PL216621B1 - Metoda kodowania i dekodowania synchronicznej transmisji szeregowej, zwłaszcza w urządzeniach energooszczędnych i na łączach światłowodowych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest metoda kodowania i dekodowania synchronicznej transmisji szeregowej, zwłaszcza w urządzeniach energooszczędnych i na łączach światłowodowych.

Znanych jest wiele metod kodowania danych w transmisji szeregowej, wśród nich są m.in.: NRZI, NRZ, HDB3, B8SZ, Sb10b (Patent US4_486_739), 64b66b (Patent EP1_133_123). W zastosowaniach wymagających maksymalnej prostoty nadajnika i odbiornika, sygnał zegarowy przesyła się równolegle z sygnałem przekazu za pomocą dodatkowego obwodu. Metoda kodowania transmisji szeregowej na dwóch obwodach, definiująca poza symbolami przekazu również symbole początku i końca ₂ ramki, znana jako protokół I²C, ma technicznie ograniczoną przepustowość ze względu na sposób definiowania symboli przekazu. Istniejące inne metody kodowania transmisji szeregowej, stosowane w systemach wymagających większych przepustowości, takich jak protokół SPI, potrzebują dodatkowego obwodu do zdefiniowania symboli końca i początku ramki.

Kodowanie transmisji szeregowej zgodnie z wynalazkiem umożliwia transmisję trzech strumieni zdarzeń, tj.: bitów przekazu, sygnału zegarowego oraz dodatkowych symboli - na dwóch tylko obwodach fizycznych, z przepustowością osiąganą przez protokół SPI.

Zgodnie z wynalazkiem, ani sygnał zegara ani strumień danych, nie zajmują własnych obwo₂ dów jak to ma miejsce w przypadku znanych metod kodowania transmisji szeregowej, takich jak I²C czy SPI. Zgodnie z wynalazkiem, transmitowane dane D (oznaczenia w/g rysunku fig. 1) podlegają kodowaniu w ten sposób, że: każdy bit o wartości 0 jest kodowany jako impuls na obwodzie A0, natomiast bit o wartości 1 jest kodowany jako impuls na obwodzie A1. Symbol końca ramki (E), zgodnie z wynalazkiem jest kodowany jako pierwszy przypadek, kiedy po symbolu początku ramki, na obu obwodach jednocześnie trwają podane tam pobudzenia. Symbol początku ramki (B) jest kodowany jako pierwszy przypadek, kiedy po symbolu końca ramki, nie ma już pobudzenia ani na jednym ani na drugim obwodzie łącza. Kolejne koniunkcje impulsów na obu obwodach łącza (symbole: Ex), następujące po pierwszej koniunkcji (E); oraz kolejne równoczesne stany braku pobudzenia łącza (symbole: Bx) następujące po pierwszym równoczesnym braku pobudzenia (B) - są zdefiniowane jako symbole neutralne. Zgodnie z wynalazkiem, trwanie każdego ze zdefiniowanych symboli może być dowolnie przedłużane bez negatywnych skutków dla jakości odbioru przekazu.

Dekodowanie sygnału zegarowego zgodnie z wynalazkiem (sygnały C-jasne i C-ciemne w/g rysunku fig. 2) odbywa się poprzez detekcję obecności symboli neutralnych na łączu (tj: symbolu Bx lub symbolu Ex). Dla łącza zrealizowanego według wynalazku na dwóch obwodach fizycznych, w czasie pomiędzy symbolami B i E odbywa się to poprzez wykonanie operacji sumy logicznej (OR) sygnałów obwodów A0 i A1. To samo dekodowanie w czasie pomiędzy symbolami E i B, odbywa się poprzez wykonanie iloczynu logicznego (AND) sygnałów obwodów A0 i A1.

