DE4108796A1 - Datenuebertragungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Datenübertragungssystem mit einer Mehrzahl von Geräten, die an einer Eindraht-Daten­ leitung angeschlossen sind.

Aus EP 00 51 332 ist ein Kommunikationssystem mit einer ersten Anzahl von Stationen, die durch eine Zweidrahtlei­ tung miteinander verbunden sind, bekannt. Eine dieser Leitungen ist eine Datenleitung zum Übertragen einer Rei­ he von Datenbits und die andere dieser Leitungen ist eine Taktleitung zum synchronen Übertragen eines synchronisie­ renden Taktsignals für jedes Datenbit. Der Zugriff der einzelnen Stationen auf die Leitungen ist mittels einer sogenannten verdrahteten Logik realisiert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein neues Da­ tenübertragungssystem der eingangs genannte Art anzuge­ ben, mit dem eine schnelle Datenübertragung möglich ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine weitere Ein­ drahtleitung als Steuerleitung vorgesehen ist, an der diese Geräte angeschlossen sind, wobei einzelne über die Steuerleitung übertragene Steuersignale sich untereinan­ der durch ihre Zeitdauer unterscheiden.

Die Erfindung wird nun anhand eines in der Zeichnung dar­ gestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und er­ läutert.

Es zeigt

Fig. 1 ein Datenübertragungssystem mit erfindungsgemäßen Schaltungsmerkmalen,

Fig. 2 den Ablauf einer Adreßübertragung,

Fig. 3 den Ablauf einer Extended-Adreßübertragung,

Fig. 4 den Ablauf einer Broadcasting-Adreßübertragung und

Fig. 5 den Ablauf eines sogenannten Non-Collision- Interrupts.

Bei dem vorgesehenen Übertragungssystem sind mindestens zwei Leitungen vorgesehen, an denen einzelne Geräte ange­ schlossen sind, um miteinander Informationen auszutau­ schen. Neben einer Datenleitung 1 und einer Steuerlei­ tung 2 kann zusätzlich noch eine Taktleitung 3 vorgesehen sein. Von einem zentralen Gerät, dem sogenannten Bus-Ser­ ver, wird auf dieser Leitung ein Taktsignal bereitge­ stellt. Hierdurch ist eine synchrone Übertragung zu die­ sem Taktsignal auf den beiden anderen Leitungen möglich. Die zentrale Taktversorgung ermöglicht einen einfacheren Aufbau der angeschlossenen Geräte. Bei einer asynchronen Übertragung, d. h. wenn keine Taktleitung 3 vorgesehen ist, muß jedes Gerät die Datenleitung 1 und die Steuer­ leitung 2 mit einer entsprechend genauen Frequenz abtas­ ten. Dies kann beispielsweise mit Hilfe einer Phasen­ regelschleife realisiert werden. Als Ausführungsbeispiel ist ein Übertragungssystem mit einer Taktleitung 3 be­ schrieben, wobei die drei Signalleitungen jeweils als Eindrahtleitung ausgeführt sind. Bei ungünstigen Übertra­ gungsverhältnissen, z. B. bei längeren Signalleitungen, empfiehlt sich die Verwendung von Zweidrahtleitungen für einen symmetrischen Betrieb der Signalleitungen, bei­ spielsweise nach CCIT-Norm RS485. Je nach der gewählten Übertragungsart besteht der die einzelnen Geräte verbin­ dende Bus somit aus zwei, drei, vier oder sechs Leitungen.

Bei einem ersten in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbei­ spiel sind an die Datenleitung 1 und die Steuerleitung 2 und die Taktleitung 3 drei Geräte IC1, IC2, IC3 ange­ schlossen. Die Datenleitung 1 und die Steuerleitung 2 sind jeweils über einen Pull-up-Widerstand mit dem posi­ tiven Pol einer Versorgungsspannungsquelle verbunden. In den Geräten sind Sendeschalter S1, S2 angeordnet, welche wahlweise die Datenleitung 1 oder die Steuerleitung 2 mit Masse verbinden können. Im Ausführungsbeispiel sind diese Sendeschalter S1, S2 durch Feldeffekttransistoren (FET) realisiert. Solange alle an einer Leitung angeschlossenen Sendeschalter geöffnet sind, sich also im Aus-Zustand be­ finden, entspricht die Spannung auf dem Datenbus ungefähr der positiven Versorgungsspannung. Dieser Zustand wird im folgenden als Ein-Zustand der betreffenden Leitung be­ zeichnet und entspricht dem logischen Pegel "High". So­ bald auch nur einer der Sendeschalter geschlossen wird, d. h. in einen Ein-Zustand versetzt wird, entspricht die Spannung auf dieser Leitung ungefähr dem Massepotential. Dieser Spannungswert ist im folgenden dem logischen Pegel "Low" zugeordnet. Auf diese Weise ist eine sogenannte Wired-Or-Verknüpfung der Geräte realisiert.

