KR100242610B1

KR100242610B1 - 멀티포인트 네트워크의 버스 중재 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR100242610B1
Application number: KR1019960017933A
Authority: KR
Inventors: 조진영
Original assignee: 조진영
Priority date: 1995-05-26
Filing date: 1996-05-25
Publication date: 2000-02-01
Also published as: AU5845896A; KR960043636A; WO1996037849A1

Abstract

본 발명은 전송속도가 다른 복수의 통신 스테이션이 직렬 공통버스로 연결된 멀티포인트 통신시스템에서, 다수의 스테이션이 동시에 버스의 사용을 요구할 때, 우선 순위가 높은 스테이션에게 버스 사용권을 부여하는 직렬 버스 중재 방법 및 시스템에 관한 것으로 주요 특징은:

1. 다수의 마스터가 공통버스사용권을 확보하기 위해 경쟁하더라도 버스 상에서 신호의 충돌이 발생하지 않아 중재 실패로 인한 불필요한 시간낭비가 없도록 하여 버스 이용률을 극대화 할 수 있고,

2. 식별 어드레스만 중복되지 않으면, 버스 구조(Hardware)변경 없이 스테이션의 수를 확장 할 수 있으며,

3. 전송속도가 다르더라도 통신이 가능하여 각 스테이션의 전송속도가 동일할 필요가 없으며,

4. 전송속도와 경합에 참여시간(휴지시간)을 조정하여 우선순위를 가변 함으로써 중재의 공정성을 확보할 수 있고,

5. 별도의 동기 클럭이 없는 경우에도 중재 혼란이 없이 가능하고,

6. 단일 직렬선로(최소 1회선)로 중재가 가능하여 회선비용을 최소화 할 수 있으며,

7. 스테이션의 출력정보와 버스 신호를 순차 비교하여 버스 경합 여부를 판정한 후 각 스테이션의 우선 순위를 결정함으로써, 종래의 기술에 비하여 시스템의 구성이 간단하고 버스 사용권 조정 시간이 단축될 뿐만 아니라 버스 사용권 조정 방법이 간단해지는 효과가 있다.

Description

멀티포인트 네트워크의 버스 중재 방법 및 시스템

제1(a)도-제1(b)도 본 발명을 적용하기 위한 멀티 포인트네트워크의 블록다이어그램.

제2도 종래의 중재 방법 블록도.

제3도는 본 발명에 의한 직렬 중재기의 기본 블럭도.

제4도는 순차비교 방법에 의한 직렬 중재 원리의 플로우차트.

제5도는 4 비트 식별 어드레스를 갖는 8개의 스테이션이 경합에 참여할 때 직렬 중재 경합표.

제6(a)도 8 비트 식별 어드레스를 갖고 모든 스테이션이 경합에 참여할 때 최댓값 식별을 위한 경합 표.

제6(b)도 8 비트 식별 어드레스를 갖고 모든 스테이션이 경합에 참여할 때 최소값 식별을 위한 경합 표.

제7도 본 발명에 의한 직렬 중재 방법에 있어서 4개의 스테이션이 공통 버스 획득 경합을 나타내는 타이밍도.

제8(a)도 본 발명에 의한 직렬 중재 방법에 있어서 듀티 사이클 변조(DCM)를 실행한 경우의 코드 값, 경합에 참여하는 시간(휴지시간)과 전송속도에 의한 경합이 이루어진 경우 타이밍도.

제8(b)도-제8(c)도 DCM 변조에 의한 논리치의 설정 예.

제8(d)도-제8(f)도는 DCM 변조를 하였을 경우, 코드 값, 경합에 참여하는 시간(휴지시간)과 전송속도에 의한 경합예의 타이밍도.

제9도 본 발명에 의한 직렬 중재 방법에 있어서 맨체스터 인코딩을 채택한 경우의 경합 타이밍도.

제10(a)도 본 발명에 의한 직렬 중재 방법에 있어서 3-레벨 변조법을 채택한 경우의 경합 타이밍도.

제10(b)도 3-레벨 변조에 의한 논리치의 설정 예.

[발명의 배경(BACKGROUND OF THE INVENTION)]

[1. 발명의 분야(Field of the Invention)]

본 발명은 다수의 통신 스테이션이 하나의 공통버스 또는 통신 링크를 갖는 멀티포인트 다중접근 시스템에서, 다수의 스테이션이 동시에 공통버스의 사용을 요구할 때에 가장 우선 순위가 높은 스테이션을 신속 정확하게 식별할 수 있는 우선 순위 중재 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

또한 멀티포인트 네트워크에서 필요 최소한의 선로로 공통버스 사용을 요청한 스테이션을 신속하게 식별할 수 있는 자기 결정식 분산 중재 방법과 중재의 공정성을 확보하기 위한 방법에 관한 것이다.

[2. 관련기술의 설명(Description of the Related Art)]

컴퓨터 시스템과 네트워크가 더욱 복잡해지고 분산 또는 병렬처리의 양이 증가함에 따라 공통자원의 사용을 할당하는 방법은 시스템의 전체적인 수행 능력에 커다란 영향을 미치게 된다.

시스템의 공통자원들은 통신 채널 또는 통신 버스로 연결되므로 동일한 자원을 사용하기 위해 경쟁하는 스테이션들 간에 버스 사용권을 할당하는 방법으로서 버스의 중재가 매우 중요하게 된다.

컴퓨터 시스템에는 각 스테이션(또는 프로세서)들 사이의 정보 전송을 위한 다양한 단계의 여러 버스가 존재하며 다중 프로세서 시스템의 각 프로세서는 공통버스 시스템을 통하여 공용의 메모리나 자원에 접근한다.

버스는 둘 이상의 스테이션들을 연결하는 통신경로로서 부품들간의 통신에 사용되는 버스로부터 네트워크 내의 원거리에 위치한 서로 다른 처리 시스템들 간의 통신에 사용되는 버스가 있다.

버스는 전기적인 도체로서, 간단히 말하면 버스에 인가된 데이터나 주소의 형식에 따라 정해진 수의 신호들을 전송하기 위해 사용되는 전기적인 선로로서 직류적인 논리 레벨들을 사용하지만, 원거리의 전송을 위해서는 전송매체에 의한 신호의 질을 크게 떨어뜨리지 않기 위해 캐리어의 변조, 광파 또는 무선 신호 등을 이용하는 전송 방법을 사용하기도 한다.

어떤 스테이션이 다른 스테이션과 통신하기 위해서 먼저 첫 번째 스테이션은 두 번째 스테이션을 응답하게 하기 위한 신호를 보내게 되는데 이러한 신호를 식별 어드레스(Identity-Address) 라 한다. 통신을 시작하는 스테이션을 주 스테이션(Master)라 하고 응답하는 스테이션을 종 스테이션(Slave)라 하며, 시스템 내의 스테이션들은 주 스테이션이 될 수도 있고 종 스테이션이 될 수도 있다.

버스는 한 번에 한 스테이션만 사용해야 하는 특징을 가지고 있으므로 동시에 둘 이상의 스테이션이 버스를 사용하려고 할 때에는, 버스를 사용하려는 스테이션들이 어떠한 형식으로든지 버스 사용의 허가를 받는 절차가 있어야 되며 이러한 절차를 버스 중재(Bus Arbitration)라 한다.

중재 방법에 있어서 어떤 스테이션에 버스 사용을 허가할 것인가에 대하여 일반적으로 두가지 요소(factor)를 고려한다. 첫째는 우선순위(Priority)로서, 모든 스테이션은 고유한 우선순위를 갖고 있으며 우선순위가 높은 스테이션에 먼저 중재가 이루어진다. 둘째는 공정성(Fairness)으로서, 버스를 사용하기 원하는 모든 스테이션들에게 버스 사용권이 공평하게 분배되도록 한다.

버스와 중재 방법들에 대한 상세한 설명이 참고문헌 [1-3]에 있다.

[1] David. B. Gustavson, “Computer Buses - A Tutorial”, Aug. 1984. IEEE Micro, pp.7-22.

[2] Computer Organization ＆ Design The Hardware/Software Interface, David A Patterson John L Hennessy pp.559 - 562, “Bus Arbitration”, pp.591-592

[3] FAYEZ EL GUIBALY, “Design and Analysis of Arbitration Protocols ”, 1989 IEEE Transaction on Computer. VOL38. NO.2. 1989, pp161-171.

버스 중재 방법은 크게 네 부류로 나뉘어 진다.

데이지 체인 중재 방법(Daisy Chain Arbitration)은 버스 사용을 요구하는 모든 스테이션이 직렬 연결로 구성되어 있으며 가장 높은 우선 순위를 갖는 스테이션은 첫 번째 위치에 두고 우선순위의 내림 순으로 정렬되어 가장 낮은 우선순위는 체인의 마지막에 두게 된다. 따라서 버스 사용을 요청한 스테이션들 중에서 오직 물리적으로 중재기에 가장 가까운 스테이션만 버스 사용권을 획득하게 되어 버스 사용에 대한 우선순위가 하드웨어적으로 고정되어 버리게 된다. 데이지 체인 중재 방법은 간단하여 매우 경제적인 반면에 다음과 같은 단점을 갖고 있다. 첫째, 높은 우선순위의 스테이션이 버스의 사용을 계속 요청할 경우에 버스의 사용을 독점할 우려가 있으므로 공정성을 기대하기가 어렵다. 둘째, 데이지 체인은 특수한 형태로 직렬 연결된 스테이션들이므로 물리적인 선로가 간결하지 않고, 중간의 한 스테이션을 제거하면 데이지 체인은 끊어지게 된다. 셋째, 버스 중재에 관한 정보를 거의 제공하지 않기 때문에 버스 조작의 감시와 진단이 어렵다.

