NL8005976A - Tweedraads-bussysteem met een kloklijndraad en een datalijndraad voor het onderling verbinden van een aantal stations. - Google Patents

Description

t* a. ' ,2 PHN 9873 1 N.V. PHILIPS' GIOEIMMPENPABREEKEN TE EINDHOVEN.

"Tweedraads-bussysteem net een kloklijndraad en een datalijndraad voor het onderling verbinden van een aantal stations".

ACHTERGROND VAN DE UITVINDING

De uitvinding betreft een rékenmaehinesysteem, bevattende een eerste aantal stations die onderling verbonden zijn door een tweedraads-lijn, bevattende een klokdraad en een datadraad om daarover een reeks 5 databits en per databit telkens een synchroniserend kloksignaal parallel daarmede over te voeren tussen tenminste één zendend station en tenminste êên ontvangend station .

De stations kunnen op verschillende manieren zijn uitgevoerd: het kunnen (micro) computers zijn met een data-verwerkingsfnnktie, evenzeer invoer/ 10 uitvoer-processoren, funktiegenerators, geheugens, invoer/uitvoer apparatuur zoals toetsenborden of indikatieinrichtingen, of sensoren voor fysiéke/chemische grootheden. Een systeem volgens de aanhef is bekend uit het Amerikaanse Octrooischrift 3889236 (PHD 72133), geassigneerd aan dezelfde aanvrager. Het békende systeem verzorgt de informatieoverdracht 15 over de -tweedraadslijn slechts in één richting.

SAMENVATTING VAN DE UITVINDING

Het is een doelstelling van de uitvinding om een enkele tweedraadslijn te kunnen gebruiken voor het aansluiten van een a priori niet begrensd aantal stations, waarbij een betrouwbare synchronisatie is 20 verschaft en waarbij het begin, respektievelijk het einde van een konmu-nikatie-operatie op eenvoudige manier signaleer baar is. De uitvinding realiseert de doelstelling doordat hij het kenmerk heeft, dat genoemde klokdraad een klokbusdraad is en genoemde datadraad een databusdraad die beide voorzien zijn van middelen on een bedrade logische funktie 25 te vormen tussen de door de respektievelijke stations uitgezonden spanningsniveaus van een eerste respektievelijk een tweede logische waarde, zodat het spanningsniveau op beide draden door elk aangesloten station naar de eerste logische waarde getrokken kan worden, dat genoemde zenden-de/ontvangende stations verdeeld zijn in meester-stations en slaaf-sta-30 tions, dat elk meester-station voorzien is van een eerste middelen om op de klokdraad' per bitcel telkens een klokpuls met de tweede logische waarde te genereren, dat genoemde tenminste ene zendend station voorzien 80 059 76 V * < ft PHN 9873 2 is van tweede middelen om op de datadraad per bitcel telkens een databit bereid te stellen gedurende een tijd, die de duur van de bijbehorende klokpuls op de klokpulsdraad, inbegrepen de flanken daarvan, cmsluit; dat voorts elk meester-station voorzien is van: 5 a) derde middelen om een eerste stopsignaal te vormen door tijdens een op de klokdraad vigerend signaal van de tweede logische waarde qp de datadraad een signaalovergang van genoemde eerste naar genoemde tweede logische waarde te vormen; b) vierde middelen on een eerste startsignaal te vormen door tijdens een 10 op de klokdraad vigerend signaal van de tweede logische waarde op de datadraad een signaalovergang van genoemde tweede naar genoemde eerste logische waarde te vormen; dat alle aangesloten niet-meesterstations zijn voorzien van vijfde middelen om qp de klokdraad voortdurend genoemde tweede logische 15 waarde te presenteren en alle aangesloten niet-zendende stations voorzien zijn van zesde middelen om qp de datadraad voortdurend genoemde tweede logische waarde te presenteren. Een station dat een databericht (message) genereert is een zendend station. Een station dat een databericht absorbeert is een ontvangend station. Een station dat 20 het transport van een databericht (mede)-bestuurt, is een meester-station. Een station dat bij de overdracht van een data-bericht uitsluitend door één of meer andere stations bestuurd wordt is een slaaf-statian. Vanuit een rusttoestand kan elk station dat geschikt is om als meester te kunnen werken (dit is niet voor alle stations nodig, bijvoorbeeld niet 25 voor de genoemde sensoren) het initiatief nemen tot een data-overdracht. Tijdens het bestaan van een zekere verdeling in de funkties van meester- respektievelijk slaaf-stations kunnen de funkties van zendend/ ontvangend station veranderen, bijvoorbeeld doordat een eerste databericht door een tweede databericht wordt beantwoord.

30 Het is gunstig als in het geval van tenminste twee tesamen zendende stations dit alle tevens meesterstations zijn en dat in elk meesterstation een tijdsduurgenerator aanwezig is met een Ingang om een op de klokdraad gegenereerd tweede startsignaal te ontvangen en na het verlopen van de daardoor gestarte tijdsduur een "vol"-signaal af te 35 geven, dat genoemde eerste middelen geschikt zijn cm onder besturing van genoemd "vol"- signaal een veranderd signaal voor de klokdraad te vormen, en dat voorts een detektor aanwezig is om een signaalovergang op de klok- 80 059 76 FHN 9873 3 •f Λ draad te detekteren als uitsluitende representatie van genoemd tweede startsignaal. Op die manier worden alle zendende stations gesynchroniseerd afwisselend door dat zendende station dat het eerst op de klokdraad waarde een signaal overgang naar de eerste logisch^vormt, respectievelijk dat 5 zendende station dat het laatst op de klokdraad een signaalovergang naar de tweede logische waarde vormt. Zo kunnen de te samen op de datadraad verschijnende informaties ook zonder storing onderling gedetekteerd worden. Onder "storing" wordt hier niet verstaan de onderlinge beïnvloeding in de spanningsniveau: immers êên enkele databit van eerste logische 10 waarde maskeert alle eventuele verdere databits .van de tweede logische waarde. Maar door de beschreven organisatie verschijnen de databits telkens in afgemeten tijdsintervallen (time slots). Op de beschreven manier wordt een enkelzijdig werkende synchronisatievertanding (halve handshake) gevormd. Daardoor zijn betrekkelijk grote verschillen tussen 15 de door de respectievelijke tijdsduurgeneratoren geproduceerde tijdsintervallen te overbruggen. Zulke verschillen kunnen ontstaan door verschillende interne klokfrekwenties bij overigens gelijk opgebouwde tijds-duurgenerators, maar ook doordat de s ignaalgeneratoren voor de klok-draden onderling verschillen bezitten in de verhouding van de lengten 20 van eerste, respektievelijk tweede logische signaalwaarde. Er wordt opgemerkt dat een zendend station terzelfdertijd het signaal op klok-· en/of datadraad kan detekteren waaruit bekend is of zijn eigen signaal al dan niet is gemaskeerd. Meerdere, tegelijk als zender optredende stations, kommen voor tijdens de nog te bespreken arbitrageprocedure.

