DE4129332A1 - Bussystem fuer bestueckbare baugruppentraeger - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Bussystem nach der Gattung des Hauptan­ spruchs. Elektronische Systeme, wie zum Beispiel CNC-Steuerungen sind häufig modular aufgebaut, sie bestehen aus mehreren einzelnen Baugruppen (= Modulen), die gemeinsam in einem Baugruppenträger angeordnet sind. Die Zahl der Baugruppen richtet sich nach Aufgabe und Struktur des Systems und ist darüberhinaus abhängig von der geforderten Leistungsfähigkeit des Systems. Die Zahl der Baugruppen bestimmt die Zahl der Steckplätze und damit die Mindestbreite der Baugruppenträger. Die Baugruppenträger stellen Verbindungen her zwischen den eingesteckten Baugruppen mit Hilfe eines oder mehrerer Sammelleitungsnetze. Um eine flexible Bestückung eines Baugruppen­ trägers zu ermöglichen, müssen die Sammelleitungsnetze standardi­ siert ausgebildet sein.

Im folgenden treten anstelle der Begriffe "Baugruppenträger" bzw. "Sammelleitungsnetz" die geläufigeren Ausdrücke "Cardrack" bzw. "Bus-System" oder kurz "Bus".

Ein Bus mit den genannten Eigenschaften ist bekannt in Form des "VXI-Bus", beschrieben zum Beispiel in der Zeitschrift "Elektronik", 1990, Heft 18, Seiten 99 bis 105. Der VXI-Bus besteht aus einem "globalen" Bus, der allen Modulen gemeinsam zur Verfügung steht, sowie einem "lokalen" Bus, der jeweils von einem Modul zum Nachbar­ modul führt. Der lokale Bus ist ausschließlich für die Kommunikation zwischen zwei benachbarten Modulen vorgesehen. Soll über den lokalen Bus eine Kommunikation zwischen Modulen erfolgen, die nicht unmit­ telbar benachbart sind, sind die zwischen den kommunizierenden Modulen liegenden Module hardware- oder softwaremäßig entsprechend zu gestalten. Derartige modulspezifische Änderungen setzen die Flexibilität des gesamten Systems herab. Weder können die einzelnen Module beliebig miteinander vertauscht werden, noch kann eine Gruppe miteinander kommunizierender Module in einfacher Weise um weitere Module erweitert werden. Der VXI-Bus ist dadurch für eine Art An­ wendung schlecht geeignet, bei der aus mehreren Modulen bestehende "Prozeßgruppen" eingesetzt werden, wobei unter einer Prozeßgruppe in der Regel eine aus einem Hauptmodul sowie mehreren diesen zuge­ ordneten Hilfsmodulen bestehende Gruppe von Modulen verstanden wird. Bei einer derartigen Systemstruktur ist einerseits ein Daten- und Signalaustausch zwischen den Hauptbaugruppen, also zwischen den Prozeßgruppen als ganze, und andererseits zwischen allen einzelnen Modulen innerhalb einer Prozeßgruppe erforderlich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Busarchitektur an­ zugeben, die einen flexiblen Aufbau von Prozeßgruppen bei optimaler Raumausnützung der zur Verfügung stehenden Steckplätze ermöglicht.

Vorteile der Erfindung

Eine Busarchitektur mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptan­ spruchs gestattet eine freie Zusammenstellung von Prozeßgruppen innerhalb eines Cardracks. Alle Steckplätze sind über zwei getrennte Sammelleitungsnetze, einen lokalen und einen globalen Bus, mitein­ ander verbunden und in einheitlicher Weise verdrahtet. Hauptbau­ gruppen können auf jedem beliebigen Steckplatz plaziert werden. Hilfsbaugruppen werden in beliebiger Reihenfolge neben der zuge­ hörigen Hauptbaugruppe angeordnet. Jede hinzugesteckte Hilfsbau­ gruppe verlängert den lokalen Bus zu dem jeweils nächsten freien Steckplatz. Die Länge einer aus einem Haupt- und mehreren Hilfsmo­ dulen aufgebauten Prozeßgruppe ist frei wählbar. Mehrere Prozeß­ gruppen können unmittelbar nebeneinander angeordnet werden, was eine optimale Raumausnützung erlaubt. Einzelne Baugruppen können nach Bedarf ausgewechselt werden. Durch Auswechseln, Hinzufügen oder Weg­ nehmen von Baugruppen kann eine prozeßgruppe problemlos an eine geänderte Aufgabenstellung angepaßt werden.