중앙 병렬 중재 방법(Centralized Parallel Arbitration)은 개별 요청(independent requesting)방식이라고도 하는데 각 스테이션들은 독립된 버스 요청선과 버스 허가선에 의하여 중앙의 중재기와 연결되어 있다. 그러므로 버스 중재를 위해서는 N개의 스테이션이 있다면 2*N개의 선이 필요하게 된다. 이 방법은 버스 사용 요청에 대하여 신속하고 효과적이며 공평한 중재가 가능하지만, 중앙 중재기와 스테이션들 사이의 연결이 복잡하므로 비용이 많이 들고 버스 사용 요구가 급증할 때는 병목(Bottleneck)현상이 발생하게 되며 중재에 관한 정보가 버스 상에 나타나지 않게 된다.

자기선택에 의한 분산 중재(Distributed Arbitration by Self-Selection) 또는 병렬 경쟁(Parallel Contention) 방법에서는 버스 사용을 원하는 스테이션들이 자신의 식별 어드레스를 버스 상에 내놓게 되며, 버스를 검사하여 가장 높은 우선순위를 갖는 스테이션을 결정하는 중재 방법으로서, 각 스테이션들이 독립적으로 가장 높은 우선 순위를 갖는 스테이션을 결정하게 된다. 이 방법은 중재 속도는 빠르지만 많은 선들을 필요로 하게 되며 더 높은 우선 순위를 갖는 스테이션에 의해 버스 사용권이 점유되어 버리는 단점이 있다.

충돌 검출에 의한 분산 중재(Distributed Arbitration by Collision Detection) 방법에서 각 스테이션은 독립적인 버스 사용을 요청하게 되며 동시에 다수의 스테이션이 버스의 사용 요청을 하게 되면 충돌이 일어나게 되고, 충돌이 일어난 스테이션들 중에서 선택하여 버스 사용권을 부여하는 방법을 이용한다.

종래의 중재 방법들은 경제성과 공평성을 동시에 기대하기가 어려우며 스테이션들의 확장에 제한이 따르게 되어 본 발명에서는 우선 순위가 가장 높은 스테이션을 신속하게 식별하므로서 빠른 중재가 이루어 질 수 있으며, 스테이션들의 우선 순위를 가변 함으로서 공평성을 거의 완벽하게 실현할 수 있고, 전송속도가 다른 스테이션들이라도 멀티드롭 형태로 무한대의 확장이 가능한 직렬 버스 중재 방법 및 그 장치를 구현하였다.

또한 본 발명에서의 버스 중재 방법은 공통 버스에 나타나게 되는 스테이션의 식별 어드레스에 의해 곧바로 인터럽트 중재에 이용할 수 있으며, 따라서 벡터화된 인터럽트(Vectored Interrupt) 중재가 가능하게 된다.

[본 발명의 요약(Summary of the Inventions)]

본 발명은 다수의 스테이션이 연결된 멀티포인트 네트워크에서, 다수의 마스터에 의해 다중접근(multiple access)의 상황이 발생하였을 경우 가장 우선 순위가 높은 스테이션을 신속 정확하게 식별할 수 있는 직렬 우선순위 중재 방법 및 그 장치에 관한 것으로 주요 목표는:

1) 단순한 단일 직렬선로(최소 1-wire)로 통신과 중재가 구분 없이 가능하게 하고,

2) 공통버스 사용을 요청한 스테이션중 우선순위가 가장 높은 스테이션을 중재의 실패없이 중재가 가능하게 하고,

3) 각 스테이션의 전송속도가 다르더라도 경합이 가능하게 하며,

4) 버스 구조(Hardware) 번경 없이 스테이션 수를 확장 가능하게 하고,

5) 별도의 클럭이 없이도 중재혼란이 발생하지 않도록 하며,

6) 우선순위를 동적 가변 함으로서 중재의 공정성(Fairness)을 보장 할 수 있도록 한다.

상기 목표를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 직렬 중재 방법은 N비트의 식별 어드레스를 갖는 다수의 스테이션들의 멀티포인트 네트워크에 있어서, 중재 개시 동기신호(이하 동기신호, Synchronous pulse)에 의해 공통버스 획득을 요구하는 모든 스테이션들에 대한 중재가 개시되면, 공통버스 획득 경합에 참여한 모든 스테이션들에 대한 식별 어드레스의 최상위 비트를 공통버스에 보내 논리 연산한 후, 이 공통버스 신호와 모든 스테이션들의 식별 어드레스의 최상위 비트를 각각 비교하여 결과에 따라서 경합을 철회하거나 또는 경합을 계속하여 N회 비교로 최대 2^N개의 스테이션 중 가장 우선순위가 높은 스테이션을 식별하는 것을 특징으로 한다.

상기 목표를 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면 상기 멀티포인트 네트워크를 통한 통신을 요구하는 모든 스테이션의 식별 어드레스 최상위 비트로부터 최하위 비트까지 순차적으로 공통 버스 상에 출력하기 위한 직렬화부(Serial Unit)와, 모든 스테이션의 직렬화부 출력들에 대하여 논리 연산이 되도록 구성하여 공통버스를 활성화하기 위한 버스 인터페이스부(Bus Interface Unit)와, 공통버스의 신호 비트와 직렬화부의 출력을 비교하여 직렬화부의 출력이 공통버스의 신호 비트와 동일하지 않으면 경합을 철회하도록 하는 비교 및 제어부(Comparison and Control Unit)를 포함하는 멀티포인트 네트워크 상의 다수의 스테이션들에 대한 통신 요구를 중재하는 방법이 제공된다.

또한 멀티포인트 네트워크에서 자기 결정식 분산 직렬 중재 방법과 중재의 공정성을 보장하기 위한 방법도 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 직렬화부는 모든 스테이션의 식별 어드레스에 대하여 병렬입력-직렬출력(PISO)의 쉬프트 레지스터에 의해 모든 스테이션들의 식별 어드레스를 동시에 비트 직렬 형태로 최상위 비트로부터 최하위 비트까지 순차적으로 출력하는 것을 특징으로 하는 멀티포인트 네트워크 상의 다수의 스테이션들을 중재하는 방법이 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 버스 인터페이스 부는 공통버스 신호 비트들의 충돌이 일어나지 않도록 상기 직렬화부의 출력들이 논리합이 되어 공통버스 신호가 됨으로서 종래의 방법에서 발생하는 공통버스 신호의 전기적 충돌이 없도록 하여 한 번의 중재 시도로 우선 순위가 가장 높은 스테이션을 식별할 수 있는 고속 중재가 가능하게 되며, 또한 직렬 버스 상에서도 벡터 인터럽트 중재가 가능하게 한 것을 특징으로 하는 멀티포인트 네트워크 상의 다수의 스테이션들을 중재하는 방법이 제공된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 직렬화부와 상기 버스인터페이스부의 중간에 변조부(modulation unit)를 포함하여 듀티 사이클 변조(duty cycle modulation)방식, 트라이 레벨 변조(tri-level modulation) 및 맨체스터 인코딩(manchester encoding)방식에서 광범위한 전송 속도에 원활한 통신을 보장하기 위해 동기 방식의 채택을 특징으로 하는 멀티포인트 네트워크 상의 다수의 스테이션을 중재하는 방법도 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 공통버스 상에 최우선 순위를 갖는 스테이션의 식별어드레스가 나타나게 되므로 네트워크 상의 모든 스테이션이 버스 사용권을 갖는 스테이션을 알 수 있게 되어 중재에 관한 정보의 확인이 가능하며, 인터럽트 중재 시스템을 구성할 경우 인터럽트 벡터 타입에 대응한 어드레스 값이 얻어지므로 인터럽트 중재 모듈에 의해 직렬 버스 상에서도 벡터 인터럽트 중재기의 구성이 가능하며 버스중재기와 동일한 구조로 인터럽트 우선 순위 제어기의 구성이 가능함을 특징으로 하는 멀티포인트 네트워크 상의 다수 스테이션들을 중재하는 방법이 제공된다.

