DE10126802C2 - Verfahren zur Übertragung von Daten über einen Bus und Bussystem zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Übertragung von Daten über einen Bus zwischen mehreren, an den Bus angeschlossenen Modulen nach dem Prinzip der quellensynchronen Taktung, bei dem die Daten unter der Steuerung durch ein Systemtaktsignal von den Modulen an einen Datenbus angelegt werden und ein von den jeweiligen Modulen generiertes Quellentaktsignal auf einer Quellentaktleitung übertragen wird. Ferner bezieht sie sich auf ein Bussystem zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Bei der Datenübertragung in einem Bussystem, das mit quellensynchroner Taktung arbeitet, legt ein Modul, das im Sendebetrieb nicht nur Daten an den Datenbus abgibt, auch ein von ihm selbst erzeugtes Quellentaktsignal an eine eigens dafür vorgesehene Quellentaktleitung an, wobei zwischen den Daten und dem Quellentaktsignal ein fest vorgegebener zeitlicher Abstand eingehalten wird. Dieser zeitliche Abstand ist erforderlich, um eine korrekte Datenübernahme im Empfängermodul unter der Steuerung durch das Quellentaktsignal zu gewährleisten. Nach Empfang der Daten im Empfängermodul müssen dessen Empfangsbausteine (in der Regel D-Flipflops) einen stabilen Zustand erreichen, bevor das Quellentaktsignal die Übernahme des jeweiligen Datenwerts auslöst. Diese Wartezeit bis zum Erreichen des stabilen Zustandes nach Anlegen des Datensignals ist eine sogenannte Einstellzeit, die in der Fachliteratur auch als "Setup-Time" bezeichnet wird. Der zeitliche Abstand zwischen den abgesendeten Daten und dem Quellentaktsignal muß so dimensioniert sein, daß das Quellentaktsignal keinesfalls die Datenübernahme im Empfängermodul auslöst, bevor die Einstellzeit der jeweiligen Empfängerbausteine verstrichen ist. Dieser einzuhaltende zeitliche Abstand begrenzt somit die maximale Übertragungsgeschwindigkeit der Daten im Bussystem. Selbst wenn im Bussystem Module verwendet werden, deren Empfängerbausteine eine verkürzte Einstellzeit haben, kann nicht mit einer höheren Übertragungsgeschwindigkeit gearbeitet werden, da der zeitliche Abstand zwischen den Daten und dem Quellentaktsignal nicht verändert werden kann.

In diesem Zusammenhang sei die US 5 919 265 A erwähnt, die ein anderes Verfahren zur quellensynchronen Datenübertragung offenbart. Ein Systemtaktgenerator erzeugt ein Systemtaktsignal, das zu dem System gehörende Module synchronisiert. In den Modulen vorhandene Taktgeneratoren erzeugen ihrerseits Taktsignale. Das sendende Modul überträgt gleichzeitig mit den Daten ein Quellensynchrontaktsignal, das den Empfang der Daten durch die Empfangsbausteine bewirkt. Die Übernahme der Daten nach Erreichen des stabilen Zustandes wird dagegen von dem Taktsignal des Empfängermoduls ausgelöst. Da das Taktsignal des Empfängermoduls synchron zu dem Taktsignal des Sendermoduls ist, ist hier auch keine Anpassung der Wartezeit bis zur Übernahme der Daten an die Einstellzeit der Empfangsbausteine möglich.

