УСТРОЙСТВО ВВОДА/ВЫВОДА ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ И/ИЛИ ПРИЕМА ДАННЫХ НА И/ИЛИ ОТ УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ
INPUT OUTPUT DEVICE TRANSFERRING AND/OR RECEIVING DATA TO/FROM CONTROL DEVICE

Настоящее изобретение относится к устройству ввода/вывода для передачи и/или приема данных на и/или от устройства управления.
Классически, устройство управления содержит множество ввода/вывода. Эти входы-выходы интегрированы на устройство управления.
Число ввода/вывода колеблется в зависимости от использования устройства управления.
Например, если устройство управления установлено в летательном аппарате, оно должно обрабатывать принятые данные, передаваемые различными устройствами в соответствии с разными протоколами связи.
Кроме того, если устройство управления меняют, условия безопасности в области авионики предписывают изготовителю летательного аппарата или оборудования осуществлять многочисленные тесты для обеспечения надежности предлагаемого им устройства управления. Эти тесты на надежность являются очень дорогими и часто очень продолжительными.
Настоящее изобретение призвано устранить недостатки известных решений и предложить устройство ввода/вывода, которое может легко обеспечивать меняющееся число ввода/вывода для устройства управления.
В связи с этим первым объектом изобретения является устройство ввода/вывода, передающее на устройство управления и/или принимающее от него данные, при этом устройство ввода/вывода выполнено с возможностью передачи данных на устройство управления по физической линии связи типа Ethernet согласно протоколу UDP/IP, при этом устройство ввода/вывода связано с множеством устройств обработки или сбора данных по меньшей мере через одну линию связи, отличную от физической линии связи Ethernet, и тем, что устройство ввода/вывода содержит средство для подключения по меньшей мере одного другого устройства ввода/вывода к линии Ethernet и для управления передачей данных по линии Ethernet данных, передаваемых устройствами ввода/вывода на устройство управления.
Таким образом, устройство ввода/вывода, сообщающееся с устройством управления через физическую линию связи типа Ethernet, может быть отделено от устройства управления. Если необходимо осуществить обновление или замену устройства управления, нет необходимости в повторной сертификации устройства ввода/вывода. Таким образом, уменьшается число тестов на надежность в области авионики.
Кроме того, при наличии средств для подключения другого устройства ввода/вывода число свободных вводов/выводов, необходимых для устройства управления, может меняться. При управлении передачей данных по линии Ethernet, передаваемых устройствами ввода/вывода на устройство управления, необходима только одна связь Ethernet для соединения устройства управления с вводами/выводами.
Согласно частному варианту изобретения, устройство ввода/вывода содержит средство построения Ethernet-кадров, средство анализа Ethernet-кадров и средство хранения данных.
Таким образом, устройство управления нуждается только в одном типе связи для установления сообщения с приборами, сообщающимися между собой в соответствии с другим протоколом и/или с другим связующим фактором передачи. Сертификация устройства управления для приложений авионики упрощается.
Согласно частному варианту изобретения, средства подключения по меньшей мере одного другого устройства ввода/вывода представляют собой коммутатор, при этом коммутатор обеспечивает передачу Ethernet-кадров от устройства ввода/вывода на устройство управления или передачу Ethernet-кадров от другого устройства ввода/вывода на устройство управления.
Таким образом, для соединения устройства управления с вводами/выводами необходима только одна связь Ethernet.
Согласно частному варианту изобретения, средство подключения по меньшей мере одного другого устройства ввода/вывода представляет собой логический вентиль с тремя состояниями, управляемый таким образом, что находится в состоянии высокого импеданса, когда устройство ввода/вывода не передает Ethernet-кадры на устройство управления.
Таким образом, для соединения устройства управления с вводами/выводами необходима только одна связь Ethernet.
Согласно частному варианту изобретения, средства управления передачей по линии связи Ethernet запускают передачу Ethernet-кадра от устройства ввода/вывода на устройство управления после получения синхронизирующего Ethernet-кадра, переданного устройством управления.
Таким образом, настоящее изобретение позволяет упростить управление передачей Ethernet-кадров и избегать коллизий.
Согласно частному варианту изобретения, средства управления передачей по линии связи Ethernet запускают передачу Ethernet-кадра от устройства ввода/вывода на устройство управления после получения Ethernet-кадра, переданного устройством управления в одно из устройств ввода/вывода, или после передачи Ethernet-кадра, преданного другим устройством ввода/вывода.
Таким образом, настоящее изобретение позволяет упростить управление передачей Ethernet-кадров и избегать коллизий.
Согласно частному варианту изобретения, устройство ввода/вывода содержит средства выбора момента, в который устройство ввода/вывода передает Ethernet-кадр на устройство управления.
Таким образом, можно параметрировать порядок, в котором устройства ввода/вывода передают Ethernet-кадры.
Согласно частному варианту изобретения, средства управления передачей по линии связи Ethernet запускают передачу Ethernet-кадра от устройства ввода/вывода на устройство управления в соответствии с темпом, задаваемым тактовым генератором.
Таким образом, настоящее изобретение позволяет упростить управление передачей Ethernet-кадров и избегать коллизий.
Согласно частному варианту изобретения, устройство ввода/вывода содержит средства оповещения другого устройства ввода/вывода о моменте, в который другое устройство ввода/вывода должно передать Ethernet-кадр от устройства ввода/вывода на устройство управления.
Таким образом, настоящее изобретение позволяет упростить управление передачей Ethernet-кадров и избегать коллизий.
Согласно частному варианту изобретения, устройство ввода/вывода содержит средства приема от устройства ввода/вывода момента, в который устройство ввода/вывода должно передать Ethernet-кадр от устройства ввода/вывода на устройство управления.
Таким образом, настоящее изобретение позволяет упростить управление передачей Ethernet-кадров и избегать возможных коллизий.
Объектом изобретения является также система, содержащая устройство ввода/вывода и устройство управления, при этом устройство ввода/вывода передает на устройство управления и/или принимает от него данные, при этом устройство ввода/вывода передает данные на устройство управления по физической линии связи типа Ethernet согласно протоколу UDP/IP, при этом устройство ввода/вывода связано с множеством устройств обработки или сбора данных по меньшей мере через одну линию связи, отличную от физической линии связи Ethernet, при этом устройство ввода/вывода содержит средства для подключения по меньшей мере одного другого устройства ввода/вывода к линии Ethernet и для управления передачей данных по линии Ethernet, передаваемых устройствами ввода/вывода на устройство управления, и тем, что устройство управления содержит систему использования в реальном времени или нет.
