ES2228598T3 - Recogida de datos escalables y aparato de computacion. - Google Patents

Abstract

Un aparato ordenador, que comprende una pluralidad de módulos apilables (10), comprendiendo cada módulo (10) una función predeterminada, en el que dichos módulos (10) apilables comprenden por lo menos un módulo (24) de fuente de alimentación y un módulo controlador (26), caracterizándose el aparato ordenador porque: los módulos apilables (10) comprenden espigas de guía (18) para alineación y estabilización y fijaciones (32) por salto elástico para retener los módulos (10) en posición; y porque cada módulo (10) comprende un conectador de apilamiento (20) introducido interiormente en un módulo siguiente, que comprende además una protección contra EMI y un conectador (12) de E/S.

Description

Recogida de datos escalables y aparato de computación.

El invento se refiere, en general, a la recogida y distribución de datos remotos y, más particularmente, a un método y un aparato para una arquitectura común para la recogida y distribución a distancia de datos analógicos y digitales con módulos escalables y desechables.

En el pasado, los diseños para la entrada/salida (E/S) de un ordenador se generaban en forma de conjunto de componentes electrónicos enchufado en el propio chasis del ordenador o como conjunto de componentes electrónicos enchufado en un ordenador separado para la recogida de datos. Estos conjuntos de componentes electrónicos podían ser sustituidos en el vehículo en forma modular, o sustituirse y repararse en el taller cuando se devolvía todo el ordenador para mantenimiento.

Un sistema de la técnica anterior que utiliza módulos apilados para un dispositivo de ordenador se describe en la publicación "Konstruktion & Entwicklung", de Agosto de 1995, vol. 5, artículo titulado "Intelligenz auf die Reihe gekiemirut". Esta técnica anterior describe un sistema para uso en aplicaciones industriales y no para uso en laboratorio o en oficinas. Asimismo, este sistema de la técnica anterior proporciona contactos laterales para interconectar los módulos y no utiliza con este fin conexiones de bloques de terminales.

Cada vehículo tiene interconexiones singulares que vienen dictadas por la tecnología disponible en el momento o por sus exigencias funcionales. Esto da como resultado, usualmente, diseños de ordenador y de conjuntos de componentes electrónicos singulares para ese vehículo. Se han aplicado los métodos de empaquetamiento estilo VME y PC 104 para enfocar la normalización de módulos o conjuntos. Sin embargo, el estrecho acoplamiento de los conjuntos de componentes electrónicos de entrada/salida con los conjuntos de computación y los chasis de ordenador, restringe la posibilidad de hacer frente a la obsolescencia de la tecnología y a su renovación.

El siguiente sumario del invento se proporciona para facilitar la comprensión de algunas de las características innovadoras únicas del presente invento, y no se pretende hacer de él una descripción completa. La apreciación total de los diversos aspectos del invento puede conseguirse tomando toda la descripción, reivindicaciones, dibujos y resumen como un todo.

El presente invento describe un método y un aparato para reunir y distribuir señales para un dispositivo de computación. El concentrador de datos escalable está constituido por bloques de construcción estándar que pueden montarse y desmontarse en el vehículo o puesto de trabajo para soportar las exigencias de E/S para la situación específica en el vehículo. Soporta la expansión y el colapso del concentrador de datos para ajustar el complemento de E/S requerido para la única aplicación sin modificación de los elementos que constituyen el concentrador de datos escalables. La incorporación de funciones de tratamiento de datos o de E/S adicionales es cuestión, simplemente, de apilar los elementos modulares adicionales. Cada instalación de un concentrador de datos escalable está constituida por módulos estándar que contienen, de preferencia, un módulo controlador y un módulo de fuente de alimentación. La comunicación entre los módulos y la corriente para los elementos de computación del módulo de E/S se proporcionan a través de un conectador de apilamiento.

Los módulos siguen prácticas de diseño orientado a objetos, tanto desde el punto de vista del equipo como desde el punto de vista de la lógica. Es decir, todas las funciones y propiedades necesarias para interconectarse con el tipo de E/S que soporta, están contenidos en el módulo. Estas pueden incluir la impedancia de fuente, la impedancia de carga, la protección contra interferencias electromagnéticas (EMI), filtrado anti-alias, empaquetamiento de datos, referencias únicas de señal de E/S, reducción de datos, cierres de bucles y comunicación con el módulo controlador. Son programables en cuanto a ganancias, características de filtrado y velocidades de E/S de los datos.

Los módulos incluyen dispositivos electrónicos, circuitos integrados, resistencias, condensadores y otros componentes necesarios para proporcionar la funcionalidad del módulo montados, de preferencia, en una placa de circuito impreso. Este conjunto se aloja en un chasis o se empotra en un material térmicamente conductor. El conjunto de módulo puede, también, empotrarse en una delgada capa de material eléctricamente conductor para proporcionar una protección de jaula de Faraday contra la interferencia electromagnética. Cada módulo contiene, preferiblemente, un conectador para soporte de este tipo de E/S y un conectador de apilamiento para comunicación entre módulos y fuente de alimentación. El conectador de apilamiento se introduce en su módulo vecino, para formar un aislamiento contra EMI. El soporte y la alineación mecánica entre módulos y entre el conjunto concentrador de datos y la bandeja de montaje en el vehículo se proporcionan, de preferencia, mediante espigas de guía. Las espigas de guía proporcionan, también, medios de asociar el tipo de módulo con el lugar de inserción en el vehículo. Un conjunto de módulo preferido se mantiene unido mediante un mecanismo de salto elástico que permite un montaje y un desmontaje rápidos. Solamente los módulos controlador y de fuente de alimentación tienen asideros, ya que son necesarios para cada conjunto concentrador de datos. De preferencia, están estructurados de forma que están situados en extremos opuestos del conjunto.