25 Het is gunstig als in een meesterstation genoemde tweede en vierde middelen geschikt zijn om een dataoverdrachtsoperatie te starten door achtereenvolgens te vormen: genoemd eerste startsignaal; een eerste reeks van tenminste twee databits met genoemde eerste logische 30 waarde; een tweede reeks van tenminste één databit met genoemde tweede logische waarde; een in vorm met het eerste startsignaal overeenkomend derde startsignaal; en dat alle verbonden stations voorzien zijn van een afvraaginrichting 35 waarvan de dove tijd korter is dan overeenkomt met de lengte van genoemde eerste reeks.

Er zijn in het algemeen twee soorten stations: in de eerste plaats zulke 80 059 76 * ♦ 1 « PHN 9873 . 4 die voortdurend bereid staan, zoals bijvoorbeeld een geheugen: dit kan op een willekeurig moment geaktiveerd worden. In de tweede plaats zijn er stations, waarin inwendig zekere verwerkingsprocessen plaats vinden, of welke cm andere redenen niet voortdurend bereid behoeven te zijn.

5 Zulke stations, bijvoorbeeld uigevoerd als mikroprocessor, kunnen voorzien zijn van middelen om een onderbreeksignaal te ontvangen, waardoor de lopende aktiviteiten worden gestopt. Ook dan kan het betreffende station op een willekeurig moment worden geaktiveerd. Er bestaan evenwel ook mikroprocessoren zander interrupt mechanisme. Door de beschreven 10 maatregel behoeven deze niet tweemaal (of meer) per klokpulsperiode de datalijn af te vragen, maar slechts tenminste één maal gedurende genoemde reeks. Daardoor wordt de effektiviteit van de inwendige processo-ren vergroot. Onder "dove tijd" vaieen aangesloten station wordt verstaan de langst voorkomende tijd tussen twee opeenvolgende af vraagtijd-15 stippen. Voor een station met onderbreekmechanisme is de lengte van de dove tijd dus gelijk aan nul. Als dan een element van de eerste reeks wordt gedetekteerd kan het station met relatief lange dove tijd overschakelen op een verhoogde af vraagf rekwentie.

KORTE BESCHRIJVING VAN DE FIGUREN

20 ' Fig. 1 geeft een schematisch beeld van de aansluiting van twee stations;

Fig. 2 geeft een tijdsdiagram van de informatieoverdracht tussen twee stations;

Fig. 3 geeft een tijdsdiagram van het starten/stoppen van 25 de informatieoverdracht;

Fig. 4 geeft een tweede tijdsdiagram van een startoperatie;

Fig. 5 geeft een tijdsdiagram van een onderlinge synchronisatie tussen meerdere meester-staitons; fig. 6 geeft een tijdsdiagram van de arbitrage tussen meerdere 30 stations;

Fig. 7 geeft een blokdiagram op registemiveau van een station.

FUNCTIONELE BESCHRIJVING VAN EEN UITVOERINGSVOORBEELD

Fig. 1 geeft een schematisch beeld van de aansluiting van twee stations aan een klokdraad 20 (SCL) en een datadraad 22 (SDA). De twee 35 stations 32, 34 bevatten de signaalontvangers 40, 42, 44, 46, dit zijn bijvoorbeeld versterkers met een voldoend hoge ingangsimpedantie. Verder bevatten de stations de transistoren 48, 50, 52, 54, bijvoorbeeld 80 05 9 7 6 «- * PHN 9873 5 uitgevoerd als MOS-transistoren. Als één van deze transistoren in geleiding wordt gebracht, wordt de desbetreffende lijn (20, 22) op een lage potentiaal gebracht, voorts zijn aanwezig de weerstanden 28, 30. De klemmen 24, 26 zijn met een hoge spanning (VDD) te verbinden. Als de 5 transistoren 48 en 52 beide gesperd zijn wordt de potentiaal van lijn 22 vrijwel gelijk aan VDD. De waarden van de meerstanden 28, 30 zijn groot ten opzichte van de weerstanden van de transistoren in doorlatende toestand, en klein ten opzichte van die van de parallel staande, ermee verbonden signaalontvangers. Als de potentiaal VDD als "logische 10 1" geldt vervult elk van de lijnen 20, 22 de "EN"-funktie voor de erop ontvangen logische signalen. De stations 32, 34 bevatten verder de eenheden 36, 38, die de verdere, in de stations te implementeren funkties vervullen; met name vormen ze voor de twsedraadslijn gegevensbron en ge-gevensbes temming; door de daarvan uitgaande signalen wordt de door-15 laatbaarheid van de transistoren 48, 50, 52, 54 bestuurd. Een uitgebrei-der schema van een station zal worden besproken aan de hand van fig. 7.

Er wordt nu al op gewezen dat niet alle stations alle funkties behoeven te vervullen. Een station dat uitsluitend een slaaf-funktie vervult behoeft niet de middelen te bezitten cm een klokpulstrein te gene-20 reren. Een station dat uitsluitend gegevens moet kunnen ontvangen behoeft geen middelen te bezitten om datagegevens aan de datadraad toe te voeren. In het algemeen diet een station dat als meester op kan treden de laatstgenoemde middelen wel te bezitten omdat anders de later te bespreken arbitrageprocedure ónmogelijk is.

