Контроллер канала межблочного обмена

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для обмена данными между управляющей ЭВМ и внешними устройствами в режиме реального времени. Техническим результатом является повышение точности синхронизации обмена данными. Устройство содержит интерфейс шины ЭВМ, генератор тактовых импульсов, делитель частоты импульсов, счетчик, программируемый таймер, элемент ИЛИ, регистр управления, регистр состояния, буферное запоминающее устройство, интерфейс канала межблочного обмена, приемо-передающее устройство. 1 ил.

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для обмена данными между управляющей ЭВМ и внешними устройствами в режиме реального времени.

Известно устройство для ввода-вывода информации, содержащее мультиплексор. приемный регистр, три элемента ИЛИ, регистры адресов ввода и вывода, блок мажоритарных элементов, блок памяти, информационную шину, канал обмена с ЦВМ и блок приемопередатчиков [авт. св. №1615694, G06F 3/00, 1989 г.].

Данное устройство обеспечивает ввод-вывод информации в управляющих ЭВМ, работающих в реальном времени. Однако это устройство использует отдельные линии связи для каждого внешнего устройства, что усложняет как само устройство, так и канал обмена. Кроме того, временная синхронизация обмена может осуществляться только за счет внутренних программных таймеров управляющей ЭВМ, что в ряде случаев не обеспечивает требуемую точность синхронизации.

Известен также адаптер мультиплексного канала обмена, выбранный в качестве прототипа, содержащий генератор импульсов (ГИ), делитель частоты (ДЧ), вход которого соединен с выходом ГИ, адаптер системной магистрали (АСМ), вход которого соединен с выходом ДЧ, два адаптера канала обмена (AT), два приемо-передающих устройства (ППУ), первые входы-выходы которых соединены с входами-выходами соответствующих AT, a вторые входы-выходы подключены к мультиплексному каналу обмена (МКО), буферное запоминающее устройство (БОЗУ), двунаправленные буферные усилители (ДНУ), выходы которых соединены с входами АСМ, а группа входов-выходов ДНУ подключена к шине ЭВМ, и системную магистраль, подключенную к информационным входам-выходам ДНУ, АСМ, AT и БОЗУ. AT имеет четыре программно доступных регистра: регистр управления, регистр состояния, сдвиговый регистр и буферный регистр [Адаптер МКО-РС. Руководство по эксплуатации ЮШКР.467753.009 РЭ. 2003 г.].

Это устройство обеспечивает обмен данными между управляющей ЭВМ и внешними устройствами в режиме реального времени по мультиплексной линии передачи информации. Недостатком устройства является низкая точность синхронизации обмена данными, осуществляемая внутренними программными таймерами управляющей ЭВМ.

Цель изобретения - повышение точности синхронизации обмена данными.

Указанная цель достигается за счет того, что в контроллер канала межблочного обмена, содержащий генератор тактовых импульсов, делитель частоты импульсов, вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов, интерфейс шины ЭВМ, первая группа входов-выходов которого является входами-выходами контроллера к шине ЭВМ, интерфейс канала межблочного обмена, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, регистр управления, группа входов которого соединена с первой группой выходов интерфейса шины ЭВМ, а группа выходов - с группой входов интерфейса канала межблочного обмена, регистр состояния, группа входов которого соединена с группой выходов интерфейса канала межблочного обмена, а группа выходов - с первой группой входов интерфейса шины ЭВМ, буферное запоминающее устройство, первая группа входов-выходов которого соединена со второй группой входов-выходов интерфейса шины ЭВМ, а вторая группа входов-выходов буферного запоминающего устройства соединена с первой группой входов-выходов интерфейса канала межблочного обмена, и приемо-передающее устройство, первая группа входов-выходов которого соединена со второй группой входов-выходов интерфейса канала межблочного обмена, а вторая группа входов-выходов приемо-передающего устройства является входами-выходами контроллера к шине канала межблочного обмена, введены счетчик времени, счетный вход которого подключен к выходу делителя частоты импульсов, вход сброса - к первому выходу регистра управления, а информационные выходы счетчика времени соединены со второй группой входов интерфейса шины ЭВМ, программируемый таймер, вход синхронизации которого подключен к выходу делителя частоты импульсов, вход пуска - ко второму выходу регистра управления, а информационные входы программируемого таймера соединены со второй группой выходов интерфейса шины ЭВМ, и элемент ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом программируемого таймера и с первым входом регистра состояния, второй вход элемента ИЛИ соединен с выходом интерфейса канала межблочного обмена и со вторым входом регистра состояния, выход элемента ИЛИ соединен со входом интерфейса шины ЭВМ.