Объектом изобретения является также летательный аппарат, содержащий устройство ввода/вывода в соответствии с настоящим изобретением.
Вышеупомянутые, а также другие отличительные признаки изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания примера выполнения, представленного со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг. 1 - пример соединения устройства ввода/вывода с устройством управления.
Фиг. 2а - первый пример выполнения устройства ввода/вывода, доступного через линию связи Ethernet.
Фиг. 2b - второй пример выполнения устройства ввода/вывода, доступного через линию связи Ethernet.
Фиг. 2с - третий пример выполнения устройства ввода/вывода, доступного через линию связи Ethernet.
Фиг. 3а - первый пример соединения множества устройств ввода/вывода с устройством управления.
Фиг. 3b - второй пример соединения множества устройств ввода/вывода с устройством управления.
Фиг. 3c - третий пример соединения множества устройств ввода/вывода с устройством управления.
Фиг. 3d - четвертый пример соединения множества устройств ввода/вывода с устройством управления.
Фиг. 3е - пятый пример соединения множества устройств ввода/вывода с устройством управления.
Фиг. 4а - первый пример хронограммы для передачи кадров между устройством управления и множеством устройств ввода/вывода согласно второму, третьему, четвертому и пятому примерам соединения.
Фиг. 4b - второй пример хронограммы для передачи кадров между устройством управления и множеством устройств ввода/вывода согласно второму, третьему, четвертому и пятому примерам соединения.
На фиг. 1 представлен пример соединения устройства ввода/вывода с устройством управления.
Согласно настоящему изобретению, устройство 10 ввода/вывода позволяет устройству 12 управления принимать данные от различных типов ввода/вывода или передавать в них данные.
Устройство 12 управления имеет систему использования в реальном времени или не в реальном времени. Например, устройство 12 управления является прибором, установленным в летательном аппарате и управляющим множеством интерфейсов ввода/вывода.
Согласно изобретению, устройство 12 управления соединено через линию связи Ethernet с устройством 10 ввода/вывода. Управление интерфейсами ввода/вывода происходит через устройство 10 ввода/вывода.
В частности, линия связи Ethernet является линией типа Ethernet 100/1000 Мбит/с и основана на протоколах UDP/TP.
Согласно вариантам выполнения настоящего изобретения, линия связи может не быть линией Ethernet. Пропускная полоса линии связи должна поддерживать скорость передачи данных между устройством 12 управления и всеми связанными с ним устройствами 10 ввода/вывода.
Следует также отметить, что передачи, осуществляемые через линию связи, происходят со скоростью, превышающей скорость всех портов ввода/вывода связанных с ней устройств 10 ввода/вывода.
Устройство 12 управления передает данные непосредственно из своего главного энергозависимого запоминающего устройства через классический порт Ethernet при помощи механизма прямого доступа к памяти или DMA (Direct Memory Access).
Устройство 10 ввода/вывода имеет, например, по меньшей мере один интерфейс ввода/вывода, соответствующий стандарту ARJNC 429, разработанному и поддерживаемому комитетом "Airlines Electronic Engineering Committee (AEEC)".
Устройство 10 ввода/вывода имеет, например, по меньшей мере один интерфейс RS-422 ввода/вывода. RS-422 является упрощенным названием стандарта ANSI/TIA/EIA-422-В, разработанного институтом "American National Standards Institute (ANST)", и эквивалентной международной рекомендации ITU-T T-REC-V.II, известной также под названием Х.27.
Устройство 10 ввода/вывода имеет, например, по меньшей мере один двоичный интерфейс, с которым связан по меньшей мере один датчик и/или одно исполнительное устройство.
Устройство 10 ввода/вывода имеет, например, по меньшей мере один интерфейс и обеспечивает прием потока данных регистрации полета летательного аппарата.
Разумеется, устройство 10 ввода/вывода может иметь также другие вводы/выводы, соответствующие другим, отличным от вышеупомянутых, стандартам и рекомендациям.
Устройство 10 ввода/вывода работает как сервер UDP. Устройство 10 ввода/вывода ожидает получения кадров, содержащих адреса MAC/IP и номер порта UDP, соответствующие адресам и номеру порта устройства 10 ввода/вывода.
Устройство 12 управления работает как пользователь. Устройство 12 управления запускает обмены с устройством 10 ввода/вывода.
Устройство 12 управления принимает кадры от устройства 10 ввода/вывода в формате Ethernet/UDP/IP. По каждому кадру, содержащему данные, полученные через порт ARINC 429, устройство 12 управления вводит данные, а также связанную с данными дату и время соответственно и одновременно в две таблицы.
По каждому кадру, содержащему данные, полученные через другие порты устройства 10 ввода/вывода, устройство 12 управления вводит данные в запоминающие устройства FIFO (первым пришел - первым ушел) приема.
Устройство 12 управления содержит интерфейс прикладного программирования, обеспечивающий считывание содержимого двух таблиц и запоминающих устройств FIFO приема.
Устройство 12 управления содержит интерфейс прикладного программирования, обеспечивающий запись в запоминающие устройства FIFO передачи.
Устройство 10 ввода/вывода получает данные от каждого порта ARINC 429 и/или RS-422 и временно записывает принятые данные в запоминающие устройства FIFO приема.
Кроме того, устройство 10 ввода/вывода оповещает устройство 12 управления обо всех возможных ошибках приема от всех своих портов ввода.
На фиг. 2а представлен первый пример выполнения устройства ввода/вывода, доступного через линию связи Ethernet.
Устройство 10 ввода/вывода представлено согласно примеру выполнения, в котором оно содержит три порта ARINC 429 и/или RS-422, а также один порт двоичных данных.
Следует отметить, что устройство 10 ввода/вывода является электронным компонентом, который не содержит системы использования и применяет протоколы UDP/IP лишь в необходимом минимальном объеме, достаточном для обеспечения взаимодействия с любыми типами систем использования, которые может содержать устройство 12 управления. С другой стороны, такой принцип можно применять и в устройстве 12 управления.