La comunicación entre módulos contenidos dentro del conectador de apilamiento está formada, preferiblemente, por un enlace de comunicaciones estándar en la industria, tal como RS485, Línea general de transmisión en serie universal (USB), 1394 o similar. Puede utilizarse para descargar código en los módulos individuales, sincronizar módulos y transmitir datos. La línea general de transmisión en serie puede ser única o redundante múltiple. Todas las necesidades comunes de alimentación de corriente son pasadas, también, a cada módulo a través del conectador de apilamiento. Las necesidades singulares y de corriente elevada se proporcionan en cada conectador de E/S individual de los módulos según sea necesario.

Un objeto principal del presente invento es proporcionar un aparato normalizado para la recogida y distribución a distancia de datos analógicos y discretos.

Otro objeto del invento es proporcionar módulos apilados para una variedad de dispositivos de recogida y distribución.

Todavía otro objeto del invento es dotar a cada módulo de un conectador normalizado que contiene una línea general de transmisión en serie y alimentación de corriente.

Un objeto principal adicional del invento es proporcionar módulos estándar de E/S que sean configurados por el módulo controlador al ser aplicada corriente.

Un objeto de la posibilidad de configurar los módulos es la evaluación por los módulos controladores de su ambiente de instalación en un vehículo y los dispositivos de E/S y las necesidades de E/S que deben cumplirse para ese lugar.

Un objeto adicional de la posibilidad de configurar los módulos es la capacidad del módulo controlador para asignar tipos de señal, dirección de señal, ganancias de señal, filtrado de señal y velocidades de transmisión de datos a cada tipo de dispositivo de E/S adaptable.

Una ventaja principal del presente invento es su facilidad de renovación tecnológica y de incorporación de nueva tecnología.

Otra ventaja del presente invento es su arquitectura abierta, fácilmente ampliable para las necesidades únicas de una instalación particular.

Todavía otra ventaja del presente invento es que los módulos de concentrador de datos escalable (SDC) están diseñados para que sea posible intercambiarlos y adaptarlos y que su bajo coste les convierta en artículos de mantenimiento desechables.

Otra ventaja del presente invento es que la "placa madre" de los SDC está dotada de una línea general de transmisión en serie estándar en la industria (USB) que soporta el uso de los muchos productos comerciales seleccionados para el mercado de los ordenadores personales (PC).

Otras características del presente invento resultarán evidentes para los expertos en la técnica a partir de un examen de la siguiente descripción detallada del invento o pueden aprenderse poniendo en práctica el presente invento.

Breve descripción de los dibujos

Los dibujos adjuntos, que se incorporan a la memoria descriptiva y forman parte de la misma, ilustran varias realizaciones del presente invento y, junto con la descripción, sirven para explicar los principios del invento. Los dibujos tienen, únicamente, fines ilustrativos de una realización preferida del invento, y no han de considerarse como limitativos del invento. En los dibujos:

la Fig. 1 ilustra el concepto de apilable de acuerdo con el presente invento;

la Fig. 2 ilustra mecanismos de construcción y de apilamiento de los módulos de acuerdo con el presente invento;

la Fig. 3 ilustra una pila de módulos montados de acuerdo con el presente invento;

la Fig. 4 representa una estructura interna de SDC de acuerdo con el presente invento;

la Fig. 5 es un diagrama de un módulo preferido de fuente de alimentación de acuerdo con el presente invento;

la Fig. 6 muestra un módulo controlador preferido de acuerdo con el presente invento;

la Fig. 7 representa una configuración de espiga conectadora de apilamiento preferida de acuerdo con el presente invento;

la Fig. 8 es un diagrama de bloques de un módulo de E/S adaptable, preferido, de acuerdo con el presente invento;

la Fig. 9 muestra un módulo de E/S analógico preferido, de acuerdo con el presente invento;

la Fig. 10 ilustra un módulo de E/S de servocircuito preferido, de acuerdo con el presente invento;

la Fig. 11 muestra una arquitectura de línea general de transmisión de apilamiento USB preferida, de acuerdo con el presente invento;

la Fig. 12 muestra una estructura de mensaje estándar USB típica;

la Fig. 13 ilustra una tabla de configuración de acuerdo con el presente invento;

la Fig. 14 representa una tabla de secuenciación de acuerdo con el presente invento;

la Fig. 15 muestra una temporización de transmisión de datos preferida de acuerdo con el presente invento;

la Fig. 16 representa un diagrama de estado de módulo controlador preferido de acuerdo con el presente invento; y

la Fig. 17 ilustra un diagrama de estado de módulo de E/S preferido de acuerdo con el presente invento.

Descripción detallada del invento

La arquitectura de recogida de datos de SDC del presente invento proporciona los beneficios de una arquitectura de recogida de E/S remota escalable que permite alterar y configurar el número de requisitos de E/S para adaptar el SDC a las necesidades de E/S de la situación específica en el vehículo. La incorporación de funciones de tratamiento de datos o de E/S adicionales es una simple cuestión de insertar los elementos modulares adicionales en la pila del SDC. También posee la capacidad de funcionar como ordenador autónomo con módulos apropiados de entrada/salida (E/S) y de tratamiento combinados como parte de la pila.