25 Fig. 2 geeft een tijdsdiagram van de informatie-overdracht tussen twee stations. Op de bovenste regel (SCL) is het kloksignaal aangegeven . "Laag" betekent in dit geval "logische 0" en "hoog" "logisch 1".

Op de onderste regel (SDA) is een volgorde van databits aangegeven.

Tussen de door de lijnen 56 en 58 aangegeven tijdstippen mag het data-30 signaal veranderen. Tussen de door de lijnen 53 en 59 aangegeven tijdstippen (dus ook tijdens de flanken van het kloksignaal) moet het datasignaal onveranderlijk zijn. Er wordt opgemerkt dat in de figuren de horizontale lijnen de logische spanningsniveaus aangeven: gewoonlijk is er tussen de beide logische niveaus een gebied waarin de vertaling 35 van het fysieke spanningsniveau naar het logische niveau niet eenduidig is. Bij een fysieke spanningsslag van 0 naar +12 Volt is het niveau "logisch laag" bijvoorbeeld gedefinieerd als "fysiek minder dan 80 059 76 * * PHN 9873 6 +0,5 Volt", en "logisch hoog" bijvoorbeeld als "fysiek tenminste +10 Volt". In het gebied tussen +0,5 en +10 Volt behoeven de stations niet uniform te reageren. De schuine flanken geven dus het "onbesliste" spanningsgebied aan. De signalen op lijn 20 (SCL) worden door de "meester" 5 van het datatransport gevormd. De niet-meester-stations, onverschillig of ze aan het datatransport deel hebben, of niet, produceren op lijn 20 steeds logische "1"-signalen. In Fig. 2 vertonen de signalen op lijn 20 (SCL) een periodiek karakter. De signalen qp lijn 22 (SDA) worden door een zendend station gevormd. De twae evenwijdige lijnen geven daarbij aan 10 dat de data-inhoud telkens zowel "O" als "1" kan zijn. De niet-zendende stations, onverschillig of ze aan het datatransport deelhebben, of niet, produceren op lijn 22 steeds logische "1"-signalen. Er zijn aldus de volgende transportmogelijkheden: a) één "meester"-station zendt data naar één of meer ontvangende "slaaf "-^ stations.

b) één "meester"-station ontvangt data van één "slaaf"-station.

In het algemeen wordt deze funktie steeds voorafgegaan door een operatie volgens a), bijvoorbeeld: voordat een geheugen (veelal een slaaf-station) kan worden uitgelezen, moet het eerst worden geadresseerd.

20 Sonmige inrichtingen kunnen slechts één of enkele van de vier mogelijke funkties vervullen: zo zal een toetsenbord-inrichting steeds als "meester-zender" fungeren, en zal een afbeeldinrichting met LED-elementen steeds als “slaaf-ontvanger" fungeren. Een magnetisch of optisch schijf geheugen zonder buffer zal gewoonlijk als "meester" 25 (zendend of ontvangend) moeten werken. Andere inrichtingen, zoals microcomputers zullen alle vier de funkties kunnen vervullen.

Fig. 3 geeft een tijdsdiagram van het starten, respektievelijk stoppen van de informatie-overdracht tussen twee stations. Aanvankelijk genereren alle stations op de klokdraad en de datadraad hoge signalen.

30 De overdracht wordt gestart doordat één van de stations op de datadraad een overgang van "hoog" naar "laag" genereert, terwijl het signaal qp de klokdraad niet verandert; daardoor manifesteert het betreffende station zich als nieuwe meester. Dit patroon van signalen is in de normale informatie-overdracht niet toelaatbaar (Fig. 2). Alle andere stations 35 detékteren hiermee dat zich een nieuwe meester van de bus manifesteert, (blok 60). Vervolgens geeft de meester een overgang op de kloklijn, zodat de eerste databit op de datadraad gegenereerd kan worden: 80 05 9 76 <* PHN 9873 7 deze kan (64) zowel de waarde "O" als "1" hebben. Zo wordt de dataoverdracht steeds gestart met het zendende station als meester-station.

Dit kan gedurende de hele korrmunikatieprocedure ongewijzigd blijven. Anderzijds kan ook in het verloop van de procedure het meesterstation een 5 ander station als slaaf adresseren en dit slaaf-station vervolgens een opdrachtsignaal geven om een zend-operatie te starten. Gedurende dit zenden door de slaaf blijft het oorspronkelijke station ,,meester"-station: dit impliceert dan dat de "slaaf" een bericht van vooraf bekende lengte zal versturen. Voor het beëindigen van de data-overdracht wordt eerst 10 het zenden door de slaaf, indien dit heeft plaatsgevonden, beëindigd: het "slaaf"-station geeft dan op klokdraad en datadraad hoge signalen af.

Dan wordt de overdracht door het meesterstation middels een stopsignaal afgesloten: eerst wordt, terwijl de klokdraad op een lage potentiaal is, ook de datadraad op een lage potentiaal gebracht. Vervolgens wordt 15 eerst de klokdraad op een hoge potentiaal gebracht. Tenslotte wordt (blok 62) de datadraad op een hoge potentiaal gebracht. Ook dit laatste signaal patroon is in de normale informatieoverdracht niet toelaatbaar en daarmee geeft de aktuele meester de buslijn weer vrij, zodat een volgend station zich daarna als de volgende "meester" kan manifesteren.

20 Het geval dat meerdere stations zich tesamen als meester manifesteren wordt later besproken. Het periodieke karakter van het kloksignaal (Fig. 2) wordt telkens slechts tussen de startkonditie (blok 60) en de stopkonditie (blok 62) onderhouden. De start- en stopkondities zijn op zichzelf eenvoudig detekteerbaar, onder voorwaarde, dat de stations 25 ófwel voorzien zijn van een interruptiemechanisme, ofwel tenminste twee maal. per klokpulsperiode de potentiaal van de datadraad af vragen om de overgangen in de blokken 60 en/of 62 te detekteren, ofwel gedurig bereid zijn om een signaalovergang direkt te detekteren en te honoreren.

