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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern des Datenaustauschs
eines Kommunikationsteilnehmers eines seriellen Master-Slave-Kommunikationssystems,
ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Vorrichtung sowie einen
mit der Vorrichtung ausgestatteten Kommunikationsteilnehmer.
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Heutige
Steuer- und Datenübertragungsanlagen
werden in vielfältiger
Weise für
die industrielle Automatisierungstechnik verwendet. Derartige Systeme
sind häufig
als Master-Slave-Kommunikationssysteme mit einem Datenbus, insbesondere
mit einem Feldbus ausgebildet, über
welchen Kommunikationsdaten seriell übertragen werden. Dabei sind
die verschiedenen Kommunikationsteilnehmer alle an den Datenbus
angeschlossen und werden zentral von einem überlagerten System gesteuert.
Im Vergleich zu anderen Arten von Anlagen, bei welchen die verschiedenen
Kommunikationsteilnehmer wie Sensoren und Aktoren jeweils über eigene
Leitungen an das überlagerte
Steuerungssystem angeschlossen sind, wird der Verkabelungsaufwand
des gesamten Kommunikationssystems stark verringert. Weiterhin weist
das zur Kommunikation verwendete Master/Slave-Buszugriffsverfahren gegenüber den
auch üblichen
CSMA/CD- oder Token
Passing- Verfahren den Vorteil der Echtzeitfähigkeit auf, weshalb beispielsweise
auch 7 Regelungssysteme mit seriellen Master/Slave-Kommunikationssystemen
aufgebaut- werden können.
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Die
strikte Trennung der Kommunikationsteilnehmer in einen Master, welcher
den Buszugriff bzw. den Datenfluss zu und von den Slaves steuert, und
die Slaves, welche nur in definierter, vom Master vorgegebener Weise
auf den gemeinsamen Kommunikationsbus zugreifen, kann jedoch in
bestimmten Situationen negative Auswirkungen auf die Anpassung an
spezielle Kommunikationsanforderungen des Systems haben, insbesondere
müssen
Kommunikationsbeziehungen teilweise kompliziert und umständlich realisiert
werden.
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Aus
diesem Grund besteht der Bedarf, die Kommunikationsmöglichkeiten
innerhalb eines seriellen Master/Slave-Kommunikationssystems zu
erweitern ohne die genannten Vorteile zu stark zu mindern bzw. aufzuheben.
Hierzu wird in dem Aufsatz „Interbus-S
in der Regelschleife",
Elektronik, Heft 12, 1995, Seiten 79 – 84, ein serielles Master/Slave-Kommunikationssystem
offenbart, in welchem durch eine spezielle Hardwareausbildung der
Teilnehmer ein direkter Datentransport von einem Slave-Kommunikationsteilnehmer
zu einem anderen Slave-Kommunikationsteilnehmer
ermöglicht
wird, was in einem klassischen System nur mittels einer Datenübertragung
unter Einschluß des
Masters ausgeführt
werden kann. Diese Erweiterung ist jedoch für viele Kommunikationsanforderungen
nicht ausreichend.
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Aus
der Veröffentlichung
H. Schweinzer, W. Kandler: "Shared
Data on InterBus";
Presentation: Feldbustagung FeT'99,
Magdeburg; 09-23-1999 – 09-24-1999;
in: "Fieldbus Technology:
System Integration, Networking, and Engineering"; D. Dietrich, P. Neumann, H. Schweinzer
(ed.); Springer-Verlag, Wien, New York (1999), 3-211-83394-3; 22 – 29 ist
bekannt, in einem Interbus-System Daten zwischen Slaves auszutauschen.
Dazu sind bestimmte Slaves mit sogenannten „Shared Data"-Modulen ausgestattet,
welche eine Online-Modifikation von Rahmendaten gestatten. Allerdings erlaubt
dieses Verfahren nur eine sehr begrenzte Anzahl derartiger Module,
nämlich
ein einzelnes oder höchstens
zwei, um eine fehlerfreie Datenübertragung
zu gewährleisten.
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Das
US-Patent 5,235,959 offenbart ein Übertragungssystem, bei welchem
serielle Switch-Elemente und einen sogenannten Checkpoint vorgesehen
sind. Der Checkpoint unterscheidet sich von den anderen Switch-Elementen
dahingehend, daß die
im ringförmigen Übertragungssystem übertragenen
Pakete im Checkpoint überprüft und fehlerhafte
Pakete ausgefiltert werden. Die Switch-Elemente weisen ein Schieberegister
(„Hold-FIFO") auf, welches mit
ankommenden Daten aufgefüllt
wird, wenn ein für
die Abarbeitung ankommender Daten vorgesehenes Schieberegister („receive-FIFO") noch nicht geleert ist.