Se utiliza una interconexión estándar, que proporcione tanto alimentación de corriente como la línea general de transmisión de datos en serie, para simplificar las interconexiones con funciones modulares individuales, lógica y/o equipos. Las definiciones de límite funcional de arquitectura soportan un diseño funcional de módulos independiente.

El diseño del SDC soporta la expansión y la confección a medida de la E/S de acuerdo con las exigencias de cada lugar de instalación específico en el vehículo. La conexión de E/S externa se realiza a través de un conectador de acoplamiento ciego separado que soporta la E/S máxima que puede incorporarse en el área de placa para ese tipo de E/S. La alimentación de corriente del módulo y la comunicación entre módulos, mediante la línea general de transmisión en serie, se incorporan en el conectador de apilamiento de "placa madre".

Puede insertarse cualquier tipo de módulo en el paquete del SDC en tanto cumpla las definiciones de interconexión mecánicas y eléctricas. La adaptabilidad señal por señal del módulo de E/S adaptable y el filtrado seleccionable y las ganancias en los módulos únicos de E/S, proporcionan flexibilidad adicional a la E/S de repuesto que queda en cada lugar del SDC.

Todos los módulos proporcionan la posibilidad de acceder a su condición de funcionamiento mediante interrogación por una línea general de transmisión en serie. Los módulos transmiten la información sobre su condición sobre una base regular mientras se encuentran en el modo de vuelo.

Los módulos 10 soportan una metodología de apilamiento de módulos como se muestra en la Fig. 1. La "línea general de transmisión de placa madre" de expansión incluye un par de líneas generales de transmisión en serie eléctricamente compatibles con la norma USB (línea general de transmisión en serie universal) de un ordenador personal, una línea general de transmisión de programación de módulos eléctricamente compatible con la norma SPI, y alimentación de corriente a partir del módulo 24 de fuente de alimentación.

Cada módulo 10 contiene un conectador 12 de E/S para el tipo de E/S único para ese módulo. Por ejemplo, todos los tipos de E/S discretos se conectarán a un módulo adaptable 14 de E/S. Cada módulo 10 proporciona la protección apropiada contra interferencias electromagnéticas (EMI) para su tipo de E/S. Una fuente de alimentación de corriente del vehículo está conectada a la fuente de alimentación del SDC para proporcionar corriente a toda la electrónica del módulo de SDC. Fuentes de alimentación de corriente elevada, tales como discretos de 2 amperios, 28 voltios, de corriente continua/abierto, son alimentados a partir de entradas separadas de alimentación de corriente del vehículo para ese conectador 12 de E/S externo de módulos en lugar de a partir de la fuente de alimentación del SDC.

Los módulos 10 están diseñados con un factor de tamaño estándar/forma estándar y tienen una interconexión 20 de línea general de transmisión común y un montaje mecánico 18 que soportan el apilamiento, como se muestra en la Fig. 2.

Cada módulo 10 proporciona, preferiblemente, el conectador 20 para acoplamiento con la línea general de transmisión de interconexión y el receptáculo 22 compatible con excepción de la fuente de alimentación 24 y los módulos controladores 26. La fuente de alimentación 24 y los módulos controladores 26 son necesarios para todas las instalaciones y, por tanto, cada uno de ellos tiene un asidero 16 y terminaciones de línea general de transmisión con una base 28 y un conectador 30, respectivamente.

El apilamiento mecánico se consigue mediante las fijaciones 32 de montaje por salto elástico situadas en dos o tres lados de cada módulo o por medios similares que son bien conocidos en la técnica. Este diseño permite un acceso rápido para sustituir un módulo en el centro de la pila.

Todos los módulos 10 tienen, preferiblemente, una encapsulación en dos capas para eliminar el coste del chasis del módulo y para mejorar las características térmicas y frente a las vibraciones. La primera capa 24 es de un material ligero, térmicamente conductor. La segunda capa 36 es de un material térmica y eléctricamente conductor que proporciona una buena protección contra las EMI. La disipación térmica puede conseguirse a través de la unión al mamparo y aletas opcionales en cada módulo (no representado).

Un ejemplo de la pila resultante se representa en la Fig. 3. La pila de módulos se introduce en un bandeja del vehículo y se asegura mediante tornillos 17 basculantes situados en los módulos de fuente de alimentación y de controlador. Las acciones de sustitución y de reparación se llevan a cabo retirando toda la pila de módulos de SDC de la bandeja del vehículo, desmontando el módulo que falla, separando la pila, introduciendo un módulo bueno, volviendo a montar por salto elástico la pila y volviendo a instalar la pila del SDC en la bandeja de montaje del vehículo.

Una línea general de transmisión 38 en serie USB proporciona la interconexión entre los módulos individuales como se representa en la Fig. 4. Cada módulo proporciona las terminaciones apropiadas y la interconexión de línea general de transmisión para permitir que se apilen juntos hasta diez módulos.

