NO964777L - Fremgangsmåte for overföring av binære, asynkrone data, spesielt via en synkron kanal - Google Patents

Description

FREMGANGSMÅTE FOR OVERFØRING AV BINÆRE, ASYNKRONE DATA,

SPESIELT VIA EN SYNKRON KANAL

Oppfinnelsens område

Den foreliggende oppfinnelse vedrører området for data-overføringsteknikk. Den gjelder en fremgangsmåte for overføring av binære, asynkrone data, med en dataordbredde på N biter, fra en sender via en synkron kanal til en mottaker, ifølge den innledende del av patentkrav 1.

Kjent teknikk

En slik fremgangsmåte blir f.eks. beskrevet i boken "Data Communications, ComputerNetworks and Open System" av Fred Halsall, Addison-Wesley Publishing Company, 1992, på sidene 73-142. Ved overføringen av avsynkrone data fra en sender til en mottaker via en synkron kanal, må dataene synkroniseres med takten i den selvstendig arbeidende kanal, f.eks. et PCM nett. En første mulighet består i å avføle de asynkrone data med en fast frekvens og på denne måte overføre synkront de oppnådde verdier. Denne metode har imidlertid den ulempe at den isokrone forvrengning blir større med stigende baudhastighet. En andre mulighet består i å bearbeide de asynkrone data med en UART ("Uni-versal Asynchronous Receiver/Transmitter") og å distribu-ere de bearbeidede data f.eks. på en synkron 64 kbit/s kanal. For lave baudhastigheter er ikke dette noe prob-lem, fordi dataene uten større kodingsutgifter kan dis-tribueres på en kanal ved høyere bithastighet. Det er imidlertid ikke mulig å overføre de asynkrone data med en baudhastighet som har samme eller til og med høyere bithastighet enn den synkrone kanal.

Omtale av oppfinnelsen

Den foreliggende oppfinnelse har til oppgave å fremskaffe en fremgangsmåte for overføring av binære, asynkrone data, med en dataordbredde på N biter omfattende eventuelle paritetsbiter, fra en sender til en mottaker via en synkron kanal, ved hjelp av hvilken de asynkrone data kan overføres med en bithastighet på fra X kilobaud med en minimal forsinkelse på en synkron kanal med en kapasitet fra X kbit/s.

Denne oppgave løses ved den innledningsvis angitte art ved hjelp av kjennetegnene som angitt i patentkrav 1.

Asynkrone data omfatter et antall databiter (dvs. et dataord) som fortrinnsvis er omgitt av en start- og en stoppbit. Oppfinnelsens kjerne er at dataordene blir ekstrahert fra de asynkrone data. Derpå blir dataordene kodet, idet de blir oppdelt i overførende rammeord i en ramme. En bit av rammen tjener til å skille ramme- og styreord. Fordi det pr. rammeord - avhengig av antall databiter - kan formidles intet fullstendig, et fullstendig eller flere dataord, blir det dessuten frembrakt og syklisk sendt med en senderteller, hvis verdi tilsvarer antall sendte rammeord. I mottakeren blir det ved dekodingen av dataordene opprettholdt en mottakerteller, hvis verdi alltid er synkronisert med verdien i den overførte senderteller. Sender-/mottakertellerne tjener dermed til avstemmingen av mottakeren i forhold til senderen, slik at dataordene kan dekodes feilfritt.

En fordel med oppfinnelsen er spesielt at kanalens over-føringskapasitet kan bli nesten fullstendig utnyttet, og bare forårsake en minimal overføringsforskyvning av dataene .

Kort omtale av tegningsfigurene

I det følgende vil oppfinnelsen bli nærmere omtalt ved hjelp av utførelseseksempler i forbindelse med tegning-

ene, hvor

figur 1 viser en anordning med flere datamskiner som er forbundet via en synkron kanal, idet fremgangsmåten iføl-ge oppfinnelsen for overføring av asynkrone data mellom datamaskinene, er spesielt egnet for denne anordning,

figur 2 viser et eksempel på koding av 8 biter lange dataord i henhold til fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, med paritetsbit (N=9),

figur 3 viser et eksempel på koding av 8 biter lange dataord i henhold til fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, uten paritetsbit (N=8),

figur 4 viser et tilstandsdiagram for sendeforløpet ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelse,

figur 5 viser et tilstandsdiagram for mottaksforløpet ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelse,

figurene 6-10 viser ytterligere eksempler på rammer med N=6, 5, 4, 3, 2,

figur 11 viser en fremstilling av et asynkront dataord.