Auch kann in einem Paket durch ein Switch-Element ein Flag gesetzt werden, welches
anzeigt, daß das
Paket erneut im ringförmigen
Netz umlaufen soll, wenn das betreffende Switch-Element noch nicht
zur Abarbeitung der Daten bereit ist. Zwar soll damit die Übertragung
von Paketen auch zeitlich optimiert werden, allerdings sind die
Switch-Elemente gleichberechtigt und es fehlt an einer festgelegten
Abfolge der Datenübertragung,
weshalb eben gerade die Mechanismen des Zwischenspeicherns und des
Setzens von Flags für
einen weiteren Paketumlauf vorgesehen werden. Dieses System ist
daher auch anfällig bei
der Übertragung
absolut zeitkritischer Daten, wie sie insbesondere bei der Steuerung
von automatisierten Fertigungsanlagen benötigt werden.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Basis für ein serielles
Master/Slave-Kommunikationssystem bereitzustellen, welches flexibel auf
Kommunikationsanforderungen eingestellt werden kann ohne die genannten
Vorteile eines herkömmlichen
Systems zu stark einzuschränken.
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Diese
Aufgabe wird bereits durch eine Vorrichtung zum Steuern des Datenaustauschs
eines Kommunikationsteilnehmer eines seriellen Master/Slave-Kommunikationssystems
nach Anspruch 1, einen zugeordneten Kommunikationsteilnehmer mit einer
derartigen Vorrichtung nach Anspruch 6 bzw. durch ein Verfahren
zum Steuern des Datenaustauschs mit einer solchen Vorrichtung nach
Anspruch 8 gelöst.
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Durch
die Bereitstellung einer Vorrichtung zum Steuern des Datenaustauschs
eines Kommunikationsteilnehmers, die zum Ersetzen von vorbestimmten
Kommunikationsdaten eingerichtet ist, wird erreicht, dass der betreffende
Kommunikationsteilnehmer aktiv in den Kommunikationsdatenfluß eingreifen
kann, was über
das nach dem Stand der Technik bekannte Lesen seiner vom Master
gesendeten Eingangsdaten und Senden seiner eigenen Ausgangsdaten
zum Master hinausgeht. Die Realisierung vom spezifischen Kommunikationsverbindungen
zwischen bestimmten, vorgegebenen Teilnehmern wird ermöglicht und
eine hohe Flexibilität
an beliebige Kommunikationsanfordernisse bereitstellt.
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Zur
Festlegung der zu sendenden Kommunikationsdaten kann die erfindungsgemäße Vorrichtung
eine Speichereinrichtung aufweisen, in welcher die Daten, mit denen
die ausgewählten
Kommunikationsdaten überschrieben
werden sollen, abspeicherbar sind. Um die zu ersetzenden Kommunikationsdaten
festzulegen und zu bestimmen, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung
eine Steuereinrichtung zum Auswählen
der zu ersetzenden Kommunikationsdaten auf.
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Um
die zu ersetzenden Kommunikationsdaten festzulegen, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung
eine Zählereinrichtung,
insbesondere zur Erfassung der Anzahl von der Vorrichtung zugeführten und/oder
durch die Vorrichtung hindurch geführten Kommunikationsdaten,
eine Steuertabelle und eine Einrichtung zum Vergleichen des Zählerwertes
mit einem in der Steuertabelle abgelegten Wert aufweisen, wobei
die Einrichtung zum Ersetzen der ausgewählten Kommunikationsdaten im
Ansprechen auf den Vergleich angesteuert wird.
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Um
die als Datenwörter
abgespeicherte Daten in Bit-serielle Kommunikationsdaten zu konvertieren,
die in den Kommunikationsdatenfluss einführbar sind, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung
einen parallel/seriell-Wandler aufweisen.