El SDC de línea base incluye módulos estándar de los tipos siguientes: fuente de alimentación 24, controlador con E/S en serie 26, E/S 44 analógica y discreta adaptable, E/S 46 analógica y un cierre 48 de servocircuito. Las ejecuciones prácticas opcionales pueden incluir módulos de interconexión con línea general de transmisión en serie óptica, módulos de tratamiento de gestión de condición de pronóstico (PHM) así como otros diseños únicos.

En la Fig. 5 se ilustra un módulo 24 de fuente de alimentación de SDC preferido. Alimenta corriente 25 al vehículo y la convierte en \pm15 voltios de corriente continua en 27, +5 voltios de corriente continua en 29 y +3,3 voltios de corriente continua en 31 para activar los componentes eléctricos de los módulos apilados. La alimentación para el dispositivo de E/S se obtiene en cada conectador de módulo a partir de la línea general de transmisión de alimentación del vehículo. Pueden preverse otros valores de voltaje en el módulo 24 de fuente de alimentación según sea necesario para módulos específicos.

La fuente de alimentación contiene perceptores 39 para medir la temperatura ambiente y los niveles de vibración que ha experimentado el módulo. Esta información queda disponible para ser almacenada en otros módulos en esa misma situación.

El módulo controlador 26 define la configuración de todos los módulos de E/S, controla la recogida y salida de datos del SDC, controla la comunicación del SDC con el ordenador del sistema, realiza PHM y BIT del SDC y lleva a cabo filtrado y tratamiento de datos potenciales. En la Fig. 6 se ilustra un módulo controlador preferido. Contiene dos microcontroladores idénticos, un controlador principal 40 y un controlador 43 de línea general de transmisión de sistema externo (ESBC). Una interconexión de puerta doble 41 se utiliza almacenar temporalmente datos procedentes de la línea general de transmisión 45 de sistema externo a la línea general de transmisión 33 de USB interna. El módulo controlador 26 contiene los HUB (concentradores) de raíz para las dos líneas generales de transmisión USB de SDC. Esta realización del módulo controlador 26 es una ejecución práctica del módulo controlador en soporte de una línea general de transmisión USB externa del sistema del vehículo. Otras arquitecturas de líneas generales de transmisión de sistema (429, 1553, 1394) se incorporarían en la práctica en forma similar (no representada). El controlador del SDC puede incorporarse en la práctica mediante uno de tres tipos básicos: microcontrolador, máquina de estado o DSP.

Una realización preferida del conectador 20 de apilamiento utiliza un par de líneas generales de transmisión 33 USB eléctricamente compatibles, como se muestra en la Fig. 7, para comunicación interna del SDC. Esta línea general de transmisión de alta velocidad (12MHz) soporta transmisiones de datos isócronas (síncronas USB) que se utilizan para sincronizar conversiones de datos y transmisiones a la línea general de transmisión del sistema externo y latencia mínima. Aunque muchas otras estructuras de línea general de transmisión de datos funcionarían para la sincronización y las transmisiones de datos internas, la USB tiene una ejecución práctica particular que soporta sincronización e integridad en el protocolo básico. El par doble de líneas generales de transmisión 33 USB proporciona disponibilidad y capacidad de diagnóstico de gestión de condición adicionales. La aplicación de la línea general de transmisión USB a la arquitectura del SDC facilita un sistema de aviónica con características de "conectar y funcionar" similares a las de un ordenador personal (PC).

El módulo 14 de E/S adaptable es capaz de gestionar todos los tipos discretos de entrada y salida del vehículo y las señales analógicas de gama amplia, con independencia de la espiga a la que se conecten. Un diagrama de bloques de un módulo E/S adaptable preferido se ilustra en la Fig. 8. Cada espiga 47 de E/S es adaptable (programable) para configurarla en cuanto a nivel discreto o analógico (28 voltios de corriente continua o masa) y dirección como se especifica mediante el módulo controlador para el lugar de instalación del SDC. Los datos de instalación están almacenados en el módulo controlador 26. La configuración tiene lugar al encender, cuando cada dispositivo señala al módulo de E/S en serie y al controlador del SDC su clase/tipo. El módulo controlador establece entonces la configuración deseada basándose en los discretos 49 de instalación del vehículo.

La realización preferida incluye un filtro de primer orden 54 controlado digitalmente en cada espiga de E/S cuyas características son especificadas por el módulo controlador.

Todas las salidas pueden ser comprobadas mediante la inserción de estímulos 50 de BIT, que son devueltos para confirmación del control de valor. Todas las salidas son activadas en un estado de alta impedancia hasta que son habilitadas por el módulo controlador.

El módulo 46 de E/S analógica único gestiona las señales de instalación únicas del vehículo y está diseñado de manera singular para ese vehículo. Si el vehículo contiene múltiples instancias de este módulo puede llevar a cabo cualesquiera ajustes de configuración diseñados en el módulo al recibir órdenes del módulo controlador. Un ejemplo de una realización para un vehículo específico se ilustra en la Fig. 9. En este ejemplo, las ganancias de entrada 71 y los filtros 68 son ajustables mediante órdenes del módulo controlador.

Todas las entradas/salidas pueden ser comprobadas mediante la inserción de estímulos BIT 70 que son devueltos para confirmación del control de valor.

