PL171703B1

PL171703B1 - Rozproszony uklad przetwarzania danych PL

Info

Publication number: PL171703B1
Application number: PL93299389A
Authority: PL
Inventors: Warren A Edblad; Albert W Crew; Carl J Staab
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1992-06-19
Filing date: 1993-06-18
Publication date: 1997-06-30
Also published as: DE4320137B4; ES2076090B1; GB9312419D0; DE4320137A1; CN1081301A; GB2267985B; ES2076090R; US5327468A; ES2076090A2; PL299389A1; JPH0652076A; GB2267985A

Abstract

1 Rozproszony uklad przetwarzania danych zawierajacy wiele stacji, z których kazda zaopatrzona jest w interfejs stacyjny, system operacyjny obslugujacy stacyjny zegar czasu biezacego i interfejs sieciowy, siec komunikacyjna laczaca wiele stacji za po- srednictwem interfejsów sieciowych oraz uklady synchronizowania stacyjnych zegarów czasu biezacego w procesorach stacyjnych, przy czym kazda ze stacji zawiera zliczajacy w sposób ciagly licznik w kazdym z interfejsów sieciowych przechowujacy liczbe interwa- lów czasowych, zatrzask w kazdym z interfejsów sieciowych sele- ktywnie zapamietujace te liczbe oraz uklady zapamietujace liczbe w liczniku pracujacym w sposób ciagly po odebraniu sygnalu taktu- jacego, znamienny tym, ze zegar czasu biezacego, obslugiwany przez przynajmniej jeden procesor stacyjny (17), zawiera licznik programowy indeksowany przez przerwania zegarowe o mniejszej rozdzielczosci od rozdzielczosci licznika (19) o dzialaniu ciaglym i uklad odczytu aktualnego czasu biezacego mnozace czas biezacy w liczniku programowym przez stosunek rozdzielczosci licznika (19) o dzialaniu ciaglym do rozdzielczosci licznika programowego do generowania iloczynu o duzej rozdzielczosci i dodawania do tego iloczynu zmiany stanu licznika (19) o dzialaniu ciaglym od osta- tniego przerwania zegarowego do otrzymania aktualnego czasu biezacego o duzej rozdzielczosci FIG. 2 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest rozproszony układ przetwarzania danych.

W rozproszonym układzie przetwarzania danych, zwłaszcza w rozproszonym układzie sterowania, jednym z najważniejszych zadań jest obsługa rozproszonych synchronicznych zegarów czasu bieżącego. Zegar wytwarza standard czasowy potrzebny we wszystkich stacjach w celu umożliwienia sekwencji wydarzeń zbieranych z całej sieci. Warunki sterowania w typowym współczesnym układzie sterującym wymagają, aby w najgorszym przypadku odchylenie między dowolnymi dwiema stacjami było mniejsze od 200 ps. Tak wiec rozdzielczość każdego zegara musi wynosić 100 ps, a dokładnie każdego zegara musi być lepsza niż plus lub minus 100 ps.

Najprostszym rozwiązaniem jest wyznaczenie jednej stacji okresowo nadającej komunikaty zawierające prawidłowy czas bieżący. Po odebraniu komunikatu wszystkie stacje ustawiają swoje zegary na wartość wymienioną w komunikacie. Niestety, występują znaczne i zmienne opóźnienia między czasem zestawienia komunikatu i czasem ustawienia zegarów w odległych stacjach. Te opóźnienia obejmują: czas przetwarzania w komputerze nadawczym, opóźnienia kolejki oczekiwania na transmisję, czas przetwarzania w interfejsie sieci źródłowej, opóźnienia oczekiwania na dostęp do mediów, czas transmisji, opóźnienia propagacji w mediach, opóźnienia

171 703 przekaźnika przetwarzającego stacji, czas przetwarzania w interfejsie sieciowym przeznaczenia, opóźnienia oczekiwania w kolejce w komputerze przeznaczenia oraz opóźnienia przetwarzania programowego. Te opóźnienia i ich zmienność uniemożliwiają synchronizację z pożądaną dokładnością.

