38297 (660633), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Возможны два подхода к организации взаимодействия элементов системы и построению материальных связей между ними:

жесткая унификация и стандартизация входных и выходных пара­метров элементов системы;

использование функциональных блоков с адаптивными характерис­тиками по входам-выходам.

На практике часто сочетают оба подхода. Стандартизация интерфей­сов позволяет:

• проектировать ИИС различных конфигураций;

• значительно сократить число типов СИ и их устройств сопряжения;

• ускорить и упростить разработку отдельных СИ и ИИС в целом;

• упростить техническое обслуживание и модернизацию ИИС;

• повысить надежность ИИС.

Применение развитых стандартных интерфейсов при организации ИИС позволяет обеспечить быструю компоновку системы и разработку программ управления СИ.

Основной структурной единицей ИИС является функциональный блок ФБ, который представляет собой один или несколько объединенных и взаимодействующих между собой измерительных преобразователей. Взаимодействие ФБ осуществляется через интерфейсные блоки ИБ по командам, организующим обмен данными. Команды управления форми­руются в управляющем блоке УБ и воздействуют на интерфейсные блоки через контроллер (К).

Между ФБ ИИС осуществляется обмен информационными и управляющими сообщениями. Информационное сообщение содержит сведения о значении измеряемого параметра, диапазоне измерения, времени изме­рения, результатах контроля состояния измерительных каналов и др. Управляющее сообщение содержит сведения о режиме работы ФБ, поряд­ке выполнения ими последовательности операций во времени, команде контроля состояния измерительных каналов.

Интерфейс может быть общим для устройств разных типов, наиболее распространенные интерфейсы определены международными, государ­ственными и отраслевыми стандартами. Стандарт (ГОСТ 26016—81 "Еди­ная система стандартов приборостроения. Интерфейсы, признаки клас­сификации и общие требования") включает четыре признака классифика­ции: способ соединения комплектов системы (магистральный, радиаль­ный, цепочечный, комбинированный); способ передачи информации (па­раллельный, последовательный, параллельно-последовательный); принцип обмена информацией (асинхронный, синхронный); режим передачи ин­формации (двусторонняя одновременная передача, двусторонняя пооче­редная передача, односторонняя передача).

Указанные признаки позволяют характеризовать только определен­ные аспекты организации интерфейсов.

Более полная характеристика и систематизация интерфейсов могут быть выполнены при условии классификации по нескольким совокупнос­тям признаков: функциональному назначению, логической функциональ­ной организации и физической реализации.

К основным характеристикам интерфейса относятся следующие: функциональное назначение; структура или тип организации связей; принцип обмена информацией; способ обмена данными; режим обмена данными; номенклатура шин и сигналов; количество линий; количество линий для передачи данных; количество адресов; количество команд; быстродействие; длина линий связи; число подключаемых устройств; тип линии связи.

Соединение отдельных приборов и блоков между собой осуществля­ется линиями связи или линиями интерфейса. Линии интерфейса могут объединяться в группы для выполнения одной из операций в программно-управляемом процессе передачи данных. Эти группы линий называются шинами интерфейса. Назначение отдельных линий и шин, их номенклатура и взаимное расположение в системе (топологии) являются базовыми при рассмотрении функционирования любого интерфейса.

В отечественных и зарубежных микропроцессорных измерительно-управляющих вычислительных системах (МП ИУВС) распространены асинхронные мультиплексные интерфейсы с параллельным способом передачи информации: 8-разрядные интерфейсы Microbus; 16-разрядные интерфейсы общая шина (Unibus), Microbus, интерфейс микроЭВМ "Элек­троника 60" (Q-bus, LSI-11).

Для связи датчиков информации, исполнительных элементов, терри­ториально удаленных от процессора на десятки и сотни метров, в МП ИУВС применяют интерфейсы периферийных устройств. В таких интер­фейсах используются как параллельный, так и последовательный спосо­бы обмена информацией. При этом последний по причине существенного упрощения собственно линии связи, а следовательно, и снижения стои­мости наиболее предпочтителен, если при этом обеспечивается необходи­мая скорость передачи информации.

