RU2682435C1 - Data transmission interface - Google Patents
Data transmission interface Download PDFInfo
- Publication number
- RU2682435C1 RU2682435C1 RU2018111465A RU2018111465A RU2682435C1 RU 2682435 C1 RU2682435 C1 RU 2682435C1 RU 2018111465 A RU2018111465 A RU 2018111465A RU 2018111465 A RU2018111465 A RU 2018111465A RU 2682435 C1 RU2682435 C1 RU 2682435C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- data
- packet
- words
- slave
- information
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F13/00—Interconnection of, or transfer of information or other signals between, memories, input/output devices or central processing units
- G06F13/38—Information transfer, e.g. on bus
-
- G—PHYSICS
- G08—SIGNALLING
- G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
- G08C19/00—Electric signal transmission systems
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L12/00—Data switching networks
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L65/00—Network arrangements, protocols or services for supporting real-time applications in data packet communication
Abstract
Description
Изобретение относится к способу передачи информации по проводным линиям. Настоящая заявка описывает магистральный последовательный интерфейс, а именно организацию обмена информацией между электронными устройствами, характеристики канала передачи данных и устройств интерфейса.The invention relates to a method for transmitting information over wire lines. This application describes a serial serial interface, namely the organization of the exchange of information between electronic devices, the characteristics of the data channel and interface devices.
Заявляемый интерфейс может быть использован в промышленном контроллере с программируемой логикой (ПЛК) (далее контроллере), являющемся вычислительной и управляющей единицей в распределенных автоматизированных системах управления технологическими процессами (АСУ ТП). В частности, описанный в заявке интерфейс поддерживается в СФ - блоке, посредством которого осуществляется обмен данными, и который является частью систем на кристалле (СнК) "Friendship" и "Hornet", разрабатываемых для применения, в том числе, и в контроллерах.The inventive interface can be used in an industrial controller with programmable logic (PLC) (hereinafter referred to as the controller), which is a computing and control unit in distributed automated process control systems (APCS). In particular, the interface described in the application is supported in the SF unit, through which data is exchanged, and which is part of the Friendship and Hornet systems on a chip (SoC), developed for use in controllers as well.
Одной из проблем разработчиков контроллера является обеспечение высокоскоростной и достоверной информационной связи между модулем центрального процессора и модулями ввода-вывода контроллера, предназначенными для ввода в контроллер сигналов с датчиков и для вывода сигналов управления исполнительным устройствам. Решению этой проблемы и посвящено предлагаемое изобретение.One of the problems of the controller’s developers is to provide high-speed and reliable information communication between the central processor module and the controller I / O modules, intended for inputting signals from sensors to the controller and for outputting control signals to actuators. The solution of this problem is devoted to the present invention.
При описании заявляемого способа и аналогов используемые термины имеющее следующее значение:When describing the proposed method and analogues used terms having the following meaning:
«Протокол обмена данными» или «протокол передачи данных» - набор правил и соглашений, определяющих содержимое, формат, параметры времени, последовательность и проверку ошибок в сообщениях, которыми обмениваются устройства (абоненты) системы.“Data exchange protocol” or “data transfer protocol” is a set of rules and conventions defining the content, format, time parameters, sequence and error checking in messages exchanged between devices (subscribers) of the system.
«Ведущее устройство (Master)» - главное устройство, которое посылает данные другим устройствам и/или запрашивает данные от других устройств, т.е. является инициатором в обмене данными с ведомым устройством (Slave).“Master” means a master device that sends data to other devices and / or requests data from other devices, i.e. is the initiator in the exchange of data with the slave device (Slave).
«Ведомое устройство (Slave)» - устройство, которое может обмениваться информацией только с ведущим устройством (Master) после того, как от ведущего устройства поступит соответствующий запрос.“Slave device” - a device that can exchange information only with the master device (Master) after the corresponding request is received from the master device.
«Абонент» - электронное устройство, подключенное к линии связи для выдачи или приема данных.“Subscriber” - an electronic device connected to a communication line for issuing or receiving data.
«Общая шина» или «магистраль» - тип линии связи, при котором все абоненты подсоединены к общей линии связи. Общая линия связи используется всеми абонентами по очереди. Все сообщения, посылаемые отдельными абонентами, прослушиваются всеми остальными абонентами, подключенными к линии связи, но из потока сообщений абонент отбирает только адресованные ему сообщения.“Common bus” or “trunk” - a type of communication line in which all subscribers are connected to a common communication line. The common communication line is used by all subscribers in turn. All messages sent by individual subscribers are listened to by all other subscribers connected to the communication line, but the subscriber selects only messages addressed to him from the message flow.
«Канал передачи данных» - дифференциальная пара проводов или дифференциальная пара проводников на печатной плате, по которой осуществляют передачу информации в виде электрических сигналов от отправителя к получателю.“Data transmission channel” - a differential pair of wires or a differential pair of conductors on a printed circuit board, through which information is transmitted in the form of electrical signals from the sender to the receiver.
«Слово» - строка битов, рассматриваемая как единое целое при их передаче, приеме, коммутации, обработке, отображении и хранении."Word" - a string of bits, considered as a single unit during their transmission, reception, switching, processing, display and storage.
«Управляющий пакет» - блок данных, обрабатываемый сетевыми программами как единое целое. Пакет состоит из данных, выполняющих роль служебной информации, необходимых для реализации протокола.“Control packet” is a data block processed by network programs as a whole. The package consists of data that plays the role of service information necessary for the implementation of the protocol.
«Информационный пакет» - блок данных, обрабатываемый сетевыми программами, как единое целое. Пакет состоит из служебной информации и полезной информации, которая должна быть передана.“Information package” - a data block processed by network programs as a whole. The package consists of overhead information and useful information that must be transmitted.
Общая структура управляющего или информационного пакета определяется составом пакета и его форматом.The general structure of the control or information package is determined by the composition of the package and its format.
«Состав» - содержащиеся в пакете различные типы данных.“Composition” - various data types contained in a package.
«Формат» - размерность и порядок размещения различных типов данных."Format" - the dimension and placement order of various types of data.
В настоящее время в контроллерах применяются следующие последовательные интерфейсы с организации внутренней шины MultiPoint - многоточечное подключение электронных устройств: CAN, FlexRay, Profibus.Currently, the controllers use the following serial interfaces with the organization of the MultiPoint internal bus - multi-point connection of electronic devices: CAN, FlexRay, Profibus.
Поскольку "новый" интерфейс изначально разрабатывался для контроллера, для работы которого характерна цикличность, обязательный опрос в цикле всех модулей ввода-вывода, гарантированное время реакции (расчет требуемого времени реакции в разделе «Подробное описание изобретения») и высокий уровень достоверности передаваемой информации, то ни один из "известных" интерфейсов в полной мере не обеспечивает все исходные требования.Since the "new" interface was originally developed for a controller whose operation is characterized by cyclicity, mandatory polling in the cycle of all I / O modules, guaranteed reaction time (calculation of the required reaction time in the "Detailed Description of the Invention" section) and a high level of reliability of the transmitted information, then none of the "known" interfaces fully provides all the initial requirements.