Powyższa analiza sugeruje użycie zegara czasu bieżącego obsługiwanego przez system operacyjny procesora w każdej stacji. Efekty wielu z opisanych opóźnień można wyeliminować przez dodanie specjalnego zespołu układowego do interfejsów sieciowych, w stacjach zarówno nadawczych, jak i odbiorczych. Zwłaszcza układy stacji nadawczej powinny odczytywać lokalny czas bieżący w momencie transmisji i wstawiać tę wartość do komunikatu. Pozwoliłoby to na wyeliminowanie błędu powodowanego przez następujące opóźnienia: czas przetwarzania w komputerze nadawczym, opóźnienia kolejki oczekiwania na transmisję, czas przetwarzania w źródłowym interfejsie sieciowym i opóźnienia oczekiwania na dostęp do mediów. Układy stacji odbiorczej rozpoznawałyby komunikat zegarowy, wyznaczały z niego czas bieżący i ustawiały lokalny zegar czasu bieżącego. Eliminowałoby to błąd spowodowany następującymi czynnikami: czasem przetwarzania w interfejsie sieciowym miejsca przeznaczenia, opóźnieniami kolejek w komputerze przeznaczenia i opóźnienia przetwarzania programowego. Jedynie pozostające błędy związane są z czasem transmisji, opóźnieniami propagacji w mediach i opóźnieniami przekaźnika stacyjnego. Niestety, specjalne układy do wykonywania powyższych funkcji są raczej złożone. Ponieważ każda dowolna stacja musi mieć możliwość przejmowania funkcji wzorca czasu, to wszystkie stacje będą musiały być zaopatrzone w specjalne bloki układowe.

W opisie patentowym USA nr 4 815 110 jest przedstawiony inny sposób synchronizacji zegarów czasu bieżącego w rozproszonym układzie przetwarzania danych. Proces synchronizacji czasu dzieli się na dwie fazy. W pierwszej fazie stacja wzorcowa czasu nadaje specjalny komunikat do sieci. W momencie odebrania komunikatu, układ każdej ze stacji zatrzymuje w zatrzaskach, to znaczy zapamiętuje, wartość swojego lokalnego czasu bieżącego. W czasie trwania drugiej fazy, stacja wzorcowa czasu nadaje komunikat zawierający wartość jej czasu bieżącego zapamiętaną w momencie odebrania przez nią swojego własnego komunikatu w fazie pierwszej. Kiedy czas bieżący wzorca czasu został odebrany przez stacje, odebrana wartość odejmowana jest od wartości zapamiętanej. Wartość wynikowa reprezentuje różnicę między zegarem lokalnym i zegarem wzorcowym czasu i wykorzystywana jest do korekcji zegara lokalnego. Układy potrzebne do tego procesu są dużo prostsze, niż omawiane powyżej i eliminuje się błąd czasowy transmisji. Potrzebna część układowa zawiera układowy licznik stosowany tylko do reprezentacji lokalnego czasu bieżącego oraz obwodu do rozpoznawania komunikatu zegarowego podczas trwania fazy pierwszej. Jednak licznik musi umożliwić następujące operacje: odczyt, ustawiania i zatrzaskiwanie. Poza tym zawartość licznika musi reprezentować czas bezwzględny.

W niektórych sieciach, na przykład w stanowiących przeciwbieżne sieci pierścieniowe w sieciach FDDI interfejsu rozprowadzania danych za pomocą światłowodów, komunikaty przekazywane są od stacji do stacji za pomocą przekaźników znajdujących się we wszystkich stacjach pierścienia. Ta funkcja przekaźnikowa wprowadza opóźnienie czasowe, wynoszące na przykład około 750 ns. Dodatkowe opóźnienia wprowadza medium komunikacyjne łączące stacje. Poza tym sieć FDDI może zmieniać swoją topografię przez wybór biegnących w prawo lub lewo odcinków włókien światłowodowych między stacjami w celu dostosowania do wyjść sygnałowych. Te zmiany topografii mają wpływ na opóźnienie wprowadzane przez jedną lub wiele stacji w sieci.

Ponadto wiele współczesnych stacji roboczych zawiera zegary czasu bieżącego w systemach operacyjnych nie mające wymaganej rozdzielczości potrzebnej do spełnienia wymagań wielu zastosowań rozproszonego układu przetwarzania danych.

Istotą układu przetwarzania danych zawierającego wiele stacji, z których każda zaopatrzona jest w interfejs stacyjny, system operacyjny obsługujący stacyjny zegar czasu bieżącego i interfejs sieciowy, sieć komunikacyjną łączącą wiele stacji za pośrednictwem interfejsów sieciowych oraz układy synchronizowania stacyjnych zegarów czasu bieżącego w procesorach stacyjnych, przy czym każda z stacji zawiera zliczający w sposób ciągły licznik w każdym z

171 703 interfejsów sieciowych przechowujący liczbę interwałów czasowych, zatrzask w każdym z interfejsów sieciowych selektywnie zapamiętujące tę liczbę oraz układy zapamiętujące liczbę w liczniku pracującym w sposób ciągły po odebraniu sygnału taktującego, jest to, że zegar czasu bieżącego, obsługiwany przez przynajmniej jeden procesor stacyjny, zawiera licznik programowy indeksowany przez przerwania zegarowe o mniejszej rozdzielczości od rozdzielczości licznika o działaniu ciągłym i układ odczytu aktualnego czasu bieżącego mnożące czas bieżący w liczniku programowym przez stosunek rozdzielczości licznika o działaniu ciągłym do rozdzielczości licznika programowego do generowania iloczynu o dużej rozdzielczości i dodawania do tego iloczynu zmiany stanu licznika o działaniu ciągłym od ostatniego przerwania zegarowego do otrzymania aktualnego czasu bieżącego o dużej rozdzielczości.

