Раздел II. Унифицированные интерфейсы взаимодействия технических средств.

2.1. Назначение и функции унифицированных интерфейсов

Под унифицированным или стандартным интерфейсом понимается совокупность унифицированных аппаратурных, программных и конструктивных средств, необходимых для реализации взаимодействия различных функциональных элементов в информационных системах управления или испытаний.

В общем случае стандартный интерфейс включает в себя магистраль, интерфейсные блоки (ИКАРы) и контроллер (Контр). Через ИКАР интерфейс подсоединяется к функциональным элементам ФЭj, которые объединяются в систему.

Отсюда основным назначением интерфейса является унификация внутрисистемных и межсистемных связей и устройств сопряжения с целью эффективной реализации прогрессивных методов проектирования функциональных элементов систем управления, исследования и испытаний.

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 в магистрали; набор процедур по реализации взаимодействия и последовательности их выполнения для различных режимов функционирования системы; способ кодирования и форматы данных, команд, адресной информации и информации состояния, временные соотношения между управляющими сигналами, ограничения на их форму и взаимодействие.

Логические условия информационной совместимости определяют функциональную и структурную организацию интерфейса. Для большинства интерфейсов эти условия в основном стандартизируются или же носят рекомендательный характер. Условия информационной совместимости определяют объем и сложность схемотехнического оборудования и программного обеспечения, а также основные технико-экономические показатели – пропускную способность и надежность интерфейса, а также объем аппаратурных затрат на устройства сопряжения.

Электрическая совместимость – это согласованность статических и динамических параметров электрических сигналов в системе шин с учетом ограничений на пространственное размещение устройств интерфейса и техническую реализацию приемопередающих элементов.

Условия электрической совместимости определяют: тип приемопередающих элементов; соотношение между логическим и электрическим состояниями сигналов и пределы их изменения; коэффициенты нагрузочной способности приемопередающих элементов и значения допустимой емкостной и резистивной нагрузки линии в устройстве; схему согласования линии; допустимую длину линии и порядок подключения линии к разъемам, требования к источникам и цепям электропитания (при наличии в системе линии напряжения питания), требования по помехоустойчивости и заземлению.

Условия электрической совместимости влияют на такие характеристики интерфейса, как скорость обмена данными, конфигурация размещения устройств и расстояние между ними, предельно допустимое число подключаемых устройств и помехозащищенность. Требования электрической совместимости тесно связаны с характеристиками приемопередающих интегральных микросхем. Обычно тип приемопередающих элементов и большинство условий электрической совместимости регламентируются стандартом.

Конструктивная совместимость – это согласованность конструктивных элементов интерфейса, предназначенных для обеспечения механического контакта электрических соединений и механической замены схемных элементов блоков и устройств.

Условия конструктивной совместимости определяют типы: соединительных элементов (разъем, штепер и распределение линий связи внутри соединительного элемента); конструкции платы, каркаса, стойки; конструкции кабельного соединения.

Проектирование технических интерфейсов выполняется на основе четырех основных взаимосвязанных принципов: группового, агрегирования, унификации, взаимозаменяемости.

Принцип группового проектирования заключается в создании ряда (семейства) функционально и конструктивно подобных устройств (модулей) определенного назначения, соответствующих разнообразным условиям их использования. Основная задача группового проектирования – достижение максимальной универсальности и совместимости функциональных элементов внутри проектируемого ряда.

Принцип агрегатирования (модульного построения) состоит в рациональном разделении системы, устройства на совокупность более простых функционально и конструктивно законченных блоков (модулей) с целью совершенствования их технических характеристик, а также обеспечения высокопроизводительных способов производства и обслуживания.

Принцип унификации заключается в минимизации номенклатуры составных узлов, блоков устройства, модулей, связей между ними при условии рациональной компоновки и эффективного функционирования устройства или системы. Интерфейс можно рассматривать как практический пример унификации связей и устройств сопряжения составных элементов системы.

Принцип взаимодействия основывается на способности модуля выполнять в устройстве различные установочные функции без дополнительной конструкторской доработки. Взаимозаменяемость является следствием процесса унификации. Эта характеристика определяет степень универсальности устройства. Примером взаимозаменяемости может служить универсальная интерфейсная карта, являющейся базой ряда устройств ввода-вывода ЭВМ.

Эффективное использование рассмотренных принципов проектирования при разработке и внедрении интерфейсов и устройств сопряжения позволяет: организовать крупносерийное производство; повысить качество; сократить сроки изготовления; снизить стоимость производства, отладки и эксплуатации; осуществить преемственность технических решений и удлинить сроки морального старения систем.

Применение рассмотренных принципов проектирования интерфейсов тесно связано со стандартизацией. Качество стандарта на интерфейс может быть оценено соотношением, устанавливаемым между ограничениями на реализацию интерфейса и устройств сопряжения и возможностями варьирования тех или иных технических характеристик интерфейса с целью наиболее эффективного приспособления его к конкретной системе. Слишком жесткая регламентация условий совместимости ограничивает область применения интерфейса или же вызывает неоптимальное его использование. Однако при этом упрощается задача проектирования устройств сопряжения. В противоположном случае увеличивается вероятность несовместимости интерфейсного оборудования, разрабатываемого различными производителями.

Опыт показывает, что унификация и стандартизация наиболее широко применяемых интерфейсов в общегосударственном масштабе дают значительный экономический эффект.