Brevet FR2678083A1 — publié le 19921224

Système de transmission d'un système informatique embarqué L'invention concerne un système de transmission d'un système informatique embarqué qui constitue par exemple un réseau informatique ferroviaire. L'introduction à bord des véhicules ferroviaires de calculateurs numériques reliés par un réseau local permet simultanément de réduire le câblage et de procurer aux utilisateurs de nouvelles facilités pour l'exploitation en fournissant, en ligne ou à l'arrêt, une vue synthétique du comportement des principaux équipements de la rame Ce réseau est constitué d'une ligne de transmission (médium) le long de laquelle sont insérés des coupleurs de communication intelligents assurant l'interface entre chaque utilisateur et le réseau. Dans le domaine ferroviaire, l'utilisation d'un réseau informatique n'est pas chose aisée Les contraintes à surmonter sont de plusieurs types Les contraintes mécaniques affectent la continuité permanente du médium En effet, les vibrations subies par la connectique peuvent entraîner des microcoupures Les perturbations électromagnétiques importantes provenant des organes de puissance influencent les signaux sur le médium et les coupleurs Il faut également tenir compte des contraintes climatiques. Pour faire face aux contraintes ferroviaires, la société Alsthom a développé un réseau spécifique connu sous le nom déposé TORNAD C'est un réseau à topologie en anneau et utilisant un protocole basé sur des mécanismes de passage de jeton Le médium est une ligne bifiliaire torsadée et blindée Pour obtenir la haute immunité au bruit, indispensable dans un environnement ferroviaire, le réseau utilise un code en ligne à spectre étroit type HDB 3 Ce codage non polarisé permet, en outre, un isolement galvanique par transformateur au niveau de chaque coupleur protégeant ainsi les autres coupleurs des risques d'éblouissement (propagation d'un parasite le long de la ligne). Deux modes de circulation du jeton et des trames d'informations peuvent être utilisés: le mode boucle et le mode ping pong Le mode boucle est utilisé en temps normal; il impose que la ligne de transmission soit refermée sur elle-même Le mode ping pong est utilisé si une ouverture ou un court-circuit est détecté en un point quelconque -2- de la ligne de transmission. Les coupleurs possèdent deux modes de fonctionnement: le mode transparence et le mode émission Dans le mode transparence, le coupleur se comporte comme un répéteur dont le sens dépend de la phase de protocole (mode ping pong) Le répéteur permet de régénérer le signal du point de vue de l'amplitude, mais aussi du point de vue de la phase. Pour émettre un message, le coupleur doit quitter ce mode de transparence et passer en mode émission. En cas de panne d'une voie de sortie d'un équipement, le sens de propagation de l'information est inversé. Ce réseau informatique a été décrit dans un article de D DUHOT intitulé: "TORNAD" Réseau Informatique Haute Disponibilité, publié dans la revue Alsthom, N O 8, 1987. Il est apparu nécessaire de faire évoluer ce réseau afin d'obtenir des performances, une fiabilité et une standardisation accrues en préservant les schémas de câblage utilisés précédemment Pour cela, l'invention prévoit de mettre en oeuvre un système de communication standard répondant à la norme IEEE 802 4 ou ISO 88002 4 sur un système de transmission adapté aux contraintes ferroviaires Le respect des schémas de câblage existants sera assuré par l'utilisation de liaisons point-à-point entre les abonnés du réseau Ces liaisons seront assurées par des câbles paires torsadées blindées L'augmentation de la fiabilité peut être obtenue en redondant les liaisons point-à-point Ce nouveau système de transmission sera désigné par la suite sous le nom de TORNAD*. Pour parvenir à cette évolution, on utilise, selon la présente invention, des liaisons point-à-point entre les équipements à relier (ces liaisons nécessitant normalement un protocole adapté) en association avec un protocole de bus à jeton (utilisé normalement sur un bus physique). L'invention a donc pour objet un système de transmission d'un signal entre des équipements d'un système informatique embarqué, les équipements étant connectés par une ligne de transmission, le système de transmission utilisant un protocole à jeton, caractérisé en ce que la ligne de transmission est formée de liaisons point-à-point -3- bidirectionnelles formant une chaîne ouverte, le protocole à jeton étant du type bus à jeton, c'est-à-dire suivant la norme IEEE 802 4. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages et caractéristiques particulières apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, accompagnée des dessins annexés parmi lesquels: les figures 1 et 2 sont illustratives d'une ligne de transmission de type point-à-point, les figures 3 et 4 illustrent la manière dont est réalisée l'émission d'un signal pour un équipement du système selon l'invention, les figures 5 et 6 illustrent la manière dont est réalisée la réception d'un signal pour un équipement du système selon l'invention, la figure 7 illustre le fonctionnement d'un répéteur associé à un équipement du système selon l'invention. Sur la figure 1, on a représenté trois abonnés Si, 52 et 53 connectés par une ligne de transmission formée de liaisons point-à- point Les segments 1 et 2 de la ligne de transmission sont constitués par des paires torsadées blindées L'abonné 52, non terminal, est connecté en tout à quatre fils de câblage Aux extrémités des lignes, on prévoit des bouchons de terminaison d'impédance caractéristique sur lesquels meurt le signal Dans le cas représenté à la figure 1, Si émet un signal dans les deux directions du réseau 52 et 53 reçoivent l'information et la