DE19808680A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bearbeitung von über einen Datenkanal empfangenen oder zu übertragenden Datenpaketen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bearbeitung von über einen Datenkanal empfangenen oder zu übertragenden Datenpaketen, die insbesondere zeitkritische Daten beinhalten, so daß der Überprüfung der Aktualität des Datenpaketes eine große Bedeutung zukommt.

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Bearbeitung von über einen Datenkanal empfangenen oder zu übertragenden Datenpaketen nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs 1.

Unter dem Schlagwort multimedia wird zur Zeit ein Zusammenwachsen der Produktbereiche Consumer Electronics (Hifi, Video, Audio) und Personal computing propagiert und von vielen Herstellern aus beiden Lagern auch durch konkrete Produkte vorangetrieben. Bei der Verschmelzung der beiden Produktbereiche kommt den Arbeiten, die sich mit dem Thema des Datenaustausches zwischen den Geräten der verschiedenen Produktbereiche befassen, immer größeres Gewicht zu. Das zeigt sich auch an den bereits sehr weit fortgeschrittenen Standardisierungsbemühungen zu diesem Thema. Es steht nämlich mit dem sogenannten IEEE 1394 Serial Bus bereits ein international standardisierter und weitestgehend akzeptierter Bus zum Datenaustausch zwischen Endgeräten aus beiden Produktgruppen zur Verfügung. Die genaue Bezeichnung des erwähnten Standards lautet: IEEE Standard for High Performance Serial Bus, (IEEE Std 1394-1995, IEEE, New York, August 1996). Die Spezifikation des IEEE 1394 Serial Bus weist eine Reihe von Kriterien auf, die für Produkte aus dem Bereich Consumer Electronics von großer Bedeutung sind:

• - praktisch frei wählbare Bus-Topolorgie (z. B. Kette, Baum, . . .) mit bis zu 63 Endgeräten,
• - bitserielle Datenübertragung über ein Kabel mit 4 oder 6 Adern mit einer maximalen Distanz von 4,5 Metern zwischen zwei Geräten,
• - Übertragungsraten zur Zeit bis zu 400 Mbit/s,
• - An- und Abklemmen von Endgeräten ist im laufenden Betrieb möglich.

Für die Implementierung einer IEEE 1394-Schnittstelle müssen zwei Layer des IEEE 1394 Standards durch Hardware realisiert werden: Es sind dies die nach dem ISO/IEC-7-Schichten Modell bekannten Layer Physical Layer und Link Layer. Mit dem Physical Layer wird die Verbindung zum Bus verwaltet, während im Link Layer wesentliche Teile des Busprotokolls realisiert sind. Da zwischen dem Physical Layer und dem Link Layer im IEEE 1394 Standard eine galvanische Trennung vorgesehen ist, erfolgt die Implementierung im allgemeinen mit getrennten ICs.

Bei der Übertragung von Daten von einem Consumer Electronics-Gerät zu einem anderen Gerät findet ein isochroner Datentransfer statt, bei dem regelmäßig eine Menge von Daten unter Echtzeitbedingungen zu übertragen sind, da die entsprechende Anwendung der Daten nur dann störungsfrei verläuft, wenn die Daten zum richtigen Zeitpunkt angelangt sind und dementsprechend auch richtig bearbeitet werden konnten. Für den Austausch solcher Daten ist daher ein spezieller Standard entwickelt worden. Dieser Standard ist unter der Bezeichnung IEC-61883 (Consumer Audio/Video Equipment-Digital Interface) bekannt. Die genaue Bezeichnung dieses Standards lautet: IEC 61883-1: Consumer Audio/Video Equipment-Digital Interface (Draft) IEC, September 1997. Darin ist vorgesehen, das Datenpakete mit einem sogenannten Time-Stamp (Zeitmarke) versehen werden. Dieser Time-Stamp bezieht sich auf die Bus zeit des IEEE 1394 Serial Bus und gibt den genauen Zeitpunkt an, bei dem ein Datenpaket nach der Übertragung über den Bus zur Applikation hin ausgegeben werden soll. Für die Realisierung eines Link Layer IC mit implementierter IEC 61883-Funktionalität bedeutet dies, daß eine Reihe von zusätzlichen Funktionen implementiert werden müssen. Im einzelnen sind dies insbesondere:

• - Generierung des Time-Stamp's während der Übergabe des Paketes an das Link Layer IC,
• - Kontrolle des Time-Stamp's vor dem Versenden des Paketes über den IEEE 1394 Serial Bus ("Late check" beim Senden von Paketen),
• - Time-Stamp's gesteuerte Ausgabe des empfangenen Paketes an eine Applikation ("Late Check" beim Empfangen von Paketen).

Dabei ist die Generierung der Time-Stamp's von den drei aufgezählten Aufgaben die einfachste. Diese Aufgabe kann durch einfache Addition eines Offsets zu der im Link Layer IC standardmäßig verfügbaren IEEE 1394 Buszeit gelöst werden. Der aktuelle Time-Stamp wird dann für ein zu versendendes Paket gebildet und zusätzlich zu den Daten des Paketes im Speicher des Link Layer Control IC abgelegt.