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Um
die Einsatzmöglichkeit
und die Flexibilität
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
weiter zu erhöhen,
kann diese zum Kopieren von der Vorrichtung zugeführten oder
durch die Vorrichtung hindurchgeführten Kommunikationsdaten ausgebildet
sein. Hierzu weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Steuereinrichtung
zum Auswählen
von zu kopierenden Kommunikationsdaten, eine Einrichtung zum Kopieren
der ausgewählten
Kommunikationsdaten und eine Speichereinrichtung zum Abspeichern
der kopierten Daten auf. Ein mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ausgestatteter Kommunikationsteilnehmer ist somit auch in der Lage,
vom Master zu einem beliebigen Slave bzw. von einem beliebigen Slave zum
Master gesendete Kommunikationsdaten zu kopieren und nachfolgend
einer eigenen Verarbeitung zuzuführen.
Damit lässt
sich auch auf einfache Weise eine Kommunikationsbeziehung zwischen
zwei Slaves aufbauen, ohne den bei klassischen Master/Slave-Systemen notwendigen
Umweg über
den Master durch eine sogenannten Kommunikationsbeziehung mit Querverkehr
in Anspruch zu nehmen. Hierfür muss
der Producer-Slave seine Daten nur in den Kommunikationsdatenfluss
einschreiben und der Consumer-Slave die entsprechenden Daten aus
dem Kommunikationsdatenfluss lesen. Ein Datenaustausch zwischen
beliebigen Teilnehmern, die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ausgerüstet
sind, lässt
sich damit in genau einem Kommunikationszyklus durchführen, während bei
einem Datenaustausch zwischen zwei Slaves mit Querverkehr über dem Master
zumindest zwei Kommunikationszyklen notwendig sind. Durch die Erfindung
werden Producer-Consumer-Kommunikationsbeziehungen
in einem Master-Slave-Kommunikationssystem
ermöglicht,
d.h. die von einem Kommunikationsteilnehmer als Producer erzeugte
Information kann von beliebig vielen anderen Kommunikationsteilnehmern
als Consumer gelesen und verarbeitet werden.
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Sind
mehrere Kommunikationsteilnehmer mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ausgestattet, kann ein mit diesen Teilnehmern aufgebautes Master/Slave-Kommunikationssystem
realisiert werden, welches mehrere Master/Slave-Gruppen aufweist,
wobei die Kommunikationsteilnehmer, welche eine erfindungsgemäße Vorrichtung
aufweisen, immer innerhalb einer einzelnen Gruppe als Master fungieren.
Um den Buszugriff und die Buskonfigurierung zu steuern, kann in
einem solchen komplexen aber sehr flexiblen System mit mehreren
Master/Slave-Gruppen ein einzelner Teilnehmer als Arbiter zum Konfigurieren
und zum Steuern des Datenbus eingerichtet sein.
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Um
die durch die erfindungsgemäße Vorrichtung
hindurch geführten
und/oder der Vorrichtung zugeführten
Kommunikationsdaten zugänglich
zu machen, bzw. einen Datenaustausch zu ermöglichen, kann vorgesehen sein,
dass zwischen dem Kommunikationsdateneingang und dem Kommunikationsdatenausgang
der Vorrichtung zumindest ein Schieberegister zum Aufnehmen von
Kommunikationsdaten angeordnet ist. Die im Schieberegister befindlichen Daten
können
dann jeweils kopiert bzw. ersetzt werden.
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Ein
Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist weiterhin, dass sich mit dieser auch ein bei einem Teilnehmer
eines klassischen seriellen Master-Slave-Übertragungssystem
auftretender Datenaustausch durchführen lässt, da die Speichereinrichtung
zum Ersetzen von Kommunikationsdaten auch zum Senden der Ausgangsdaten
des Teilnehmers bzw. die Einrichtung zum Kopieren von Kommunikationsdaten
auch zum Empfang der Eingangsdaten des Teilnehmers ausgebildet werden
kann. Dies gilt insbesondere für
ein Master-Slave-Kommunikationssystem mit einer Datenübertragung
mittels eines Summenrahmenprotokolls, wobei zu Beginn eines Kommunikationsdatenzyklus
die Ausgangsdaten des Kommunikationsteilnehmers gesendet und am
Ende des Kommunikationsdatenzyklus die Eingangsdaten empfangen werden.
Somit können
mit einer entsprechend ausgebildeten erfindungsgemäßen Vorrichtung
alle spezifischen Prozeduren zum Datenaustausch eines Kommunkationsteilnehmers
ausgeführt werden,
eine Zusatzeinrichtung zur Ausführung
der Standard-Prozeduren kann entfallen.