régénèrent dans la direction opposée à Si. A la figure 2, on a représenté une liaison point-à-point redondante L'abonné 52 est connecté à l'abonné Si par deux paires torsadées et à l'abonné 53 également par deux paires torsadées. L'équipement d'un abonné qui émet un signal, l'émet dans les deux directions Ceci est représenté, pour un abonné Si, à la figure 3 dans le cas d'une émission point-à-point non redondante et à la figure 4 dans le cas d'une émission point-à-point redondante. A la figure 5, on a représenté un abonné Si recevant des signaux des deux directions grâce à ses paires torsadées, la liaison point-à-point n'étant pas redondante Dans ce cas, le premier signal reçu est choisi comme signal de réception. A la figure 6, on a représenté un abonné SI recevant des signaux 4- des deux directions grâce à ses paires torsadées, la liaison point-à- point étant redondante Dans ce cas également, le premier signal reçu est choisi comme signal de réception. Un équipement qui reçoit un signal d'une direction, le réémet dans l'autre direction. Selon l'invention, les liaisons point-à-point sont bidirection- nelles Ceci peut être assuré par des répéteurs Ces répéteurs permettent à la ligne de transmission de se comporter comme un bus physique. La figure 7 illustre le fonctionnement d'un tel répéteur associé à chaque équipement C'est au répéteur 5 que sont connectés les segments de la ligne de transmission 31 et 32 dans le cas d'une liaison non redondante Le répéteur comporte deux transformateurs 6 et 7 Les segments de ligne sont connectés aux primaires des transformateurs qui disposent chacun de deux enroulements secondaires auxquels sont connectés des émetteurs différentiels El et E 2 et des récepteurs différentiels Rl et R 2 Ces émetteurs et récepteurs différentiels assurent l'adaptation de niveau entre un signal porté par le câble et un signal logique (par exemple TTL) présent sur le circuit électronique 8 qui gère la polarisation des liaisons et la régénération du signal. L'accès de l'équipement informatique 9 aux câbles 31, 32 via le répéteur est géré par le contrôleur de protocole 10. Si on désire une liaison redondante, ceci implique la présente de deux répéteurs par équipement et l'existence d'une logique supplémentaire de gestion des deux répéteurs selon un critère de choix, le premier message arrivé par exemple Cette logique supplémentaire est située à l'entrée de l'équipement. Un signal arrivant par le segment de ligne 31 est transmis par le transformateur 6 au récepteur Rl puis au circuit 8 qui permet à l'équipement associé au répéteur de prendre connaissance des informations contenues dans le signal Après régénération, le signal est transmis à l'émetteur E 2 puis, par l'intermédiaire du transformateur 7, au segment de ligne 32. Il est avantageux de faire fonctionner ce système de transmission TORNAD* pour un paramétrage particulier de la norme 802 4: -5- le code de transmission est le code FMO ou Manchester différentiel, le préambule est un signal carré de rapport cyclique 1 et de fréquence moitié de la fréquence bit (par exemple 500 kilobits/seconde, 1 mégabit/ seconde, 2 mégabits/seconde) et de longueur supérieure à 8 bits,5 la longueur maximale admissible de la trame est de 64 kilobits. L'invention fournit un système qui offre tous les avantages d'un système bus et qui évite ses inconvénients, par exemple l'affaiblissement du signal, la difficulté de rajouter un équipement sur la ligne de transmission.10 Avec le système selon l'invention TORNAD*, un signal met environ 3 as pour passer d'un segment à un autre Avec le système de l'art antérieur baptisé "TORNAD", le retard est de 25 Us car le message transitant par un équipement nécessite d'être partiellement interprétré avant d'être réémis.15 Le système selon l'invention présente aussi de très bonnes caractéristiques de qualité Sur un segment de 500 m de câble (paire torsadée blindée), le taux d'erreur bit est de 10 pour un niveau de bruit sur le récepteur égal à 200 m V efficaces Le retard représente au maximum un soixantième de la durée du message alors que pour le système20 précédent il est supérieur au dixième de la durée du message. Concernant la taille des trames, le système selon l'invention présente également des avantages La taille des trames peut être comprise entre 23 octets et environ 200 octets et un équipement peut émettre plusieurs trames à la fois Pour le système précédent la taille des trames est comprise entre une dizaine d'octets et 128 octets et un équipement ne peut émettre qu'une trame à la fois. Le système selon l'invention, muni de la redondance, tolère une coupure de câble sans aucune dégradation de fonctionnement Le système de l'art antérieur tolère également une coupure de câble mais cela30 provoque un changement de mode de fonctionnement et de son protocole. " * -6- REVENDICATIONS 1/ Système de transmission d'un signal entre des équipements d'un système informatique embarqué, les équipements étant connectés par une ligne de transmission, le système de transmission utilisant un protocole à jeton, caractérisé en ce que la ligne de transmission est formée de liaisons point-à-point bidirectionnelles formant une chaîne ouverte, le protocole à jeton étant du type bus à jeton, c'est-à-dire suivant la norme IEEE 802 4. 2/ Système de transmission selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal se propage d'une liaison à une liaison adjacente grâce à un répéteur associé à chaque équipement. 3/ Système de transmission selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les liaisons point-à-point sont réalisées par des segments de ligne paire torsadée blindée. 4/ Système de transmission selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les liaisons sont redondantes.