Korzystne jest, gdy zgodnie z wynalazkiem licznik o działaniu ciągłym ma moduł równy jednostce czasu licznika programowanego oraz jest układem generującym przerwania programowe każdorazowo, kiedy licznik o działaniu ciągłym dokonuje przejścia przez przepełnienie zaś układ odczytu aktualnego czasu bieżącego jest układem dodawania stanu licznika o działaniu ciągłym do iloczynu jako zmiany stanu od ostatniego przerwania zegarowego.

Korzystne jest także, gdy układ według wynalazku zawiera układ zapamiętywania stanu licznika pracującego w sposób ciągły w momencie indeksowania licznika programowego przez przerwania zegarowe zaś układ odczytu aktualnego czasu bieżącego jest układem wyznaczania zmiany stanu licznika o działaniu ciągłym przez odjecie od aktualnego stanu tego licznika pierwszej liczby.

Zaletą rozproszonego układu przetwarzania danych według wynalazku jest zapewnienie synchronizacji stacyjnych zegarów czasu bieżącego przy minimalizacji stosowania układów specjalizowanych. Ponadto zgodnie z wynalazkiem uzyskuje się wymaganą synchronizację, gdy zegary czasu bieżącego należące do systemu operacyjnego nie mają rozdzielczości wymaganej przez system sieci. Także opracowane zgodnie z wynalazkiem udoskonalone układu synchronizacji stacyjnych zegarów czasu rzeczywistego są dopasowane do sieci i do dynamicznych zmian opóźnień sieci, jakie występują na przykład przy zmianach topografii sieci kontrolerów sieciowych między rozpatrywaną stacją i stacją wzorcowania czasu oraz konfiguracja pierścieniowo - przeciwbieżną sieci transmisji danych ma takie długości medium komunikacyjnego między stacjami, które wprowadzają znane opóźnienia czasowe do transmisji sygnału taktującego i sygnału czasu bieżącego i że środki wyznaczające stacyjny bieżący sygnał odniesienia uwzględniają znane czasy opóźnienia dla długości medium komunikacyjnego między rozpatrywaną stacją i stacją wzorcowania czasu a ponadto układ zawiera środki zmieniające konfigurację pierścieniowo - przeciwbieżną sieci transmisji danych, i że środki wyznaczające stacyjny bieżący sygnał odniesienia uwzględniają zmiany w liczbie interfejsów sieciowych i długościach medium komunikacyjnego między stacjami przy określaniu stacyjnego bieżącego czasu odniesienia.

Ponadto korzystne jest, gdy zgodnie z wynalazkiem zegar czasu bieżącego, obsługiwany przez przynajmniej jeden procesor stacyjny, zaopatrzony jest w licznik programowy indeksowany przez przerwania zegarowe o mniejszej rozdzielczości od rozdzielczości licznika o działaniu ciągłym i w środki odczytu aktualnego czasu bieżącego mnożące czas bieżący w liczniku programowym przez stosunek rozdzielczości licznika o działaniu ciągłym do rozdzielczości licznika programowego w celu generowania iloczynu o dużej rozdzielczości i dodawania do tego iloczynu zmiany stanu licznika o działaniu ciągłym od ostatniego przerwania zegarowego w celu otrzymania aktualnego czasu bieżącego o dużej rozdzielczości oraz, gdy licznik o działaniu ciągłym, ma moduł równy jednostce czasu licznika programowego, przy czym kombinacja środków zawiera środki generujące przerwania programowe każdorazowo, kiedy licznik o działaniu ciągłym dokonuje przejścia przez przepełnienie i w którym środki odczytu aktualnego czasu bieżącego dodają stan licznika o działaniu ciągłym do wspomnianego iloczynu jako zmianę stanu od ostatniego przerwania zegarowego lub, gdy zegar zawiera środki zapamiętujące stan licznika pracującego w sposób ciągły w momencie indeksowania licznika programowego przez przerwanie zegarowe, i w którym środki odczytu aktualnego czasu bieżącego wyznaczają zmianę stanu licznika o działaniu ciągłym przez odjecie od aktualnego stanu tego licznika pierwszej liczby.