Wesentlich aufwendiger gestaltet sich die Überprüfung des Time-Stamps eines im Speicher befindlichen Paketes vor dem Senden über den IEEE 1394 Serial Bus bzw. zweitens nach dem Empfang vor der Ausgabe des Datenpaketes an die Applikation. Der Sinn der ersten Überprüfung besteht darin, daß ein Paket, welches das Zielsystem aufgrund der Verzögerung bei der Verarbeitung vorheriger Pakete nicht mehr rechtzeitig erreichen kann, nicht mehr auf den IEEE 1394 Serial Bus ausgegeben wird. Dies würde den Bus nur unnötig belasten. Mit der zweiten Überprüfung wird eine Synchronisation von den empfangenen Datenpaketen vor der Ausgabe an die Applikation bewirkt.

Die Implementierung der beiden letztgenannten Überprüfungen führt zu einem nicht unerheblichen Anteil an der Hardwarekomplexität des kompletten Link Layer IC's.

Erfindung

Ausgehend von dem obengenannten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bearbeitung von über einen Datenkanal empfangenen oder zu übertragenden Datenpaketen anzugeben, das insbesondere die Kosten für die Implementierung der Schaltungseinheit, die die Überprüfung der Aktualität der Datenpakete vornimmt, reduziert und zuverlässig arbeitet.

Der auf das Verfahren gerichtete Teil der Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Maßnahmen gelöst, die im Anspruch 1 aufgelistet sind. Durch die angegebene Lösung wird es erreicht, daß ein einziges Modul implementiert werden kann, das beide zuvor erläuterten Überprüfungen im Zeitmultiplex- Betrieb durchführen kann. Ein und dieselbe Einheit wird für die erwähnte Überprüfung beim Empfang und beim Vers enden von Datenpaketen benutzt. Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, daß zum Zeitpunkt der Überprüfung der Aktualität eines Datenpaketes in beiden Überprüfungsfällen zunächst die aktuelle Systemzeit (Buszeit) ermittelt wird und ausgehend von dieser Zeit eine Einteilung der Zeitachse wenigstens in die Bereiche "zeitrichtig" und "verspätet" vorgenommen wird und dann überprüft wird, in welchem der Bereiche der im Datenpaket eingetragene Bearbeitungs­ zeitpunkt (Time-Stamp) liegt. Der Vorteil dieser Lösung besteht darin, daß die Implementierung für den Schaltungs­ teil bzw. das Modul, das die zuvor erläuterten Überprüfungen der Time-Stamps vornehmen muß, mit wesentlich geringerem Hardware-Aufwand auskommt, als bei einer Lösung, in der die Zeitachse nicht in Bereiche eingeteilt wird und die Zeitmarken von den Datenpaketen einer Isochrondaten­ übertragung durch viele einzelne Komparationen in Verbindung mit Additionen und Subtraktionen sowie Grenzwertbetrachtungen mit Zwischenspeicherschritten überprüft werden müssen.

Dies liegt hauptsächlich daran, daß für ein reales System die Darstellung der Zeit (Buszeit des IEEE 1394 Serial Bus) nicht von null bis unendlich möglich ist, sondern entsprechend des IEC 61883 Standards mit einer begrenzten Anzahl von Bits (nämlich 25 Bit) dargestellt wird. Bei einem verwendeten Zeittakt von 25 MHz ist der mit 25 Bit darstellbare Zeitraum lediglich eine Sekunde. Somit muß die Buszeit ständig neu eingestellt und aktualisiert werden. Bei der Übertragung von Isochrondaten über den Bus wird die Applikation in dem als Sender arbeitenden Gerät jedem Datenpaket ein Time-Stamp zuweisen, der in die Zukunft projeziert ist relativ zur aktuellen Buszeit, wobei der Offset so bestimmt worden ist, daß die mit aller Wahrscheinlichkeit nötige Übertragungszeit berücksichtigt ist und das Datenpaket trotzdem noch früh genug beim Empfänger ankommt. Es können aber durch die Signalverarbeitung oder auch durch zu große Busbelastung Verspätungen eintreten. Deshalb muß auch im Empfänger eine Überprüfung des Time-Stamp hinsichtlich der Aktualität des Datenpakets stattfinden. Dabei wird dann die aktuelle Bus zeit bestimmt und relativ dazu ermittelt, ob der Time- Stamp des Datenpaketes noch ausreichend weit von der aktuellen Buszeit entfernt ist. Wenn die Zeit mit ausreichend breiten Datenworten dargestellt worden wäre, wäre dieser Vergleich einfach durchzuführen. Da die Zeit aber nur mit 25 Bits darstellbar ist, kann es vorkommen, daß die aktuelle Bus zeit schon sehr weit am oberen Rand des darstellbaren Zeitraumes ist und das Datenpaket ein Time- Stamp aufweist, der in der Nähe des Ursprungs der Zeitachse des nächsten Zeitabschnittes liegt. Damit kann mit einfachen größer/kleiner Vergleichen nicht mehr ermittelt werden ob das Datenpaket aktuell ist oder nicht. Es müssen konkrete Rechnungen vorgenommen werden, die auch berücksichtigen, daß ein "Reset" der Bus zeit zu einem bestimmten Zeitpunkt vorgenommen wird.

