Brevet FR2580452A1 — publié le 19861017

Ta présente invention a pour objet des cartes électroniqiies et des m Le secteur technique de l'invention est celui de la construction des machines électroniques. Les mini-ordinateurs comportent généralement un châssis qui est muni d'un ratelier dans lequel on engage des cartes électtoniques parallèles les unes aux autres. Ces cartes portent des composants électroniques notamment des circuits intégrés qui composent le miniordinateur. Les cartes utilisées sont dites cartes maître lorsqu'elles portent une unité centrale de calcul (C.P.U.) ou microprocesseur. Elles sont dites cartes esclaves lorsqu'elles portent uniquement des unités périphériques aux unités centrales par exemple des mémoires vives ou mortes. Un même mini-ordinateur peut comporter plusieurs cartes maître effectuant chacune une partie des opérations logiques. Les diverses cartes montées sur un même châssis sont connectées en parallèle sur des lignes dites bus qui les interconnectent et qui permettent des échanges d'informatjons,suivant un protocole déterminé,dans les deux sensjentre des composants électroniques montés sur des cartes séparées. La plupart des mini-ordinateurs existants répondent à un standard de fabrication normalisé ou propre au constructeur qui détermine la dimension des cartes, leur espacement, la position et le nombre de broches des connecteurs qui relient chaque carte au bus et les protocoles d'échange d'informations. La présente invention s'applique par exemple aux cartes électroniques répondant aux normes du standard VME bus et/ou aux standards VMX et VMS bus qui sont des compléments du précédent. Suivant ces standards, l'écartement entre cartes est de 2 cm ou de 4 cm. Cet exemple n'est pas limitatif et les cartes électroniques selon l'invention peuvent être conçues pour répondre aux normes de n'importe quel standard connu sur des bases semblables à celles du standard VME. Il arrive fréquemment que l'on doive ajouter des composants sur une carte électronique pour augmenter la capacité de celle-ci ou pour réaliser de nouvelles fonctions adaptées à chaque usage particulier d'un mini-ordinateur. Il est connu à ce jour d'adjoindre à une carte, dite carte mère, une carte additionnelle qui est parallèle à la carte mère et qui est enfichée dans des connecteurs portés par la carte mère. Cette solution permet d'ajouter à une carte mère uniquement des circuits périphériques comportant des liaisons établies une fois pour toutes entre des composants déterminés de la carte mère et de la carte additionnelle. Il est également connu de construire des cartes mère comportant une zone vierge pouvant recevoir divers socles destinés à recevoir divers composants ou circuits intégrés correspondant à des fonctions particulières spécifiques à un usage déterminé. Dans ce cas, il faut relier les pattes des circuits intégrés et des composants par des fils conducteurs selon les fonctions à réaliser et selon la nature des circuits. Si le même problème à résoudre se rencontre plusieurs fois, il faut chaque fois recommencer le câblage. De plus, ce câblage établit des liaisons déterminées une fois pour toutes entre des composants et des circuits déterminés de la carte mère et ceux qui sont disposés sur la zone prévue à cet effet. Enfin l'épaisseur de la carte, des composants qu'elle doit recevoir et des câblages entre composants rentre difficilement dans l'intervalle de 2 cm (cas du standard VME bus) entre deux cartes mère. L'objectif de la présente invention. est de mettre à la disposition des fabricants et des utilisateurs de mini-ordinateurs, de nouvelles cartes mère qui peuvent recevoir différentes cartes additionnelles conçues pour remplir des fonctions spécifiques répondant à des besoins particuliers de chaque utilisateur, lesquelles cartes additionnelles sont toutes enfichables sur les mêmes connecteurs de la carte mère et peuvent communiquer dans les deux sens, d'une part avec les composants de la carte mère par un bus interne à la carte et, d'autre part, avec les composants des autres cartes par les lignes de bus du mini-ordinateur. Les mini-ordinateurs destinés à recevoir les cartes électroniques