DE3924266A1 - Verfahren zum betrieb einer signaltechnisch sicheren schnittstelle - Google Patents
Verfahren zum betrieb einer signaltechnisch sicheren schnittstelleInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein solches Verfahren ist aus "Signal + Draht 76"
(1984) Heft 5 S. 87, rechte Spalte, Abs. 2 bekannt.
Mit einer nach einem solchen Verfahren betriebenen
Schnittstelle ist eine signaltechnisch sichere,
bidirektionale Übertragung von Datentelegrammen über
eine einzige Datenleitung möglich. Jedes Datentelegramm
enthält einen durch Verknüpfung seines Inhaltes mit
einem zyklischen Redundanzpolynom gewonnenen
Redundanzteil, der nach Empfang geprüft wird. Die
Doppelübertragung jedes Telegrammes in normaler und
antivalenter Form erlaubt es, die einwandfreie Funktion
aller Datenein- und -ausgänge zu prüfen und sofort zu
erkennen, wenn sich an einem Ausgang ein Bit nicht mehr
ändert.
Tritt bei der nach dem bekannten Verfahren betriebenen
Schnittstelle eine Störung auf, so wird diese zwar
bemerkt, und die Weiterverwertung der durch die Störung
beeinträchtigten Daten wird unterbunden, es wird jedoch
in manchen Störungsfällen geraume Zeit benötigt, um
festzustellen, welcher Art die Störung war und durch
welches Bauelement sie gegebenenfalls verursacht wurde.
Um schnell - z. B. durch Umschalten auf redundante
Schaltungsteile - auf auftretende Störungen reagieren zu
können, ist es wünschenswert, die Schnittstelle so zu
betreiben, daß eine im Störungsfalle erforderliche
Fehlerdiagnose erleichtert wird.
Sind in die Schnittstelle Schaltungsteile einbezogen,
die nicht ständig aktiv sind, wie z. B. die Ausgabe eines
nicht zur Schnittstelle durchgeschalteten Rechners in
einem sicheren Mehrrechnersystem, so werden während der
Ruhezeit dort auftretende Fehler nicht sofort erkannt,
was die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von
Doppelfehlern erhöht. Ein Betrieb der Schnittstelle, der
solche Ruhezeiten und damit die sogenannte
Fehleroffenbarungszeit möglichst kurz hält, wäre
ebenfalls von großem Vorteil.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, das eingangs
beschriebene Verfahren so zu verbessern, daß eine
Fehlerdiagnose einfacher und schneller durchgeführt
werden kann und die Fehleroffenbarungszeit verkürzt wird.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des
Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Weiterbildungen des Verfahrens nach der Erfindung sind
in den Unteransprüchen angegeben.
So stellt der Gegenstand des Patentanspruchs 2 sicher,
daß auch bei Verwendung von Mehrrechnersystemen mit mehr
als zwei Rechnern alle Schaltungsteile in kurzen
Zeitabständen benutzt werden und damit auf eventuell
aufgetretene Fehler geprüft werden.
Patentanspruch 3 betrifft eine Möglichkeit, das Fehlen
eines Datentelegrammes auch in Fällen, in denen das
betreffende Datentelegramm erst gar nicht gesendet
wurde, empfangsseitig festzustellen.
Anspruch 4 sieht vor, die Quittierung mehrerer
Datentelegramme zusammenzufassen.
Der Gegenstand des Anspruchs 5 erlaubt, die Reihenfolge
der Datentelegramme auch dann exakt einzuhalten, wenn
ein Datentelegramm wiederholt werden muß und bereits
andere Datentelegramme mit in der Reihenfolge später
folgenden Nachrichtennummern abgesetzt wurden.
Anhand zweier Figuren soll nun ein Ausführungsbeispiel
einer nach dem Verfahren nach der Erfindung betriebenen
Schnittstelle ausführlich beschrieben werden.
Fig. 1 zeigt schematisch die nach der Erfindung
betriebene Schnittstelle.
Fig. 2 zeigt den Aufbau eines Datentelegrammes.
In Fig. 1 sind zwei signaltechnisch sichere, mit
Mehrrechnersystemen R1, R2, R3 und R4, R5, R6
ausgestattete Baugruppen SM1, SM2 dargestellt, die über
eine Schnittstelle miteinander verbunden sind. Die
Schnittstelle wird dabei in beiden
Übertragungsrichtungen benutzt und benötigt nur einen
Datenübertragungskanal ÜK.
Die Rechner jeder Baugruppe erarbeiten die zu
übertragenden Datentelegramme parallel. Sie tauschen
ihre Ergebnisse über nicht dargestellte Verbindungen
untereinander aus und vergleichen die Ergebnisse der
Nachbarrechner jeweils mit dem selbst erarbeiteten
Ergebnis. Über eine Auswahleinrichtung AW1, AW2, welche
Vergleichsergebnisse von allen Rechnern der Baugruppe
erhält, werden jeweils zwei der Rechner in zyklischer
Reihenfolge zur Datentelegrammausgabe ausgewählt. Von
diesen beiden Rechnern gibt ein Rechner sein
Datentelegramm in gewöhnlicher Form, der andere sein
Datentelegramm in invertierter Form auf den
Übertragungskanal ÜK aus. Dabei werden die
Datentelegramme der ausgewählten Rechner in je einem
ausgangsseitigen Parallel/Seriell-Wandler P/S in eine
serielle Bitfolge umgesetzt.