De på tegningen anvendte henvisningstall og betydningen av disse, er opplistet i henvisningstallslisten. På figurene er like deler prisipielt angitt med like henvisningstall .

Utførelsesformer for oppfinnelsen

Figur 1 viser en anordning med flere datamaskiner som er forbundet med hverandre via en kanal 3. Dersom data skal formidles fra én datamaskin til en annen, virker den ene datamaskin som en sender 1 og den andre som en mottaker

2. Ved kanalen 3 kan det f.eks. dreie seg om et PCM-nett. Kanalen arbeider da for seg selv og uavhengig av senderen eller mottakeren i en egen takt. Det er tale om en synkron kanal. De data som skal overføres, opptrer uavhengig av kanalens arbeidstakt. Asynkrone data omfatter et dataord med en dataordlengde på N biter innbefattende eventuelle paritetsbiter. Dataordet er omgitt av start- og

stoppbiter (se figur 11). Vanligvis blir det brukt én startbit og 1, 1,5 eller 2 stoppbiter. Disse data må synkroniseres med kanalens takt. Bokstavlig talt må det fremskaffes en fremgangsmåte, ved hjelp av hvilken dataene kan hentes periodisk fra kanalen.

Ifølge kjent teknikk er det ikke mulig å overføre asynkrone data fra én datamaskin til en annen med en baudhastighet på fra inntil eller med mer enn bitraten for den overføringsmediumstjenende sykrone kanal. Ved overføring-en av start- og stoppbiter tapes overføringsbåndbredde. Problematikken finnes ikke bare ved det nevnte eksempel, med en datamaskin som er forbundet over et PCM-nett, men helt generelt ved ethvert overføringssystem for asynkrone data med en sender, en mottaker og en synkron kanal.

I henhold til fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen blir en overføringshastighet fra opptil eller til og med mer enn X baud ved en båndbredde for den synkrone kanal på X bit/s, oppnådd ved at dataordene med en dataordbredde på N biter ekstraheres fra de asynkrone data, og ved koding oppdeles på en ramme med en rammebredde på M biter. For ekstrahering av dataordene blir start- og stoppbitene av de asynkrone data undertrykket. Ved kodingen oppstår det såkalte rammeord. En bit av rammen, fortrinnsvis MSBen, tjener som atskillelse av rammeordene og styreordene. De således dannede rammeord blir da overført i takt med den synkrone kanal. Det blir altså alltid overført et ramme-eller styreord pr. taktperiode i kanalen.

Figur 3 viser et eksempel med 8 biter brede dataord (D0...D7, N=8). Disse oppdeles på eh ramme med 8 biter (M=8). Figur 2 viser det tilsvarende tilfelle med en ytterligere paritetsbit P (N=8). Fordi rammebredden er mindre enn (N=9, M=8), lik (N=M=8) eller større enn (N=7,6,5,..., M=8) dataordbredden innbefattet eventuelle paritetsbiter, må databitene av et dataord enten oppdeles på flere rammeord (N=8,9), eller databitene av et rammeord fylles opp.med bitene fra flere dataord (N<=6). Oppdelingen av databitene forskyver seg dermed fra rammeord til rammeord. Et unntak er det tilfelle hvor N=7, hvorved et dataord passer akkurat på et rammeord.

På grunn av denne foranderlige oppdeling av databitene på rammebitene, blir det fremskaffet en senderteller, hvis verdi blir syklisk overført samtidig ved synkronisering av mottakerne i forhold til senderne. Sendertellerens verdi tilsvarer derved antall overførte rammeord. I mottakeren opprettholdes en mottakerteller, hvis verdi hele tiden blir synkronisert med verdien for det samtidig overførte senderteller. På grunn av mottakertellerens tilstand kan det i mottakeren foretas en feilfri tilord-ning av mottatte biter i forhold til et dataords biter. På denne måte er det mulig å ekstrahere de opprinnelige databiter fra rammeordene. For viderebearbeidelse kan dataordene eksempelvis igjen forsynes med start- og stoppbiter.

