Brevet FR2330209A1 — publié le 19770527

La présente invention se rapporte aux systèmes de gestion par calculateur numérique pour conduite de processus industriel à distance. Il est actuellement usuel que des nombres numériques soient calculés par une unité de traitement centrale (CPU) et convertis en signaux de commande analogiques a'équipements périphériques, comportant par exemple des vannes, des enregistreurs etc. Cette conversion implique le transfert de données numériques d'un système unique de traitement de données fonctionnant à grande vitesse vers un certain nombre d'unités périphériques localisées à distance et constituant une boucle d'asservissement. Elle implique aussi un multiplexage-en-temps, ou travail en rartaxe de temps, d'un seul convertisseur numérique analogique entre de nombreuses unités périphériques possédant chacune un dispositif d' échantillonnage-et-conservation. Gomme des unts périphérioues de genres différents fonctionnent à des vitesses différentes, il est nécessaire de coordonner le fonctionnement à grande vitesse du processeur de données central avec celui des unités périphériques à vitesses relativement plus faibles, de façon à obtenir ure efficacité maximale, tout en assurant des communications adéquates dans le système de traitement de données. Dans un système de communication connu, le processeur central, ou calculateur, envoie au convertisseur numérique analogique une valeur numérique accompagnée de l'adresse du dispositif d'êchantillonnage-et-conservation à laquelle cette valeur est destinée. La valeur numérique convertie est alors stockée dans le dispositif d'échantillonnatne-et-conservation correspondant à l'aide d'un commutateur qui est fermé par l'adresse de ce dispositif d'échantillonnage-et-conservation, de manière à ce que la sortie analogique soit échantillonnée par l'unité périphérique appropriée.Cette méthode architecturale de base soulève un problème, du fait que les dispositifs d'échantillonnageet-conservation doivent être d'une qualité exceptionnelle, de façon à n'avoir pas besoin d'etre fréquemment mis-à-#our, à cause de l'utilisation du processeur central par chacun des dispositifs d'échantillonnage-et-conservation en temps partagé, et non en service continu. Il peut s' écouler, typiquement, plusieurs minutes, après chaque échantillonnage, entre deux mises à jour du dispositif échantillonnage-et-conservation. Un autre problème se présente lorsque l'unité centrale omet de mettre à jour les dispositifs d'échantillonnage-et-conservation.Une telle omission peut résulter soit d'une intern#ption d'alimentation en puissance, soit d'un défaut de circuit. Dans les deux cas, les circuits d'échantillonnaDe-et-conservation ne sont pas mis à jour pendant un temps qui est inconnu. Dans ce système, une section de la mémoire principale de l'unité centrale est aussi utilisée pour stocker des données concernant l'état et la commande de chaque unité périphérique. Ces informations sont chargées lors de la mise en route dans le système de mémoire de l'unité centrale, ou bien l'unité centrale les obtient en lisant l'état des commutateurs analogiques et le statut opératoire des unités périphériques, et en chargeant ces informations dans sa mémoire. Une telle disposition nécessite la duplication des informations, dans chaque station d'unité périphérique et dans la mémoire de l'unité centrale. Il est bien évident qu'une telle méthode utilise mal la mémoire du calculateur central et entrain un gaspillage substantiel du temps de travail de l'unité centrale pour l'exécution de toutes les instructions pour extraire ces données stockées. La présente invention fournit, en conséquence, un système de commande périphérique de conversion des signaux numériques appliqués à un bus d'entrée/sortie alimenté par une unité de traitement centrale (CPU), en signaux analogiques, servant à commander une pluralité d'unités périphériques, ledit système comportant une mémoire tampon couplée au bus d'entrée/sortie et possédant une pluralité d'emplacements de stockage correspondant aux unités périphériques, un dispositif séquenceur pour lire séquentiellement dans les emplacements de la mémoire tampon, des moyens de sélection d'adresse pour sélectionner sous la commande du dispositif séquenceur les unités périphériques en séquence, un convertisseur numérique analogique pour convertir le signal lu dans la mémoire tampon en un signal analogique qui est transmis à 11 unité périphérique sélectionnée, et des moyens pour introduire# des signaux numériques frais dans la mémoire tampon lorsque les signaux qui y sont déjà stockés nécessitent une mise a jour. On va -maintenant décrire à titre d'exemple une réalisation de la présente inventions en se référant aux planches da dessins ci-annexées sur lesquelles la Figure I est un diagramme fonctionnel dlun système de communication connu, et la Figure 2 est un diagramme fonctionnel d'un système selon la présente invention. En se référant à la ligure I, une unité de traitement cen le (CRU) 2 alimente par une de ses extrémités une ligne oeni- bus d'envrée/sortie (3/S) 4 connectée à des unités périphériques