selon l'invention sont du type connu, comportant, d'une part, un châssis équipé d'un ratelier et de connecteurs qui sont interconnectés entre eux par des lignes de bus et, d'autre part, des cartes électroniques, de dimensions normalisées, qui sont engagées parallèlement les unes aux autres dans ledit ratelier et qui portent le long de leur bord arrière des connecteurs qui s'enfichent dans les connecteurs du châssis et, de plus, des cartes additionnelles qui sont enfichées sur des connecteurs de cartes mère. Les objectifs de l'invention sont atteints au moyen de cartes-mere électroniques, qui comportent une fenêtre évidée-rectan- gulaire, de dimensions déterminées et, en outre, au moins un premier connecteur qui est placé le long d'un des côtés de ladite fenêtre et qui est destinée à recevoir un connecteur conjugué porté par une carte additionnelle pour constituer un bus interne #'intercommunica- tion entre la carte mère et la carte additionnelle et ladite carte merle porte, en outre, des circuits logiques déterminés d'une carte maître comportant un microprocesseur qui gère les accés au bus du miniordinateur selon un standard déterminé et les accés au bus interne selon un protocole particulier. L'invention- a pour résultat des mini-ordinateurs qu-i peuvent recevoir des cartes mere de dimensions normalisées pouvant remplir des fonctions spécifiques à certaines applications ou à certains utilisateurs. Les cartes mère selon l'invention comportent les composants et circuits logiques qui sont communs à toutes les applications, notamment un microprocesseur, par exemple un microprocesseur de type 68000 ou 68010 à 16 bits, une horloge, des mémoires mortes ou vives, des circuits logiques, notamment des circuits logiques de gestion des interruptions, des circuits logiques de gestion des liaisons par le bus du mini-ordinateur et des circuits logiques de gestion des liaisons par le bus interne. Les cartes additionnelles portent uniquement des composants et circuits électroniques qui remplissent certaines fonctions spécifiques. Les cartes additionnelles qui exécutent certaines fonctions courantes telles que par exemple les fonctions de conversion analogique à numérique ou des fonctions d'interface avec un lecteur de disquettes ou de cassettes d'un modèle courant peuvent être réalisées en série, de sorte qu'un utilisateur peut se les procurer dans le commerce et les monter tres facilement dans un mini-ordinateur en les enfichant sur une carte mers selon l'invention. Chaque utilisateur peut également créer des cartes additionnelles réalisant des fonctions très spécifiques. La création de ces cartes est facilitée par le fait que tous les circuits logiques permettant les intercommunications par l'intermédiaire du bus du mini-ordinateur ainsi que les intercommunications par l'intermédiaire du bus interne à la carte qui sont des circuits complexes se trouvent déjà sur la carte mère. La fenêtre évidée découpée dans la carte mere permet de loger une carte additionnelle portant des composants et des circuits imprimés plus épais que ceux que l'on peut loger sur une carte additionnelle traditionnelle grâce au gain d'épaisseur procuré par ltevide- ment. Les circuits de la carte additionnelle peuvent accéder au bus du mini-ordinateur. De plus, ils peuvent échanger des données avec les autres composants de la carte mère, notamment avec le microprocesseur de celle-ci ou même entre eux par- l'intermédiaire du bus interne et de la logique de gestion de celui-ci. Les mini-ordinateurs et les cartes mère selon l'invention permettent aux utilisateurs de développer des applications personnalisées. Les cartes mere selon l'invention peuvent être utilises comme un contrôleur intelligent (de disques, de télécommunications). elles peuvent être utilisées également comme une simple carte à unité centrale d'entrée sortie; En bref, l'idée de l'invention est de procurer aux utilisateurs une interface intelligente, simple et standardisée d'accés à un bus par l'intermédiaire d'un microprocesseur à 16 bits de type 68000 ou 68010 et de les laisser libre de créer les cartes nécessaires à leurs applications spécifiques, par exemple pour servir d'interface