Anta at dataordene har en bredde på 8 biter. Rammebredden er like lang. Dersom det ikke fremskaffes noen paritetsbit, gjentas oppdelingen av databitene på rammeordene etter 8 sykluser. Rammen har også en lengde på 8. Dersom det finnes en ytterligere paritetsbit, forstørres den totale dataordbredde til 9. Sendertelleren skal nå hele tiden inkrementeres modulo med rammelengden, hvorved rammelengden tilsvarer antall databiter samt eventuelle paritetsbiter.

Dataordene opptrer som tidligere nevnt asynkront med takten for den synkrone kanal og på uregelmessig avstand. Således kan det tilfelle opptre at det ikke gjenstår flere dataord for overføring, men at overføringen av et dataord ikke kan avsluttes på grunn av oppdelingen av rammeordene. For å kunne oppfatte denne situasjon i mottakeren, blir det generert to styreord. Det første (ST1) av disse blir overført, i tilfelle overføringen av dataordene er fullstendig avsluttet og det ikke gjenstår flere data. Mottakeren erklærer deretter de sist mottatte biter av det antatt nylig mottatte dataord, for ugyldig. Det andre styreord (ST2) overføres, i tilfelle det ikke finnes ytterligere dataord i senderen, men at det siste dataord ikke ble fullstendig overført. Det tjener altså til å signalisere til mottakeren, at ytterligere data følger. Følgelig venter mottakeren en ytterligere taktperiode for eventuelt å fange opp gjenværende databiter.

Nevnte styreord egner seg svært godt til overføringen av sendertellerne. Styreordene for en rammebredde på 8 biter kan følgelig være oppbygget f.eks. som følger: MSBen tjener til å skjelne styreordene og rammeordene og er ved hjelp av styreordene innstilt på f.eks. "1". De fire første biter av LSB som kan ses her, dvs. bitene 0..3, settes til verdien for sendertelleren. Den fjerde bit er en paritetsbit. Den femte bit tjener til å skjelne det førte styreord fra det andre, og er ved det første satt til "0" og ved det andre til "1". Den sjette bit er fast innstilt på "0". Dette har den fordel at en avbrytelse av kanalen ikke tolkes som et styreord. Ved en PCM-kanal signaliseres en avbrytelse utelukkende med "1"

("AIS"= "Alarm Indication Signal").

I det følgende blir det henvist til figurene 4 og 5, som angir tilstandsdiagrammer for henholdsvis sende- og mot-taksprotokoll. Begge forløp synkroniseres med den synkro ne kanals takt, dvs. for hver taktperiode testes betingelsene, for eventuelt å endre en tilstand. Utførelsene baserer seg på det realiserte og vellykket utprøvde ut-førelseseksempel med 8 databiter + 1 paritetsbit (=1 dataord) og en rammebredde på 8 biter.

Figur 4 viser tilstandsdiagrammet for sendeprotokollen: fire forskjellige tilstander er betegnet med S0-S3. Be-tingelsen for overgangen fra én tilstand til den andre er opptegnet langs pilene.."1" betyr "er oppfylt", "0" betyr "er (ennå) ikke oppfylt" og "X" betyr "spiller ingen

rolle". I forklaringen til høyre under figuren er betingelsene angitt: Det første sted eller "A" betyr: det gjenstår data for overføring. Det andre sted eller "B" betyr: dataene er fullstendig overført.

Tilstand 0 (SO): I denne tilstand blir det første styreord ST1 sendt med den aktuelle sender-tellerstand. Dersom det ikke opptrer slike data for overføring, forblir senderen i denne tilstand. Dersom det opptrer data for overføring, endres tilstanden til S1 .