За основу для заявляемого способа передачи данных взят интерфейс, описанный в стандарте MIL-STD-1553В, dated 21 September 1978, «Department of defense interface standart for digital time division command/response multiplex data bus» (обозначение стандарта министерства обороны США для интерфейса цифровой шины данных с временным разделением команда/ответ). В нашей стране он был утвержден как ГОСТ 26765.52-87 «Интерфейс магистральный последовательный системы электронных модулей. Общие требования», который впоследствии был заменен на ГОСТ Р 52070-2003. Данный стандарт описывает магистральный последовательный интерфейс с централизованным управлением, применяемый в системе электронных устройств, и устанавливает требования к организации обмена информацией, функциям устройств интерфейса и контролю передачи информации, характеристикам информационной магистрали и характеристикам устройств интерфейса. Интерфейс функционирует асинхронно, в режиме «команда-ответ». Стандартом определен состав слов - командное слово, слово данных и ответное слово. Размер каждого слова равен 20 разрядам. Слова начинаются с синхросигнала (три разряда), затем поле данных (16 бит) и заканчиваются разрядом контроля по четности. Определены два вида синхросигнала, которые позволяют отличать командное слово и ответное слово от слова данных. Вся информация на магистрали передается в коде «Манчестер-2». Интерфейс, описанный в стандарте MIL-STD-1553В, имеет следующие недостатки. Так, определена низкая скорость передачи информации в канале - 1 Мбит/с. Максимальный размер сообщения, которое может быть передано или принято не более 32 слов данных. При этом не обеспечен полный контроль достоверности передаваемой информации. Адресуемых абонентов не более 31.The proposed method of data transfer is based on the interface described in the MIL-STD-1553В standard, dated 21 September 1978, “Department of defense interface standart for digital time division command / response multiplex data bus” (designation of the US Department of Defense standard for digital data bus with time division command / response). In our country, it was approved as GOST 26765.52-87 "Interface main serial system of electronic modules. General requirements ”, which was subsequently replaced by GOST R 52070-2003. This standard describes a centralized serial control interface used in an electronic device system and establishes requirements for the organization of information exchange, interface device functions and information transfer control, information highway characteristics and interface device characteristics. The interface operates asynchronously in command-response mode. The standard defines the composition of words - command word, data word and response word. The size of each word is 20 digits. Words begin with a clock signal (three digits), then a data field (16 bits) and end with a parity check bit. Two types of clock are defined which distinguish the control word and the response word from the data word. All information on the highway is transmitted in the Manchester-2 code. The interface described in the MIL-STD-1553B standard has the following disadvantages. So, a low information transfer rate in the channel is determined - 1 Mbit / s. The maximum message size that can be transmitted or received is no more than 32 data words. At the same time, complete control of the reliability of the transmitted information is not provided. Addressed subscribers no more than 31.
Проведенный патентный поиск показал, что метод обмена данными по протоколу, описанному в стандарте MIL-STD-1553В, который изначально разрабатывался для бортового электронного оборудования самолетов, широко используется и в наши дни. Принципы организации этого стандарта принимались за основу при разработке новых последовательных интерфейсов. К интерфейсам на основе стандарта MIL-STD-1553В с магистральным способом соединения электронных устройств системы относятся: STANAG 3910, MIL-STD-1760D, MIL-STD-1773, FC-AE-1553, Space shuttle MIA bus. Однако данные интерфейсы также разрабатывались для бортового оборудования самолетов или спутников и, следовательно, к ним предъявлялись совсем другие требования, чем в области промышленной автоматизации. Так, например, в перечисленных интерфейсах данные передаются на большие расстояния, поэтому для их передачи используют оптико-волоконную среду.A patent search showed that the data exchange method according to the protocol described in the MIL-STD-1553B standard, which was originally developed for aircraft electronic equipment, is widely used today. The organization principles of this standard were taken as the basis for the development of new serial interfaces. Interfaces based on the MIL-STD-1553B standard with the backbone method of connecting the electronic devices of the system include: STANAG 3910, MIL-STD-1760D, MIL-STD-1773, FC-AE-1553, Space shuttle MIA bus. However, these interfaces were also developed for on-board equipment of aircraft or satellites and, therefore, completely different requirements were imposed on them than in the field of industrial automation. So, for example, in the above interfaces, data is transmitted over long distances, so an optical fiber medium is used for their transmission.
В качестве наиболее близкого аналога к предлагаемому способу передачи данных в промышленном контроллере предлагается принять описанный в US 7,243,173 В2 (патентообладатель Rockwell Automation Technologies, US) способ передачи данных. Известный способ передачи данных предназначен для использования в области автоматизации производства. Основной целью известного изобретения является обеспечить высокоскоростную передачу данных между модулем центрального процессора и периферийными устройствами, а именно обеспечить скорость передачи данных не менее 800 Мбод на расстояниях от трех до сорока дюймов. Для этого предложена сложная организация линии связи с использованием различных устройств и методов, каждый из которых направлен на увеличение скорости передачи данных. Так, предложено использовать как параллельный, так и последовательный интерфейсы. Предложено информацию, передаваемую по параллельным шинам от отправляющей стороны, преобразовывать в последовательные данные и повторно конвертировать информацию в исходную форму параллельных данных на принимающей стороне. Для этого на отправляющей и принимающей сторонах используют схемы последовательно-параллельного преобразования, преобразующие параллельные сигналы в последовательные и наоборот. Для последовательной передачи данных используют LVDS-технологию передачи данных дифференциальными сигналами с малым напряжением (стандарт TIA/EIA-644-A, Electrical Characteristics of Low Voltage Differential Signaling (LVDS) Interface Circuits / Note: Revision of TIA/EIA-644). Стандарт определяет характеристики приборов, предназначенных для поддержки связи между одним передатчиком и одним приемником (point-to-point) или одним передатчиком и несколькими приемниками (multidrop). В известном способе между схемами преобразования используют полудуплексную передачу данных. Для этого между схемами преобразования используют два входных и два выходных последовательных канала передачи данных или для еще более быстрой передачи данных используют четыре входных и четыре выходных последовательных канала передачи данных. Преобразование сигналов и внесение схемотехнических изменений в линию связи потребовало внесение изменений в состав и формат типа данных. В состав данных адреса внесены два бита, сигнализирующих, когда новая транзакция запущена или завершена. Перечисленные выше изменения, направленные на увеличение скорости передачи данных между центральным и периферийным устройством, нашли отражение в пунктах формулы известного изобретения.As the closest analogue to the proposed method of data transfer in an industrial controller, it is proposed to adopt the data transfer method described in US 7,243,173 B2 (patentee Rockwell Automation Technologies, US). The known method of data transmission is intended for use in the field of automation of production. The main objective of the known invention is to provide high-speed data transfer between the central processor module and peripheral devices, namely to provide a data transfer rate of at least 800 Mbaud at distances from three to forty inches. For this, a complex organization of the communication line using various devices and methods, each of which is aimed at increasing the data transfer rate, is proposed. So, it is proposed to use both parallel and serial interfaces. It is proposed that information transmitted via parallel buses from the sending side be converted to serial data and re-converted to the original form of parallel data on the receiving side. To do this, on the sending and receiving sides use series-parallel conversion circuits that convert parallel signals to serial and vice versa. For serial data transmission, LVDS technology is used to transmit data using differential signals with low voltage (TIA / EIA-644-A standard, Electrical Characteristics of Low Voltage Differential Signaling (LVDS) Interface Circuits / Note: Revision of TIA / EIA-644). The standard defines the characteristics of devices designed to support communication between one transmitter and one receiver (point-to-point) or one transmitter and several receivers (multidrop). In the known method, half-duplex data transmission is used between the conversion circuits. For this, two input and two output serial data channels are used between the conversion circuits, or four input and four output serial data channels are used for even faster data transmission. Converting signals and making circuit changes to the communication line required changes in the composition and format of the data type. The address data contains two bits that signal when a new transaction is launched or completed. The above changes, aimed at increasing the data transfer rate between the central and peripheral devices, are reflected in the claims of the known invention.
Цель изобретения - обеспечить передачу данных по внутренней шине программируемого логического контроллера с заданной скоростью, а также гарантировать определенный уровень достоверности переданной информации.The purpose of the invention is to provide data transfer on the internal bus of the programmable logic controller with a given speed, and also to guarantee a certain level of reliability of the transmitted information.