In jedem Gerät sind ferner Empfangsverstärker V1, V2 enthalten, die ebenfalls an die Datenleitung ange­ schlossen sind. Mit den Empfangsverstärkern V1 und V2, die im einfachsten Fall aus einem Komperator gebildet werden, kann der auf dem Datenbus liegende Pegel gelesen werden und einem der Werte Ein oder Aus zugeordnet wer­ den. Das Ausgangssignal der Empfangsverstärker V1, V2 ist einer Kontrollschaltung K zugeführt, die die gelesenen Zustände des Datenbusses auswertet und gegebenenfalls da­ raus bestimmte Steuerfunktionen in dem betreffenden Gerät durchführt. Andererseits ist die Kontrollschaltung auch mit den Sendeschaltern S1, S2 verbunden, um bei Bedarf entsprechende Signale über die Leitungen anderen Geräten zuzusenden.

Auf der Datenleitung 1 werden Daten und Adressen übertra­ gen. Auf der Steuerleitung 2 werden zur Daten- und Adreß­ übertragung und sonstigem Bus-Steuerinformationen ausge­ tauscht. Die auf der Steuerleitung 2 übertragenen Steuer­ informationen unterscheiden sich durch die unterschiedli­ che Länge, in der sie die Steuerleitung in Low-Zustand versetzen. Ein Taktsignal wird über die Taktleitung 3 übertragen.

Im folgenden werden die Busprotokolle beschrieben, mit denen der Datenaustausch der einzelnen Geräte untereinan­ der durchgeführt wird.

Jedes am Bus angeschlossene Gerät kann über eine Adresse einzeln angesprochen werden. Die Adresse eines einzelnen Gerätes setzt sich aus einer Geräteadresse und einer Un­ teradresse zusammen. Mittels der Geräteadresse wird ein bestimmtes Gerät angesprochen und mittels der Unteradres­ se können unterschiedliche Funktionen in dem angesproche­ nen Gerät ausgelöst werden. So kann beispielsweise mit­ tels der Unteradresse zwischen Daten und Befehlen unter­ schieden werden.

Im Ausführungsbeispiel werden Daten und Adressen jeweils in Paketen, die gleich oder einem Vielfachen von acht Bit entsprechen, übertragen. Fig. 2 zeigt den Ablauf einer Adreßübertragung. Zur Adreßübertragung schaltet das Ge­ rät, das eine Adresse übertragen will, die Steuerleitung für zwei Taktzeiten auf Low-Pegel und beginnt gleichzei­ tig auf der Datenleitung 1 mit der Übertragung der Adres­ se. Als erstes Bit des acht Bit Paketes wird ein soge­ nanntes Extension-Bit EXT übertragen. Das Extension- Bit EXT hat den Wert Eins, wenn dem derzeitig ausge­ sandten Adreßpaket noch mindestens ein weiteres Adreßpa­ ket folgt. Wenn, wie bei der in Fig. 2 gezeigten Adreß­ übertragung, nur insgesamt ein Adreßpaket übertragen wird, so hat das Extensionbit den Wert Null. Daraufhin folgen sechs Adreßbits A5 bis A0. Alle auf der Datenlei­ tung übertragenen Adressen, Daten und sonstigen Infor­ mationen, werden so übertragen, daß das Most-Signifi­ cant-Bit jeweils als erstes und das Least-Signifi­ cant-Bit als letztes übertragen wird.

Das letzte Bit eines Adreßpaktes ist ein Schreib-Lese- Bit R/W. Das Schreib-Lese-Bit gibt an, ob das die Adresse aussendende Gerät im folgenden Daten an das angesprochene Gerät senden wird (Write) oder von dem angesprochenen Ge­ rät Daten angefordert werden (Read).

Mit einem einzigen Adreßpaket sind somit vierundsechzig verschiedene Adressen ansprechbar. Durch setzen des Ex­ tensionbits EXT sind jedoch im Prinzip beliebig viele Adressen erzeugbar.