Tilstand 1 (S1 ) : Det opptrer data eller det finnes ytterligere data som skal sendes. Slik blir hvert av de dataord som skal sendes til-passet etter senderteller i sammeord, og sendt. Dersom sendertelleren er mindre enn rammelengden, blir den inkrementert, ellers nullstilles den (modulofunksjon). Dersom det gjenstår ytterligere data og disse ennå ikke har blitt fullstendig overført, forblir senderen i denne tilstand. Dersom det ikke gjenstår nye data med de aktuelle data ennå ikke er fullstendig overført, forandres senderen til tilstand S2: ST2 blir oveført. Dersom ingen nye data skal overføres og de aktuelle data allerede er fullstendig overført, forandres senderen tilbake til tilstand S1.

Tilstand 2 (S2): Det opptrer for første gang ingen flere data og det siste dataord er ennå ikke fullstendig overført. Styreordet ST2 sendes. Dersom det opptrer ytterligere data, veksles det tilbake til tilstand S1 og dataene overføres. Dersom ingen nye data opptrer, veksles det til tilstand S3, og de databiter som skal over-føres blir avslutningsvis sendt.

Tilstand 3 (S3): For andre gang opptrer ingen flere data.

Således kan resten av det aktuelle dataord sendes. Deretter må i hver tilfelle det første styreord ST1 sendes, slik at det dermed veksles tilbake til tilstand

SO.

Tilstandsdiagrammet i mottakerprotokollen er vist på figur 5. Igjen er de forskjellige tilstander betegnet med S0-S3. Betingelsene for en tilstandsendring er angitt nede til høyre. Det første sted, A, betyr: data eller et styreord ST1, hhv. ST2 ble mottatt. Det andre sted, B, betyr: styreordet ST1 eller ST2 ble mottatt.

Tilstand 0 (SO): Det første styreord ST1 ble mottatt.

Mottakertelleren blir ved riktig paritetsbit synkronisert med den styreord ST1 inneholdende sender/mottakerteller. Dersom ingen data, dvs. rammeord med en MSB='0', ble mottatt, holder mottakeren fast ved tilstand SO. Derimot, dersom data ble mottatt, endres tilstanden til

S1 .

Tilstand 1 (S1): Den første del av et dataord ble mottatt. Dette blir dekodet alt etter send-er/mottakertellerens stand. Mottaket av et dataord blir påbegynt ved en mottakertellerverdi fra 0-3 og fra 5-7. Mottakertellerverdier på 4 og 8 er i denne tilstand ikke mulig, fordi mottaket av et dataord i dette tilfelle ikke kan påbegynnes, men høyst ett dataord avsluttes eller den andre del av et dataord mottas, se figur 2. (I det her ikke betraktede tilfelle på 8 databiter uten paritet, gjelder dette tilsvarende for mottakertellerverdier fra 0-6, hhv. 7). Mottakertelleren øker i hvert tilfelle med én. Dersom et styreord og det ST1, mottas som neste, betyr dette at dataene ennå ikke har blitt fullstsendig over-ført og det blir tilbakestilt til tilstand SO. Dersom derimot ST2 mottas, dvs. det ble ikke overført flere nye aktuelle men ennå ikke fullstendig over-førte data, så endres tilstanden til S3. Ved mottak av ytterligere data blir det vekslet til tilstanden S2, og dataordene blir ekstrahert fra rammeordene.

Tilstand 2 (S2): Det ble mottatt et dataord. Dette blir dekodet alt etter sender/mottakertellerens stand. Ved en mottakertellerverdi fra 1-3 og 5-7 blir mottaket av et dataord avsluttet og samtidig blir den førs-te del av et nytt dataord påbegynt. (I det her ikke betraktede tilfelle på 8 databiter uten paritet, gjelder dette tilsvarende for mottakertellerverdier fra 1-6). Ved mottakertellerverdier på 0 eller 4 blir mottaket av et dataord utelukkende påbegynt hhv. ennå ikke avsluttet. Ved en mottakertellerverdi på 8 blir utelukkende mottaket av et dataord avsluttet. (I det her ikke betraktede tilfelle på 8 databiter uten paritet, gjelder dette tilsvarende for en mottakertellerverdi på 7). Mottakertelleren blir, dersom den er mindre enn rammebredden, øket med én, ellers satt til null (modulofunksjon). Dersom ytterligere data mottas, dvs. rammeord med MSB="0", så holder mottakeren fast ved tilstand S2 og dataordene blir ekstrahert fra rammeordene ved hjelp av mottakertelleren. Dersom derimot ST1 mottas, så endres mottakeren tilbake til tilstand SO. Ved mottak av ST2 blir det vekslet til tilstand S3.