In dit verband geeft Fig. 4 een tweede startprocedure waardoor 30 een lagere afvraagfrékwentie van de datadraad (lager dan tweemaal per klokpulsperiode) voldoende is. De eerste startkonditie in blok 66 kcmt overeen met die in blok 60. Vervolgens genereert de aktuele meester van de buslijn een seriele 8-bits databyte met de informatiewaarde "0000 0001" (hexadecimaal "01"). Dit betekent dat het signaal op de data-35 lijn gedurende zeven klokpulsen (1, 2......7) laag blijft en tussen de zevende en achtste klokpuls hoog wordt. De startbyte 0000 0001 mag in het betreffende rekenmachinesysteem niet voor een ander kanmunikatie- 80 05 9 76 r ~ » PHN 9873 8 doel gebruikt worden. Qntvangerstations mogen onder ontvangst van deze kode geen bevestigings(acknowledge) signaal afgeven zoals ze dat zouden doen onder besturing van een hen adresserende databyte. De negende klok-puls fungeert als "loze respons" (dummy acknowledge), waarbij het data 5 signaal onveranderd blijft. Vervolgens wordt de klokdraad weer hoog gemaakt en wordt in blók 68 een volgende startkonditie gegenereerd (identiek met blok 66). De kambinatie van startbyte plus loze respons is zo gekozen om aansluiting te krijgen bij het nader te bespreken formaat van het informatietransport. De codebyte 0000 0001 wordt voor dit doel 10 gereserveerd. In dit geval hebben de stations dus ongeveer zeven klok-pulsperioden de tijd om het lage signaal op de datadraad te detekteren: de afvraagfrekwentie van de datadraad behoeft dan slechts tenminste ongeveer 1x per 7 klokpulsperioden in plaats van 1x per halve klokpulspe-riode te zijn. Daardoor kunnen, bijvoorbeeld in een microcanputer zonder 15 interrupt mechanisme, de interne werkzaamheden beter worden uitgevoerd, doordat ze minder door de afvraagoperaties worden gestoord. Als het lage signaal op de datadraad gedetekteerd is wordt het afvraagmechanisme van het desbetreffende station omgeschakeld op de hogere af tastsnelheid (tweemaal per klokpulsperiode), cm de tweede startkonditie (blok 68) fout-20 loos te kunnen detekteren. Voor alle gevallen waarin ook de eerste startkonditie aktiverend werkt, funktioneert de ontvangst van de volgende startkonditie als terugstelsignaal. Dit is dus het geval voor -voortdurend waakzame stations die geen interne klok bezitten en dus alleen de slaaf funktie kunnen vervullen. De beschreven kanfiguratie van zeven databits 25 "O" en twee databits "1" kan ook anders gekozen worden, bijvoorbeeld 15x"0" en 2x"1" of 3x"0" en 2x"1". Vanaf de vorming van de startkonditie in blok 66 is de bus in de toestand "bezet": daardoor kunnen geen nieuwe meester-stations zich meer als zodanig manifesteren. De bus komt in de toestand "vrij" na het vormen van de stopkonditie volgens blok 62 in 30 Fig. 3, bijvoorbeeld als daarna een tijdovereenkcmend met een klokpulsperiode van het betreffende station is verlopen.

Fig. 5 geeft een tijdsdiagram van een onderlinge synchronisatie tussen meerdere meesterstations. Deze situatie treedt op als volgens blok 62 in Fig. 3 de bus is vrijgegeven. In principe kan dan elk van een 35 eigen klokmechanisne voorzien station zich daar-opvolgend als "meester" manifesteren. Als het tijdsverloop tussen deze manifestaties voldoende groot is, zal het tweede en verderdere station folgens Fig. 4 detekteren 80 05 9 76 ΡΗΝ 9873 9 2 "Τ’ dat de bus bezet is. Als het tijdsverloop voldoende klein is, moet beslist worden, aan welk van de stations de bus wordt toegewezen. Fig. 5 nu geeft het daarbij funktionerend sy nchronisatiemechanisme. Dit treedt in werking van af het detekteren van de eerste klokpulsflank bij blok 5 56 in Fig. 4, de eigenlijke arbitrageprocedure kan echter pas beginnen 'cnflat blok 68 voorbij is. Er is verondersteld dat twee stations deelnemen aan de synchronisatieprocedure. Het eerste station vormt op de klokdraad het signaal van lijn 70. Het tweede station vormt het signaal van lijn 72. Het daardoor op de klokdraad geaggregeerd signaal is op lijn 74 10 aangegeven. Er is voorts geen rekening gehouden met de looptijden van de signalen langs de klokdraad. Er is verondersteld dat het eerste station een hogere eigen klokfrekwantie heeft dan het tweede. Beide stations bezitten nu een tijdsduurgenerator, bijvoorbeeld een teller met een bepaalde telkapaciteit. In eerste instantie bestuurt het overdrachts-15 uitgangssignaal van deze teller een overgang in het uitgangssignaal van het betreffende station. Bij 76 geeft het eerste station een signaal-overgang van hoog naar laag. Dit veroorzaakt bij 78 ook een signaal-overgang van hoog naar laag op de klokdraad. Een daarop volgende overgang van hoog naar laag door het tweede station (door de onderbroken 20 lijn bij· 80 aangegeven) heeft dan geen naar buiten detekteerbare invloed. Daarom bevat het tweede station een detektor die de overgang bij 78 detekteert en die daarop dirékt de overgang volgens 82 bestuurt waarbij de tijdsduurgenerator in de beginstand wordt gesteld. In de figuur is^ arbitrair, hierbij een kleine vertraging aangegeven. Bij 83 genereert 25 het eerste station een .overgang van laag naar hoog, maar hiervan is op de klokdraad niets te merken: daarom blijft de tijdsduurgenerator van het eerste station geblokkeerd voor verder tellen. Bij 84 genereert ook het tweede station een signaalovergang van laag naar hoog. Dit is het laatste van de deelnemende stations en daarom wordt bij 86 ook het 30 geaggregeerde signaal op de klokdraad hoog en onder besturing daarvan worden bij 88 de tijdsduurgenerators in beide stations gestart voor het aftellen van de eerstvolgende halve klokpulsperiode. Ook hier is, arbitrair, een kleine vertraging aangegeven. Van het samengestelde klok-pulssignaal volgens regel 74 worden daardoor de lengten der "hoge" 35 gedeelten bepaald door het snelste station (dat de kortste tijdsduur genereert). De lengten der lage gedeelten worden bepaald door het langzaamste station (dat de langste tijdsduur genereert). Als de kloksig— 80 05 9 76 PHN 9873 10 nalen niet symmetrisch zijn (het station geeft hoge en lage signalen van in ongestoorde toestand ongelijke lengten) is niet de frekwentie van de interne klok van station maatgevend. Voorts kunnen ook bij het inlopen van de synchronisatie de rollen wel eens omgedraaid zijn als de 5 overgang bij 82 eerder komt dan die bij 76). Het starten, respektievelijk blokkeren van de tijdsduurgeneratoren door de signaaltoestanden op de v klokdraad vindt daarbij steeds op dezelfde manier plaats.