또한, 본 발명 실시예에 따르면, 경합과정에서 탈락이나 승인 횟수를 카운트하여 전송 속도를 상승/하강시키거나, 우선 순위 레벨 비트(Priority Level bit)를 추가함으로써 우선 순위를 상승시키거나, 기 승인된 스테이션들의 우선 순위를 하강하여 다음 중재과정에서 해당 스테이션의 우선 순위를 동적으로 가변 함으로써 공평성(Fairness)을 보장하는 동적 우선 순위를 갖는 중재방법이 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기의 비교 및 제어부는 경합을 철회하도록 하기 위하여 직렬화부로 부터 공통 버스에 대한 출력을 금지시키며, 경합 과정 완료 후 공통 버스 사용권 획득 신호를 발생함을 특징으로 하는 멀티포인트 네트워크 상의 다수의 스테이션을 중재하는 방법이 제공된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 중재 개시의 동기문제를 해결하기 위해 중재선로이외 별도의 전용 제어 선로를 추가하는 방법, 전용 제어 선로 없이 하나의 중재버스에 특별한 패턴의 형태로 포함시키는 방법이 제공된다. 전자의 방법은 고속으로 중재응답을 얻고자 할 경우와 상호 간섭을 고려한 완전한 중재에 적합하고, 공통 버스 선로 이외에 중재 정보를 전송하기 위한 다수의 병렬선로나 별도의 제어 선로가 필요하게된다. 후자의 방법은 최소 직렬 2선 식으로 중재가 가능하여 확장성 면에서는 유리하나 동기신호 분리 추출과정에 다수의 시간이 필요하게 되는 것을 특징으로 하는 멀티포인트 네트워크 상의 다수 스테이션들을 중재하는 방법이 제공된다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 동기신호 공용 방법은 전송 속도가 서로 다른 스테이션들이 상호 접속되어 있을 때 중재 개시 신호로서 가장 속도가 낮은 스테이션의(통신속도의 하한) 데이터 율(data rate)의 타임 슬롯보다 길게 버스를 활성화시키면 정상적인 통신신호로 볼 수 없으므로, 이것을 동기신호로 이용하여 특별한 2진 신호 패턴을 사용하지 않고도 모든 스테이션을 중재개시에 동기 시킬 수가 있으며, 이러한 특징을 이용하여 별도의 버스를 추가하지 않고 중재가 필요한 스테이션은 필요할 때마다 중재 개시 신호를 공통 버스에 방출함으로써 실시간 인터럽트 요구를 할 수 있으며 1개의 직렬 회선 만 으로도 인터럽트 중개 요구 벡터 값의 추출이 가능함을 특징으로 하는 멀티포인트 네트워크 상의 다수의 스테이션들을 중재하는 방법이 제공된다.

멀티포인트 직렬버스 (Multi-point serial bus)에서 중재 뿐 만 아니라 데이터 전송 시에도 이상의 방법을 적용하면 다중 액세스(multiple access)상황에서 정상적으로 신호 전달이 어렵다고 판단되는 스테이션이 양보하게 함으로서 최소한 버스 충돌로 인한 통신 장애를 막을 수 있고, 중간에 개입되었다고 할지라도 최소한 하나의 통신은 보장할 수 있다.

[실시예의 상세 설명(Description of the Preferred Embodiment)]

[상세설명(Detailed Description)]

[1) 본 발명의 개요(Overview of the Present Invention)]

제1(a)도-제1(b)도는 본 발명에 적용한 직렬 버스 구조를 갖는 버스 중재 시스템의 block diagram으로서, N-비트의 식별 어드레스를 갖는 m(최대 2^N)개의 스테이션으로부터 공통버스 중재 요청이 있을 때 단일 직렬버스에서 가장 우선순위가 높은 스테이션을 식별하기 위한 멀티포인트 네트워크의 예이다.

공통버스를 통하여 각 스테이션들은 멀티포인트로 연결되어 있으며 공통버스는 각 스테이션을 연결하기 위한 통신 채널로서 전기적인 선로, 전파공간, 또는 광섬유(optical fiber)등으로 다양하나 논리동작은 동일하므로 전기적인 버스로 한정하여 설명한다.

각 스테이션들은 공통버스 사용권 요구를 할 수 있으며 네트워크 내의 스테이션들 중에서 가장 높은 우선순위를 갖으면 우선 순위 중재 방법에 의하여 버스 마스터가 되어 공통버스 사용권을 확보할 수 있다.

[2) 본 발명을 적용하기 위한 버스의 구조]

버스(통신 채널)는 2개이상의 장치(스테이션)를 연결하는 통신 경로이고, 전기적 선로 외에 전파 공간, optical fiber등 매우 다양하다. 하나의 버스에 여러 대의 시스템이 연결된 멀티포인트 디지털 네트워크에서 어느 한 장치에 의해 송신된 신호는 버스에 접속된 여러 장치에서 수신될 수 있으나, 복수의 장치가 동시에 버스를 사용하고자 할 때 신호들의 충돌로 왜곡(distort)되기 때문에 한 번에 한 대의 장치만이 송신할 수 있다.

여러 신호가 혼합되면 논리 연산이 안된 기존의 디지털 통신 네트워크는 전기적 충돌에 따른 신호가 왜곡되어, 그 값이 논리 값에 의해 결정되는 것이 아니라 전송 정보와는 상관없는 버스 드라이버의 전기적 특성에 따라 결정되게 된다. 반면 논리 연산이 가능한 버스 구조에서는 안정된 논리 '0' 또는 '1'이라는 하나의 값은 보장된다.

모든 시스템들이 공통 버스에 동시에 출력하였을 경우에 전기적 문제가 발생하지 않도록 논리 연산이 가능한 구조이어야 한다. 이 논리 연산(AND, OR)이 가능하면 되나(제11(a)도, 제11(b)도 참조), 실제적으로 많은 시스템이 원거리에 존재한 경우도 있으므로 전기적 선로인 경우 논리 연산을 wired Logic(wired-OR, Wired-AND)형태를 이용하는 것이 효과적이고, 전자파 에너지로 전송하는 자유 공간이나, Optical Fiber등에도 가능하다.

이러한 논리 연산 결과 얻기 위해서는 전기적 수단으로 버스 인터페이스 결합 장치로는 Open collector, Open drain형의 버스 드라이버 또는 TR, FET, LED, Laser, Diode 등기타 Electro Magnetic Wave Radiator가 있다.

공통 버스에 여러 정보가 직렬로 혼합되면 정보의 2진 값과 관련 있는 신호가 버스에 순차적으로 나타나게 되어 각 정보의 특별한 값을 찾을 수 있다.

그러나 이러한 논리 연산이 가능한 성질은 갖는다고 할지라도 동시에 병렬로 제한 없이 연속적으로 입력하여 연산하면 OR일 경우 논리 '1'이 우선, AND일 경우 논리 '0'이 우선 이여서 상호 연관 관계없이 되므로 의미 없는 연산이 된다. 공통 버스 정보로부터 각 스테이션이 갖는 출력 정보의 특정한 관계를 찾아 낼 수 없다. 순차적인 직렬 디지탈 정보는 출력되는 시간과 2진의 자릿값과 관련이 있다. 이런 성질을 이용하여 송신 장치의 출력을 일정한 규칙에 따라 스스로 제어하게 하면 특정한 값을 찾을 수 있다.

다중 액세스(multiple access) 상황에서 각 시스템은 자신의 신호가 아니다고 판단되면 스스로 송신을 제한하는(양보하는) 방법을 사용하면 최소한 버스 신호의 왜곡은 막을 수 있다. 본 발명에서는 이러한 논리 연산이 가능한 버스 구조를 사용한다.

[3) 직렬중재(Serial Arbitration)]

본 발명은 직렬버스 구조의 멀티포인트 네트워크에서 우선순위에 의한 자기 결정식 분산 중재 방법(distributed arbitration by self-decision) 과 장치에 관한 것이다. 버스사용권 경합에 참여하는 각 스테이션들이 버스 중재 회로를 갖고 있는 경우에 공통버스(1)는 분산중재 방법에 의해 가장 우선순위가 높은 스테이션에 사용권이 할당된다. 본 발명에 의한 버스 중재는 단일(single) 버스 중재선(즉, 공통버스) 만을 이용하여 구현될 수 있다. 또한 공통 버스로부터 어떤 스테이션이 버스사용권을 확보하는지에 대한 정보를 얻을 수 있다.

제3도는 본 발명에 의한 직렬 중재 장치의 일 실시예의 기본 블록다이어그램이다.

본 발명에 의한 멀티포인트 네트워크의 직렬 중재 장치는 공통 버스 상에 멀티포인트로 연결되며 쉬프트레지스터(324)에 저장된 식별 어드레스는 전송클럭(323)에 의해 직렬로 비트 스트림(Bit Stream, 325)을 발생시키는 직렬화부(Serial Unit)(320), 자신의 출력신호(345)와 버스 신호를(346) 비교하여 신호의 불일치를 검출하고 제어하는 비교 및 제어부(340)(Comparison and Control Unit) 그리고 비트 스트림(381)을 입력하여 결선 논리합(wired OR)을 얻을 수 있는 버스 드라이버(382)를 통해 공통버스(300-1)로 출력하여 논리연산이 되게 하는 버스 인터페이스부(380) (Bus Interface)를 구비한다.

직렬화부(320)는 입력된 식별코드를 비트 스트림으로 변환하는 쉬프트 레지스터(324), 쉬프트 횟수를 계수 하는 카운터(327)와 클럭(302)을 제어하는 AND GATE(322)로 구성된다.

비교 및 제어부(341)는 자신의 출력신호(345)와 버스신호(346) 간의 불일치를 검출하여 경합 철회 신호(363)를 출력하는 비교기(360), 중재 개시 신호(303)를 입력하여 중재과정을 제어하는 중재 제어 레지스터(ACR, 346)와 입력된 비트 스트림을 제어하는 AND GATE(344)로 구성된다. 이 중재 개시 신호(303)는 버스 충돌시 미소한 시간이라도 버스상태가 불안정함을 방지하기 위해 경합 개시는 버스가 비활성시에 시도하는 것이 유리하다.