Ähnlich gelagert ist der Fall der Überprüfung der Aktualität des Datenpaketes wenn es auf den Bus gesendet werden soll. Auch hier kann es bei hoher Belastung des Busses vorkommen, daß ein Datenpaket längere Zeit im Zwischenspeicher des sendenden Gerätes verbleibt. Erst wenn der Bus für dieses Gerät reserviert ist, kann es abgesendet werden und es muß dann noch mal kontrolliert werden, ob dessen Absendung überhaupt noch nötig ist oder ob es sowieso zu spät übertragen werden würde für das Zielsystem. Auch bei dieser Prüfung können die gleichen Probleme entstehen wie zuvor erwähnt. Einfache Additionen/Subtraktionen bzw. Vergleiche zwischen den zu vergleichenden Werten sind hier ebenfalls nicht mehr möglich.

Gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Ausschnitt der Zeitachse, der mit den 25 Bit darstellbar ist, in verschiedene Bereiche eingeteilt. Dies geschieht ausgehend von der aktuellen Buszeit zum Überprüfungszeitpunkt. Da die genaue Lage der Bereiche und deren Bedeutung bekannt ist, können die Vergleichsoperationen vereinfacht werden und schnell festgestellt werden, ob das Datenpaket noch aktuell ist oder nicht. Eine entsprechende Reaktion kann dann erfolgen.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind weitere Verbesserungen des Verfahrens möglich. Für die zeitrichtige Absendung von Datenpaketen ist es besonders vorteilhaft, wenn zwischen dem Bereich "zeitrichtig" und dem aktuellen Systemzeitpunkt noch ein "verspätet"-Bereich angeordnet wird. Dieser Bereich dient zur Berücksichtigung der unbedingt erforderlichen Bus- Übertragungszeit. Das Datenpaket wird dann erst gar nicht abgeschickt, wenn die aktuelle Buszeit nur kurz vor der eingetragenen Zeitmarke des Datenpaketes liegt und nicht mehr genügend Übertragungszeit zur Verfügung stehen würde.

Für die Überprüfung der Ausgabe eines empfangenen Datenpaketes an die Applikation ist es sehr vorteilhaft, wenn zwischen dem "verspätet"-Bereich und dem aktuellen Systemzeitpunkt ein "bald"-Bereich angeordnet wird. Sobald festgestellt wird, daß die aktuelle Buszeit im "bald"-Be­ reich liegt, kann dann direkt ein exakter Zähler auf einen bestimmten Wert gesetzt werden und gestartet werden, der die Restzeit bis zum genauen Zeitpunkt der Ausgabe des Datenpaketes zählt. Vorteilhafte Maßnahmen im Zusammenhang damit sind noch in den Ansprüchen 9 und 10 angegeben. Durch die Maßnahmen gemäß der Ansprüche 12 und 13 wird es ermöglicht, die Bereichsgrenzen flexibel an die tatsächlichen Gegebenheiten im Netzwerk anzupassen. Wenn wirklich nur geringfügiger Busverkehr herrscht, kann der Bereich, der die eigentliche Übertragungszeit berücksichtigt, gegebenenfalls adaptiv verkleinert werden.

Durch die Maßnahme entsprechend Anspruch 14, kann die Überprüfung der Datenpakete weiterhin vereinfacht werden. Dadurch, daß z. B. drei mögliche Konstellationen für die Einteilung der Zeitachse in die Bereiche "zeitrichtig", "verspätet" und "bald" unterschieden werden, wird sofort ohne weiteren Vergleich erkennbar, welcher der Bereiche durch den Überlauf des 25 Bitwortes in zwei Abschnitte aufgespalten ist. Damit ist dann klargestellt, in welchen Bereichen mit einfachen Additionen und Subtraktionen bzw. größer/kleiner-Vergleichen gearbeitet werden kann für die Überprüfung der Aktualität des Datenpaketes.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist noch, daß die Einteilung der Zeitachse in die genannten Bereiche für beide erwähnten Überprüfungsarten im Empfänger bzw. im Sender gleich aussieht und also von der gleichen Hardware erledigt werden kann, wenn beide Überprüfungen in einem Gerät nötig sind. Dadurch wird die Implementierung des Moduls ebenfalls vereinfacht.

Der Teil der Aufgabe der Erfindung der sich auf die Vorrichtung zur Bearbeitung von über einen Datenkanal empfangenen oder zu übertragenden Datenpaketen bezieht, wird durch die Maßnahmen von Anspruch 16 gelöst. Weitere vorteilhafte Maßnahmen hierzu sind in den abhängigen Ansprüchen 17-20 aufgeführt.

Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der folgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Beispiel einer Gruppe von Geräten, die über einen seriellen Bus miteinander verknüpft sind;

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Link Layer-ICs für den IEEE 1394 Bus;

Fig. 3a eine erste Einteilung eines Ausschnitts aus der Zeitachse in verschiedene Bereiche relativ zu der bestimmten Buszeit;

Fig. 3b eine zweite Einteilung des Ausschnitts von der Zeitachse in Bereiche relativ zu einer bestimmten anderen Buszeit;

Fig. 3c eine dritte Einteilung des Ausschnitts der Zeitachse in Bereiche relativ zu einer dritten bestimmten Buszeit;

Fig. 4 ein erstes Blockschaltbild des Link Layer IC für den IEEE 1394 Bus in dem alle wesentlichen Komponenten dargestellt sind, die für die Überprüfung der Aktualität eines Datenpaketes bei der Absendung eines Datenpaketes auf den Bus nötig sind und

Fig. 5 ein weiteres Blockschaltbild des Link Layer ICs für den IEEE 1394 Bus mit allen wesentlichen Komponenten, die für die Überprüfung der Aktualität eines Datenpaketes in einer Empfangseinheit für Datenpakete nötig sind.