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Um
in einer Projektierungsphase dem einzelnen Kommunikationsteilnehmer
Informationen über alle
anderen Teilnehmer verfügbar
zu machen, kann in einem ID-Kommunikationszyklus
zu Beginn der ID-Code von der jeweiligen erfindungsgemäßen Vorrichtung
bzw. des Kommunikationsteilnehmers gesendet werden und nachfolgend
im Kommunikationszyklus durch die Vorrichtung hindurchgeschobene ID-Daten
oder der Vorrichtung zugeführte
ID-Daten der anderen Teilnehmer von der Vorrichtung kopiert werden,
so dass jeder Teilnehmer über
den genauen Aufbau des Kommunikationssystems informiert ist.
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Um
die Steuereinrichtungen zum Auswählen von
zu ersetzenden Kommunikationsdaten und/oder die Steuereinrichtungen
zum Auswählen
von zu kopierenden Kommunikationsdaten zu projektieren und parametrieren,
kann ein entsprechender Kommunikationszyklus vorgesehen sein, in
dem die jeweiligen Vorrichtungen bzw. Kommunikationsteilnehmern
die notwendigen Steuerdaten, insbesondere zum Abspeichern in jeweilige
Steuertabellen, empfangen. Auf diese Weise kann ein die erfindungsgemäße Vorrichtung
aufweisender Kommunikationsteilnehmer als Slave oder als Master
projektiert werden. Es ist damit durch eine zugeordnete Projektierung
auch möglich,
auf eine geänderte
Kommunikationsanforderung dergestalt zu reagieren, dass die Teilnehmer zu
anderen Master/Slave-Gruppierungen zusammengestellt werden oder
beispielsweise nur eine Master/Slave-Gruppe mit allen Teilnehmern
projektiert wird.
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Die
Erfindung wird im Folgenden durch das Beschreiben einiger Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert, wobei
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1 in
einem Blockschaltbild eine Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und
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2 ein
Master/Slave-Kommunikationssystem mit Kommunikationsteilnehmern
in einer Prinzipskizze zeigt, welche zumindest teilweise die erfindungsgemäße Vorrichtung
aufweisen.
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1 zeigt
eine Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
welche in einem Kommunikationsteilnehmer eines Master/Slave-Kommunikationssystem
mit serieller Übertragung über einen gemeinsamen
Datenbus verwendet werden kann. Dabei erfolgt innerhalb eines Kommunikationszyklus die Übertragung
eines Datentelegramms mit einem Summenrahmenprotokoll durch alle
Teilnehmer, wie es beispielsweise im Kommunikationssystem nach EN
50254 der Fall ist, auf das im Folgenden Bezug genommen wird.
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Die
Vorrichtung weist einen Dateneingang 26 auf, an den ein
nach dem FIFO-Prinzip arbeitendes Schieberegister 8 angeschlossen
ist. Ist der hinter dem FIFO-Register angeordnete Schalter 14 auf Durchgang
geschaltet, d.h. auf seiner linken Stellung, können die durch das FIFO-Register
innerhalb eines Kommunikationszyklus hindurchgeschobenen Kommunikationsdaten
die Vorrichtung über
den Ausgang 27 verlassen. Die als Abschnitte des Datentelegramms
in das FIFO-Register eingeführten
Kommunikationsdaten werden demnach nicht verändert, was dem Ablauf innerhalb
eines Kommunikationszyklus im beschriebenen Master/-Slave-Kommunikationssystem
nach dem Stand der Technik entspricht.
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Die
Zuordnung des Schieberegisters 8 zur erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist nicht zwingend, sondern erfolgt nur zum Zwecke der Klarheit
der Darstellung. Das Register kann auch in einer anderen Vorrichtung
des Kommunikationsteilnehmers angeordnet sein, insofern werden in
diesem Fall die Kommunikationsdaten der erfindungsgemäßen Vorrichtungbeispielsweise
von einem externen Schieberegister zugeführt.
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Weiterhin
weist die in 1 dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung
einen Speicher 9 auf, der über einen parallel/seriell-Wandler 17 an
einen Dateneingang des Schalters 14 angeschlossen ist. Demnach
kann in Abhängigkeit
der Stellung des Schalters 14 ein in der Einrichtung 9 gespeichertes Datenwort
nach einer Umwandlung in bitserielle Daten am Ausgang 27 der
Vorrichtung ausgegeben werden.