In bepaalde gevallen kan in het tweede statical de overgang bij 84 extra lang opgehouden worden. Dan zullen alle in de betreffende 10 synchronisatieoperatie relevante tijdsduurgeneratoren in de geblokkeerde toestand kanen. Intussen is het in het tweede station dan mogelijk on bepaalde akties te ondernemen, bijvoorbeeld het na de seriële ontvangst van een 8-bits data-byte deze in parallel opslaan in een lokaal geheugen. Zo levert de aanwezigheid van een (zeer) langzaam station tussen één 15 of meer snellere stations geen probleem op bij de signaalovergangen van de eerste logische waarde naar de tweede logische waarde op de klokdraad.

Fig. 6 geeft een tijdsdiagram van een arbitrageprocedure tussen meerdere stations die daarbij als "meester-zender" fungeren. Bij Fig 3 is een eenvoudige start-procedure beschreven, bij fig. 4 een meer 20 gekampliceerde startprocedure, te gebruiken bij stations die een relatief lange dove tijd kunnen hebben. Voorts is vermeld dat meerdere stations zich tesamen als meester kunnen manifesteren, alsmede de metode voor het aktiveren van de "niet-meester"-statians. Bij fig. 5 is het besproken hoe meerdere zich tesamen manifesterende "meester"-stations 25 onderling op het niveau van het klokpulsperiode worden gesynchroniseerd. Als meerdere meesterstations zich tesamen manifesiQren moet vóór de meester-slaaf-komnunikatie eerst één enkel meesterstation worden gese-lekteerd. Dit gebeurt door de arbitrageprocedure, welke begint direkt nadat de startoperatie volgens fig.. 3, respektievelijk fig. 4, heeft 30 plaatsgevonden. Elk station bezit bij het zich manifesteren een adresgetal: dit is een getal van 7 bits. Alle adresgetallen zijn onderling verschillend. Het is niet nodig dat elk station beperkt wordt tot slechts êên enkel mogelijk adresgetal. Regel 200 geeft het signaal op de klokdraad. Regel 202 geeft het signaal dat door een eerste station 35 op de datadraad (SDA) wordt gegenereerd. Regel 204 geeft het signaal dat door een tweede station op de datadraad wordt gegenereerd. Regel 206 geeft het uiteindelijk op de datadraad gevormde signaal. Er wordt veron- 80 059 76 ( PHN 9873 11 dersteld dat alle stations precies gelijk lopen; de synchronisatie volgers Fig. 5 is dus niet aangegeven. Na het vormen van de startkonditie is de datadraad (208) laag. Als de klokdraad laag wordt (216) mogen de datasignalen veranderen. De eerste bits van beide adresgetallen zijn "1"/ 5 zodat beide stations een signaalovergang geven (218, 220) en gedurende de volgende klokpuls (222) de datadraad een hoog signaal voert (210). De tweede bits van beide adresgetallen zijn "O", zodat vervolgens beide stations weer een signaalovergang geven (224, 226) en gedurende de volgende klokpuls (228) de datadraad een laag signaal voert (212) in over-10 eenstemming met beide adresgetallen. Van de derde adresbits is alleen die van het eerste station een "1" zodat alleen bij 230 een signaal overgang optreedt, die echter in het signaal 206 gemaskeerd is. Bij de daaropvolgende klokpuls weet (214) het eerste station dat het de arbitrage verloren heeft; de desbetreffende informatie wordt qpgeslagen, 15 en het station blokkeert het aan de datadraad verder toevoeren van het adresgetal. Het andere station is in dit geval de winnaar, maar detekteert dit pas als het hele adresgetal achtereenvolgens aan de datadraad is toegezonden. Het winnende station kan daarop een kcmmunikatie operatie met één of meer slaaf-stations entameren. Deze worden eerst geselekteerd 20 dan volgt het eigenlijke informatietransport vervolgens worden de slaafstation(s) vrijgegeven en genereert het meester-station de eerder beschreven stopkontie. Niet-zendende stations (dus b.v. in Fig. 6 het eerste station vanaf lijn 214) produceren steeds "1” signalen op klokdraad en datadraad, behalve als ze fungeren als meester-ontvanger zoals 25 eerder vermeld.

UITVOERINGSVOOFBEELD VAN EEN STATION

Fig. 7 geeft op registemiveau een blokdiagram van een station, voor zover dit betrekking heeft op het funktioneren van de tweedraads-fcus-lijn. Het geheel leent zich voor inbouw in een microcomputer. De ove-33 rige onderdelen van de microcomputer zijn hier eenvoudshalve weggelaten.