Zgodnie z wynalazkiem, zapis odbieranego bitu do rejestru odbiorczego następuje na aktywnych krawędziach odtworzonego sygnału zegarowego (sygnały: C-jasne i C-ciemne w/g rysunku fig. 2). Natomiast konkretna wartość zapisywanego wtedy bitu (sygnały: D-jasne i D-ciemne) jest dekodowana w odbiorniku za pomocą przerzutnika R-S, gdzie na wejście R jest podany sygnał z obwodu A0, a na wejście S jest podany sygnał z obwodu A1.

W wyniku zastosowania systemu kodowania transmisji szeregowej zgodnego z wynalazkiem, liczba obwodów pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem jest ograniczona do dwóch - tak, jak ma to ₂ miejsce na łączach I²C. Natomiast dzięki rejestracji odbieranego bitu w czasie zbocza sygnału zegarowego (zamiast w czasie stanu wysokiego sygnału zegarowego, jak ma to miejsce w przypadku ko₂ dowania I²C), kodowanie zgodnie z wynalazkiem umożliwia realizację szybkości transmisji porównywalnych z szybkościami transmisji osiąganymi dla kodowania SPI.

Ponadto, dzięki kodowaniu transmisji zgodnie z wynalazkiem, do odbiornika są dostarczane dwa niemieszające się strumienie danych - jeden strumień „w ramkach jasnych”, jest transportowany w przedziale pomiędzy symbolem początku ramki a symbolem końca ramki; drugi strumień „w ramkach ciemnych”, jest transportowany w przedziale pomiędzy symbolem końca ramki a symbolem początku ramki. W praktyce te dwa kanały mogą przenosić np.; w przekazie stereofonicznym, niezależnie: lewy kanał audio i prawy kanał audio; albo np.: w przekazie telefonicznym: jeden z nich może przesyłać strumień PCM a drugi towarzyszącą mu sygnalizację. Dzięki kodowaniu transmisji zgodnie z wynalazkiem, nie ma potrzeby stosowania scramblingu transmisji, ponieważ zdolność odbiornika do odtworzenia sygnału zegarowego kodowanego zgodnie z wynalazkiem nie zależy od liczby następujących po sobie w przekazie zer ani jedynek.

PL 216 621 B1

Zastosowanie metody odtwarzania sygnału zegarowego zgodnej z wynalazkiem, umożliwia ograniczenie szybkości narastania i opadania zboczy sygnałów na obwodach łącza, dzięki czemu można uzyskać ograniczenie emisji zakłóceń elektromagnetycznych przy jednoczesnym ograniczeniu mocy nadajników linii. Metoda odtwarzania sygnału zegarowego zgodna z wynalazkiem umożliwia uzyskanie sygnału zegarowego z odbieranej transmisji bez konieczności stosowania złożonych układów regeneracyjnych, np.: precyzyjnych generatorów lokalnego sygnału zegarowego i pętli fazowych, zwalnia też z konieczności wcześniejszego uzgadniania szybkości transmisji pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem.

Metodę kodowania i dekodowania transmisji szeregowej zgodną z wynalazkiem można stosować nie tylko w przypadku łączy realizowanych za pomocą dwóch oddzielnych obwodów. Można ją także stosować w przypadku łączy o jednym obwodzie, jeżeli tylko definicja symboli warstwy fizycznej tego łącza umożliwia wyznaczenie dwóch z tych symboli jako niezależnych symboli neutralnych łącza: Bx i Ex. Kodowanie transmisji zgodne z wynalazkiem będzie w takim przypadku realizowane w ten sposób, że po każdym symbolu użytkowym, nadawca będzie wysyłał któryś z symboli neutralnych łącza. Do dekodowania sygnału zegarowego zgodnie z wynalazkiem wystarczy w takim przypadku użycie układów wykrywających symbole neutralne. Detektor symboli Bx daje wtedy na swoim wyjściu sygnał zegarowy C-jasne, a detektor symboli Ex C-ciemne. W przypadku, kiedy symbole użytkowe łącza są tylko dwa - jeden reprezentujący bit wartości zero, drugi reprezentujący bit o wartości jeden, do odbioru transmisji z takiego łącza o jednym obwodzie a wielu symbolach, nadal może być użyty układ przedstawiony na rys. fig. 2, jeżeli do jego wejść A0 i A1, będą doprowadzone sygnały wyjściowe z detektorów tych symboli użytkowych.