à diverses machines-outils à commande numérique. Dans les applications à multi-ordinateurs, on utilise un microprocesseur à 16 bits. Il est généralement plus facile pour un utilisateur de développer son propre logiciel pour le même type de microprocesseurs plutôt que d'avoir à écrire un logiciel pour un autre microprocesseur généralement à 8 bits. Les microprocesseurs à 16 bits sont maintenant des circuits intégrés suffisamment peu onéreux pour qu'on puisse envisager de les utiliser valablement dans des applications à bas prix. La description suivante se réfère aux dessins annexés qui représentent, sans aucun caractere limitatif, un exemple de réalisation d'un mini-ordinateur selon l'invention. La figure 1 est une vue d'ensemble d'un mini-ordinateur selon la l'invention. La figure 2 est une vue éclatée en perspective d'une carte mère et d'une carte additionnelle selon l'invention. La figure l représente un mini-ordinateur ou un microordinateur qui est composé d'un boîtier ou châssis 1 portant deux rangées de glissieres horizontales paralleles 2a, 2b qui constituent un ratelier. Chaque paire de glissieres situées dans un même plan vertical reçoit une carte électronique verticale 3 portant divers composants électroniques, notamment des circuits intégrés. Le châssis porte des connecteurs verticaux 4a, 4b qui sont situés dans le plan vertical de chaque paire de glissieres et chaque carte porte, sur sa face arriere, deux connecteurs mâles Sa et 5b, qui s'enfichent respectivement dans les connecteurs 4a et 4b lorsque la carte est en place dans le ratelier. Par exemple,--les connecteurs 4a et 4b sont des socles femelles a 96 trous DIN 41612 et les connecteurs Sa et 5b sont les connecteurs mâles complémentaires ou inversement. Les connecteurs 4a et 4b sont reliés entre eux par des conducteurs contenus dans le boîtier 1 qui constituent des lignes de bus permettant les intercommunications entre les composants placés sur les diverses cartes. La figure 1 représente par exemple un mini-ordinateur conforme aux standards VME et VMX. Selon ces standards, les dimensions des cartes 3 sont normalisées (233,6 x 160 x 1,6 mm), de même que l'écartement entre glissières, la position des connecteurs 4a, 4b et Sa, 5b et le nombre de connexions portées par ces cornecteurs. De même, le protocole d'interconnections des cartes par l'intermédiaire du bus est standardisé et les cartes comportent des circuits d'interface qui répondent è cette standardisation. Les connecteurs 4a et Sa sont les connecteurs qui correspondent par exemple au standard VME bus tandis que les connecteurs 4b et 5b correspondent par exemple au standard VMX bus. Les différentes cartes électroniques communiquent entre elles en s'interconnectant sur une carte dite carte d'interconnection. Un mini-ordinateur comporte une ou plusieurs cartes d'in terconnection, une ou plusieurs cartes dites cartes maître portant chacune une unité centrale de calcul (CPU) en circuit intégré, une ou plusieurs cartes mémoire de masse et selon les applications des cartes La structure des mini-ordinateurs est bien connue et il est inutile de la décrire plus en détail. A ce jour, on trouve sur le marché très peu de cartes esclaves qui répondent aux besoins exacts des utilisateurs. L'utilisateur qui désire adjoindre à son mini-ordinateur une ou plusieurs cartes esclaves capables de réaliser des fonctions particulières doit concevoir et réaliser celles-ci et il est difficile de créer de telles cartes répondant aux caractéristiques des protocoles de communication standardisés qui sont complexes. De plus, les circuits d'interface nécessaires à l'intercommunication selon les standards VME ou VMX ou selon tout autre standard, ont des parties communes à toutes les fonctions. La figure 1 représente une carte mère 3 selon 1l'inven- tion. Les dimensions de cette carte sont normalisées ainsi que les connecteurs Sa et 5b qu'elle porte sur son bord arrière, de sorte que cette carte répond au standard du mini-ordinateur par exemple aux standards VME ou VMX. Cette carte comporte, le long de son bord avant, comme les autres cartes, un panneau de façade 6 perpendiculaire à la carte. Ce panneau porte