DE3688285T2

DE3688285T2 - Ein sendegeschütztes, nicht blockierndes, durchschaltevermitteltes lokales Netzwerk.

Info

Publication number: DE3688285T2
Application number: DE86116319T
Authority: DE
Inventors: Lee Gary Friedman; Brent Tzion Hailpern; Lee Windsor Hoevel; Yannick Jean Thefaine
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1985-12-30
Filing date: 1986-11-25
Publication date: 1993-10-28
Anticipated expiration: 2006-11-26
Also published as: EP0229270A2; EP0229270A3; JPS62160842A; DE3688285D1; JPH0611134B2; CA1264863A; US4710769A; EP0229270B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schalt-Anordnung zum Verbinden einer Vielzahl von Work-Stations und bezieht sich insbesondere auf eine Schalt-Anordnung, die nichtblockierend und übertragungssicher ist.

Technischer Hintergrund

Die Kommunikationstechnologie kennt eine Vielzahl von Vorrichtungen und Techniken, um eine Kommunikation (Nachrichtenübertragung) zwischen digitalen Einrichtungen, wie etwa Work-Stations zur Verfügung zu stellen, wobei eine Work-Station ein Stand-Alone-Computer oder ein intelligenter Terminal sein kann. Die Charakteristiken dieser zahlreichen Verbindungs-oder Kommunikationseinrichtungen variieren in Abhängigkeit da Anforderungen für die spezielle Anwendung. Im allgemeinen kann der Bereich der Kommunikation in von Schaltkreisen geschaltete Systeme ähnlich denen, wie sie in einem Telefonsystem verwendet werden und in geteilte Einrichtungen (shared media TDMA, CSMA), wie sie in letzter Zeit entwickelt wurden, geteilt werden. Die vorliegende Erfindung ist insbesondere auf das Problem gerichtet, eine Anzahl intelligenter Work-Stations, von denen angenommen wird, daß sie physikalisch nahe aneinanderliegen (zum Beispiel in einem Gebäude), zu verbinden. Bei dem besonderen durch die Erfindung gelösten Problem ist eine der Hauptcharakteristiken das Erfordernis der sicheren Übertragung, das heißt, ein System zur Verfügung zu stellen, bei dem es für eine bestimmte Work-Station schwierig oder unmöglich ist, eine Konversation, an der sie nicht teilnimmt, "abzuhören". Insbesondere sollte es, wenn eine Workstation A mit einer Workstation B kommuniziert, nicht möglich sein, lediglich über Hardware- oder Softwaremodifikationen innerhalb der Work-Station c Zugriff auf die Konversation zwischen der Work-Stations A und B zu erlangen.
US-A-3,551,894 beschreibt ein Bus-System, bei dem eine Gruppe von Anfragern mit einer Gruppe von Antwortern so verbunden ist, daß jeder Anfrager mit jedem Antworter über eigene Leitungen kommunizieren kann.
Aus der EP-A-0167454, die nach dem Anmeldetag der vorliegenden Anmeldung veröffentlicht wurde und ein Prioritätsdatum beansprucht, das vor dem Prioritätsdatum der vorliegenden Anmeldung liegt, ist ein System zum Steuern des Befehlstransfers zwischen Prozessoren eines Multiprozessor-Systems bekannt, bei dem jeder Prozessor mit jedem anderen Prozessor über eine zentrale Steuereinheit, in der geeignete Umschaltoperationen ausgeführt werden, kommunizieren kann.
Andere herkömmliche Kommunikationssysteme sind in US-A-4,494,193 und US-A-4,470,140 beschrieben.
Im Hinblick auf den Stand der Technik ist es das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein nicht-blockierendes und übertragungssicheres Schaltsystem zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Gemäß der Erfindung, benutzt eine Verbindung, die zwischen zwei kommunizierenden Work-Stations aufgebaut ist, eine zugewiesene direkte physikalische Verbindung. Dies führt dazu, daß keine Protokoll-Layer oder Hardware benötigt wird, um Informationsdatenpakete auszusondern oder zu filtern, die nicht an eine der, in die gegebene Kommunikation involvierten Work-Stations adressiert sind. Als Folge der direkten und zugeordneten physikalischen Verbindung, wie sie für die Konversation verwendet wird, können andere Work-Stations eine Übertragung auf dieser Verbindung weder verzögern noch verhindern. Diese Charakteristik ist insbesondere für Echtzeit- und Graphikanwendungen wichtig. Eine andere Folge der direkten, zugeordneten physikalischen Verbindung, die in einer speziellen Konversation verwendet wird, ist die Fähigkeit einfache Protokolle und eine einfache Programmierung für die Netzwerk-Schnittstelle zu verwenden zu können.