Jeżeli łącze ma zdefiniowany jeden tylko symbol neutralny (np.: Bx), transport sygnału zegarowego zgodnie z wynalazkiem jest nadal możliwy, jednak przestaje być możliwy transport symboli specjalnych. W takim przypadku, transport sygnałów końca i początku ramki będzie musiał być realizowany innymi metodami.

Rysunek fig. 1 przedstawia ramkę ciemną, emitowaną po pewnym czasie od zakończenia emisji ramki jasnej. W czasie pomiędzy ramkami łącze pozostaje nieaktywne.

Kodowanie transmisji zgodnie z wynalazkiem umożliwia wypełnienie łącza sygnałem zegarowym również w czasie, kiedy nadajnik nie ma aktualnie żadnych danych użytkowych do wysłania. Może to być zrealizowane np.: konwencją przyjętą w definicji protokołu wyższego poziomu tak, że ramki o stałym rozmiarze (np.: jednego bitu, albo ramki mniejsze niż N bitów) są separowane z odbieranych strumieni: ciemnego i jasnego, i albo stanowią kolejne niezależne strumienie danych, każdy identyfikowany swoim własnym rozmiarem ramek, albo są porzucane realizując jedynie transport sygnału zegarowego. Jeżeli przykładowo, do połączenia układu MAC sieci Ethernet (IEEE-802.3) z odpowiednim układem PHY, użyć kodowania zgodnego z wynalazkiem (zamiast standardowego styku MII/RMII); to ze względu na to, że ramki sieci IEEE-802.3 muszą być większe niż 512 bitów, ramki mniejsze mogą posłużyć do transportu sygnału zegarowego, albo dodatkowych strumieni danych, jak ₂ np.: strumienia sterującego układem PHY, co tradycyjne jest realizowane przez dodatkowe łącze I²C. Strumienie danych, przesyłane łączem kodowanym zgodnie z wynalazkiem, które są dyskryminowane rozmiarem transportujących je ramek, nie mają zdefiniowanych symboli początku ani końca ramki, dlatego jeżeli taka funkcjonalność jest konieczna, będzie musiała być zapewniona na poziomie warstwy wyższej, np.: kodowaniem HDLC w warstwie drugiej.

Dzięki możliwości wypełnienia łącza sygnałem zegarowym również w czasie, kiedy nie ma danych użytkowych do wysłania, sygnał zegarowy dekodowany z linii zgodnie z wynalazkiem, może stanowić główne źródło sygnału zegarowego dla prostszych odbiorników i w ten sposób umożliwić eliminację układów ich lokalnych generatorów.

Rysunek fig. 1, oprócz kodowania ramki ciemnej i ramki jasnej, prezentuje również przykład wypełniania nieaktywnego łącza sygnałem zegarowym w postaci następujących bezpośrednio po sobie ramek o rozmiarze jednego bitu, oznaczonych na rysunku symbolami S.

Zastosowanie metody kodowania zgodnej z wynalazkiem do kodowania transmisji w światłowodach, w porównaniu do tradycyjnych metod modulacji światła, umożliwia zmniejszenie średniej mocy wydzielanej w elementach nadawczych.

Mianem przekazu określa się strumień bitów podlegający transmisji pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem.

Mianem ramki określa się zwarty blok transmitowanych symboli, zaczynający się symbolem początku ramki i kończący się symbolem końca ramki - w niektórych systemach, ten sam symbol pełni

PL 216 621 B1 jednocześnie rolę symbolu początku i symbolu końca ramki. Symbole umieszczane w ramce, pomiędzy symbolami jej końców, są treścią przekazu.