Эти признаки представляют особый интерес, если устройство установлено в летательном аппарате. Действительно, в области авиации требования сертификации имеют большое значение. При реализации устройства 10 ввода/вывода, отдельного от устройства 12 управления и не содержащего программной системы использования или содержащего систему использования с ограниченными функциональными возможностями, сертификация и квалификация устройства 10 ввода/вывода упрощается и происходит только один раз, даже если с течением времени устройство 12 управления претерпевает изменения.
Устройство 10 ввода/вывода содержит контроллер 200, который управляет всеми операциями, которые осуществляют различные компоненты устройства 10 ввода/вывода и которые будут описаны ниже.
Если устройство 12 управления имеет систему использования в реальном времени, контроллер 200 подает команду на передачу Ethernet-кадра при обнаружении получения синхронизирующего Ethernet-кадра, переданного устройством 12 управления, в заранее определенном порядке, указанном по меньшей мере при помощи двух двоичных входов конфигуратора 201, что будет пояснено со ссылками на фиг. 4а.
Если устройство 12 управления имеет систему использования в реальном времени, контроллер 200 подает команду на передачу Ethernet-кадра при обнаружении конца передачи Ethernet-кадра, передаваемого устройством 12 управления или по меньшей мере одним другим устройством 10 ввода/вывода, соединенным с устройством 10 ввода/вывода, в соответствии с заранее определенным порядком, указанным по меньшей мере при помощи двух двоичных входов конфигуратора 201, что будет пояснено со ссылками на фиг. 4а.
Если устройство 12 управления имеет систему использования не в реальном времени, контроллер 200 подает команду на передачу такого же числа Ethernet-кадров, которое было получено, при обнаружении приема Ethernet-кадров, переданных устройством 12 управления и предназначенных для устройства 10 ввода/вывода, в соответствии с заранее определенным порядком, указанным по меньшей мере при помощи двух двоичных вводов конфигуратора 201.
Устройство 10 ввода/вывода содержит конфигуратор 201, который, согласно настоящему изобретению, позволяет конфигурировать устройство 10 ввода/вывода в режиме работы точка-точка с устройством 12 управления или в режиме работы, когда несколько устройств 10 ввода/вывода соединены с одним устройством 12 управления.
На основании логического уровня по меньшей мере одного двоичного ввода конфигуратор 201 определяет, какая конфигурация выбрана, и конфигурирует устройство 10 ввода/вывода в зависимости от выбранной конфигурации.
На основании логического уровня по меньшей мере одного двоичного ввода конфигуратор 201 идентифицирует устройство 10 ввода/вывода среди других устройств 10 ввода/вывода, соединенных с устройством 12 управления.
Устройство 10 ввода/вывода содержит связующее устройство 202 и коммутатор 203. На основании команд, получаемых от конфигуратора 201, связующее устройство 202 управляет коммутатором 203.
Устройство 10 ввода/вывода может содержать физический интерфейс 204 передачи и физический интерфейс 244 приема, если оно удалено от устройства 12 управления и от других устройств 10 ввода/вывода.
В зависимости от команды связующего устройства 202 коммутатор 203 позволяет соединять проводную линию связи, используемую для передачи Ethernet-кадров в направлении устройства 12 управления, с проводной линией связи, используемой для передачи Ethernet-кадров устройством 12 управления. Иначе говоря, коммутатор 203 позволяет соединять выход S интерфейса 204 передачи с входом Е физического интерфейса приема, если оба интерфейса 204 и 244 включены в устройство 10 ввода/вывода, или вход Е', через который устройство 10 ввода/вывода принимает Ethernet-кадры, с выходом S', через которое устройство ввода/вывода передает Ethernet-кадры, если два интерфейса 204 и 244 не включены в устройство 10 ввода/вывода.
В зависимости от команды связующего устройства 202 коммутатор 203 соединяет компоненты, обеспечивающие построение кадров Ethernet/UDP/IP, с проводной линией связи, используемой для передачи Ethernet-кадров в направлении устройства 12 управления. Иначе говоря, коммутатор 203 соединяет модуль 205 управления слоями MAC с физическим интерфейсом 204 передачи через или не через другие устройства 10 ввода/вывода.
Согласно некоторым вариантам выполнения связующее устройство 202 управляет вентилями с тремя состояниями.
Устройство 10 ввода/вывода содержит модуль 210 построения кадров, модуль 206 управления слоями передачи UDP/IP и модуль 205 управления слоями MAC, которые являются компонентами, обеспечивающими построение кадров Ethernet/UDP/IP.
Модуль 210 построения кадров содержит модуль 211 построения заголовка кадра. Для каждого кадра модуль 210 построения кадра формирует заголовок, содержащий адреса MAC устройства 10 ввода/вывода и устройства 12 управления, фиксированное поле IPv4, поле UDP и поле FCS в конце кадра, содержащее циклический избыточный код стандарта Ethernet.
Модуль 210 построения кадра содержит модуль 212 состояния регистров портов. Модуль 212 состояния регистров портов вводит в кадр уровень заполнения входного запоминающего устройства FIFO каждого порта ARINC 429 и RS-422 и уровень заполнения выходного запоминающего устройства FIFO каждого порта ARINC 429 и RS-422.
В примере, показанном на фиг. 2а, устройство 10 ввода/вывода содержит первый интерфейс 230 ввода типа ARINC 429, второй интерфейс 231 ввода типа ARINC 429 и интерфейс 232 ввода типа RS-422.
Интерфейс 230 ввода соединен с запоминающим устройством FIFO 220, интерфейс 231 ввода соединен с запоминающим устройством FIFO 221, и интерфейс 232 ввода соединен с запоминающим устройством FIFO 222.
Запоминающие устройства FIFO 220, 221 и 222 соединены, каждое, с множеством соответствующих регистров, включенных в модуль 214 регистров модуля 210 построения кадров.
Запоминающие устройства FIFO 220, 221 и 222 способствуют преодолению случайностей временного характера, связанных с системами использования не в режиме реального времени.
Модуль 210 построения кадров соединен также с регистром 207 через модуль 213. Модуль 213 сохраняет в памяти двоичные данные, полученные по меньшей мере от одного датчика через регистр 207.