Технический результат достигается тем, что способ передачи данных в промышленном контроллере заключается в том, что между по меньшей мере одним ведущим электронным устройством и по меньшей мере двумя ведомыми электронными устройствами осуществляют пословный обмен данными, при котором осуществляют запись данных из ведущего устройства в ведомое устройство или чтение данных ведущим устройством из ведомого. Между электронными устройствами, соединение между которыми имеет тип "общая шина", осуществляют полудуплексную последовательную передачу данных со скоростью передачи данных по одному общему каналу в диапазоне 24-55 Мбит/с, для чего используют многоточечную технологию низковольтной дифференциальной передачи сигналов M-LVDS с подключенными к каналу приемопередатчиками ведущего и ведомых электронных устройств. Передачу данных между ведущим электронным устройством и ведомым электронным устройством осуществляют в виде управляющего пакета или информационного пакета, состоящего из управляющего пакета и пакета данных. Управляющий пакет и пакет данных состоят из двадцатибитных слов, каждое из которых начинается трехбитным синхросигналом, имеет шестнадцать информационных бит и завершается битом контроля по четности. Пакет данных состоит из одного или более слов полезной информации и слова контрольной суммы слов полезной информации. Управляющий пакет состоит из трех слов, в состав двух из которых входят адрес абонента, номер внутреннего адресного пространства запрашиваемого абонента, бит инициатора текущей передачи в канале, бит операции запись/чтение, бит адаптивного чтения полезной информации, бит подтверждения достоверности принятого информационного пакета, код количества слов в пакете данных, а третье слово определяет контрольную сумму двух других слов управляющего пакета. При чтении значения контролируемого параметра бит адаптивного чтения полезной информации имеет разное значение в управляющем пакете и в информационном пакете в тогда, когда в направленном ведущим электронным устройством в ведомое электронное устройство управляющем пакете запрашивают максимально возможное количество слов полезной информации, необходимое для записи значения контролируемого параметра, а затем ведомое устройство отправляет в ведущее устройство информационный пакет с меньшим количеством слов полезной информации, чем запрашивалось, и достаточным для записи текущего значения контролируемого параметра.The technical result is achieved in that the method of transmitting data in an industrial controller is that between at least one master electronic device and at least two electronic slave devices, a word-by-word data exchange is carried out, in which data is recorded from the master device to the slave device or reading data by the master from the slave. Between electronic devices, the connection between which is of the “common bus” type, half-duplex serial data transmission is carried out with a data transfer rate on one common channel in the range of 24-55 Mbit / s, for which they use multi-point technology of low-voltage differential signal transmission M-LVDS with connected to the channel transceivers of the master and slave electronic devices. Data transmission between the master electronic device and the slave electronic device is carried out in the form of a control packet or an information packet consisting of a control packet and a data packet. The control packet and the data packet consist of twenty-bit words, each of which begins with a three-bit clock signal, has sixteen information bits and ends with a parity bit. A data packet consists of one or more words of useful information and a word checksum of words of useful information. The control packet consists of three words, two of which include the subscriber's address, the number of the internal address space of the requested subscriber, the initiator bit of the current transmission in the channel, the write / read operation bit, the adaptive read bit of useful information, the validation bit of the received information packet, code the number of words in the data packet, and the third word determines the checksum of the other two words of the control packet. When reading the value of the monitored parameter, the adaptive reading bit of useful information has a different meaning in the control packet and in the information packet when the maximum possible number of words of useful information required to record the value of the controlled parameter is requested in the control packet sent by the master electronic device to the slave electronic device, and then the slave sends an information packet to the master device with fewer words of useful information than requested, and sufficient to record the current value of the monitored parameter.
Краткое описание чертежей:Brief Description of the Drawings:
фиг. 1 - структурная схема соединения "общая шина" электронных устройств, реализующих заявляемый способ обмена данными;FIG. 1 is a structural diagram of the connection "common bus" of electronic devices that implement the inventive method of data exchange;
фиг. 2 - структурная схема интерфейса M-LVDS с топологией линии связи многоточка (MultiPoint);FIG. 2 is a block diagram of an M-LVDS interface with a topology of a multipoint communication line (MultiPoint);
фиг. 3 - передача логических нуля и единицы в коде «Манчестер-2»;FIG. 3 - transmission of logical zero and one in the code "Manchester-2";
фиг. 4 - синхросигналы управляющего слова и слова данных;FIG. 4 - clock signals of the control word and data word;
фиг. 5 - физический формат управляющего слова;FIG. 5 - physical format of the control word;
фиг. 6 - физический формат слова данных;FIG. 6 - physical format of the data word;
фиг. 7 - структура пакета данных (DATA);FIG. 7 - data packet structure (DATA);
фиг. 8 - структура управляющего пакета (CTRL);FIG. 8 is a control packet structure (CTRL);
фиг. 9 - структура информационного пакета (CTRL + DATA);FIG. 9 - the structure of the information package (CTRL + DATA);
фиг. 10 - структура сообщения «записи данных в устройство (Slave)»;FIG. 10 - message structure "data recording in the device (Slave)";
фиг. 11 - структура сообщения «широковещательное сообщение»;FIG. 11 - structure of the message "broadcast message";
фиг. 12 - структура сообщения «чтение данных из устройства (Slave)»;FIG. 12 - message structure "reading data from the device (Slave)";
фиг. 13 - сообщение «чтение данных из устройства (Slave)», в котором при измерении текущего значения параметра из устройства (Slave) передается в устройство (Master) максимально возможное количество слов данных, необходимых для записи контролируемого параметра (режим полного чтения из Slave);FIG. 13 - the message “reading data from the device (Slave)”, in which, when measuring the current value of the parameter from the device (Slave), the maximum possible number of data words is required to write the parameter to be monitored (full read from Slave);
фиг. 14 - сообщение «чтение данных из устройства (Slave)», в котором из устройства (Slave) передается в устройство (Master) количество слов данных, достаточное для записи текущего значение контролируемого параметра (режим адаптивного чтения данных из Slave);FIG. 14 - message “reading data from the device (Slave)”, in which from the device (Slave) the number of data words is transferred to the device (Master), sufficient to write the current value of the parameter being monitored (adaptive reading of data from Slave);
фиг. 15 и фиг. 16 - блок-схема алгоритма работы устройства (Master) при «чтении данных из устройства (Slave)».FIG. 15 and FIG. 16 is a flowchart of the operation algorithm of the device (Master) when “reading data from the device (Slave)”.
Самым жестким требованием с точки зрения времени реакции контроллера является время формирования управляющих воздействий в электрической части системы регулирования и защиты паровой турбины (ЭЧСРиЗ), частью которой и является контроллер. Работа контроллера заключается в циклическом выполнении функций, заложенных в прикладной (технологической) программе. Время реакции контроллера - время от физического изменения дискретного сигнала на входе до изменения физического сигнала на выходе. Время реакции контроллера определяется временем выполнения следующих фаз рабочего цикла контроллера:The most stringent requirement from the point of view of the controller reaction time is the time of formation of control actions in the electrical part of the steam turbine control and protection system (ЭЧСРиЗ), of which the controller is a part. The operation of the controller consists in the cyclic performance of the functions embedded in the application (technological) program. Controller response time - time from the physical change of the discrete signal at the input to the change of the physical signal at the output. The reaction time of the controller is determined by the execution time of the following phases of the controller’s duty cycle:
- временем чтения сигнала в модуле ввода (Т ввод);- the time of reading the signal in the input module (T input);
- временем работы системы ввода /вывода по внутренней шине (Тввод шины) и (Твывод шины). Система ввода / вывода объединяет внутреннюю шину и устройства, участвующие в организации передачи данных по внутренней шине (устройства интерфейса);- the operating time of the I / O system on the internal bus (Bus coupler) and (Bus coupler). The input / output system integrates the internal bus and devices involved in organizing data transfer via the internal bus (interface devices);
- временем выполнения технологической программы (Ттп);- the execution time of the technological program (TTP);
- временем записи выходного сигнала в модуле вывода (Твывод).- the time of recording the output signal in the output module (Tweak).
