Шины передачи управления.

Особенностью шин передачи управления являются: расширенное количество ведущих устройств за счёт параллельно –последовательного арбитража. Используется централизованный арбитр с четырьмя параллельными линиями запроса и четырьмя последовательными линиями подтверждения запроса. Таким образом, количество ведущих устройств ограничено нагрузочной способностью источника последовательного сигнала и допустимого времени реакции на запрос.

Арбитр может работать в режимах:

• одноуровневый;

• многоуровневый с фиксированными приоритетами;

• в циклическом режиме.

При приходе запроса с более высоким приоритетом, текущий запрос может быть сброшен сигналом . Для работы с шинами передачи управления необходимо устройство захвата магистрали, которое может освобождать магистраль по завершению операций по запросу или в циклическом режиме.

Особенности шин прерываний.

Главное отличие в обработки прерываний состоит в том, что цикл подтверждения прерывания включает в себя работу с шинами передачи управления, т.е. запрос прерывания может прекратить (перехватить) управление магистралью у ведущих устройств. Запрос воспринимается по уровню, что позволяет на одну линию запроса присоединять несколько источников запроса, количество уровней 7 (IRQ1-IRQ7). Максимальным приоритетом обладает IRQ7.Способ арбитража последовательно-параллельный.

Последовательно-параллельный арбитраж, т.к. все модули, выставившие запрос на разных уровнях, объединяются в единую дейзи цепочку. На приведённом рисунке 9 приоритеты распределяются 3, 1, 2.

В VME функции контроллера распределены между устройством обработки прерывания, драйвером последовательной цепи и устройством запроса прерывания, расположенном в каждом модуле. В состав устройства обработки прерывания обязательно должно входить устройство захвата магистрали. Вектор прерывания формируется в устройстве запроса прерывания. В цикле подтверждения прерывания магистраль предоставляется устройству, которое выставило запрос, уровень запроса соответствует указанному в цикле подтверждению прерывания, длина вектора соответствует длине передаваемых в цикле подтверждений (8, 16, 32). Возможно снятие запроса прерывания по подтверждению прерывания, как в IBM и обращению к регистру ввода/вывода.

Подсистема прерываний может быть реализована с одним источником прерываний (централизованная) или несколькими (децентрализованная), когда обработчик прерывания может быть соединён с каждой линией IRQ (см. рисунок 10).

Ведущие 1

Ведущие 2

Рисунок 10 – подсистема прерываний с несколькими источниками прерываний.

Особенности шин специальных управляющих сигналов.

Наличие высокоскоростного последовательного синхронного канала, возможность использования резервного аккумуляторного питания, большее количество линий, отражающих состояние процесса обмена, наличие резервных линий, используемых пользователем по по своему усмотрению. На базе этих линий можно организовать обмен информацией между модулями, минуя магистрали.

МАГИСТРАЛЬНО-МОДУЛЬНЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ИНТЕРФЕЙСЫ.

Особенностью измерительных систем является минимизация погрешностей квантования, дискретизации и датирования (синхронизации). Измерительные системы должны испытывать минимальное влияние со стороны меняющих факторов: температура, влажность, вибрация, влияние помех и т.д.

Измерительная задача, которую надо решать внутри ПК, имеет ограничения, связанные с отсутствием стабильных аналоговых источников питания, повышенным влиянием помех и температуры внутри корпуса, ограниченным количеством слотов, низким коэффициентом готовности, поэтому измерительные интерфейсы, как правило, используются внешними. К их числу относятся: KP-IB (приборный, IEEE-488), VXI, PXI.

Особенностью измерительных систем является их высокая стоимость, относительно долгий срок жизни (10-20 лет), необходимость проведения метрологической аттестации. Наиболее широкое применение получили PXI и VXI. Основная идеология была предложена при разработке VXI – использование в качестве базового интерфейса широко известные зарекомендовавшие себя интерфейсы промышленных систем, стандартизированные с повышенными требованиями к источникам питания, требования к внешним излучениям модуля, использование евромеханики и крейтовой организации, принудительное охлаждение модулей, расширение возможностей базовой магистрали, возможность передачи по шинам аналоговых сигналов, реализация принципов автоконфигурации, горячего подключения, использование идеологии открытых систем. Обобщённая структура VXI и PXI поведена на рисунке 11.

Рисунок 11. – Обобщенная структура VXI и PXI

ОБОБЩЁННАЯ СТРУКТУРА.