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Diese
Ausgabe von bitseriellen Daten innerhalb eines Kommunikationszyklus
hat letztlich zur Folge, dass ein Abschnitt des Datentelegramms durch
ein in der Einrichtung 9 abgespeichertes Datenwort ersetzt
wird. Die Entscheidung, ob ein Teil des durch die Vorrichtung hindurchgeschobenen
Datentelegramms ersetzt wird oder nicht, ist von der Stellung des
Schalters 14 abhängig.
Dieser Schalter 14 wird durch die Einrichtung 12 gesteuert,
welche zum Vergleichen von Zahlen eingerichtet ist und im Ansprechen
auf den Vergleich den Schalter 14 ansteuert.
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Eingangswerte
erhält
die Einrichtung 12 durch einen Zähler 10 und eine Steuertabelle 11.
Die Zählereinrichtung 10 erfasst
die Anzahl der innerhalb eines Kommunikationszyklus durch das Schieberegister 8 geschobenen
Kommunikationsdaten. In der Steuertabelle 11 ist dem jeweiligen
Kommunikationszyklus zumindest ein Wert zugeordnet abgelegt, der in
der Einrichtung 12 mit dem Momentanwert der Zählereinrichtung 10 verglichen
wird. Liegt eine Identität
vor, so steuert die Einrichtung 12 den Schalter 14 zum
Ersetzen des ausgewählten
Kommunikationsdatenabschnittes an. Dabei werden Datenworte aus dem
Speicher 9 in den parallel/seriell-Wandler geladen und
von dort zeichenweise in den Ausgangsdatenstrom eingefügt. Während des
Schiebebetriebs werden auf die beschriebene Art ausgewählte Kommunikationsdaten
aus dem Datenfluss entfernt und durch vorbestimmte andere Daten
ersetzt. Anschließend
werden wieder Zeichen aus dem FIFO-Register gesendet, bis wiederum im Ansprechen
auf die Steuertabelle 11 ein Teil des Eingangsdatenstroms
ersetzt wird.
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Zur
Vereinfachung des Auswählvorganges kann
der Schalter 14 auch mittels einer Auswahleinrichtung 15 in
Abhängigkeit
des Inhalts eines erniedrigbaren Zählregisters 16 angesteuert
werden, in welchem ein Datenwort ablegbar ist, das die Anzahl der
zu ersetzenden Kommunikationsdatenwörter angibt. Das Register 16 wird
dabei mit einem in der Steuertabelle 11 abgelegten Datenwort
für den
jeweiligen Kommmunikationszyklus geladen.
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Durch
die innerhalb des Rahmens 7 befindlichen Einrichtungen
ermöglicht
die beschriebene Ausführungsform
der erfindungsgemäße Vorrichtung somit
eine aktive Einflussnahme eines mit der Vorrichtung ausgestatteten
Teilnehmers auf den Datenfluss innerhalb des Master/Slave-Kommunikationssystem.
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Zusätzlich umfasst
die in 1 dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung eine Speichereinrichtung 22,
in welcher in vorbestimmter Weise Kommunikationsdaten aus dem Eingangsdatenstrom
ablegbar sind. Hierzu weist die Vorrichtung einen seriell/parallel-Wandler 23 auf,
welcher den Eingangsdatenstrom in Einheiten fester Länge zusammenfasst. In
Abhängigkeit
der Stellung des Schalters 21 werden alle bzw. im Ansprechen
auf eine Vergleichereinrichtung 20, welche den Schalter 21 ansteuert,
vorbestimmte Kommunikationsdaten aus dem Eingangsdatenstrom kopiert.
An den beiden Eingängen
der Vergleichereinrichtung 20 liegt der Ausgang einer Steuertabelle 19 bzw.
der Ausgang eines Zählers 18 an.
In der Steuertabelle 19 sind Daten abgelegt, die bestimmten
Kommuni-kationsdaten im Eingangsdatenstrom zugeordnet sind und die
Zählereinrichtung 17 wiederum
zählt die
durch die Vorrichtung geschobenen Datenworte oder -abschnitte. Wird
im Vergleicher 20 festgestellt, dass das sich momentan
in der Vorrichtung befindliche Datenwort dem zu kopierenden entspricht,
wird der Schalter 21 zum Kopieren des vorbestimmten Datenwortes
in die Speichereinrichtung 22 angesteuert. Wie vorstehend
schon erwähnt,
besteht auch die Möglichkeit,
den Schalter 21 zum permanenten Kopieren des Eingangsdatenstroms
unabhängig
von der Zählereinrichtung 18 anzusteuern.