par exemple des indicateurs lumineux 7. il porte également un connecteur 8 qui permet de connecter la carte sur un module de développement externe qui est connecté à un clavier et un écran d'une part et un connecteur qui permet un branchement sur une autre unité externe de calcul ou de mémoire. Une carte 3 selon l'invention comporte une fenêtre évidée rectangulaire 9 qui est prédécoupée dans le circuit imprimé et qui a une dimension bien déterminée. Elle comporte également plusieurs connecteurs qui sont fixés à la carte mère et qui sont placés le long des cotés de la fenêtre 9. Avantageusement, la carte 3 porte un connecteur 10 qui est un connecteur d'alimentation en puissance, un connecteur 11 qui est connecté sur les connecteurs Sa et 5b et un connecteur 12. La carte mère porte divers composants 13 parmi lesquels un microprocesseur qui est par exemple un microprocessuer 68000 ou 68010 à 16 bits et une horloge 8 MHz.- Elle porte également les circuits logiques d'interface avec les bus du mini-ordinateur et les circuits de gestion des interruptions d'alimentation électrique. Elle porte également les circuits logiques d'interface pour les communications avec les circuits montés sur une carte additionnelle 13 qui vient se placer en regard de la fenêtre 9. Tous ces circuits et composants constituent la partie maître de la carte mère et ils sont immuables et figés quelle que soit la carte additionnelle qui correspond à une fonction particulière définie par l'utilisateur. Une carte électronique mère selon l'invention peut être utilisée dans un mini-ordinateur soit comme carte maître, soit comme carte maître à priorité selon la gestion du mini-ordinateur. La carte électronique additionnelle 13 visible sur la figure 2 est une carte de forme rectangulaire qui est positionnée en regard de la fenêtre 9 et qui est plus grande que celle-ci, de sorte qu'elle déborde au moins sur les trois côtés portant les connecteurs 10, 11 et 12. La carte additionnelle porte également trois connecteurs 10a, îîa et 12a qui sont complémentaires respectivement des connecteurs 10, 11, 12, c'est-à-dire que les uns sont mâles et les autres femelles. La disposition. des connecteurs 10a, îîa et 12a sur toutes les cartes additionnelles est la même et elle correspond la position des connecteurs 10, 11 et 12 de la carte mère, de sorte que n'importe quelle carte additionnelle peut être enfichée sur une carte mère. Les connecteurs 11 et 11a permettent d'établir les interconnexions de la carte additionnelle 13 avec les autres cartes- et/ou avec des unités périphériques par l'intermédiaire des bus du miniordinateur. Les connecteurs 10 et 10a permettent d'alimenter les circuits et composants électroniques fixés sur la carte- additionnell'e. Les connecteurs 12 et 12a constituent un bus d'interconnexion interne entre les composants portés par la carte additionnelle et les composants de la carte mère suivant un protocole interne d'intercommunication. Grâce à ce protocole interne, il est possible de connecter sur une même carte mère des cartes additionnelles remplissant diverses fonctions. Les connecteurs 12 et 12a ont par exemple 70 broches. Les connecteurs 10 et 10a ont par exemple 16 broches. Les connecteurs 11 et 11a ont par exemple 96 broches. La figure 2 est une vue éclatée à plus grande échelle d'une carte mère 3 et d'une carte additionnelle 13. On retrouve sur cette figure une carte mère 3 avec son panneau de façade 6 portant des voyants 7 et m connecteur 8. La carte électronique mère porte divers composants et circuits intégrés notamment par exemple un microprocesseur 14, une horloge 15, des circuits logiques d'interface avec le bus VME 16, des socles 17 pour ltenfichage de mémoires RAM, ROM, EPROM ou EEPROH ayant des capacités comprises entre 8 K octets et 16 Kilo octets ou plus selon les technologies utilisées. En option la carte 3 peut comporter deux connecteurs 18 et 19, dans lesquels viennent s'enficher deux connecteurs conjugués 18a et 19a, portés par une carte additionnelle 20 qui porte des mémoires vives RAM ou des mémoires mortes ROM. La carte mère 3 comporte, sur son bord interne, les deux connecteurs Sa et 5b qui s'enfichent