Кадр содержит заголовок (маркер с размером кода от 15 до 32 бит), код объекта с размером кода до 16 бит, код программы, несущий сведения о структуре информационной части кадра и имеющий размер до четырех 16-разрядных слов, код порядкового номера кадра и информационную часть, объединяющую целое число фраз.

Используя содержательные логические схемы алгоритмов (см. гл. 1), можно описать типовые операции обмена информацией в ИФ.

На рис. 5.3,6 показана последовательность передачи сигналов между ФБП и активным ФБИ, у которого интерфейсный узел имеет возможность формировать и идентифицировать сигналы своего адреса Adi(l), запрос на передачу ф1(К), формировать информационное слово <I>:=Ad(l) L(L*) Т(Т*) !(/*), идентифицировать команды ФБУ и сообщения ФБП о подтверждении приема

ФБИ

ФБП

ФБУ

[Ad.,(1}(p.,(R}] -

ci,>:=[Ad,(i)Li(L*)Ti(T*n(n]-

<Ii>

-<pJW)

-Actp(Ad1) -AdafAdr,}

-[AdD(AdZ]0o(W}]

-САо(2)Фо()]

~[Ado(0)LgiL*)To(Tnio(l*)}

Рис. 5.3. Обмен информацией между ФБ и ФБП:

а - схема связи; б - между ФБП и активным ФБИ; в - то же без формирования адреса г-между ФВУ и ФБП

информации. Обозначения сигналов на рис. 5.3 расположены под ФБ, которые их формируют, а стрелки указывают ФБ, принимающие эти сигналы. Обмен информацией начинается по инициативе ФБИ, запрашивающего разрешение на выдачу информации Adi(l) Ф1(К). Управляющий ФБ формирует командные слова для ФБИ Ado(l) Фо (R) и для ФБП Ado(2) C o(W), разрешающие передать и принять информацию. После получения сигнала от ФБП ф2(\\) о готовности принять информацию ФБИ формирует информационное слово <1>, включающее адрес Adi(l), диапазон и режим измерения Li, время Ti и данные Ii. Здесь не показаны контрольные, тактовые, маркерные и другие вспомогательные сигналы.

Обмен информацией между активным ФБИ и ФБП, выполняющими те же функции, что и рассматриваемые на рис. 5.3,6, за исключением того, что они обладают способностью не формировать, а лишь идентифицировать свои адреса, представлен на рис. 5.3,е. В этом случае, чтобы определить адрес ФБИ, запрашивающего разрешение на передачу информации, ФБУ формирует последовательно адреса до тех пор, пока не будет передан адрес Ado(l). Тогда ФБИ Ad(l) должен подтвердить, что именно им сформирован сигнал ф1(К).

Если одновременно запрос q)(R) будет выдан несколькими ФБИ, то преимущество должно быть оказано ФБИ, имеющему более высокий приоритет. В данном случае-ФБИ, адрес которого был передан ФБУ первым.

На рис. 5.3,6, в принято, что установление связи между ФБИ, готовым выдать информацию, и данным ФБП определяется ФБУ. Установление такой связи может быть организовано по инициативе ФБИ. Однако тогда должны быть расширены функциональные возможности интерфейсного узла ФБИ.

В качестве ФБИ может выступать также ФБУ (рис. 5.3,г). Тогда СЛСА при работе по инициативе ФБУ и при адресе ФБП, равном /, может принять следующий вид:

[Ado(/) 0o(W)] фИW) [Ado(O) Lo(L*)X

ХТо(Г*) Io(/*)] ФИW:I*).

Реализация рассмотренных процедур обмена информацией может быть выполнена различными способами. При последовательном способе обмена информацией все составляющие алгоритма обмена информацией будут передаваться по одному магистральному каналу связи. Так, например, для обмена информацией между ФБИ и ФБП (при управляющем участии ФБУ) согласно рис. 5.3,6 алгоритм обмена информацией будет выглядеть следующим образом:

[Adi(l) фl(R)]{[Ado(l) Qo(R)][Ado(2)X XФo(W)]}ф2(W)[Ad,(l) L.(L*) Ti(r*) 1,(/)]ф2(Ш: Л).

Некоторого уменьшения общего объема передаваемой информации при этом можно добиться жесткой регламентацией последовательности передачи информации в словах.