Anhand einer Zeichnung und der sich anschließenden Beschreibung wird die Erfindung im folgenden näher erläutert.

Zeichnung

Es zeigen

Fig. 1 die Struktur eines zugrundeliegenden elektronischen Systems,

Fig. 2 ein Schema der Steckplatzanordnung auf der Rückwandverdrahtungsplatte (Backplane),

Fig. 3 ein Ver­ drahtungsschema der Steckplätze auf der Backplane und

Fig. 4 ein Verbindungsschema der gesamten Busarchitektur, mit globalem und lokalem Bus.

Beschreibung

Fig. 1 zeigt eine typische Struktur eines der Erfindung zugrunde­ liegenden elektronischen Systems. Das System ist zum Beispiel eine CNC-Steuerung.

Die Gesamtheit der Funktionen des Systems ist auf mehrere Prozeß­ gruppen 140 bis 144, 150 bis 152, 160 bis 163, 170 bis 172 aufge­ teilt. Jede Prozeßgruppe umfaßt eine Hauptbaugruppe 140, 150, 160, 170, sowie mehrere Hilfsbaugruppen 141 bis 144, 151 und 152, 161 bis 163, 171 und 172. Die Aufteilung der Funktionen erfolgt zweckmäßig so, daß je eine Prozeßgruppe eine grundlegende Funktion ausführt, beispielsweise eine erste Prozeßgruppe die Servosteuerung, eine zweite Prozeßgruppe die graphische Darstellung usw. Alle Prozeß­ gruppen kommunizieren über ein erstes, globales Signalleitungsnetz, den globalen Bus 10, miteinander. Der Daten- und Signalaustausch innerhalb einer Prozeßgruppe, das heißt zwischen der Hauptbaugruppe und den jeweils zugeordneten Hilfsmodulen erfolgt über ein zweites, lokales Signalleitungsnetz 14 bis 17, den lokalen Bus. Die Struktur gemäß Fig. 1 ist nicht auf vier Prozeßgruppen beschränkt, sie kann beliebig fortgesetzt werden. So können auch gleichartige Prozeß­ gruppen mehrmals vorhanden sein.

Eine hardwaremäßige Realisierung der in Fig. 1 dargestellten Struktur zeigt in vereinfachter Darstellung Fig. 2. Eine beliebige Baugruppe 11, diese kann ein Haupt- wie auch ein Hilfsmodul sein, weist an der rückwärtigen Kante zwei Steckverbinder 30, 31 auf, welche in Gegenstücke 33, 32 auf der Rückwandverdrahtungsplatte 34 (Backplane) des Baugruppenträgers (Cardracks) greifen. Die Steckver­ binder 30 bis 33 sind übliche mehrpolige Stecker, beispielsweise Stecker mit fünf Reihen a 32 Kontakten. Je zwei übereinander­ liegende, für die Aufnahme einer Baugruppe 11 notwendige Steckver­ binder-Gegenstücke 32, 33 auf der Rückwandverdrahtungsplatte 34 bilden einen Steckplatz.

Die Rückwandverdrahtungsplatte 34, im folgenden mit Backplane be­ zeichnet, bildet die Rückwand des hier nicht weiter dargestellten Baugruppenträgers (Cardrack). Sie weist mehrere, zum Beispiel 16 oder 24, Steckplätze auf. Zahlreiche Vorschläge für die Realisierung eines Baugruppenträgers sind bekannt aus dem Stand der Technik, (beispielsweise aus der DE-OS 32 30 281). Auf eine weitergehende Beschreibung wird hier verzichtet.