Mianem symbolu w transmisji szeregowej określa się stan fizyczny medium transmisyjnego lub konkretną zmianę stanów fizycznych tego medium. W procesie kodowania transmisji szeregowej następuje przypisanie danej wartości binarnej (opisanej jednym lub więcej bitów) lub konkretnej informacji dodatkowej (takiej jak punkt graniczny ramki - tj: jej koniec, jej początek lub inny punkt ramki istotny dla realizacji transmisji), do konkretnego symbolu transmisji. Symbole, którym przypisano bity danych użytkowych określa się mianem symboli użytkowych, pozostałe symbole zdefiniowane dla łącza określa się mianem symboli neutralnych. Te z symboli neutralnych które niosą informację dodatkową (jak np.: symbole graniczne ramek) określa się mianem symboli specjalnych.

Mianem obwodu określa się jakiekolwiek fizyczne medium transmisji - obwodem jest połączenie galwaniczne układów elektronicznych, radiolinia, włókno światłowodowe, itp. Osobnymi obwodami jednego łącza światłowodowego mogą być w szczególności oświetlenia prawo- i lewo- skrętne w ramach tego samego włókna i tej samej długości fali światła.

Impulsem określa się krótkie pobudzenie obwodu poprzez zmianę stanu fizycznego obwodu po której następuje powrót stanu fizycznego obwodu do stanu poprzedzającego początek pobudzenia.

W przypadku obwodu zrealizowanego jako połączenie galwaniczne, może to być chwilowo podane napięcie lub prąd, albo podanie napięcia lub prądu o przeciwnej polaryzacji. Impulsem w obwodzie zrealizowanym jako włókno światłowodowe może być chwilowe oświetlenia włókna albo chwilowy brak oświetlenia włókna.

₂

Nazwy I²C i SPI są nazwami zastrzeżonymi.

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Metoda kodowania i dekodowania synchronicznej transmisji szeregowej, znamienna tym, że na poziomie warstwy fizycznej łącza jest zdefiniowany przynajmniej jeden symbol neutralny, i dowolny z tych symboli jest emitowany przez nadawcę zawsze po emisji każdego z symboli użytkowych.
2. 2. Metoda kodowania i dekodowania synchronicznej transmisji szeregowej według zastrz. 1 na łączach, których w warstwie fizycznej są zdefiniowane dwa symbole neutralne, znamienna tym, że kiedy pominąć symbole użytkowe, symbol początku ramki informacji B (oznaczenia w/g rys. fig. 1) jest kodowany jako pierwszy z szeregu jednego z symboli neutralnych Bx a symbol końca ramki informacji E jest kodowany jako pierwszy z szeregu drugiego z symboli neutralnych Ex.
3. 3. Metoda dekodowania sygnału zegarowego, dla transmisji kodowanej według zastrz. 1 znamienna tym, że odtworzenie sygnału zegarowego następuje w wyniku detekcji któregokolwiek z symboli neutralnych łącza a wydzielony w ten sposób sygnał zegarowy odzwierciedla stan obecności lub nieobecności któregokolwiek z tych symboli na łączu.
4. 4. Metoda kodowania i dekodowania synchronicznej transmisji szeregowej według zastrz. 1 na łączach zbudowanych z dwóch niezależnych obwodów fizycznych, znamienna tym, że symbolem bitu o wartości zero jest impuls na jednym z obwodów łącza: A0 (oznaczenia w/g rys. fig. 1), a symbolem bitu o wartości jeden jest impuls na drugim z obwodów łącza: A1.
5. 5. Metoda kodowania i dekodowania synchronicznej transmisji szeregowej według zastrz. 1 na łączach zbudowanych z dwóch niezależnych obwodów fizycznych, znamienna tym, że symbolami neutralnymi łącza są identyczne stany fizyczne na obu obwodach A0 oraz A1 - jednym z symboli neutralnych łącza jest jednoczesny brak pobudzenia na obu obwodach, drugim symbolem neutralnym jest jednoczesne pobudzenie obu obwodów.