버스 인터페이스부(380)는 Open Collector형 트라이 스테이트 버스 드라이버(382)로 구성되고, 이 출력은 제어 입력에 논리 '1'이 인가될 때만이 공통버스(1)를 활성화시킨다.

본 발명에 의한 중재기를 프로우차트(flow chart), 경합 테이블(contention table)과와 타이밍도(Timing chart)를 병용하여 그 동작 및 중재방법을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

제3도를 참조하면 버스 중재기(300)는 공통버스(300-1)에 직렬화부(320), 비교 및 제어부(340) 그리고 버스인터페이스(380)의 세 논리회로부로 구성되어 있다.

직렬화부(Serial Unit, 320)는 공통버스(300-1) 사용권을 요청한 각 스테이션은 쉬프트 레지스터(324)에 저장된 정보를 비교 및 제어부(340)로 한 비트씩 순차적으로 출력하게 되며, 비교 및 제어부(340)의 중재 제어레지스터(ACR)(346)가 리셋트되면 출력(345)을 AND 게이트(322)로 제한하게 된다(Disable, Inhibit). 계수기(327)는 초기 값에서 시작하여 AND 게이트(322)를 경유한 클럭 펄스(323)가 들어올 때마다 쉬프트레지스터(324)로부터 출력되는 식별어드레스의 비트 수를 카운트하게 된다. 식별어드레스의 모든 비트에 대한 직렬출력이 이루어졌음을 알리는 값으로 계수기(327)의 출력이 나타나면 해당 스테이션이 버스사용권을 갖게 되었음을 나타내는 중재완료신호(304)를 출력한다.

비교 및 제어부(Comparison and Control Unit)(344)는 제어부(350)와 비교부(360)로 구성된다. 제어부(350)는 중재개시신호(303)에 의해 중재제어레지스터(346)가 세트됨으로서 직렬화부를 비교 및 제어부의 AND 게이트(344)로부터 버스인터페이스부(380)를 거쳐 공통버스(300-1)로 식별 어드레스의 비트스트림(325)이 순차적으로 출력 가능하게 하며, 비교부(360)로부터의 AND 게이트(344)출력의 비트스트림(345)과 버퍼를 경유한 버스신호와 비교하여 일치하지 않으면 중재제어레지스터(346)가 리셋 됨으로서 공통버스로의 직렬출력을 금지시키며 계수기(327)를 리셋한다. 비교부(360)는 공통버스로 출력되는 버스 드라이버 활성화 신호(345)와 공통버스의 신호(362)가 서로 다르면 제어부(350)의 중재제어레지스터(346)를 리셋트하기 위한 신호(363)를 출력한다. 경우에 따라 중재제어레지스터(346)의 리셋 신호는 버스에 연결된 모든 스테이션을 AND 게이트(351)로 동기시키면 전기적 신호의 시차에의 우선순위가 바꾸어지는 문제를 해결할 수 있다.

버스 인터페이스부(Bus Interface Unit)(380)는 직렬화부(320)의 출력(325)을 비교 및 제어부(341)로 입력한 후 제어된 출력(345)을 공통버스에 싣기 위한 버스 드라이버(382)로 구성된다. 버스 드라이버(382)는 제어된 식별어드레스의 신호(345)를 제어입력(381)으로 입력하여 공통버스(300-1)를 활성화(active)시키기 위한 open-collector형의 3-상태버퍼(tri-state buffer)(382)를 수단으로, 모든 스테이션의 식별어드레스 각 비트에 대한 논리합(OR)의 결과를 공통버스(300-1)로 출력되도록 한다.

상기 과정에서 식별어드레스의 큰 값을 높은 우선순위로 선택하기 위해서는 OR 연산을 이용했고, 한편 식별어드레스의 작은 값을 높은 우선순위로 선택하기 위해서는 AND연산을 이용하게 된다.

제4도는 본 발명에 의한 우선순위 직렬중재방법을 설명하기 위한 순서도(flow chart)이다. 본 발명에 의한 중재기(300)에 의하여, 제5도는 4비트의 식별어드레스를 갖는 8개의 스테이션이 경합에 참여하였을 때 가장 높은 우선순위를 갖는 스테이션을 선택하는 경합표(contention table)이고, 제6도는 8비트 식별어드레스(20)를 갖는 256개의 모든 스테이션이 경합에 참여하였을 경우 경합 사이클에 따른 경합과정을 보인 것이고, 제7도는 8비트의 식별어드레스를 갖는 스테이션들 중에서 가장 높은 우선순위를 갖는 스테이션을 선택하는 경우의 경합 과정을 보인 타이밍도(timing diagram)이다.

제3도, 제4도, 제5도 그리고 제7도를 참조하여 본 발명에 의한 중재기의 동작을 기술한다. 멀티포인트 네트워크 상에 접속된 각 스테이션들의 모든 버스 중재기는 동일한 구조를 갖고 동일한 원리로 동작한다.

단계 410(경합대상 설정 단계)에서, 버스사용 중재개시신호(303)에 의해 중재제어레지스터(346)가 세트되어 버스사용권의 경합이 시작된다. 중재제어레지스터(346)의 출력(347)과 연결된 AND Gate(322, 344)의 동작이 가능하게 되고, 계수기(327)의 리셋(326)를 해제하여 계수기의 동작이 가능하게 됨으로 외부에서 클럭(302)신호가 인가될 때마다 직렬화부(320)의 쉬프트레지스터(324)로부터 1비트씩 순차적인 출력이 이루어진다.

단계 420(논리연산단계)에서, 가장 큰 식별어드레스(20)를 갖는 스테이션에 가장 높은 우선순위를 부여하기 위한 중재방법을 사용할 경우, 버스드라이버(382)는 공통버스(300-1)와 Wired OR연산이 되게 한다. 따라서 공통버스(300-1)에는 모든 스테이션으로부터 출력되는 식별어드레스 신호의 논리합이 나타나게 된다. 가장 작은 식별어드레스(20)를 갖는 스테이션에 가장 높은 우선순위를 부여하기 위한 중재방법을 채택할 경우에는 버스드라이버(382)의 논리'0'에서 활성화되게 하고 입력(389)을 접지(Ground)함으로서 결선 논리곱(wired AND)의 형태로 연결된다.

단계 430(비교판정단계)에서, 직렬화부(320)로부터 AND 게이트(345)를 통하여 공통버스(300-1)로 출력되는 식별어드레스의 비트스트림(bit stream, 345, 381)과 공통버스(300-1) 상에 나타나는 신호를 비교한다. 이 과정에서 두 신호가 서로 일치하지 않을 경우는 테이블 1과 같이 두 가지 경우(S03, S04)가 있다. 하나는 공통버스로 드라이버 Available 신호(381)가 논리치 “0”이고 공통버스(300-1)에 나타나는 신호가 논리치 “1”인 경우(S03)로서, 이때에는 스테이션으로부터 출력되는 식별어드레스의 값이 다른 스테이션으로부터 출력되는 식별어드레스의 값보다 작은 경우로서, 해당스테이션(513, 515, 517)은 당연히 공통버스 사용권 획득을 위한 경합에서 철회되어야 하므로 단계 470에 의해 중재제어레지스터(346)를 리셋한다. 중재제어레지스터(346)가 리셋되면 AND게이트(322, 344)가 동작불능 상태에 들어가므로 다음번 클럭신호(302)가 인가되어도 직렬출력이 금지되게 되어 해당 스테이션은 이후 경합사이클에서 제외되며, 해당 스테이션의 계수기(327)는 초기화된다. 또 다른 경우(S04)는 공통버스로 출력되는 공통버스 드라이버의 Available 신호(381)가 논리치 “1” 이고 공통버스에 나타나는 신호가 논리치 “0”인 경우로서, 이 경우(S04)에는 공통버스 선로에 이상이 발생한 경우이다. 본 발명에서는 공통버스의 선로에 이상이 발생한 경우는 이후 경합사이클에서 제외되도록 하였고 필요하다면 별도의 처리를 취할 수 있다. 버스드라이버 제어 신호(381)와 공통버스(300-1)의 신호에 따른 중재동작을 다음 단계 설명후 별도로 상세하게 검토하고, 경합에서 철회되지 않은 스테이션은 다음 단계(440)를 밟는다.

단계 440(종료확인단계)에서, 모든 경합 과정을 완료하였는가를 판단하여, 완료되지 않았으면 다음 경합에 참여하기 위하여 단계 450에서 계수기(327)는 1를 증가시키고, 쉬프트 레지스터(shift register)는 Shift하여 다음 비트를 출력한 후, 단계 420의 과정을 반복하여 수행하게 된다. 만약 경합 과정 중간에서 탈락하지 않고 마지막까지 모든 비트에 대한 경합과정이 완료되었다면 경합완료신호(304)를 출력하며, 스테이션 S6(516)이 공통버스의 사용권을 획득하게 된다. 공통버스(300-1)에는 경합과정에서 나타난 중재정보가 순차적으로 나타남으로 다음에 실시한 인터럽트 중재시스템에서 이러한 특징을 이용한다.

