DE3851111T2

DE3851111T2 - Netzwerksystem mit Tokenprinzip-Zugriffsverfahren.

Info

Publication number: DE3851111T2
Application number: DE3851111T
Authority: DE
Inventors: Yashuhisa C O Patent Shiobara
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-09-09
Filing date: 1988-09-08
Publication date: 1994-12-08
Anticipated expiration: 2008-09-09
Also published as: KR920001576B1; KR890006019A; EP0306963A2; DE3851111D1; AU584022B1; IN168186B; US4930121A; EP0306963B1; EP0306963A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Netzwerksystem zur Verwendung in einem Prozeßsteuerungssystem oder dergl., welches den Datenaustausch zwischen mit einem lokalen Netzwert (Local Area Network - LAN) gekoppelten Maschinen, wie beispielsweise einem Rechner, einem programmierbaren Controller (PC) und einem digitalen Instrumentierungs-Controller, abwickelt und insbesondere ein Datenübertragungssystem, welches nach einem Token-passing-Buszugriffsverfahren arbeitet, wie vom IEEE (Institute for Electrical and Electronic Engineers) 802.4 Committee (Ausschuß) definiert, um die effektive Übertragung von Daten mit verschiedenen Dringlichkeitsebenen (Prioritäten) sicherzustellen, wie sie im obengenannten Prozeßsteuerungssystem oder dergl. vorliegen können.
Seit kurzem werden bei der LAN-Anwendung in verschiedenen Gebieten rasche Fortschritte erzielt. Auf besondere Aufmerksamkeit auf dem Gebiet der industriellen LAN-Nutzung stößt dabei MAP (Manufacturing Automation Protocol), das von General Motors, USA, vorgeschlagen wurde. Das MAP zielt darauf ab, den Datenaustausch zwischen verschiedenen Rechnertypen und von verschiedenen Firmen hergestellten programmierbaren Maschinen zu gestatten und basiert auf der OSI (Open Systems Interconnection) . Bei der ISO (International Standardization Organization) wird derzeit eine Norm erarbeitet. Auf jeder Ebene dieses OSI-Mehrebenenmodells oder des hierarchisch strukturierten Modells, wird der der vom obigen IEEE 802.4 Committee definierte Token-passing-Bus in einer Teilschicht zur Steuerung des Zugriffs auf die Datenmedien für die Datenverknüpfung der unteren zwei Ebenen verwendet. Es gibt ein anderes LAN des Bustyps mit der Bezeichnung CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection), in welchem die einzelnen Knoten wahlfrei Daten übertragen. Entsprechend diesem Netzwerk des CSMA/CD-Typs wird eine Kollision zwischen Daten von den betreffenden Maschinen des Netzwerks erkannt, und es wird versucht, diese Daten erneut zu übertragen, wenn ein Übertragungspfad frei wird. Mit steigender Anzahl von netzwerkgekoppelten Maschinen nimmt deshalb die Belastung der Übertragungspfade zu, was wiederum die Übertragungsleistung rasch verringert.
Entsprechend einem in der Fig. 12 dargestellten Tokenpassing-Bussystem ist eine Anzahl von Übertragungsgeräten (im folgenden als Knoten bezeichnet) 1-1 bis 1-n mit einem gemeinsamen Übertragungspfad L gekoppelt, und eine Übertragungsgenehmigung, welche als Token bezeichnet wird, wird den einzelnen Knoten sequentiell erteilt. Derjenige Knoten, der den Token empfangen hat, überträgt innerhalb einer vorgegebenen Zeit Daten, und über eine Vielzahl von Knoten werden nicht gleichzeitig Daten innerhalb derselben Zeit übertragen. Somit kann man von dem Datenübertragungssystem des-Token-passing-Bustyps sagen, daß es den Nachteil des Netzwerks des CSMA-/CD-Typs überwindet.