Ein Kommunikationssystem muß in der Lage sein, nicht nur Daten zwischen kommunizierenden Work-Stations hin und her zu schieben, sondern muß auch in der Lage sein, Adressierungsangelegenheiten während des Verbindungsaufbaus und der Verbindungsabbauphase der Konversation zu übernehmen. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Verbindungsaufbauphase nicht-blockierend und interferenzfrei. Beispielsweise wird, wenn die Work-Station A versucht, in Kontakt mit der Work-Station B zu treten und keine andere Work-Station (wie etwa die Work-Station C) versucht, die Work-Station B zu kontaktieren, die Work-Station A die Work-Station B ohne Verzögerung durch das Schaltsystem kontaktieren. Weiterhin ist die Kommunikationsphase des Schalt-Systems nichtblockierend und interferenzfrei. Das heißt, wenn die Work-Station A in eine Kommunikation mit der Work-Station B involviert ist, wird keine andere Work-Station (wie etwa die Work-Station C) in der Lage sein, mit der Konversation zwischen den Work-Stations A und B zu interferieren oder diese zu verzögern.
Gemäß der Erfindung ist jede Work-Station einem Port zugeordnet und das Schaltsystem oder das Kommunikationssystem ist in der Lage, jede Sende/ Übertragungseinrichtung aus einer Vielzahl von n-Sende/Übertragungseinrichtungen mit jeder anderen Sende/Übertragungseinrichtung aus einer Vielzahl von Sende/Übertragungseinrichtungen zu verbinden, wobei n eine gerade Zahl größer als 2 ist. Die Erfindung verwendet eine Vielzahl zugeordneter Busleitungen, eine unterschiedliche zugeordnete Busleitung für jedes unterschiedliche Paar von Sende/Übertragungseinrichtungen. Für jede Sende/Übertragungseinrichtung steht ein Port zur Verfügung, wobei jeder Port 2(n-1)-Anschlüsse beinhaltet und jeder von diesen mit unterschiedlichen Busleitungen verbunden ist. Auf diese Weise gibt es für eine Kommunikation zwischen einer Work-Station A und einer anderen Work-Station B eine unterschiedliche zugeordnete Busleitung. Um die Kommunikation zwischen diesen Work-Stations auf zubauen, verbindet der Schalter, wenn er eine Anfrage erhält, lediglich den der Work-Station A zugeordneten Port mit der Busleitung, die für die Übertragung der Information zwischen den Work-Stations A und B zugeteilt ist, um die Information oder die Daten, die von Work-Station A zur Verfügung gestellt werden, an die Work-Station B zu richten. Für eine bidirektionale Kommunikation verbindet derselbe Port die andere Busleitung, die für die Übertragung zwischen der Work-Station B und der Work-Station A vorgesehen ist, mit einem Empfangsanschluß, der Work-Station A, so daß die von der Work-Station B übertragene Information an der Work-Station A empfangen wird.
Für n-Work-Stations werden n(n-1)-Busleitungen benötigt. Gemäß der Erfindung sind n(n-1)-Busleitungen in Form einer Rückwand (back plane) vorhanden. Der Schalter umfaßt auch n-Ports, für jede Work-Station einen. Wenn ein Port eine Anfrage von seiner zugeordneten Work-Station empfängt, eine Kommunikation mit einer speziellen Work-Station auf zubauen, wird eine Auswahl der geeigneten, zugeteilten Busleitungen getroffen, wobei dies sowohl für das Übertragen von der Work-Station und für das Empfangen an der Work-Station erfolgt. Dann erzeugt und überträgt der Port die notwendigen Verbindungsaufbausignale über die zugeordnete Busleitung. Am Ende der Verbindungsaufbauphase veranlaßt der Port das Schalten der Rückwand und der zugeordneten Work-Station. Der Port ist auch für Verbindungsabbausignale empfindlich, um die Verbindung zwischen der Work-Station und der Rückwand wieder aufzuheben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Abschnitte der Beschreibung weiter beschrieben, um den Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung herzustellen und zu benutzen, wenn er diese in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen, bei denen gleiche Referenznummern auf gleiche Vorrichtungen hinweisen, benützt, wobei:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer typischen Anwendung der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 das Schalt-Netzwerk in detaillierterer Form zeigt;
Fig. 3 in Blockschaltbild eines typischen Ports 30 zeigt; und
Fig. 4 ein detaillierteres Blockschaltbild des Port-Arbitrator-Elements des typischen Ports 30 zeigt.