Weitere Verfahren zur quellensynchronen Datenübertragung sind aus der EP 0 579 389 A1 bekannt. Gemäß einer ersten Variante wird ein schnelles Systemtaktsignal einem Zuteiler zugeführt und von diesem an zu dem System gehörende Module weitergeleitet. Außerdem wird in dem Zuteiler durch Frequenzteilung aus dem Systemtaktsignal noch ein langsameres Taktsignal erzeugt, das zur Steuerung der Übertragung interaktiver Signale verwendet wird. Ein Modul, das Daten aussendet, überträgt diese synchron mit dem Systemtaktsignal. Um zu gewährleisten, dass die Daten einen stabilen Zustand im Empfängerbaustein erreicht haben, wird die Übernahme der Daten durch ein Signal ausgelöst, das der Zuteiler nach Ablauf einiger Zyklen des Systemtakts aussendet. Gemäß einer zweiten Variante wird ein langsames Systemtaktsignal an den Zuteiler und die Module geschickt. Die Module erzeugen ein schnelleres Taktsignal, das mittels einer PLL-Schaltung mit dem langsamen Taktsignal synchronisiert wird. Ein Modul, das Daten aussendet, überträgt diese synchron mit dem selbsterzeugten schnelleren Taktsignal. Außerdem überträgt das sendende Modul synchron mit dem langsameren Taktsignal ein Signal, das die Übernahme der Daten ins Empfängermodul steuert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Bussystem der eingangs angegebenen Art so auszugestalten, daß eine Verkürzung der Einstellzeit durch Verwendung hochwertiger Empfängerbausteine in den am Bus angeschlossenen Modulen zu einer Erhöhung der Datenübertragungsge­ schwindigkeit ausgenutzt werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Quellentaktsignal in zeitlichem Abstand von den Daten übertragen wird, und der zeitliche Abstand zwischen den von einem Modul an den Datenbus angelegten Daten und dem von diesem Modul generierten und an die Quellentaktleitung angelegten Quellentaktsignal in Abhängigkeit von charakteristischen Parametern der an den Bus angeschlossenen Module verändert wird.

In einem Bussystem, das nach dem Verfahren betrieben werden kann, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Quellentaktsignal in zeitlichem Abstand von den Daten übertragen wird, und in die Verbindung zwischen jedem Modul und die Quellentaktleitung ein Verzögerungsglied eingefügt ist, dessen Verzögerungszeit über ein Steuersignal einstellbar ist, das an alle Verzögerungsglieder über eine Steuerleitung anlegbar ist.

Durch Vorsehen der Möglichkeit, den zeitlichen Abstand zwischen den Daten und dem nachfolgenden Quellentaktsignal veränderlich zu machen, kann die Datenübertragungsgeschwindigkeit auf dem Bus erhöht werden, wenn die in den Modulen verwendeten Empfängerbausteine diese aufgrund einer kurzen Einstellzeit zulassen. Unter Berücksichtigung des charakteristischen Parameters "Einstellzeit" der Empfängerbausteine in den Modulen am Bus läßt sich somit eine optimale Datenübertragungsgeschwindigkeit durch eine entsprechende Einstellung des genannten zeitlichen Abstandes erzielen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Bussystems, über das mehrere Module miteinander kommunizieren können, und

Fig. 2 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung eines Datenübertragungsvor­ gangs in dem Bussystem von Fig. 1.

Das Bussystem von Fig. 1 enthält mehrere Abschnitte, über die unterschiedliche Signale übertragen werden können. Es enthält einen mehradrigen Datenbus 10, über den zwischen Modulen A und B Daten übertragen werden können. Ferner enthält es eine Systemtaktleitung 12, über die allen Modulen am Bus ein Systemtaktsignal zugeführt werden kann. Über eine Quellentaktleitung 14 kann ein Quellentaktsignal übertragen werden, und eine Steuerleitung 16 dient der Übertragung eines noch zu erläuternden Steuersignals.

Bei der nachfolgenden Beschreibung wird angenommen, daß das Modul A Daten zum Modul B senden soll. Im Modul A werden die abzugebenden Daten in nicht dargestellten Schaltungseinheiten erzeugt und über bidirektionale Eingangs-/­ Ausgangs-Anschlüsse 18 an den Datenbus 10 angelegt. Die Abgabe der Daten erfolgt abgesehen von einer festen Phasenverschiebung synchron mit dem Systemtaktsignal, das dem Modul A über die Systemtaktleitung 12 zugeführt wird.

