JP3803250B2 - バスマスター切換ユニット - Google Patents
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Description
本発明はバスマスター切換ユニットおよび冗長性のバスマスターの作動方法に関する。
【0002】
バスシステムには通常多数のバス加入者が接続されており、データ伝送はバスシステムを介して定義されたプロトコルに従って行われる。特別なデータ伝送プロトコルは、バス加入者の少なくとも1つがいわゆるバスマスターとして機能し、バスマスターが能動的に伝送プロトコルを作動させることを必要とする。
【0003】
このようなバスシステムにおいてバスマスターが故障すると、このことは一般に、すべてのバス加入者の機能喪失を結果としてもたらさないまでも、別のバス加入者の少なくとも機能阻害を結果としてもたらす。なぜならば、バスマスターなしではバスシステムを介してのデータ伝送は可能でないからである。
【0004】
バスシステムとしてはたとえばプロフィバス(Profibus)が考慮に値するが、バスマスターとしてたとえばプログラム記憶式制御装置の中央処理装置を使用することができる。中央処理装置はバスシステムを介して周辺装置、特に制御及び/又は監視されるプロセスに直接に設けられている分散配置形周辺装置と通信可能に接続可能であり、一方では技術的設備の状態が周辺装置により検出され、サイクリックに中央処理装置に伝達され、他方では制御命令がサイクリックに周辺装置に伝達される。
【0005】
本発明の課題は、一方では冗長性のバスマスターのグループから成るバスマスターを非冗長性のバスシステムに接続し得る切換ユニットを提供すること、他方では非冗長性のバスシステムによる冗長性のバスマスターの作動方法を提供することである。
【0006】
装置に関する課題は、少なくとも2つの冗長性のバスマスターのグループから成るバスマスターを非冗長性のバスシステムに接続するためのバスマスター切換ユニットにおいて、バスマスター切換ユニットが、少なくともそれぞれバスマスターを接続するための端子と、非冗長性のバスシステムを接続するための少なくとも1つの端子と、少なくとも1つのバス切換スイッチとバス切換スイッチを駆動するためにバスに接続されている手段とを有し、前記手段が専らバスマスターにより駆動可能であり、バス切換スイッチが切換位置に応じて、バスマスター切換ユニットに接続されているそれぞれ1つのバスマスターをバスへ接続することにより解決される。
【0007】
方法に関する課題は、非冗長性のバスシステムによる冗長性のバスマスターの作動方法において、少なくとも2つの冗長性のバスマスターのグループから成るバスマスターをバスシステムに接続するためにバスマスター切換ユニットが設けられ、このバスマスター切換ユニットが、少なくともそれぞれバスマスターを接続するための端子と、非冗長性のバスシステムを接続するための少なくとも1つの端子と、少なくとも1つのバス切換スイッチとバス切換スイッチを駆動するためにバスに接続されている手段とを有し、前記手段が専らバスマスターにより駆動され、バス切換スイッチによって切換位置に応じて、バスマスター切換ユニットに接続されているそれぞれ1つのバスマスターがバスへ接続されることにより解決される。
【0008】
バスマスター切換ユニットの回路技術的に簡単な実現は、前記手段が、バスマスターによる相応の駆動時にバス切換スイッチを駆動するための予め定め得る論理状態または予め定められた論理状態を取り、それによってバス切換スイッチの規定された切換位置を生じさせる出力端を有する場合に可能である。
【0009】
バスマスター切換ユニットの回路技術的な実現は、前記手段が複数個の入力端または出力端を有する用途固有の集積回路(ASIC)として構成され、入力端または出力端がそれぞれ接続されているバスマスターにより書込み可能または読出し可能である場合にさらに容易にされる。
【0010】