Un ejemplo de un módulo de servocircuito se representa en la Fig. 10. El módulo 48 de servocircuito es capaz de gestionar todas las entradas y salidas de servoaccionamiento asociadas con varios servos y realimentaciones 72 de LVDT/RVDT. La ejecución de las leyes de control de cierre de circuito, lógica de modo y filtrado de segundo orden se logra en el módulo utilizando la potencia de tratamiento del microcontrolador del módulo. Las ganancias 80 de realimentación, los filtros 78 y los parámetros 74 de servoaccionamiento pueden ser configurados por el microcontrolador.

Todas las entradas/salidas pueden ser comprobadas mediante la inserción de estímulos BIT 82 que son devueltos para confirmación de control de valor.

El texto previo describe un diseño modular de apilamiento de equipo físico que permite seleccionar todo tipo de funciones para cada lugar de vehículo único en el momento de la instalación. En la realización preferida esta flexibilidad se hace posible gracias a la lógica, que se individualiza para cada módulo, de acuerdo con el tipo y la función del módulo. La Fig. 11 ilustra la interconexión USB entre el módulo controlador y los módulos locales. Cada módulo de E/S contiene un microcontrolador local 90 responsable de la gestión de la eliminación del rebote, el filtrado, las leyes de control, etc., asociados con el tipo de E/S así como del protocolo de la línea general de transmisión del apilamiento. El protocolo de interconexión estándar USB proporciona el enlace de comunicaciones de interconexión que se usa para identificar, configurar y comunicar con la pila de E/S.

La lógica del SDC hace uso de la capacidad de la línea general de transmisión USB para incorporar en la práctica conexiones vivas, identificación de punto final, transacciones de datos isócronos, transacciones de datos en masa y control de tramas. El resultado es un sistema de recogida y distribución de datos determinístico, de alta velocidad. La arquitectura lógica incorpora un enlace 38 de línea general de transmisión doble desde el concentrador principal 92 a través de cada módulo del SDC.

Cada módulo habilita su función repetidora HUB para la puerta 94 de aguas abajo cuando completa su propia enumeración (identificación y expecificación de dirección). Pueden conectarse hasta diez módulos en serie de esta forma. Cada concentrador 96 de módulo puede configurarse de manera que tengan múltiples puntos finales para definir conductos o corrientes de datos entre funciones de controlador principal 40 y funciones de controlador local 90.

De una manera general, el control de la línea general de transmisión es proporcionado por el módulo controlador a través de peticiones de testigo a continuación de formatos de mensaje USB. En la Fig. 12 se ilustran cuatro tipos principales de estructura de mensaje USB.

Una realización preferida incorpora en la práctica tres tipos básicos de transacciones de datos USB:

a) Transmisiones de control - utilizadas durante el proceso de enumeración para identificar un módulo y para establecer su configuración de E/S para el vehículo específico y las necesidades de situación del SDC. El controlador principal emite un paquete 98 testigo solicitando información específica. El controlador local al que ha sido dirigido el paquete testigo responde con un paquete de datos 100 o con un paquete 102 de reconocimiento.

b) Transmisiones de datos isócronas (expresión normalizada USB que define transmisiones de datos continuas, periódicas, entre un equipo central y un dispositivo) - los medios merced a los cuales se garantiza que los datos de E/S son transmitidos a las velocidades requeridas y en el instante específico dentro de una trama y/o en un número de tramas específico. El paquete 104 de comienzo de trama (SOF) es emitido por el controlador principal a intervalos regulares. Cada controlador local utiliza este para anticipar transacciones de datos solicitadas. El controlador principal solicita transmisiones de datos con un paquete 98 testigo y el controlador local puede responder inmediatamente con el paquete de datos 100.

c) Transmisiones de datos en masa - vigilancia BIT continua y otras transmisiones críticas fuera de sincronismo en el estado de vuelo.

La configuración del módulo se produce al encender. Durante la enumeración, cada módulo proporciona la siguiente información al módulo controlador a través de las transmisiones de datos de control:

Tipo/clase de módulos (E/S adaptable, servocircuito, etc.);

Fabricante del módulo y número de pieza;

Número de serie del módulo; y

Último ajuste de la configuración.

El módulo controlador utiliza esta información para determinar si se ha instalado el módulo correcto para este lugar del vehículo y para determinar si es correcta la configuración de E/S. Si la configuración de E/S no es correcta, lo que indica que se ha instalado un nuevo módulo, el módulo controlador realiza una actualización de la configuración de ese módulo. Esta incluye un paquete testigo 98 establecido seguido por paquetes 100 de datos de "salida" que especifican:

Dirección de E/S para cada E/S proporcionada por el módulo;

Ajustes de ganancia y de filtro para cada E/S proporcionada por el módulo;

Secuenciación de las tramas (temporización de entrada o de salida para cada E/S); e

Inicialización del contador de tramas.

Cada módulo de E/S guarda los ajustes de configuración en sus tablas de configuración y de secuenciación situadas en una memoria no volátil.

La Fig. 13 ilustra el contenido de la tabla de configuración para un módulo de E/S adaptable analógico/discreto. Cada conexión 106 de señal tiene varios parámetros: dirección 108, valor 110, ganancia 112, filtro 114, que pueden ser especificados. Las características de cada módulo son distintas y, por tanto, el contenido de la tabla de configuración será variable.