situées à distance par ltintermédiaire d'un registre de données 6 et d'un registre d'adresse 8. te mot de données numériques stocké dans le registre de données 6 est converti en signal analogique par un convertisseur numérique-analogique 10.Le signal analogique résultant est appliqué à un troupe de commutateurs 12 et 14 faisant partie respectivement des dispositifs d'échantillon- nage-et-conservation d un système d' échantillonnage-et-conserva- tion 16. Chacun de ces dispositifs comporte un condensateur de stockage, par exemple 18, alimentant un amplificateur opérationnel, par exemple 20. La sortie de l'amplificateur 20, par le terminal de sortie 22, est connectée à un élément (non représenté) de l'équipement périphérique. Le registre d'adresse ^ est connecté au décodeur 24 qui sélectionne l'un des commutateurs 12 et 14 en réponse au mot numérique fourni par le registre dtadresse 8. L'un des commutateurs 12 ou 14 est donc fermé lorsqu'un signal de sortie provenant du convertisseur numérique analogique 10 leur est appliqué. On notera que des signaux d'horloge (non représentés) sont appliqués, à l'aide de moyens classiques, aux éléments de la Figure 1 pour assurer leur synchronisation. L'utilisation de cette technique de communication par mot numérique double rend l'unité centrale capable de fournir un signal de commande analogique à un élément périphérique sélec- tonné, par la fourniture d'un mot de données au registre de données 6, mot qui est converti par le convertisseur numérique analogique 10, ainsi que d'un mot d'adresse au registre d'adresse 8, mot qui est converti par le décodeur numérique 24 de façon à permettre la commande des commutateurs 12 et 14. Le signal analogique du convertisseur numérique-analogique 10 est.appliqué à celle des unités périphériques qui est désirée, et stocké dans la section d'échantillonnage-et-conservation du système d'échantillonnage-et-conservation 16 qui correspond à 1'unité périphérique sélectionnée. Dans ce système, l'unité d1échantillonnage-et-conservation 16 doit être d'une qualité exceptionnelle parce qu'elle doit continuer à stocker le dernier signal de sortie analogique provenant du convertisseur numérique analogique 10 jusqu a ce que l'unité centrale soit disponible pour mettre à jour le signal dans le système d'échantillonnage-et-conservation 16. Cela nécessite que l'information soit stockée dans la mémoire centrale du calculateur ainsi que dans les unités d'échantilîonnage-et-conservation, afin de permettre à l'unité centrale 2 d'exécuter sur les données stockées les opérations désirées.Cela constitue clairement une utilisation inefficace de la mémoire centrale du calculateur et consomme du temps de l'unité centrale pour l'exécution de toutes les instructions nécessaires pour l'extraction de la mémoire centrale des données qui y sont stockées. En se référant maintenant à la Figure 2, on peut voir que le système précédent est modifié par la suppression du registre 6 et par l'adjonction d'une mémoire tampon 30, d'un second registre d'adresse 32 pour le stockage d'un mot numérique représentant une adresse d'emplacement de stockage dans la mémoire tampon 30, d'une ligne "entrée données" 34 reliant le bus tE/S) 4 à la mémoire tampon 30, d'une unité de commande 36, et d'un séquenceur de mémoire 38. L'unité de commande 36 peut très bien être une bascule qui est enclenchée par la présence d'un mot numérique dans le registre d'adresse 32.De séquenceur 38 est une unité logique fixe qui opère, lorsque l'unité de commande 36 est remise à l'état initial, en effectuant une séquence prédéterminée d'opérations de lecture dans la mémoire tampon 30, et en actionnant concurremment le décodeur 24 de façon à ce qu'il applique répétiti- vement chacune des valeurs numériques stockées dans la mémoire tampon 30 au convertisseur numérique-analogique 10, et de là à l'unité CL' écbantillonnage-et-conservation correspondante. Le séquenceur 38 provoque donc le rafraichissement de la valeur analogique stockée dans les unités d'échantilîonnage-et-conservation 16. Mais, si un mot numérique est introduit dans le registre d'adresse 32 par l'unité centrale 2, l'unité de commande 36 est positionnée et invalide le séquenceur 30.Le contenu du re## d'adresse 32 e#st fourni à la place à la mémoire tampon 30 pour y sélectionner un emplacement de stockage. L'unité centrale 2 envoie alors un second mot numériaue représentant un signal de sortie destiné à une unité périphérique, lequel est transmis à la mémoire tampon 30 pour y être stocké dans l'emplacement sélectionné par le mot du registre d'adresse 32. Les signaux destinés aux unités périphériques sont donc stockés dans la mémoire tampon 30, et peuvent être mis à jour à n'importe quel moment par l'unité centrale 2. Pendant le temps qui sépare ces opérations de mise à jour par l'unité centrale 2, le séquenceur 38 exécute une ration continuelle de régénération des données dans les unités d'échantillonnage-et-conservation afin d'assurer la stabilité des signaux destinés aux unités périphériques. Comme dans le cas du système représenté sur la Figure 1, des signaux d'horloge convenables (non représentés) sont utilisés pour synchroniser les opérations. Le registre 8 est maintenu en ordre pour conserver à l'unité centrale 2 la possibilité de commander directement les circuits d'échantillonnaFe-et-conservation 16 en cas d'urgence. En d'autres termes, le système de la Figure 2 est capable de fonctionner suivant le mode d'opzration de la Furie 1, aussi bien que dans le mode normal qui utilise le séquenceur et la mémoire tampon. Le système représenté sur la Figure 2 est un système de multiplexage à échantillonnage-et-cons#rvation avec tampon numérique. aussi longtemps que la puissance est maintenue dans cette petite section du système de traitement de données total, les sorties analogiques du système d'échantillonnage-et-conserwation 16 peuvent être maintenues parfaitement à l'abri de toute dérive, pendant une durée indéfinie au moyen de systèmes d'échantillonnage-et-conservation peu coûteux. De plus, comme les données numériques qui déterminent les signaux analogiques sont normalement stockés dans la mémoire tampon 505 il n'est pas nécessaire de stocker aussi ces données dans la mémoire centrale de l'unité centrale 2. Dès que 17 unité centrale a terminé le calcul de ces données, la mémoire centrale peut être utilisée pour d'autres travaux jusqu'à ce qu'il devienne nécessaire de mettre ces données -# jour par un calcul frais. La charge de l'unité centrale est par conséquent réduite de deux façons: premièrement, le besoin d'extractions de mémoire répétées pour régénérer le système d'échantillonnage-et- conservation est éliminé; et, deuxièmement, l'utilisation de la mémoire centrale de l'unité centrale est réduite. On peut se rendre compte que le système de la Figure 2 comporte des moyens grâce auxquels l'unité centrale 2 peut sélectionner l'emplacement de stockaffle qu'il désire dans la mémoire tampon 30, et qu'il comporte aussi un chemin de transmission de données de alunite centrale 2 à la mémoire tampon 30. Il est par conséquent facile de modifier le système en lui ajoutant la capacité de ramener des informations de la mémoire 30 dans l'unité centrale 2, sous la commande du registre d'adresse existant 32 et en utilisant le chemin de données existant du bus E/S 4. Ce ravisant, chaque pièce d'information associée à une unité de 11 équipement périphérique est effectivement placée dans la mémoire de l'unité centrale bien qu'elle n'ait jamais été mise dans la mémoire centrale, c'est-à-dire qu'il est tout aussi facile dtopérer et d'accéder dans chaque emplacement de la mémoire tampon 30 que dans la mémoire centrale de l'unité centrale. Il n'est donc pas nécessaire d'augmenter la mémoire centrale lorsque des unités périphériques supplémentaires sont ajoutées, soit parce que des boucles périPhériques nouvelles sont ajoutées à la mémoire tampon déjà existante, soit parce qu'une mémoire tampon supplémentaire est fournie avec chaque groupe d'unités périphériques supplémentaires. On obtient donc une diminution de prix par l'élimination complète du dispositif matériel dénommé interface en temps réel (RTI) qui commande normalement les opérations entrée/s#ortie de l'unité centrale et qui constitue dans les systèmes de la technique antérieure l'in- tertace entre l'unité centrale et les unités périphériques. REVENDI C##TiONS 1 - Système de commande périphérique pour la conversion de signaux numériques sur un bus d'entréefsortie alimenté par une unité centrale de traitement (CPU) en signaux analogiques servant à commander des unités périphériques, ledit système comportant des moyens de sélection d'adresse pour sélectionner l'adresse souhaitée d'une unité d'une pluralité d'unités périphériques, et un convertisseur numérique-analogique, pour convertir un signal numérique du bus d'entrée/sortie en un signal analogique qui est fourni à l'unité périphérique sélec tionnée, caractérisé en ce qu'il comporte une mémoire tampon (30) entre le bus d1entrée/sortie (4) et le convertisseur nu merique-analogique (10), contenant une pluralité d'emplacements de stockage correspondant aux unités périphériques (22, 221) un dispositif séquenceur (38) pour sélectionner séquentiellement les unités périphériques et lire en synchronisme les emplacements correspondants de la mémoire tampon, et des moyens (32, 36) pour introduire des signaux numériques frais dans la mémoire re tampon lorsque les signaux qui y sont déjà stockés nécessitent une mise à jour. 2 - système selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacune des unités périphériques possède un dispositif d'échantillonnage-et-conservation, pour y stocker le signal analogique qui lui est fourni. 3 - Système selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte un registre (8) alimenté par le bus d'entrée/sortie et capable de commander directement les moyens de sélection d'adresse de façon à permettre une commande directe des unités périphériques à partir du bus d'entrée/ sortie. 4 - Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens (32, 36) d'introduction de signaux numériques frais dans la mémoire tampon peuvent aussi lire des signaux qui y sont stockés pour les fournir au bus d' entrée/sortie.