バスマスターにより生じさせられるバスシステム上のデータ転送によって、そのつどの用途固有の集積回路の少なくとも1つの出力端の周期的な信号切換わりが生じさせられ、この信号切換わりが他方のバスマスターに対してそのつどの用途固有の集積回路の少なくとも1つの出力端を介して認識される場合、冗長性のまさに受動的なバスマスターによるまさに能動的なバスマスターの特に効率のよい監視が得られる。周期的な信号切換わりはこうしていわば能動的なバスマスターの“生きているしるし”を意味する。予め定められた時間または予め定め得る時間中に信号切換わりが生じない場合、これは受動的なバスマスターにより、能動的なバスマスターが故障しているものとして評価される。受動的なバスマスターは次にバスシステムから故障バスマスターを分離させ、自らをバスシステムにおけるバスマスターとして“定め”る。
【0011】
バスマスター切換ユニットに接続されている第1のバスマスターとバスマスター切換ユニットに接続されている第2のバスマスターとの間のデータ転送が用途固有の集積回路の入力端または出力端を介して行われる場合、もしくはバスが少なくとも1つのデータ線を含み、データ線がバスマスター切換ユニットに接続可能な各バスマスターにバス切換スイッチを迂回して導かれている場合、受動的なバスマスターにもバスシステムで伝送されるデータを伝達することができる。このことは、能動的なバスマスターが受動的なバスマスターにデータを用途固有の集積回路間に実現された通信路を介して伝達することによって、もしくは受動的なバスマスターがバストラフィックを常時少なくともデータ線への直接的な接続によりデータをモニタリングすることによって行われる。
【0012】
本発明の他の特徴、利点および用途は従属請求項から、以下の図面による実施例の説明から、また図面自体から明らかになる。すべての説明または図示される特徴はそれ自体でまたは任意の組み合わせで特許請求の範囲またはその参照におけるまとめ方に関係なく本発明の対象を形成する。
【0013】
図1によれば、非冗長性のバスシステム11にバスマスター切換ユニット10により多数のバスマスター1′、2′…n′が接続可能である。バスマスター切換ユニット10はそれに接続されているバスマスター1′、2′…n′のそれぞれ1つを非冗長性のバスシステム11によりたとえば周辺モジュール12に接続可能である。
【0014】
実施例をさらに説明するために、以下では、非冗長性のバスシステム11が直列に同期して動作することから出発する。バスシステム11にはデータ線11′およびクロック線の他に、2つの制御線、アラーム線、レディ線、周辺モジュール12の出力端をロックするための導線および電流供給線が導かれる。バスシステム11の個別導線は図2には示されていない(後でまた説明される図3によるバスマスター切換ユニット10の実施例と関連してのみデータ線11′が個別導線として示されている)。
【0015】
基本的にはデータ線11′は、バスシステム11に接続されている各バス加入者を通じて接続される。
【0016】
データ伝送は、バスシステム11に接続されているバス加入者10、12のアドレス指定と種々のデータ長さのデータ伝送とを助成するプロトコルシステムに従って行われる。
【0017】
簡単な周辺モジュール12(たとえばディジタルデータ入力またはディジタルデータ出力モジュール)を接続するためにBUS‐ASICが設けられている。このBUS‐ASICはバスプロトコルを解釈し、また本発明と関連して重要な作動形式で、接続されている周辺装置の方向に16個のディジタルデータ入力端および16個のディジタルデータ出力端に対するインタフェースとして用いられる。その際にもちろん16個よりも多い、または16個よりも少ない入力端または出力端を有する実施例も考えられるが、入力端または出力端の数は8により除算可能な整数であるのが通常である。
【0018】
このようなBUS‐ASICはバスマスター切換ユニット10のなかで切換過程を制御またはレリーズするために使用される。以下で図2により説明されるように、そのために各バスマスター1′、2″…n′はこのようなBUS‐ASIC4、5に接続されている。
【0019】