Устройство 10 ввода/вывода содержит модуль 250 анализа кадров, модуль 246 управления слоями приема UDP/IP 246 и модуль 245 управления слоями MAC, которые являются компонентами, обеспечивающим анализ кадров Ethernet/UDP/IP, полученных от устройства 12 управления.
Модуль 250 анализа кадров содержит модуль 251 анализа заголовка кадра. Модуль 251 анализа заголовка кадра анализирует по каждому принятому кадру адреса MAC устройства 10 ввода/вывода и устройства 12 управления, поле IPv4, поле UDP и поле FCS в конце кадра, содержащее циклический избыточный код стандарта Ethernet, чтобы определять, правильно ли принят кадр.
В случае, когда адрес MAC назначения или адрес IP назначения, или номер порта UDP назначения не соответствуют ожидаемым, или если поле FCS является некорректным, модуль 250 анализа кадров игнорирует принимаемый кадр.
Модуль 250 анализа кадров содержит модуль 252 состояния запоминающих устройств FIFO 260, 261, 262, которые будут описаны ниже. Модуль 252 состояния запоминающих устройств FIFO 260, 261, 262 запоминает уровень заполнения запоминающих устройств FIFO 260, 261, 262 вывода каждого порта ARINC 429 и RS-422.
Запоминающие устройства FIFO 220, 221 и 222 способствуют преодолению случайностей временного характера, связанных с системами использования не в режиме реального времени.
В примере, показанном на фиг. 2а, устройство 10 ввода/вывода первый интерфейс 270 вывода типа ARINC 429, второй интерфейс 271 вывода типа ARINC 429 и интерфейс 272 вывода типа RS422.
Интерфейс 270 вывода соединен с запоминающим устройством FIFO 260, интерфейс 271 вывода соединен с запоминающим устройством FIFO 261, и интерфейс 272 вывода соединен с запоминающим устройством FIFO 262.
Запоминающие устройства FIFO 260, 261 и 262 соединены, каждое, с множеством соответствующих регистров, включенных в модуль 254 регистров модуля 250 анализа кадров.
Модуль 250 анализа кадров соединен также с регистром 247 через модуль 253, в котором сохраняются двоичные данные, которые должны быть переданы по меньшей мере в одно исполнительное устройство.
Модуль 250 анализа кадров соединен с модулем 246 управления слоями приема UDP/IP и с модулем 245 управления слоями приема MAC.
Устройство 10 ввода/вывода выполнено с возможностью работы с устройством 12 управления, имеющим систему использования в реальном времени, которое периодически, например, каждые 2 мс, передает ему Ethernet-кадр. В ответ устройство 10 ввода/вывода передает Ethernet-кадр в устройство 12 управления.
Устройство 10 ввода/вывода выполнено с возможностью работы с устройством 12 управления, имеющим систему использования не в реальном времени, которое передает ему не изохронно Ethernet-кадр или пакет Ethernet-кадров. Устройство 10 ввода/вывода подсчитывает число Ethernet-кадров принятого пакета и в ответ передает в устройство 12 управления такое же число Ethernet-кадров, что и число принятых Ethernet-кадров.
На фиг. 2b представлен второй пример выполнения устройства ввода/вывода, доступного через линию связи Ethernet.
В примере, показанном на фиг. 2b, устройство 10 ввода/вывода состоит из таких же элементов, что и устройство 10 ввода/вывода, описанное со ссылками на фиг. 2а, за исключением того, что оно содержит тактовый генератор 280 управления передачей Ethernet-кадров выхода 282 управления передачей Ethernet-кадров, соединенного с возможными устройствами ввода/вывода, с которыми соединено устройство 10 ввода/вывода, и ввода 281 управления передачей Ethernet-кадров, соединенного с возможным устройством 10 ввода/вывода, с которым может быть соединено устройство 10 ввода/вывода.
Тактовый генератор 280 управления передачей периодически генерирует сигнал управления контролером 200, чтобы он подавал команду на передачу по меньшей мере одного Ethernet-кадра. Если устройство ввода/вывода соединено по меньшей мере с одним другим устройством 10 ввода/вывода, тактовый генератор 280 управления передачей периодически генерирует сигнал управления указанным по меньшей мере одним другим устройством 10 ввода/вывода для передачи по меньшей мере одного Ethernet-кадра. В данном случае необходимо отметить, что тактовый генератор 280 управления передачей отключен, если устройство ввода/вывода получает команду передачи от другого устройства 10 ввода/вывода через вход 281 управления передачей.
Контроллер 200 подает команду на передачу Ethernet-кадра при получении командного сигнала от тактового генератора 280 управления передачей или при получении команды на передачу Ethernet-кадра через вход 281 управления передачей в зависимости от значения бита, поступающего от конфигуратора 201.
На фиг. 2с представлен третий пример выполнения устройства ввода/вывода, доступного через линию связи Ethernet.
В примере, показанном на фиг. 2c, устройство 10 ввода/вывода состоит из таких же элементов, что и устройство 10 ввода/вывода, описанное со ссылками на фиг. 2а, за исключением того, что контроллер 200, конфигуратор 201, модули управления слоями MAC 205 и 245, модули управления слоями передачи UDP/IP 206 и 246, физические интерфейсы передачи и приема 204 и 214 связаны с множеством блоков анализа кадров и передачи данных 293 и 294.
Блок построения кадров и сбора данных 290 или 291 содержит модуль 210 построения кадра, идентичный модулю, описанному со ссылками на фиг. 2а, два интерфейса ввода типа ARINC 429, идентичные интерфейсам, описанным со ссылками на фиг. 2а, интерфейс 232 ввода типа RS422, идентичный интерфейсу, описанному со ссылками на фиг. 2а, запоминающие устройства FIFO 220, 221 и 222 и регистр 207, идентичные описанным со ссылками на фиг. 2а.
Блок анализа кадров и передачи данных 293 или 294 содержит модуль 250 анализа кадров, идентичный описанному со ссылками на фиг. 2а, два интерфейса 270 вывода и 271 типа ARINC 429, идентичные описанным со ссылками на фиг. 2а, интерфейс 272 вывода типа RS-422, идентичный описанному со ссылками на фиг. 2а, запоминающие устройства FIFO 260, 261 и 262 и регистр 247, идентичные описанным со ссылками на фиг. 2а.
