MULTIPROCESSOR SYSTEM

Abstract: 1. A system composed of an application-orientated system (AS), the system components (P1, P2, S11, S21, S22, PER) of which are connected by a communications bus (KB) comprising information-and control lines, and of a software development system (ES) with associated peripheral equipment (PG), where these two systems are coupled via a test interface matching unit (TA), characterised in that a common bus access control unit (ZA) is provided, that the transmission of addresses, data, requests and control informatio takes place in a fixed time slot pattern in accordance with a t.d.m, procedure via the information lines and that the bus access control (ZA) takes place by means of a coded four-phase control via at least two control lines of the communications bus (KB), in such manner that a line status in each case changes from phase to phase, that the function of the communications bus (KB), e.g. read-out, writein, transmission in a plurality of transmission phases, e.g. request phase, access phase, is specified to be such that the transmission phases are clearly identified by the line status of a plurality of control lines of the communication bus (KB), that the number of control lines is made a plurality, and that a forwards fault correction is used on the information lines.

Description: Mehrrechnersystem Die Erfindung bezieht sich auf ein Mehrrechnersystem, bestehend aus einem anwendungsbezogenen System und einem Software-Entwicklungssystem, insbesondere mit mehreren Hikrorechnern, deren Systemkomponenten durch ein Informationsleitungen und Steuerleitungen umfassen- des Busleitungssystem (Kommunikationsbus) miteinander verknüpft sind und mit einer an das Busleitungssystem angeschlossenen zentralen Steuereinrichtung. Mehrrechnersysteme auf der Basis von Mikrorechnern, deren funktioneller Ablauf zentral gesteuert wird, steht die Verwendung in einer grossen Vielfalt von Einsatzspektren offen. Die Vorteile derartiger Strukturen sind die funktionelle Aufteilung von Hardware und Software und die Erweiterbarkeit. Durch Verbesserung der Hardware kann der Software-Anteil bei den Ubertragungs- prozeduren verringert und die Cbertragungsrate erhöht werden. Der Aufbau eines Mehrrechnersystem wird wesentlich durch das Kommunikationssystem bestimmt, das die einzelnen Rechner untereinander verbindet und den Datenaustausch zwischen diesen ermöglicht. Ein grosser Teil der Rechnersysteme verwendet Bus-Systeme unterschiedlicher Ausbildung und Leistungsfähigkeit. Das sogenannte Uni-Bus-System arbeitet mit einer gemeinsamen Sammelschiene zwischen den Rechnern,über die die gesamte Kommunikation erfolgt. Dem Vorteil des geringen Aufwandes und der einfachen Erweiterbarkeit dieses Bus-Systems steht der begrenzte Durchsatz und der totale Ausfall bei Auftreten eines Fehlers in der Bus Steuerung entgegen. Derartige Mehrrechnersysteme mit zugehörigem Bus-System sind bekannt (Electronik, 1979, Ein Multi-Mikrocomputersystem am Arbeitsplatz, 1. Teil, Heft 19, Seiten 87 bis 90, 2. Teil, Heft 20, Seiten 73 bis 77). Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges Mehrrechnersystem der eingangs genannten Art mit hoher Verfügbarkeit und Erweiterbarkeit anzugeben, in dem der Aufwand für die Software-Ehtwicklung bei guter Testunterstützung möglichst klein gehalten werden kann und das ausserdem eine ausreichende Fehlertoleranz ermöglicht. Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass die Systemkomponenten eines Anwendungssystems für die Durchführung eines Programmablaufs im Anwendungsbetrieb und ein selbständiges Rechnersystem mit Peripherieausstattung zur Software-Entwicklung über ein gemeinsames aus Informations- und Steuerleitungen bestehendes Busleitungssystem mit gemeinsamer Buszu griffssteuerung für den Informationsaustausch unter Zwischenschaltung von Testschnittstellenanpassungen verkoppelt sind. Vorteile der Trennung des anwendungsbezogenen Systems vom Software-Entwicklüngssystem bestehen vor allem darin, dass#nur ein anwendungsbezogenes Programm für die Rechner des Anwendungssystems entwickelt werden muss, während die Untersbützungsprogramse in Entwicklungssystemen für viele Anwendungen wiederverwendet werden können. Ausserdem