Hierzu wird die Auswahleinrichtung 24 auf 25 umgelegt,
was den Schalter 21 zum permanenten Abspeichern ansteuert.
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Durch
die innerhalb des Rahmens 6 befindlichen Einrichtungen
ermöglicht
die beschriebene Ausführungsform
der erfindungsgemäße Vorrichtung somit
das nach dem Stand der Technik bekannte und eingangs beschriebene
Kopieren von vorbestimmten Daten des durch das FIFO-Register 8 hindurchgeschobenen
Datentelegramms.
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Weiterhin
ermöglicht
die beschriebene Ausführungsform
der erfindungsgemäße Vorrichtung auch
den herkömmlichen
Datenaustausch zwischen den Teilnehmern des Kommunikationssystems,
bei welchem zuerst die Ausgangsdaten des Teilnehmers gesendet, danach
die empfangenen Daten der anderen Teilnehmer weitergeleitet werden
und zum Schluss des Kommunikationszyklus die Eingangsdaten im FIFO-Register
des jeweiligen Teilnehmers stehen. Dies wird mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
dadurch erreicht, dass zu Beginn des Kommunikationszyklus die Ausgangsdaten
des Teilnehmers in den Parallel/Seriell-Wandler 17 geladen
und von dort über
den Schalter 14 zeichenweise in den Ausgangsdatenstrom
eingefügt
werden. Anschliessend werden im Schiebebetrieb die im FIFO 8 befindlichen
Daten des Datenstrom gesendet. Die zum Schluß des Kommunikationszyklus
im FIFO 8 stehenden Eingangsdaten des Teilnehmers können durch
entsprechendes Ansteuern des Schalters 21 kopiert werden
und stehen für
eine weitere Verarbeitung zur Verfügung. Demnach läßt sich
der gesamte Datenaustausch eines Kommunikationsteilnehmers mit der
in 1 dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung ausführen.
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Der
Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird im Folgenden für
den Einsatz in einem Kommunikationsteilnehmer eines beispielhaften
seriellen Master/Slave-Übertragungssystems
der in 2 gezeigten Art beschrieben. Das System arbeitet
nach dem Master-Slave-Prinzip
mit der Topologie eines Ringschieberegisters, wobei alle Kommunikationsteilnehmer 2, 3, 4, 5, 5' mit ihrem jeweiligen Schieberegister
Teil des als Schieberegisterring ausgebildeteten Datenbus 0 sind.
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Innerhalb
eines Kommunikationszyklus werden die Eingangsdaten von einem ausgezeichneten Kommunikationsteilnehmer
zu den jeweiligen anderen Kommunikationsteilnehmern übermittelt
und deren Ausgangsdaten zum ausgezeichneten, in 2 mit 5' bezeichneten
Kommunikationsteilnehmer übertragen.
Dieser ausgezeichnete Kommunikationsteilnehmer 5' konfiguriert
und steuert den Buszugriff aller anderen Teilnehmer, die Funktionalität des Arbiters
A als Busmaster ist auf diesen Teilnehmer 5' beschränkt. Der Arbiter-Teilnehmer 5' startet die Kommunikationszyklen
und weist allen Teilnehmern eine logische Moduladresse zu, welche
auf den Teilnehmern temporär
oder statisch gespeichert werden kann.
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Während der Übertragung
des Summenrahmens innerhalb eines Kommunikationszyklus wird der
Datenstrom durch die Teilnehmer geführt. Jedes vom jeweiligen Teilnehmer – empfangene
Zeichen wird in einem dem Teilnehmer zugeordneten FIFO 8 (s. 1)
gespeichert und dafür
ein Zeichen aus dem FIFO gesendet, wobei die FIFO-Breite der jeweiligen
Teilnehmerdatenbreite entspricht. Beim verwendeten Master/Slave-Summenrahmenverfahren werden
vor Beginn des Zyklus die Ausgangsdaten, d.h. die Sendedaten der
Teilnehmer in das jeweilige FIFO-Register geladen und am Ende des
Zykluss stehen die Eingangsdaten der Teilnehmer im jeweiligen FIFO-Register
bereit, es erfolgt ein bidirektionaler Datenaustausch zwischen dem
Busmaster und allen anderen Slave-Teilnehmern in einem Kommunikationszyklus.