На фиг. 2с показаны только два блока построения кадров и сбора данных 290 и 291 и два блока анализа кадров и передачи данных 293 и 294. Разумеется, модуль 10 ввода/вывода может содержать большее количество блоков построения кадров и сбора данных и/или блоков анализа кадров и передачи данных.
На фиг. 3а представлен первый пример соединения множества устройств ввода/вывода с устройством управления.
На фиг. 3а показан пример, в котором три устройства 10а, 10b и 10с ввода/вывода соединены с одним устройством 12 управления. Разумеется, настоящее изобретение можно применять и для случая, когда с одним устройством 12 управления соединены два или больше трех устройств 10 ввода/вывода.
В первом примере соединения устройства 10а, 10b и 10с ввода/вывода соединены с устройством 12 управления через коммутатор Ethernet 300.
Эта топология полностью основана на линиях связи типа Full-Duplex и, таким образом, не требует соблюдения последовательности для обменов между устройством 12 управления и различными устройствами 10 ввода/вывода.
Следует отметить, что, если устройство 12 управления имеет достаточное число портов Ethernet, каждое устройство 10а, 10b и 10с ввода/вывода соединено с соответствующим портом Ethernet устройства 12 управления.
На фиг. 3b представлен второй пример соединения множества устройств выходов-входов, доступных через линию связи Ethernet, с устройством управления.
На фиг. 3b показан пример, в котором три устройства 10а, 10b и 10с ввода/вывода соединены с одним устройством 12 управления. Разумеется, настоящее изобретение можно применять и для случая, когда с одним устройством 12 управления соединены два или больше трех устройств 10 ввода/вывода.
В примере, показанном на фиг. 3b, устройства 10а, 10b и 10с ввода/вывода расположены на одной электронной плате и используют один физический интерфейс 244 Ethernet приема и один физический интерфейс 204 Ethernet передачи.
Из соображений упрощения показаны только связующее устройство 202а, коммутатор 203а, модули управления слоями MAC 205а и 245а устройства 10а ввода/вывода. Это же касается связующих устройств 202b и 202с, коммутаторов 203b и 203с, модулей управления слоями MAC 205b, 205 с, 245b и 245с модулей 10b и 10с ввода/вывода.
В этом примере соединения, называемого связующим соединением, связующее устройство 202 каждого устройства ввода/вывода управляет коммутатором 203 в соответствии с хронограммой, которая будет описана со ссылками на фиг. 4а или 4b.
Когда устройство ввода/вывода должно передать Ethernet-кадр в направлении модуля 12 управления, коммутатор 203 устройства 10 ввода/вывода соединяет модуль управления слоем MAC 205 с физическим интерфейсом передачи Ethernet 204. Коммутаторы 203 других устройств 10 ввода/вывода расположены в конфигурации, соединяющей модуль управления слоем MAC 245 их устройства 10 ввода/вывода по меньшей мере с одним другим модулем управления слоем MAC 245 другого устройства 10 ввода/вывода. В примере, показанном на фиг. 3b, устройство 10 ввода/вывода передает Ethernet-кадр, тогда как устройства 10b и 10с ввода/вывода Ethernet-кадры не передают.
Модуль управления слоем MAC устройства 10а ввода/вывода соединен с выходом S'a, вход Е'а устройства 10а ввода/вывода соединен с выходом S'b устройства 10b ввода/вывода, вход Е'b устройства 10b ввода/вывода соединен с выходом S'c устройства 10 с ввода/вывода, и вход Е'с устройства 10с ввода/вывода соединен с физическим интерфейсом 244 приема.
На фиг. 3с представлен третий пример соединения множества устройств 10 ввода/вывода с одним устройством 12 управления. Разумеется, настоящее изобретение можно применять и для случая, когда с одним устройством 12 управления соединены два или больше трех устройств 10 ввода/вывода.
В примере на фиг. 3C устройства 10а, 10b и 10с ввода/вывода удалены друг от друга. Каждое устройство 10а, 10b и 10c ввода/вывода оснащено физическим интерфейсом приема Ethernet 244а, 244b и 244c и физическим интерфейсом приема 204а, 204b и 204c.
Из соображений упрощения показаны только физический интерфейс приема Ethernet 244а, физический интерфейс передачи Ethernet 204а, связующее устройство 202а, коммутатор 203а, модули управления слоями MAC 205а и 245а модуля 10а ввода/вывода. Это же касается физических интерфейсов приема Ethernet 244b и 244c, физических интерфейсов передачи Ethernet 204b и 204c, связующих устройств 202b и 202c, коммутаторов 203b и 203c, модулей управления слоями MAC 205b, 205c, 245b и 245c модулей 10b и 10c ввода/вывода.
В этом примере соединения, называемого связующим соединением, связующее устройство каждого устройства ввода/вывода управляет коммутатором 203 в соответствии с хронограммой, которая будет описана со ссылками на фиг. 4a или 4b.
Когда устройство ввода/вывода должно передать Ethernet-кадр в направлении модуля 12 управления, коммутатор 203 устройства 10 ввода/вывода соединяет модуль управления слоем MAC 205 с физическим интерфейсом передачи Ethernet 204. Коммутаторы 203 других устройств 10 ввода/вывода расположены в конфигурации, соединяющей модуль управления слоем MAC 245 их устройств 10 ввода/вывода с физическим интерфейсом Ethernet передачи 204 их устройства 10 ввода/вывода.
В примере, показанном на фиг. 3c, устройство 10 ввода/вывода передает Ethernet-кадр, тогда как устройства 10b и 10c ввода/вывода Ethernet-кадры не передают.
Модуль управления слоем MAC устройства 10а ввода/вывода соединен с физическим интерфейсом передачи 204, вход Еа устройства 10а ввода/вывода соединен с выходом Sb устройства 10b ввода/вывода, вход Eb устройства 10d ввода/вывода соединен с выходом Sc устройства 10с ввода/вывода, и вход Ec устройства 10с ввода/вывода соединен физическим интерфейсом 244 приема.
На фиг. 3d представлен третий пример соединения множества устройств ввода/вывода с устройством управления.
На фиг. 3d показан пример, в котором три устройства 10а, 10b и 10с ввода/вывода соединены с одним устройством 12 управления. Разумеется, настоящее изобретение можно применять и для случая, когда с одним устройством 12 управления соединены два или больше трех устройств 10 ввода/вывода.
