Интерфейсы системы камак
Система КАМАК (CAMAC – Computer Automated Measurement and Control – автоматизированные средства измерения и управления) разработана комитетом ESONE, подготовившим подробные спецификации и выпустившим стандарты, которые приняты также основными международными и отечественными организациями по стандартизации. КАМАК представляет собой систему электронных модулей, предназначенную для построения цифровых измерительных установок, управляемых от ЭВМ.
КАМАК удачно объединяет в себе, с одной стороны, богатый набор электронных функциональных модулей самого разнообразного назначения (усилители, счетчики, таймеры, аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи, запоминающие устройства и т. д.), а с другой стороны, – средства связи всей этой аппаратуры с ЭВМ, для чего предусмотрен специальный управляющий модуль – контроллер КАМАК.
Всеми процессами на магистрали управляет (по командам от ЭВМ) контроллер, однако, если в модуле возникла ситуация, требующая вмешательства ЭВМ, модуль может послать в контроллер запрос на обслуживание. Стандартизация модулей по конструкции, способу подсоединения к магистрали, характеристикам электрического питания, параметрам входных и выходных сигналов позволяет быстро собирать и модернизировать экспериментальные установки, комплектуя их требуемыми модулями, а единая система команд существенно облегчает разработку алгоритмов управления системой. Технические вопросы согласования модулей отпадают ввиду всесторонней стандартизации системы.
Конструктивной основой системы КАМАК является специальный каркас – крейт, содержащий 25 станций (направляющих, по которым в крейт вдвигаются модули). В зависимости от сложности модуль может иметь единичную ширину L = 17,2 мм и занимать одно место в крейте, либо ширину, кратную L. Контроллер обычно занимает два крайних правых места. На рис. 4.2 приведено изображение магистрали крейта.
Рис. 4.2. Магистраль крейта КАМАК
Большая часть линий магистрали – параллельные линии, соединяющие одноименные контакты всех разъемов. Сигналы, передаваемые по этим линиям, доступны всем модулям. Рабочая информация в системе КАМАК передается 24-разрядным двоичным параллельным кодом, для чего служат 24 линии чтения R (передача из модулей в контроллер) и 24 линии записи W (передача данных из контроллера в модули).
Поскольку в каждом модуле могут размещаться несколько функциональных узлов и, кроме того, еще имеются многочисленные обслуживающие схемы, для адресации к элементам модуля служат 4 линии субадреса A, по которым номер узла в модуле или его субадрес передается также двоичным параллельным кодом. Всего, таким образом, в каждом модуле может использоваться до 24 = 16 субадресов.
В процессе обращения контроллера к модулю может быть задано выполнение различных операций – чтение или запись информации, опрос состояния регистра и т. д. Код операции передается по 5 линиям функций F. Значения функций стандартизированы и приведены в таблице 4.1.
Таблица 4.1
Функции системы КАМАК
|
Номер |
Наименование |
Двоичный код |
|
F(0) F(1) F(2) F(3) F(8) F(9) F(10) F(11) F(16) F(17) F(18) F(19) F(21) F(23) F(24) F(25) F(26) F(27) |
Чтение регистра первой группы Чтение регистра второй группы Чтение и сброс регистра первой группы Чтение обратного кода регистра первой группы Проверка запроса Сброс регистра первой группы Сброс запроса Сброс регистра второй группы Запись в регистр первой группы Запись в регистр второй группы Селективная установка регистра первой группы Селективная установка регистра второй группы Селективный сброс регистра первой группы Селективный сброс регистра второй группы Запрещение Исполнение Разрешение Проверка статуса |
00000 00001 00010 00011 01000 01001 01010 01011 10000 10001 10010 10011 10101 10111 11000 11001 11010 11011 |
Примечание: Функции F с номерами 4, 6, 12, 14, 20, 22, 28, 30 не стандартизированы;
с номерами 5, 7, 13, 15, 29, 31 – резервные.