TABLE 1은 중재동작을 보인 진리치표(Truth table)로 각 스테이션의 출력제어신호(381)와 공통버스(300-1)의 신호에 따라 발생할 수 있는 모든 경우에 대하여 검토하여 보면 다음과 같다. 본 발명의 중재기(300)들은 하나의 직렬공통버스(300-1)상에 멀티포인트로 버스의 입출력단이 연결되어 있고, 동작은 병렬로 이루어진다. 따라서 모든 중재기의 동작은 독립적이지 못하고 상호간에 연관성을 갖고 있다. 진리치표를 만들어 보면 다음 Table 1과 같다. 상기 연관성에 의하여 각 스테이션의 다음동작을 결정하기 위해 공통버스(300-1)에 나타난 모든 스테이션의 상관된 정보와 중재 제어 레지스터(346) 직렬 bit stream(345)값에 따른 각 스테이션의 경합 제어 레지스터(346)의 상태를 비트 단위로 분리하고 각 상태에 따른 경합 제어 레지스터(346)의 출력을 Table 1의 진리치표를 통해 검토하여 보면 다음과 같다. 표 1에서 사용되는 기호들을 설명하면, ACR(t)는 현재의 경합 제어 레지스터(346)의 출력 논리값(347)이고, B는 버스드라이버 제어입력(382) 논리값(381), BUS는 공통버스(300-1)의 논리값, ACR(t+1)는 경합 제어 레지스터(346) 다음 상태의 논리값이다.

[표 1]

각 스테이션에 있는 중재기의 동작을 진리표를 통해 보면 Table 1과 같이 상태 S01은 경합 제어 레지스터(346)의 초기값 ACR(t)=0 이므로 중재요청이 없는 경우로 경합대상이 아니고, 상태 S02, S03, S04, S05는 초기값이 ACR(t)=1이므로 중재요청이 있는 경우로 그 동작은 다음과 같다.

상태 S02는 자신의 버스드라이버 입력(381) B=0으로 비활성화 상태일 때 BUS=0으로 공통버스(300-1)가 활성화되지 않는 상태이므로 비교기(360)에서 불일치신호가 검출 되지 않아 다음 중재과정을 진행한다.

상태 S03은 자신의 버스드라이버 입력(381) B=0이고, BUS=1이므로 자신이 공통버스(300-1)를 활성화하지 않았을 때 버스가 활성화된 경우이므로 자신 보다 우선순위가 높은 스테이션이 공통버스(300-1)를 활성화한 경우로서 자신이 우선순위가 낮은 경우이므로 경합 제어 레지스터(346)를 리셋시켜, 이후 경합과정에서 제외된다.

상태 S04는 자신의 출력(381)이 논리 '1'일 때 버스신호(300-1)가 논리 '0'이므로 정상적인 버스드라이버 인터페이스 상황에서는 일어날 수 없는 경우이다. 버스 드라이버(382) 나 공통버스(300-1)가 문제가 있어 전기적 신호 전달을 정상적으로 상태이므로 중재 제어 레지스터(346)를 리셋하여 더 이상 경합에 참여하지 못하게 하고, 필요하다면 별도의 조치를 취하면 된다.

상태 S05는 자신의 출력(381)이 논리 '1'이고 버스신호(300-1)도 논리 '1'이므로 자신의 출력과 일치함으로 일단 자신은 물론 다른 스테이션이 논리 '1'을 버스 상에 출력하였을 경우로 자신은 경합에 계속 참여한다. (이때 만약 0을 출력한 타 스테이션(S01, S02의 조건에 있는)은 어떤 스테이션을 막론하고 우선순위가 낮은 상태이므로 경합 제어 레지스터(346)를 리셋하여 더 이상 경합에 참여하지 못하게 한다.)

제5도에서 보는바와 같이 첫 번째 비교과정에서는 3개의 스테이션이 경합을 철회하며(513, 515, 517) 공통버스(300-1)에는 논리치 “1”이 나타난다(519). 두 번째 비교과정에서는 2개의 스테이션이 경합을 철회하고(512, 514) 공통버스(300-1)에는 논리치 “1”이 나타난다. 세 번째 비교과정에서는 경합을 철회하는 스테이션이 하나도 없으며(520) 공통버스(300-1)에는 논리치 “0”이 나타난다. 마지막 비교과정에서 2개의 스테이션이 경합을 철회하고(511, 518) 공통버스(300-1)에는 논리치 “1”이 나타나며, 스테이션 S6이 마지막 비트까지 경합에 참여하였으므로 공통버스의 사용권을 획득하게 된다(516). 또한 공통버스(300-1)에 나타나는 순차적인 정보는 519와 같이 “1101”로 스테이션 S6(516)의 식별어드레스의 출력 값과 동일하여 스테이션 S6이 가장 우선순위가 높음을 알 수 있다.

이상의 동작을 타이밍 차트로 설명하면, 제7도는 8비트 식별어드레스를 갖는 스테이션들의 경합 동작에 대한 타이밍도(timing diagram)이고, 식별어드레스(701, 711, 721, 731)를 갖는 스테이션들의 식별 코드에 비트스트림의 파형이고, 파형 702, 712, 722, 732는 각 스테이션의 중재제어레지스터(346)의 논리 값으로서 “1”일 때 공통버스로의 출력이 가능함을 나타낸다. 파형 703, 713, 723, 733은 최우선순위를 갖는 스테이션에 대한 버스사용권의 승인상태(304)를 나타내는 파형이다. 파형 704, 714, 724, 734는 경합에 참여한 스테이션으로부터 공통버스로 출력되는 식별어드레스의 비트 스트림으로서 파형 704는 최우선순위 식별과정에서 공통버스(300-1)에 나타나는 파형 700과 동일함을 알 수 있다.

제6(a)도, 제6(b)도는 본 발명에 의한 멀티포인트 네트워크의 우선 순위 식별 방법에 있어서, 각 스테이션의 어드레스가 8비트이고 경합 스테이션의 수가 256개인 네트워크에서 모든 스테이션이 경합에 참여했을 경우, 최고 우선 순위 식별을 위한 경합 상태표이다.

8비트 어드레스를 갖는 256개의 모든 스테이션이 경합에 참여한다고 가정했을 때 첫 번째 경합 사이클에서는 최대 256개의 스테이션 중 최상위 비트가 '0'인 128개는 경합을 철회하고 최상위 비트가 '1'인 나머지 128개는 계속 경합에 참여 할 수 있다.

두 번째 경합 사이클에서, 경합에 참여하는 128개의 스테이션 중 다음 하위 비트가 '0'인 최대 64개는 경합에서 철회하고 '1'인 나머지 64개는 계속 경합에 참여 할 수 있다. 이와 같은 방법으로 최하위 비트까지 반복하면(8 번의 사이클 후) 식별어드레스의 최고 값을 갖는 스테이션(610)이 최고 우선 순위를 갖음을 알 수 있다.

제6(b)도는 논리 '0'이 우선인 경우를 설명한 것으로 제6(a)도의 상기 설명과 유사한 방법에 의하여 식별어드레스의 최저 값을 갖는 스테이션(650)이 최고 우선 순위를 갖음을 알 수 있다.

제6(a)도 및 제6(b)도의 경합 상태 표에서 알 수 있는 바와 같이, 식별 어드레스의 우선 순위별로 매 비교 사이클마다 경합 스테이션의 수를 1/2씩 줄여 나갈 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 하나의 버스 상에 있는 통신 시스템은 각기 고유한 N비트의 식별 어드레스를 가지므로 최대 2^N개의 스테이션 중 최우선순위를 갖는 스테이션을 찾는데 논리연산단계(420), 비교판정단계(430) 및 종료 확인 단계(440)를 N번 반복하여 최우선순위를 갖는 하나의 스테이션을 찾을 수 있다.

본 발명에 의한 중재기는 모든 경합 상황에서 공통버스의 신호와 비교하여 자신이 판단하여 자신이 결정하는 중재 방식으로 모든 스테이션에 중재기가 필요하므로 중재 메커니즘이 한 곳에 있지 않고 분산되어 있다. 이러한 이유로 본 발명에서는 이러한 중재방식을 비트 비교에 의한 자기 결정식 분산 중재 방식(distributed arbitration by self-decision)이라 부른다.

[4) 변조 방법에 따른 실시 예]

제7도는 본 발명에 의한 멀티포인트 네트워크의 우선 순위 중재 방법에 의한 일 실시 예로서, 식별 어드레스의 비트 스트림을 변조하지 않은 경우 8비트 식별 어드레스를 갖는 스테이션들이 동일 전송속도에서 경합에 참여하였을 때 스테이션(A~D)들 중 최우선순위를 식별하기 위한 과정을 보여주는 타이밍도(Timing Diagram)이다.

제7도에 도시된 파형을 설명하면 다음과 같다.

파형 701, 711, 721, 731은 경합 하고자 하는 스테이션들(A~D)의 식별 어드레스의 비트스트림을 나타낸다.

파형 702, 712, 722, 732는 중재 제어 레지스터(ACR)의 파형으로서 논리 “1”일 때 출력가능 상태를 나타낸다. 파형 703, 713, 723, 733은 최우선순위 식별 후 버스사용권의 승인 상태를 나타내는 파형이다.

파형 704, 714, 724, 734는 경합에 참여한 스테이션으로부터 공통버스로 출력되는 어드레스의 비트 스트림을 나타낸다.

파형 700은 최우선순위 식별과정에서 공통 버스(1)에 나타나는 비트 스트림을 표시한다.