В примере, показанном на фиг. 3d, устройства 10а, 10b и 10с ввода/вывода расположены на одной электронной плате и используют один физический интерфейс 244 Ethernet приема и один физический интерфейс 204 Ethernet передачи.
Из соображений упрощения показаны только связующее устройство 202а, модули управления слоями MAC 205а и 245а модуля 10а ввода/вывода. Это же касается связующих устройств 202b и 202с, модулей управления слоями MAC 205b, 205с, 245b и 245с модулей 10b и 10с ввода/вывода.
В этом примере соединения, называемого связующим соединением с двойным потоком, модули управления слоями MAC 245а 245b и 245с соединены с физическим интерфейсом приема Ethernet 244 соответственно через следящие вентили Ва, Bb и Bc. В направлении передачи связующее устройство 202 каждого устройства 10 ввода/вывода управляет вентилем с тремя состояниями. Связующее устройство 202 устанавливает выход вентиля в состояние высокого импеданса, если устройство 10 ввода/вывода не передает кадр в направлении устройства 12 управления, и управляет вентилем с тремя состояниями таким образом, чтобы он находился в следящем режиме, когда устройство 10 ввода/вывода передает кадр в направлении устройства 12 управления.
Связующее устройство 202а управляет вентилем с тремя состояниями ВТа, связующее устройство 202b управляет вентилем с тремя состояниями BTb, и связующее устройство 202с управляет вентилем с тремя состояниями ВТс.
Не показанные на фиг. 3d коммутаторы 203а, 203bb 203с соединяют соответственно модули управления слоями MAC 205а, 205b и 205с с входами вентилей с тремя состояниями ВТа, BTb и ВТс.
Все выходы вентилей с тремя состояниями ВТа, BTb и ВТс соединены с физическим интерфейсом передачи Ethernet 204.
Выход S'a устройства 10а ввода/вывода соединен с входом вентиля с тремя состояниями ВТа, выход S'b устройства 10b ввода/вывода соединен с входом вентиля с тремя состояниями BTb, и выход S'c устройства 10с ввода/вывода соединен с входом вентиля с тремя состояниями ВТс.
Вход Е'а устройства 10а ввода/вывода соединен с выходом вентиля Ва, вход Е'b устройства 10ba ввода/вывода соединен с выходом вентиля Bb, и вход Е'с устройства 10с ввода/вывода соединен с выходом вентиля Вс.
На фиг. 3е представлен четвертый пример соединения множества устройств ввода/вывода с устройством управления.
На фиг. 3е показан пример, в котором три устройства 10а, 10b и 10с ввода/вывода соединены с одним устройством 12 управления. Разумеется, настоящее изобретение можно применять и для случая, когда с одним устройством 12 управления соединены два или больше трех устройств 10 ввода/вывода.
В примере, показанном на фиг. 3е, устройства 10а, 10b и 10с ввода/вывода расположены на одной электронной плате и используют один физический интерфейс 244 Ethernet приема и один физический интерфейс 204 Ethernet передачи.
Из соображений упрощения показаны только связующее устройство 202а, коммутатор 203'а, модули управления слоями MAC 205а и 245а модуля 10а ввода/вывода. Это же касается связующих устройств 202b и 202с, коммутаторов 203'b и 203'c, модулей управления слоями MAC 205b, 205с, 245b и 245с модулей 10b и 10с ввода/вывода.
В этом примере соединения, называемого связующим соединением с двойным потоком, модули управления слоями MAC 245а 245b и 245с соединены с физическим интерфейсом приема Ethernet 244 через линии связи, обозначенные Е'а для устройства 10а ввода/вывода, Е'b для устройства 10b ввода/вывода, и Е'c для устройства 10c ввода/вывода.
Каждый коммутатор 203' содержит три вывода. Первый вывод соединен с выводом другого коммутатора 203' или не соединен. Этот вывод обозначен S''a для устройства 10а ввода/вывода и S''b для устройства 10b ввода/вывода.
Второй вывод соединен с модулем управления слоем MAC 205.
Третий вывод соединен либо с физическим интерфейсом передачи Ethernet 204, либо с выводом другого коммутатора 203'. Этот вывод обозначен S'a для устройства 10а ввода/вывода, S'b для устройства 10b ввода/вывода и S'c для устройства 10с ввода/вывода.
Вывод S'c соединен с выводом S''b, вывод S'b соединен с выводом S''a и вывод S'a соединен с физическим интерфейсом передачи Ethernet 204.
Когда устройство 10 ввода/вывода должно передать Ethernet-кадр в модуль 12 управления, коммутатор 203' устройства 10 ввода/вывода соединяет модуль управления слоем MAC 205 с другим коммутатором 203' или с физическим интерфейсом 204 передачи Ethernet.
В примере на фиг. 3e, устройство 10с ввода/вывода передает кадр, который проходит через коммутаторы 203'с, 203'b и 203'а и поступает в физический интерфейс 244 приема Ethernet.
Режим связывания с двойным потоком на фиг. 3с и 3d позволяет исключить требование изохронности для кадров, передаваемых устройством 12 управления и представляет особый интерес, когда устройство 12 управления имеет систему использования не в реальном времени.
На фиг. 4а представлен первый пример хронограммы для передачи кадров между устройством управления и множеством устройств ввода/вывода согласно второму, третьему, четвертому и пятому примерам соединения.
В хронограмме на фиг. 4а устройство 12 управления имеет систему использования в реальном времени.
Между моментом Т0 и Т1 устройство 12 управления передает трансляционный (broadcast на английском языке) Ethernet-кадр. Трансляционный кадр Sy предназначен для всех устройств 10 ввода/вывода и позволяет синхронизировать устройства 10 ввода/вывода. Затем устройство 12 управления передает Ethernet-кадр R1 в устройство 10а ввода/вывода, Ethernet-кадр R2 в устройство 10b ввода/вывода и Ethernet-кадр R3 в устройство 10 с ввода/вывода.
Устройства 10а, 10b, 10с ввода/вывода отвечают устройству 12 управления согласно заранее определенному порядку, указанному при помощи по меньшей мере двух двоичных вводов их соответствующего конфигуратора 201.