Время реакции контроллера определяется по формуле:The reaction time of the controller is determined by the formula:
Тр = Т ввод + Т ввод шины + Т тп + Т вывод шины + Т выводTr = T input + T bus input + T TP + T bus output + T output
В ЭЧСРиЗ время реакции контроллера Тр не должно превышать 3 мс.In ECHRiZ controller response time Tr should not exceed 3 ms.
Время выполнения технологической программы Ттп составляет 1 мс.The TTP technological program execution time is 1 ms.
Однако, следует учитывать, что контролируемые контроллером процессы происходят асинхронно и изменение значения сигнала на входе может произойти после чтения сигнала. Тогда время реакции контроллера будет наибольшим из-за удвоенного времени выполнения технологической программы Ттп и удвоенного времени выполнения фаз рабочего цикла (Т ввод, Т ввод шины, Т вывод шины, Т вывод):However, it should be noted that the processes controlled by the controller occur asynchronously and a change in the value of the signal at the input can occur after reading the signal. Then the response time of the controller will be the largest due to the doubled execution time of the technological program TTP and the doubled execution time of the phases of the duty cycle (T input, T bus input, T bus output, T output):
Т р=2 × (Т ввод + Т ввод шины + Т тп + Т вывод шины + Т вывод)T p = 2 × (T input + T bus input + T TP + T bus output + T output)
Следовательно, на работу фильтров модулей ввода-вывода (Т ввод, Т вывод) и работу системы ввода / вывода по внутренней шине (Т ввод шины, Т вывод шины) приходится 0,5 мс. Если приблизительно принять, что на работу устройств интерфейса приходится 60% от времени 0,5 мс, то время работы устройств интерфейса составит 0,3 мс.Therefore, the operation of the filters of the input-output modules (T input, T output) and the operation of the input / output system via the internal bus (T bus input, T bus output) takes 0.5 ms. If we take approximately that the operation of the interface devices accounts for 60% of the time 0.5 ms, then the operating time of the interface devices will be 0.3 ms.
Исходным требованием для организации "нового" интерфейса обеспечить время работы системы ввода / вывода - 0,3 мс.The initial requirement for organizing a "new" interface is to provide an I / O system operating time of 0.3 ms.
Оценка необходимой тактовой частоты "нового интерфейса":Estimation of the necessary clock frequency of the "new interface":
Общее количество обрабатываемых физических сигналов в системе регулирования и защиты турбины - 500. Дискретных сигналов (DI, DO) 60% - 300, из них DI (70%) - 210 и DO (30%) - 90. Аналоговых сигналов (AI) 40% - 200.The total number of processed physical signals in the turbine control and protection system is 500. Discrete signals (DI, DO) 60% - 300, of which DI (70%) - 210 and DO (30%) - 90. Analog signals (AI) 40 % - 200.
Дискретные сигналы DI, DO кодируются одним битом, аналоговые сигналы кодируются 16 битами (2 байта).Discrete signals DI, DO are encoded in one bit, analog signals are encoded in 16 bits (2 bytes).
Общее количество абонентов DI (исходя из 32-х каналов на модуль)-Ndi ~ 7; общее количество абонентов DO (исходя из 32-х каналов на модуль) - Ndo ~ 3;общее количество абонентов AI (исходя из 16 каналов на модуль) - Nai ~ 13.The total number of DI subscribers (based on 32 channels per module) -Ndi ~ 7; the total number of DO subscribers (based on 32 channels per module) is Ndo ~ 3; the total number of AI subscribers (based on 16 channels per module) is Nai ~ 13.
Общее количество "читаемой" от датчиков информации:The total amount of "readable" information from sensors:
DI + AI = 210+200×16=3410 бит.DI + AI = 210 + 200 × 16 = 3410 bits.
Общее количество "записываемой" информации - DO - 90 бит.The total amount of "recorded" information - DO - 90 bits.
Суммарный объем "читаемой / записываемой" информации - 3500 бит.The total amount of "read / write" information is 3500 bits.
Принимаем условие последовательной передачи информации за 0,3 мс по каналу и определяем необходимую для этого тактовую частоту F:We accept the condition of serial transmission of information for 0.3 ms over the channel and determine the necessary clock frequency F:
Т бит=0,3:3500=0,000086 мс. F=1 Т бит ~ 12 МГцT bit = 0.3: 3500 = 0.000086 ms. F = 1 T bit ~ 12 MHz
Протокольные стандарты содержат служебные данные в виде данных адреса, данных команд, данных обнаружения ошибок и другой информации. Истинная производительность последовательного канала уменьшается в зависимости от доли служебной информации в информационном пакете. Если принять, что объем служебной информации примерно равен объему полезной информации, то тактовая частота для "нового" интерфейса должна быть не менее 24 МГц. Следовательно, принимая, что данные передаются последовательно по одному каналу (одна дифференциальная пара сигнальных проводников), скорость передачи данных должна быть не менее 24Мбит/с.Protocol standards contain overhead in the form of address data, command data, error detection data, and other information. The true performance of the serial channel decreases depending on the share of overhead information in the information packet. If we assume that the amount of overhead information is approximately equal to the amount of useful information, then the clock frequency for the "new" interface should be at least 24 MHz. Therefore, assuming that the data is transmitted sequentially on one channel (one differential pair of signal conductors), the data transfer rate should be at least 24 Mbps.