Wenn die Geräteadresse von einem Gerät erkannt wird, so sendet dieses Gerät ein Acknowledge-Signal. Das Acknow­ ledge-Signal besteht aus einem Low-Impuls auf der Steuer­ leitung 2 von der Länge eines Taktes auf der Taktlei­ tung 3. Das Acknowledge-Signal sollte sobald wie möglich gesendet werden, d. h. also, sobald die Geräteadresse er­ kannt ist und die Unteradresse noch übertragen wird. Frühestens darf das Acknowledge-Signal jedoch einen Takt nach Freiwerden der Steuerleitung 2, d. h. nachdem auf der Steuerleitung 2 wieder High-Potential liegt, gesendet werden, damit die einzelnen auf die Steuerleitung 2 gege­ benen Low-Signale voneinander deutlich unterschieden wer­ den können. Kommt kein Acknowledge-Signal oder kommt es zu spät, so schließt der Master die Übertragung mit einem Time-Out und einem Adreß-Error ab. Das Acknowledge-Signal kann somit frühestens im vierten Takt gerechnet ab Adreß­ übertragungsbeginn gesendet werden. Das Acknowledge-Si­ gnal teilt dem Sender mit, daß der Empfangspuffer des Empfängers noch aufnahmefähig ist. Es bedeutet hingegen jedoch nicht, daß der Empfänger die Daten richtig erhal­ ten hat.

Fig. 3 zeigt die Übertragung einer aus zwanzig Bit be­ stehenden Adresse im sogenannten Extended-Adreß-Trans­ fer. Die Übertragung der Adresse beginnt wieder dadurch, daß die Steuerleitung 2 für die Länge von zwei Takten auf Low gelegt wird. Zur Übertragung von zwanzig Adreß­ bits A19 bis A0 sind drei Adreßpakete zu je acht Bit er­ forderlich. Das Extension-Bit EXT des ersten Pakets ist daher, da noch weitere Adreßpakete folgen, auf den Wert Eins gesetzt. Die darauffolgenden sieben Bit A19 . . . A13 bilden den ersten Teil der zu übertragenden Adresse. Zur Übertragung des zweiten Adreßpaktes, das wiederum mit ei­ nem Extensionbit mit dem Wert gleich Eins gestartet wird, wird die Steuerleitung für nur eine Taktzeit auf Low ge­ legt. Dem Extensionbit EXT dieses zweiten Adreßpaketes folgen die nächsten sieben Adreßbits A12 . . . A6. Zur Über­ tragung des letzten Adreßpaketes wird wiederum die Steuerleitung für die Länge eines Taktes auf Low gelegt und die letzten sechs Bits A5 bis A0 übertragen, wobei das Extensionbit diesmal den Wert Null aufweist, da dies nun das letzte Adreßpaket ist. Als letztes Bit des Adreß­ pakets wird wiederum das Schreib-Lese-Bit R/W gesendet. Das Schreib-Lese-Bit R/W muß nur einmal übertragen wer­ den.

Die Aufteilung der Bits auf Geräteadresse und Unteradres­ se ist für jedes angeschlossene Gerät beliebig. Beim Aus­ führungsbeispiel wird jedoch die Konvention eingehalten, daß die Unteradresse mindestens ein Bit aufweisen muß. Der zuerst gesendete Teil einer Adresse ist immer die Ge­ räteadresse, so daß der verbleibende Rest eines Adreß­ paketes die Unteradresse bildet.

Daten werden auf dem Adreßdatenbus ebenfalls in Datenpa­ keten von jeweils acht Bit ausgetauscht. Ein auf der Da­ tenleitung 1 übertragenes Datenpaket ist je nach Zustand des in dem der Datenübertragung vorangegangenen Adreß­ übertragung gesetzten Schreib/Lesebits für das zuvor adressierte Gerät oder das Gerät, das diese Adresse aus­ gesandt hatte, bestimmt. Zur Einleitung einer Datenüber­ ragung eines Datenpakets wird die Steuerleitung vom Da­ ten sendenden Gerät für die Dauer eines Taktes auf Low gelegt. Datenpakete können auch zeitlich unterbrochen sein.