Устройство 10а ввода/вывода передает Ethernet-кадр Е1 в устройство 12 управления между моментами Т1 и Т2, определенными на основании момента приема синхронизирующего Ethernet-кадра Sy.
Устройство 10b ввода/вывода передает Ethernet-кадр Е2 в устройство 12 управления между моментами Т2 и Т3, определенными на основании момента приема синхронизирующего Ethernet-кадра S.
Устройство 10с ввода/вывода передает Ethernet-кадр Е3 в устройство 12 управления между моментами Т3 и Т4, определенными на основании момента приема синхронизирующего Ethernet-кадра Sy. После этого цикл передачи Ethernet-кадра между моментами Т0 и Т4 повторяют с такой же периодичностью.
В примере соединения, описанном со ссылками на фиг. 3b, коммутатор 203а устройства 10а ввода/вывода соединяет модуль управления слоем MAC 205а с выходом S'a в течение периода времени между Т1 и Т2.
Коммутатор 203а устройства 10а ввода/вывода соединяет вход Е'а с выходом S'a в течение периода времени, заключенного между Т0 и Т1 и между Т2 и Т4. Эту конфигурацию называют зацикливанием входа на выход в том смысле, что кадры, поступающие через линию связи Ethernet в модуль управления слоем MAC 245а, передаются на выход линии связи Ethernet.
Коммутатор 203b устройства 10b ввода/вывода соединяет вход модуля управления слоем MAC 205b с выходом S'b в течение периода времени между Т2 и Т3. Коммутатор 203b устройства 10b ввода/вывода соединяет выход S'b с входом Е'b в течение периодов времени между Т0 и Т2 и между Т3 и Т4.
Коммутатор 203 с устройства 10с ввода/вывода соединяет вход модуля управления слоем MAC 205с с выходом S'c в течение периода времени между Т3 и Т3. Коммутатор 203с устройства 10с ввода/вывода соединяет выход S'c с входом Е'с в течение периода времени между Т0 и Т3.
В примере соединения, описанном со ссылками на фиг. 3с, коммутатор 203а устройства 10а ввода/вывода соединяет модуль управления слоем MAC 205а с выходом Sa в течение периода времени между Т1 и Т2.
Коммутатор 203а устройства 10а ввода/вывода соединяют вход Еа с выходом Sa в течение периода времени, заключенного между Т0 и Т1 и между Т2 и Т4.
Коммутатор 203b устройства 10b ввода/вывода соединяет вход модуля управления слоем MAC 205b с выходом Sb в течение периода времени между Т2 и Т3. Коммутатор 203b устройства 10b ввода/вывода соединяет выход Sb с входом Eb в течение периодов времени между Т0 и Т2 и между Т3 и Т4.
Коммутатор 203с устройства 10с ввода/вывода соединяет вход модуля управления слоем MAC 205с с выходом Sc в течение периода времени между Т3 и Т3. Коммутатор 203с устройства 10 с ввода/вывода соединяет выход Sc с входом Ec в течение периода времени между Т0 и Т3.
В примере соединения, описанном со ссылками на фиг. 3d, коммутаторы 203а, 203b и 203 с непрерывно соединяют соответственно модули управления слоями MAC 205а, 205b, 205с соответственно с выходами S'a, S'b и S'c.
Связующий модуль 202а управления подает команду на вентиль ВТа таким образом, чтобы кадр или кадры, передаваемый(ые) модулем управления слоем MAC 205а, был(и) передан(ы) на физический интерфейс Ethernet передачи 204 в течение периода времени между Т1 и Т2.
Связующее устройство 202а управления устанавливает вентиль ВТа с тремя состояниями в состояние высокого импеданса в течение периода времени между Т0 и Т1 и между Т2 и Т4.
Связующий модуль 202b управления подает команду на вентиль BTb таким образом, чтобы кадр или кадры, передаваемый(ые) модулем управления слоем MAC 205b, был(и) передан(ы) на физический интерфейс Ethernet передачи 204 в течение периода времени между Т2 и Т3.
Связующее устройство 202b управления устанавливает вентиль BTb с тремя состояниями в состояние высокого импеданса в течение периода времени между Т0 и Т2 и между Т3 и Т4.
Связующий модуль 202с управления подает команду на вентиль ВТс таким образом, чтобы кадр или кадры, передаваемый(ые) модулем управления слоем MAC 205с, был(и) передан(ы) на физический интерфейс Ethernet передачи 204 в течение периода времени между Т3 и Т4.
Связующее устройство 202с управления устанавливает вентиль ВТс с тремя состояниями в состояние высокого импеданса в течение периода времени между Т0 и Т3.
В примере соединения, описанном со ссылками на фиг. 3е, коммутатор 203'а устройства 10а ввода/вывода соединяет модуль управления слоем MAC 205а с физическим интерфейсом 204 передачи Ethernet в течение периода времени между Т1 и Т2 и соединяет S'a с S''a в течение периода времени между Т0 и Т1 и между Т2 и Т4.
Коммутатор 203'b устройства 10b ввода/вывода соединяет модуль управления слоем MAC 205b с S'b в течение периода времени между Т2 и Т3 и соединяет S'b и S''b в течение периода времени между Т0 и Т2 и между Т3 и Т4.
Коммутатор 203'с устройства 10с ввода/вывода соединяет модуль управления слоем MAC 205с с S'c только в течение периода времени между Т3 и Т4.
На фиг. 4b представлен второй пример хронограммы для передачи кадров между устройством управления и множеством устройств ввода/вывода согласно второму, третьему, четвертому и пятому примерам соединения.
В хронограмме на фиг. 4b устройство 12 управления имеет систему использования в реальном времени или не в реальном времени.
В отличие от хронограммы на фиг. 4а устройство 12 управления не передает синхронизирующие Ethernet-кадры.
Между моментами Т0 и Т1 устройство 12 управления передает по меньшей мере один Ethernet-кадр R1 в устройство 10а ввода/вывода, по меньшей мере один Ethernet-кадр R2 в устройство 10b ввода/вывода и по меньшей мере один Ethernet-кадр R3 в устройство 10с ввода/вывода.
Устройства 10а, 10b, 10с ввода/вывода отвечают устройству 12 управления согласно заранее определенному порядку, указанному при помощи по меньшей мере двух двоичных вводов их соответствующего конфигуратора 201.