Повышение и качество синхронизации обеспечивается повышенной частотой системного генератора и электрической развязки (буфер), индивидуальной для каждого модуля крейта частоты синхронизации в PXI – 10 МГц, в VXI- 10, 100 МГц. Точность синхронизации в PXI - 10 МГц, в VXI- 10, 100 НГц. Точность синхронизации обеспечивается, таким образом, до единиц десятка Нс. Для увеличения пропускной способности интерфейса используют дополнительные шины. В этих интерфейсах используют локальные шины, обеспечивающие связь, минуя магистраль между соседними модулями ( см. рис 12).

Локальная шина- связывает соседние модули (не может связать все модули)

Рисунок 12

В тех случаях, когда необходимо обеспечить взаимодействие, минуя базовую магистраль, между любыми модулями, используется триггерная шина. Триггерные шины могут использовать в качестве линий последовательного обмена синхронные или асинхронные. Для цели синхронизации организации параллельного обмена синхронным или асинхронным. Разрядность локальных шин для VXI – 36, для PXI – 13. Разрядность триггерных шин для PXI – 8, для VXI – 14.

Для реализации быстрого взаимодействия между модулями используется звездообразная шина, которая представляет собой быстрый коммутатор, обеспечивающий передачу битовой информации. Особенностью локальной триггерной шины является также возможность передачи аналоговых сигналов.

Сравнивая интерфейсы PXI и VXI можно сделать следующий вывод: общим «недостатком» интерфейсов является высокая стоимость модулей.

Модули VXI наиболее прецизионные (точные) и наиболее часто используются в контрольно-проверочной аппаратуре. PXI используются для систем средней сложности. Плотность компоновки компонентов PXI выше, т.к. дополнительно, кроме модулей 34, 64 используются модули VXIbus (Рисунок 13). Номенклатура модуля VXI значительно шире (более 2000), чем PXI (50-100). В этих интерфейсах разработано большое количество мотов для связи с другими интерфейсами, а в частности имеются мосты VXI и PXI.

Р исунок 13. - Модули интерфейса VXIbus

В настоящее время больше развиваются интерфейсы PXI. Возможности PXI существенно расширяются за счёт использования системы Compact RIO (National Instruments).

Интерфейсы Compact RIO представляют собой набор универсальных программируемых модулей ввода/вывода. В отличие от ПЛИС- эти модули содержат репрограммируемый ПЛИС, которым управляет пользователь с помощью драйверов, входящими в состав Lab View.

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЕ ИНТЕРФЕЙСЫ.

Недостатки параллельных интерфейсов:

• сложность (большое количество линий);

• магистральный принцип (обмениваться с несколькими источниками и приёмниками одновременно нельзя);

• ограничение по максимальной скорости обмена, связанные с взаимовлиянием линий и принципом обмена (магистрали разделяемые, требующие процедуру арбитража и коммутацию линий при изменении направлений передачи);

• параметры магистрали менее надёжны.

В отличие от параллельных интерфейсов, в последовательных интерфейсах данные передаются побитно, что требует меньше аппаратных затрат. Возможно такое построение интерфейсов, при котором последовательные каналы работают в симплексном режиме, а связь между источниками и приёмниками может быть выполнена на основании, например, полносвязной топологии (или частичной реализации такой связи).

Основные характеристики последовательных интерфейсов:

1. Топология (звезда, шина, кольцо, дерево). Смотри рисунок 14. Выбор топологии производится исходя из требуемой скорости обмена, надёжности и минимальных линий связи.

Рисунок 14. - Топология последовательных интерфейсов

2. Направление передачи информации: симплексное, дуплексное, полудуплексное.

3. Режимы обмена: синхронный и асинхронный.

Особенностью асинхронного обмена является отсутствие линии синхронизации, а скорость передачи определяется на приемном и передающем концах стабильностью генераторов, частота которых превышает максимальную частоту обмена в 16-32 раза. Начало передачи пакета может производиться в произвольный момент времени, не синхронизированный с частотой задающих генераторов.

Синхронный обмен предполагает наличие аппаратной линии синхронизации или формирование частоты синхронизации из информации, пересылаемой в неявном виде:

поле синхронизации, во время которого ведомое устройство измеряет частоту, а потом автоматически подстраивается под эту частоту. Поле синхронизации (например, USB) обычно – это чередование «0» и «1»;

выполнение той же процедуры (CANBUS), т.е. измерения и подстройки в течение фиксированного интервала времени;

аппаратный анализ двух сигналов, на основании которых выделяется частота синхронизации (IEEE 1394 Fire ware).

использование самосинхронизирующихся кодов (самый простой).

Как в синхронном, так и в асинхронном режимах возможно использование передач с квитирования двух типов:

запрос- ответ;

пакет подтверждение.