La Fig. 14 ilustra el contenido de la tabla de secuenciación. A cada conexión 106 de señal se le da una velocidad 116 y un primer número de trama 118 cuando los datos deben estar listos para su transmisión. En la realización preferida, la velocidad 116 puede ser especificada a intervalos de 5, 10, 20, 40, 80, 160, 320 Hz, aunque los expertos en la técnica reconocerán que son posibles numerosas velocidades. El contenido del contador 122 de tramas se compara con el número 118 de trama para especificar las señales que han de ser transmitidas durante esa trama. Las señales pueden agruparse en tablas de velocidad común para facilitar el acceso de la lógica.

La pila de módulos de SDC está estrechamente sincronizada para todas las transmisiones de datos isócronas. La Fig. 15 ilustra la situación y el orden de las transmisiones de datos dentro de una trama. El módulo controlador emite el paquete 104 de comienzo de trama (SOF) a todos los módulos al comienzo de cada trama de 1 ms. Cada módulo utiliza este paquete para sincronizar conversiones de datos al comienzo de la trama y de trama única utilizando el número 118 de trama como se ha especificado en la tabla de secuenciación. El paquete de SOF significa el comienzo de un periodo durante el cual todos los datos isócronos 120 procedentes de todos los módulos de SDC son transmitidos al módulo controlador.

La tabla de secuenciación es determinística. Todas las conversiones de datos de entrada que se espera que solicite el módulo controlador durante un número 118 de trama dado están predeterminadas, y los datos son convertidos por el módulo de E/S durante la trama previa. Los datos de entrada están, entonces, inmediatamente disponibles para su transmisión al producirse una petición de datos isócronos del módulo controlador proporcionando un mínimo de latencia en los datos de entrada.

Los datos de salida son convertidos por el módulo de E/S inmediatamente al completarse el periodo de transmisión de datos isócronos en la misma trama en que se recibieron, para conseguir una latencia mínima de los datos.

Tanto el módulo controlador como cada módulo de E/S mantienen un contador 122 de tramas para dirigir la ejecución de la parte apropiada de la tabla de secuenciación. Los módulos de E/S vigilan el paquete 118 de SOF "número de trama". Si el número de trama no coincide con el recuento propio del módulo, el módulo será resincronizado al recuento de trama especificado y emite el paquete de datos isócronos solicitado cuando se le pide. Si debe resincronizarse un módulo, también se establecerá el byte de validez de datos a "no válido".

El SDC utiliza los esquemas de protección contra fallos estándar USB y los envuelve en mecanismos de detección de fallos adicionales. Los CRC de transacción de datos estándar USB se utilizan para asegurar la integridad de los datos en los testigos de petición así como en las transmisiones de datos. Cada paquete de SOF y cada paquete testigo contiene un CRC 124 de cinco bits que se utiliza para validar la petición de módulo controlador. Un error en el mensaje dará como resultado que el módulo E/S al que se ha accedido responda con un acuse de recibo negativo (NAK). Cada paquete de datos contiene un CRC 126 de 16 bits utilizado para validar la integridad del paquete de datos.

Durante la enumeración inicial, el módulo controlador verifica que se unen los módulos correctos según lo especificado por los discretos 49 de clave de situación y de vehículo. Se comprueba la clase/tipo del módulo para identificación de E/S adaptable, E/S única, servocircuito, etc., antes de su unión USB.

La línea general de transmisión 38 USB redundante proporciona disponibilidad adicional tras un fallo pero también se utiliza para aislar fallos del concentrador 96 en la otra línea general de transmisión.

Monitores adicionales incluyen la pérdida de actividad (LOA), sonidos ininteligibles, actividad de la línea general de transmisión que se extiende más allá del final de trama (EOF) e inicio de paquete (SOP) sin final de paquete (EOP). La recuperación de estos fallos exige que el dispositivo que haya activado el estado ilegal sea aislado de la línea general de transmisión inhabilitando la puerta 94 de aguas abajo.

El controlador 43 de línea general de transmisión de sistema externo (ESBC) realiza las funciones de soporte: interconexión entre línea general de transmisión de sistema externo y USB, identificación y situación en el vehículo, y control de programación del SDC. Estas funciones son independientes de la instalación y no necesitan cambiarse, siendo funciones de programación fijas en el momento de la fabricación.

La programación del controlador principal 40 y de los controladores locales 90 de módulo de E/S de pila SDC se consigue mediante el ESBC a través del control de mensajes de línea general de transmisión de sistema externo. Una línea general de transmisión 51 SPI interconecta el controlador principal del módulo controlador con los controladores locales de módulo E/S para este fin. Cada función de programación de módulo E/S es habilitada en secuencia mientras se mantiene en reposición para esta función. Los enclavamientos impiden que se produzcan habilitaciones durante el estado 130 de vuelo.

Los diversos estados del controlador principal de módulo controlador se representan en la Fig. 16. En el estado de encendido, el ESBC 132 identifica el vehículo y la situación de la instalación del SDC mediante las claves 49 de entrada discretas. Esta información proporciona indicadores para selecciones de la tabla de secuencias.

El ESBC es responsable de determinar si se está produciendo una secuencia de encendido normal o de si ha de entrarse en el estado de programación. Esto se consigue a través de una secuencia de mensajes de línea general de transmisión de sistema externo y discretos de estado de vehículo. Si se establece el estado 134 de programación, el ESBC selecciona el módulo apropiado que ha de ser programado, reinicia ese módulo y transmite los datos a través de una línea general de transmisión de programación SPI del SDC interna. Si el estado de programación es falso, tanto el ESBC como el controlador principal realizan sus comprobaciones 136 de BIT estándar individuales (por ejemplo, juego de instrucciones, registrador, memoria rápida, NVM, temporizadores, WDT, puerta doble, etc.). Al completarse el BIT, el ESBC esperará la iniciación del estado de vuelo.