In der empfangenden Baugruppe wird das seriell
ankommende Datentelegramm einer Entkopplungsschaltung
EK1, EK2 zugeführt, die es auf eingangsseitige
Seriell/Parallel-Wandler S/P sämtlicher Rechner der
Baugruppe weiterleitet.
Die Prüfung und Auswertung der Datentelegramme erfolgt
in den Rechnern der empfangenden Baugruppe parallel.
Auch dabei erfolgt ein Ergebnisaustausch und ein
Vergleich der Rechnerergebnisse untereinander.
Der Sicherung der Datentelegramme gegen
Bauelementefehler in den zur Datentelegramm-Aus- und
Eingabe und den zur Seriell/Parallel- und
Parallel/Seriell-Wandlung verwendeten Schaltungen dient
die oben erwähnte Doppelübertragung jedes
Datentelegrammes in normaler und in invertierter Form.
Weitere, das einzelne Datentelegramm betreffende
Maßnahmen stellen sicher, daß das betreffende
Datentelegramm nicht ausgewertet wird, wenn es während
der Übertragung, z. B. durch elektromagnetische
Einstreuung, verfälscht wurde. Sie ermöglichen auch die
Prüfung des Datentelegrammes hinsichtlich Herkunft,
Übertragungsrichtung, Valenzlage und Stellung in einer
vorgegebenen zeitlichen Reihenfolge.
In Fig. 2 ist der Aufbau eines Datentelegrammes
wiedergegeben. Das Datentelegramm enthält insgesamt 9
Bytes, von denen die Bytes 4 bis 7 nur Informationsbits
enthalten und deshalb nicht dargestellt sind.
Das erste Byte enthält eine Schnittstellenkennung SKE (5
Bit), die bei der Verarbeitung im Rechner zur
Unterscheidung des jeweiligen Datentelegrammes von
solchen Datentelegrammen, die über andere Schnittstellen
eingehen, benötigt wird. Ferner enthält das erste Byte
noch ein Bit RB zur Richtungssteuerung und zwei Bit RKE
zur Kennzeichnung des Herkunftrechners.
Das zweite Byte enthält ein Bit VK zur
Valenzkennzeichnung, aus dem der empfangende Rechner
erkennt, ob das Datentelegramm in gewöhnlicher Form oder
in invertierter Form vorliegt, weiterhin eine drei Bit
umfassende Nachrichtennummer NNR, die von Datentelegramm
zu Datentelegramm beispielsweise um 1 erhöht wird und
aus der der empfangende Rechner erkennt, wenn ein
Datentelegramm fehlt, und schließlich vier Bit, die
zusammen mit zwei Bit des folgenden dritten Byte einen
Quittungsdatenblock QD bilden, der der
Empfangsbestätigung des zuvor in Gegenrichtung
übertragenen Datentelegrammes dient. Die restlichen Bit
des dritten Byte sind Informationsbits INF.
Das achte Byte enthält insgesamt 7 Redundanzbits RDB,
die durch Anwendung eines zyklischen Code eine
Datensicherung mit Hammingdistanz H=4 sicherstellen.
Das letzte Bit des achten Byte ist ständig auf Null
programmiert, um eine zufällige Folge von 8 gleichen Bit
mit der Wertigkeit 1 im achten Byte zu verhindern, die
fälschlicherweise "Telegrammende" signalisieren würde.
Erst das neunte und letzte Byte enthält die fest
codierte Telegrammendekennung TE, nämlich acht gleiche
Bit mit der Wertigkeit 1. Das neunte Byte wird, wie auch
das letzte Bit des achten Byte, bei der Bildung des
Inverstelegramms nicht mitinvertiert.
Fehlerhaft erarbeitete Datentelegramme werden, sofern
der Fehler innerhalb eines Rechners aufgetreten ist,
bereits durch den Vergleich der Rechnerergebnisse
untereinander innerhalb der das Datentelegramm
erstellenden Baugruppe erkannt. Durch einen
Mehrheitsentscheid in der Auswahleinrichtung wird der
fehlerhaft erarbeitete Datentelegramme liefernde Rechner
von der Datenausgabe ausgeschlossen. Infolge der
Kennzeichnung des Herkunftrechners im Datentelegramm
stellt die empfangende Baugruppe, ohne eine besondere
Mitteilung darüber erhalten zu haben, fest, daß von
einem Rechner keine Datentelegramme mehr empfangen
werden, und kann auf diese Störung reagieren,
beispielsweise die Störung anzeigen oder eine andere
Schnittstelle zu einer anderen redundanten Baugruppe
aktivieren.