Для осуществления способа обмена данными достаточно, по меньшей мере, одного ведущего электронного устройства (Master) 1 (далее устройства (Master) и, по меньшей мере, двух ведомых электронных устройств (Slave) 2 (далее устройства (Slave), подключенных к каналу 4 передачи данных (фиг. 1). Например, в контроллере с программируемой логикой модуль центрального процессора выступает в качестве устройства (Master) 1, а в качестве устройства (Slave) может выступать модуль ввода 2 и/или модуль вывода 3, а в качестве канала 4 передачи данных используется внутренняя цифровая шина контроллера. На фиг. 1 показаны также устройства полевого (нижнего) уровня АСУ ТП, а именно датчик 5 частоты вращения, подключенный к модулю ввода 2 и двигатель 6, подключенный к модулю вывода 3. Устройств (Master) 1 может быть два (показано на фиг. 1), но только одно из них может быть активно одновременно. Второе устройство (Master) 7, когда неактивно работает в режиме «монитор» и при выходе из строя первого устройства (Master) 1 берет инициирование обмена информацией на себя. При использовании интерфейса в контроллере может быть предусмотрен резервный канал 8.To implement the data exchange method, at least one master electronic device (Master) 1 (hereinafter the device (Master) and at least two slave electronic devices (Slave) 2 (hereinafter the devices (Slave) connected to channel 4) is sufficient data transfer (Fig. 1). For example, in a controller with programmable logic, the central processor module acts as a device (Master) 1, and as a device (Slave) can be
Развитие интегральной схемотехники привело к созданию принципиально новых измерительных преобразователей - интеллектуальных датчиков (далее ИД), содержащих в одном корпусе преобразователь и микропроцессор, что позволяет выполнять основные операции по преобразованию, усилению и обработке информации в самом датчике. ИД представляет собой совокупность аппаратных и программных средств, обеспечивающих отображение свойств объекта контроля в виде некоторой структуры данных, формируемых в результате обработки выходного сигнала измерительного преобразователя по определенному алгоритму. ИД могут не только контролировать измеряемые величины, но и осуществлять их оценку, коррекцию по определенным критериям, контролировать свои собственные характеристики, работать в режиме диалога с системой управления, принимать команды, передавать измеренные значения, как правило, в цифровой форме, а также аварийные сообщения. ИД может обеспечить адаптацию (приспособление) к диапазону изменения значений измеряемой величины, к скорости изменения измеряемой величины, к воздействию влияющих факторов, включая помехи, условия окружающей среды и т.д. В качестве устройства (Slave) 9 могут выступать интеллектуальный датчик и/или интеллектуальный электропривод. Так, на фиг. 1 в качестве устройства (Slave) 9 показан ИД, подключенный непосредственно к каналу 4 передачи данных. Интерфейс должен функционировать асинхронно, в режиме «команда-ответ». Управляет передачей данных контроллер шины 10 (фиг. 2). Контроллер шины может быть выполнен в виде интегрированного СФ-блока в СнК.The development of integrated circuitry has led to the creation of fundamentally new measuring transducers - intelligent sensors (hereinafter ID), containing a converter and a microprocessor in one housing, which allows you to perform basic operations to convert, amplify and process information in the sensor itself. ID is a combination of hardware and software that provides the display of the properties of the control object in the form of some data structure generated as a result of processing the output signal of the measuring transducer according to a certain algorithm. IDs can not only control the measured values, but also carry out their assessment, correction according to certain criteria, control their own characteristics, work in a dialogue mode with the control system, receive commands, transmit measured values, usually in digital form, as well as alarm messages . The ID can provide adaptation (adaptation) to the range of changes in the values of the measured quantity, to the rate of change of the measured quantity, to the influence of influencing factors, including interference, environmental conditions, etc. As a device (Slave) 9 may be an intelligent sensor and / or intelligent electric drive. So in FIG. 1, as a device (Slave) 9, an ID is shown that is connected directly to
В заявляемом способе предлагается использовать M-LVDS -технологию низковольтной дифференциальной передачи сигналов малых напряжений, описанную в международном промышленном стандарте TIA/EIA-899-2002 (Electrical Characteristics of Multipoint-Low-Voltage Differential Signaling (M-LVDS) Interface Circuits for Multipoint Data Interchange). Стандарт Multipoint LVDS или M-LVDS разработан для многоточечного двунаправленного обмена информацией. Для этого (фиг. 2) осуществляют полудуплексную передачу данных по одному каналу 4, который выполнен в виде дифференциальной пары проводов или проводников на печатной плате. Для выполнения основного требования многоточечного дизайна по M-LVDS-стандарту один приемопередатчик 11 устройства (Master) взаимодействует со вторым приемопередатчиком 12 устройства (Slave). Стандарт допускает подключение к шине до 32 абонентов.The inventive method proposes to use the M-LVDS technology of low-voltage differential signal transmission of low voltage, described in the international industrial standard TIA / EIA-899-2002 (Electrical Characteristics of Multipoint-Low-Voltage Differential Signaling (M-LVDS) Interface Circuits for Multipoint Data Interchange). Multipoint LVDS or M-LVDS is designed for multi-point bidirectional information exchange. To do this (Fig. 2) carry out half-duplex data transmission on one
Технические характеристики стандарта M-LVDS обеспечивают высокоскоростную передачу сигналов при малом энергопотреблении. Интерфейс M-LVDS предусматривает возможность горячей замены, обеспечивает устойчивую целостность сигнала и большой запас помехоустойчивости. Максимальная пропускная способность этого интерфейса в реальных условиях в зависимости от применения лежит в диапазоне 200-400 Мбит/с. Максимальное удаление между устройствами, между которыми происходит обмен данными, не должен превышать 10 метров. Следовательно, характеристики стандарта M-LVDS обеспечивают требуемый способ соединения между устройствами контроллера, необходимую пропускную способность внутренней цифровой шины контроллера, поочередную двунаправленную передачу данных, необходимое расстояние между соединяемыми устройствами, возможность горячей замены модулей контроллера, большой запас помехоустойчивости. Все эти факторы обеспечили выбор многоточечной технологии M-LVDS низковольтной дифференциальной передачи сигналов для передачи данных в "новом" интерфейсе для контроллера. M-LVDS - технология обеспечивает больший запас помехоустойчивости, если сравнивать ее с LVDS - технологией, которая более предпочтительна для быстродействия. К тому же M-LVDS - технология была принята из соображений низкой стоимости.Specifications of the M-LVDS standard provide high-speed signal transmission with low power consumption. The M-LVDS interface provides for hot swapping, provides stable signal integrity and a large margin of noise immunity. The maximum throughput of this interface in real conditions, depending on the application, lies in the range of 200-400 Mbit / s. The maximum distance between devices between which data is exchanged must not exceed 10 meters. Therefore, the characteristics of the M-LVDS standard provide the required method of connection between controller devices, the necessary throughput of the internal digital bus of the controller, sequential bidirectional data transfer, the necessary distance between connected devices, the ability to hot swap controller modules, and a large margin of noise immunity. All these factors made it possible to select the M-LVDS multipoint technology of low-voltage differential signaling for data transmission in the "new" interface for the controller. M-LVDS - technology provides a greater margin of noise immunity, when compared with LVDS - technology, which is more preferable for speed. In addition, M-LVDS - technology was adopted for reasons of low cost.
Вся информация по каналу передается в коде «Манчестер-2». Этот биполярный фазоманипулированный код имеет нулевую постоянную составляющую, что очень важно в применениях с высокой скоростью передачи. Кодирование 0 и 1 производится не уровнем, а фронтом сигнала в середине тактового интервала (фиг. 3), что позволяет обеспечить побитную синхронизацию передатчика и приемника по передаваемой информации в широком диапазоне отклонения несущей частоты.All information on the channel is transmitted in the Manchester-2 code. This bipolar phase-shifted code has a zero constant component, which is very important in applications with a high transmission rate. The coding of 0 and 1 is performed not by the level, but by the signal front in the middle of the clock interval (Fig. 3), which allows for bit-wise synchronization of the transmitter and receiver according to the transmitted information in a wide range of carrier frequency deviations.
Также, как и в интерфейсе по ГОСТ Р 52070-2003, определены два вида синхросигнала (фиг. 4), которые позволяют аппаратно, следовательно быстро, отличать управляющее слово от слова данных и обеспечивают пословную синхронизацию передатчика и приемника, т.е. однозначно определять начало слов в потоке 0 и 1 в канале.Also, as in the interface according to GOST R 52070-2003, two types of clock signal are defined (Fig. 4), which allow hardware, therefore fast, to distinguish the control word from the data word and provide word-by-word synchronization of the transmitter and receiver, i.e. unambiguously determine the beginning of words in
На фиг. 5 показан формат управляющего слова, размер которого равен 20 битам. Управляющее слово начинается синхросигналом (3 бита), полярность первой половины которого положительна, а вторая половина - отрицательная. Далее следуют 16 информационных бит, и завершается управляющее слово битом контроля по четности (Р).In FIG. 5 shows a control word format whose size is 20 bits. The control word begins with a clock signal (3 bits), the polarity of the first half of which is positive, and the second half is negative. This is followed by 16 information bits, and the control word ends with a parity bit (P).
На фиг. 6 показан формат слова данных, размер которого равен 20 битам. Слово данных начинается синхросигналом (3 бита), полярность первой половины которого отрицательная, а вторая половина - положительная. Затем следует 16 битовое поле данных и завершается слово данных битом контроля по четности (Р).In FIG. 6 shows a data word format with a size of 20 bits. The data word begins with a sync signal (3 bits), the polarity of the first half of which is negative, and the second half is positive. This is followed by a 16-bit data field and the data word ends with a parity bit (P).
Предложена пословная передача данных.A word-by-word data transfer is proposed.