파형 750은 각 스테이션의 로컬 클럭이다.

제7도는 4개의 스테이션이 경합에 참여한 경우로 각 스테이션의 식별 어드레스의 2진 값이 각각 TABLE 2와 같을 경우의 각 스테이션의 경합 타이밍도이다.

[표 2]

각 스테이션은 경합 개시 시점(10)부터 우선순위가 식별경합에 들어가게 된다. 구간 51에서 식별어드레스의 최상위 비트에서부터 경합하는데 이때 스테이션 A, B, C는 최상위 비트 값은 '1'이고 스테이션 D는 '0'이므로 스테이션 A, B, C는 공통 버스 경합을 계속 진행하고, 스테이션 D는 우선 순위가 낮으므로 경합을 철회한다. 다음 구간 52에서는 모든 스테이션 A(700), B(710), C(720)의 식별어드레스를 1비트 좌측으로 시프트되므로 비교 대상은 2번째 비트가 된다. 두 번째 비트는 스테이션 A, B, C가 각각 '1', '1', '0'을 가지므로 스테이션 A, B는 경합을 계속하고, 스테이션 C는 경합을 철회한다.

구간 53에서는 경합에 남아 있는 스테이션 A, 스테이션 B에 세 번째 비트는 다같이 '1'이므로 이상에서 설명한 바와 같이 철회자가 없고, 구간 54에서는 이전구간 53과 마찬가지로 모두 '1'이므로 철회자가 없고, 다음 구간 55에서는 스테이션 A는 '1', 스테이션 B는 '0'이므로 B가 경합을 철회하고, 다음 구간 56 이후에도 최종 구간 58까지 반복하여 경합의 진행/양보 여부를 결정한 후 식별어드레스의 8비트에 대한 비교가 종료되면 경합에 참여한 스테이션들 중 마지막 비트까지 경합을 철회하지 않은 스테이션에 공통 버스 사용권이 확보된다. 제7도에서 보는 바와 같이 중재 기간동안에 나타나는 공통 버스의 신호(700)는 스테이션 A의 비트 스트림과 일치한다. 따라서 스테이션 A가 버스사용권을 확보하게 됨을 알 수 있다.

제8(a)도는 각 스테이션의 전송 속도가 서로 다를 경우의 본 발명의 경합 타이밍도로서, 경합 개시 시점(11)으로부터 경합을 개시하여 응답시간이 늦은 스테이션이 상대적으로 우선순위가 낮아 먼저 탈락하고, 동시에 2개이상의 스테이션이 응답하면 식별 어드레스의 2진 값에 의한 경합(제7도와 동일)이 이루어지게 된다.

제8(a)도는 동일 버스에서 경합에 참여하는 스테이션들의 전송 속도가 서로 다를 경우의 동작 타이밍도로서, 제8(b)도와 같이 듀티 사이클 변조(DCM)한 8비트의 식별어드레스를 갖는 3개의 스테이션이 경합에 참여한 예이다.

파형 870, 870C와 같이 듀티 값이 33%인 신호를 논리 '0'으로 정의하고, 파형 873, 873C과 같이 듀티 값(Duty Factor)이 66%인 신호는 논리 '1'로 정의한 듀티사이클 변조(DCM, PWM) 방식을 이용함으로써 전송신호로부터 클럭 신호를 추출할 수 있으므로 로컬 클럭이 없어도 공통버스로부터 식별어드레스의 정확한 추출이 가능하다.

제8(a)도에 DCM 펄스변조에 의한 중재과정을 설명하면 다음과 같다.

파형 811, 821, 831은 경합에 참여하는 스테이션들 A'(810), B'(820), C'(830)의 식별 어드레스 비트 스트림을 나타내며 파형의 점선부분은 경합에서 탈락한 이후 과정이나 경합에 계속 참여했을 경우 버스에 출력할 신호로서, 실제 공통버스에 출력되지 못하는 가상 파형을 나타낸다.

파형 812, 822, 832는 중재 제어 레지스터(404)의 파형으로서 논리 “1”일 때 출력 가능 상태를 나타낸다.

파형 805는 공통 버스(1)에 나타나는 듀티 사이클 변조된 비트 스트림을 표시한다.

제8(a)도의 파형에 의하면 서로 다른 전송속도를 갖는 스테이션 A'(810), B'(820), C'(830)는 중재 개시 신호(11)에 의해 공통버스 확보 경합에 들어간다. 이때 각 스테이션들은 최상위 비트를 출력하기 전에 각 스테이션의 일정시간 대기 후 경합 과정에 돌입한다. 대기시간(Pause time)은 파형 815, 825, 835 와 같이 각 스테이션의 전송속도에 따라 그 폭이 서로 다르므로 대기시간(815, 825, 835)이 긴 스테이션(830)이 가장 먼저 탈락한다.

이상의 과정을 요약하면, 전송 속도에 있어서 스테이션 A'(810)와 B'(820)는 같고 스테이션 C'(830)는 이에 비하여 늦으므로 구간 851에서 스테이션 C'(830)의 최상위 비트 신호가 나타나기 전에 스테이션 A'(810), B'(820)의 신호가 공통 버스(1)에 나타나므로 스테이션 C'(830)는 경합을 철회한다. 즉 이 경우에 스테이션 C'는 식별 어드레스의 최상위 비트도 공통 버스(1)에 보내지 못하고 경합을 포기해야 한다.

스테이션 A'(810)와 스테이션 B'(820)는 동일 전송 속도를 갖는 경우이므로 구간 852에서는 동일한 값을 출력하므로 853에서도 계속 경합이 이루어지는데 스테이션 B'(820)는 '0'이고 스테이션 A'(810)는 '1'이므로 스테이션 A'(810)가 높은 우선 순위가 되고, 스테이션 B'(820)는 경합을 철회한다.

다음 경합 구간 853 이후에도 스테이션 A'(810)만이 남아 있으나 위의 과정을 반복하여 최하위 비트까지의 경합 과정을 거친 후(99)에 스테이션 A'(810)만이 공통버스 사용권을 획득한다.

따라서 공통버스에 나타나는 파형(805)은 스테이션 A'(810)의 변조된 비트 스트림(811)과 동일함을 알 수 있다. 즉 다른 스테이션들은 이상의 경합과정에서 모든 송신 불능 상태가 되고 스테이션 A'(810)가 최우선 순위를 갖음을 알 수 있다.

이상의 경합 과정에서 알 수 있듯이 전송속도가 낮은 스테이션은 식별 어드레스가 어떠한 값을 갖더라도(코드에 의한 우선순위가 높더라도) 낮은 전송속도로 인해 공통버스를 활성화시키지 못하므로, 상대적으로 먼저 버스를 활성화시킨 스테이션에 의해 공통버스의 활성화 기회를 갖지 못하고 곧바로 경합에서 탈락함을 알 수 있다.

즉 어떤 스테이션의 활성화 상태 값이 공통버스의 활성화 상태 값보다 더 늦게 나타나면 공통 버스 상에 접속된 타 스테이션이 이미 버스를 점유한 상태이므로 공통버스를 먼저 활성화시킨 타 스테이션이 우선이 된다. 그러나 통신 중에 있다 하더라도 공통버스가 비활성화인 상태에서는 어떤 스테이션의 출력 값이 버스를 활성화시키는 값이라면 언제라도 공통버스의 사용권을 확보할 수가 있는데 이때에 공통버스를 사용 중에 있는 스테이션은 공통버스의 사용권을 잃게 된다. 이러한 경우에는 경합 승인 레지스터의 값이 변하므로 통신상에 오류가 발생했음을 알 수 있다.

제8(a)도의 구간 853에 보인바와 같이 공통버스의 활성화 지속시간이 더 긴 스테이션 A'(810)가 공통버스의 사용권을 갖게 된다.

즉 응답 속도의 차이와 활성화 시간에 의한 우선순위의 식별이 가능하다.

이상의 경합 처리 과정을 종합하면, 모든 경합 대상 스테이션은 자신이 송신하는 신호를 공통버스 신호와 비교하여 공통버스의 신호와 자신의 신호가 다르다고 판단되는 최초의 시점에서 해당 스테이션이 경합을 포기함을 알 수 있다.

클럭으로 변조한 펄스변조를 이용하면 전송속도에 상관없이 복조가 가능하므로 전송속도가 다르더라도 상관없이 중재가 가능하다.

결국 결합에 참여하는 시간(휴지시간, 750, pause time)을 가변하여 우선순위를 가변 할 수 있다.

제8(d)도-제8(f)도는 제8(a)도의 경합과정을 경합에 참여한 시간(휴지시간), 전송속도와 코드값을 고려한 DCM 변조에서 경합과정을 설명 한 것이다.

제8(d)도는 DCM 변조에서 코드 값과 전송속도에 의한 경합이 이루어진 경우로서, 스테이션 C(830D, XXXXXXXX)는 전송속도가 늦고 스테이션 A(810D, 110XXXXX), B(820D, 10XXXXXX)는 속도가 빠르므로 스테이션 C는 831D 시점에서 경합을 철회하며, 코드 값에 의한 경합이 이루어져 스테이션 B는 821D 시점에서 경합을 철회(코드 값이 스테이션 B보다 스테이션 A가 크므로)한다. 결국 스테이션 C가 어떠한 코드 값을 갖더라도 상관없이 경합에서 탈락 할 수밖에 없고 결국은 스테이션 A가 버스 사용권을 획득하게된다. 즉 스테이션 A신호 만 공통버스에 전달된다.