На чертеже приведена блок-схема контроллера канала межблочного обмена, в которое входят:

1 - вход-выход контроллера к шине ЭВМ;

2 - интерфейс шины ЭВМ;

3 - генератор тактовых импульсов;

4 - делитель частоты импульсов;

5 - счетчик времени;

6 - программируемый таймер;

7 - элемент ИЛИ;

8 - регистр управления;

9 - регистр состояния;

10 - буферное запоминающее устройство;

11 - интерфейс канала межблочного обмена;

12 - приемо-передающее устройство;

13 - вход-выход контроллера к шине канала межблочного обмена.

Выход генератора тактовых импульсов 3 соединен с входами делителя частоты импульсов 4 и интерфейса канала межблочного обмена 11. Выход делителя частоты импульсов 4 соединен с счетным входом счетчика времени 5 и с входом синхронизации программируемого таймера 6. Вход сброса счетчика времени 5 соединен с первым выходом регистра управления 8, а информационные выходы счетчика времени 5 соединены со второй группой входов интерфейса шины ЭВМ 2, вторая группа выходов которого соединена с информационными входами программируемого таймера 6. Через входы-выходы 1 интерфейса шины ЭВМ 2 контроллер подключается к шине ЭВМ. Вход пуска программируемого таймера 6 соединен со вторым выходом регистра управления 8, а выход программируемого таймера 6 соединен с первым входом элемента ИЛИ 7 и с первым входом регистра состояния 9, второй вход которого соединен с выходом интерфейса канала межблочного обмена 11 и со вторым входом элемента ИЛИ 7, выход которого подключен ко входу интерфейса шины ЭВМ 2. Группа входов регистра управления 8 соединена с первой группой выходов интерфейса шины ЭВМ 2, а группа выходов регистра управления 8 соединена с группой входов интерфейса канала межблочного обмена 11. Группа входов регистра состояния 9 соединена с группой выходов интерфейса канала межблочного обмена 11, а группа выходов регистра состояния 9 соединена с группой входов интерфейса шины ЭВМ 2. Первая группа входов-выходов буферного запоминающего устройства 10 соединена со второй группой входов-выходов интерфейса шины ЭВМ 2, а вторая группа входов-выходов буферного запоминающего устройства 10 соединена с первой группой входов-выходов интерфейса канала межблочного обмена 11, вторая группа входов-выходов которого соединена с первой группой приемо-передающего устройства 12. Через входы-выходы 13 второй группы входов-выходов приемо-передающего устройства 12 контроллер подключается к шине канала межблочного обмена.

Интерфейс шины ЭВМ 2 обеспечивает сопряжение контроллера с шиной ЭВМ и функционирует в соответствии с протоколом шины ЭВМ.

Генератор тактовых импульсов 3 вырабатывает импульсный сигнал, частота которого определяет частоту кодовых посылок канала межблочного обмена.

Делитель частоты импульсов 4 делит частоту импульсов генератора тактовых импульсов 3. Частота выходных импульсов делителя частоты импульсов 4 определяет дискретность счетчика времени 5 и программируемого таймера 6, что в итоге определяет точность синхронизации обмена данными.

Счетчик времени 5 формирует код времени с ценой младшего разряда, равной периоду выходных импульсов делителя частоты импульсов 4. Этот код поступает на интерфейс шины ЭВМ 2 и может программно считываться ЭВМ. Также программно счетчик времени 5 может устанавливаться в ноль сигналом, поступающим на вход сброса с первого выхода регистра управления 8.