Die Verdrahtung aller Steckplätze auf der Backplane 34 ist einheit­ lich. Jeweils ein Teil der einzelnen Kontakte eines Steckplatzes ist mit einer globalen Sammelleitung verbunden, welche als globaler Bus alle Steckplätze in gleicher Weise miteinander verbindet. Ein anderer Teil der Kontakte eines Steckplatzes ist nur mit korrespon­ dierenden Kontakten des jeweils unmittelbar benachbarten Steck­ platzes verbunden und bildet den lokalen Bus. Zweckmäßig erfolgt die Anbindung an den globalen Bus 10 über die Kontakte des ersten Steck­ verbinders 31, die Anbindung an den lokalen Bus 14 bis 17 über die Kontakte des zweiten Steckverbinders 30 jeder Baugruppe 11.

Fig. 3 zeigt ein mögliches Schema der Verbindungen zwischen den Kontakten der Steckplätze auf der Backplane 34. Das dargestellte Beispiel zeigt aus zwei 5-reihigen Steckverbindern aufgebaute Steck­ plätze, die Reihen sind mit Buchstaben a, b, c, d, e gekennzeichnet. Die jeweils obere Steckverbindung 33 jedes Steckplatzes bildet die Anbindung der Baugruppe an den globalen Bus 10.

Einander entsprechende Kontakte der Steckverbinder-Gegenstücke 33 auf der Backplane 34 sind über alle Steckplätze miteinander ver­ bunden. Fig. 3 zeigt aus Gründen der Übersichtlichkeit das Ver­ bindungsschema des globalen Busses nur für die - willkürlich gewählte - 4te Kontaktzeile vollständig: In einer Kontaktzeile sind jeweils alle Kontakte der Reihe a über eine erste Datenleitung, alle Kontakte der Reihe b über eine zweite Daten­ leitung, usw. miteinander verbunden. Die Kontakte müssen nicht zwingend einzeln verbunden sein. Freikontakte, zum Beispiel jeweils der Kontakt b, als auch die gleichzeitige Verbindung jeweils mehrerer Kontakte, zum Beispiel jeweils der Kontakte c und d, einer oder mehrerer Zeilen sind möglich.

Das in Fig. 3 jeweils untere Steckverbinder-Gegenstück 32 jedes Steckplatzes bindet die Baugruppe an den lokalen Bus 14 bis 17 an. Die steckplatzübergreifenden Verbindungen zwischen Kontakten reichen jeweils nur bis zu den unmittelbar benachbarten Steckplätzen. Im Beispiel sind die Kontakte der Reihen d und e jeweils einzeln mit mit den Kontakten der Reihen a und b des direkt benachbarten Steck­ platzes verbunden. Lediglich die Kontakte der Reihen c sind jeweils zeilenweise über alle Steckplätze miteinander verbunden. Die Kon­ takte c können insbesondere zur Übertragung von für alle Module gleichen Signalen, wie beispielsweise für die Übertragung eines Synchronisationssignales oder zur Spannungsversorgung dienen.

Der Verdrahtung der Backplane 34 steht eine darauf abgestimmte Ver­ drahtung zwischen den einzelnen Kontakten der Steckverbinder 30, 31 auf jeder Baugruppe 11 gegenüber. Das Zusammenwirken zwischen den Steckverbindern 30, 31 der Baugruppen und den Gegenstücken 32, 33 auf der Backplane 34 für den lokalen Bus 14 bis 17 geht aus Fig. 4 hervor. Die Figur zeigt die sich beim Einstecken einer Baugruppe in einen Steckplatz ergebenden Signalpfade anhand von vier nebenein­ anderliegenden Steckplätzen. Dargestellt ist eine einzelne Kontakt­ ebene der Steckverbindungen. Vier Baugruppen 150 bis 152, 160 sind in benachbarte Steckplätze 35 bis 38 eingesteckt. Die Kontakte sind wie folgt miteinander verbunden. Zwei Hilfsbaugruppen 151, 152 bilden mit der Hauptbaugruppe 150 eine Prozeßgruppe. Die Hauptbau­ gruppe 160 gehört einer nächsten Prozeßgruppe an. Die vertikalen Kontaktreihen sind wiederum mit a, b, c, d, e gekennzeichnet. Auf der Backplane 34 sind jeweils die Kontakte der Reihen d und e eines Steckplatzes 35 bis 38 mit den Kontakten a und b des benachbarten Steckplatzes verbunden. Baugruppenseitig sind auf den Steckverbindern der Hilfs-Baugruppen 151 und 152 sind ebenfalls die Kontakte der Reihen a und b mit den Kontakten der Reihen e und d verbunden, jedoch nicht steckplatz- bzw. baugruppenübergreifend, sondern innerhalb eines Steckverbinders. Bei den Hauptbaugruppen 150, 160 sind die Kontakte der Reihen a und b im Unterschied zu den Hilfsbaugruppen nicht verbunden.