respectivement surales connecteurs 4a et 4b des bus du mini-ordinateur. On voit sur la figure 2 la fenêtre rectangulaire 9 découpée dans la carte 3. On voit également les trois connecteurs 10, 1-1 et 12 places sur la carte 3 parallèlement à trois côtes de la fenêtre 9. La figure 2 représente, en outre, une carte additionnelle 13 qui a une forme rectangulaire et qui est plus grande que la fenêtre. On voit que cette carte porte trois connecteurs 10a, 11a et 12a qui sont complémentaires des connecteurs 10, 11 et 12 et qui sont disposés de façon superposable aux trois connecteurs 10', il et 12, de sorte qu'ils s'enfichent simultanément et respectivement dans les trois connecteurs 10, 11 et 12. La carte 13 porte divers composants et circuits électroniques correspondant aux fonctions désirées. A titre d'exemple non limitatif, la carte 13 peut porter par exemple un circuit intégré réalisant la fonction de convertisseur analogique à numérique à 16 bits ou la fonction inverse et les circuits d'interface permettant l'intercommunication de ce circuit avec les composants de la carte mère par l'intermédiaire du bus interne passant à travers les connecteurs. Suivant un autre exemple, la carte additive peut porter des circuits d'interface entre une mémoire périphérique par exemple un lecteur de disquettes et la carte mère. Suivant un autre exemple, la carte additive peut porter des circuits d'interface entre une mémoire périphérique par exemple un lecteur de disquettes et la carte mère. La figure 2 représente, en outre, schématiquement une unité de développement 21 qui est externe au mini-ordinateur et qui se branche sur le connecteur 8. L'unité 21 comporte un terminal 22 muni d'un clavier et d'un écran qui permet d'entrer des informations dans la carte mère. L'unité 21 peut être connectée sur une unité auxiliaire 23 ce qui permet de charger des programmes ou des informations dans la carte mère à partir de cette unité auxiliaire externe. Ces unités externes 21, 22, 23 permettent d'aider les utilisateurs qui le dé sirent è développer cux-memes leurs propres cartes additionnelles. La fenêtre 9 découpée dans la carte mère présente l'avantage d'un gain d'épaisseur et permet donc de loger sur les cartes additionnelles des composants plus épais tout en respectant l'écarte- ment entre cartes imposé par le châssis normalisé. La liaison entre la carte mère et la carte additionnelle par l'intermédiaire de connecteurs qui constituent respectivement un bus interne entre les deux cartes et une interconnexion directe sur les bus du mini-ordinateur et qui sont implantés suivant une disposition normalisée, permet d'adapter très facilement de nouvelles cartes additionnelles, réalisant des fonctions spécifiques à chaque utilisateur, par simple enfichage de ces cartes sur la carte mère. Des cartes additionnelles réalisant certaines fonctions que l'on rencontre fréquemment peuvent être fabriquées et livrées toutes prêtes aux utilisateurs qui n'ont plus qu'à les enficher. Les utiliser teurs peuvent également créer de nouvelles cartes additionnelles pour effectuer certaines fonctions spécifiques.La conception de ces nouvelles cartes est facilitée par le fait que les circuits d'interface avec les bus du mini-ordinateur se trouvent déjà sur la carte mère. Les cartes mère selon l'invention qui comportent une fenêtre évidée bordée de connecteurs dont la position est standardisée pour recevoir différentes cartes additionnelles réalisant des fonctions spécifiques constituent une nouvelle conception des cartes électroni ques équipant un mini-ordinateur. Elle permet aux utilisateurs de mini-ordinateurs de se procurer à bas prix des cartes qui peuvent être utilisées, soit comme carte maître pourvue d'un microprocessuer, soit comme carte périphérique intelligente, soit comme carte spécifique pour des applications particulières. Une carte mère selon l'invention porte une carte additionnelle qui est soit une carte standardisée, soit une carte créée par l'utilisateur et qui permet d'utiliser un mini-ordinateur dans une large variété d'applications. La carte additionnelle est interconnectee avec la carte mère par deux ou trois connecteurs. Ces connecteurs