Программируемый таймер 6 формирует импульсы с периодом следования, определяемым значением кода, поступающим на информационные входы программируемого таймера 6 с интерфейса шины ЭВМ 2, и устанавливаемым программно в ЭВМ. Дискретность установки периода следования импульсов программируемого таймера 6 равна периоду выходных импульсов делителя частоты импульсов 4, которые поступают на вход синхронизации программируемого таймера 6. Работа таймера управляется программно сигналом, поступающим на вход управления программируемого таймера 6 со второго выхода регистра управления 8. Выходные импульсы программируемого таймера 6 поступают через элемент ИЛИ 7 и интерфейс шины ЭВМ 2 на линию прерывания шины ЭВМ, вызывая прерывание программы ЭВМ, а также они поступают на первый вход регистра состояния 9 для считывания признака прерывания ЭВМ.

На второй вход элемента ИЛИ 7 поступают импульсы конца передачи информации с интерфейса канала межблочного обмена 11, которые вместе с выходными импульсами программируемого таймера 6 поступают на линию прерывания шины ЭВМ. Эти импульсы также поступают на второй вход регистра состояния 9 для считывания признака прерывания ЭВМ.

Регистр управления 8 обеспечивает управление интерфейсом канала межблочного обмена 11, сброс счетчика времени 5 и управление работой программируемого таймера 6. Управляется регистр управления 8 программно от ЭВМ.

Регистр состояния 9 обеспечивает чтение ЭВМ состояния интерфейса канала межблочного обмена 11 и признаков прерывания (прерывание от таймера или прерывание конца обмена).

Буферное запоминающее устройство 10 предназначено для временного хранения передаваемой или принимаемой информации. Оно имеет два порта ввода-вывода. Первый порт обеспечивает обмен с ЭВМ через интерфейс шины ЭВМ 2, второй порт - с внешними устройствами через интерфейс канала межблочного обмена 11 и приемо-передающее устройство 12.

Интерфейс канала межблочного обмена 11 обеспечивает управление каналом межблочного обмена и функционирует в соответствии с протоколом канала.

Приемо-передающее устройство 12 обеспечивает сопряжение контроллера с шиной канала межблочного обмена по электрическим параметрам, в частности оно обеспечивает гальваническую развязку.

Контроллер работает следующим образом.

Обмен информацией между ЭВМ и внешними устройствами осуществляется кадрами, состоящими из заголовка и данных. В заголовке передаются адрес внешнего устройства, число передаваемых слов и направление передачи. Перед передачей кадра в буферное запоминающее устройство 10 программно ЭВМ записывает заголовок кадра с данными при передаче информации от ЭВМ внешнему устройству или только заголовок при приеме информации. Передача кадра в канал межблочного обмена начинается с программной установки разряда ПУСК в регистре управления 8. Если в заголовке кадра установлен признак приема информации от внешнего устройства, то принимаемые данные записываются в буферное запоминающее устройство 10. После окончания передачи кадра на выходе интерфейса канала межблочного обмена 11 формируется импульс, поступающий через элемент ИЛИ 7 и интерфейс шины ЭВМ 2 на линию прерывания шины ЭВМ, вызывая прерывание программы и сигнализирующий ЭВМ о том, что можно считывать с буферного запоминающего устройства принятые данные или записывать новые данные для передачи.

Формирование циклограммы передачи кадров производится программно ЭВМ. Для этого может использоваться внутренний таймер ЭВМ. Однако во многих случаях точность синхронизации передачи кадров при использовании внутреннего таймера ЭВМ бывает недостаточной. Так при использовании многих распространенных операционных систем, например Windows 98/2000/XP, внутренний таймер обеспечивает минимальный период, равный 55 мс, что не только не позволяет получить более точную синхронизацию, но и значительно ограничивает скорость передачи кадров.