バスシステム11に対して取り決められた伝送プロトコルを能動的に作動させるバスマスター1′、2′…n′はそれによって、バスシステム11を介してこれらの16個の入力情報を受ける立場にあり、さらに16個の出力情報を送り得る。
【0020】
そのために入力および出力チャネルに予め定められたアドレスまたは予め定め得るアドレスが割り当てられている。その結果、16個の入力情報の各個のビットは別々に読出し可能であり、16個の入力情報の各個のビットは別々に書込み可能である。
【0021】
バス11において多数のBUS‐ASICが作動可能である。しかしBUS‐ASICは図1には図示されていない。以下において図2により示されるように、バスシステム11における作動に適したBUS‐ASICはバスマスター切換ユニット10のなかで、バスマスター切換ユニット10に接続されているバスマスター1′、2′…n′を非冗長性のバスシステム11に接続するために使用される。
【0022】
いまバスマスター1′、2′をバスシステム11に対して冗長性に、すなわち多重に、たとえば二重に構成するという要求がある場合、常にバスマスター1′、2′が、バスシステム11に接続されている周辺モジュール12と共に能動的に動作する、すなわち入力を読み、出力を書く。
【0023】
それに対して受動的なバスマスター2′、1′は、いつでも能動的状態に切換わり得るように、周辺モジュール12による作動を少なくともメモリのなかでシミュレートしなければならない。
【0024】
その際にそれぞれ受動的なバスマスター2′、1′にプロセス周辺モジュール12のそのつどの現在状態に関する情報を伝達するために、原理的に2つの可能性がある。第1の可能性の枠内ではプロセス周辺モジュール12の現在状態を表すデータの直接的な伝送が能動的なバスマスター1′、2′から受動的なバスマスター2′、1′へ行われる。第2の可能性の枠内では受動的なバスマスター2′、1′もバスプロトコルを解釈し、プロセス周辺モジュール12の状態(たとえば入力データ)を一緒に読む。この場合はいわゆる“モニタリング作動”と呼ばれる。
【0025】
図2によればバスマスター切換ユニット10(以下では短縮して切換ユニット10と呼ぶ)はそれぞれ1つのバスマスター1′、2′に対する2つの端子1、2と非冗長性のバスシステム11を介して周辺モジュール12を接続するための1つの端子3とを有し、もちろん、既に図1に示されているように、バスマスター1′、2′に対する3つ以上の端子1、2とバスシステム11に対する2つ以上の端子3とを有する切換ユニット10の実施例も考えられる。3つ以上の接続可能なバスマスター1′、2′の場合にはバス切換スイッチ6はたとえばマルチプレクサとして構成されている。
【0026】
各バスマスター端子1、2に、データ線に関して周辺ASICの連鎖のなかの第1の個所にループインされているBUS‐ASIC4、5が対応付けられている。
【0027】
基本的にBUS‐ASICは図2に図示されているBUS‐ASIC4、5のように周辺をバスシステム11に接続する役割をする。BUS‐ASICが直列に接続されているバスシステムと、BUS‐ASICの並列接続を有するバスシステムとの間の区別がされる。そのつどのBUS‐ASICの直列接続の場合には、これらは連鎖のなかに配置されており、その際にBUS‐ASIC4、5は実施例によれば連鎖の第1の個所に、すなわち等しくそのつどのバスマスター1′、2′の後に配置されている。BUS‐ASIC4、5の入力端および出力端へのインタフェースはBUS‐ASIC4、5の周辺装置側が形成する。BUS‐ASIC4、5はこれらの周辺を、ユーザーに対して完全に秘密にして行われるバス切換6を制御するためにのみ利用する。後続の、すなわちバスマスター切換ユニットの外側でバス11に接続可能なBUS‐ASICは真の入力端または出力端(すなわちたとえば制御及び/又は監視すべき技術的プロセスの外部センサまたはアクチュエータ)が接続可能である。
【0028】
BUS‐ASIC4、5の後に本来のバス切換スイッチ6が配置されている。バス切換スイッチ6により選択的にバスマスター1′またはバスマスター2′が周辺モジュール12に接続される。両方のバスマスター1′、2′はバス切換スイッチ6の前に配置されているので、各バスマスター1′、2′はいつでも、すなわちバス切換スイッチ6のまさに現在の切換位置に無関係に、それに対応付けられているASIC4、5を操作し得る。