Если передача информации выполняется по предназначенным только для этого шинам, то отсутствует необходимость в сигнале, обозначающем вид передаваемой информации. При вызове какого-либо ФБ из ФБУ по радиальной линии будем пользоваться обозначением Ad*. Б этом случае для вызова ФБ достаточно одиого 1

импульсного сигнала по этой линии.

Другим граничным способом в магистральной системе шин будет параллельный способ обмена информацией. При этом способе для передачи каждой из составляющих алгоритма обмена информацией используются самостоятельные каналы связи. Тогда содержание каждого слова без идентификаторов возможно передать за один такт. в этом случае суммарный объем потоков информации уменьшается благодаря тому, что отсутствует необходимость передавать указатель каждого слова I, Ф, Ad, ф, l, Т и др., так как для этих слов выделены специальные шины. Однако при этом количество оборудования становится весьма большим.

В большинстве существующих цифровых ИФ используется магистральная система шин с комбинацией последовательного и па-валлельного, синхронного и асинхронного способов обмена информацией. В ряде случаев, в частности для передачи адресованных операторов, используется радиальная система шин.

Следует еще раз подчеркнуть, что в любых ИФ реализуются типовые алгоритмы обмена информацией, а различия ИФ связаны с организацией системы шин, способом обмена информацией и возможностями интерфейсных узлов ФБ.

5.3. ИНТЕРФЕЙС С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ ВЫПОЛНЕНИЕМ ОПЕРАЦИЙ ОБМЕНА ИНФОРМАЦИЕЙ

в соответствии с принятой классификацией Р1Ф (см. табл. 5.1) интерфейс с последовательным выполнением операций обмена информацией (Га), который далее будет на.ываться последовательным Р1Ф, имеет магистральную систему шин Вб, состоящую из одной двунаправленной или двух однонаправленных линий сигналов, по которым передаются и информационные, и управляющие потоки (Ба).

в последовательном ИФ алгоритм обмена информацией должен содержать типовые операции, показанные на рис. 5.3. Как уже говорилось, уменьшения объема служебной информации можно добиться путем регламентации последовательности и размеров передаваемых сигналов. Так, например, вместо последовательности Ad(Ad*) L(L*) Т(Т*) 1(1*) можно после проведения указанной регламентации передать Ad L* Г* /*. Повышения быстродействия можно добиться (не увеличивая количество линий) благодаря использованию линий связи, обладающих повышенной скоростью передачи информации. Так, например, для скорости передачи ин-

формации 10 бит/с при длине линии примерно 500-1000 м целесообразно использовать коаксиальный кабель, а для скоростей порядка 10-10 бит/с - волоконно-оптический канал связи.

Наличие небольшого количества линий связи в последовательном ИФ позволяет выполнить их с улучшенной защитой от влияния помех. В частности, использование скрученных и экранированных проводов, коаксиального кабеля и других мер позволяет обеспечить, как известно, достаточную для многих случаев практики защиту линий связи от поперечных помех (помех наводки). Для уменьшения влияния продольных помех (определяемых разностью потенциалов точек заземления) могут быть применены известные

БГР

БГР

БГР

БГР

Т/77 to

Рис. 5.4. Структурная схема системы с последовательным интерфейсом

методы гальванического разделения цепей с помощью, например, импульсных трансформаторов, разделительных конденсаторов, оптронов. Для улучшения помехоустойчивости в таких ИФ целесообразно повышать до допустимого предела уровень используемых сигналов.

Последовательные ИФ могут быть выполнены с разомкнутой или замкнутой (петлевой) магистралью, с одноступенчатой или многоступенчатой адресацией объединяемых ФБ. Петлевая структура магистрали (см. рис. ЪЛ,д) позволяет повысить надежность работы системы, а многоступенчатая адресация - сосредоточить в определенных местах значительное количество ФБ.

На рис. 5.4 представлена структурная схема части системы с последовательным ИФ, имеющей разомкнутую магистраль с трехступенчатой адресацией. Обмен информацией между ЭВМ, выполняющей функции обработки информации и управления работой системы, и функциональными блоками производится через интерфейсный узел ИФУо. Гальваническая развязка частей системы выполняется с помощью блоков БГР. Каждая ступень адресации имеет магистральную станцию, включающую коммутатор, к т выходам которого (т. е. соответственно т', т , т' ) могут быть присоединены ФБ или коммутаторы следующей ступени. На рис. 5.4 показана связь коммутаторов трех ступеней: /С/, KII, KIU. При трехступенчатой адресации в системе могут быть объединены тпз ФБ с помощью m-fm+l коммутаторов по т коммутирующих элементов в каждом коммутаторе (при т=64 количество ФБ может быть около 260-10, но в этом случае должен быть использован 4161 коммутатор).