Fig. 2 zeigt das Systemtaktsignal 20, das die Form eines periodischen Rechtecksignals hat. Die Datenabgabe erfolgt an den Eingabe-/Ausgabe- Anschlüssen 18 mit einer Verzögerung t_v gegenüber dem quellensynchronen Taktsignal. Die zweite Zeile von Fig. 2 zeigt, daß sich die Datenabgabe dadurch äußert, daß an einem Eingabe-/Ausgabe-Anschluß 18 der Wert des Signals entweder von "0" auf "1" oder von "1" auf "0" wechselt.

Da die Datenübertragung nach dem Prinzip der quellensynchronen Taktung erfolgen soll, wird vom Modul A nach der Abgabe der Daten an den Eingabe-/­ Ausgabe-Anschlüssen 18 an einem Ausgang 22a ein Quellentaktsignal abgegeben, das mit einer Verzögerung Δt an die Quellentaktleitung 14 angelegt wird. Das in der dritten Zeile von Fig. 2 angegebene Quellentaktsignal ist erkennbar gegenüber dem Systemtaktsignal in der ersten Zeile um Δt verzögert.

Die Datensignale gelangen über den Datenbus 10 zu den Eingangs-/Ausgangs- Anschlüssen 24 des Moduls B, indem sie jeweils einer mit dem entsprechenden Eingangs-/Ausgangs-Anschluß 24 verbundenen Baueinheit zugeführt werden, wie dies in derartigen Bussystemen üblich ist. Die eigentliche Übernahme der Datensignale in das Modul B erfolgt dann, wenn das Modul B nach der Verzögerung um Δt das Quellentaktsignal über die Leitung 14 und den Anschluß 26 empfängt. Dies bedeutet also, daß durch den Empfang der Datensignale die entsprechenden Baueinheiten im Modul B für die Datenübernahme vorbereitet werden, so daß sie dann mit dem Empfang des Quellentaktsignals in den dem jeweiligen Datensignalwert "0" oder "1" entsprechenden Zustand übergehen. Die Verzögerung Δt des Quellentaktsignals bezüglich der Datensignale am Datenbus 10 ist erforderlich, um die Einstellzeit der die Daten übernehmenden Baueinheiten im Modul B zu berücksichtigen, die diese Baueinheiten benötigen, bis sie zur Übernahme der Daten bereit sind. Diese Einstellzeit ist der wesentliche Faktor bei der Festlegung der größtmöglichen Datenübertragungsgeschwindigkeit, da das Quellentaktsignal vom Modul B nicht empfangen werden darf, bevor die Einstellzeit der die Daten übernehmenden Baueinheiten im Modul B verstrichen ist. Kommt das Quellentaktsignal vor Verstreichen der Einstellzeit am Modul B an, kann die korrekte Datenübernahme und die entsprechende Weiterverarbeitung nicht mehr gewährleistet werden.

Die obigen Ausführungen zeigen, daß je nach der Einstellzeit der in den als Empfänger wirkenden Modulen am Bus verwendeten Baueinheiten zur Daten­ übernahme mit einer höheren oder niedrigeren Übertragungsgeschwindigkeit ge­ arbeitet werden kann. Zur Anpassung an diese Einstellzeit kann die Verzögerung Δt, also der zeitliche Abstand zwischen dem Anlegen der Daten an den Datenbus 10 und der Anlegung des Quellentaktsignals an die Quellentaktleitung 14 verän­ dert werden. Zu diesem Zweck kann die Verzögerungszeit Δt von Verzögerungs­ gliedern 28a, 28b, die jeweils zwischen dem entsprechenden Ausgang 22a, 22b eines Moduls und die Quellentaktleitung 14 eingefügt sind, mit Hilfe eines Steu­ ersignals an der Steuerleitung 16 eingestellt werden. Werden Module mit Daten­ übernahme-Baueinheiten mit kurzer Einstellzeit verwendet, kann der zeitliche Abstand zwischen der Datenabgabe und der Anlegung des Quellentaktsignals an die Quellentaktleitung 14 verkürzt werden, so daß sich dementsprechend eine hö­ here Datenübertragungsgeschwindigkeit verwirklichen läßt. Werden dagegen "langsamere" Datenübernahme-Baueinheiten in den Modulen verwendet, kann diese Verzögerungszeit Δt verlängert werden, um auch in diesem Fall eine fehler­ freie Datenübernahme zu gewährleisten.