【0029】
バス切換スイッチ6はそのつどのBUS‐ASIC4、5のそれぞれ16個の出力情報の個々の出力ビットにより駆動される。出力ビットのそのつどの論理状態はBUS‐ASIC4、5のそのために設けられている接続個所において取り出し可能である。図2による実施例ではBUS‐ASIC4の接続個所41、42においてBUS‐ASIC4の2つの出力ビットの論理状態が取り出される。同様にBUS‐ASIC5の接続個所51、52においてBUS‐ASIC5の2つの出力ビットの論理状態が取り出される。
【0030】
そのつどの出力ビットの論理状態は切換論理要素7、7′に供給され、一方ではBUS‐ASIC4の出力ビット41およびBUS‐ASIC5の反転出力ビット51が切換論理要素7′に供給され、他方ではBUS‐ASIC4の出力ビット42およびBUS‐ASIC5の反転された出力ビット52が切換論理要素7′に供給される。切換論理要素7、7′により行われるそれぞれ供給された信号41、51または42、52の論理的AND演算によって、切換ユニット6を駆動するための切換信号74、75が発生され、切換信号74は切換論理要素7により発生されて、バス切換のために設けられている切換要素6′を駆動し、切換信号75は切換論理要素7′により発生されて、バス切換のために設けられている切換要素6″を駆動する。切換要素6′、6″は一緒になって切換ユニット6を形成する。
【0031】
実施例による実現の特別な点は、一方ではデータ線も供給線も切換可能であり、他方ではデータ線および供給線が基本的に互いに別々に切換可能であることにある。
【0032】
ASIC4の信号41、42が状態論理1を、ASIC4の信号51、52が状態論理0を取っている場合、切換論理要素7における論理演算(〔41 AND‐NOT 51〕=〔“1” AND‐NOT “0”〕=〔“1” AND “1”〕=“1”が、切換信号74も論理1状態を取らせる。同様に切換論理要素7における論理演算(〔42 AND‐NOT 52〕=〔“1” AND‐NOT “0”〕=〔“1” AND “1”〕=“1”が、切換信号75も論理1状態を取らせる。これらの両方の切換信号74、75が、たとえばバスシステム11へバスマスター1′を接続する切換要素6′、6″の規定された切換位置を生じさせる。
【0033】
相補性の状態、すなわち信号41、42が論理0状態を、信号51、52がそれぞれ論理値1状態を取っている状態は、切換信号74、75にそれぞれ論理0状態を生じさせ、この論理0状態は相応して切換要素6′、6″の先に説明した場合に対して相補性の切換位置を生じ、従ってたとえばバスシステム11へバスマスター2′を接続する。
【0034】
切換要素6′、6″には、それらが所望の切換を生じさせ得るように、もちろんバスシステム11の相応の個別導線が導かれている。こうして実施例によれば、図2に明示的には図示されていないけれども、バス切換のための切換要素6′により少なくともデータ線、クロック線、2つの制御線、警報線、レディ線ならびに周辺モジュール12の出力をロックするための導線が切換可能である。さらに実施例によれば電流供給切換のための切換要素6″により少なくとも電流供給が切換可能である。
【0035】
BUS‐ASIC4、5ごとに16個の入力チャネルおよび16個の出力チャネルのアドレス指定と、それによって行われ得る予め定め得る論理状態への特定の出力ビットのセットとはユーザーに対して隠されたままである。BUS‐ASIC4、5はバスシステム11に接続されているが、ユーザーに対してはバス加入者として、特に独立したバス加入者として現れないので、BUS‐ASIC4、5は仮想的なバス加入者4、5、仮想的なバス周辺装置4、5または短縮して仮想的な周辺装置4、5とも呼ばれる。
【0036】
