verbunden, dessen Ausgang an einen Eingang des Multiplexers 5 angeschlossen ist, dessen Ausgang die Datenleitung Do speist. Der zweite Eingang des Multiplexers 5 ist mit einer der Leitung D1 entsprechenden Leitung verbunden.

Der ein Exklusiv-Oder-Glied aufweisende Querparitätserzeuger 6 ist mit seinen Eingängen an die Ausgänge des Multiplexers 5 angeschlossen und erzeugt für jedes übertragene Wort ein Querparitätsbit.

Auf den Datenleitungen wird beispielsweise die folgende Anzahl von Worten übertragen, die sich in Form einer Matrix darstellen lassen:

d₀₁, d₀₂ . . . d₀_m  L₀
d₁₁, d₁₂ . . . d₁_m  L₁
.   .      .     .
.   .      .     .
.   .      .     .
d_n₁, d_n₂ . . . d^nm  L_n
Q₁, Q₂ . . . Q_m  Q_m+1

Mit d sind die Bits der einzelnen Stellen bezeichnet. Die Indizes m und n geben die zeitliche Reihenfolge und die Reihenfolge auf den Leitungen an. Mit L sind die Prüfbits und mit Q die Querparitätsbits bezeichnet. Die Indizes der Prüf- und Querparitätsbits beziehen sich auf die verschiedenen Leitungen.

Die Bildung der Querparität geschieht nach folgender Beziehung:

Q_K = d₀_K + d₁_K + . . . d^nk,

worin mit + die Exklusiv-Oder-Verknüpfung und mit dem Index K die einzelnen Wörter bezeichnet sind.

In einem Empfänger 18 ist an die Datenleitungen Do bis Dn-1 jeweils die Anordnung 4 zur Erzeugung der Prüfbits und eine Anordnung für die Querparitätsbits angeschlossen. Die Querparität wird mit einem Exklusiv- Oder-Glied 19 erzeugt. Der Prüfworterzeuger ist in gleicher Weise wie im Sender 1 mit den Leitungen 7, 11 verbunden. Das Prüfwort selbst wird im Empfänger 18 nicht vom Zähler berücksichtigt. Dies kann durch geeignete schaltungstechnische Maßnahmen erfolgen, in dem der erste Takt vom Zähler 13 ausgeblendet wird oder vom Ausgang des Zählers der Wert eins subtrahiert wird. In Fig. 3 ist dies schematisch durch einen Subtrahierer 30 im Prüfworterzeuger 4 dargestellt.

Die Ausgänge des Prüfworterzeugers 4 sind an Eingänge eines Nor-Glieds 20 angeschlossen, dessen Ausgang den Dateneingang eines D-Flipflops 21 speist. Das Flipflop 21 ist mit seinem Takteingang an die Leitung 11 gelegt und wird mit positiven Flanken getriggert.

Für jede Leitung Do bis Dn-1 wird ein Prüfbit nach folgender Beziehung erzeugt:

L_i = (d_i₁ + d_i₂ . . . + d_im) + Mi.

Hierin bedeuten i der Index für die jeweilige Leitung, die Indizes 1, 2, m die Reihenfolge der Bits der Wörter, + die Exklusiv-Oder-Verknüpfung und m der Zählstand des Zählers 13. Mi ist das i-te Bit des Zählers 13.

Die Fig. 4 zeigt ein Signal 22 auf der Leitung 11, das zum Zeitpunkt t₁ einen niedrigen Pegel annimmt, der die Übertragung der Daten (inklusive Längsprüfwert) kennzeichnet. Während des niedrigen Pegels des Signals 22 treten auf der Leitung 7 Taktimpulse 23 auf. Zugleich werden synchron zu den Taktimpulsen 23 Datenwörter 24, 25, 26 auf den Leitungen mit ihren Stellen parallel übertragen.