Neben dem Ansprechen eines einzelnen Gerätes ist im Aus­ führungsbeispiel auch das Ansprechen mehrerer Geräte im sogenannten Broadcasting-Adress-Transfer möglich. Bei der sogenannten Broadcasting-Übertragung ist es möglich, den angesprochenen Geräten durch einen einzigen Datentransfer gleichzeitig Daten zu übermitteln. Beim Ausführungsbei­ spiel wurde dies so gewählt, daß alle am Bus angeschlos­ senen Geräte durch einen Broadcasting-Daten-Transferbe­ fehl angesprochen werden. Durch einen in Fig. 4 darge­ stellten Adreßtransfer ist es jedoch auch möglich, nur einzelne Geräte gezielt als Broadcasting-Teilnehmer aus­ zuwählen. Sobald ein Broadcasting-Adreß-Transfer durchge­ führt wird, aktualisieren alle Geräte einen Status, der angibt, ob sie Teilnehmer an einer Broadcasting-Übertra­ gung sind. Alle Teilnehmer, deren Adresse während eines Broadcasting-Adreß-Transfers nicht gesendet wird, setzen ihren Status auf Nicht-Broadcasting-Teilnehmer und alle Geräte, die während dieses Broadcasting-Adreß-Transfers angesprochen wurden, setzen ihren Status auf Broad­ casting-Teilnehmer. Solange der Broadcasting-Status der einzelnen Geräte durch einen Broadcasting-Adreß-Transfer nicht geändert wird, werden alle durch einen Broad­ casting-Daten-Transfer eingeleiteten Datenübertragungen von allen Geräten mit dem Status Broadcasting-Teilnehmer übernommen.

Der Broadcasting-Adreß-Transfer wird mit der Aussendung einer für diesen Zweck reservierten Adresse eingeleitet. Diese Adresse wird wie in einem bereits beschriebenen Adreßpaket übertragen. Hierzu wird wiederum die Steuer­ leitung zu Beginn des Adreß-Transfers für zwei Takte auf Low gelegt.

Fig. 4 zeigt einen solchen Broadcasting-Adreß-Transfer Auf die Aussendung der reservierten Adresse folgen die einzelnen Adressen der bei der Broadcasting-Übertragung angesprochenen Geräte. Hierbei können die einzelnen Adressen sich wiederum aus mehreren Adreßpaketen zusam­ mensetzen. Durch Aussenden einer zweiten reservierten Adresse, für die im Ausführungsbeispiel der hexerdezimale Wert 3E gewählt wurde, wird die Übertragung der Broad­ casting-Adressen abgeschlossen und die Übertragung der Daten gestartet. Alle Geräte, die bei der jeweils letzten Broadcasting-Adreß-Übertragung adressiert wurden, über­ nehmen diese Daten.

Die bisher beschriebene Adreß-Datenübertragung entspricht einem geregelten Ablauf. Durch Überwachung der Steuerlei­ tung 2 vor dem Aussenden von Adressen oder Daten sendet ein am Bus angeschlossenes Gerät nur dann Adreßdaten, wenn zur Zeit keine Adreß- bzw. Datenübertragung eines anderen Gerätes durchgeführt wird. Jedes Gerät überwacht die Adreß-Datenleitung und die Steuerleitung. Senden zu­ fälligerweise zwei oder mehr Geräte gleichzeitig eine Adresse, so entsprechen die auf dem Adreßbus erzeugten Adressen durch die Überlagerung der von den zugleich zu­ greifenden Geräten erzeugten Adressen nicht mehr der vom jeweiligen Gerät ausgesendeten Adresse. Durch die Über­ wachung der Datenleitung 1 bemerkt jedes Gerät diesen Konflikt und wiederholt die Adreßaussendung zufallsge­ steuert zu einem späteren Zeitpunkt.

Neben der regulären Adreß- und Datenübertragung besteht beim Ausführungsbeispiel auch die Möglichkeit der Unter­ brechung eines regulären Datenaustausches, um Geräten ei­ nen bevorzugten Zugriff auf den Adreß-Datenbus zu gewäh­ ren. Hierzu ist zum einen die Möglichkeit eines Non-Col­ lision-Interrupts und eines Collision-Interrupts. Non- Collision-Interrupts haben den Vorteil, daß sie so pla­ ziert werden können, daß sie ein Wiederholen von im Moment gelagerten ausgesendeten Adressen bzw. Daten ver­ meiden. Bei einem Non-Collision-Interrupt wird daher die Steuerleitung S überwacht und wenn acht Takte lang kein Low-Signal aufgetreten ist, wird auf der Steuerleitung das Non-Collision-Interrupt kennzeichnende Signal gesendet.

Im Ausführungsbeispiel wird für einen Non-Collision-In­ terrupt die Steuerleitung für die Länge von drei Taktzei­ ten auf Low gelegt.

Fig. 5 zeigt einen Non-Collision-Interrupt, der während einer Adreßübertragung durchgeführt wird. Damit die Adreßübertragung als solches noch erkannt werden kann, wird das Non-Collision-Interrupt-Signal auf der Steuer­ leitung 2 erst dann gesendet, nachdem das Adreß-Startsi­ gnal die Steuerleitung für einen Takt lang auf High-Po­ tential war. Bei einem Non-Collision-Interrupt wird das gerade ausgesendete Adreß- bzw. Datenpaket noch voll­ ständig übertragen. Ein Non-Collision-Interrupt unter­ bricht also die Übertragung erst nach Ende eines laufen­ den Bytes.