In een eenvoudiger gebouwd station kunnen verscheidene onderdelen ach-tereenwege blijven. Cp ingang 100 is de interne klok van de microcomputer aan te sluiten. Het register 102 bevat het statuswoord. Het register 104 bevat het frékwentiebesturingswoord. Deze registers zijn aangesloten op 35 de interne, 8-bits brede, databus 106 van de microcomputer. Register 102 heeft 4 bits (de meest linkse) die zowel geschreven als gelezen kunnen warden, vanuit, respektievelijk naar de bus 106. De vier. bits 80 059 76 PHN 9873 12 | rechtsboven kunnen alleen geschreven werden vanuit de bus, de vier bits rechts ander kunnen alleen gelezen werden naar de bus 106. De bits in het dik omlijnde gedeelte kunnen daarenboven nog werden ingeschreven door extra, nader te bespreken signalen. Register 102 kan een schrijf-5 besturingssignaal WRS1 en een leesbesturingssignaal RDS1 ontvangen die elders in de microcomputer warden gevormd. Register 104 wordt ingeschreven onder besturing van het schrij fbesturingssignaal WRS2, dat ook elders in de microccnputer wordt gevormd. Element 108 is een programmeerbare teller die de frekwentie op ingang 100 kan delen door 5, 6, 7 of 10 8. De selektie tussen deze vier mogelijkheden vindt plaats door twee bits uit het register 104 . Element 110 is een 8-bits teller die het uitgangssignaal van teller 108 ontvangt. Element 112 is een multiplexer die de standen van de 8 bits van teller 110 ontvangt. De selektie tussen deze 8 bits wordt bestuurd door drie bits uit register 104. Cp 15 lijn 114 verschijnt dan het kloksignaal dat wordt toegevoerd aan het klokbesturingselement 116. Het klokbesturingselement laat het kloksignaal van lijn 114 door naar lijn 118 als een logische funktie is vervuld, dis namelijk als het betreffende station/meester-st^ion werkt, en als bovendien de toestemmingsbit voor seriële informatieoverdracht (zie later) 2o de waarde "1" heeft. Als de logische funktie niet vervuld is genereert het klokbesturingselement 116 voortdurend een logische "1" voor de klokdraad 118. De klokdraad 118 is verbonden met het klokfilter 120.

Dit bevat een dataflipflop die als schrij fbesturingssignaal het signaal van klem 100 ontvangt. Zo wordt het ontvangen kloksignaal voldoende 25 ontstoord. Het ontstoorde kloksignaal wordt via lijn 122 weer naar het klokbesturingselement 116 gevoerd cm de synchronisatie volgens Fig. 5 te implementeren. Daartoe wordt een verdere logische funktie gevormd: als het inkomend kloksignaal hoog is ên het betreffende statical werkt als meester-station verschijnt op lijn 124 een toestemmingssignaal: 30 alleen onder die voorwaarde mogen de in kaskade geschakelde tellers 108, 110 doortellen om het in Fig. 5 vanaf indikatie 88 aangegeven signaal op de klokdraad te produceren. Als aan deze voorwaarde niet is voldaan stokken deze tellers vanaf het ogenblik dat op de klokdraad een hoog signaal wordt geproduceerd. Als op de klokdraad een signaal-overgang van 35 hoog naar laag wordt geproduceerd verschijnt op lijn 125 een terugstel-signaal voor de tellers 108, 110, waardoor (via lijn 114) direkt een laag signaal op de klokdraad wordt gegenereerd en de tellers de signalen op lijn 100 tellen. Zo wordt de lengte van het hoog signaal op de klok- 80 05 9 7 6 FHN 9873 13 draad bepaald door het langzaamste station, de lengte van het laag signaal door het snelste station. De verwerking van het signaal op lijn 123 wordt later besproken. De drie verdere besturingsbits in register 104 zijn voor verdere funkties disponibel.

5 Voorts bevat het klokbesturingselement nog een vertraagelement voor de op lijn 122 ontvangen kloksignalen. Dit is opgebouwd uit twee in serie geschakelde dataflipflops die beide met het interne kloksignaal dat ook pp klem 100 wordt ontvangen worden geladen. Het uitgangssignaal de "vertraagde klok" wordt toegevoerd aan een logische poort, die alleen 10 doorlaatbaar is, als het betreffende sation ófwel fungeert als meester-station, ofwel deelnemen moet aan de adresvergelijking ofwel is geselék-teerd (zie later). In dat geval wordt uit de "vertraagde klok" afgeleid het "versohcven kloksignaal". Als aan geen van de drie voorwaarden is voldaan geeft laatstgenoemde poort voortdurend een logische "1" aan 15 zijn uitgang. De desbetreffende leiding naar verdere onderdelen is niet aangegeven. Deze "vertraagde klok" en "verschoven klok" worden dus gesynchroniseerd door het op de klokdraad ontvangen signaal en gebruikt voor het synchroniseren van het toevoeren van de data-signalen aan de data-draad en verdere bewerking van de data. Als de bitposities in het 20 register 102 de waarde "1" bezitten, indiceren ze, respektievelijk besturen ze de volgende funkties: MST: Het onderhavige station is respektievelijk wenst als meesterstation van de buslijn op te treden. Een "O" indiceert de slaaffunktie. Vóór het realiseren van een kaununikatieoperatie kan deze bit door de cen-25 trale besturing van de mikroccmputer worden ingesteld. Het uiteindelijke funktioneren als meesterstation wordt mede bepaald door de inhoud van de bitposities AL, AAS, en ADj3. De informatie van deze bitpositie wordt met name toegevoerd aan het klokbesturingselement 116 om er de eerder besproken logische funkties mee te vormen.

30 TRX: Het onderhavige station is/wenst op te treden als informatiebron (zender). Een "O" indiceert de ontvanger funktie. Dit betreft de "eigenlijke" komnunikatie-operatie, dus niet de arbitrage, waarbij elk deelnemend station fungeert als "ireester-zender".

BB: De buslijn is bezet ("O" betekent "vrij") 35 PIN: Er is geen onderbreek (interrupt) signaal te verwachten: de eerste byte in de later te bespreken vergelijking (element 156) levert een "gelijk"-signaal pp. Anderzijds kan elke volgende byte bij de vergelijking nog aanleiding zijn tot het vormen van een afwacht konditie voor 80 059 76 EHN 9873 14 f een onderbreeksignaal. Uiteraard is deze bitpositie alleen relevant voor stations die inherent de mogelijkheid bezitten cm op een onderbreeksignaal te reageren.

ESP: Dit is een toestemmingsbit voor de seriële in/uit kcirirunikatie-5 operaties. Deze wordt uitsluitend bij de initialisatie van het station gebruikt en dan in de "1 "-stand gesteld. De verdere elementen van deze initialisatieprocedure zijn hier niet beschreven.