Ausführungsbeispiele der Erfindung

Der entwickelte IEEE 1394-serielle Datenbus dient zur Vernetzung der verschiedensten Geräte, die in einem Haushalt vorkommen können. Ein Beispiel eines solchen Netzwerkes ist in der Fig. 1 dargestellt. Mit der Bezugszahl 10 ist ein herkömmliches Fernsehgerät bezeichnet. Mit der Bezugszahl 11 ist ein Satellitenempfangsgerät für den Empfang von Fernsehkanälen bezeichnet. Die Bezugszahl 12 bezeichnet ein DVD-Anspielgerät. Die Bezugszahl 13 bezeichnet einen Videorecorder und die Bezugszahl 14 bezeichnet einen Personalcomputer. Schließlich ist noch mit der Bezugszahl 15 ein Camcorder bezeichnet, der ebenfalls mit dem Videorecorder verbindbar ist. Eine Busverbindung geht jeweils immer zu einem der Geräte. Im Fall der Geräte 11, 12, 13 sind jeweils zwei Anschlüsse an Busleitungen vorhanden. Diese Geräte arbeiten dann als Durchleitungsstellen während die anderen Geräte 10, 14, 15 hinsichtlich des Datenverkehrs Endstellen betreffen. Hinsichtlich der vielen einzelnen Eigenschaften des IEEE 1394 Busses (Adressierungsart, Rahmenformat, mögliche Bus Topologie, Arbitrierungsverfahren, der genauen Einzelheiten des Busprotokolls, etc.) wird auf den Standard verwiesen, dessen genaue Literaturstelle eingangs erwähnt worden ist. Wesentlich für die Erfindung ist, wie der Datentransfer von Isochrondatenpaketen von statten geht. Solch ein Datenverkehr ist z. B. dann gegeben, wenn vom Satellitenempfangsgerät 11 Daten zum Videorecorder 13 übermittelt werden. Isochroner Datenverkehr ist auf jeden Fall immer dann gegeben, wenn Audio/Video-Daten eines Programms oder Videofilms zu übertragen sind.

In Fig. 2 ist das Blockschaltbild des Link Layer IC's für den IEEE 1394 Bus gezeigt. Neben der standardisierten Schnittstelle zum Physikalischen Layer 24 verfügt der Schaltkreis über ein paralleles bidirektonales 8-Bit Host- Interface 23. Über diese Schnittstelle wird das register­ programmierbare IC initialisiert und der Betrieb gesteuert. Zusätzlich ist in dieser Einheit auch ein Interface für den I2C-Bus vorgesehen. Für die Verbindung der jeweiligen Applikation mit dem IEEE 1394 Bus verfügt das Link Layer IC über eine weitere bidirektionale Audio-/Video-Schnittstelle 21. Dieses Interface ist so ausgelegt, daß es entweder 8 Bit parallel oder bitseriell mit einem zum sonstigen IC-Takt asynchronen, applikationsspezifischen Takt ausgeben bzw. empfangen kann. Darüber hinaus übernimmt es die Formatierung für mehrere in der IEC 61883-Norm standardisierte Video- und Audio-Datenübertragungsformate. Diese Schnittstelle ist so ausgelegt, daß sie auch zur Übertragung von Daten, die gemäß des MPEG-2-Standards formatiert sind, geeignet ist. Auch Daten, die gemäß des DV-Standards formatiert sind, können diese Schnittstelle passieren.

Der für die Erfindung wesentliche Teil des Link Layer IC's ist die Einheit 22, in der sowohl der flüchtige Speicher enthalten ist, als auch die Steuereinheit für den Speicherzugriff inklusive der Auswerteeinheit für die Überprüfung der Aktualität von Datenpaketen. Die Implementierung dieser Auswerteeinheit basiert auf einem Zeitmodell, welches den kompletten im IEC 61883 Standard verwendeten Zeitbereich betrifft. Das Modell wird jetzt nachfolgend anhand der Fig. 3 näher erläutert.

Die aktuelle IEEE 1394 Buszeit stellt in dem Modell eine Marke dar, der ein Gültigkeitsbereich in Richtung positiver Zeitachse vorgelagert ist. Die aktuelle Buszeit ist mit der Bezugszahl 33 bezeichnet. Der Gültigkeitsbereich im nachfolgenden oft auch als "zeitrichtig"-Bereich bezeichnet, ist mit der Bezugszahl 32 versehen. Auf den Gültigkeitsbereich bestimmter Breite, folgt dann der "verspätet"-Bereich, der die Bezugszahl 30 aufweist. Wie in Fig. 3a dargestellt, erstreckt sich dieser Bereich ausgehend von der oberen Grenze des Gültigkeitsbereichs in positiver Zeitrichtung bis zum Rand des darstellbaren Zeitbereiches (der Rand des darstellbaren Zeitbereiches ist durch XXXX angegeben). Außerdem erstreckt er sich auch noch von dem Anfang des darstellbaren Zeitbereiches bis zur aktuellen Buszeit 33. Zwischen dem "zeitrichtig"-Bereich 32 und der aktuellen Buszeit 33 ist noch ein zweiter "verspätet"-Be­ reich 31 angeordnet. Dieser Bereich dient zur Berücksichtigung der mit großer Wahrscheinlichkeit erforderlichen Übertragungszeit eines Datenpaketes bei der Absendung des Datenpaketes auf den Bus.