Die spezielle Gestaltung der Verbindungen zwischen den Kontakten liefert auf der Backplane 34 ein, im Beispiel Fig. 4 aus 2 Signal­ leitungen in jeder Kontaktzeile bestehendes lokales Leitungsnetz, das jeweils an den Steckplätzen 35 bis 38 unterbrochen ist und Lücken aufweist. Diese Lücken sind durch Einstecken einer Hilfsbau­ gruppe 151, 152 überbrückt. Die lokalen Signalleitungen sind dadurch bis zum nächsten Steckplatz verlängert.

Mittels der in Fig. 4 gezeigten Busarchitektur ist die Hauptbau­ gruppe 150 über zwei voneinander unabhängige Sammelleitungen mit den zugeordneten Hilfsbaugruppen 151, 152 verbunden. Signalpfade des lokalen Busses beginnen im Beispiel Fig. 4 grundsätzlich in einer Hauptbaugruppe an den Kontakten d, e und enden in jedem Fall an den Kontakten a und b der jeweils nächsten Hauptbaugruppe 160 oder des nächsten freien Steckplatzes. Der an der Hauptbaugruppe 150 am Kontakt e beginnenden Signalpfad ist in Fig. 4 durch Pfeile markiert. Er verläuft über den Kontakt a des Steckplatzes 36 zum Kontakt a der ersten Hilfsbaugruppe 151, wird dort auf den Kontakt e verzweigt, läuft über den Kontakt e des Steckplatzes 36 zum Kontakt a des benachbarten Steckplatzes 37, und gelangt zur zweiten Hilfs­ baugruppe 152. Der von dort verzweigte weitere Pfad über den Kontakt e der Hilfsbaugruppe 152 führt zum Kontakt a des Steckplatzes 38. Auf diesem befindet sich eine weitere Hauptbaugruppe 160, deren Eingänge a und b nicht belegt sind. Der Signalpfad endet dadurch an der Hauptbaugruppe 160.

Der vorhergehend beschriebene Aufbau einer Busarchitektur ermöglicht die flexible Bestückung eines Cardracks mit unterschiedlichen Bau­ gruppen. Die Baugruppenanordnung kann jederzeit verändert werden. Soll zum Beispiel die aus den Baugruppen 150 bis 152 bestehende Prozeßgruppe in Fig. 4 um eine weitere Hilfsbaugruppe 153 ver­ längert werden, so wäre eine einfache Lösungsmöglichkeit die, zu­ nächst die benachbarte Prozeßgruppe mit der Hauptbaugruppe 160 und den zugeordneten Hilfsmodulen herauszuziehen und anschließend die zusätzliche Hilfsbaugruppe 153 in den dann freien Steckplatz neben der Hilfsbaugruppe 152 einzustecken. Durch das Herausnehmen der zur Hauptbaugruppe 160 gehörenden Hilfsbaugruppen eventuell entstandene weitere freie Steckplätze können durch Verschieben einer anderen Prozeßgruppe aufgefüllt werden. Sie können aber auch freigelassen werden, um etwa bei Bedarf Diagnosebaugruppen zur Diagnose der Prozeßgruppe 150 bis 153 aufzunehmen. Die herausgenommene Prozeß­ gruppe mit der Hauptbaugruppe 160 und den zugeordneten Hilfsbau­ gruppen kann an beliebigen anderen, nebeneinanderliegenden freien Steckplätzen entweder desselben Cardracks oder eines anderen Cardracks wieder eingesteckt werden.