171 703

Istotą rozproszonego układu przetwarzania danych według odmiany wynalazku zawierającego wiele stacji sieciowych, z których każda zaopatrzonajest w zegar czasu bieżącego i interfejs sieciowy, sieć komunikacyjna w konfiguracji pierścieniowo - przeciwbieżnej, łączącą wiele stacji sieci za pośrednictwem interfejsów sieciowych, która nadaje, odbiera i retransmituje z zadanym opóźnieniem czasowym dane do sieci komunikacyjnej oraz środki synchronizacji służące do synchronizowania stacyjnych zegarów czasu bieżącego w stacjach sieci, jest to, że zawiera środki w wyznaczonej stacji wzorcowania czasu nadające sygnał taktujący za pośrednictwem interfejsu sieciowego do sieci transmisji danych, środki wewnątrz każdej stacji, włącznie ze stacją wzorcowania czasu, zapamiętujące sygnał stacyjny odnoszący się do czasu w momencie odebrania taktującego, środki w stacji wzorcowania czasu transmitującego przez interfejs sieciowy do sieci komunikacyjnej sygnał wzorcowy czasu bieżącego reprezentujący czas w momencie odebrania przez stację wzorcowania czasu sygnału taktującego, środki wyznaczające dla każdej stacji sieci opóźnienie w odbiorze sygnału taktującego na podstawie konfiguracji pierścieniowo - przeciwbieżnej sieci komunikacyjnej, środki w każdej stacji, obliczające różnicę między czasem bieżącym stacji wzorcowania czasu i stacyjnym bieżącym czasem odniesienia otrzymanym na podstawie sygnału stacyjnego i opóźnienia sieci oraz środki do regulowania, na podstawie tej różnicy, czasu bieżącego systemu operacyjnego.

Korzystnie jest, gdy odmiana wynalazku zawiera środki dokonujące korekt konfiguracji pierścieniowo - przeciwbieżnej a inne środki wyznaczają dla każdej stacji sieci opóźnienie uwzględniające te zmiany konfiguracji pierścieniowo - przeciwbieżnej sieci transmisji danych.

Zaletą rozproszonego układu przetwarzania danych według wynalazku jest zapewnienie synchronizacji stacyjnych zegarów czasu bieżącego przy minimalizacji stosowania układów specjalizowanych. Ponadto zgodnie z wynalazkiem uzyskuje się wymaganą synchronizację, gdy zegary czasu bieżącego należące do systemu operacyjnego nie mają rozdzielczości wymaganej przez system sieci. Takie opracowane zgodnie z wynalazkiem udoskonalone środki synchronizacji stacyjnych zegarów czasu rzeczywistego są dopasowane do sieci i do dynamicznych zmian opóźnień sieci, jakie występują na przykład przy zmianach topografii sieci.

Przedmiot wynalazku zostanie dokładniej objaśniony na podstawie poniższego opisu przykładu wykonania w zastosowaniu do rozproszonego układu sieci przetwarzania danych zrealizowanego w sieci FDDI wraz z załączonym rysunkiem, na którym fig. 1 przedstawia schemat rozproszonego układu sieci przetwarzania danych wykorzystującego wynalazek, fig. 2 przedstawia schemat jednej z wielu stacji stanowiącą część układu z fig. 1 a fig. 3 - 7 są sieciami działań odpowiednich programów komputerowych służących do realizacji wynalazku w rozproszonym układzie sieci przetwarzania danych z fig. 1 i 2.

Figura 1 przedstawia rozproszony układ 1 sieci przetwarzania danych z wieloma stacjami 3a - 3d. Liczba czterech stacji układu 1 jest tylko przykładowa, a układ 1 może zawierać dowolną liczbę stacji. Stacje 3a - 3d połączone są za pośrednictwem sieci 5 w konfiguracji podwójnego pierścienia, przy czym jeden z pierścieni 7 transmituje komunikaty w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu wskazówek zegara, a drugi 5 transmituje informacje w kierunku zgodnym z kierunkiem ruchu wskazówek zegara.

W korzystnym przykładzie wykonania wynalazku stosuje się standard sieci FDDI. W tego rodzaju sieci dwa pierścienie 7 i 9 zawierają włókna światłowodowe w charakterze mediów komunikacyjnych. W innych sieciach w charakterze mediów komunikacyjnych można stosować kabel koncentryczny lub skręconą parę przewodów. Sieć FDDI ma architekturę sieci otwartej i uwzględnia stacyjny standard zarządzania, który między innymi reguluje konfigurację sieci. W normalnych warunkach, kiedy stacja 3 nadaje komunikat, to ten komunikat jest przenoszony przez jeden z pierścieni kolejno do każdej stacji, która powtarza komunikat do następnej stacji. Tak wiec jeśli wykorzystuje się pierścień wewnętrzny 7 i stacja 3a nadaje komunikat, to stacja 3b odbiera komunikat i powtarza go do stacji 3c, która z kolei powtarza komunikat do stacji 3d. Jeżeli stacja 3a zostanie wyłączona z układu lub pojawi się jakaś nieprawidłowość, na przykład wskazana odnośnikiem 11 na fig. 1, to wyposażenie zarządzające stacji dokonuje rekonfiguracji sieci w celu zapewnienia odbioru nadawanych komunikatów przez wszystkie pozostałe aktywne stacje. Tak więc przy przerwie w pierścieniu, w miejscu oznaczonym 11, kiedy komunikat

171 703 generowany przez stację 3a dochodzi do stacji 3c, transmisja do stacji 3b zamyka się ponownie w pętlę na pierścieniu zewnętrznym 9 przez stację 3d i 3a.