제8(e)도는 중재에 참여한 시간(휴지시간)과 코드 값을 고려한 경합 타이밍도로서 스테이션 A(810E), B(820E)는 전송속도는 빠르나 휴지시간이 길고 스테이션 C(830E)는 전송속도가 늦으나 지연시간이 없는 경우이다. 스테이션 A(810E), B(820E)는 전송속도가 동일하며 스테이션 A(XXXXXXXX)가 B(1XXXXXXX)보다 더 큰 코드 값을 갖으나 휴지시간이 크므로 811E 시점에서 경합을 철회하고, 스테이션 C(0XXXXXXX)는 속도는 늦으나 활성화 시간이 빠르므로 결국 스테이션 C가 버스사용권을 획득하게된다. 즉 스테이션 C의 신호 만 공통버스에 전달된다.

제8(f)도에서 휴지시간과 전송속도를 고려한 타이밍도로서, A(810F)(XXXXXXXX)는 전송속도가 빠르고 코드 값이 스테이션 B, C에 비해 상대적으로 크나 휴지시간이 길고, B(820F, 10XXXXXXX), C(830F, 0XXXXXXX)는 전송 속도는 상대적으로 늦으나 B는 대기시간이 길고 C는 대기시간이 없으므로 A, B는 811F시점에서 경합을 철회한다. 이 경우 A가 어떠한 코드 값을 갖더라도 상관없이 C가 버스사용권을 획득하게된다. 즉 스테이션 C의 신호 만 공통버스에 전달된다.

결국 본 발명에 의한 중재 방법에서는 공통버스를 빨리 활성화하거나, 동일할 경우 활성화 상태 유지시간이 더 긴 스테이션이 공통버스의 사용권을 갖게 된다.

본 발명은 통신시스템에서 규정한 최저 전송속도보다 더 길게 버스를 활성화시키는 브레이크 펄스(break pulse)를 이용하면 현재 공통버스 사용권을 확보한 스테이션이라도 자원을 반납하고 재 경합에 돌입되게 함으로써 공통버스를 사용하고자 하는 모든 스테이션들의 경합시기를 동기 시 킬 수 있다.

따라서 브레이크 펄스에 의해 모든 스테이션을 대기(stand by) 시킨 후 각 스테이션의 전송속도에 비례하는 휴지 시간이 경과한 후에 식별 어드레스에 의한 재 경합(751~758)을 하게 되면 특별한 이진 패턴(binary pattern)을 사용하지 않고도 모든 스테이션을 현재 공통버스의 사용 여부에 불구하고 공통버스 획득경쟁에 참여시킬 수 있다.

따라서 공통버스를 사용하고자 하는 스테이션은 언제라도 공통버스 사용요구를 할 수 있다. 즉 어떠한 상황에서도 실시간(real time)으로 공통버스에 사용 요구를 할 수 있고, 중재과정에서 공통버스(1)에 나타난 중재 정보로부터 사용권을 허가 받은 스테이션의 정보를 추출할 수 있으므로 상기 브레이크 펄스에 의한 인터럽트 요구가 직렬 멀티포인트 네트워크에서도 가능하다.

제9도는 식별어드레스에 맨체스터 인코딩을 채택한 실시예의 경합 타이밍도로서 스테이션 A″ (900), B″ (910), C″ (920), D″ (930)의 식별 어드레스는 다음과 같다.

[표 3]

제9도에 도시된 파형을 정의하면 다음과 같다.

파형 901, 911, 921, 931은 경합 하고자 하는 스테이션들(A″~D″)의 식별 어드레스의 비트 스트림을 나타낸다.

파형 902, 912, 922, 932는 송신 가능 상태를 나타내는 중재제어레지스터(404)의 출력 파형이다.

파형 903, 913, 923, 933은 최우선순위 식별 후 버스 사용권의 승인상태를 나타내는 파형이다.

파형 904, 914, 924, 934는 경합에 참여하는 스테이션들의 식별 어드레스 비트 스트림을 나타낸다.

파형 905, 915, 925, 935는 경합에 참여한 식별어드레스 비트 스트림의 맨체스터 변조된 파형이다.

파형 951은 공통 버스(1)에 나타나는 맨체스터 변조된 파형이다.

파형 952는 로컬 클럭이다.

파형 953은 공통 버스에 나타나는 파형 951을 복조한 비트 스트림이다.

각 스테이션들은 출력되는 최상위 비트에서부터 경합하는데(51″), 이때 스테이션 A″, B″, C″ 의 최상위 비트 값은 '1'이고 스테이션 D″ 는 '0'이므로 스테이션 A″, B″, C″ 는 공통 버스 경합을 계속 진행하고, 스테이션 D″ 는 우선 순위가 낮으므로 경합을 철회한다. 다음 구간 52″ 에서는 모든 스테이션 A″(900), B″(910), C″(920)의 식별 어드레스를 1비트 좌측으로 쉬프트 하므로 비교 대상은 2번째 비트가 된다. 두 번째 비트는 스테이션 A″, B″, C″ 가 각각 '1', '1', '0'을 가지므로 스테이션 A″, B″ 는 경합을 계속하고, 스테이션 C″ 는 경합을 철회한다.

구간 53″ 에서는 경합에 남아 있는 스테이션 A″, 스테이션 B″ 의 3번째 비트 값이 모두 '1'이므로 철회자가 없고, 구간 54″ 에서는 구간 53″ 에서와 마찬가지로 비교하는 비트가 모두 '1'임으로 철회자가 없다.

그리고 구간 55″ 에서 스테이션 A″ 는 '1'이고, 스테이션 B″ 는 '0'이기 때문에 스테이션 B″가 경합을 철회한다. 그리고 구간 56″ 이후에도 마지막 최하위 비트가 출력되는 구간 58″ 까지 동작을 종료한 후, 공통버스 파형(951)은 스테이션 A″의 맨체스터 변조된 파형(905)과 일치한다. 따라서 식별어드레스의 모든 비트에 대한 비교가 끝나면 스테이션 A″에 공통버스의 사용권이 확보된다.

제10(a)도는 식별 어드레스 및 클럭 신호를 3-레벨(Tri-Level) 변조법을 이용하여 변조한 후에 공통버스로 송신하는 경우의 경합 타이밍도이다.

3-레벨 변조를 실행하여 어드레스 및 클럭 신호를 송신하는 시스템에서는 클럭과 동기 신호를 각 스테이션에서 공통으로 사용하기 위하여, 하나의 신호발생기(1010)에서 클럭, 동기 신호 및 전원을 합한 직류 레벨 쉬프트된 혼합 파형(1060)을 공통 버스에 보내고, 각 스테이션은 이 신호로부터 전원을 공급받으며 클럭과 동기신호를 분리 추출하여 변조 및 복조에 이용한다.

여기에서 파형 1012, 1022는 공통버스 사용을 요청한 스테이션의 어드레스를 3-레벨 변조한 파형이다.

파형 1051은 공통 버스에 나타나는 3-레벨 변조된 파형이다.

파형 1052는 공통 버스에 나타난 파형 1051로부터 추출한 로컬 클럭 파형이다.

파형 1053은 공통 버스에 나타난 3-레벨 변조된 파형 1051로부터 복조한 동기신호이다.

파형 1054는 공통 버스에 나타난 3-레벨 변조된 파형 1051을 복조한 스테이션 A의 식별어드레스에 대한 비트 스트림이다.

제10도에 의한 공통버스 사용권 경합 설명은 제9도에서 설명한 바와 동일하고, 단지 어드레스 및 클럭신호의 변조 방식에 있어서만 차이가 있을 뿐이다.

제10(b)도와 같이 3-레벨 변조시 논리 레벨의 정의는 클럭을 동일 선로상에 보내기 위해 상태 전압 레벨을 3등분하여 제1구간(1073~1074)인 전압구간에는 클럭을 전송하는데 사용하고 제2구간(1071~1073)인 논리구간은 전송하는 데이터를 변조하는 영역이다.

논리 “0”은 임계 전압(Threshold Voltage, 1072) 이상으로 유지하여야 하며 정상적인 동작일 경우 1073이상의 레벨에서 존재하여야 하고, 논리 “1”은 임계 전압(1072)보다 낮은 전압 레벨에서 존재해야 한다.

1070의 디지탈 신호가 3-레벨 변조되면 그 때의 파형은 1075와 같게 된다.

본 발명은 이러한 3-레벨 변조 방식에 의한 식별 어드레스에 대해서도 우선순위 중재가 가능하다. 클럭과 동기신호를 포함한 파형은 (1000)과 같다. 스테이션 A(1010), B(1020)가 공통버스 사용 경합을 할 때 각 스테이션의 식별어드레스를 나타내는 파형은 1011, 1021 이고 3-레벨 변조한 파형은 1012, 1022 이며 파형 1013, 1023은 경합제어레지스터의 출력, 파형 1014, 1024는 최우선순위 식별 후 공통버스 사용권의 승인상태를 나타내는 파형이다.