BC2, BC1, BC0: De drie bits vormen een teller stand die gevuld wordt vanuit de bus 106 en verder de opgaande flanken van de bij het klokbe-10 sturingselement 116 besproken "verschoven klokpulsen". Zo worden de ontvangen databits geteld cm het later te bespreken vergelijkingselement 156 ter juister tijd te aktiveren; namelijk als alle te vergelijken adresbits qp de juiste plaats zijn aangekomen geeft deze teller het signaal "C7" af. Ditzelfde signaal indiceert bij de konrcunikatie operatie 15 dat een gehele informatiebyte is getransporteerd: dan moet een parallel-opratie met betrekking tot register 126 plaatsvinden. Het terugstellen van deze teller gebeurt onder besturing van de bij Fig. 3, respektievelijk Fig. 4 gemelde startkonditie. De dekodeur voor de stand "C7" is niet aangegeven.

20 AL: Het betreffende station heeft als meester-staticn de testfase van de arbitrage (zie Fig. 6, bij indikatie 214) verloren en kan de voorgenomen kcmmunikatie-operatie niet uitvoeren.

AAS: Het onderhavige station wordt als slaafstation door een ander meester-station geadresseerd.

25 ADj3: Het onderhavige station wordt in een algemene mode (general broadcast) als slaaf geadresseerd.

LRB: Deze bit, de laatst ontvangen bit van een databyte geeft het lezen dan wel schrijven aan; Voorts bevat Fig. 7 een aantal aanpassings— elementen voor de datadraad. Er is in de eerste plaats een schuifregis-30 ter 126 dat serieel met het databesturingselement 134 in een lus is rondgekoppeld en parallel en bidirektioneel is verbonden met de interne buslijn 106. Als schuifpulsen werkende door het klokbesturingselement geleverde, eerder besproken " verschoven klokpulsen". Het parallels-gewijs vullen van register 126 gebeurt onder besturing van het sig-35 naai WRSJ3, het parallelsgewijs uitlezen onder besturing van het signaal RDSJ3 welke signalen geleverd worden door de centrale besturing van de microcomputer. Het databesturingselement 134 ontvangt verder het signaal ESO van register 102. Dit bestuurt de met de datadraad 80 05 9 76 PHN 9873 15 gekoppelde uitgangstrap (lijnversterker) van het databesturingselanent 134. Als ESO nul is, genereert: het betreffende station voortdurend een hoog signaal voor de datadraad. Het dat af il ter 134 kant in bouw en werking overeen met het klokfilter 120. Verder bevat het databestu-5 ringselement 134 een amschakelinrichting met twee standen. In de ene stand worden de signalen van lijn 130 doorgékqppeld naar lijn 138 via een doorkoppel-element en is het station werkzaam als datazender: daartoe moet het signaal MST de waarde "1" bezitten en bovendien de stopkonditie STP (zie fig. 3 en ook hierna) niet gedetékteerd zijn.

10 Steeds worden (dus ook in de andere stand van de genoemde amschakelinrichting) de van element 136 afkomstige informaties toegevoerd aan schuif-register 126 via lijn 132. Dit ontvangt als schuifpulsen de eerder beschreven "verschoven klokpulsen". De bit TRX bestuurt de richting van de "eigenlijke" dataoverdracht, dus exclusief de arbitrage.

1® Het element 142 fungeert als detektor voor de "bezet"-toestand van de bus-draad. Het ontvangt hiertoe de uitgangssignalen van de elementen 134 en 116 en detecteert zodoende de kondities in blok 60, respektievelijk 62 in fig. 3. Deze detektor kan twee dataflipflops bevatten die respektievelijk onder besturing van een dalende dataflank en een stijgende data-20 flank het kloksignaal opslaan (respektievelijk dus de startkonditie en de stopkonditie, mits het kloksignaal dan hoog is). De uitgangs-pulsen van deze dataflipflops werken als heen/terugstelsignaal voor de bit BB. De twee dataflipflops stellen daarbij steeds elkaar terug.

Als de bit BB de waarde "1" heeft detékteert de microcomputer dat voor-25 lopig gewacht moet worden voordat een begin gemaakt mag worden met een poging om meester-station van de bus te worden. Als het betreffende station zich alsdan echter reeds als meester station had gemanifesteerd, gaat de operatie ongehinderd verder (tenzij daarna de arbitrage wordt verloren).

30 Element 144 bevat de logika om de arbitrage te effektueren.

Deze bevat een logische poort die de waarde "1" af geeft als het signaal op lijn 130 een "1" is, op lijn 132 echter "O", als de startkonditie is gedetekteerd (dus in element 142) en de bit MST de waarde "1" heeft.

Een en ander wordt gesynchroniseerd door het kloksignaal op lijn 122.

35 Als de betreffende poort inderdaad een "1" af geeft bestuurt deze het terugstellen van de bits MST en TRX (zo nodig) en stelt de bit AL op "1". Door de synchronisatie met de klok treedt de vertraging tot lijn 214 in 80 059 76 PHN 9873 16

5 V

Fig. 6 op. Voorts bevat de schakeling nog een adresregister 128. Dit wordt geladen met een adres vanuit de buslijn 106 onder hpstnring van een "1” signaal van EN-poort 140. Het laden vindt alleen plaats bij de initialisatie aider besturing van het signaal WRSjZ) dat ook als laad-5 besturingssignaal voor register 126 werkt en voorts het signaal ESON, de inverse waarde van de bit ESO uit register 102 (na de initialisatie neeft ESO de waarde 1). Het register 128 dient voor het opslaan van het adres van het onderhavige station (7 bits) . De minst signifikante bit ALS werkt (als hij de waarde "1" heeft) cm de adresvergelijking 10 in comparator 156 uit te schakelen, zodat het betreffende station ongevoelig wordt voor interrupt-signalen.

Element 156 is een 7-bits adrescomparator tussen het adresgetal in register 128 en het ontvangen adres in register 126 . Deze vergelijking wordt geaktiveerd, bij elke komrtunikatie-operatie slechts een-15 malig, namelijk alleen voor de eerste, na de arbitrage ontvangen byte, en wel gesynchroniseerd door het telsignaal C7 van de 3-bits teller BC2, BC1, BC0. Als gelijkheid aanwezig is wordt element 150 (bit AAS) in de "1" stand gesteld. Als de "algemene mode" geldt wordt ook element 152 (bit AD0) in de "1" stand gesteld; dit gebeurt onder besturing van 20 een specifiek voor alle stations gemeenschappelijk werkend adres bijvoorbeeld het adres "1111111". Element 146 bevat onderbreekbesturingslogika. Als de bit ESO de waarde "1" heeft en bit ALS is "O", dan geeft dit onder besturing van een gelijkheidssignaal van de comparator een ander-breekverzoeksignaal.