Funkcja przekaźnikowa wykonywana przez każdą ze stacji w celu przekazywania odebranych komunikatów wymaga określonego, skończonego czasu. W przykładowym układzie wynosi on około 750 ns. Poza tym występują opóźnienia wprowadzone w mediach komunikacyjnych stanowiących pierścienie 7 i 9. W mediach światłowodowych FDDI to opóźnienie zazwyczaj wynosi 5 do 6 gs na kilometr. W rozproszonym układzie przetwarzania danych, rozciągniętym na przestrzeni wielu kilometrów, łączne opóźnienia mogą być znaczne, zwłaszcza w przedstawionych powyżej sytuacjach, kiedy komunikat jest zawracany pętlą wstecz przez stacje, które powtarzają komunikat dwukrotnie.

Stacje w rozproszonym układzie sterującym mogą zawierać rozproszone bloki przetwarzające i stanowiska robocze 13 przyłączone do pierścieni 7 i 9 sieci 5 za pośrednictwem interfejsu sieciowego 15, jak to pokazano na fig. 2. Każdy z rozproszonych bloków przetwarzania danych i każde ze stanowisk roboczych 13 może zawierać procesor 17. Rozproszone bloki przetwarzania danych wykonują funkcje sterujące układu 1. Zazwyczaj obejmuje to regulację konkretnych zmiennych układowych na wartość zadaną. Stanowisko robocze służy w charakterze interfejsu człowiek - maszyna, za pośrednictwem którego operator steruje i monitoruje rozproszony układ 1 przetwarzania danych. Koordynacja działania różnych funkcji w układzie 1 wymaga wymiany danych czasu rzeczywistego. Standard FDDI zapewnia synchroniczną lub asynchroniczną transmisję danych. Synchroniczną transmisję danych wykorzystuje się do transmisji danych czasu rzeczywistego przez periodyczne powtarzanie bieżących wartości różnych parametrów układu. Jak wspomniano poprzednio, wymaga to synchronizacji zegarów czasu bieżącego obsługiwanych przez procesor 17 w każdej ze stacji. Warunki sterowania w typowym współczesnym układzie sterującym wymagają, aby odchyłki między zegarami stacyjnymi, w najkorzystniejszym przypadku, były mniejsze od 200 gs.

Zgodnie z wynalazkiem możliwe jest stosowanie synchronizacji między zegarami stacyjnymi o wymaganej dokładności przez zastosowanie w każdym interfejsie sieciowym działającego w sposób ciągły licznika 19 z zatrzaskiem 21. Działający w sposób ciągły licznik nie reprezentuje czasu absolutnego, zatem nie musi być kasowany. Licznik 19 powinien mieć odpowiednią pojemność, aby nie przepełniał się zbyt często i nie powodował konieczności częstej obsługi programowej przepełnień.

Według wynalazku jedna ze stacji wyznaczona jest jako stacja wzorcowania czasu. Ta stacja okresowo nadaje sygnał taktujący za pośrednictwem sieci 5 do każdej z pozostałych stacji. Natychmiast po odebraniu tego sygnału, w zatrzasku 21 zapamiętywany jest stan licznika 19 pracującego w sposób ciągły. Stacja synchronizacji czasu następnie wysyła komunikat synchronizacji czasu bieżącego reprezentujący czas bieżący w momencie odebrania komunikatu taktującego dla wszystkich pozostałych stacji. Ta wartość czasu bieżącego wzorca czasu musi być przeliczona, ponieważ wartość działającego w sposób ciągły licznika nie reprezentuje czasu absolutnego. Odbywa się to przez odczyt zegara systemowego czasu bieżącego w procesorze 17 i pracującego w sposób ciągły llcznika 19. Zwykle procesor 17 zaopatrzony jest w generator 18 przerwań, który periodycznie generuje przerwania wykorzystywane do powiększania stanu systemowego zegara czasu bieżącego należącego do systemu operacyjnego. Różnica między bieżącą wartością licznika 19 działającego w sposób ciągły i wartości zapamiętanej w zatrzasku 21 w momencie odebrania sygnału taktującego mnożona jest przez okres zliczanych impulsów zapisanych przez licznik o działaniu ciągłym. Wartość wynikowajest ilością czasu, który upłynął od odebrania sygnału taktującego przez stację wzorcową czasu. Czas ten odejmowany jest od właśnie odczytanej wartości zegara czasu bieżącego systemu operacyjnego. Wynik stanowi czas bieżący w momencie odebrania taktu przez stację wzorcowania czasu. Wartość ta umieszczona jest w komunikacie wzorca czasu bieżącego i transmitowana przez sieć 5 do pozostałych stacji.