본 발명에 의한 중재기는 식별 어드레스의 크기에 의한 우선순위를 식별하여 공통버스의 사용권을 네트워크 내의 어느 한 스테이션에 할당하게 된다. 따라서 식별어드레스 뒤에 각 스테이션이 송신하고자 하는 데이터를 연속하여 출력한다면 네트워크 내의 스테이션들 간에 데이터 통신도 별도의 버스를 사용하지 않고도 가능하게 된다.

본 발명에 의한 중재 방법을 이용하면 다수의 스테이션들이 동시에 데이터를 송신하더라도 공통버스에는 최고의 우선순위를 갖는 스테이션의 신호만 나타나게 되므로 결과적으로는 전기적인 충돌이 일어나지 않게 되고 항상 우선순위에 의한 원활한 버스중재가 보장된다. 왜냐하면 버스충돌이라고 간주되는 상황에서는 언제나 우선순위(전기적 신호의 활성화개시 시간이나 활성화 유지시간으로 결정됨)가 낮은 스테이션이 스스로 버스 사용권을 양보하도록 되어 있기 때문이다.

본 발명에서 제안한 중재기를 데이터 통신에 사용하면, 어느 한 스테이션의 데이터 전송중 타 스테이션의 송신으로 인하여 데이터의 충돌이 발생했을 경우 충돌이 일어난 데이터의 한 packet을 폐기하고 일정시간을 기다렸다가 다시 전송을 시도해보는 종래의 CSMA/CD, CSMA/CA와 같은 방법보다 훨씬 간단하고 신속하며 전송데이터의 신호충돌이 없는 버스중재가 가능하게 된다.

본 발명에 의한 종재방법에 있어서 식별 어드레스를 순차적으로 공통버스(1)에 출력하고, 다시 공통버스신호(1)를 다시 궤환 후 비교하여 일치하지 않는 경우 경합에서 제외시키는 방법을 반복하여 우선순위를 식별하는 방법이다. 여기에서 최고의 우선순위를 식별하기 위한 일치 여부의 기준은 논리상태가 반전될 때라 할지라도 비교대상 간의 논리상태의 변화 시점이 일치할 때 는 동일신호로 본다.

본 발명에서는 공통버스에 나타나는 신호가 자신의 신호가 아니면 경합을 철회하도록 하기 위해 논리상태의 일치여부를 판단기준으로 사용한다.

Boolean Algebra나 De Morgan's theorem 에 의하면 논리함수는 이원성이 존재하므로 본 발명의 개념을 정논리를 부논리로 바꾸어 실시하거나 표현하여 많은 변형 예를 도출할 수 있으나 이러한 것은 본 발명의 개념과 동일한 것으로 본다. 그 예로 버스 결합방법에 있어서 OR연산에 NOT를 추가하여 AND연산으로 바꾼다든지, OR연산을 부논리로 변환하면 AND연산이 되므로 본 발명의 wired OR는 wired AND로 구현가능 하다. 또 물리적 기능은 같고 구현 수단이나 소자만 다른 경우 그 예로 버스드라이버를 트라이 스테이트 버퍼, Transistor, FET, Switching device 등의 전기적 소자, 이외 매체로 도체내의 신호를 전자파, 적외선, 광파등 형태만 다른 물리적 에너지로 바꾼다든지, 버스를 유선 선로에서 무선, Optical Fiber로 바꾸어 실현가능 하다는 것은 널리 알려진 공지의 사실이므로 별도의 설명은 생략한다.

상술한 본 발명의 실시 예들은 특정 수의 스테이션이 경합하는 경우에 대해서 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 전송매체의 종류, 구현(implementation) 소자의 선택, 식별 코드의 정의 및 변조방식에 따른 다양한 변형 예가 있을 수 있음은 명백하다.

Claims

고유한 식별 어드레스를 갖는 다수의 스테이션들이 공통버스로 연결된 멀티포인트 네트워크에서, 공통버스에는 상기 스테이션들로부터 동시에 출력되는 신호의 논리 연산치가 나타날 때, 공통버스의 사용권을 획득하기 위해 경합하는 상기 스테이션들의 우선순위에 의한 공통버스의 중재에 있어서, (가) 공통버스에 상기 스테이션의 정보를 변조하여 순차적으로 출력하는 단계; (나) 상기 변조된 신호와 공통버스의 신호와 비교하는 단계; (다) 상기 비교 결과에 따라서 경합을 철회하거나 계속하도록 하는 단계; (라) 상기 스테이션들이 순차적으로 출력하는 신호와 공통버스의 신호를 비교하여 서로 다를 경우에 그 시점부터 해당 스테이션의 공통버스로의 출력을 차단함으로써 전송속도에 무관하게 우선순위가 높은 스테이션을 결정하는 버스 중재 방법.
제1항에 있어서, 변조과정을 상기 듀티 싸이클 변조 방식에 의하여 변조하여 전송하는 것을 특징으로 하는 멀티포인트 네트워크의 중재 방법.
제1항에 있어서, 변조과정을 상기 3-레벨(트라이레벨)로 변조하여 전송하는 것을 특징으로 하는 멀티포인트 네트워크의 중재 방법.
제1항에 있어서, 변조과정을 상기 맨체스터 인코딩 방식에 의하여 변조하여 전송하는 것을 특징으로 하는 멀티포인트 네트워크의 중재 방법.
제1항에 있어서 상기 중재 개시 신호로부터 일정시간 대기 후에 경합에 참여하여 공평성을 확보하기 위한 버스 중재 방법.
제1항에 있어서 상기 스테이션의 전송속도를 가변 함으로써 우선순위를 동적으로 가변 하여 중재의 공평성을 확보하는 것을 특징으로 하는 멀티포인트 네트워크의 버스중재방법.
제1항에 있어서 공통버스에 신호를 일정 시간 이상 비정상 신호가 지속될 때; 상기 신호를 중재개시 동기신호로 이용하는 중재 동기방법.
제1항에 있어서 상기 경합 개시와 철회 시점을 외부의 신호와 동기 시켜 제어하는 버스 중재방법.
N-비트의 고유한 식별 어드레스를 갖는 다수의 스테이션들이 공통버스로 연결된 멀티포인트 네트워크에서, 공통버스에는 상기 스테이션들로부터 동시에 출력되는 신호의 논리 연산치가 나타날 때, 공통버스의 사용권을 획득하기 위해 경합하는 상기 스테이션들의 우선순위에 의한 공통버스의 중재에 있어서, (가) 공통버스에 상기 스테이션의 정보를 변조하여 순차적으로 출력하는 단계; (나) 상기 변조된 신호와 공통버스의 신호와 비교하는 단계; (다) 상기 비교 결과에 따라서 경합을 철회하거나 계속하도록 하는 단계; (라) 상기 (가)-(다)의 단계를 거처 공통 버스로부터 N개의 활성화 신호가 얻어지면 완료 신호를 출력하여 경합 스테이션들 간의 전송속도에 무관하게 가장 우선순위가 높은 스테이션을 결정하는 버스 중재 방법.
다수의 스테이션들이 공통버스로 연결된 멀티포인트 네트워크에서, 공통버스에는 상기 스테이션들로부터 동시에 출력되는 신호의 논리 연산치가 나타날 때, 공통버스의 사용권을 획득하기 위해 경합하는 상기 스테이션들의 우선순위에 의한 공통버스의 중재에 있어서, (가) 상기 스테이션들로부터의 순차적으로 출력되는 신호와 공통버스 상에서 논리연산이 되도록 출력시키는 수단과, (나) 상기 스테이션들이 출력하는 신호와 공통버스의 신호를 비교하는 수단과, (다) 상기 비교결과가 서로 다를 경우에는 해당 스테이션의 공통버스로의 출력을 차단시키는 수단을 포함하여, 공통버스의 신호와 다른 신호를 출력하는 스테이션을 경합에서 철회시키는 것을 특징으로 하는 버스 중재 시스템.
제10항에 있어서 상기 버스 인터페이스부의 앞단에 변조부를 추가하여 공통버스로 출력되는 직렬 비트 스트림을 듀티 싸이클 변조 방식에 의하여 변조하는 것을 특징으로 하는 멀티포인트네트워크의 버스 중재 시스템.
N-비트의 식별 어드레스를 갖는 다수의 스테이션으로 구성된 멀티포인트 네트워크에서 (가) 공통 버스에 상기 스테이션의 출력정보를 순차적으로 출력하는 수단, (나) 상기 공통버스 상에 식별어드레스의 상기 출력의 논리 연산결과를 출력하는 수단, (다) 상기 출력과 공통버스의 신호를 비교하여 다를 때 스테이션의 출력이 금지되는 비교 및 제어수단, (라) 결과가 일치할 때 (가)부터 (다)까지 N번 반복하여 최고 우선 순위를 갖는 스테이션을 식별하는 중재 시스템.
다수의 스테이션들이 공통버스로 연결된 멀티포인트 네트워크에서, 공통버스에는 상기 스테이션으로부터 출력되는 신호의 논리 연산치가 나타날 때, 우선순위에 의한 공통버스의 중재에 있어서, 공통버스와 각 스테이션을 비교하기 위한 수단, 공통버스의 사용을 요구하는 상기 스테이션들이 출력하는 신호와 공통버스의 신호를 비교하여 일치하지 않을 경우에 그 시점에서 해당 스테이션의 공통버스로의 출력을 금지시키는 수단으로 구성된 비교 및 제어부.