Ausführliche Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform

Fig. 1 zeigt eine Vielzahl von Work-Stations 10, wobei insbesondere die Work-Stations 10-1 bis 10-n gezeigt sind. Jede dieser Stations (manchmal auch als intelligente Terminals oder Sende/Empfangseinheiten bezeichnet), kann mit jeder anderen Station über das Schalt-Netzwerk 50 kommunizieren. Das Schalt-Netzwerk 50 enthält einen Port 30 für jede unterschiedliche Work-Station, so daß Ports 30-1 bis 30-n enthalten sind. Das Schalt-Netzwerk umfaßt weiterhin eine Rückwand (back plane) 50B, die zum Verbinden der unterschiedlichen Ports dient. Es ist ein vordringliches Ziel der Erfindung, ein übertagungssicheres Schalt-Neztwerk anzugeben, bei dem es für den Fall, daß die Work-Station 10-1 sich in Kommunikation mit der Work-Station 10-n befindet, für die Work-Station 10-2 (oder für jede andere Work-Station) nicht möglich ist, auf die Konversation zwischen Work-Station 10-1 und 10-n zuzugreifen, unabhängig davon, ob irgendwelche Modifikationen entweder hardwaremäßig oder softwaremäßig an einem Dritt-Terminal 10-2 vorgenommen werden.
Fig. 2 zeigt das Schalt-Netzwerk 50 in detaillierter Form. Wie erwähnt, existiert für jede Work-Station ein Port 30. Jeder Port umfaßt Tx- und Rx-Anschlüsse, die mit der Work-Station so gekoppelt sind, daß digitale Signale, die an dem Anschluß Tx auftreten, von der zugeordneten Work-Station empfangen werden und daß auf der anderen Seite digitale Signale, die von der Work-Station erzeugt werden, an dem Port an dem Anschluß Rx empfangen werden. Der typische Port 30 umfaßt eine Anzahl anderer Anschlüsse, insbesondere 2(n-1)-Anschlüsse. Die Hälfte dieser Anschlüsse stellen Empfangsanschlüsse dar zum Empfangen von Informationen von zugeordneten Busleitungen, wie dies noch beschrieben werden wird, und die andere Hälfte (die anderen n-1) dieser Anschlüsse sind für das Übertragen von Informationen über einen ausgewählten der zugeordneten Busleitungen vorgesehen. Die Rückwand ist in Fig. 2 in schematischer Form gezeigt, und es sind nicht alle Busleitungen gezeigt. Es gibt n(n-1)-Busleitungen, wobei für die Übertagungen zwischen jeweils unterschiedlichen Port-Paaren eine unterschiedliche Busleitung zur Verfügung steht. Wie anhand der Fig. 2 ersichtlich ist, ist die zum Bezeichnen der Busleitungen verwendete Nomenklatur T(a, b), wobei a den Port bezeichnet, der überträgt und b den Port bezeichnet, der empfängt. Es sollte klar sein, daß diese besondere Nomenklatur lediglich der Vereinfachung dient und daß auch andere Nomenklaturen verwendet werden können. Ein Vorteil dieser Nomenklatur kann anhand der Busleitung T(1, 2) gezeigt werden. Wie festgestellt werden kann, ist diese besondere Busleitung mit dem T2-Anschluß des Ports 30-1 verbunden und ist außerdem mit dem R1-Anschluß des Ports 30-2 verbunden. Nimmt man an, daß der Port 30-1 eine Verbindung zischen dem Rx-Anschluß und seinem T2-Anschluß bereitstellt und der Port 30-2 eine Verbindung zwischen seinem Rl-Anschluß und seinem Tx-Anschluß bereitstellt, dann wird die Information, die von der Work-Station 1 empfangen wird (am Rx-Anschluß des Ports 30-1, der mit dem Anschluß T2 verbunden ist), am Anschluß R1 des Ports 30-2 empfangen werden. Aufgrund seiner eigenen internen Verbindung wird dieselbe Information am Anschluß Tx des Ports 30-2 auftreten und auf diese Weise wird die Information, die von der Work-Station 1 kommt, an der Work-Station 2 empfangen werden. Zur selben Zeit und unter der Annahme, daß eine bidirektionale Kommunikation gebraucht wird, und weiterhin annehmend, daß der Port 30-1 seinen Anschluß R2 mit seinem Anschluß Tx verbindet und der Port 30-2 seinen Anschluß T1 mit seinem Anschluß Rx verbindet, wird die von der Work-Station 2 übertragene Information an der Work-Station 1 empfangen werden. Diese bidirektionale Kommunikation benutzt zwei zugeordnete Busleitungen, wobei die Busleitung T (1, 2) für die Übertagung vom Terminal 1 an den Terminal 2 vorgesehen ist und eine unterschiedliche zugeordnete Busleitung T (2, 1) für die Übertragung von dem Terminal 2 zum Terminal 1 vorgesehen ist. Obwohl jeder der anderen Ports in dem Schalter 50 nahe an diesen besonderen Busleitungen liegt, gibt es keinen Port in dem Schalter 50, der auf die Busleitungen T (1, 2) und T (2, 1) zugreifen kann, und somit besteht keine Möglichkeit, für eine andere Work-Station auf die Busleitungen T (1, 2) oder T (2, 1) zuzugreifen. Soweit die zwischen den Stationen 1 und 2 verkehrenden Signale auf keiner anderen Busleitung auftreten, wird Übertragungssicherheit erreicht.
In einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung befindet sich das Schalt-Netzwerk 50 in einem Chassis, das zusätzlich zu der Rückwand 50B und den mehreren Ports 30 eine Leistungsversorgung aufweist. Sowohl für die Signalisierung als auch für den Datentransfer wird die Rückwand verwendet. In dieser besonderen Ausführungsform kann das Chassis ein Pc-Erweitungschassis sein und bei einer 64 Busleitungsrückwand werden acht Ports unterstützt, die es erlauben 8 Work-Stations mit dem Schalt-Netzwerk 50 zu verbinden. Obwohl mehr als acht Port pro Schalter 50 möglich sind, würde dies eine anspruchsvollere Zuteilung der Leitungen auf der Rückwand oder ein zusätzliches Mother-Bord in dem Erweiterungschassis erfordern.
Für n-Ports werden allgemein n(n-1)-Busleitungen für die Signalisierungs- und Datenübertragung verwendet. Jeder Port kann selektiv auf einer der n-1-Leitungen übertragen. Jede Leitung ist mit einem der anderen n-1-Ports verbunden. In gleicher Weise kann jeder Port selektiv eine der n-1-Übertragungen, die auf ihn gerichtet sind, abhören.
Jeder Port kommuniziert mit seiner Work-Station über eine RS-422SDLC-Kommunikationsverbindung (dies nur als Beispiel, auch andere Standards können natürlich verwendet werden). Auf Befehl von der zugeteilten Work-Station veranlaßt der Port:
1. Auswählen der geeigneten Busleitung für die Übertragung und für den Empfang,
2. Signalisieren des entfernten Ports, in dem Flags auf der Übertragungsleitung übertragen werden,
3. Warten auf eine Bestätigung von dem entfernten Port (oder Time-out-Verfahren),
4. Senden einer Verifikations-Bestätigung, und
5. Erlauben der Work-Station den Schalter zu benutzen.
Wenn ein Port eine Kommunikationsanfrage detektiert, veranlaßt er:
1. Auswählen der geeigneten Übertragungs- und Empfangsleitungen,
2. Senden einer Bestätigung, Nachfragen einer Verifikation, daß ein OPEN (eine Kommunikationsanfrage von einem entfernten Port) initiiert wurde,
3. Warten auf die Verifikation (oder Time-out-Verfahren), und
4. Informieren seiner zugeordneten Work-Station über die Verbindung und Zulassen, daß die Work-Station den Schalter 50 benutzt.
Während sich die Work-Station in einer Übertragung mit einer entfernten Work-Station befindet, hört ihr Port die Übertragungen der Work-Station nach einer CLOSE-Message (ein Befehl zum Beenden der Kommunikationen) ab. Wenn der CLOSE-Befehl erkannt wurde, löst der Port die Verbindung der Work-Station mit dem Schalter 50. Es ist zu beachten, daß der Port die Kommunikationen der Work-Station nicht puffert, sich mit der Work-Station unterhält und die Verbindung zu anderen Ports steuert.
Da ein Port keine Steuerung über die Planung von Kommunikationen innehat, existiert die Möglichkeit gleichzeitiger oder überlappender Kommunikationsanforderungen. Dementsprechend ist ein Port-Arbitrator vorgesehen. Der Port-Arbitrator:
1. überwacht in paralleler Weise die Empfangsleitungen mit denen er verbunden ist,
2. führt eine individuelle Maskierung der Leitungen durch,
3. stellt einen Vektor-Interrupt oder eine angefragte Antwort (polled response) für die Leitungen zur Verfügung,
4. stellt eine feste oder rotierende Prioritäts-Antwort für die Leitungen zur Verfügung,
5. stellt eine programmierbare Flankenerkennung für die Leitungen zur Verfügung (die Fähigkeit zu erkennen, welche Arten von Leitungsübergängen detektiert werden sollen),
6. stellt eine Arbitrator-Funktion unter Firmware-Steuerung zur Verfügung,
7. stellt eine Entscheidung für gleichzeitige Anfragen zur Verfügung und
8. stellt eine Warteschleifenfunktion für mehrere Anfragen zur Verfügung.