Al entrar en el estado 138 de enumeración, el controlador principal procede a la enumeración de todos los módulos de E/S. El proceso de enumeración comienza con la habilitación de la puerta 140 de aguas abajo de una de las líneas generales de transmisión USB del módulo controlador. El primer módulo de aguas abajo responde con una petición de asociación de lógica. SI el módulo de aguas abajo se identifica como TBD y su clase y su tipo son correctos para la instalación, el controlador principal le asigna una dirección 144. Esta secuencia se repite para cada puerta subsiguiente de aguas abajo hasta que se alcanza la fuente de alimentación. El controlador principal realiza entonces la misma secuencia con la otra línea general de transmisión USB.

El segundo paso del proceso de enumeración establece la configuración de las entradas y de las salidas en cada módulo E/S, y la selección de la tabla de secuencia de conversiones. El primer paso consiste en determinar si la configuración actual del módulo de E/S es incorrecta (lo que indicaría un módulo cambiado). Una configuración incorrecta tiene como consecuencia que el controlador principal proporciona la configuración 146 apropiada y la secuencia 148 para que el módulo de E/S las cargue en su NVM. Una configuración correcta hace que el controlador principal pase al siguiente módulo de E/S.

Cuando se ha configurado la pila SDC completa, el controlador principal informa al microcontrolador de ESBC de que la pila está lista para el estado 130 de vuelo. El ESBC pasa esta información a través de la línea general de transmisión de sistema externo al ordenador de gestión de vehículo (VMC). Si ocurren fallos las condiciones se pasan, en cambio, al VMC.

En el estado de vuelo, el ESBC ofrece una línea general de transmisión de sistema externo para el empaquetado y desempaquetado de puerta doble para las transmisiones 150 de datos por la línea general de transmisión USB y controla otras funciones de E/S de controlador.

El controlador principal gestiona las transacciones entre puerta doble y USB y mantiene el sincronismo y la generación de cuadros 152 de la pila del SDC. Emite las peticiones de transmisión de datos isócronos de acuerdo con su propio orden de tabla de secuencias.

Mientras se encuentra en el estado de vuelo, el controlador principal vigila en 154; las respuestas a la secuenciación de tramas procedentes de los módulos de E/S, la integridad de datos USB recibidos y realiza una vigilancia de la condición de la actividad en el ESBC. Cualesquiera fallos son enviados al VMC y almacenados en la historia de vuelo del NVM.

Las funciones BIT e IBIT continuas se ejecutan mientras se está en este estado. También se ejecutan en este estado 156 otras funciones de manipulación de datos.

Los diversos estados de los módulos de E/S se ilustran en la Fig. 17. El estado 160 de programación es fijado por la reposición ESBC del microcontrolador de módulos. Los datos de programas son transmitidos a través de la línea general de transmisión 51 de programación SPI del SDC interna. Si el estado de programación es falso, el microcontrolador realiza sus comprobaciones 162 BIT internas estándar (ajuste de instrucciones, registrador, memoria rápida, NVM, temporizadores, WDT, etc.). Luego, realiza comprobaciones de funcionalidad de E/S en su tipo de E/S a través de estímulos BIT y envolventes internas. Al completarse BIT, el microcontrolador de módulo establece la petición de conexión de lógica y espera la enumeración.

El proceso de enumeración es iniciado por una petición de identificación de módulo 164 por parte del controlador principal. Si la clase y el tipo de módulo son correctos para la instalación, el controlador principal le asigna una dirección 166. Cuando se confirma una dirección, el módulo de E/S habilita su propia puerta de aguas abajo y permite que el módulo controlador comunique a través del repetidor HUB para enumeración de otros módulos de la pila.

El segundo paso del proceso de enumeración establece la configuración 168 de las entradas y salidas en cada módulo de E/S y la selección de la tabla 170 de secuencia de conversiones. También es controlado por el controlador principal. La primera petición es de información de la tabla de secuencias y de la configuración corriente. Si la información es correcta, el controlador principal pasa el siguiente módulo de E/S. Si es incorrecta, el controlador principal proporciona la información apropiada para fijar la E/S para la situación de instalación en el vehículo. El controlador de módulo de E/S establece la dirección de E/S y fija las ganancias analógicas y los elementos de filtro al estado correcto durante el segundo paso del proceso de enumeración.

Hasta que el módulo controlador ordena el estado 172 de vuelo, se inhabilitan las salidas de E/S.

En el estado 172 de vuelo, el microcontrolador de E/S realiza el tratamiento 174 de señal especificado incluyendo filtrado, eliminación de rebotes u otro acondicionamiento de señal basado en el orden de la tabla de secuencias y en el recuento de tramas. Los datos son empaquetados o desempaquetados a partir del formato USB para transacciones por el enlace 176 de comunicaciones USB entre el módulo controlador y el módulo de E/S. La activación de la secuencia de conversión de datos a partir de la tabla de secuenciación, sincroniza automáticamente la disponibilidad de datos con las peticiones de transacción de datos isócronos esperadas por el módulo controlador.