В последнее время в связи с развитием микро- и мультипроцессорных ИУВС, отдельные микропроцессоры или устройства ввода-вывода кото­рых могут отстоять друг от друга территориально на сотни метров (на­пример, заводская или цеховая ИУВС), все более широко применяются системные интерфейсы или интерфейсы локальных сетей. Системный интерфейс, как правило, имеет многоуровневую архитектуру (совокуп­ность) аппаратных и программных средств.

Из зарубежных локальных сетей наиболее известны DEC net фирмы "Digital Equipment Corp", z-net фирмы "Zilog Inc", сеть фирмы IBM, Om minet фирмы "Corvus Inc" и др.

При построении ИИС, согласно ГОСТ 22316-77, должны применяться следующие структуры соединения функциональных блоков между собой:

• цепочечное соединение, при котором единственный выход предшест­вующего блока соединен с единственным входом последующего блока, так что соединенные блоки образуют цепь;

• радиальное соединение, при котором один блок соединен одновремен­но с несколькими блоками, причем с каждым из них отдельной независи­мой линией;

• магистральное соединение, при котором входы и (или) выходы сопрягаемых блоков соединены одной общей линией.

В цепочечной структуре каждая пара источник-прием­ник соединена попарно линиями от выходов предыдущих ФБ ко входам последующих, обмен данными происходит непосредственно между бло­ками или приборами. Функции управления распределены между этими устройствами. Цепочечную структуру интерфейсов используют, как пра­вило, в несложных системах с несколькими функциональными уст­ройствами.

В системе, выполненной по радиальной структуре, име­ется центральное устройство - контроллер, с которым каждая пара ис­точник-приемник связана с помощью индивидуальной группы шин. Бло­ки и приборы, подключаемые к контроллеру, могут изменять свои места при соответствующем изменении программы работы контроллера. Под управлением контроллера происходит обмен данными между каждым устройством и контроллером. Связи между управляющим устройством и одним из устройств-источников или приемников сигналов может осу­ществляться как по инициативе контроллера, так и по инициативе уст­ройств (абонентов). В последнем случае одно из устройств вырабатывает сигнал запроса на обслуживание, а контроллер идентифицирует запраши­ваемое устройство. Когда контроллер готов к обмену данными, логически подключаются цепи связи и начинается процесс обмена. Эти цепи остаются подключенными, пока не будет передана нужная порция информации.

Контроллер может производить обмен данными только с одним из устройств. В случае одновременного поступления запросов от двух и более абонентов по системе приоритетов будет установлена связь с уст­ройством, имеющим наивысший приоритет. Приоритет присваивается приборам и блокам в зависимости от их типа, технических характерис­тик и важности поступающей информации. В интерфейсах с радиальной структурой чаще всего приоритет зависит от места подключения кабеля, соединяющего абонент (ФБ) с контроллером.

Радиальное соединение функциональных блоков позволяет достаточ­но просто и быстро осуществлять адресацию и идентификацию требуе­мого ФБ.

К недостаткам радиальной структуры можно отнести большую дли­ну соединительных линий, а также сложность контроллера, что приводит к увеличению стоимости ИС.

В системах с магистральной структурой вместо группы индивидуальных шин имеются коллективные шины, к которым подсоеди­няются все источники и приемники информации и контроллер.

По принципу обмена информацией интерфейсы подразделяют на па­раллельные, последовательные и параллельно-последовательные. При параллельной передаче цифровых данных численное значение величины, содержащее т битов, транслируют по т информационным линиям. Это сообщение одновременно и полностью может быть введено в интерфейс, а также воспринято приемником. Интерфейсные устройства параллель­ного ввода-вывода информации позволяют согласовать во времени процесс обмена данными между ЭВМ и периферийным устройством.

Интерфейсные функции

Основные функции интерфейса заключаются в обеспечении информа­ционной, электрической и конструктивной совместимости между функ­циональными элементами системы

Информационная совместимость - это согласованность взаимодей­ствий функциональных элементов системы в соответствии с совокупностью логических условий. Логические условия определяют:

• структуру и состав унифицированного набора шин;

• набор процедур по реализации взаимодействия и последовательности их выполнения для различных режимов функционирования;

• способ кодирования и форматы данных, команд, адресной информации и информации состояния;

• временные соотношения между управляющими сигналами.

