DE4404962C2 - Verfahren und Anordnung zum Konfigurieren von Funktionseinheiten in einer Master-Slave-Anordnung - Google Patents

Verfahren und Anordnung zum Konfigurieren von Funktionseinheiten in einer Master-Slave-Anordnung

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Transfer von Informationen oder anderen Signalen zwischen mehreren Funktionseinheiten, die in einer Master-Slave-Konfiguration zusammenwirken.
Es ist bekannt, eine Mastereinheit und mindestens eine Slaveeinheit zum Informationstransfer an ein gemeinsames Bussystem anzuschalten. Hierzu sind in der Mastereinheit und in den Slaveeinheiten spezielle Schaltungen vorzusehen, die den Datentransfer zwischen der Mastereinheit und den Slaveeinheiten steuern. Nachteilig hierbei ist, daß diese speziellen Schaltungen kostenaufwendig sind.
Desweiteren ist es bekannt, eine Mastereinheit mit mehreren seriellen Schnittstellen auszurüsten, an die je eine mit einem Rechner bestückte, intelligente Slaveeinheit angekoppelt werden kann. Für jede zusätzliche an die Mastereinheit zu koppelnde Slaveeinheit muß eine weitere serielle Schnittstelle vorgesehen werden, die material- und kostenaufwendig ist, und die das Bauvolumen der Mastereinheit vergrößert.
Die Möglichkeit an eine serielle Schnittstelle mehrere Slaveeinheiten zu koppeln, ist durch die Leistungsfähigkeit der Leitungstreiber-Bauelemente in der Mastereinheit begrenzt. Die Mastereinheit mit speziellen Hochleistungstreiber-Bauelementen auszustatten, erhöht ebenfalls die Kosten, weil derartige Bauelemente entweder nicht handelsüblich sind und Eigenentwicklungen erfordern oder nur in geringen Stückzahlen gefertigt werden. Außerdem muß bei der Parallelschaltung von mehreren Slaveeinheiten an eine serielle Schnittstelle der Mastereinheit die Adressierung einer jeden Slaveeinheit mittels Hardware vorgenommen werden, indem beispielsweise eine Reihe Schalter in der Slaveeinheit in einer definierten Konfiguration gesetzt werden müssen. Dies erlaubt es aber nicht, gleichartige Slaveeinheiten hinsichtlich Hardware und Software identisch zu gestalten, so daß diese ohne weitere Maßnahmen zur Adressierung bei Bedarf austauschbar sind, was geringe Herstellungskosten und Servicekosten gewährleisten würde.
Es ist ebenfalls bekannt, mehrere Slaveeinheiten seriell mittels Daten-Transfer-Leitungen zu verbinden, wobei eine am Ende der Reihenanordnung liegende Slaveeinheit mit einer Mastereinheit verbunden ist. Die Mastereinheit besitzt dabei einen und die Slaveeinheiten zwei serielle Eingabe/Ausgabe-Einheiten. Auch bei diesen Lösungen erfolgt die Adressierung der Slaveeinheiten hardwaremäßig mittels Schalter oder Lötbrücken mit den schon erwähnten Nachteilen.
In US 5,034,878 ist ein Verfahren zum Konfigurieren beschrieben, bei dem eine Einheit als Master und alle verbleibenden Einheiten in serieller Anordnung als Slave arbeiten können. Das Konfigurationsverfahren dient dazu, ausgehend vom Master die aktuelle Reihenfolge der Slaveeinheiten zu ermitteln. Die Slave-Einheiten brauchen dazu nicht konfiguriert zu werden, weil diese bereits individuelle Adreßzuweisungen besitzen.