Das Blockschaltbild eines typischen Ports 30 ist in Fig. 3 gezeigt. Wie darin zu sehen ist, ist der Anschluß Rx mit TXMUX 305 gekoppelt. TXMUX 305 wird wiederum von dem Mikroprozessor 303 über die Steuerleitungen 310 gesteuert. Der Ausgang von TXMUX 305 ist mit den Übertragungsanschlüssen des Ports gekoppelt und derartige Anschlüsse sind beispielsweise die Anschlüsse T2 . . . bis Th des Ports 30-1. Selbstverständlich koppelt TXMUX 305 während der Benutzung seinen Eingang (von Rx) mit einem ausgewählten Anschluß der Übertragungsanschlüsse T2 bis Th. Auf der anderen Seite werden die Anschlüsse R2 . . . Rn des Ports 30-1 als Eingänge zu RXMUX 302 und einem Port-Arbitrator 306 gekoppelt. RXMUX wird ebenfalls von dem Mikroprozessor 303 über die Steuerleitungen 311 gesteuert. Während der Benutzung koppelt der RXMUX einen ausgewählten Anschluß der Empfangsanschlüsse R2 bis Rn mit dem Schalter 301. Der Portarbitrator 306 kann eine kantensensitive Einrichtung sein, die (parallel) alle Empfangsanschlüsse beobachtet. Wie im folgenden beschrieben wird, kann der Arbitrator 306 durch einen Interrupt-Controllewichplementiert sein, wie etwa einem AMD, einem AM9519A oder einem Intel 8259. Im allgemeinen sendet der Anruf er (oder Port) Flags auf seiner Übertragungsleitung (die dem speziell ausgewählten Zielport zugeordnet sind), um einen Anruf zu initiieren. Wenn der Empfangsarbitrator 306 einen potentiellen Anrufer detektiert, läßt er den Anrufport ID zum Mikroprozessor 303 durch. Da der Arbitrator 306 Rauschen als gültige Übertragung ansehen könnte, führt der Mikroprzessor 303 ein Handshake-Protokoll durch, welches bereits beschrieben wurde. Das Handshake-Protokoll kann weggelassen werden falls ein zuverlässiger Test auf empfangene Flags von dem Multiprotokollchip 304 verfügbar ist. In diesem Fall ist nur ein Bestätigungspegel notwendig (im Gegensatz zu Bestätigung und Verifikation wie sie oben beschrieben wurde). Dieses zuverlässige Merkmal findet sich bei dem Intel MPSC. Der Schalter 301 ermöglicht es der Work-Station zu empfangen und wird, wie gezeigt, ebenfalls von dem Mikroprozessor 303 gesteuert. Der Multi-Protokollchip 304 ist ein Serialisierer/Deserialisierer, der 8- oder 16-Datenbit oder Wörter von den Prozessor in eine Sequenz von Datenbits konvertiert, die auf der Datenleitung übertragen werden sollen. In gleicher Weise konvertiert er eine Sequenz von Bits von einer Empfangsleitung in ein Byte oder ein Wort. Er stellt auch Zeitsynchronisationsund Fehlerdetektionsprotokolle zur Verfügung, zum Packen von Bitsequenzen in Datenpakete.
Wenn ein Anrufaufbau fertiggestellt ist, steuert der Mikroprozessor 303 TXMUX 305 an, so daß dieser Daten, die an dem RX-Anschluß empfangen werden, an einen speziellen Übertragungsanschluß durchläßt, nämlich zu dem Übertragungsanschluß, der mit dem Port, der Work-Station korrespondiert, an die die Übertragung gerichtet ist. In gleicher Weise steuert der Mikroprozessor 303 RXMUX 302, um diesen speziellen Empfangsanschluß über den Schalter 301 mit dem Tx-Anschluß zu koppeln (der Empfangsanschluß ist dabei durch den Port identifiziert, der mit der Work-Station assoziiert ist, von der die Information erwartet wird). Die Fig. 4 zeigt ein detailliertes Blockschaltbild einer besonderen Ausführungsform des Portarbitrators 306. Der Portarbitrator umfaßt im wesentlichen einen AMD9519A und umfaßt Chips 3061 und 3062. Die Benutzung der zwei Chips gestattet einen 16-Weg-Arbitrator. Dies kann soweit ausgedehnt werden, daß mehr als 16 Leitungen bedient werden, indem zusätzliche Controller kaskadisch verschaltet werden. Die Interrupt-Anfrage Pins REQ&sub0; bis REQ&sub7; des Chips 3061 und ähnliche Pins des Chips 3062 sind jeweils mit unterschiedlichen Empfangsleitungen R0 bis R15 gekoppelt. Selbstverständlich kann der Chip 3062 fortgelassen werden, wenn acht oder weniger Empfangsanschlüsse (wie in Fig. 3) vorliegen. Die Chips umfassen zusätzlich PROCESSOR-READ, PROCESSOR-WRITE, PROCESSOR INTERRUPT ACKNOWLEDGE, PROCESSOR SELECT A, PROCESSOR SELECT B, PROCESSOR SELECT DATA/COMMAND-Anschlüsse, sowie PROCESSOR DATA (0 : 7). Der PROCESSOR-READ-PIN wird von dem Mikroprozessor benutzt, um Register in dem Arbitrator 306 zu lesen. Der PROCESSOR-WRITE-PIN wird von dem Prozessor 303 zum Initialisieren des Arbitrators 306, für Maskenanfragen, für das Identifizieren von Anfragen, usw. verwendet. Der DATA/COMMAND-PIN wird zum Adressieren von Steuerstrukturen in dem Arbitrator 306 benutzt. Die PROCESSOR DATA-PINs verbinden den Arbitrator 306 mit dem Datenbus des Mikroprozessors 303. Der PROCESSOR INTERRUPT-PIN wird zum Verbinden des Arbitrators 306 an Interrupt-Operationen an dem Port verwendet.