Для устранения указанного недостатка в контроллере используется программируемый таймер 6, который программно может быть настроен на любой период следования, выходных импульсов с точностью, определяемой периодом выходных импульсов делителя частоты импульсов 4. Выходные импульсы программируемого таймера 6 поступают через элемент ИЛИ 7 и интерфейс шины ЭВМ 2 на общую линию прерывания шины ЭВМ, вызывая прерывание программы ЭВМ. Для определения сигнала, вызвавшего прерывание (сигнал таймера или сигнал конца кадра), эти сигналы поступают в соответствующие разряды признаков регистра состояния 9, который программно может считываться ЭВМ.

Дополнительно для формирования точных временных интервалов используется счетчик времени 5, с которого программно может считываться код времени с ценой младшего разряда, равной периоду следования выходных импульсов делителя частоты 4. Также программно счетчик времени 5 может устанавливаться в ноль.

Счетчик времени 5, программируемый таймер 6 и интерфейс канала межблочного обмена 11 управляются от общего генератора тактовых импульсов 3, что также повышает точность синхронизации.

Интерфейс канала межблочного обмена 11 обеспечивает формирование кадров в виде последовательного кода с частотой передачи, равной частоте выходных импульсов генератора тактовых сигналов 3. При приеме информации формируется только заголовок кадра и синхроимпульсы для приема данных. Обмен данными между интерфейсом канала межблочного обмена 11 и каналом межблочного обмена 13 осуществляется через приемо-передающее устройство 12, обеспечивающее работу контроллера на длинную линию и гальваническую развязку сигналов.

Таким образом, введение в известное устройство счетчика времени, программируемого таймера и элемента ИЛИ с указанными связями позволяет повысить точность синхронизации обмена данными, которая определяется частотой выходных импульсов делителя частоты и задержкой от момента формирования импульса на выходе программируемого таймера до момента начала формирования кадра обмена данных. Последней в большинстве случаев можно пренебречь, так как она обычно составляет несколько микросекунд.

В опытном образце контроллера, выполненного на программируемой логической интегральной схеме EPF10K30RC208-3, приемопередатчиках ADM1485AR и оптопарах 740L600 и обеспечивающем обмен данными между ЭВМ через шину PCI и внешними устройствами через канал межблочного обмена, выполненного в стандарте RS-485, получена точность синхронизации 10 мкс против 55 мс в прототипе.

Контроллер канала межблочного обмена, содержащий генератор тактовых импульсов, делитель частоты импульсов, вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов, интерфейс шины ЭВМ, первая группа входов-выходов которого является входами-выходами контроллера к шине ЭВМ, интерфейс канала межблочного обмена, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, регистр управления, группа входов которого соединена с первой группой выходов интерфейса шины ЭВМ, а группа выходов - с группой входов интерфейса канала межблочного обмена, регистр состояния, группа входов которого соединена с группой выходов интерфейса канала межблочного обмена, а группа выходов - с первой группой входов интерфейса шины ЭВМ, буферное запоминающее устройство, первая группа входов-выходов которого соединена со второй группой входов-выходов интерфейса шины ЭВМ, а вторая группа входов-выходов буферного запоминающего устройства соединена с первой группой входов-выходов интерфейса канала межблочного обмена, и приемо-передающее устройство, первая группа входов-выходов которого соединена со второй группой входов-выходов интерфейса канала межблочного обмена, а вторая группа входов-выходов приемо-передающего устройства является входами-выходами контроллера к шине канала межблочного обмена, отличающийся тем, что в него введены счетчик времени, счетный вход которого подключен к выходу делителя частоты импульсов, вход сброса - к первому выходу регистра управления, а информационные выходы счетчика времени соединены со второй группой входов интерфейса шины ЭВМ, программируемый таймер, вход синхронизации которого подключен к выходу делителя частоты импульсов, вход пуска - ко второму выходу регистра управления, а информационные входы программируемого таймера соединены со второй группой выходов интерфейса шины ЭВМ, и элемент ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом программируемого таймера и с первым входом регистра состояния, второй вход элемента ИЛИ соединен с выходом интерфейса канала межблочного обмена и со вторым входом регистра состояния, выход элемента ИЛИ соединен со входом интерфейса шины ЭВМ.