Die EP 53 270 A1 zeigt eine Anordnung von in Reihe geschalteten Steuereinheiten. Die Steuereinheiten enthalten jeweils eine Vielzahl von Sendern und Empfängern sowie drei Schalter, die von einer in die Steuereinheit integrierten Steuerlogik angesteuert werden können. Die Schalter wirken als Signalweiche, um den Signaltransfer von einer Slaveeinheit wahlweise zu einer der benachbarten Slaveeinheiten zu steuern. Dabei kann der Signaltransfer zu einer Steuerwarte unterbrochen werden, so daß die Steuerwarte keinerlei Steuerungs- oder Konfigurationsfunktion auf das verbleibende Netzwerk ausübt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anordnung zum Konfigurieren von Funktionseinheiten zu entwickeln, die mit geringem Aufwand die Kopplung und Adressierung mehrerer seriell an eine Mastereinheit angeschlossene Slaveeinheiten ermöglichen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einer Anordnung, bei der mehrere Slaveeinheiten einer Master-Slave-Konfiguration in Reihe geschaltet sind, die Slaveeinheiten mit zwei Paaren Eingabe/Ausgabe-Einheiten und mit einem Digitalrechner ausgerüstet sind, wobei jeweils zwischen einer aus Richtung der Mastereinheit liegenden Empfangseinheit und einer in Richtung einer von der Mastereinheit weiter entfernt liegenden benachbarten Slaveeinheit ein elektronischer Schalter vorgesehen ist, dessen Steuereingang mit dem Digitalrechner verbunden ist. Desweiteren besteht die Erfindung darin, daß in jeder Slaveeinheit ein elektronisches Signal-Summierglied vorgesehen ist, von dem ein erster Eingang, vorzugsweise über einen Schnittstellenschaltkreis, mit dem Digitalrechner verbunden ist, und ein zweiter Eingang mit einem Empfangsteil der Eingabe/Ausgabe-Einheit verbunden ist, die Signale von besagter benachbarter Slaveeinheit empfängt, welche von der Mastereinheit weiter entfernt geschaltet ist. Das Summierglied bewirkt, daß nur das aktive Signal vom jeweiligen Digitalrechner oder von der benachbarten Slaveeinheit am Ausgang in Richtung der Mastereinheit weitergegeben wird. Der elektronische Schalter und das Summierglied können aus verschiedenen logischen Schaltgliedern aufgebaut sein. Beispielsweise kann der Schalter mit Hilfe eines AND-Gliedes und das Summierglied mit einem Antivalenz-Glied realisiert sein.
Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles noch näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 ein Schema der Kopplungsanordnung und
Fig. 2 eine Ausführungsform für eine Slaveeinheit.
Wie in Fig. 1 gezeigt, sind mehrere gleichartig aufgebaute Slaveeinheiten 1, 2 mit Hilfe von mehradrigen Kabeln 3, 4, 5 in Reihe geschaltet, wobei die am Ende liegende Slaveeinheit 1 mit einer Mastereinheit 6 verbunden ist. Die Mastereinheit 6 enthält einen Digitalrechner 7 und je eine mit dem Digitalrechner 7 verbundene Ausgabeinheit 8 und Eingabeeinheit 9. Die Slaveeinheiten 1, 2 enthalten jeweils weitere Digitalrechner 10, 11, zwei Ausgabeeinheiten 12, 13; 14, 15 und zwei Eingabeeinheiten 16, 17, 18, 19. Über das Kabel 3 ist die Ausgabeeinheit 8 mit der Eingabeinheit 16 und die Ausgabeinheit 13 mit der Eingabeeinheit 9 verbunden. Das Kabel 4 schafft eine Verbindung zwischen der Ausgabeeinheit 12 und der Eingabeeinheit 18 sowie zwischen der Ausgabeeinheit 15 und der Eingabeeinheit 17. Mit Hilfe des Kabels 5 sind die Ausgabeeinheit 14 und die Eingabeeinheit 19 mit weiteren nicht weiter dargestellten Eingabe/Ausgabeeinheiten von weiteren Slaveeinheiten verbunden. Die Eingabeeinheiten 9, 16, 17, 18, 19 enthalten zur galvanischen Trennung Optokoppler 20, 21, 22, 23, 24, von denen die LED jeweils mit zwei Adern der Kabel 3, 4, 5 verbunden sind. Die Slaveeinheiten 1, 2 enthalten elektronische Schalter 25, 26 zur Unterbrechung der Verbindung zwischen den Eingabeeinheiten 16, 18 und den Ausgabeeinheiten 12, 14. Die Steuereingänge der Schalter 25, 26 haben eine Verbindung 27, 28 zu den Digitalrechnern 10, 11. Desweiteren enthalten die Slaveeinheiten 1, 2 Summierglieder 29, 30, deren erste Summiereingänge mit den Digitalrechnern 10, 11, deren zweite Summiereingänge mit dem Ausgängen der Eingabeeinheiten 17, 19 und deren Summierausgänge mit den Eingängen der Ausgabeeinheiten 13, 15 verbunden sind.