Die Chips 3061 und 3062 umfassen eine Vielzahl von Registern, insbesondere ein Interruptanfrage-Register, ein Interruptservice-Register und ein Interruptmask-Register sowie einen Antwortspeicher. Das Interruptanfrage-Register ist ein 8-Bit-Register, in dem ein Bit gesetzt wird, wenn eine korrespondierende Anfrageleitung gesetzt ist. Das Interruptservice-Register zeigt anstehende Interrupts an und zeigt alle rangniedrigeren Interrupts als nicht-aktiv an. Das Interruptmask-Register wird benutzt, um individuelle Interrupt-Pegel zu maskieren. Der Antwortspeicher ist ein 32·8 Lese/Schreibspeicher. Er speichert bis zu vier Antwortbytes pro Anfrageleitung.
Der AMD9519A stellt unterschiedliche Steuerstrukturen zur Verfügung, um eine Vielzahl von Muster für den Portarbitrator zur Verfügung zu stellen. Die unterschiedlichen Steuerfähigkeiten umfassen:
1. Prioritäts-Mode - entweder in fester Zuordnung (zum Beispiel, daß REQ&sub0; die höchste, REQ&sub7; die niedrigste Priorität hat) oder in rotierender Weise (round robin schedule),
2. Vektorauswahl - insbesondere kann ein individueller Vektor ausgewählt werden und dazu benutzt werden, spezielle Routinen für besondere Ports zu implementieren oder ein gemeinsamer Vektor kann benutzt werden, um die Verbindungsaufbauroutine für alle Ports auf zurufen,
3. REQ-Polarität - diese stellt den Controller ein, damit er entweder auf aktiv-high oder aktiv-low Eingangssignale antwortet.
Während des Betriebs wird, abhängig von der gewählten Steuerstruktur und, wenn eine Empfangsleitung aktiviert wird (entweder high oder low), eine der zwei Operationen folgen:
1. ein Interrupt wird für den Portcontroller 303 erzeugt, oder
2. ein Interruptservice-Registerbit wird gesetzt (insbesondere für den Anfragemode-Betrieb).
Auf jeden Fall wird der Portcontroller 303 einen Vektor empfangen, der dem anruf enden Port entspricht. Der Controller 303 kann dann alle anderen Anfrageleitungen an den Arbitrator 306 abtrennen und der normalen Verbindungsaufbauprozedur folgen. Das Portverbindungsaufbauprotokoll wird nun in Zusammenhang mit den Ablaufdiagrammen der Fig. 5 und 6 beschrieben.
Fig. 5 ist ein Ablaufdiagramm der Schritte, wie sie an einem typischen Port, etwa dem Port x (assoziiert mit der Work-Station x) ausgeführt werden, wenn die zugeordnete Work-Station x eine Verbindung mit einem speziellen Port y anfragt. Die Work-Station x manifestiert ihren Wunsch mit der Work-Station y zu kommunizieren. Die Work-Station x plaziert geeignete Signale auf der Leitung, die mit dem RX-Anschluß des Ports gekoppelt ist. Diese Signale werden von dem Multiprotokollchip 304 (siehe Fig. 3) wahrgenommen, um den Mikroprozessor 303 zu stimulieren. Der Mikroprozessor 303 führt dann die Funktion F1 aus. Die Funktion F1 wählt eine besondere Leitung des Busses für die Übertragungs- und Empfangsfunktionen aus. Wenn wir, wie angenommen wurde, die Funktionen, die von dem Port x ausgeführt werden, wenn die Work-Station x mit der Work-Station y zu kommunizieren wünscht, so ist die Übertragungsleitung, die benutzt wird, die T(y,x)-leitung und die Empfangsleitung, die benutzt wird, ist die T (y,x)-leitung. Die Funktion F1 wird durch Steuern von des TXMUX 305 und RXMUX 302 gesteuert. Die Funktion F2 überträgt dann ein Flag an den Port y (über die Leitung T(x,y). Die Funktion F3 ist eine Verzögerung für den Empfang der Bestätigung von dem Port y. Die Bestätigung wird auf der Leitung T(y,x) an RXMUX 303 empfangen und wird an den Mikroprozessor 303 über die Leitungen 311 übertragen. Wird angenommen, daß die Bestätigung empfangen wurde, so sendet die Funktion F5 eine Verifikation (ein weiteres Flag, eine weitere Nachricht oder ein weiteres Paket) an den Port y. Die Funktion F6 berichtet der Work-Station x lediglich, daß die Verbindung mit der gewünschten Work-Station y vollständig ist.