Когда устройство 10а ввода/вывода обнаруживает в момент Т'1 конец передачи Ethernet-кадра или пакета Ethernet-кадров в направлении устройства 10с ввода/вывода, устройство 10а ввода/вывода передает по меньшей мере один Ethernet-кадр Е1 в устройство 12 управления.
Когда устройство 10b ввода/вывода обнаруживает в момент Т'2 конец передачи Ethernet-кадра или пакета Ethernet-кадров устройством 10а ввода/вывода и в направлении устройства 12 управления, устройство 10b ввода/вывода передает по меньшей мере один Ethernet-кадр Е2 в устройство 12 управления.
Когда устройство 10 с ввода/вывода обнаруживает в момент Т'3 конец передачи Ethernet-кадра или пакета Ethernet-кадров устройством 10b ввода/вывода и в направлении устройства 12 управления, устройство 10с ввода/вывода передает по меньшей мере один Ethernet-кадр Е3 в устройство 12 управления.
Когда устройство 12 управления обнаруживает конец передачи Ethernet-кадра или пакета Ethernet-кадров устройством 10с ввода/вывода и в направлении устройства устройств 12 управления, устройство 12 управления может возобновить передачу Ethernet-кадров.
В примере соединения, описанном со ссылками на фиг. 3b, коммутатор 203а устройства 10а ввода/вывода соединяет модуль управления слоем MAC 205а с выходом S'a в течение периода времени между Т'1 и Т'2.
Коммутатор 203а устройства 10а ввода/вывода соединяет вход Е'а с выходом S'a в течение периода времени, заключенного между Т'0 и Т'1 и между Т'2 и Т'4. Эту конфигурацию называют зацикливанием входа на выход в том смысле, что кадры, поступающие через линию связи Ethernet в модуль управления слоем MAC 245а, передаются на выход линии связи Ethernet.
Коммутатор 203b устройства 10b ввода/вывода соединяет вход модуля управления слоем MAC 205b с выходом S'b в течение периода времени между Т'2 и Т'3. Коммутатор 203b устройства 10b ввода/вывода соединяет выход S'b с входом Е'b в течение периодов времени между Т'0 и Т'2 и между Т'3 и Т'4.
Коммутатор 203с устройства 10с ввода/вывода соединяет вход модуля управления слоем MAC 205с с выходом S'c в течение периода времени между Т'3 и Т'4. Коммутатор 203с устройства 10с ввода/вывода соединяет выход S'c с входом Е'с в течение периода времени между Т'0 и Т'3.
В примере соединения, описанном со ссылками на фиг. 3с, коммутатор 203а устройства 10а ввода/вывода соединяет модуль управления слоем MAC 205а с выходом Sa в течение периода времени между Т'1 и Т'2.
Коммутатор 203а устройства 10а ввода/вывода соединяют вход Еа с выходом Sa в течение периода времени, заключенного между Т'0 и Т'1 и между Т'2 и Т'4.
Коммутатор 203b устройства 10b ввода/вывода соединяет вход модуля управления слоем MAC 205b с выходом Sb в течение периода времени между Т2 и Т3. Коммутатор 203b устройства 10b ввода/вывода соединяет выход Sb с входом Eb в течение периодов времени между Т'0 и Т'2 и между Т'3 и Т'4.
Коммутатор 203с устройства 10с ввода/вывода соединяет вход модуля управления слоем MAC 205с с выходом Sc в течение периода времени между Т'3 и Т'4. Коммутатор 203с устройства 10 с ввода/вывода соединяет выход Sc с входом Ec в течение периода времени между Т'0 и Т'3.
В примере соединения, описанном со ссылками на фиг. 3d, коммутаторы 203а, 203b и 203 с непрерывно соединяют соответственно модули управления слоями MAC 205а, 205b, 205с соответственно с выходами S1a, S'b и S'c.
Связующий модуль 202а управления подает команду на вентиль ВТа таким образом, чтобы кадр или кадры, передаваемый(ые) модулем управления слоем MAC 205а, был(и) передан(ы) на физический интерфейс Ethernet передачи 204 в течение периода времени между Т'1 и Т'2.
Связующее устройство 202а управления устанавливает вентиль ВТа с тремя состояниями в состояние высокого импеданса в течение периода времени между Т'0 и Т'1 и между Т'2 и Т'4.
Связующий модуль 202b управления подает команду на вентиль BTb таким образом, чтобы кадр или кадры, передаваемый(ые) модулем управления слоем MAC 205b, был(и) передан(ы) на физический интерфейс Ethernet передачи 204 в течение периода времени между Т'2 и Т'3.
Связующее устройство 202b управления устанавливает вентиль BTb с тремя состояниями в состояние высокого импеданса в течение периода времени между Т'0 и Т'2 и между Т'3 и Т'4.
Связующий модуль 202 с управления подает команду на вентиль ВТс таким образом, чтобы кадр или кадры, передаваемый(ые) модулем управления слоем MAC 205с, был(и) передан(ы) на физический интерфейс Ethernet передачи 204 в течение периода времени между Т'3 и Т'4.
Связующее устройство 202 с управления устанавливает вентиль ВТс с тремя состояниями в состояние высокого импеданса в течение периода времени между Т'0 и Т'3.
В примере соединения, описанном со ссылками на фиг. 3е, коммутатор 203'а устройства 10а ввода/вывода соединяет модуль управления слоем MAC 205а с физическим интерфейсом 204 передачи Ethernet в течение периода времени между Т'1 и Т'2 и соединяет S'a с S''a в течение периода времени между Т'0 и Т'1 и между Т'2 и Т'4.
Коммутатор 203'b устройства 10b ввода/вывода соединяет модуль управления слоем MAC 205b с S'b в течение периода времени между Т'2 и Т'3 и соединяет S'b с S''b в течение периода времени между Т'0 и Т'2 и между Т'3 и Т'4.
Коммутатор 203'с устройства 10с ввода/вывода соединяет модуль управления слоем MAC 205с с S'c только в течение периода времени между Т'3 и Т'4.
Разумеется, настоящее изобретение ни в коем случае не ограничивается описанными вариантами выполнения, и, наоборот, охватывает любую версию, доступную для специалиста в данной области, и, в частности, комбинацию различных вариантов выполнения настоящего изобретения.