Für die zweite nötige Funktion der Einheit, nämlich die synchronisierte Ausgabe nach dem Empfang des Datenpaketes über den Bus an eine Applikation ist dieser Bereich andererseits auch als "bald"-Bereich deklariert. Wenn später festgestellt wird, daß zum Überprüfungszeitpunkt die Zeitmarke eines vom Bus empfangenen Datenpaketes in diesem Bereich liegt, wird im AV-Interface 21 ein genauer Zähler gestartet der nach Dekrementierung zu Null das Ausgeben des Datenpaketes an die Applikation veranlaßt. Darauf wird später noch genauer eingegangen werden. Die erwähnten Bereiche und auch die Markierung für die aktuelle Buszeit bewegen sich in dem Zeitmodell entlang der Zeitachse entsprechend des Fortschreiten der aktuellen Buszeit. Die Zeitmarke des betrachteten Datenpaketes wird hingegen in dem Zeitmodell als starr angenommen. Diese Markierung ist in der Fig. 3 mit der Bezugszahl 35 bezeichnet. Bei der Anwendung, bei der ein Datenpaket auf den Bus gesendet werden soll, wird eine Momentaufnahme des Zeitmodells vorgenommen. Befindet sich die Zeitmarke des Datenpaketes innerhalb des Gültigkeitsbereiches 32, wird das Datenpaket als gültig identifiziert und die Versendung auf den Bus wird veranlaßt. Wenn hingegen die Zeitmarke außerhalb des Gültigkeitsbereiches in einem der "verspätet"-Bereiche erkannt wird, wird das entsprechende Datenpaket nicht mehr über den Bus verschickt.

Die Überprüfung geht dabei wie folgt von statten. Zuerst wird eine aktuelle Buszeit ermittelt. Dann wird ausgehend von dieser Buszeit die Zeitachse in die erwähnten Bereiche eingeteilt. Hierzu wird zur Buszeit ein erster Offset addiert, der den Abstand der Buszeit zur unteren Grenze 34 des "zeitrichtig"-Bereiches angibt. Weiterhin wird ein zweiter Offset zur aktuellen Buszeit addiert, der die obere Grenze des "zeitrichtig"-Bereiches angibt. Die entsprechenden Zahlenwerte von den Grenzen werden abgespeichert. Bei der Addition muß allerdings berücksichtigt werden, daß die Zeitachse nur einen begrenzten Zeitraum darstellt. Es muß also so addiert werden, daß bei einem Überlauf bei der Rechenoperation, der verbleibende Rest zum Wert Null addiert wird und somit dieser Wert als Wert der Zeitgrenze abgespeichert wird. Wenn die Einteilung der Zeitachse in die Bereiche vorgenommen worden ist, wird nur noch die Zeitmarke des Datenpaketes ausgelesen und mit den Grenzwerten verglichen. Hierbei werden 3 Fälle unterschieden. Wie in den Fig. 3a-3c angegeben, kann es nämlich vorkommen, daß entweder der erste "verspätet"-Bereich 30 durch den Überlauf in zwei Abschnitte aufgeteilt wurde oder der "zeitrichtig"-Bereich 32 (siehe Fig. 3b) oder der zweite "verspätet"-Bereich 31 (siehe Fig. 3c). Dabei ist zu beachten, daß in Fig. 3c der Maßstab für den zweiten "verspätet"-Bereich 31 abweichend gewählt wurde, so daß das Wesentliche einfacher zu erkennen ist. Sonst müßte der "verspätet"-Bereich 31 schmaler dargestellt werden.

