Модуль-контроллер магистрального последовательного интерфейса

Полезная модель относится к устройствам обмена информацией и предназначена для построения магистрально-модульных вычислительных и управляющих систем.

Модуль может быть использован для сопряжения управляющего вычислителя прибора с внешними устройствами в качестве многоканального терминала последовательной шины данных на основе требований стандарта ГОСТ 52070-2003. Основу модуля составляют каналы на базе блока информационного обмена, реализованные на БИС 1879 BA1T, причем каждый канал работает независимо друг от друга. Модуль может функционировать в режимах контроллера шины (КШ), оконечного устройства (ОУ), монитора (МТ) или в совмещенном режиме ОУ/МТ.

Модуль выполнен на основе современной элементной базы с использованием программируемой логической интегральной схемы 1 п.ф., 1 илл.

Заявляемая полезная модель относится к устройствам обмена информацией и предназначена для построения магистрально-модульных вычислительных и управляющих систем на базе электронных модулей различного функционального назначения.

Известны модули с системной шиной ISA, используемые в моделях ЭВМ серии «Багет», например, модуль четырех последовательных интерфейсов БТ01-404 [1].

В модуле реализованы четыре канала последовательных интерфейсов RS-232, RS-422 или ИРПС. Тип интерфейса для каждого канала устанавливается при изготовлении. Каждый канал имеет буферы шестнадцать байт на прием и шестнадцать байт на передачу. Пропускная способность канала 1200-38400 бит/с.

Существенным недостатком данного модуля является низкая пропускная способность используемых интерфейсов, а также малая емкость буферного ОЗУ, что вызывает повышенную нагрузку на управляющий вычислитель при частом обращении к малоемкой памяти модуля.

Наиболее близким по техническим характеристикам и организации обмена информацией к заявляемой полезной модели является аналог (прототип) модуль БТ01-401 [2] (модуль резервированного интерфейса ГОСТ 26765. 52-87 MIL STD 1553 В «Манчестер-2»), содержащий шинный усилитель, буферный каскад, дешифратор адреса, регистр адреса, буферное оперативное запоминающее устройство, адаптер ввода-вывода.

Модуль подключается на шину ISA через системные разъемы. Режимы работы: контроллер, оконечное устройство, монитор. Пропускная способность канала 1 Мбит/с.

Недостатком указанного устройства является то, что модуль обеспечивает обмен информацией только по одному каналу, и при построении многоканальных систем обмена требуется использование нескольких таких модулей. Это приводит к повышению потребляемой мощности и повышению нагрузки на шину ISA.

Технической задачей полезной модели является создание модуля-контроллера магистрального последовательного интерфейса для работы в составе различных электронно-вычислительных приборов в качестве многоканального терминала последовательной шины данных (ПШД) на основе требований стандарта ГОСТ Р52070-2003, с обеспечением критериев достоверности передачи информации в магистраль каждого канала.

Основу модуля составляет блок информационного обмена (БИО), являющийся канальным терминалом мультиплексного канала, реализованным в БИС 1879 BA1T.

Указанная задача решается за счет того, что в модуль-контроллер магистрального последовательного интерфейса, содержащий первый шинный усилитель, буферный каскад, дешифратор адреса и блок информационного обмена, включающий регистр адреса, второй шинный усилитель и буферное ОЗУ, соединенное внутренней шиной данных и внутренней шиной адреса соответственно со вторым шинным усилителем и с регистром адреса, соединенными шиной данных с первым шинным усилителем, вход которого и вход регистра адреса соединены с выходом дешифратора адреса, соединенного шиной адреса с буферным каскадом, подключенным к системной шине ISA, соединенной двухсторонне с первым шинным усилителем, введены блок формирования прерываний и дополнительные блоки информационного обмена, а в каждый блок информационного обмена включены генератор опорной частоты, приемопередающее устройство, а также соединенные с внутренней шиной данных и внутренней шиной адреса операционный блок и блок логики управления, соединенный первым входом с дешифратором адреса, первым выходом - с блоком формирования прерываний, выход которого подключен к системной шине ISA, вторым выходом - со вторым шинным усилителем, третьим выходом - с буферным ОЗУ, выход генератора опорной частоты соединен с входом операционного блока и с вторым входом блока логики управления, при этом операционный блок взаимосвязан с блоком логики управления и с приемопередающим устройством.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором устройства и блоки имеют следующее обозначение:

1.1...1.n - блоки информационного обмена (БИО);

2 - шина ISA;

3 - первый шинный усилитель (ШУ1);

4 - буферные каскады (БК);

5 - дешифратор адреса (ДША);

6 - блок формирования прерываний (БФП);

7 - регистр адреса;

8 - второй шинный усилитель (ШУ2);

9 - буферное ОЗУ;

10 - блок логики управления;

11 - генератор опорной частоты;

12 - операционный блок;

13 - приемопередающее устройство.

Указанные на чертеже устройства модуля образуют общую часть, состоящую из первого шинного усилителя, буферных каскадов, дешифратора адреса и блока формирования прерываний, и n одинаковых канальных блоков информационного обмена (БИО), имеющие следующее функциональное назначение:

- блок информационного обмена 1.1...1.n обеспечивает обмен информацией, контроль ее передачи по мультиплексному каналу в режимах «контроллер», «оконечное устройство», «монитор»;

- шинный усилитель 3, двунаправленный элемент, обеспечивающий прием/выдачу 16-ти разрядных данных по шине ISA 2 при обращении центрального процессора (ЦП) к ресурсам БИО;

- буферные каскады 4 согласуют электрические параметры адресных и управляющих сигналов, поступающих по шине ISA 2 от центрального процессора;

- дешифратор адреса 5 формирует сигналы записи и чтения при обращении центрального процессора к ОЗУ и регистрам модуля, а также управляет шинным усилителем 3, определяя направление передачи информации по шине данных;

- блок формирования прерываний 6 объединяет по схеме «или» сигналы запроса от n БИО на обслуживание центральным процессором и выставляет их на шину ISA;

- буферное ОЗУ 9 емкостью 8 килобайт для хранения принимаемой или передаваемой информации по последовательной шине данных (ПШД) в своем канале;

- блок логики управления 10 организует работу БИО, обеспечивает контроль его функционирования, формирует сигналы запроса на обслуживание ЦП, обеспечивает разделение доступа к ОЗУ со стороны операционного блока 12 и ЦП;

- операционный блок 12 выполняет адресные и логические операции, формирует и контролирует временные рабочие интервалы, организует и выполняет протокол обмена по ПШД, преобразует в последовательный униполярный код информацию, передаваемую в ПШД, а также выполняет обратное преобразование информации, поступающей из ПШД.

Согласно чертежа, в модуле-контроллере магистрального последовательного интерфейса шина ISA 2 соединена с шинным усилителем 3, блоком формирования прерываний 6 и буферными каскадами 4, соединенными шиной адреса с дешифратором адреса 5. Выход дешифратора адреса 5 соединен с шинным усилителем 3, а в каждом блоке информационного обмена 1.1...1.n - с регистром адреса 7 и блоком логики управления 10. Первый выход каждого блока логики управления 10 соединен с блоком формирования прерываний 6. Шинный усилитель 3 соединен шиной данных в каждом блоке информационного обмена 1.1...1.n с регистром адреса 7 и шинным усилителем 8, каждый из которых соответственно соединены шиной адреса и шиной данных с ОЗУ 9, операционным блоком 12 и блоком логики управления 10, соединенным вторым выходом с шинным усилителем 8, третьим выходом - с ОЗУ 9 и входом-выходом - с операционным блоком 12. Выход генератора опорной частоты 11 подключен к блоку логики управления 10 и к операционному блоку 12, который соединен двухсторонними связями с приемопередающим устройством 13. Приемопередающее устройство 13 каждого БИО 1.1...1.n связано с соответствующей внешней последовательной шиной данных ПШД (на чертеже не показана).