Логические условия информационной совместимости определяют функциональную и структурную организацию интерфейса и для большин­ства интерфейсов стандартизируются. Условия информационной совмес­тимости определяют объем и сложность схемотехнического оборудования и программного обеспечения, а также основные технико-экономические показатели (пропускную способность и надежность интерфейса).

Электрическая совместимость — это согласованность статических и динамических параметров передаваемых электрических сигналов в системе шин, с учетом используемой логики и нагрузочной способности элементов.

Условия электрической совместимости определяют:

• тип приемопередающих элементов;

• соотношение между логическим и электрическим состояниями сигна­лов и пределы их изменения;

• коэффициенты нагрузочной способности приемопередающих элементов;

• схему согласования линии;

• допускаемую длину линии и порядок подключения линий к разъемам;

• требования к источникам и цепям электрического питания;

• требования к помехоустойчивости и заземлению.

Условия конструктивной совместимости определяют:

• типы соединительных элементов (разъем, штекер);

• распределение сигналов интерфейса по контактам соединительных элементов;

• типы конструкции платы, каркаса, стойки;

• конструкции кабельного соединения.

Выполнение информационных электрических и конструктивных усло­вий интерфейса необходимо, но не достаточно для взаимного сопряжения устройств и обмена данными между ними. Эти устройства должны выпол­нять в определенной последовательности операции, связанные с обме­ном информации: распознавать адрес сообщения, подключаться к линиям интерфейса, передавать сообщение в интерфейс, принимать его из интер­фейса и др.

Интерфейсные функции отличаются от приборных, связанных непо­средственно с проведением измерения, т. е. с преобразованием данных, их накоплением, первичной обработкой, представлением и др.

Интерфейсные функции обеспечивают совместимость друг с другом различных приборов, не ограничивая работоспособность других приборов в системе. Функции, которые устройства выполняют чаще всего, называют­ся основными. К ним относятся:

• выдача и прием информации (выполняются источниками и приемни­ками информации);

• управление передачей данных (функция контроллера);

• согласование источника информации (выполняется устройством-источником или контроллером);

• согласование приемника информации (выполняется устройством-приемником или контроллером).

Функции контроллера может выполнять не только одно, но и несколь­ко устройств в системе.

Основные функции интерфейса, которые необходимо реализовать для обеспечения информационной совместимости, определяются функ­циональной организацией интерфейса. На канал управления возложены функции селекции информационного канала, синхронизации обмена ин­формацией, координации взаимодействия, а на информационный' канал возлагаются функции буферного хранения информации, преобразования формы представления информации и др.

Селекция, или арбитраж, информационного канала обеспечивает одно­значность выполнения процессов взаимодействия сопрягаемых элементов системы.

Анализ возможных вариантов реализации способов селекции уст­ройств на информационной магистрали позволяет выделить следующие операции селекции: инициирование запроса, выделение приоритетного запроса, идентификация запроса.

Инициирование запроса включает в себя процедуры выдачи, хране­ния и восприятия запроса на организацию процесса взаимодействия. Сиг­налы запроса могут храниться в регистре управляющего блока (радиаль­ная структура шины запроса) или на отдельных триггерах каждого интер­фейсного блока (магистральная структура шины запроса).

Функция выделения приоритетного запроса осуществляется на основе анализа сигналов занятости информационного канала, разрешения прио­ритетного прерывания, запроса источника сообщения и зависит от числа уровней приоритета.

Идентификация запроса заключается в определении адреса приори­тетного источника запроса. В машинных интерфейсах получаемая при запросе адресная информация называется вектором прерывания. Послед­ний обозначает начальный адрес программы обслуживания прерывания от данного устройства.

Функция синхронизации определяет временное согласование процес­сов взаимодействия между функциональными устройствами системы.

Характеристики

Список файлов реферата