Das Signal 27 am Ausgang des NOR-Glieds 20 geht zu Beginn auf einen niedrigen Pegel über und behält diesen während der Übertragung bei, bis sich mit der abschließenden Übertragung des Längsparitätsworts ein hoher Pegel einstellt (bei Korrektur Übertragung). Mit 28 ist in Fig. 4 das Kontrollsignal im Empfänger bezeichnet, das den korrekten Abschluß der Datenübertragung, z. B. durch eine logische "1", kennzeichnet.

Wenn ein Fehler bei der Übertragung auftritt oder eine bzw. mehrere Taktflanken verloren gehen, bleibt das Signal 27 am Ende der Übertragung, d. h. nach dem Zeitpunkt t₂ auf niedrigem Pegel, was mittels des Flipflops 21 abgespeichert und gemeldet wird, indem z. B. ein Alarm erzeugt oder eine Wiederholung der Übertragung durchgeführt wird.

Mit der oben beschriebenen Anordnung wird folgendes Verfahren durchgeführt: Der Sender 1 kombiniert das Längsparitätswort mit der Zahl der übertragenen Datenworte zu einem neuen Prüfwort mit einer bitweisen Exklusiv-Oder- Verknüpfung. Der Empfänger 18 kennt durch den Übertragungsprozeß diese Zahl und bildet das Prüfwort durch eine Exklusiv-Oder-Verknüpfung. Das im Empfänger 18 gebildete Prüfwort wird mit dem empfangenen verglichen. Die Prüfung stellt nur dann keinen Fehler fest, wenn sowohl die Zahl als auch die Inhalte der Datenworte korrekt sind. Insbesondere ist auch der Ausfall von Taktflanken feststellbar. Die Hamming-Distanz ist 4.

Claims (5)

1. Verfahren zur Fehlererkennung bei der Übertragung von Datenwörtern über einen Kanal mit parallelen Leitungen, auf denen die Stellen jeweils eines Worts gleichzeitig übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Längsparitätsprüfwort mit der Zahl der übertragenen Datenworte zu einem Prüfwort vereinigt wird, das zum Empfänger übertragen und in diesem mittels einem aus der Zahl der Datenworte und einem Längsparitätsprüfwort gebildeten Prüfwort verglichen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Längsparitätsprüfworten in Exklusiv-Oder-Verknüpfung mit der Zahl der Datenworte das Prüfwort gebildet wird.

3. Vorrichtung zur Fehlererkennung bei der Übertragung von Datenwörtern über einen Kanal mit parallelen Leitungen, auf denen die Stellen jeweils eines Worts gleichzeitig übertragen werden, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Prüfworts in einem Sender (1) und einem Empfänger (18) für die Datenwörter jeweils ein Zähler (13) vorgesehen ist, dessen Zähleingang von Taktsignalen beaufschlagbar ist, deren Periode die Übertragung eines Worts bestimmt, und daß die Ausgänge des Zählers (13) je an Exklusiv-Oder-Glieder (14, 15, 16, 17) gelegt sind, von denen je ein weiterer Eingang an eine Anordnung zur Bildung der Längsparität angeschlossen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Sender (1) die Ausgänge der Exklusiv-Oder-Glieder (14, 15, 16, 17) über einen Multiplexer (5), der in Abhängigkeit von einem Steuersignal für die Längsparität auf die Exklusiv-Oder-Glieder (14, 15, 16, 17) oder unmittelbar auf die parallelen Leitungen des Kanals eingestellt wird, an die parallelen Leitungen (Do...Dn-1) des Kanals anlegbar sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Empfänger (18) die Ausgänge der Exklusiv-Oder-Glieder je an Eingänge eines NOR-Glieds (20) angeschlossen sind, dessen Ausgang, an dem im Fehlerfalle ein Signal erzeugt wird, mit einem taktgesteuerten Flipflop (21) verbunden ist, dessen Takteingang an eine während der Datenübertragung ein dieser zugeordnetes Signal führende Leitung (11) angeschlossen ist.