Группа параллельных линий отводится для управления и передачи служебных сигналов. Сюда относятся линии (и соответственно сигналы) Z, C, I, B, Q, X, S1, S2.
Некоторые из этих сигналов (B, S1, S2) генерируются контроллером или модулями автоматически в процессе обмена информацией по магистрали, на них нельзя воздействовать программным образом.
Другие сигналы устанавливаются, снимаются, контролируются программно, их назначение необходимо понимать для правильного составления программ управления. Рассмотрим кратко последнюю группу сигналов.
Сигнал Z (начальная установка) служит для приведения всей системы в исходное состояние. По этому сигналу сбрасываются (очищаются) регистры всех модулей крейта, блокируются входы и выходы модулей и т. д.
Сигнал C (сброс) вызывает сброс регистров модулей крейта.
Сигнал I (запрет) запрещает любые действия в модулях. В отличие от сигналов Z и C, имеющих импульсный характер, сигнал I может быть установлен в магистрали на заданное время. После сброса сигнала I модули снова становятся работоспособными.
Сигнал Q (ответ) генерируется модулем в ответ на адресуемые ему вопросы о состоянии тех или иных узлов. Значение Q = 1 рассматривается как утвердительный ответ, Q = 0 – как отрицательный.
Послав, например, в модуль команду «Проверка состояния входа», можно по состоянию сигнала Q установить, открыт вход модуля (в этом случае Q = 1) или закрыт (Q = 0).
Если модуль имеет несколько входов, можно опросить их последовательно и, анализируя состояние сигнала Q после каждого вопроса, выявить, какие входы открыты и какие закрыты.
Сигнал X (команда принята) вырабатывается модулем всякий раз при получении им «законной» команды, которую данный модуль в состоянии выполнить. Нулевое значение сигнала X (X = 0) указывает на наличие неисправности (например, отсутствие адресуемого модуля) или серьезной ошибки в программе обслуживания (в модуль послана команда, которую он не может выполнить).
Две группы линий (N и L) служат для установления связи контроллера с определенным модулем. В отличие от остальных линий магистрали линии N и L имеют радиальный характер. Каждый модуль связан с контроллером индивидуальной парой линий N и L.
Когда контроллер генерирует команду обращения к какому-то модулю, он устанавливает соответствующую функцию КАМАК на линиях F, требуемый субадрес – на линиях A и возбуждает линию N, соответствующую адресуемому модулю. Сигналы F и A поступают во все модули. Однако воспринимает их только тот модуль, который присоединен к возбужденной линии N, т. е. модуль, установленный на станции с номером N.
Если в модуле создалась ситуация, требующая вмешательства ЭВМ (АЦП преобразовал входной сигнал в код, счетчик зарегистрировал заданное число импульсов и т. д.), модуль может послать в контроллер запрос на обслуживание, установив логическую «1» на линии L.
Обычно возбуждение линии L (L-запрос) приводит к прерыванию текущей программы и переходу на программу обработки прерывания от данного модуля. Поскольку от каждого модуля в контроллер идет индивидуальная линия L, контроллер, получив запрос, может определить, из какого именно модуля он пришел.
Как уже отмечалось, каждая команда, с которой контроллер обращается к какому-либо модулю, состоит из трех элементов: функции F, субадреса A, номера адресуемого модуля N.
Управление аппаратурой КАМАК и заключается в выполнении последовательности команд N A F (команд КАМАК), соответствующей заданному алгоритму функционирования установки. Требуемая последовательность команд N A F записывается в виде машинной программы. Выполнение ЭВМ группы машинных команд, описывающих некоторую команду КАМАК, приводит к передаче в контроллер всех трех элементов этой команды: N, A, F.
Контроллер, получив эту информацию, возбуждает соответствующие линии магистрали, чем и достигается выполнение команды.
К параллельной магистрали ветви ИИС можно подключить до семи крейтов (локальные межсоединения). Последовательная магистраль ветви ИИС используется для конфигураций, содержащих до 62 крейтов КАМАК (распределенные соединения, в условиях помех).