kann der Rechner des Enfiwicklungs- systems, der ein kommerziell erhältlicher Rechner sein kann, und seine Periphnrieausstattung bei anderen Pro Jekten weiter verwendet werden. Infolge der Kopplung von Anwendungssystem und Entwicklungssystem über denselben Kommunikationsbus, der auch die Verbindung innerhalb des Anwendungssystems realisiert, kann die Anforderung an die Testschnittstelle, eine Dokumentation und Beeinflussung des Programmablaufs ohne wesentliche Beeinflussung des Realzeitverhaltens zuzulassen, in besonders einfacher Weise erfüllt werden. Uber eine solche Testschnittstelle kann z.B. vom Entwicklungsrechner der Programmablauf im Anwendungssystem an bestimmten auswählbaren Adressen angehalten bzw. fortgesetzt werden und der gesamte Zustand des Anwendungssystems gelesen und modifiziert werden. Gemäss einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann das Busleitungssystem (Kommunikationsbus) im Anwendungssystem für wenigstens einen Teil seiner Rechner zusätzlich mit je einem eigenen privaten Bus ausgerüstet werden, der diese Rechner mit dem ihnen zugeordneten Speicher verbindet. Ein anderer Vorteil besteht darin, dass jede Speicherund Peripherieeinheit bei einem Ausfall ihres Rechners verfügbar bleiben kann, wenn sie zusätzlich auch am Kommunikationsbus angeschlossen ist. Eine solche Struktur ermoglicht einen hohen Durchsatz für den Verkehr zwischen jedem Rechner und dessen Speicher. Sie erlaubt aber auch die Weiterbenutzung der Komponenten über den Kommunikationsbus, wenn ein privater Bus ausfällt. Hierfür ist es erforderlich, dass über den Kommunikationsbus notfalls der gesamte Speicher- und Peripherieverkehr eines Rechners abgewickelt werden kann. Um beim Ausfall einzelner Systemkomponenten den Kommunikationsbus funktionstüchtig zu halten, wird gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Anzahl der Steuerleitungen im Kommunikationsbus zur Verbesserung der Ausfallsicherheit durch Vervielfachung dieser Anzahl mit ausreichender Redundanz bemessen und auf den Inforinationsleitungen des Kommunikationsbus die Verwendung einer Vorwärtsfehlerkorrektur vorgeschlagen. Infolge der sich hieraus ergebenden Erhöhung der Anzahl der Leitungen eines Kommunikationsbus sowie des Aufwandes für Sende- und Empfangs schaltungen mit Fehlerkorrekturlogik ist es vorteilhaft, gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung Adressen, Daten, Anforderungen und Steuerinformationen in einem festen Zeitraster im Zeitmultiplexverfahren über dieselben Informationsleitungen des Kommunikationsbus zu übertragen. Diese Forderung hat bei der erforderlichen Buslänge und Ubertragungsgeschwindigkeit keine Probleme durch Laufzeiteffekte zur Folge. Die Taktzeit des Zeitrasters kann dabei an die Buslänge angepasst werden. Die dem Kommunikationsbus zugeordneten privaten Busleitungen sind so ausgebildet, dass jeder nur jeweils ein Rechner zugeordnet ist. Dadurch entstehen keine Buszugriffskonflikte. Jeder Rechner kann über den privaten Bus auf die ihm zugeordnete Speicher- oder Peripherieeinheit zugreifen und warten, bis die angesprochene Systemkomponente antwortet. Die Übertragung auf dem privaten Bus erfolgt dabei im Handshake Timing. Am Kommunikationsbus sind dagegen stets mehrere Rechner angeschlossen, deren Anforderungen an die anderen Systemkomponenten über das Busleitungssystem sich nicht gegenseitig beeinträchtigen dürfen. Die Informationsübertragung auf dem Kommunikationsbus erfolgt im festen Zeitraster, wobei eine zentrale Schaltung (Arbiter) die Regelung der Buszugriffe vornimmt. Alle Informationsübertragungen auf dem Kommunikationsbus erfolgen in einer Richtung, derart, dass beim Lesen aus einem Speicher nur der Lesewunsch und die Adresse übertragen wird und dass der Speicher den Speicherinhalt in einem weiteren Buszyklus zurückmeldet, sobald dieser verfügbar ist. Auf diese Weise bleibt ein hoher Busdurchsatz auch beim Anschluss langsamer Geräte erhalten. Die Erfindung und weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Figuren 1 bis 3 näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines Mehrrechnersystems gemäss der Erfindung, Fig. 2 und 3 eine Darstellung einer Vierphasensteuerung unter Verwendung von zwei