Nachdem die Einteilung der Zeitachse in die Bereiche vorgenommen wurde, wird dann noch ermittelt, welcher der drei in Fig. 3 dargestellten Fälle vorliegt. Dazu wird überprüft, ob wie in Fig. 3a die beiden Grenzen des "zeitrichtig"-Bereiches größer sind als der Wert der aktuellen Bus zeit oder wie in Fig. 3b dargestellt, nur die untere Grenze größer ist und die obere Grenze kleiner als die aktuelle Buszeit oder wie in Fig. 3c beide Grenzen kleiner als die aktuelle Buszeit sind. Nachdem festgestellt worden ist, welcher der drei Fälle vorliegt, ist sofort klar, welcher der erwähnten Bereiche durch den Überlauf bei der Offsetaddition in zwei Abschnitte aufgespalten würde. Zum Beispiel ist bei dem Fall gemäß Fig. 3a sofort klar, daß wenn die Zeitmarke des Datenpaketes kleiner ist als die aktuelle Buszeit, das Datenpaket verspätet ist. Wenn die Zeitmarke aber größer ist als die aktuelle Buszeit, dann kann einer der Fälle "verspätet" 31 "zeitrichtig" 32 oder "verspätet" 30 vorliegen und es müssen einzelne Vergleiche mit den abgespeicherten Zeitgrenzen des "zeitrichtig"-Be­ reiches vorgenommen werden. Im Fall von Fig. 3b muß in jedem Fall genauer analysiert werden in welchem der Bereiche die Zeitmarke des Datenpaketes liegt. Hingegen ist bei dem Fall gemäß Fig. 3c sofort klar, daß das Datenpaket verspätet ist, wenn die Zeitmarke des Datenpaketes größer ist als die aktuelle Buszeit. Wenn sie kleiner ist, müssen dementsprechend wieder einzelne Vergleiche mit den abgespeicherten Zeitgrenzen angestellt werden. Für alle drei Fälle gibt es eigene Algorithmen, mit denen aufwandsgünstig ermittelt werden kann in welchem der Bereiche die Zeitmarke der Datenpaketes liegt. Zum Beispiel bei dem Fall gemäß Fig. 3a wird zunächst überprüft ob die Zeitmarke kleiner ist als die aktuelle Buszeit. Wenn ja, ist klar daß das Datenpaket verspätet ist. Wenn nein, wird überprüft ob die Zeitmarke größer ist als die untere Grenze des "zeitrichtig"-Be­ reiches. Wenn nein, ist klar, daß das Datenpaket verspätet ist. Wenn ja, wird noch zusätzlich überprüft, ob die Zeitmarke des Datenpaketes größer ist als die obere Grenze des "zeitrichtig"-Bereiches. Wenn ja, ist ebenfalls klar, daß das Datenpaket verspätet ist, wenn nicht, ist klar, daß das Datenpaket zeitrichtig ist. Die entsprechenden Algorithmen für die Fälle in Fig. 3b und c sind der Fig. 3b und c jeweils selbst zu entnehmen und brauchen nicht einzeln erklärt zu werden.

In der Fig. 4 sind nochmals die wesentlichen Komponenten für die Aktualitätsüberprüfung der Datenpakete im zu senden Gerät dargestellt. Gleiche Bezugszahlen bezeichnen dasselbe, wie in Fig. 2. Mit der Bezugszahl 40 ist die Auswerteeinheit bezeichnet, die die verschiedenen Vergleichsoperationen durchführt. Mit der Bezugszahl 42 ist der Zwischenspeicher (RAM) bezeichnet. Mit der Bezugszahl 41 ist eine Speicherzugriffssteuereinheit bezeichnet. Die Bezugszahl 44 bezeichnet eine Ausleseeinheit, die quasi eine logische Und- Verknüpfung durchführt. Mit der Bezugszahl 43 ist ein Interruptregister bezeichnet.

Die AV-Schnittstelle 21 schreibt ein Datenpaket, daß sie über den Bus übertragen möchte, in den Speicher 42. Dabei hat sie die von ihr durch Offsetaddition ermittelte Zeitmarke in das Datenpaket eingetragen. Dies geschieht auch wieder relativ zur aktuellen Bus zeit, die auch der AV-Schnittstelle zur Verfügung steht. Die Auswerteeinheit 40 fordert eine Datenübertragung über den Bus an was in Zusammenarbeit mit der IEEE 1394 Schnittstelle 23 geht. Wenn der Bus für die Teilnehmerstation verfügbar ist, liest die Auswerteeinheit 40, das zu sendende Datenpaket aus dem Speicher 42 und macht die Überprüfung hinsichtlich der Aktualität des Datenpaketes, wie zuvor beschrieben. Wenn dabei ermittelt wird, daß es bereits zu spät ist das Paket zu übertragen, generiert die Auswerteeinheit 40 ein entsprechendes Signal und gibt dies an die Speicherzugriffssteuerungseinheit 41 weiter. Daraufhin wird aus dem Speicher 42 das nächste zur Datenübertragung anstehende Datenpaket ausgelesen. Wenn hier die Überprüfung zum Ergebnis hatte, daß die Zeitmarke des Datenpaketes im "zeitrichtig"-Bereich liegt, wird ein dementsprechendes Signal an die Speicherzugriffs-Steuerungseinheit 41 weitergeleitet und von dort zum Auslesen freigegeben. Das Datenpaket wird zur IEEE 1394 Busschnittstelle weitergeleitet und über den Bus versendet. Bei einer bestimmten Anzahl von nacheinander verspäteten Datenpaketen, wird von der Auswerteeinheit 40 ein Bit im Interruptregister 43 gesetzt. Hierdurch wird eine Neukonfigurierung des Systems bzw. eine Fehlerbehandlung veranlaßt.