Kiedy sygnał czasu bieżącego stacji wzorcowania czasu zostanie odebrany przez każdą z pozostałych stacji 3, stacja na początku oblicza wartość odniesienia dla swojego zegara czasu bieżącego. Wykorzystuje ona te same obliczenia, co stacja wzorcowania czasu. Odebrana wartość czasu bieżącego wzorca czasu jest następnie odejmowana od obliczonego bieżącego

171 703 stacyjnego czasu odniesienia. Wartość wynikowa reprezentuje różnicę między zegarem lokalnym i zegarem stacji wzorcowania czasu i wykorzystywana jest do korygowania lokalnego zegara czasu bieżącego. Ta korekcja może odbywać się przez ustawienie zegara systemu operacyjnego przy jego stopniowej regulacji, lub przez zapamiętanie przezeń wartości korekcji lokalnej, która dodawana jest lub odejmowana od wartości zegara lokalnego, kiedy występuje potrzeba odczytania wartości dokładnej.

Opisana procedura synchronizacji zegarów w dużym stopniu ingoruje opóźnienia przechodzenia sygnału taktującego przez sieć. Wielkość błędu wynikowego zależy od typu zastosowanej sieci. Jak to omówiono powyżej, w sieci pierścieniowej, na przykład w sieci FDDI, dwoma głównymi czynnikami wpływającymi na opóźnienie jest opóźnienie stacji przy przekazywaniu komunikatu w każdym węźle do 750 ns na stację i opóźnienie propagacji sygnału w medium około 5 ps na kilometr dla kabla światłowodowego. Oprogramowanie, które wykonuje funkcje synchronizacji zegara, potrzebuje prawidłowej wartości zegara otrzymanej ze stacji wzorcowania czasu, w celu skompensowania opóźnienia transmisji między stacjami lokalnymi i stacją wzorcowania czasu. Ta kompensacja bazuje na znanej długości kabla i aktualnej konfiguracji sieci. Synchronizacja zegara musi być zawieszana czasowo na okres rekonfiguracji sieci. Synchronizacja zegara jest uaktualniana po ustaleniu topografii sieci, przy czym bieżącą topografię sieci określa poziom zarządzania stacyjnego sieci FDDI.

Przy awarii wzorcowania czasu lub jej wyłączeniu z sieci jej funkcję musi przejąć inna stacja. Odbywa się to przez przypisanie każdej stacji własnego interwału czasowego. Jeżeli stacja nie odbierze sygnału taktującego w tym interwale czasowym, to staje się stacją wzorcowania czasu i nadaje sygnał taktujący. Różne stacje wykonują funkcje wzorcowania czasu kolejno bazując na przydzielonych im własnych interwałach czasowych.

Figury 3 do 5 przedstawiają sieci działań dla trzech procedur, które realizują synchronizację zegarów czasu bieżącego sieci z wykorzystaniem licznika pracującego w sposób ciągły. Figura 3 przedstawia sieć działań dla procedury NADAWANIE KOMUNIKATU ZEGAROWEGO stosowanej przez stacje wzorcowania czasu w celu periodycznego nadawania sygnału taktującego. Procedura 23 rozpoczyna się ustawieniem budzenia dla następnego alarmu, w punkcie 25. Generuje ona następnie w punkcie 27 komunikat zegarowy zawierający omówiony powyżej sygnał taktujący. Komunikat wstawiany omówiony powyżej sygnał taktujący. Komunikat wstawiany jest w kolejkę do transmisji w punkcie 29, a następnie procedura oczekuje na następny alarm w punkcie 31.

Figura 4 przedstawia procedurę ODBIÓR KOMUNIKATU ZEGAROWEGO wykonywaną w odpowiedzi na odebrany sygnał taktujący. Ponieważ w danym momencie występuje tylko jedna stacja wzorcowania czasu, toprocedurajest wykonywana przez wszystkie stacje, ponieważ dowolna stacja może wykonywać funkcje stacji wzorcowania czasu. Procedura rozpoczyna się w punkcie 35 przez określenie, czy stacja jest bieżącą stacją wzorcowania czasu. Jeżeli nie, to następuje wyjście z procedury w punkcie 37. Jeżeli jest stacją wzorcowania czasu to w punkcie 29 odczytuje aktualny stan licznika pracującego w sposób ciągły, czas bieżący zegara czasu bieżącego systemu operacyjnego procesora stacyjnego i liczbę zapamiętaną w zatrzasku 21.