oder mehr Leitungen. Die Fig. 1 zeigt die Aufteilung eines Mehrrechnersystems in ein Anwendungssystem AS und ein Entwicklungssystem ES, die durch eine Testschnittstellenanpassung TA miteinander verkoppelt sind. Das Anwendungssystem besteht aus einer Mehrrechneranlage von z.B. 2 bis 10 Rechnern Pl, P2 und eine Anzahl von weiteren Systemkomponenten, z.B. Speichern S1.1, S2.1, S2.2, Peripheriegeräten PER. Die Verknüpfung der einzelnen Systemkomponenten, wie Rechner, Speicher und Peripheriegeräte erfolgt durch einen Systembus, der aus einem Kommunikationsbus KB und einer oder mehreren privaten Busleitungen PB gebildet wird. In der Verbin dungsstruktur, die diesen Systembus bildet, ist eine Redundanz vorgesehen, damit im Anwendungssystem nicht nur spezielle Teilausfälle überbrückt werden können. Das Entwicklungssystem ES dient der Entwicklung von Software für das Anwendungssystem. Die Bestandteile des Entwicklungssystems ES sind im wesentlichen ein handelsüblicher Entwicklungsrechner und eine Anzahl von Peripheriegeräten PB. Die für sich selbständigen Systeme AS und ES sind über die Testschnittstellenanpassung TA miteinander verbunden, die eine Dokumentation und Beeinflussung des Programmablaufes ohne wesentliche Beeinflussung des Realzeitverhaltens zulässt. Cber diese Testschnittstellenanpassung TA kann z.B. vom Entwicklungsrechner ES der Programmablauf im Anwendungssystem AS an bestimmten auswählbaren Adressen angehalten bzw. fortgesetzt werden und der vollständige. Zustand des digitalen Feuerleitsystems des Anwendungssystems AS ermöglicht den Anschluss einer einheitlichen Testschnittstelle an das Zielsystem. Der Anschluss kann dabei in solcher Weise erfolgen, dass im Einsatz keine Komponenten, die nur dem Test und der Erprobung dienen, im System verbleiben. Die im Anwendungssystem AS neben dem Komminikationsbus KB vorgesehenen privaten Busleitungen PB verbinden jeweils einen Rechner mit eine oder mehreren ihm unmittelbar zugeordneten Speichern, z.B. Rechner Pl und Speicher S1.1 oder Rechner P2 und Speicher S2.l, S2.2. Die gleichzeitige Verwendung des als Hommunika- tionsbus bezeichneten gemeinsamen Leitungssystems KB und der privaten Busleitungen PB der einzelnen Anwen dungsrechner ermöglichen den Aufbau hierarckiereier Mehrrechner-Systeme aus verschiedenen Anwendungsrech nertypen. Die privaten Busleitungen, über die ein Rechner, z.B. Pl, jederzeit ohne Buszugriffszugriffskonflikte auf die Zielrechner spezifischen Programme und lokalen Daten in privaten Speichern, z.B. in 31.1, zugreifen kann, vermindern die Uberlastungsgefahr des Kommunikationsbus wesentlich, insbesondere in grossen Systemen. Uber Busanpassungen TP1, TP2 sind die Rechner und gegebenenfalls Speicher mit dem Kommunikationsbus KB verbunden. Darüber wird eine direkte Kommunikation zwischen den Rechnern, z.B. Pl mit P2, ein Informationsaustausch über am Kommunikationsbus angeschlossene Speicher, z.B. S1.1, sowie der Zugriff auf gemeinsam benutzte Peripheriegeräte PER ermöglicht. Die Benutzung des Kommunikationsbus KB durch mehrere gleichgestellte Rechner erfordert eine Regelung der Buszugriffe. Sie erfolgt durch eine zentrale Schaltung, dem Arbiter ZA, der die Ubertragung auf den Kommunika- tionsbus in einem festen Zeitraster steuert. Die Wirkungsweise der zentralen Bus-Zugriffs steuerung wird anhand der Figuren 2 und 3 näher erläutert#. Der eigentlichen Ausführung von Funktionen des Kommunikationsbus über dessen Informationsleitungen, wie z.B. Lesen oder Schreiben, muss die Steuerung der Ubertragungsphasen auf dem Kommunikationsbus vorausgehen. In einer einfachen Lösung werden zur Steuerung vier Phasen benötigt, z.B. die Anforderungsphase, die Zugriffserlaubnis, die Funktion und Zielangabe und die Datenund Quellenangabe. Eine einfache Vier-Phasensteuerung unter Verwendung von zwei Leitungen ist in Fig. 2 dargestellt. Durch den jeweiligen Leitungszustand PH7 und PH2 auf den beiden Leitungen sind vier Übertra gungsphasen eindeutig unterscheidbar. Die jeweilige Änderung eines Leitungsz'#standes, z.B. von hohem Potential auf Nullpotential oder umgekehrt, dIent dabei als Taktsignal. Zwischen einer Änderung des Leitungszustandes, z.B. PH2 und einer darauf folgenden Änderung des