In Fig. 5 bezeichnen die gleichen Bezugszahlen die gleichen Komponenten wie in Fig. 4 bzw. in Fig. 2. Fig. 5 dient zur Erläuterung der Überprüfung in einem Gerät, das Daten vom seriellen Bus empfangen hat und jetzt überprüft, ob die Daten rechtszeitig empfangen worden sind und wenn ja, das zugehörige Datenpaket zeitrichtig an die Applikation weiter­ leitet. Hierzu ist in der AV-Schnittstelle 21 noch eine Zählereinheit 46 vorgesehen. Über die Busschnittstelle 24 empfangene Datenpakete werden in den Speicher 42 eingeschrieben. Die Speicherzugriffssteuerungseinheit 41 liest die Datenpakete der Reihe nach aus und leitet sie zur Auswerteeinheit 40 weiter. In der Auswerteeinheit 40 wird dann überprüft, ob die Datenpakete rechtzeitig empfangen worden sind oder nicht. Die Überprüfung geht so vonstatten, wie zuvor erläutert. Wenn ermittelt wird, daß die Zeitmarke des jeweiligen Datenpaketes im "verspätet"-Bereich 30 liegt, dann wird das entsprechende Datenpaket im Speicher 42 gelöscht. Wenn ermittelt wurde, daß das Datenpaket im "zeitrichtig"-Bereich liegt, dann wird das Datenpaket im Speicher belassen jedoch noch nicht weitergeleitet zur Applikation. Erst, wenn bei einer nachfolgenden Überprüfung ermittelt worden ist, daß die Zeitmarke des Datenpakes im "Bald"-Bereich liegt, wird die exakte Zählereinheit 46 in der AV-Schnittstelle 21 mit dem genauen Wert gesetzt, der der Differenz der aktuellen Bus zeit zur Zeitmarke des Datenpaketes entspricht. Der Zähler wird gleichzeitig gestartet. Sodann findet die Aussendung des Datenpaketes zur Applikation unter Kontrolle der Zählereinheit 46 statt. Wenn der Zähler abgelaufen ist, d. h. daß die eingestempelte Zeit des Datenpaketes gekommen ist, wird ein dementsprechendes Signal zur Ausleseeinheit 45 geleitet und somit das Datenpaket zur Applikation weitergeleitet. Die Auslösung dieser Aktion über die Zählereinheit 46 findet mit großer Genauigkeit und Zeitauflösung statt. Auf diese Weise werden sämtliche empfangene Datenpakete der Reihe nach abgearbeitet.

Theoretisch ist es möglich, daß Pakete über einen längeren Zeitraum im Speicher bleiben und nach Reset der Buszeit erneut gültig werden. Aufgrund der Darstellung der IEC 61883 Time Stamps mit 25 Bit und einem Zeittakt von 25 Mhz kann dieser Zustand aber nur eintreten, wenn ein Paket mehr als eine Sekunde lang zwischengespeichert wird. Dieses ist gleichbedeutend mit einem Fehlerzustand, da in diesem Fall der Datenverkehr über den IEEE 1394 Serial Bus gestört ist.

Für die Zwischenspeicherung von Daten ist im IEC 61883 Standard für die Übertragung von MPEG-2 Daten eine Mindest­ größe des Zwischenspeichers von 3264 Bytes vorgesehen. Problematisch ist dabei die Bandbreitenanforderung an das implementierte Speichermodul, das aus technologischen Gründen bei der verwendeten Zieltechnologie (0,5 µm CMOS Standard Technologie) mit lediglich 43 MHz Taktfrequenz betrieben werden kann. Es existieren mit AV-Interface Link-Physical-Interface, Headergenerierung gemäß IEC 61883 Standard und Host-Interface vier verschiedene Quellen und Senken auf dem Chip, die alle gleichzeitig mit verschiedenen Bandbreitenanforderungen auf dem Zwischenspeicher zugreifen. Die Bandbreitenanforderungen ergeben sich dabei einerseits aus der IEEE 1394 Spezifikation und andererseits aus den Vorgaben für das AV-Interface. Für eine Flächen-effiziente Implementierung wurde kein Dual- oder Quad-Port-RAM verwendet. Stattdessen wird durch eine Organisation des Speichermoduls mit einer Wortbreite von 16 Bit und einer zeitlichen Aufteilung der Zugriffsmöglichkeiten für die verschiedenen Quellen und Senken die Bandbreitenanforderungen der verschiedenen Einheiten erfüllt. Dabei wird jeder Quelle und Senke nach einem festen Schema eine bestimmte Anzahl von Zugriffsmöglichkeiten innerhalb von 16 Zyklen des IC-Taktes ermöglicht.

Vielfältige Abwandlungen und Modifikationen der beschriebenen Ausführungsbeispiele sind möglich. So könnten z. B. die Breite der Bereiche adaptiv gestaltet sein gesteuert durch eine in Auswerteeinheit 40 geführte Statistik.

Das erläuterte Zeitmodell kann ebenfalls abgewandelt werden und in andere/weitere Bereiche eingeteilt werden.

Die Erfindung ist außerdem auch für drahtlose Bussysteme und andere drahtgebundene Bussysteme verwendbar.