いわゆる仮想的な周辺装置4、5とのデータ交換、すなわち少なくとも予め定め得る論理状態への特定の出力ビットのセットは、そのつどのバスマスター1′、2′のファームウェアに任されている。こうしてBUS‐ASIC4、5ごとに16個の入力チャネルおよび16個の出力チャネルがバス切換ユニット6を制御するために使用される。
【0037】
図2に示されているように、BUS‐ASIC4、5および切換論理要素7、7′は切換手段10′としてまとめることができ、切換手段10′は用途固有の集積回路(ASIC)として実現可能である。
【0038】
切換ユニット10の特別な点は、これ自体が切換えるべきバスシステム11で作動させられること、すなわちバスマスター1′、2′を切換えるための特別な信号が必要でないことにある。それによって、本来冗長性作動のために設けられているものではないバスマスター1′、2′を冗長性のシステムとして接続することが可能である。
【0039】
切換ユニット10はバス切換時または非冗長性のバスシステム11による冗長性のバスマスター1′、2′の作動時の下記の過程をサポートする。
【0040】
I.)生きているしるしの監視:
各ASIC4、5の出力チャネル44、53はそのつどのバスマスター1′、2′による相応の駆動時に各周辺アクセスサイクルで論理0と論理1との間を切換わる。出力チャネル44、53はそれぞれ他方のASIC5、4の入力チャネル43、54と接続されている。他方のバスマスター2′、1′がこうしてアウトプットするバスマスター1′、2′の機能を監視する。
【0041】
能動的なバスマスター1′によるASIC4の駆動時にはたとえば出力チャネル44が各々の周辺アクセスサイクルで論理0と論理1との間を切換わる。出力チャネル44は他方のBUS‐ASIC5の入力チャネル54と接続されているので、BUS‐ASIC5に接続されている受動的なバスマスター2′は入力チャネル54の状態の読出しにより信号切換わりを認識する。連続的な信号切換わりはいわゆる“生きているしるし”として理解される。
【0042】
信号切換わりが起こらない場合、アウトプットするバスマスター1′、2′は故障しており、バスマスター1′、2′を切換える必要性があり(第1の切換規範)、受動的なバスマスターへの故障バスマスターの切換により、その機能が冗長性のバスマスターにより引き継がれる。
【0043】
II.)プログラム制御される切換:
自明のようにバスマスター1′、2′は−たとえば診断目的で−パッシベートすべきバスマスターが故障していなければならないことなしに、プログラム制御されてバスマスター切換を生じさせることもできる(第2の切換規範)。
【0044】
III,)データ伝送:
それぞれ受動的なバスマスター2′、1′はサイクリックに周辺装置の入力情報を必要とするので、データを反対側の入力チャネルに別の出力チャネルを接続することにより伝送する可能性が存在する。そのためには制御導線も必要である。データレートを高めるためにたとえば常に8つのチャネルが並列に伝送され得る。それによって行われるデータ伝送は図2に参照符号45を付されている双方向性の接続45を介して行われる。しかし、接続45が実際には必ずしも個別の双方向性の接続45を介してではなく、第1のBUS‐ASIC4、5のそのつどの出力チャネルから第2のBUS‐ASIC5、4の相応の入力チャネルに導かれている多数(たとえば8つ)の個別の導線を介して行われることは自明である。
【0045】
IV.)切換論理:
切換論理はいわゆる“シングルモード”といわゆる“ダブルモード”との間で異なる。バスマスターの1つが存在しない、まだ始動されていない、または故障している場合、冗長性のバスマスターは“シングルモード”にある。バスマスターは互いに接続44、54または43、53のビットを介して、それらが機能し得る態勢にあるか否かについての情報を与える。バスマスター1′、2′の1つが機能し得る態勢にない場合、他方のバスマスター2′、1′が“シングルモード”で動作する。機能し得る態勢にないマスター1′、2′は、これが再び機能し得る態勢になるまで、サイクリックに問い合わされる。次いで“ダブルモード”への切換が行われる。“ダブルモード”では切換の前に両方のバスマスターの同調が行われる。“シングルモード”ではこのような同調は可能でなく、従って無視される。