Jeżeli bieżący stan pracującego w sposób ciągły licznika jest większy od przechowywanego w zatrzasku, to wyliczany jest czas odebrania sygnału taktującego przez odjęcie od aktualnego czasu bieżącego, w zegarze czasu bieżącego, różnicy między aktualnym stanem licznika pracującego w sposób ciągły i stanu zapamiętanego w zatrzasku pomnożonej przez okres licznika działającego w sposób ciągły. Jednak jeżeli bieżący stan licznika o działaniu ciągłym jest mniejszy od stanu zapamiętanego w zatrzasku wskazując, że licznik pracujący w sposób ciągły przeszedł przez stan przepełnienia, to czas odbioru wyliczany jest w punkcie 41 przez odjęcie zapamiętanego w zatrzasku stanu od maksymalnego stanu licznika pracującego w sposób ciągły, dodanie stanu bieżącego licznika i pomnożenie przez jego okres. Wartość wynikowa następnie odejmowana jest od aktualnej wartości zegara czasu bieżącego należącego do systemu czasu operacyjnego. Stacja wzorcowania czasu następnie generuje komunikat wzorcowego czasu bieżącego zawierający sygnał czasu bieżącego wzorca czasu, w punkcie 43. Ten komunikat czasu bieżącego wstawiany jest w kolejkę do transmisji w punkcie 45 i zerowany jest alarmowy odstęp czasowy dla procedury w punkcie 47 przed wyjściem z procedury w punkcie 49.

Figura 5 przedstawia procedurę ODBIÓR PORY DNIA (TOD), która wykonywana jest przez każdą ze stacji po odebraniu komunikatu czasu bieżącego zawierającego czas bieżący wzorca. Procedura zaczyna się odczytaniem, w punkcie 53, aktualnych wartości licznika pracującego w sposób ciągły i należącego do systemu operacyjnego zegara czasu bieżącego jak również stanu zapamiętanego w zatrzasku. Czas odbioru obliczany jest następnie w punkcie 55 z użyciem tych samych działań, co w bloku 43 procedury przedstawionej na fig. 4. Wyliczane jest następnie opóźnienie sieciowe od tej stacji do stacji wzorcowania czasu w punkcie 57 na podstawie topografii sieci. Znaczy to, że opóźnienie przekazywania do każdej ze stacji pośrednich dodawane jest do ogólnego opóźnienia dla długości medium komunikacyjnego między stacją wzorcowania czasu i stacją lokalną dla drogi przebytej przez komunikat. Następnie obliczana jest korekta w punkcie 59 przez pierwsze odejmowanie opóźnienia sieci od czasu następnie odjęcie czasu odbioru obliczony w punkcie 55. Ta korekta jest następnie wykorzystywana do regulacji zegara lokalnego w punkcie 51 przed wyjściem procedury w punkcie 63.

Typowe zegary systemu operacyjnego mają rozdzielczość wynoszącą ± 10 ms. Jak to omówiono wcześniej, nie odpowiada to większości wymagań dotyczących synchronizacji czasowej. Licznik 19 w interfejsie sieciowym stacji, pracujący w sposób ciągły, łączony jest z zegarem systemu operacyjnego w procesorze stacyjnym tworząc zegar czasu bieżącego o podwyższonej rozdzielczości. Zwykle system operacyjny w procesorach 17 prowadzi ścieżkę czasu bieżącego za-pomocą okresowych przerwań. Te przerwania generowane są przez bloki układowe. Kiedy wystąpi przerwanie, system operacyjny zwykle powiększa stan licznika programowego. Środki zaliczające określają czas, który upłynął od stałego punktu czasowego. Bloki przyporządkowane licznikowi zwykle dopasowane są do rozdzielczości zegara czasu bieżącego, na przykład 10 ms. Pracujący w sposób ciągły licznik 19 w interfejsie sieciowym ma moduł, który stanowi maksymalną wartość czasową równą pożądanemu okresowi przerwania. Przepełnianie działającego w sposób ciągły licznika wykorzystuje się następnie do generacji przerwania zegara czasu bieżącego należącego do systemu operacyjnego. Zliczanie z dużą rozdzielczością, reprezentujące czas, który upłynął od stałego punktu czasowego obliczany jest następnie przez mnożenie liczby w liczniku programowym przez stosunek rozdzielczości układowej do rozdzielczości programowej i następne dodanie wartości licznika pracującego w sposób ciągły. Ta wartość czasu bieżącego o dużej rozdzielczości może być następnie wykorzystywana zamiast zegara czasu bieżącego systemu operacyjnego w uprzednio opisanych procedurach synchronizacyjnych. Należy zauważyć, że korekcję czasu można również osiągnąć przez zapamiętywanie wartości korekty, gdyż licznik pracujący w sposób ciągły nie jest ustawialny.