Auf der anderen Seite wird, wenn die Bestätigung im Port y nicht empfangen wurde, nach einer geeigneten Auszeitperiode die Funktion F4 ausgeführt, um die mit der Funktion F1 implementierten Steuerungen wieder zu beseitigen. Die Funktion F7 gibt ein Busy-Signal an die Work-Station x ab, um die Work-Station zu informieren, daß die Work-Station y nicht verfügbar ist.
Wenn die Verbindung erfolgreich abgeschlossen wurde, wird die Work-Station x befähigt mit der Work-Station y zu kommunizieren. Diese Kommunikationen (der Übertragungsseite) fließen zu dem Anschluß RX des Ports x der mit der Work-Station x assoziiert ist, durch TXMUX 305 (über die bereits aufgebaute Verbindung zu dem speziellen Anschluß), auf die ausgewählte Leitung der Rückwand (siehe Fig. 2), die lediglich mit einem der Empfangsanschlüsse des Ports y gekoppelt ist. In der umgekehrten Richtung (für die Kommunikation von der Work-Station y zu der Work-Station x) fließt Information auf einer unterschiedlichen zugeordneten Leitung T(y,x) über einen Übertragungsanschluß des Ports y. Die einzig andere Verbindung zu dieser ausgewählten Leitung T(y,x) besteht mit einem Empfangsanschluß des Ports x. Dieser spezielle Empfangsanschluß wurde durch die Auswahlprozedur der Funktion F1 durch RXMUX 302 befähigt, gekoppelt zu sein. Information fließt dann über den Schalter 301 zu dem Tx-Anschluß des Port x und dann zu der Work-Station x. Es sollte von dem vorhergehenden klar sein, daß keine Pufferung mit im Spiel ist. Statt dessen beobachtet der Port die Information oder die Nachrichten, die zwischen den Work-Stations x und y gesendet werden, in Hinblick auf das Vorliegen eines Close-Befehls. Dieser Close-Befehl erscheint entweder an TXMUX 305 oder RXMUX 302 oder an beiden. Wenn ein derartiger Befehl erkannt wird, löst der Mikroprozessor 303 die durch die Funktion F1 getroffene Auswahl auf, um dadurch den Port x (und die Work-Station x) von der Rückwand 50B wieder zu lösen.
Fig. 6 zeigt das Flußdiagramm, wie es von dem Mikroprozessor 303 an einem typischen Port x ausgeführt wird, wenn ein entfernter Port y einen Anruf zu dem Port x versucht. Dieser Versuch wird durch ein Flag, das an einem der Empfangsanschlüsse des Port x erscheint, manifestiert. Da die Empfangsanschlüsse mit dem Arbitrator 306 verbunden sind, kann die Präsenz des Flags von dem Portarbitrator 306 erkannt werden. Die Detektion wird dem Mikroprozessor 303 mitgeteilt. Zu diesem Zeitpunkt ist der Mikroprozessor 303 über die Identität des Ports y informiert (und kennt selbstverständlich seine eigene Identität) und kann daher die Funktion F8 zum Auswählen der geeigneten Übertragungs- und Empfangsanschlüsse ausführen. Zu beachten ist, daß die gleichen Anschlüsse innerhalb der Funktion F8 gewählt werden, wie sie bei der Funktion F1 gewählt werden. Dies ist eine Konsequenz aus der Tatsache, daß es in der Rückwand 50B gerade nur eine Leitung für die Übertragung von Informationen von dem dort x an den Port y gibt und daß es nur genau eine unterschiedliche Leitung für die Übertragung von Informationen von dem Port y an den Port x gibt.
Die Funktion F9 sendet eine Bestätigung an den Port y (über T(x,y)) durch die der Empfang des Flag, das die Ausführung der Funktion F8 stimuliert, bestätigt wird. Die Funktion F10 wartet dann auf eine Verifikationsbestätigung vom Port y. Nimmt man an, daß diese empfangen wurde, berichtet die Funktion F11 der Work-Station y über ein Verbindung mit ihrer zugeordneten Work-Station, der Work-Station x. Auf der anderen Seite wird, für den Fall, daß die Verifikationsbestätigung vor dem Zeitablauf von dem Port y nicht empfangen worden ist, die Funktion F12 die Auswahl, wie sie von der Funktion F8 getroffen wurde, wieder auflösen.
Sobald eine Portverbindung aufgebaut ist, fließt ein Nachrichtenverkehr in ungepufferter Weise zwischen den verbundenen Ports. Die Ports beobachten den Fluß in Hinblick auf einen Close-Befehl. Wenn der Close-Befehl empfangen wird, wird eine Funktion ähnlich der Funktion F2 ausgeführt. Während eines speziellen Anrufs wird der Port keine andere Anrufanfrage bestätigen. Somit stellt die Erfindung einen nicht-blockierenden übertragungssicheren Schalter zum Verbinden einer Vielzahl von Work-Stations zur Verfügung.