Die Veränderung der Verzögerungszeit der Verzögerungsglieder 28a, 28b kann mittels eines digitalen Steuersignals erfolgen, mit dessen Hilfe beispielsweise zwei unterschiedliche Verzögerungszeiten erreicht werden können, je nachdem, ob das Steuersignal den Wert "0" oder den Wert "1" hat. Die Verzögerungsglieder 28a, 28b könnten aber auch so ausgestaltet sein, daß ihre Verzögerungszeit mit Hilfe eines analogen Steuersignals verändert werden kann, so daß je nach der Größe des Steuersignals jeder beliebige Wert der Verzögerungszeit innerhalb eines vorgegebenen Bereichs eingestellt werden kann.

Ein weiterer Vorteil der Möglichkeit, den zeitlichen Abstand zwischen den Daten am Datenbus 10 und dem Quellentaktsignal der Quellentaktleitung 14 einstellbar zu machen, besteht darin, daß nicht nur unterschiedliche Einstellzeiten der Datenübernahme-Baueinheiten in den Modulen berücksichtigt werden können, sondern auch andere Faktoren, die die Übertragungsgeschwindigkeit am Bus beeinflussen, beispielsweise die erwähnte Verzögerung t_v zwischen dem Systemtaktsignal und der Datenabgabe sowie weitere derartige Laufzeitverzöge­ rungen im gesamten System.

Im beschriebenen Beispiel wurde angenommen, daß das Modul A als Sender von Daten und das Modul B als Empfänger von Daten wirkt. Prinzipiell kann aber jedes Modul, das an das Bussystem angeschlossen ist, sowohl die Funktion als Sender als auch die Funktion als Empfänger ausüben.

Claims (4)

1. Verfahren zur Übertragung von Daten über einen Bus zwischen mehreren, an den Bus angeschlossenen Modulen nach dem Prinzip der quellensynchronen Taktung, bei dem die Daten unter der Steuerung durch ein Systemtaktsignal von den Modulen an einen Datenbus angelegt werden und ein von den jeweiligen Modulen generiertes Quellentaktsignal auf einer Quellentaktleitung übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Quellentaktsignal in zeitlichem Abstand von den Daten übertragen wird, und der zeitliche Abstand zwischen den von einem Modul an den Datenbus angelegten Daten und dem von diesem Modul generierten und an die Quellentaktleitung angelegten Quellentaktsignal in Abhängigkeit von charakteristischen Parametern der an den Bus angeschlossenen Module verändert wird.

2. Bussystem zur Übertragung von Daten zwischen mehreren, an dem Bus angeschlossenen Modulen unter Anwendung des Prinzips der quellensynchronen Taktung, bei dem die Daten unter der Steuerung durch ein Systemtaktsignal von den Modulen an einen Datenbus angelegt werden und ein von den jeweiligen Mo­ dulen generiertes Quellentaktsignal auf einer Quellentaktleitung übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Quellentaktsignal in zeitlichem Abstand von den Daten übertragen wird, und in die Verbindung zwischen jedem Modul und die Quellentaktleitung ein Verzögerungsglied eingefügt ist, dessen Verzögerungszeit über ein Steuersignal einstellbar ist, das an alle Verzögerungsglieder über eine Steuerleitung anlegbar ist.

3. Bussystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal ein digitales Signal ist, durch das die Verzögerungszeit der Verzögerungsglieder auf jeweils einen von mehreren diskreten Werten einstellbar ist.

4. Bussystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal ein analoges Signal ist, durch das die Verzögerungszeit der Verzögerungsglieder auf jeden Wert innerhalb eines vorgegebenen Bereichs einstellbar ist.