Die Funktionsweise dieser Anordnung soll im folgenden beschrieben werden: Aufgrund der reihenartigen Kopplung der Mastereinheit 6 und Slaveeinheiten 1, 2 sind in jeder Slaveeinheit 1, 2 zwei Schnittstellen vorhanden, die jeweils zur Übertragung von Signalen von und zu der benachbarten Slaveeinheit 1, 2 bzw. von und zu der Mastereinheit 6 geeignet sind. Die in den Eingabeeinheiten 9, 16, 18 eingehenden digitalen Signale werden aufbereitet und dem jeweiligen Digitalrechner 7, 10, 11 zur Auswertung zugeführt. In Abhängigkeit davon, ob die Schalter 25, 26 auf Durchgang geschaltet sind, werden die digitalisierten Signale über die Ausgabeeinheit 12, 14 der jeweiligen Slaveeinheit 1, 2 an die nächste angeschlossene Slaveeinheit 2 weitergegeben. Sind alle Schalter 25, 26 geschlossen, so kann ein von der Mastereinheit 6 gesendetes Signal von allen angeschlossenen Slaveeinheiten 1, 2 empfangen werden. Umgekehrt wird dann ein von einer beliebigen Slaveeinheit 1, 2 gesendetes Signal bis zur Mastereinheit 6 weitergeleitet. Voraussetzung dafür ist, daß die Digitalrechner 10, 11 kein Signal an dem entsprechenden Summiereingang der Summierglieder 29, 30 erzeugen, so daß das von einer Slaveeinheit 1, 2 in Richtung Mastereinheit 6 gesendete Signal die Summierglieder 29, 30 in den auf dem Signalweg liegenden Slaveeinheiten 1, 2 unverändert passieren kann. Das kann durch strenge Einhaltung des Master-Slave-Prinzips erreicht werden, das heißt, die jeweilige Slaveeinheit 1, 2 sendet nur dann Signale, wenn sie von der Mastereinheit 6 dazu aufgefordert wurde. Die Digitalrechner 10, 11 der Slaveeinheiten 1, 2 sind so programmiert, oder hardware-designt, daß sie in der Lage sind, aus dem von der Mastereinheit 6 oder der vorhergehenden Slaveeinheit 1 eingehenden Datenstrom eine Synchronisationssequenz zu erkennen und einen Datensatz aufzunehmen. Vorzugsweise direkt nach dieser Synchronisationssequenz enthält jeder Datensatz ein Adressbyte zur Adressierung einer Slaveeinheit 1, 2. Sämtliche Slaveeinheiten 1, 2 überprüfen mittels des Digitalrechners 10, 11, ob dieses Adressbyte mit ihrer Adresse übereinstimmt. Wenn keine Übereinstimmung vorliegt, wird die Datenaufnahme bis zur nächsten Synchronisationssequenz unterbrochen. Stimmt die Adresse überein, so beginnt diese Slaveeinheit mit der Abarbeitung der Daten. Die Slaveeinheiten 1, 2 besitzen eine identische Sammeladresse, die durch die Hardware festgelegt ist. Weiterhin kann jeder Slaveeinheit 1, 2 über besagten Datensatz eine individuelle Adresse zugewiesen werden.