Claims

1. Nicht-blockierendes, übertragungssicheres Schalt-System (50), mit einer Vielzahl von n-Sende/Empfangseinrichtungen (10), wobei n eine ganze Zahl größer als zwei ist, und einer Vielzahl von Busleitungen zum Verbinden der Sende/Empfangseinrichtungen, wobei jede der Sende/Empfangseinrichtungen einen Port beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, daß

ein unterschiedliches Busleitungspaar jedem unterschiedlichen Sende/ Empfangseinrichtungspaar zugeordnet ist,

jeder Port (30) 2(n-1)-Anschlüsse aufweist, von denen jeder mit einer unterschiedlichen Busleitung gekoppelt ist,

jeder Port weiterhin eine Schalteinrichtung (301, 302, 303, 304, 305) für die sende / empfangseinrichtungsgesteuerte Auswahl von zumindest einem der Anschlüsse enthält, um die Sende/Empfangseinrichtung mit einer anderen Sende/Empfangseinrichtung über die entsprechende zugeordnete Busleitung zu verbinden.

2. Schaltsystem nach Anspruch 1, bei dem die Schalteinrichtung die Sende/Empfangseinrichtung mit zwei Anschlüssen für bidirektionale Kommunikation verbindet.

3. Schaltsystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Port eine Arbitrator-Einrichtung (306) enthält, die mit n-1-Anschlüssen des Port gekoppelt ist, um auf Kommunikations-Aufbauanfragen, die an einem der n-1-Anschlüsse auftreten, zu antworten.

4. Schaltsystem nach Anspruch 1 bis 3, weiterhin enthaltend:

eine Leiterplatteneinrichtung (back plane means) (50B) mit n(n-1)-Busleitungen zum Übertragen von Datensignalen zwischen den Ports, wobei jeder Port mit jedem anderen Port über eine eigene Leitung für die Übertragung und eine eigene Leitung für den Empfang von Signalen verbunden ist, und

wobei jede Sende/Empfangseinrichtung eine Einrichtung (303) enthält zum Steuern der Übertragung von und zu den entsprechenden Sende/Empfangseinrichtungen, und wobei die Steuereinrichtung umfaßt:

eine erste Einrichtung zum Auswählen eines geeigneten Satzes von Übertragungs- und Empfangsleitungen gemäß einem zu verbindenden Sende/Empfangseinrichtungssatz.

eine zweite Einrichtung zum Erzeugen von Verbindungsaufbausignalen und zum Übertragen der Verbindungsaufbausignale über den geeigneten Satz von Übertragungs- und Empfangsleitungen zwischen dem Satz von Sende/ Empfangseinrichtungen;

eine dritte Einrichtung (301) zum Schalten der Datensignalübertragungen zwischen dem Satz von Sende/Empfangseinrichtungen zu dem geeigneten Satz von Übertragungs- und Empfangsleitungen, wenn der Verbindungsaufbau erreicht ist; und

eine vierte Einrichtung zum Lösen der Verbindung zwischen der Sende/Empfangseinrichtung von dem geeigneten Satz von Übertragungs- und Empfangsleitungen, wenn die Datensignalübertragungen zu Ende sind.

5. Schaltsystem nach Anspruch 4, bei dem, die dritte Einrichtung einen ersten Multiplexer (302) aufweist, zum Verbinden der Datensignale, wie sie von der Sende/Empfangseinrichtung empfangen werden, mit einer ersten ausgewählten Busleitung, und einen zweiten Multiplexer (305) aufweist zum Verbinden der Datensignale von einer zweiten ausgewählten Busleitung mit der Sende/Empfangseinrichtung, und

wobei der Port weiterhin eine Einrichtung (303) aufweist, die in Antwort auf eine Auswahl durch die erste Einrichtung die dritte Einrichtung beim Identifizieren der ersten und zweiten ausgewählten Busleitung steuert.

6. Schaltsystem nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem jeder Port aufweist: einen Übertragungs-Multiplexer (305), der zwischen der entsprechenden Sende/Empfangseinrichtung und einem ausgewählten Satz von Busleitungen gekoppelt ist;

einem Empfangsmultiplexer (302), der zwischen der entsprechenden Sende/Empfangseinrichtung und einem unterschiedlichen Satz von Busleitungen gekoppelt ist; und

eine Steuereinrichtung (303), die zwischen den Übertragungs- und Empfangsmultiplexern gekoppelt ist, um selbige zu steuern.

7. Schaltsystem nach Anspruch 6, bei dem die Steuereinrichtung einen Prozessor (303) und einen Arbitrator (306) aufweist, wobei der Arbitrator ebenfalls mit dem unterschiedlichen Satz von Busleitungen gekoppelt ist.

8. Schaltsystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem jede Sende/Empfangseinrichtung eine Work-Station aufweist.