Ьсли на каждой ступени используется один коммутатор, тогда оощее количество ФБ, которое может быть объединено в системе

с тремя коммутаторами по т точек, будет равно Зт-2. Очевидно, такая структура целесообразна при размещении коммутаторов в. местах концентрации фб. В этом случае для связи между собой; фь одной ступени должна быть обеспечена возможность одновременной коммутации элементов, подключающих одновременно эти фб. Применением одновременной коммутации нескольких выходов; будет организовываться связь между фб одной ступени или между фб нескольких ступеней. На рис. 5.5,й показана организация связи между фб, подсоединенными к коммутаторам в точках v Т и т', на рис. 5.5,6 -г/, 2, Г, т .

-/77

0-) 5)

Рис. 5.5. Связь между ФБ с помощью коммутаторов

Уменьшения потоков информации в системе можно добиться если использовать устройства обработки и хранения информации на каждой ступени. Для уменьшения адресной информации при организации обмена информацией между ФБ можно использовать активные ФБ, у которых ИФУ обладают возможностью формировать адреса и хранить в памяти соответствующую программу связи.

Остановимся на кратком описании последовательного ИФ, созданного для обеспечения работы ЭВМ с относительно большим количеством ФБ, расположенных группами с расстояниями между ними от 100 до 500 м. Функционирование системы должно было происходить нормально при значительном уровне помех со временем передачи одного импульса порядка 10- с.

Была использована трехступенчатая структура с коммутаторами, имеющими т=64.

В этом ИФ интерфейсный узел ЯФУо (см. рис. 5.4) выполняет функции формирования адресов, генерирования команд и вспомогательных сигналов, преобразования кодов и формирования сигналов. Связь между ИФУо, KI, КП, KJII осуществляется но двум кабелям РК-75-4-11 через импульсные трансформаторы МИТ-12, размещенные в блоках гальванической развязки БГР. Эти трансформаторы позволяют пропускать импульсы с фронтами в 30-50 НС.

Кодоимпульсные сигналы передаются самосинхронизирующиь*-ся двуполярным кодом с синхронизацией импульсами отрицательной полярности. Амплитуда импульсов равна 12 В. На конце кабеля длиной 500 м их амплитуда уменьшается до 7,1 В, а принятый порог различения сигналов равен 5 В.

Обозначения адреса и команды передаются пачкой положительных импульсов без сопровождения синхроимпульсов: адрес-коммутатора первой ступени занимает семь импульсов, коммутаторов второй и третьей ступеней - соответственно шесть и пять-импульсов, команды принять Ф(Ш) -четыре импульса, Фо(К) - передать - три импульса, готовность принять ф(Ш) логические-операторы или передать ф(К) информацию - два импульса.

<од адреса ФБ имеет шесть разрядов. Для повышения помехо-защиты используется контроль четности. Для защиты схемы от-накопления одиночных импульсных помех в магистральных станциях (включающих коммутаторы) предусмотрен режим стирания пришедших кодовых импульсов, если отсутствует синхроимпульс отстоящий от них не далее чем в 1,5-2 мкс.

Интерфейсные узлы ФБ содержат схемы выделения признаков, команд, схемы контроля по четности и взаимодействия с ФБ.

При записи информации в ФБП после приема команды AdoX X (ФБП) Фо (W) посылается в ИФУ ответ о готовности принять-информацию фn(W) и открывается вход регистра приема информации. Затем после приема информационного слова Ad (Ф£Я)L(L*)X ХТ(Г*) I (/*) производится проверка на четность и выдается квитанция фп(Ш:/*).

Заметим, что при выдаче подтверждения готовности и приема адрес может не передаваться. При передаче информации из ФБ-в ЭВМ порядок обмена информацией соответствует представленному на рис. 5.3,г.

Предусмотрена организация прерывания обмена информацией путем выделения адресов ФБ, имеющих установленные заранее-приоритеты.

Для использования в этом интерфейсе созданы управляющие-регистры, буферные ЗУ, несколько типов быстродействующих ЦАП и АЦП, коммутаторов аналоговых сигналов, пульты управления и индикации и др.