Zur Initialisierung bzw. Adressvergabe einer Slaveeinheit 1, 2 sendet die Mastereinheit 6 einen Befehl zum öffnen der zuvor geschlossenen Schalter 25, 26 mit Hilfe der Sammeladresse. Damit verhindern alle Slaveeinheiten 1, 2 die Signalweiterleitung zu den benachbarten Slaveeinheiten 1, 2. Nach diesem Befehl senden die Slaveeinheiten 1, 2 keine Antwort in Richtung der Mastereinheit 6. In einem weiteren Schritt sendet die Mastereinheit 6 einen ersten Befehl zur individuellen Adresszuweisung mit Hilfe der Sammeladresse. Diesen Befehl empfängt aufgrund der geöffneten Schalter nur die erste unmittelbar mit der Mastereinheit 6 verbundene Slaveeinheit 1. Der Digitalrechner 10 speichert die Adresszuweisung ab und gibt über das Summierglied 29 und die Ausgabeeinheit 13 eine definierte Antwort an die Mastereinheit 6, daß die individuelle Adresse zugewiesen wurde. Desweiteren veranlaßt der Digitalrechner 10 über die Verbindung 27 das Schließen des Schalters 25.
Die Mastereinheit 6 überprüft die definierte Antwort und veranlaßt dann, wenn die Antwort nicht korrekt ist, daß die Initialisierung von vorn beginnt. Wenn die Antwort korrekt ist, und noch nicht die ganze in der Mastereinheit 6 gespeicherte Anzahl von Slaveeinheiten 1, 2 initialisiert ist, ergeht ein weiterer Befehl zur individuellen Adresszuweisung mit Hilfe der Sammeladresse, der von der Slaveeinheit 2 aufgenommen wird, welche noch keine individuelle Adresse besitzt. Der Vorgang der Initialisierung wiederholt sich für die Slaveeinheit 2 so, wie bei der ersten Slaveeinheit 1. Die Initialisierung ist abgeschlossen, wenn in allen Slaveeinheiten 1, 2 die individuellen Adressen abgespeichert sind, und die Slaveeinheiten 1, 2 nacheinander eine korrekte Antwort an die Mastereinheit 6 abgesetzt haben.
Immer dann, wenn im Datentransfer mit einer Slaveeinheit 1, 2 von der Mastereinheit 6 ein Fehler festgestellt wurde, der nach mehrmaliger Wiederholung der Befehle noch bestehen bleibt, ist die Verbindung von der Mastereinheit 6 in den Slaveeinheiten 1, 2 erneut aufzubauen.
Bei der in Fig. 2 gezeigten Variante der Erfindung ist jeweils zwischen dem zweiten Summiereingang der Summierglieder 29, 30 und den Eingabeeinheiten 17, 19 ein weiterer elektronischer Schalter 31, 32 vorgesehen, dessen Steuereingang eine Verbindung 33, 34 zu den Digitalrechnern 10, 11 hat. Dadurch lassen sich Störungen durch das gleichzeitige Senden mehrerer Slaveeinheiten 1, 2 unterdrücken. Eine Antwort in Richtung der Mastereinheit 6 sendende Slaveeinheit 1, 2 könnte während sie selbst sendet, die Summation von Signalen in den Summiergliedern 29, 30 von weiter von der Mastereinheit 6 entfernt liegenden Slaveeinheiten 1, 2 verhindern. Damit erhält die am nächsten zur Mastereinheit 6 liegende Slaveeinheit 1, 2 die höchste Priorität.