Claims (20)

1. Verfahren zur Bearbeitung von Datenpaketen, die entweder über einen Datenkanal empfangen worden sind oder über den Datenkanal zu übertragen sind, wobei dem Datenpaket ein Bearbeitungszeitpunkt relativ zu einer im System bekannten Systemzeit zugeordnet ist, wobei vor der weiteren Bearbeitung eine Überprüfung der Aktualität des Datenpaketes vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zeitpunkt der Überprüfung der Aktualität des Datenpaketes ausgehend von der aktuellen Systemzeit ein Ausschnitt von der Zeitachse wenigstens in die Bereiche "zeitrichtig" (32) und "verspätet" (30, 31) eingeteilt wird und überprüft wird, in welchem Bereich (30, 31, 32) der Bearbeitungszeitpunkt des Datenpaketes liegt und eine dementsprechende Weiterverarbeitung vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Bereich "verspätet" (3) zeitlich vor dem aktuellen Systemzeitpunkt (33) angeordnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Bereich "zeitrichtig" (32) zeitlich nach dem aktuellen Systemzeitpunkt (33) angeordnet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, wobei zwischen dem Bereich "zeitrichtig" (32) und dem aktuellen Systemzeitpunkt (33) ein "verspätet"-Bereich (31) angeordnet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, wobei zwischen dem Bereich "zeitrichtig" (32) und dem aktuellen Systemzeitpunkt (33) ein "bald"-Bereich (31) angeordnet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der "bald"-Bereich (31) mit dem "verspätet"-Bereich (31) zwischen dem aktuellen Systemzeitpunkt (33) und dem "zeitrichtig"-Bereich (32) identisch ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, wobei das Datenpaket zur Übertragung über den Datenkanal freigegeben wird, wenn ermittelt wurde, daß der Bearbeitungszeitpunkt des Datenpaketes im "zeitrichtig"-Be­ reich liegt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7, wobei das Datenpaket zur Übertragung über den Datenkanal gesperrt wird, wenn ermittelt wurde, daß der Bearbeitungszeitpunkt des Datenpaketes zum Zeitpunkt der Überprüfung im "verspätet"-Bereich (30, 31) liegt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5-8, wobei das empfangene Datenpaket zur Weiterleitung an eine Applikation freigegeben wird, wenn ermittelt wurde, daß der Bearbeitungszeitpunkt des Datenpaketes zum Zeitpunkt der Überprüfung im "bald"-Bereich liegt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei bei der Freigabe des Datenpaketes zur Weiterleitung an die Applikation ein Zähler (46) mit einem Wert gesetzt wird, der die verbleibende Zeit bis zum Eintreten des Bearbeitungszeitpunktes angibt, der Zähler (46) gestartet wird und bei Ablauf des Zählers (46) ein Signal erzeugt wird, das die Weiterleitung des Datenpaketes an die Applikation veranlaßt.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Darstellung der Systemzeit ein Datenwort bestimmter Breite, insbesondere 25 Bit verwendet wird und die Zeitachse jeweils nur abschnittsweise durch die möglichen Zahlen entsprechend der Breite des Datenwortes dargestellt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Größe der Bereiche "zeitrichtig", "verspätet" und "bald" vorgegeben wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Bereichsgrenzen der Bereiche "zeitrichtig", "verspätet" und "bald" programmierbar ausgelegt sind.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11-13, wobei bei der Einteilung der Zeitachse in die Bereiche "zeitrichtig", "verpätet" bzw. "bald" eine Anzahl von möglichen Konstellationen unterschieden wird und abgespeichert wird, welche Konstellation beim Überprüfszeitpunkt vorliegt, um die Analyse, in welchem Bereich der Bearbeitungszeitpunkt liegt, zu vereinfachen.

15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei drei mögliche Konstellationen unterschieden werden, je nach dem ob der "verspätet"-Bereich oder der "zeitrichtig"-Bereich oder der "bald"-Bereich durch den Überlauf des Datenwortes zur Darstellung der Systemzeit in zwei Bereiche aufgespalten ist.

16. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Schnittstelle (24) für den Datenkanal, mit einer Schnittstelle (21) für die Applikation, mit einer Speicheranordnung (42) in der die Datenpakete zwischengespeichert sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auswerteeinheit (40) vorgesehen ist, die basierend auf der aktuellen Systemzeit die Zeitachseneinteilung in die Bereiche "zeitrichtig" und "verspätet" vornimmt und ermittelt, in welchem Bereich der Bearbeitungszeitpunkt liegt und eine dementsprechende Weiterbehandlung veranlaßt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei Auslesemittel (44) vorgesehen sind, die das Datenpaket zur Übertragung über den Datenkanal freigeben, wenn zum Zeitpunkt der Überprüfung festgestellt worden ist, daß der Bearbeitungszeitpunkt des Datenpaketes im "zeitrichtig"-Be­ reich liegt.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, wobei Schaltmittel (44) vorgesehen sind, die das Datenpaket zur Übertragung über den Datenkanal sperren, wenn zum Zeitpunkt der Überprüfung ermittelt worden ist, daß der Bearbeitungszeitpunkt des Datenpaketes im "verspätet"-Be­ reich liegt.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16-18, wobei Auslesemittel (45) vorgesehen sind, die das Datenpaket an eine Applikation freigeben, wenn zum Zeitpunkt der Überprüfung festgestellt worden ist, daß der Bearbeitungszeitpunkt des Datenpaketes im "bald"-Bereich liegt.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei Zählmittel (46) vorgesehen sind, die bei der Freigabe des Datenpaketes zur Weiterleitung an die Applikation auf einen Wert gesetzt werden, der die verbleibende Zeit bis zum Eintreten des Übertragungszeitpunktes angibt, wobei die Zählmittel (46) gestartet werden und nach Ablauf ein Signal erzeugen, das die Weiterleitung des Datenpaketes an die Applikation veranlaßt.