1.2. Интерфейсы

Современные достижения в области развития микроэлектроники и микропроцессорной техники определили широкое распространение микропроцессорных устройств практически во всех областях техники. В настоящее время можно отметить массовое внедрение таких устройств и в навигационном приборостроении, в частности, в области создания ПА СНС, инерциальных чувствительных элементов и построенных на их основе бескарданных инерциальных модулей.

При создании интегрированных навигационных систем на основе БИИМ и ПА СНС, построение которых на современном этапе их развития во всё большей степени связано с реализацией принципа агрегирования [91], как и в любой другой сложной системе, функционирующей при взаимодействии с внешней средой, необходимо наличие инструментария, обеспечивающего взаимодействие (сопряжение) отдельных модулей. Причем, как внутри самих навигационных измерителей и ИСОН в целом, так и с конечными потребителями навигационной информации. В качестве такого инструментария в настоящее время в большинстве случаев выступают соответствующие цифровые интерфейсы приёма/передачи данных.

Под интерфейсом подразумевается совокупность механических, электрических и программных средств, позволяющих объединять отдельные модули в систему [91] и обеспечивать их взаимодействие друг с другом и в составе системы – с внешней средой.

Взаимодействие устройств при существующих топологиях построения передачи ими данных друг другу может производиться в одном из трёх режимов [30,34]:

- симплексный - используется, когда передача данных должна осуществляться только в одном направлении, например в системах контроля, в которых информация с датчиков передается в управляющий компьютер через регулярные промежутки времени;

- полудуплексный - применяется, когда два взаимодействующих объекта хотят обмениваться информацией поочередно, т.е. канал используется поочередно для передачи данных в обоих направлениях. Ясно, в таком режиме каждый объект должен иметь возможность переключаться от состояния передачи к состоянию приёма;

- дуплексный (полнодуплексный) - используется для обмена данными между двумя взаимодействующими объектами (устройствами) в обоих направлениях одновременно, например, когда пропускная способность канала позволяет потоку данных осуществляться в обоих направлениях независимо. Расширением дуплексного режима, при котором взаимодействие осуществляется в соответствии с принципом точка-точка, является мультиплексный режим, обеспечивающий одновременный приём и передачу данных между несколькими абонентами (устройствами).

Схематично организация обмена данными при работе в указанных режимах приведена на рис.1.2.1 [33].

Рис. 1.2.1 Структура интерфейсов с различными режимами взаимодействия потребителей (абонентов) (МКi – i-ый микроконтроллер, непосредственно осуществляющий приём/передачу данных i-го устройства)

При необходимости обмена данными между тремя и более устройствами возможны следующие варианты топологий интерфейсов сетевого взаимодействия: магистральные интерфейсы, радиальные (сеть звезда), кольцевые, иерархические, радиально-магистральные (рис. 1.2.2).

Рис. 1.2.2 Топологии интерфейсов при организации сети взаимодействующих устройств

Следует отметить, что на уровне встраиваемых микропроцессорных систем обычно приходится иметь дело с первым или вторым вариантом, причем для локальных сетей используется преимущественно магистральная структура, а для интерфейса периферийных устройств – как первый, так и второй варианты.

В настоящее время существует множество проверенных и хорошо зарекомендовавших себя промышленных интерфейсов, разработкой которых в целях их широкого внедрения в промышленность (автомобильную, создание портативных устройств и др.) занимаются главным образом ряд зарубежных фирм Bosh, Simens, Xeros, IBM и ряд других.

Регулированием и стандартизацией применения тех или иных интерфейсов на отраслевом уровне занимается ряд организаций [30]: CCITT (Consultative Committee on International Telephony and Telegraphy, Международный телеграфный и телефонный консультативный комитет - МККТТ), в английской нотации называемый ITU-T (International Telecommunications Union - Technical Standards Sector, Международный телекоммуникационный союз - Сектор технических стандартов) - это международная организация, создающая стандарты для телекоммуникаций, EIA (Electrical Industry Association - Ассоциация электрической промышленности), NMEA («National Marine Electronics Association»), IEC (International Electrotechnical Commission, Международная электротехническая комиссия).

Их проекты являются основными рекомендациями для всех остальных в этой области. Например рекомендации, которые относятся к применениям модемов, имеют префикс «V» и называются рекомендациями серии V (интерфейсы RS 232 и многие др).

Разработки в области создания промышленных интерфейсов ряда фирм нашли широкое применение в том числе и в навигационном приборостроении в силу обеспечения ими заданных показателей надёжности, скорости и объёмов передачи данных.

Так, например, для систем военного назначения [118] обмен данными между потребителями осуществляется в соответствии со стандартами ГОСТ 18977-79 (РТМ 1495-75), ГОСТ 26765-52.87, ГОСТ Р 52070-2003, MIL-STD-1553B (в морской практике) и положениями документов ARINC743, ARINC429 (в авиации), RS232, RS422.

Далее рассмотрим организацию взаимодействия в БИИМ, ПА СНС, БИНС (инерциальная система самостоятельной поставки, не входящая в состав ИСОН) и ИСОН на примере конкретной продукции ряда мировых лидеров в области навигационного приборостроения.