Пакет данных (DATA) (фиг. 7), состоит из одного или более слов данных и слова контрольной суммы CRC(2) слов данных, предназначенной для проверки целостности всех передаваемых в пакете данных. Слова данных (полезная информация) - собственно данные, которыми обмениваются между собой абоненты и для передачи которых используется пакет данных.A data packet (DATA) (Fig. 7) consists of one or more data words and a checksum word CRC (2) data words, designed to verify the integrity of all transmitted in the data packet. Data words (useful information) - actually the data exchanged between subscribers and for the transfer of which a data packet is used.
Пакет, не имеющий слов данных, называется управляющим пакетом (CTRL). Управляющий пакет может выполнять функцию начала и конца сеанса связи, подтверждения приема информационного пакета, запроса информационного пакета. Управляющие данные это данные необходимые абоненту для определения выполнения им задаваемых функций и указания своего состояния. На фиг.8 показана структура управляющего пакета (CTRL), состоящего из двух управляющих слов (первого слова cw[0] и второго слова cw[1]) и третьего слова cw[2] контрольной суммы CRC(1) двух управляющих слов. В состав управляющих слов входят адрес абонента, номер внутреннего адресного пространства запрашиваемого абонента, бит инициатора текущей передачи в канале, бит операции запись/чтение, бит адаптивного чтения полезной информации, бит подтверждения достоверности принятого информационного пакета, количество слов в поле данных.A package that does not have data words is called a control package (CTRL). The control package can perform the function of the beginning and end of a communication session, acknowledging the receipt of an information packet, requesting an information packet. The control data is the data necessary for the subscriber to determine the fulfillment of the assigned functions and indicate his status. On Fig shows the structure of the control package (CTRL), consisting of two control words (the first word cw [0] and the second word cw [1]) and the third word cw [2] of the checksum CRC (1) of the two control words. The control words include the subscriber’s address, the internal address space of the requested subscriber, the current transfer initiator bit in the channel, the write / read operation bit, the adaptive read bit of useful information, the confirmation bit of the received information packet, the number of words in the data field.
Пакет, включающий управляющий пакет и пакет данных, называется информационным пакетом (CTRL + DATA). На фиг. 9 показана общая структура информационного пакета.A package that includes a control packet and a data packet is called an information packet (CTRL + DATA). In FIG. 9 shows the general structure of the information package.
Контроль кодовой группы синхросигнала, проверка бита контроля по четности (Р) каждого слова и проверка контрольных сумм управляющих слов и слов данных обеспечивают достоверность передачи данных.Monitoring the code group of the clock signal, checking the parity check bit (P) of each word and checking the checksums of control words and data words ensure the reliability of data transmission.
Возможные типы сообщений, которыми обмениваются ведущее (Master) и ведомое (Slave) устройства путем последовательной поочередной передачи друг другу управляющего или информационного пакетов:Possible types of messages exchanged between the master (master) and slave (Slave) devices by sequential sequential transmission of control or information packets to each other:
- передача данных от ведущего устройства (Master) к ведомому устройству (Slave) - «запись данных в устройство (Slave)» (фиг. 10);- data transfer from the master device (Master) to the slave device (Slave) - "data recording in the device (Slave)" (Fig. 10);
- широковещательное сообщение, при котором данные от ведущего устройства (Master) передаются всем ведомым устройствам (Slave) - «запись данных во все устройства (Slave)» (фиг. 11);- a broadcast message in which data from the master device (Master) is transmitted to all slave devices (Slave) - “data recording to all devices (Slave)” (Fig. 11);
- передачи данных от ведомого устройства (Slave) к ведущему устройству (Master) - «чтение данных из устройства (Slave)» (фиг. 12).- data transmission from the slave device (Slave) to the master device (Master) - "reading data from the device (Slave)" (Fig. 12).
Количество абонентов на шине увеличено до 128. Количество внутренних адресных пространств у устройств (Slave) или устройств (Master) может достигать 256. Внутренние адресные пространства имеют размер от 1 до 256 слов. Максимальный размер памяти хранения сообщений устройств (Slave) или устройств (Master) неизменяем и составляет 8 Кбайт. одержание передаваемой информации может быть любым при условии совместимости с форматами слов и форматами сообщений.The number of subscribers on the bus has been increased to 128. The number of internal address spaces for devices (Slave) or devices (Master) can reach 256. Internal address spaces are 1 to 256 words in size. The maximum memory size for storing messages of devices (Slave) or devices (Master) is unchanged and is 8 Kbytes. The content of the transmitted information can be any, provided it is compatible with word formats and message formats.
Передача данных между устройством (Master) и устройствами (Slave) делится на три фазы: параметризация, конфигурирование и передача данных. В фазе параметризации и конфигурирования проверяется, соответствует ли конфигурация и параметры устройства (Slave) запланированным в устройстве (Master) установкам. Проверяется тип устройства, формат и длина передаваемых сообщений, количество входов или выходов. В фазе передачи данных устройство (Master) должно реализовывать передачу данных в устройство (Slave) и прием данных из устройства (Slave).Data transfer between the device (Master) and devices (Slave) is divided into three phases: parameterization, configuration and data transfer. In the parameterization and configuration phase, it is checked whether the configuration and parameters of the device (Slave) correspond to the settings planned in the device (Master). It checks the type of device, the format and length of the transmitted messages, the number of inputs or outputs. In the data transfer phase, the device (Master) must implement the transfer of data to the device (Slave) and the reception of data from the device (Slave).
Рассмотрим возможные типы сообщений, которыми обмениваются ведущее (Master) и ведомое (Slave) устройства путем передачи друг другу управляющих и информационных пакетов.Consider the possible types of messages exchanged between the master and slave devices by transmitting control and information packets to each other.
Первый тип сообщения предназначен для передачи данных от устройства (Master) к устройству (Slave) - «запись данных в Slave» (фиг. 0). Устройство (Master) передает информационный пакет (с признаком «запись (WR)» в управляющем пакете), а устройство (Slave) принимает информационный пакет, просчитывает контрольную сумму CRC(1) управляющих слов и контрольную сумму CRC(2) слов данных и сравнивает их значения с полученными от устройства (Master). В зависимости от результата сравнения контрольных сумм устройство (Slave) либо игнорирует задание записи данных, либо принимает к исполнению. Если информационный пакет принят верно, устройство (Slave) посылает устройству (Master) ответный управляющий пакет (CTRL), в котором изменяет значение бита ACKN подтверждения достоверности принятого информационного пакета. Если контрольные суммы не совпадают, то считается, что целостность передаваемой информации нарушена. В этом случае устройство (Slave) игнорирует задание и отправляет ответный управляющий пакет устройству (Master), в котором значение бита ACKN не изменено. При передаче данных по каналу в одном направлении допускается интервал между соседними словами внутри пакета и между пакетами не более 100 нc. Временной интервал между пакетами, следующими в противоположном направлении не должен превышать 200 нc.The first type of message is designed to transfer data from the device (Master) to the device (Slave) - "write data to Slave" (Fig. 0). The device (Master) transmits an information packet (with the sign “record (WR)” in the control packet), and the device (Slave) receives the information packet, calculates the checksum CRC (1) of the control words and the checksum CRC (2) of the data words and compares their values with those received from the device (Master). Depending on the result of the checksum comparison, the device (Slave) either ignores the data recording task or accepts it for execution. If the information packet is received correctly, the device (Slave) sends the response control packet (CTRL) to the device (Master), in which it changes the value of the ACKN bit of validation of the received information packet. If the checksums do not match, then it is considered that the integrity of the transmitted information is violated. In this case, the device (Slave) ignores the job and sends a response control packet to the device (Master), in which the value of the ACKN bit is not changed. When transmitting data over a channel in one direction, an interval between adjacent words within a packet and between packets of not more than 100 ns is allowed. The time interval between packets following in the opposite direction shall not exceed 200 ns.