В многоканальном терминале ПШД каждый блок информационного обмена 1.1...1.n работает независимо друг от друга и может быть определен центральным процессором в качестве контроллера шины (КШ), оконечного устройства (ОУ), монитора или в совмещенном режиме оконечное устройство/монитор последовательной шины данных.

В каждом канале эти режимы работы обеспечивает БИС 1879 BA1T, в состав которой входят кодирующее и декодирующее устройства, многопротокольная логика, логика управления, семнадцать рабочих регистров и внутреннее ОЗУ объемом 4К 16-ти разрядных слов.

При работе БИО в режиме КШ реализуются все форматы сообщений по ГОСТ Р52070-2003, передаваемые по информационной магистрали. Формат сообщения программируется индивидуально для каждого сообщения на основе управляющего слова КШ и состояния бита «прием/передача» соответствующего командного слова. Управляющее слово КШ определяет формат сообщения, маскирование слова встроенной системы контроля (ВСК) и ответного слова ОУ, включение автоповтора и/или запроса на обработку прерывания для индивидуального сообщения.

КШ осуществляет полную проверку достоверности слов и форматов сообщений, включая проверку интервала выдачи ответа, полярности и кодирования синхросигнала, бифазного кодирования, четности, количества бит информации, количества слов, адреса ОУ, а также наличия ошибок в формате ОУ-ОУ. Интервал ожидания ответного слова программируется в диапазоне 18-130 мкс, что позволяет КШ работать на длинных линиях передачи и на шинах с повторителями.

При работе в режиме ОУ реализуются все виды сообщений и выполнение всех команд управления по ГОСТ Р 52070-2003. Логика режима ОУ выполняет полную проверку наличия ошибок: проверку достоверности слов и сообщений, и обеспечивает программное управление признаками ответного слова и значением слова ВСК, которые также могут формироваться в реальном времени. Другими особенностями режима ОУ являются программируемый набор условий для формирования прерываний, программирование признака «Абонент занят», гибкое управление памятью (режимы: одиночного сообщения, двойной буферизации, круговой буферизации).

БИО реализует три режима работы монитора: словный монитор, монитор избранных сообщений, совмещенный режим ОУ и монитора сообщений.

После инициализации режима словного монитора БИО осуществляет сбор всех принятых командных, ответных слов и слов данных. Для каждого принятого слова сохраняется информация о полярности синхросигнала, достоверности слова и временном интервале между словами. Слово срабатывания монитора обеспечивает дополнительную гибкость режима словного монитора, причем имеются программируемые возможности запуска/останова монитора по выбранному слову и/или выдачи прерывания по приему выбранного слова.

Режим монитора избранных сообщений позволяет значительно уменьшить загрузку ЦП. В данном режиме производится выборочный прием сообщений,

поступающих по ПШД, с возможностями фильтрации по адресу ОУ, признаку прием/передача, подадресу в командном слове. Монитор избранных сообщений значительно упрощает работу управляющего программного обеспечения в части распознавания командных и ответных слов.

Монитор (МТ) избранных сообщений может функционировать, как пассивный монитор шины, либо как монитор сообщений совмещенный с ОУ. В совмещенном режиме ОУ/МТ обеспечивается полнофункциональная работа в режиме ОУ с выделенным адресом и наблюдение за сообщениями в шине по остальным негрупповым адресам ОУ. Данный режим работы может иметь применение для реализации резервного контроллера шины.

Управление БИО осуществляется центральным процессором с помощью доступных по шине ISA конфигурационных, запускающих регистров и регистров состояния, входящих в состав блока логики управления 10.

Алгоритмы работы центрального процессора с БИО предусматривает следующие фазы: настройка канала, запуск и завершение работы.

Настройка канала заключается в установке определенного состояния конфигурационных регистров в блоке логики управления 10, засылке данных в буферное ОЗУ (для режима передачи данных). Для этого ЦП формирует на шине ISA 2 сигнал записи или чтения, адрес регистра и 16-ти разрядные данные для записи.