Необходимо остановиться на последовательном ИФ RS-232, используемом для связи подсистем с устройством более высокого иерархического уровня. Этот ИФ предусматривает двустороннюю, передачу информационных сигналов по последовательному алгоритму, однако для передачи сигналов запроса на передачу ф(R) готовности к приему информации (p{W) и др. выделяются специальные линии сигналов. В этом ИФ используется 25-жильный кабель. Скорость передачи при расстоянии до 50 м составляет десятки килобайт в секунду. При использовании специальных устройств (модемов) обмен информацией может производиться на расстоянии до 1,2 км, скорость передачи информации при этом не превышает 2,5 Кбайт/с. В настоящее время за рубежом большое-количество микро-ЭВМ, дисплеев и подобных устройств имеет вы-од на этот ИФ.

бортовом оборудовании самолетов и вертолетов используете -последовательный интерфейс (в соответствии с ГОСТ 18.977-79). редача информации в нем производится по двухпроводной би-

филярной линии, двуполярными импульсами, со скоростью 48, 100 или 250 Кбит/с на расстоянии до 100 мм. Код признака передаваемой информации содержит 8 двоичных разрядов, а для передачи .данных выделяется 24 разряда. Приемники могут по индивидуальной программе выбирать из передаваемой информации определенную часть.

В заключение следует подчеркнуть, что последовательные ИФ .целесообразно использовать главным образом при необходимости обеспечить обмен информацией между ФБ при воздействии сильных помех, а также при передаче информации на относительно большие расстояния при невысоких требованиях к скорости обме- на информацией.

5.4. ПРИБОРНЫЙ СТАНДАРТНЫЙ ИНТЕРФЕЙС

В СССР приборный интерфейс [5.4, 5.6] официально введен в ..действие.

Приборный ИФ принят ШЕЕ в качестве стандарта 488-1975 (78) Цифровой интерфейс для программируемых устройств , рекомендован для использования Техническим Комитетом ТС-66 ..Международной электротехнической комиссии. Разработчиком приборного ИФ является фирма Hewlett - Packard (HP) США, которая назвала этот ИФ HP Interface Виз (интерфейсная шина фирмы HP), или сокращенно HP-IB. На изделиях фирмы, вьшолнен--ных в этом ИФ, имеется именно такое обозначение.

В соответствии с принятой в данной работе классификацией приборный ИФ обеспечивает работу системы с одним уровнем .централизации (Аа, см. табл. 5.1), имеет раздельные информаци-онные шины и шины управления {Ба, б), относится к ИФ с магистральной системой шин {Вб), реализует байт-последователь-.ный, бит-параллельный обмен информацией, объединяет ФБИ, ФБП, ФБПИ, использует асинхронный метод передачи информации {Еб). ИФ не регламентирует типы работающих в системе -ЭВМ (Жа), конструкцию ФБ {36) и питание {Иб) приборов, объединяемых в систему.

Магистральная система шин (магистраль) обеспечивает параллельное соединение всех ФБ и состоит из трех групп шин (рис. 5.6). В систему могут объединяться ФБП, ФБИ, ФБПИ и ФБУ. В качестве контроллера (ФБУ) часто используется микро-ЭВМ. Обыч-:но в этом случае ЭВМ является одновременно к ФБПИ, выполняя функции управления, приема, обработки и выдачи информации, а также передачи ее на свои периферийные устройства. Отдельные функции ФБУ могут быть по поручению основного ФБУ выполнены и некоторыми ФБ системы.

По восьми информационным шинам передаются: командная .информация, сопровождаемая сигналом I на шине ATN, в том числе адреса приемников, сопровождаемые 1 на DI06 и О на DI07 и адреса источников, сопровождаемые О на DI06 и 1 ка DI07; универсальные команды и т. д., причем линия DI08 в командах не

Обозначение uiuH

SJOI-BIDS Данные, дход/выход

Данные действительны

NRFD Ч>r(W}

Не готов к приему данных

Данные не приняты

Интерсрейс осВоводить

А1Н Внимание

Запрос на оВспужиВание

Дистанционное управление

Коней, или распознавание

и

>

Заземление, экранирование

1 -погическая eduHUUja (не Sonee 0,8 Ъ) -логический нуль (не менее 2,в В) Х-по усмотрению пользователя

Рис. 5.6. Магистраль приборного интерфейса

используется; измерительная или служебная (например, статусный байт) информация, сопровождаемая сигналом О на шине ATN.