25 Een kommunikatie-operatie verloopt nu dus als volgt: een station dat de kommunikatie-operatie wil entameren, stelt eerst de bits MST, TRX en BB op "1". Onder besturing daarvan genereert het databesturingselement op de datadraad direkt de startkonditie. Alle stations die deze startkode detekteren zetten de bit BB op "1" en kunnen 30 dan geen meester meer worden. Het meester-statian genereert nu een 8 bits-databyte volgens de procedure van fig. 4. Deze wordt via de bus 106 en register 126 aan de datadraad 138 toegevoerd. De negende bit wordt bestuurd door één van de drie in register 104 nog niet gespecificeerde bits die ook via de databus 106 gevuld kan worden. Na de tweede 35 startkode begint de arbitrage volgens de procedure van fig 6. Als de arbitrage beslist is, is het betreffende, winnende station "meester-zender", en alle andere stations staan in de stand "slaaf". De startkode, 80 059 76 4.

FHN 9873 17 zet als eerder gemeld, in het station een flipflop. Als deze gezet is, en het betreffende station heeft MST=0 wordt de adresvergelijking vrijgegeven: dan wordt de "verschoven klok" weer gevormd: zo blijft de bit-teller (BQ3-BC2) op de goede manier doortellen. Het signaal C7 akti-5 veert de adresvergelijking. Het geadresseerde station zet dan de bit AAS (en is geselekteerd); in alle slaaf-stations kan de vergelijking blijven plaatsvinden. Vervolgens kan de kommunikatie tussen meesterstation en slaaf-station(s) plaatsvinden; de bit TEX geeft telkens de transport-richting van de eerstvolgende databyte aan.. Tenslotte vormt het 10 meester-station de stopkode doordat in zijn databesturingselement het signaal volgens Fig. 3 wordt gegenereerd. Daardoor worden de bits PIN en BB teruggesteld en bovendien ook de bits ASS en AD0 in de slaaf-station(s). Dan kan een nieuwe meester zich manifesteren.

15 20 25 30 35 80 05 9 7 6

Claims (3)

1. Rekenmachinesysteem, bevattende een eerste aantal stations (32, 34) die onderling verbonden zijn door een tweedraadslijn, bevattende een klokdraad (20) en een datadraad (22) om daarover een reeks databits 5 en per databit telkens een synchroniserend kloksignaal parallel daarmede over te voeren tussen tenminste één zendend station en tenminste één ontvangend station, met het kenmerk, dat genoemde klokdraad een klokbus-draad is en genoemde datadraad een databusdraad, die beide voorzien zijn van middelen (28, 30) om een bedrade logische funktie te vormen tussen 10 de door de respektievelijke stations uitgezonden spanningsniveaus van een eerste, respektievelijk een twaede logische waarde, zodat het spanningsniveau op beide draden door elk aangesloten station naar de eerste logische waarde getrokken kan worden, dat genoemde zendende/ontvangende stations verdeeld zijn in meester-statians en slaaf-staticns, dat elk 15 meester-station voorzien is van eerste middelen cm op de klokdraad per bitcel telkens een klokpuls net de tweede logische waarde te genereren, dat genoemde tenminste ene zendend station voorzien is van tweede middelen cm op de datadraad per bitcel telkens een databit bereid te stellen gedurende een tijd, die de duur van de bijbehroende klokpuls op de klok-20 pulsdraad, inbegrepen de flanken daarvan, omsluit; dat voorts elk meester-station voorzien is van: a) derde middelen cm een eerste stopsignaal te vormen door tijdens een qp de klokdraad vigerend signaal van de tweede logische waarde op de datadraad een signaalovergang van genoemde eerste naar genoemde 25 tweede logische waarde te vormen; b) vierde middelen cm een eerste startsignaal te vonten door tijdens een op de klokdraad vigerend signaal van de tweede logische waarde op de datadraad een signaalovergang van genoemde tweede naar genoemde eerste logische waarde te vannen; 30 dat alle aangesloten niet-meesterstations zijn voorzien van vijfde middelen cm op de klokdraad voortdurend genoemde tweede logische waarde te presenteren en alle aangesloten inet-zendende stations voorzien zijn van zesde middelen on op de datadraad voortdurend genoemde tweede logische waarde te presenteren.

2. Rekenmachinesysteem volgens conclusie 1, met het kenmerk dat in het geval van tenminste twee tesamen zendende stations dit alle tevens meesterstations zijn, en dat in elk meesterstation een tijdsduurgenera- 80 05 9 7 6 PHN 9873 19 tor (108, 110) aanwezig is met een ingang om een qp de klokdraad gegenereerd tweede start-signaal (78, 86) te ontvangen en na het verlopen van de daardoor gestarte tijdsduur een "vol"-signaal (114) af te geven, dat genoemde eerste middelen geschikt zijn can onder besturing van ge-5 noemd "νοΓ'-signaal een veranderd signaal (76, 83, 84) voor de klokdraad te vormen, en dat voorts een detektor aanwezig is (116) cm een signaal-overgang op de klokdraad te detekteren als uitsluitende representatie van genoemd tweede startsignaal.

3. Rekenmachinesysteem volgens conclusie 1, net het kenmerk, dat 10 in een meesterstation genoemde tweede en vierde middelen geschikt zijn cm een data-overdrachts-operatie te starten door achtereenvolgens te vannen: genoemd eerste startsignaal; een eerste reeks van tenminste twee databits met genoemde eerste logische 15 waarde; een tweede reeks van tenminste één databit net genoemde tweede logische waarde; een in vorm met het eerste startsignaal overeenkomend derde startsignaal; en dat alle verbonden stations voorzien zijn van een afvraaginrichting 20 waarvan de dove tijd korter is dan overeenkomt met de lengte van genoemde eerste reeks. 25 30 35 80 05 9 7 6