Die in 2 dargestellten Teilnehmern 2, 3, 4, 5, 5' sind für einen
solchen standardmäßigen Datenaustausch
ausgebildet, bei welchem der Arbiter-Teilnehmer 5' die Eingangsdaten
zu den Teilnehmern sendet und von diesen ihre Ausgangsdaten erhält.
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Zur
Erweiterung der Funktionalität
sind die Kommunikationsteilnehmer 5 und 5' mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ausgestattet. Der Arbiter-Kommunikationsteilnehmer 5' weist eine
erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Ersetzen von Kommunikationsdaten auf, die auch zum Kopieren
von Daten ausgebildet ist, welche durch ihn hindurchgeführt werden.
Die beiden Teilnehmer 5 unterscheiden sich vom Arbiter-Teilnehmers 5' nur durch das
fehlende Arbiter-Modul A.
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Die
anderen, mit 2, 3 oder 4 bezeichneten Kommunikationsteilnehmer
des Kommunikationssystems sind nicht zum Ersetzen von Kommunikationsdaten
eingerichtet, jedoch zum Kopieren von Kommunikationsdaten ausgebildet.
Demzufolge sind die im Rahmen 6 (s. 1) eingeschlossenen
Einrichtungen auch in den Teilnehmern 2, 3 und 4 integriert.
Somit können
alle Teilnehmer des dargestellten Kommunikationssystems eine Producer-Consumer
Kommunikationsverbindung untereinander aufbauen, ohne dass der Arbiter-Teilnehmer 5' in die Kommunikationsverbindung
eingebunden werden muß.
Hierzu wird der Eingangsdatenstrom in jedem Teilnehmer im Seriell/Parallel-Wandler 23 in
Einheiten fester Länge
als Datenwort zusammengefaßt
und abhängig
von der Schalterstellung des Schalters 21 (s. 1)
die Kommunikationsdaten aus dem Eingangsdatenstrom kopiert.
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Diese
Betriebsart wird in einem ID-Zyklus dazu verwendet, dass jeder Kommunikationsteilnehmer
ein Abbild des Kommunikationssystem erhält. Hierzu senden vor Beginn
des Zyklus alle Teilnehmer ihren ID-Code, d.h. sie legen ihren jeweiligen
ID-Code durch Einschreiben in das FIFO-Register in den Ring und
kopieren während
des Zyklus alle durch sie hindurchgeschobenen ID-Codes der anderen
Teilnehmer. Jeder Teilnehmer verfügt danach über Informationen, die den
Busaufbau der aktuellen Konfiguration widerspiegeln.
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In
einer danach folgenden Projektierungsphase werden von dem Arbiter-
Kommunikationsteilnehmer 5' Projektierungsdaten
zu den einzelnen Teilnehmern gesendet, wobei der Arbiter dabei das
im vorhergehenden ID-Zykluss erhaltene Abbild des Kommunikationssystems
verwendet. Beispielsweise können
in mehreren Projektierungszyklen die Daten für die Tabellen der Steuereinrichtung
zum Auswählen
von zu ersetzenden Kommunikationsdaten bzw. zu kopierenden Kommunikationsdaten
zu den jeweiligen Teilnehmern gesendet werden. Das Verhalten aller
Kommunikationsteilnehmer in den verschiedenen Kommunikationszyklen
kann auf diese Weise festgelegt werden.
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Beispielsweise
ist es möglich
neben dem Arbiter-Kommunikationsteilnehmer 5', welcher dem klassischen
Master in einem herkömmlichen
Master/Slave-Übertragungssystem
entspricht, weitere Kommunikationsteilnehmer durch die Projektierung so
einzustellen, dass sie aufgrund ihrer Fähigkeit zum Ersetzen von Kommunikationsdaten
als Master für
andere vorgegebene und vorbestimmte Kommunikationsteilnehmer arbeiten.
Demnach können
mehrere voneinander unabhängige
Master/Slave-Gruppen innerhalb des gesamten Kommunikationssystems
projektiert werden.
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In
dem in 2 dargestellten Beispiel sind 3 Master/Slave-Gruppierungen
projektiert, wobei die Master mit 5 bzw. 5' bezeichnet
sind. Zur Übersichtlichkeit
ist nur eine Master/Slave-Gruppe mit dem Bezugszeichen MS1 angegeben.