Дешифратор адреса 5 анализирует поступающие через буферные каскады 4 адресные сигналы и формирует сигналы записи/чтения в ОЗУ 9 и регистры блока логики управления 10, в которые также одновременно поступают данные через шинный усилитель 3 и шинный усилитель 8.

Запуск работы БИО осуществляется установкой запускающих регистров, после чего управляющие автоматы операционного блока 12 автоматически выполняют последовательность действий, определяемых состоянием конфигурационных регистров по обмену информацией по ПШД, т.е. передают ранее записанную в ОЗУ 9, либо сохраняют полученную через приемопередающее устройство 13, кодер и декодер информацию из ПШД.

По окончанию обмена заполняются регистры состояния в блоке логики управления 10, характеризующие результат сеанса обмена по ПШД.

Работа блока информационного обмена завершается выработкой сигнала прерывания, формируемого в блоке логики управления 10 и поступающего на шину ISA через блок формирования прерываний 6 в виде сигнала запроса на обслуживание центральным процессором.

Блок логики управления 10 обеспечивает программируемые возможности работы с сигналом прерывания. Выходной сигнал запроса на обработку прерывания имеет три программно задаваемых режима работы: импульсный, уровнем напряжения, снимаемым программно или уровнем напряжения, снимаемым после чтения регистров состояния.

В рабочих режимах или в режимах тестовых проверок каждый канал модуля (БИО 1.1...1.n) осуществляет процедуру самотестирования. Внутреннее самотестирование обеспечивает проверку параллельных цепей адреса и данных, функционирование операционного блока 12 с кодирующими и декодирующими

устройствами, блока логики управления 10. Во время проведения этой проверки выход кодирующего устройства подсоединяется напрямую ко входу декодирующего устройства, без выдачи команд и данных в ПШД.

Для самотестирования с выдачей данных в ПШД, последнее слово возвращается обратно на вход декодера для формирования «слова проверочного возврата». При такой проверке проверяется работа приемников и передатчиков в приемопередающем устройстве 13 и сама линия передачи информации с внешними трансформаторами, кабелями магистральной ПШД, согласующими сопротивлениями и т.д. Несогласованность электрических цепей или прочие неисправности внешних компонентов будут вызывать отражение сигналов и их искажение. Эти искажения могут быть причиной неудачного исхода в проведении данной проверки. Такая проверка чрезвычайно важна на стадии регулировки аппаратуры и отладки рабочих режимов.

Источники информации, принятые во внимание:

1. Каталог КБ «Корунд-М» издание 3, «Семейство ЭВМ для специальных применений», стр.25.

2. Каталог КБ «Корунд-М» издание 3 «Электронные модули с шиной ISA», стр.26.

Модуль-контроллер магистрального последовательного интерфейса, содержащий первый шинный усилитель, буферный каскад, дешифратор адреса и блок информационного обмена, включающий регистр адреса, второй шинный усилитель и буферное ОЗУ, соединенное внутренней шиной данных и внутренней шиной адреса соответственно со вторым шинным усилителем и с регистром адреса, соединенными шиной данных с первым шинным усилителем, вход которого, а также вход регистра адреса соединены с выходом дешифратора адреса, соединенного шиной адреса с буферным каскадом, подключенным к системной шине ISA, соединенной двухсторонне с первым шинным усилителем, отличающийся тем, что в него введены блок формирования прерываний и дополнительные блоки информационного обмена, а в каждый блок информационного обмена включены генератор опорной частоты, приемопередающее устройство, а также соединенные с внутренней шиной данных и внутренней шиной адреса операционный блок и блок логики управления, соединенный первым входом с дешифратором адреса, первым выходом с блоком формирования прерываний, выход которого подключен к системной шине ISA, вторым выходом - со вторым шинным усилителем, третьим выходом - с буферным ОЗУ, выход генератора опорной частоты соединен с входом операционного блока и с вторым входом блока логики управления, при этом операционный блок взаимосвязан с блоком логики управления и с приемопередающим устройством.