Второй тип сообщения - «широковещательное сообщение» предназначен для передачи данных от устройства (Master) всем устройствам (Slave) - «запись данных во все Slave устройства» (фиг. 1). Устройство (Master) передает информационный пакет (с признаком «запись (WR)» в управляющем поле), а устройства (Slave) принимают информационный пакет, просчитывают контрольную сумму CRC(1) управляющих слов и контрольную сумму CRC(2) слов данных и сравнивают их значения с полученными от ведущего устройства (Master). В зависимости от результата сравнения контрольных сумм устройство (Slave) либо игнорирует задание записи данных, либо принимает к исполнению. В этом режиме устройство (Master) после передачи информационного пакета не ожидает "ответного пакета" от устройств (Slave). При передаче данных по каналу в одном направлении допускается интервал между соседними словами внутри пакета и между пакетами не более 100 нc.The second type of message - "broadcast message" is designed to transfer data from the device (Master) to all devices (Slave) - "write data to all Slave devices" (Fig. 1). The device (Master) transmits the information packet (with the sign “record (WR)” in the control field), and the devices (Slaves) receive the information packet, calculate the checksum CRC (1) of the control words and the checksum CRC (2) of the data words and compare their values with those received from the master device (Master). Depending on the result of the checksum comparison, the device (Slave) either ignores the data recording task or accepts it for execution. In this mode, the device (Master) after transmitting the information packet does not expect a “response packet” from the devices (Slave). When transmitting data over a channel in one direction, an interval between adjacent words within a packet and between packets of not more than 100 ns is allowed.
Третий тип сообщения предназначен для передачи данных от устройства (Slave) к устройству (Master) - «чтение данных из Slave» (фиг. 2). Устройство (Master) передает управляющий пакет (с признаком «чтение (RD)» в управляющем слове) и освобождает канал. Адресуемое устройство (Slave) принимает управляющий пакет, просчитывает контрольную сумму CRC(1) управляющих слов и сравнивает ее значение со значением контрольной суммы, полученной от устройства (Master). В зависимости от результата сравнения контрольной суммы устройство (Slave) либо игнорирует задание передачи данных, либо принимает к исполнению. При успешном сравнении устройство (Slave) захватывает канал и передает устройству (Master) ответный информационный пакет. Устройство (Master) принимает ответный информационный пакет от устройства (Slave) и просчитывает контрольную сумму CRC(1) управляющих слов и контрольную сумму CRC(2) слов данных. При успешном сравнении контрольных сумм информационный пакет от устройства (Slave) считается принятым - чтение данных устройством (Master) из устройства (Slave) завершенным. При передаче данных по каналу в одном направлении допускается интервал между соседними словами внутри пакета и между пакетами не более 100 нc. Временной интервал между пакетами, следующими в противоположном направлении не должен превышать 200 нc.The third type of message is designed to transfer data from the device (Slave) to the device (Master) - "reading data from the Slave" (Fig. 2). The device (Master) transmits the control packet (with the sign “read (RD)” in the control word) and releases the channel. The addressed device (Slave) receives the control packet, calculates the CRC checksum (1) of the control words and compares its value with the value of the checksum received from the device (Master). Depending on the result of the checksum comparison, the device (Slave) either ignores the data transfer task or accepts it for execution. Upon successful comparison, the device (Slave) captures the channel and transmits a response information packet to the device (Master). The device (Master) receives a response information packet from the device (Slave) and calculates the checksum CRC (1) of the control words and the checksum CRC (2) of the data words. Upon successful comparison of the checksums, the information packet from the device (Slave) is considered accepted - the reading of data by the device (Master) from the device (Slave) is completed. When transmitting data over a channel in one direction, an interval between adjacent words within a packet and between packets of not more than 100 ns is allowed. The time interval between packets following in the opposite direction shall not exceed 200 ns.
Известно, что для способа обмена данными, в котором устройство (Master) всегда инициативно запрашивает данные у устройства (Slave) характерно то, что устройство (Slave) всегда направляет устройству (Master) такое количество слов полезной информации, которое запросил у него абонент (Master) в текущем сообщении. В свою очередь устройство (Master) всегда (из цикла в цикл) запрашивает максимально возможное количество слов полезной информации, т.е. запрашивает количество слов полезной информации, необходимое для записи такого значения контролируемого параметра, для которого требуется максимальное количество слов полезной информации. Значение контролируемого параметра, измеренного с заданной точностью, и является полезной информацией. Предлагается передавать по каналу только «нужное» количество слов полезной информации, в то время как традиционно в системах «Master/Slave» передается максимально возможное количество слов полезной информации. Включенный в информационный пакет признак адаптивного чтения ADP дает возможность при «чтении данных из устройства (Slave)», передавать по каналу только такое количество слов, предназначенных для записи полезной информации, которое достаточно для записи текущего значения контролируемого параметра, что увеличивает производительность канала (внутренней шины контроллера).It is known that for a data exchange method in which a device (Master) always proactively requests data from a device (Slave), it is characteristic that the device (Slave) always sends to the device (Master) the number of words of useful information that the subscriber requested from it (Master) ) in the current message. In turn, the device (Master) always (from cycle to cycle) asks for the maximum possible number of words of useful information, i.e. requests the number of words of useful information necessary to record such a value of the controlled parameter for which the maximum number of words of useful information is required. The value of the controlled parameter, measured with a given accuracy, is useful information. It is proposed to transmit on the channel only the “necessary” number of words of useful information, while traditionally in the Master / Slave systems the maximum possible number of words of useful information is transmitted. The feature of adaptive ADP reading included in the information package makes it possible, when “reading data from the device (Slave)”, to transmit on the channel only such a number of words designed to record useful information that is sufficient to record the current value of the monitored parameter, which increases the channel's performance (internal controller bus).
Например: При чтении данных из устройства (Slave) устройство (Master) запрашивает значение измеряемого (контролируемого) параметра, например значение температуры. Допустим, что для передачи предельного значения температуры, например Тmax=+70°, необходимо четыре слова данных (фиг. 13). Это максимальное количество слов данных (полезной информации), необходимое для записи контролируемой температуры. Устройство (Master) направляет в устройство (Slave) управляющий пакет (CTRL) в первом слове cw[0] которого SIZE=5, т.е. устройство (Master) запрашивает у устройства (Slave) информационный пакет, в котором поле данных должно состоять из четырех слов данных (d[0], d[1], d[2], d[3]) и одного слова контрольной суммы CRC(2) (режим полного чтения) (фиг. 13). Но диапазон номинальных значений измеряемого параметра температуры в 90% случаев не выходит за пределы значений °С+21…+40. Для записи номинальных значений температуры необходимо одно слово в поле данных. Следовательно, каждый раз, при передаче номинального значения температуры по каналу направляется три «лишних» слова, биты которых установлены в логический ноль. Поэтому, в процессоре устройства (Slave), анализируется текущее значение измеренной температуры, например T1=+25°, и выставляется в ответном информационном пакете (CTRL + DATA) SIZE=2, т.е. устройство (Slave) отправляет устройству (Master) информационный пакет, в котором одно слово данных (d[0]) и одно слово контрольной суммы CRC(2) (режим адаптивного чтения данных из Slave) (фиг. 14). В результате имеем сокращение времени ΔТр обслуживания конкретного устройства (Slave) (модуля ввода-вывода, ИД) примерно на 28%. Процентный временной выигрыш ΔТр можно рассчитать по формуле:For example: When reading data from a device (Slave), the device (Master) requests the value of the measured (controlled) parameter, for example, the temperature value. Suppose that to transmit a temperature limit value, for example T max = + 70 °, four data words are needed (Fig. 13). This is the maximum number of data words (useful information) required to record a controlled temperature. The device (Master) sends a control packet (CTRL) to the device (Slave) in the first word cw [0] of which SIZE = 5, ie the device (Master) requests from the device (Slave) an information packet in which the data field should consist of four data words (d [0], d [1], d [2], d [3]) and one word of the CRC checksum (2) (full read mode) (Fig. 13). But the range of nominal values of the measured temperature parameter in 90% of cases does not go beyond the values of ° С + 21 ... + 40. To record the nominal temperature values, you need one word in the data field. Therefore, each time, when transmitting the nominal temperature value, three “extra” words are sent through the channel, the bits of which are set to logical zero. Therefore, in the processor of the device (Slave), the current value of the measured temperature is analyzed, for example T 1 = + 25 °, and set in the response information packet (CTRL + DATA) SIZE = 2, i.e. the device (Slave) sends to the device (Master) an information packet in which one data word (d [0]) and one CRC checksum word (2) (adaptive reading of data from Slave) (Fig. 14). As a result, we have a reduction in the service time ΔТр of a specific device (Slave) (I / O module, ID) by about 28%. The percentage time gain ΔТр can be calculated by the formula:
где: Where:
х - максимальное количество слов данных, зарезервированное для данного контролируемого параметра;x is the maximum number of data words reserved for this monitored parameter;
у - минимально необходимое количество слов для текущего значения контролируемого параметра.y is the minimum required number of words for the current value of the controlled parameter.