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Der
Master 5 der Gruppe MS1 trägt wie obenstehend beschrieben
nichts zur Bussteuerung des Systems bei, für die ihm zugeordneten 3 Slaves steuert
er jedoch den Datenverkehr. Slave 2 ist als Ein/Ausgabe-,
Slave 3 als Eingabe- und Slave 4 als Ausgabeteilnehmer
ausgebildet. Der Master weist eine Speichereinrichtung S1 für die Ausgangsdaten der
beiden Slaves 2 und 4, sowie eine Speichereinrichtung
S2 für
die Eingangsdaten seiner Slaves 2 und 3 auf. Zur
Verdeutlichung sind in 2 die Register S1 bzw. S2 mit
den jeweiligen Slaves durch eine Linie direkt verbunden, der eigentliche
Datenverkehr verläuft
jedoch wie beschrieben über
den gemeinsamen Datenbus 0. Die jeweiligen Slaves erhalten
ihre Eingangsdaten vom ihnen zugeordneten Master, indem dieser die
zum jeweilgen Slave gesendeten Daten ersetzt und er erhält die Ausgangsdaten seiner
Slaves, indem er die von den Slaves gesendeten Daten kopiert. In
diesem Sinne erhält
der Master die Ausgangsdaten seiner zugeordneten Slaves mittels
der über
eine Steuertabelle aktivierten Kopierfunktion und sendet die Eingangsdaten
zu seinen Slaves durch ein den Slaves zugeordnetes, über eine Steuertabelle
aktiviertes Ersetzen der Kommunikationsdaten, welche mit einem Summenrahmenprotokoll
innerhalb eines Kommunikationszyklus durch den Master hindurchgeführt werden.
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Die
mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestatteten
Kommunikationsteilnehmer 5, 5' unterstützen jeweils 4 verschiedene
Zyklusarten. In einem Standard-ID-Zykluss sendet der Arbiter-Teilnehmer 5' eine vorgegebene
Anzahl an Steuer-Daten für die
anderen Teilnehmer und empfängt
die gleiche Anzahl von ID-Codes der Teilnehmer. Die Teilnehmer 5 senden
zu Anfang ihre ID-Codes und leiten anschließend die empfangenen Daten
weiter. Am Ende des Zyklus steht das vom Arbiter-Teilnehmer gesendete Steuerwort
im Register.
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Im
Standart-Daten-Zyklus sendet der Arbiter-Teilnehmer 5' die Eingangsdaten
für die
anderen Teilnehmer und empfängt
die gleiche Anzahl von Ausgangsdaten von den Teilnehmern. Die Teilnehmer 5 senden
zu Beginn des Kommunikationszyklus ihre Ausgangsdaten aus dem Speicher 9 und
leiten anschließend
die empfangenen Daten weiter, wobei nach dem Zyklusende ihre Eingangsdaten
im FIFO-Register stehen. In beiden Standard-Zyklen dient das jeweilige
FIFO-Register in den Teilnehmern als temporärer Datenspeicher für die unverändert weiterzuleitenden
Daten. Alle empfangenen Daten werden dabei um die Teilnehmerdatenbreite;
d.h. die FIFO-Tiefe
verzögert
weitergereicht.
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In
den beiden anderen Zyklen, einem speziellen ID-Zyklus und einem
speziellen Datenzyklus verhalten sich der Arbiter-Teilnehmer 5' und die beiden
anderen Master-Teilnehmer 5 gleich.
Wie obenstehend schon erläutert,
senden im ID-Zyklus alle Teilnehmer 5, 5' ihren ID- Code
zu Beginn aus ihrem Speicher 9 und anschließend aus
dem FIFO-Register 8 die
darauffolgend empfangenen Daten. Weiterhin werden alle empfangenen
Daten, d.h. alle ID-Codes der anderen Teilnehmer in den Empfangsspeicher 22 kopiert.
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Im
neuen Datenzyklus können
die empfangenen Daten während
der Schiebephase des Zyklus kopiert oder ersetzt werden. Die Auswahl
der zu kopierenden bzw. der zu ersetzenden Daten erfolgt anhand
der jeweiligen Steuertabelle 11 bzw. 19.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
kann in Kommunikationsteilnehmern von vielen seriellen Master/Slave-Kommunikationssystemen
Verwendung finden. Insofern ist der beschriebene Einsatz in einem
nach EN 50254 normierten System nur als beispielhaft anzusehen.