W innym wykonaniu zegar czasu bieżącego systemu operacyjnego generuje przerwania w zwykły sposób. Jednak procedura obsługi przerwania zmodyfikowana jest tak, że odczytuje i zapamiętuje wartość licznika pracującego w sposób ciągły w momencie przerwania zegara czasu bieżącego. Stan o dużej rozdzielczości reprezentujący czas, który upłynął od wykrytego stałego punktu czasowego obliczany jest następnie przez mnożenie stanu licznika programowego przez stosunek rozdzielczości układowej do rozdzielczości programowej i dodanie różnicy bieżącą wartością licznika pracującego w sposób ciągły wartością zapamiętaną w momencie pojawienia się przerwania czasu bieżącego, jak to opisano powyżej, w przypadku synchronizacji czasowej obliczanie różnicy musi uwzględniać występowanie przepełnienia licznika.

Figura 6 przedstawia sieć działań programu komputerowego 65 wykonywanego przez procesory 17 w stacjach 3, które generują sygnał czasu rzeczywistego o dużej rozdzielczości. Po wywołaniu, w punkcie 67 procedura odczytuje programowy zegar czasu bieżącego i stan licznika 19 w punkcie 69. Czas bieżący o dużej rozdzielczości wyliczany jest następnie w punkcie 71 zgodnie z pierwszym wzorem, jeżeli licznik 19 nie został przepełniony, i zgodnie z drugim wzorem, jeżeli był przepełniony. Następnie wyjście z procedury w punkcie 73.

Figura 7 przedstawia sieć działań procedury 75 wykonanej przez procesor 17 w odpowiedzi na każde przerwanie zegarowe. Procedura zapamiętuje wartość licznika 19 pracuj ącego w sposób ciągły jako sygnał STAN PRZY IRQ, wykorzystywany w procedurze 65.

171 703

FIG. 3

171 703 (WYWOŁYWANIE ODBIORU KOMUNIKATU ZEGAROWEGO)

FIG. 4

171 703 (WYWOŁANY ODBIÓR KOMUNIKATU TOD)

FIG. 5

171 703

3c

FIG. 2

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 4,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Rozproszony układ przetwarzania danych zawierający wiele stacji, z których każda zaopatrzona jest w interfejs stacyjny, system operacyjny obsługujący stacyjny zegar czasu bieżącego i interfejs sieciowy, sieć komunikacyjną łączącą wiele stacji za pośrednictwem interfejsów sieciowych oraz układy synchronizowania stacyjnych zegarów czasu bieżącego w procesorach stacyjnych, przy czym każda ze stacji zawiera zliczający w sposób ciągły licznik w każdym z interfejsów sieciowych przechowujący liczbę interwałów czasowych, zatrzask w każdym z interfejsów sieciowych selektywnie zapamiętujące tę liczbę oraz układy zapamiętujące liczbę w liczniku pracującym w sposób ciągły po odebraniu sygnału taktującego, znamienny tym, że zegar czasu bieżącego, obsługiwany przez przynajmniej jeden procesor stacyjny (17), zawiera licznik programowy indeksowany przez przerwania zegarowe o mniejszej rozdzielczości od rozdzielczości licznika (19) o działaniu ciągłym i układ odczytu aktualnego czasu bieżącego mnożące czas bieżący w liczniku programowym przez stosunek rozdzielczości licznika (19) o działaniu ciągłym do rozdzielczości licznika programowego do generowania iloczynu o dużej rozdzielczości i dodawania do tego iloczynu zmiany stanu licznika (19) o działaniu ciągłym od ostatniego przerwania zegarowego do otrzymania aktualnego czasu bieżącego o dużej rozdzielczości.
2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że licznik (19) o działaniu ciągłym ma moduł równy jednostce czasu licznika programowego oraz jest układem generującym przerwania programowe każdorazowo, kiedy licznik (19) o działaniu ciągłym dokonuje przejścia przez przepełnienie zaś układ odczytu aktualnego czasu bieżącego jest układem dodawania stanu licznika (19) o działaniu ciągłym do iloczynu jako zmiany stanu od ostatniego przerwania zegarowego.
3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera układ zapamiętywania stanu licznika pracującego w sposób ciągły w momencie indeksowania licznika programowego przez przerwania zegarowe zaś układ odczytu aktualnego czasu bieżącego jest układem wyznaczania zmiany stanu licznika (19) o działaniu ciągłym przez odjęcie od aktualnego stanu tego licznika pierwszej liczby.