Bezugszeichenliste
1
,
2
Slaveeinheiten
3
,
4
,
5
Kabel
6
Mastereinheit
7
Digitalrechner
8
Ausgabeeinheit
9
Eingabeeinheit
10
,
11
Digitalrechner
12
,
13
,
14
,
15
Ausgabeeinheiten
16
,
17
,
18
,
19
Eingabeeinheiten
20
,
21
,
22
,
23
,
24
Optokoppler
25
,
26
Schalter
27
,
28
Verbindungen
29
,
30
Summierglieder
31
,
32
Schalter
33
,
34
Verbindung

Claims (3)

1. Verfahren zum Konfigurieren von Funktionseinheiten in einer seriellen Master-Slave-Anordnung, die zum bidirektionalen Transfer von digitalen Daten zwischen einer Mastereinheit und jeweils einer Slaveeinheit vorgesehen ist, bei dem von der Mastereinheit aus die Slaveeinheiten, welche im nicht konfigurierten Zustand keine individuelle Adresse aufweisen, mit einer individuellen Adresse versehen werden, gekennzeichnet durch die Abarbeitung folgender Verfahrensschritte,
  • a) daß von der Mastereinheit aus ein Record A an eine Sammeladresse gesendet wird, der bei allen empfangenden Slaveeinheiten die Öffnung eines Schalters bewirkt und der den Transfer zu benachbarten Slaveeinheiten unterbricht,
  • b) daß von der Mastereinheit aus ein weiterer Record B an die Sammeladresse gesendet wird, der nacheinander der jeweils empfangenden Slaveeinheit eine von der Mastereinheit festgelegte und im Record B enthaltene individuelle Adresse zuweist,
  • c) daß nach Zuweisung der individuellen Adresse die betreffende Slaveeinheit diese Zuweisung quittiert, indem ein Quittungs-Record zur Mastereinheit gesendet wird, und daß besagter Schalter geschlossen wird,
  • d) daß die Mastereinheit nach Empfang des Quittungs-Record einen weiteren Record an die Sammeladresse mit einer weiteren individuellen Adresse aussendet,
  • e) daß die Verfahrensschritte b) bis d) so oft wiederholt werden, bis allen Slaveeinheiten eine individuelle Adresse zugewiesen wurde,
  • f) daß, wenn ein im Verfahrensschritt c) gesendeter Quittungs-Record von der Mastereinheit nicht oder fehlerhaft empfangen wurde, die Verfahrensschritte a) bis e) solange wiederholt werden, bis von allen Slaveeinheiten das Quittungssignal korrekt von der Mastereinheit empfangen wurde.
2. Anordnung zum Konfigurieren von Funktionseinheiten in einer seriellen Master-Slave-Anordnung, bestehend aus einer Mastereinheit mit einem Digitalrechner und einer Eingabe/Ausgabeeinheit und bestehend aus mehreren Slaveeinheiten mit je einem Digitalrechner und zwei Eingabe/Ausgabeeinheiten, wobei die Mastereinheit mit einer ersten Slaveeinheit und die Slaveeinheiten untereinander über die Eingabe/Ausgabe-Einheiten seriell mittels Datentransferleitungen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet,
  • 1. daß in jeder Slaveeinheit (1, 2) ein elektronischer Schalter (25, 26) zur Blockierung des Datentransfers zwischen einem Empfangsteil (16, 18) der Eingabe/Ausgabe-Einheit, welches Informationen oder Signale aus Richtung der Mastereinheit (6) empfängt, und einem Sendeteil (12, 14) der Eingabe/Ausgabe-Einheit vorgesehen ist, welches Information oder Signale in Richtung benachbarter Slaveeinheiten (2) treibt,
  • 2. und daß in jeder Slaveeinheit (1, 2) ein elektronisches Summierglied (29, 30) vorgesehen ist, von dem ein erster Eingang mit dem Digitalrechner (10, 11) verbunden ist, und ein zweiter Eingang mit einem Empfangsteil (17, 19) der Eingabe/Ausgabe-Einheit verbunden ist, die Signale von der benachbarten Slaveeinheit (2) empfängt, welche von der Mastereinheit (6) weiter entfernt geschaltet ist,
  • 3. und dessen Ausgang mit einem Sendeteil (13, 15) der Eingabe/Ausgabe-Einheit verbunden ist, die in Richtung der Mastereinheit (6) geschaltet ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Summierglied (29, 30) und dem Empfangsteil (17, 19) ein weiterer elektronischer Schalter (31, 32) vorgesehen ist, dessen Steuereingang eine Verbindung (33, 34) zum Digitalrechner (10, 11) hat.
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