Для того, чтобы устройство (Master) не восприняло переданный устройством (Slave) информационный пакет с меньшим количеством слов полезной информации как ошибку, в состав управляющих слов управляющего и информационного пакетов включен признак адаптивного чтения ADP. В приведенном примере устройство (Master) направляет в устройство (Slave) управляющий пакет (CTRL) со значением "0" в бите ADP и выставленным значением Size - количество запрашиваемых слов в пакете данных. В свою очередь, устройство (Slave) при направлении ответного информационного пакета (CTRL + DATA) с количеством слов данных меньшим, чем запрашивалось в управляющем пакете, изменяет значение в бите ADP. В ответном информационном пакете бит ADP имеет значение "1". Полученный информационный пакет в управляющем слове которого ADP=1, устройство (Master) воспринимает как команду к установке нового значения Size для приема пакета данных (DATA) от устройства (Slave) (фиг. 15, фиг. 16). Если устройство (Slave) направляет в устройство (Master) такое количество слов данных, какое запросило устройство (Master), то значение бита ADP в ответном информационном пакете не изменяется и сохраняет значение "0".In order for the device (Master) not to perceive the information packet transmitted with the device (Slave) with fewer words of useful information as an error, the adaptive reading sign ADP is included in the control words of the control and information packets. In the given example, the device (Master) sends a control packet (CTRL) to the device (Slave) with the value "0" in the ADP bit and the set Size value - the number of requested words in the data packet. In turn, the device (Slave), when sending a response information packet (CTRL + DATA) with less data words than was requested in the control packet, changes the value in the ADP bit. In the response information packet, the ADP bit is set to "1". The received information packet in the control word of which ADP = 1 is perceived by the device (Master) as a command to set a new Size for receiving a data packet (DATA) from the device (Slave) (Fig. 15, Fig. 16). If the device (Slave) sends to the device (Master) as many data words as the device (Master) requested, the value of the ADP bit in the response information packet does not change and saves the value "0".
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018111465A RU2682435C1 (en) | 2018-03-30 | 2018-03-30 | Data transmission interface |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018111465A RU2682435C1 (en) | 2018-03-30 | 2018-03-30 | Data transmission interface |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2682435C1 true RU2682435C1 (en) | 2019-03-19 |
Family
ID=65806182
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018111465A RU2682435C1 (en) | 2018-03-30 | 2018-03-30 | Data transmission interface |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2682435C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2783917C1 (en) * | 2021-09-21 | 2022-11-22 | Акционерное общество "ТЕКОН-Инжиниринг" (АО "ТЕКОН-Инжиниринг") | Interface with dynamic information encryption used to protect the transmitted data from unauthorised access in communication systems |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7243173B2 (en) * | 2004-12-14 | 2007-07-10 | Rockwell Automation Technologies, Inc. | Low protocol, high speed serial transfer for intra-board or inter-board data communication |
RU2345401C2 (en) * | 2003-08-03 | 2009-01-27 | Циньхуа Юниверсити | Universal two-way consecutive interface of data transmission and data transmission method |
RU2369033C2 (en) * | 2003-09-10 | 2009-09-27 | Квэлкомм Инкорпорейтед | High-speed data transmission interface |
RU2601833C1 (en) * | 2016-01-14 | 2016-11-10 | Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных системы" (АО "Российские космические системы") | Device for receiving-transmitting information arrays |
-
2018
- 2018-03-30 RU RU2018111465A patent/RU2682435C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2345401C2 (en) * | 2003-08-03 | 2009-01-27 | Циньхуа Юниверсити | Universal two-way consecutive interface of data transmission and data transmission method |
RU2369033C2 (en) * | 2003-09-10 | 2009-09-27 | Квэлкомм Инкорпорейтед | High-speed data transmission interface |
US7243173B2 (en) * | 2004-12-14 | 2007-07-10 | Rockwell Automation Technologies, Inc. | Low protocol, high speed serial transfer for intra-board or inter-board data communication |
RU2601833C1 (en) * | 2016-01-14 | 2016-11-10 | Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных системы" (АО "Российские космические системы") | Device for receiving-transmitting information arrays |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2783917C1 (en) * | 2021-09-21 | 2022-11-22 | Акционерное общество "ТЕКОН-Инжиниринг" (АО "ТЕКОН-Инжиниринг") | Interface with dynamic information encryption used to protect the transmitted data from unauthorised access in communication systems |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4608700A (en) | Serial multi-drop data link | |
US4332027A (en) | Local area contention network data communication system | |
Frenzel | Handbook of serial communications interfaces: a comprehensive compendium of serial digital input/output (I/O) standards | |
RU2595962C2 (en) | Method and device for adaptation of reliability of data transmission in serial bus system | |
RU2596582C2 (en) | Method and device for memory size adapted serial data transfer | |
US5696911A (en) | Arrangement for eliminating malfunction and/or permitting high-speed transmission in a serial bus connection, and transmitter and receiver units linked to the latter | |
CN106959935B (en) | Method compatible with I2C communication and IPMB communication | |
WO2002046938A2 (en) | Network controller for digitally controlling remote devices via a common bus | |
US8230146B2 (en) | Communication method and master-slave system for a field bus configured according to the AS-interface standard | |
AU2007211268B2 (en) | System and method for making busses limited to a linear topology extensible to other topologies | |
CN110635982B (en) | Double-host communication method and system on communication bus, industrial control gateway and storage medium | |
Plotnikov et al. | Modeling of inter-modular interaction based on the CANopen protocol in vibration monitoring systems | |
EP4138343A1 (en) | Processing system, related integrated circuit, device and method | |
US8307137B2 (en) | Remote communication method of a network | |
CN111262765A (en) | Communication system and method based on redundant BLVDS bus | |
RU2682435C1 (en) | Data transmission interface | |
CN110659242A (en) | MIL-STD-1553B bus protocol controller | |
EA035228B1 (en) | Method for adaptive data transmission in an industrial controller | |
CA1123962A (en) | Computer communication network adapter | |
US5592621A (en) | System for inserting first transmission token into data stream appended to second transmission token to facilitate full duplex communication between central controller and other controllers | |
CN111555946A (en) | Subscriber station of a bus system and method for transmitting data in a bus system | |
CN116614159B (en) | Twisted pair isolation type communication transmission method for battery monitoring | |
CN115622836B (en) | Fieldbus data conversion transmission system and method for aerospace field | |
US11870603B2 (en) | Controller area network termination scheme | |
WO2024082204A1 (en) | Lightweight electronic control system for high-reliability and high-safety use |