Шины управления передачей данных используются для организации асинхронного обмена информацией между ФБП и ФБИ.. Алгоритм обмена сигналами между этими ФБ при передаче каждого байта данных и соответствующая этому алгоритму временная диаграмма представлены на рис. 5.7. 11а схеме алгоритма' приведена привязка операций по времени к моментам, указанным-на временной диаграмме.

Такая процедура обмена информацией называется в приборном Иф рукопожатием . Содержательная логическая схема алгоритма рукопожатия (обозначения см. на рис. 5.6 и 5.7) может

Иачапо ) ч^цС;

NRFB:7:=VnW NDAC:7: = Vn(VV:7*;

NRFD: О Г> oj[cf(W)]

DAV: 7

DAV; 0

DIO: 0

NBAC:r

f ИС. 5.7. Схема алгоритма и временная диаграмма обмена информацией в при- борном интерфейсе

быть описана следующим образом:

[Фп (W) IIф1; (W : /) Фи (W) ] й(/*) [фп (W) 1фп (W) ] X

X [Фи (W) IIФ„ (W) ] (In (W : /) II [фп {W) I!ф п (W) ]} X

Х{[фп (W : /) фп (W : /) ] [Ф„ (W) Фи (W) ]}Х

х1 (/*)[фп(Ш:/)фп(:/)]. Сделаем некоторые пояснения к этому алгоритму.

После выставления сигнала Qh(W) (данные недействительнь!) и сигналов о том, что приемник не готов к Ёриему <pn(W), информация не принята фп(W:/*), на шинах DIO );ста-навливается байт передаваемой информации (сопровождается со- ответствующими сигналами идентификации вида сообщения). После сигнала готовности к приему фп(W) устанавливае-сясигнал достоверности передаваемых данных Фп (W) и прЪизводится прием информации In(W:/). Завершается цикл рукопожатия сигналом, подтверждающим прием фп(\У :/*), сигналом недостоверности выставленной информации-Фп(Ш), снятием информации с шин DIO и выставлением сигнала фп(Ш;: /*).

По шинам DIO могут передаваться байты /*, Ad*, ф* или Ф*. Процедуру рукопожатия будем обозначать буквой Н с указателем содержания передаваемого байта: Н'(1) - передача данных, Н (Ad) - адреса, Н( Ф) - команды.

Процедура Н одного ФБИ может осуществляться с нескольки ми ФБП. В этих случаях на линиях iNRFD и NDAC сигналы фп(W) и (g (W:I*) рогут появиться только после приема их всеми ФБП, включая самые медленнодействующие. Нескольким ФБП, работающим с одними и теми же ФБИ, может быть лрисвоен одинаковый адрес.

Заметим, что наличие сигналов логической единицы на всех шинах от DIOI до DI05 означает команду сброса адресов ФБП и ФБИ (при сигнале 1 на линии ATN). -.--

Если имеется необходимость в обмене информацией со стороны активных ФБИ и ФБП, то они формируют сигнал ф(К) или ф(Ш) на линии SRQ. Поиск ФБ, выдавшего сигнал на обслуживание, производится ФБУ путем последовательной передачи адресов ФБ Н [Ad (ФБ)] (обычно в порядке убывающего приоритета). Процедура пЬследовательного опроса будет повторяться до тех пор, пока не будет передан адрес ФБ, запрашивающего обслуживание.

В приборном ИФ предусмотрен также (в целях уменьшения времени на поиск адреса ФБ, запрашивающего обслуживание) режим параллельного опроса. В этом режиме к ФБ присоединяется однаиз линий DIO и организуется радиальная система адресных линии. Выполняется этот режим после передачи соответствующей команды Ф(Ф11.о*) и выставления 1 на линии EOI; СЛСА состоит из последовательно выполняемых запроса на обслуживание фi(RW), вызова ФБ по радиальным линиям [Фо11Н(Фпо)] X X[Adon\\Ada*2\\...] (Ad,(f) ф4R/W)] и команды на выполнение процедуры обмена информацией Фcl!HФ(RW). Здесь использован знак I ( или ) для обозначения того, что запрос обслуживания может быть произведен по инициативе ФБИ или ФБП.

Программное обеспечение системы, основанной на использовании приборного ИФ, должно содержать операционную часть, необходимую для формирования команд, кодов сообщений и т. п., и прикладную часть, создаваемую для выполнения системой поставленной задачи.