【0046】
V.)モニタリングドライバー:
データ伝送が仮想的な周辺装置4、5を介して行われるべきでない場合、それぞれ受動的なバスマスター2′、1′が入力情報を伝送プロトコルから取り出す。そのために、図3に示されているように、データ線11′が切換要素6′、6″のそばを通り過ぎてバスマスター1′、2′に直接導かれていることによって、データ線11′がバス切換スイッチ6のそのつどの切換状態に関係なくバスマスター1′、2′に導かれている。それぞれバスマスター1′、2′に通ずるデータ線11′の分岐路にそれぞれ脱結合のためにモニタリングドライバー13が設けられている。
【0047】
付属データ交換:
バスマスター1′、2′間のデータ交換に対する別の代替例として図2によれば、冗長性のバスマスター1′、2′間の直接的なデータ交換を可能にする第2の追加的なバスシステム20を設けることも考えられる。この追加的なバスシステム20はオプションにより設けられ、本発明の別の有利な実施例をなす。
【0048】
要約すると、本発明は下記のように短く説明される。
【0049】
基本的に非冗長性のバスシステム11において冗長性のバスマスター1′、2′のグループから成るバスマスター1′をそれぞれ作動させるために、切換ユニット10が設けられ、切換ユニット10の特別な点はこれ自体が切換えるべきバスシステム11で作動させられ、その結果としてバスマスター1′、2′を切換えるための特別な信号が必要でないことにある。
【0050】
従って本発明の中心的な観点は、切換ユニット10自体が切換えるべきバスで作動させられること、すなわち切換のための特別な信号が必要でないことである。それによって、本来冗長性作動のために設けられているものではない現存するバスマスターを冗長性のシステムとして接続することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 バスマスター切換ユニットの原理図。
【図2】 バスマスター切換ユニットのブロック回路図。
【図3】 バスマスター切換ユニットの実施例のブロック回路図。
【図4】 バスマスター切換ユニットの実施例のブロック回路図。
【符号の説明】
1〜3 端子
1′、2′ バスマスター
4、5 バス切換スイッチの駆動手段
6 バス切換スイッチ
10 バスマスター切換ユニット
11 バス
Claims (2)
- 少なくとも2つの冗長性のバスマスター(1′、2′)のグループから成るバスマスター(1′、2′)を非冗長性のバスシステム(11)に接続するためのバスマスター切換ユニット(10)において、バスマスター切換ユニット(10)が、少なくともそれぞれバスマスター(1′、2′)を接続するための端子(1、2)と、非冗長性のバスシステム(11)を接続するための少なくとも1つの端子(3)と、少なくとも1つのバス切換スイッチ(6)とバス切換スイッチ(6)を駆動するためにバスシステム(11)に接続されている手段(4、5)とを有し、前記手段(4、5)が専らバスマスター(1′、2′)により駆動可能であり、バス切換スイッチ(6)が切換位置に応じて、バスマスター切換ユニット(10)に接続されているそれぞれ1つのバスマスター(1′、2′)をバス(11)へ接続し、バスマスター切換ユニット(10)に接続されている第1のバスマスター(1′)とバスマスター切換ユニット(10)に接続されている第2のバスマスター(2′)との間のデータ転送が用途固有の集積回路(4、5)の入力端(43、45、53)または出力端(41、42、44、45、51、52、54)を介して行われることを特徴とするバスマスター切換ユニット。
- バスシステム(11)が少なくとも1つのデータ線(11′)を含み、データ線(11′)がバスマスター切換ユニット(10)に接続可能な各バスマスター(1′、2′)にバス切換スイッチ(6)を迂回して導かれていることを特徴とする請求項1記載のバスマスター切換ユニット。
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