Bei Fehlern in Schaltungsteilen, die durch die Prüfung
mittels Vergleichs der Rechnerergebnisse untereinander
nicht mehr erfaßt werden, wie z. B. die Ausgaben der
Rechner zur Datenleitung hin oder die der
Parallel-Seriell-Wandlung dienenden Schaltungsteile, ist
die Möglichkeit, fehlerhafte Datentelegramme
empfangsseitig zu erkennen, noch wichtiger als bei
rechnerinternen Fehlern.
Bei Verwendung des in Fig. 2 beschriebenen
Datentelegrammes wird in diesem Fall nicht nur erkannt,
wenn ein Datentelegramm fehlerhaft ist, beispielsweise
die Antivalenz zu seinem Inverstelegramm nicht gegeben
ist, sondern es wird durch Auswertung der verschiedenen
Kennungen und der fehlenden Quittung auch festgestellt,
an welcher Stelle der Schaltung ein Fehler aufgetreten
sein muß.
Werden durch kurzzeitig auftretende Fehler gestörte
Datentelegramme wiederholt, so kann es vorkommen, daß
die zeitliche Reihenfolge der nacheinander zu
übertragenden Informationen gestört wird und eine
Information, die einer vorangehenden Information folgen
soll, vor dieser Information ihren Bestimmungsort
erreicht. Um dies und daraus resultierende Störungen
auszuschließen, werden aufeinanderfolgende Informationen
zyklisch von 1 bis 8 durchgezählt und mit ihrer
jeweiligen Zählnummer (Nachrichtennummer) gekennzeichnet.
Datentelegramme, deren Nachrichtennummer nicht der in
der Reihenfolge zu erwartenden Nachrichtennummer
entspricht, werden als ungültig angesehen und verworfen.
Claims (5)
1. Verfahren zum Betrieb einer Schnittstelle, die eine
signaltechnisch sichere, serielle Übertragung von Daten
zwischen mit parallel arbeitenden Rechnern
ausgestatteten Baugruppen einer Eisenbahnsignalanlage
und hierzu einen zyklischen Binärcode und eine
antivalente Doppelübertragung von Datentelegrammen zur
Datensicherung verwendet, gekennzeichnet
durch die Kombination folgender Merkmale:
- a) zueinander antivalente Datentelegramme werden von verschiedenen Rechnern (R1, R2, R3; R4, R5, R6) zur Übertragung auf die Datenleitung (ÜK) ausgegeben,
- b) alle Datentelegramme werden mit Kennungen versehen, die die Übertragungsrichtung (RB), die Valenzlage (VK) (normal oder antivalent) und den Herkunftsrechner (RKE) eindeutig kennzeichnen,
- c) alle Datentelegramme werden empfangsseitig, zusätzlich zur Prüfung ihres Redundanzteiles (RDB) und ihrer paarweisen Antivalenz, auf regelmäßigen Wechsel des Herkunftsrechners hin geprüft,
- d) in jedes Datentelegramm werden eine dieses Datentelegramm kennzeichnende Nachrichtennummer (NNR) sowie ein Quittungsdatenblock (QD) aufgenommen,
- e) in den Quittungsdatenblock wird die Nachrichtennummer des zuvor in Gegenrichtung übertragenen Datentelegrammes zusammen mit einer vom Ausgang der empfangsseitigen Prüfung dieses Datentelegrammes abhängigen Quittungsaussage eingeschrieben,
- f) bei Ausbleiben eines Quittungsdatenblockes mit positiver Quittungsaussage auf der Senderseite wird die Übertragung des zuvor übertragenen Datentelegrammes wiederholt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß bei Verwendung von Baugruppen mit mehr als zwei
parallel arbeitenden Rechnern alle Rechner, jeweils
einander abwechselnd, zur Ausgabe von Datentelegrammen
auf die Datenleitung ausgewählt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Nachrichtennummern der
Datentelegramme in fortlaufender Reihenfolge vergeben
werden, daß die Datentelegramme empfangsseitig daraufhin
geprüft werden, ob ihre jeweilige Nachrichtennummer der
Reihenfolge entspricht, und daß nur, wenn dies der Fall
ist, der Empfang eines Datentelegrammes positiv
quittiert wird.
4. Verfahren nach Patentanspruch 1, 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß in den Quittungsdatenblock die
Nachrichtennummern mehrerer zuvor übertragener
Datentelegramme mit der sie betreffenden
Quittungsaussage eingeschrieben werden.
5. Verfahren nach einem der Patentansprüche 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, daß im Falle der Wiederholung
der Übertragung eines Datentelegrammes bereits
übertragene Datentelegramme mit Nachrichtennummern, die
in der Reihenfolge hinter der Nachrichtennummer des zu
wiederholenden Datentelegrammes stehen, nicht
weiterverarbeitet werden.
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