Beim Ausführungsbeispiel löst der Non-Collision-Interrupt nur einen Interrupt aus und überträgt keine weiteren Adressen, die das Gerät, das den Non-Collision-Interrupt ausgesendet hat, kennzeichnen würden. Der Bus-Server muß daher alle interruptfähigen Geräte der Reihe nach abfra­ gen.

Treffen zufällig Adreßübertragung und Non-Collision-In­ terrupt gleichzeitig zusammen, so überschreibt der Non- Collision-Interrupt wegen seinem um einen Takt längeren Low-Signal das Adreß-Start-Signal. Da das die Adresse aussendende Gerät durch Überwachung der Steuerleitung diesen Konflikt mitbekommt, verschiebt es seine Adreßaus­ sendung um vier Taktlängen. Die Abarbeitung des Non-Collision-Interrupts wird vom Bus-Server erst nach dem Ende der Adreßübertragung ausgeführt.

Ein Interrupt der zu jeder Zeit eingelagert werden kann und jede evtl. gerade stattfindende Adreß- bzw. Daten­ übertragung unterbricht, ist der Collision-Interrupt. Der Collision-Interrupt wird eingeleitet durch ein Low-Signal auf der Steuerleitung mit einer Länge von vier Takten. Durch die Länge von vier Takten ist gewährleistet, daß der Collision-Interrupt jedes andere auf der Steuerlei­ tung 2 liegende Signal überschreibt, so daß sich der Col­ lision-Interrupt gegenüber den anderen bisher beschriebe­ nen Steuersignalen stets durchsetzt. Wenn zu dieser Zeit gerade ein Gerät sendet, so unterbricht es seine Sendung, so daß das den Collision-Interrupt anfordernde Gerät die Datenleitung 1 unbehindert benutzen kann. Das unterbro­ chene Gerät ist allein dafür verantwortlich, daß die un­ terbrochene Übertragung zu einem späteren Zeitpunkt richtig wiederholt wird.

Wurde gerade ein Master beim Senden unterbrochen, so leitet er die Übertragung später nocheinmal ein. Wurde hingegen ein Slave unterbrochen, so muß der zugehörige Master, der die vom Slave gesendeten Daten nur unvoll­ ständig empfangen hat, die Wiederholung der Aussendung der Daten nocheinmal zu einem späteren Zeitpunkt beim Slave anfordern. Nach dem Aussenden des Collision-Inter­ rupts beginnt das den Interrupt aussendende Gerät sofort mit der Übertragung eines Interruptvektors. Der Inter­ ruptvektor ist im Ausführungsbeispiel eine acht Bit lange Interruptnummer. Die Interruptnummer gibt an, was für ein Interrupt ausgelöst wurde und der Bus-Server kann durch einen für die jeweilige Interruptnummer vorgesehenes Pro­ gramm reagieren.

Claims (7)

1. Datenübertragungssystem mit einer Mehrzahl von Gerä­ ten (IC1, IC2, IC3), die an einer Eindraht-Datenleitung (1) angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Eindrahtleitung (2) als Steuerleitung vorgesehen ist, an der diese Geräte (IC1, IC2, IC3) ange­ schlossen sind, wobei einzelne über die Steuerleitung (2) übertragene Steuersignale sich untereinander durch ihre Zeitdauer unterscheiden.

2. Datenübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einen Interrupt auslösende Steuersignale von längerer Zeitdauer sind als andere Steuersignale.

3. Datenübertragungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Steuersignale, die einen nichtunterbrechenden Inter­ rupt auslösen, von kürzerer Zeitdauer sind als Steuersi­ gnale, die einen unterbrechenden Interrupt auslösen.

4. Datenübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach einer Adreß- oder Datenübertragung auf der Da­ tenleitung (1) zu einem empfangenden Gerät (IC1, IC2, IC3) das empfangende Gerät ein Bestätigungssignal auf der Steuerleitung (2) zurücksendet.

5. Datenübertragungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bestätigungssignal die kürzeste Zeitdauer aller Steuersignale aufweist.

6. Datenübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Geräte (IC1, IC2, IC3) über Adressen ansprechbar sind, wobei jede Adresse aus einer das Gerät ansprechenden Geräteadresse und einzelne Funktionen des Gerätes ensprechenden Unteradressen besteht.

7. Datenübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Geräte zu Gruppen zusammenfaßbar sind und eine Gruppe mittels einer einzigen Adresse gemeinsam an­ sprechbar ist.