et les signaux qu'ils transmettent procurent à la carte additionnelle les signaux du bus interne et les signaux du bus du mini-ordinateur. La fonction d'une carte selon l'invention dans un miniordinateur est déterminée par la carte additionnelle qui est montée sur lui et par le logiciel qui est enregistré sur une mémoire de la carte mère. Ceci permet à un utilisateur d'utiliser différentes cartes, réalisant chacune une fonction différente, mais utilisant toutes une même carte mère de coût réduit. Le bus interne permettant les intercommunications entre les circuits de la carte mère et ceux de la carte additionnelle fonctionne en mode asynchrone. L'échange de données est lancé par le maître. L'esclave contrôle la durée du transfert et envoie un acquittement lorsque le transfert est terminé. Après réception de l'acquittement, le maître met fin au cycle de transmission de données. Le maître et l'esclave peuvent être soit la carte mère, soit la carte additionnelle. La carte mère porte des circuits logiques d'arbitrage du bus interne de transmission de données afin d'éviter l'acces simultané de deux cartes maître au bus interne et de planifier les demandes du bus pour optimiser l'utilisation de celui-ci. REVENDICATIONS 1. Carte électronique mère, destinée à l'équipement de mini-ordinateurs répondant à un standard déterminé, laquelle carte comporte des connecteurs (5a, 5b) et des circuits logiques permettant des interconnections entre cartes par un bus, caractérisée en ce qu'elle comporte une fenêtre évidée rectangulaire (9) de dimensions déterminées et elle comporte, en outre, au moins un premier connecteur (12) qui est placé le long d'un des côtés de ladite fenêtre et qui est destiné à recevoir un connecteur conjugué porté par une carte additionnelle pour constituer un bus interne d'intercommunication entre la carte mère et ladite carte additionnelle et ladite carte mère porte, en outre, des circuits logiques déterminés d'une carte maître comportant un microprocesseur qui gère à la fois les accés au bus du miniordinateur selon ledit standard déterminé et les accés au bùs interne selon un protocole particulier. 2. Carte électronique mère selon la revendication 1, ca ractérisée en ce qu'elle porte trois connecteurs (10, 11, 12) qui sont disposés le long de trois côtés de ladite fenêtre qui sont destinés à recevoir trois connecteurs oonjugués portés par une carte additionnelle avec lesquels ils constituent respectivement un bus interne à la carte mère, un accés direct de la carte additionnelle au bus du mini-ordinateur et une liaison de la carte additionnelle avec les circuits d'alimentation électrique. 3. Carte électronique mère selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 du type comportant un panneau de façade (6), caractérisée en ce qu'elle comporte, en outre, un connecteur (8) qui est situé sur ledit panneau de façade et qui est destiné au branchement d'une unité externe (21) de développement assurant l'interface avec un terminal (22) équipé d'un clavier et d'un écran. 4. Carte électronique additionnelle destinée à être connectée sur une carte mère selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle présente une surface rectangulaire supérieure à celle de ladite fenêtre évidée (9) et elle porte, le long d'un de ses côtés, un connecteur (12a) conjugué dudit premier connecteur (12)- de la carte mère et ladite carte additionnelle porte des composants et circuits électroniques qui remplissent une fonction spécifique en association avec les composants et circuits portés par la carte mère. 5. Carte électronique additionnelle selon la revendication 5 destinée à être connectée sur une carte mère selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comporte, le long de trois de ses côtés, trois connecteurs (10a, lia et 12a) qui sont conjugués des trois connecteurs (10, 11 et 12) de ladite carte mère et qui s'engagent simultanément dans ceux-ci. 6. Mini-ordinateur, caractérisé en ce qu'il comporte une ou plusieurs cartes électroniques mère selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 pouvant recevoir chacune une carte additionnelle selon l'une quelconque des revendications 4 et 5.