Leitungszustandes Po1 liegt eine bestimmte Ubertragungsphase, z B. die mit REQ bezeichnete Anforderungsphase vor. Die übrigen Bezeichnungen GR, FCT, DAT betreffen die übrigen Ubertragungsphasen, Zugriffserlaubnis, Funktion und Zielangabe und Datenund Quellenangabe. Eine erweiterte Vier-Phasensteuerung, bei der eine Leitungszustandsänderung einer dritten Leitung ausgenutzt wird, ist in Fig. 3 dargestellt. Der Leitungszustand PH3 der dritten Leitung wird nur dann verändert, wenn sich die Leitungszustände PH1 und PH2, welche die Ubertragungsphase bestimmen, nicht ändern. Durch diese Erweiterung lässt sich die Lei stungsfähigkeit des Leitungsbussystems verbessern, ohne dass ein zusätzlicher Takt erforderlich ist. Die Leistungsverbesserungen bestehen unter anderem darin, dass eine mehrstufige Anforderungsabfrage und/oder eine Wiederholung der Anforderungsphase, wenn keine Anforderungen vorliegen, erfolgen kann. Es ist auch eine mehrfache Wiederholung der Datenphase für grössere Datenmengen möglich. Eine Systemkomponente, die sich nur über Sammelleitung melden konnte, wird gespeichert und anschliessend in einem Suchvorgang identifiziert. 6 PatentansprUche 3 Figuren

Claims: fatentansprüche 1. Mehrrechnersystem, bestehend aus einem anwendungsbezogenen System und einem Software-Entwicklungssystem, insbesondere mit mehreren Mikrorechnern, deren Systemkomponenten durch ein Informationsleitungen und Steuerleitungen umfassendes Busleitungssystem (Kommunikationsbus) miteinander verknüpft sind und mit einer an das Busleitungssystem angeschlossenen zentralen Steuereinrichtung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Systemkomponenten (P1, P2; ; So,?, 82.1, S2.2, PER) eines Anwendungssystems (AS) für die Durchführung eines Programmablaufs im Anwendungsbetrieb und ein selbständiges Rechnersystem (Entwicklungssystem ES) mit Peripherieausstattung (PG) zur Software-Entwicklung über ein gemeinsames aus Informations- und Steuerleitungen bestehendes Busleitungssystem (Kommunikationsbus) (KB) mit gemeinsamer Buszugriffssteuerung (Arbiter) (ZA) für den Informationsaustausch unter Zwischenschaltung von Testschnittstellenanpassungen (TP1, TP2) verkoppelt sind. 2. Mehrrechnersystem nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zusätzlich zum Kommunikationsbus (KB) für wenigstens einen Teil der Rechner (P1, P2) für den Anwendungsbetrieb je ein eigener privater Bus (PB1, PB2) vorgesehen ist, der diese Rechner (P7, P2) mit ihren zugeordneten Speichern (S1.1; S2.1; S2.2) verbindet. 3. Mehrrechnersystem nach Anspruch 1 oder 2, d a durch u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass Anzahl der Steuerleitungen im Kommunikationsbus ( B ) zur Verbesserung der Ausfallsicherheit durch Vervielfachung dieser Anzahl mit ausreichender Redundanz bemessen ist. 4. Mehrrechnersystem nach einem der vorhergehenden An sprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et , dass auf den Xnformaticnsleitungen des Kommu nikationsbus (KB) eine Vorwärtsfehlerkorrektur ver wendet wird. 5. Mehrrechnersystem nach einem der vorhergehenden An sprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Ubertragung von Adressen, Daten, An forderungen und Steuerinformationen in einem festen Zeitraster im Zeitmultiplexverfahren über die Informationsleitungen und die Bus-Zugriffssteuerung (Arbiter ZA) mittels einer codierten Vierphasensteue rung über wenigstens zwei Steuerleitungen des Kommu nikationsbus (KB) erfolgt, derart, dass sich von Phase zu Phase jeweils ein Leitungszustand ändert und dass die Funktionen des Kommunikationsbus (kr), z.B. Lesen, Schreiben, Ubertragen durch mehrere Ubertragungspha sen, z.B. Anforderungsphase, Zugriffserlaubnis (Bus Zugriffssteuerung) bestimmt sind, derart, dass die Ubertragungsphasen durch den Leitungszustand mehrerer Steuerleitungen des Kommunikationsbus (KB) eindeutig gekennzeichnet sind. 6. Mehrrechnersystem nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, dass die Taktzeit des Zeitrasters an die Buslänge angepasst ist.

Inventors: SCHURLEIN, BERNHARD, DR., Schürlein, Bernhard, Dr.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT BERLIN UND MUNCHEN
Application year: 1982
Main classification: G06F13
IPC codes: G06F11, G06F13