Das vorhergehend erläuterte Verbindungsschema der Kontakte von Back­ plane bzw. Baugruppen zur Erzielung einer flexiblen Busarchitektur ist nicht verbindlich. Die Benennungen und Zahlenangaben, etwa be­ züglich Kontaktreihen und Zeilen, ebenso wie die Vorgehensweise bei der Erstellung der Verbindungen zwischen den einzelnen Kontakten sind nur beispielhaft und gestatten unter Beibehaltung des Grundge­ dankens eine große Zahl von Variationen. Reihen- und baugruppen­ seitig können etwa die Kontakte der Reihe a mit den Kontakten der Reihe d verbunden sein. Neben den beschriebenen horizontalen Ver­ bindungen zwischen Kontaktreihen sind auch vertikale Verbindungen denkbar. Diese können zusätzlich oder ausschließlich durch Ein­ stecken einer Baugruppe oder festverdrahtet angelegt sein. Die Reihe c kann durch entsprechende Verschaltung zur Weiterverbindung von Signalleitungen eingesetzt werden. Auch können andere Steckverbinder mit einer anderen Zahl von Reihen und Zeilen gewählt werden. Ferner ist die Wahl zweier Steckverbinder zur Verbindung der Baugruppe mit der Rückwandverdrahtungsplatte nicht zwingend. Ebenso kann mit einem einzigen, aber auch mit drei oder mehr Steckver­ bindern eine dargestellte Bus-Architektur realisiert werden.

Claims (9)

1. Bussystem für aus mehreren, in einen Baugruppenträger einsteck­ baren Baugruppen modular aufgebaute elektronische Systeme, mit einem ersten, alle Baugruppen in gleicher Weise verbindenden globalen Bus, sowie mit einem je zwei benachbarte Steckplätze verbindenden lokalen Bus, dadurch gekennzeichnet, daß das Einschieben einer Bau­ gruppe (141 bis 144, 151, 152, 161 bis 163, 171, 172) in einen Steckplatz (35 bis 38) den lokalen Bus (14 bis 17) zum jeweils benachbarten Steckplatz verlängert.

2. Bussystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver­ längerung des lokalen Busses durch Zusammenwirken zwischen den bau­ gruppenseitigen und den baugruppenträgerseitigen Signalleitungs­ netzen erfolgt.

3. Bussystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Übertragung der Signale des lokalen Busses (14 bis 17) vorge­ sehenen Kontakte (a, b, d, e) auf allen Steckplätzen einheitlich an­ geordnet und fest angelegt sind.

4. Bussystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß baugruppenträgerseitig jeweils wenigstens ein Kontakt (a, b) einer Steckverbindung mit einem Kontakt (d, e) der benachbarten Steckverbindung verzweigungsfrei elektrisch verbunden ist.

5. Bussystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß baugruppenseitig jeweils wenigstens zwei Kontakte (a, e, b, d) einer Steckverbindung, welche zur Übertragung von Signalen des lokalen Busses (14 bis 17) dienen und denen baugruppen­ trägerseitig jeweils miteinander nicht verbundene Kontakte (a, b oder d, e) gegenüberstehen, elektrisch verbunden sind.

6. Bussystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bezüglich des lokalen Busses jeweils in einer Zeile liegende Kontakte (a, b, d, e) elektrisch verbunden sind.

7. Bussystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die baugruppen und baugruppenträgerseitig be­ stehenden elektrischen Verbindungen zwischen den Kontakten des lokalen Busses (14 bis 17) einheitlich und fest angelegt sind.

8. Baugruppenträger mit mehreren Steckplätzen zur physikalischen Realisierung eines Bussystems nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeder Steckplatz (35 bis 38) wenigstens zwei mehr­ polige Steckverbindungen (32, 33) aufweist.

9. Baugruppenträger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Steckverbindung (32) einer Steckplatte (35 bis 38) zur Übertragung der Signale des lokalen Datenbusses (14 bis 17) dient, die zweite Steckverbindung (33) zur Übertragung der Signale des globalen Datenbusses (10).