Tilstand 3 (S3): Det andre styreord ST2 ble mottatt. Fordi ytterligere data vil følge, blir, ved korrekt paritetsbit, bare mottakertelleren synkronisert med styreordets ST2 senderteller. Dersom disse data faktisk mottas, blir det tilbakeendret i tilstand S2 og det eventuelt nylig påbegyn-te dataord erklært ugyldig.

Disse protokoller kan realiseres enten maskinvaremessig i en logisk kobling eller programvaremessig.

Ved hjelp av den valgte kodingsfremgangsmåte, en signali-seringshastighet på f.eks. 1kbit/s (Ufor styreordene) og en båndbredde på 64kbit/s av kanalen, oppnår man den følgende maksimalt utnyttbare kanalbåndbredde:

Baudhastigheten for de asynkrone data som kan utnyttes i forbindelse med kodingsfremgangsmåtene ifølge oppfinnelsen, avhenger av dataordbredden (N biter) og innpasningsarten i de asynkrone data (antall stoppbiter).

Den følgende tabell gir opplysninger om den maksimale baudhastighet for de asynkrone data:

Med den valgte kodingsfremgangsmåte, en signaliserings-hastighet på f.eks. 1kbit/s og en båndbredde på 56 kbit/s av kanalen, utgjør den maksimalt utnyttbare kanalbåndbredde :

Baudhastigheten for de asynkrone data som kan utnyttes i forbindelse med denne kodingsfremgangsmåte, avhenger av dataordbredden (N biter) og innpasningsarten i de asynkrone data (antall stoppbiter).

Den følgende tabell gir opplysninger om den maksimale baudhastighet for de asynkrone data:

Claims (9)

1. Fremgangsmåte for overføring av binære, asynkrone data fra en sender via en synkron kanal til en mottaker, idet dataene omfatter minst ett dataord med en dataordbredde på N biter, idet dataordet er omgitt av start- og stoppbiter, og idet dataordene i senderen blir kodet og i mottakeren dekodet og kodingen resp. dekodingen styres ved hjelp av samtidig overførte styreord, karakterisert ved at dataordene ekstraheres fra de asynkrone data, at dataordene ved kodingen i sender oppdeles i over- førbare rammeord i en ramme med en rammebredde på M biter og en rammelengde på N rammeord, idet en bit av rammeordne, spesielt MSB, anvendes, til å gi forskjell mellom rammeordene og styreordene, at en senderteller i senderen underholdes og over- føres syklisk, hvis verdi tilsvarer et antall over-førte rammeord, at en mottakerteller underholdes ved dekoding i mottakeren, hvis verdi avstemmes i forhold til sendertellerens verdi.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at det frembringes to styreord i senderen, fra hvilke det først overføres, dersom overføringen av rammeordene er avsluttet, og det andre overføres, dersom det ikke gjenstår noen dataord i senderen, men overføringen av aktuelle dataord ennå ikke er avsluttet.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, karakterisert ved at styreordene forsynes med sendertellerens verdi.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 3, karakterisert ved at ved frembringelsen av styreordet blir MSB i styreordet satt til "1", blir den første bit fastsatt til "0", blir en andre bit brukt til å skille det første fra det andre styreord, blir de øvrige biter av styreordene satt til verdien av sendertelleren og en eventuell paritetsbit.

5. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 1-4, karakterisert ved at sendertellerens verdi frembringes modulo N.

6. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at en paritetsbit overføres sammen med dataordene.

7. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at ved ekstrahering av dataordene fra de asynkrone data, blir start- og stoppbitene undertrykket.

8. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at M < N.

9. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav bortsett fra krav 8, karakterisert ved atM>N.