Funciones 178 de módulo E/S; ley de control (servocircuitos) algoritmos de reducción de datos, gestión de condición de pronóstico, y conversiones de datos ambientales (temperatura y vibraciones) son ejecutadas de acuerdo con la tabla de secuenciación.

Cada módulo de E/S realiza una vigilancia extensiva 180 en el estado de vuelo, por ejemplo como sigue: WDT; secuenciación de tramas; integridad de datos; envolventes E/S; vigilancia de testigos; vigilancia de alimentación; fallos de USB de aguas abajo; etc. Cualesquiera fallos son emitidos hacia el módulo controlador y son almacenados en la historia de vuelo NVM. Las funciones BIT e IBIT continuas se ejecutan mientras se está en este estado.

A los expertos en la técnica les resultarán evidentes otras variaciones y modificaciones del presente invento y la pretensión de las reivindicaciones adjuntas es que tales variantes y modificaciones queden cubiertas. Los valores y configuraciones particulares descritos en lo que antecede pueden cambiarse y únicamente se citan para ilustrar una realización particular del presente invento con la que no se pretende limitar el alcance de éste. Se contempla que el uso del presente invento pueda incluir componentes con características diferentes en tanto se mantengan el principio, la presentación de un método y el aparato para una arquitectura común para la recogida y distribución remota de datos analógicos y digitales con módulos apilables y desechables. Se pretende que el alcance del presente invento quede definido por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (10)

1. Un aparato ordenador, que comprende una pluralidad de módulos apilables (10), comprendiendo cada módulo (10) una función predeterminada, en el que dichos módulos (10) apilables comprenden por lo menos un módulo (24) de fuente de alimentación y un módulo controlador (26), caracterizándose el aparato ordenador porque:

los módulos apilables (10) comprenden espigas de guía (18) para alineación y estabilización y fijaciones (32) por salto elástico para retener los módulos (10) en posición; y porque

cada módulo (10) comprende un conectador de apilamiento (20) introducido interiormente en un módulo siguiente, que comprende además una protección contra EMI y un conectador (12) de E/S.

2. El aparato de la reivindicación 1, en el que dichos módulos apilables (10) comprenden además módulos encapsulados (24, 36) para mantener la integridad estructural de los módulos apilables (10).

3. El aparato de la reivindicación 1, en el que dicho conectador de apilamiento (20) comprende un conectador de alimentación directa para expansión, colapso y sustitución de dichos módulos (10) para alterar un cumplimiento 110 a través de dicho conectador (12) de E/S de dicho aparato ordenador sin modificación de módulos apilados adyacentes y porque el conectador de apilamiento comprende una línea general de transmisión (38) de programación de módulos y una línea general de transmisión (38) en serie.

4. El aparato de la reivindicación 1, en el que dichos módulos (10) proporcionan información de identificación para el módulo controlador (36) para validación de instalación, que consiste en al menos:

tipo de módulo;

fabricante;

número de serie; y

última configuración fijada.

5. El aparato de la reivindicación 4, en el que el módulo controlador (36) utiliza discretos de instalación de vehículo para identificar las necesidades de E/S de situación y compara la identificación del tipo de módulo individual con las necesidades de situación del vehículo y notifica al dispositivo de computación de su estado.

6. El aparato de la reivindicación 1, que comprende además módulos (44, 46) de E/S que están sincronizados con una trama activada por el módulo controlador (36) y dichos módulos (44, 46) de E/S transmiten y reciben datos en el momento previamente especificado por el módulo controlador (36) y/o en el que dichos módulos (44, 46) de E/S que están sincronizados con una trama activada por el módulo controlador (36) comprenden una tabla (170) de secuencias de E/S y/o en el que dichos módulos (44, 46) de E/S tienen la posibilidad de cambiar dinámicamente su tipo de E/S, su dirección (108), su filtro (114) y sus características de ganancia (112).

7. El aparato de la reivindicación 6, en el que el módulo controlador (36) especifica previamente las características de los módulos (44, 46) de E/S antes de ser habilitado, y en el que la especificación previa del estado de configuración de los módulos (44, 46) de E/S, comprende una tabla de configuración.

8. El aparato de la reivindicación 6, en el que el módulo controlador (36) y los módulos (44, 46) de E/S realizan la vigilancia de la integridad de la pila de módulos.

9. El invento de la reivindicación 8, en el que cada módulo (10) vigila la trama (104) de sincronismo con su propio contador (122) de tramas, y en el que cada módulo utiliza el comienzo de trama (104) USB, el final de trama, el inicio de paquete, el final de paquete, la pérdida de actividad y las comprobaciones (124) de redundancia cíclica para verificar la integridad de las transmisiones de datos.

10. Un método para desmontar y sustituir rápidamente módulos (10) de ordenador en un aparato de ordenador, comprendiendo los módulos (10) una pluralidad de módulos apilables, comprendiendo cada módulo (10) una función predeterminada, en el que dichos módulos apilables (10) comprenden por lo menos un módulo (24) de fuente de alimentación y un módulo controlador (36) caracterizándose el método por las operaciones de:

alinear y estabilizar un módulo (10) en cualquier lugar de la pila de módulos utilizando espigas de guía (18);

introducir un conectador de apilamiento (20) insertado interiormente en un módulo siguiente; y

retener el módulo (10) en su sitio mediante fijaciones (32) por salto elástico; y

proporcionar al módulo un aislamiento contra EMI y/o un conectador (12) para E/S.