Der Token-passing-Bus wird nachstehend detailliert beschrieben. Durch die Verwendung des Token-passing-Busses erhalten die einzelnen Knoten 1-1 bis 1-n ihre spezifischen Adressen im voraus, und ein Token wird sequentiell vom Knoten einer großen Adresse zu denjenigen mit kleinen Adressen verschoben. Jeder Knoten speichert deshalb die Adresse des nächsten Knotens (Folgeknoten), an den der Token zu schicken ist sowie die Adresse desjenigen Knotens (Vorgängerknoten), von welchem der Token zu empfangen ist, und der Token wird sequentiell auf Basis dieser Adressen zwischen den Knoten verschoben. Ein logischer Ring mit den gegenseitig gekoppelten Einzelknoten 1-1 bis 1-n wird auf diese Weise so aufgebaut, als hätte er eine Ringform. Demzufolge überwacht jeder Knoten stets den Verschiebefluß des Token, und im Systembetrieb überwacht derjenige Knoten, der den Token an einen anderen Knoten geschickt hat, den Übertragungszustand des Zielknotens und erkennt den Verlust des Token, um den logischen Ring wieder aufzubauen.
Ist die Systemaktivierung oder -deaktivierung aufgrund des Systemstarts, oder aufgrund der Generierung einer Vielzahl von Token oder einer Störung beim Empfang eines Token erforderlich, so wird ein Konkurrenzprozeß auf Basis eines Sortieralgorithmus ausgeführt, welcher zu den einem Zeitgeber zur Erkennung von Signalfreiheit und/oder den individuellen Knoten zugeordneten Knotenadressen gehört, wodurch der passende logische Ring aufgebaut wird. Des weiteren verfügt dieses System in Bezug auf eine Einbeziehung oder Entfernung von Knoten in das bzw. aus dem Netzwerk über eine Funktion zur Aufrechterhaltung des logischen Rings.
Entsprechend dem Token-passing-Bussystem werden die an die individuellen Knoten 1-1 bis 1-n zu schickenden Knoten in Übereinstimmung mit der gewünschten Übertragungspriorität vier Typen von Zugriffsebenen zugeordnet, und der Prioritätsprozeß wird auf Basis des vom IEEE 802.4 definierten Token-passing-Busprioritätsalgorithmus abgewickelt. In diesem Prozeß sind vier Zugriffsebenen 6, 4, 2 und 0 vorgesehen, wobei 6 die höchste Ebene ist, und 4, 2 und 0 in der angegebenen Reihenfolge jeweils niedrigere Ebenen darstellen. Als Ergebnis können hinsichtlich der in einer Übertragungswarteschlange befindlichen Daten vier Anforderungswarteschlangen bereitgestellt werden.
Das bedeutet, daß bei Empfang eines Token ein Knoten eine vom Token-passing-Bus definierte Token-Haltezeit als einen Zeitgeber-Anfangswert in einem Token-Haltezeitgeber setzt und die Daten mit Zugriffsebene 6 überträgt. Nach der Datenübertragung prüft der Knoten, ob eine Übertragungswarteschlange leer ist oder nicht. Sind keine weiteren Daten zu übertragen, so wird der Token an Daten mit der nächstniedrigeren Zugriffsebene 4 übergeben. Bei der Übertragung von Daten auf den Zugriffsebenen 4, 2 und 0 wird die Zeit, die der Token für das Durchlaufen des logischen Rings benötigt, gemessen, so daß die Daten übertragen werden können, bevor die jeder Zugriffsebene zugeteilte Ziel-Token-Umlaufzeit erreicht ist. Wenn der Token nach Ablauf der Ziel-Token-Umlaufzeit zurückkommt, können die Daten nicht übertragen werden. In diesem Fall wird der Token an Daten mit der nächstniedrigeren Zugriffsebene oder an den nächsten Knoten übergeben.
Mit anderen Worten: der Prioritätsverarbeitungsalgorithmus verfügt über den Token-Haltezeitgeber und den Ziel-Token- Umlaufzeitgeber, und bei der höchsten Prioritätszugriffsebene wird die Token-Haltezeit als Anfangswert im Token- Haltezeitgeber gesetzt. Bei einer niedrigeren Prioritätszugriffsebene wird jedoch die im Ziel-Token-Umlaufzeitgeber verbleibende Zeit im Token-Haltezeitgeber gesetzt, und die Ziel-Token-Umlaufzeit wird im Ziel-Token-Umlaufzeitgeber erneut gesetzt.
In diesem Fall beeinflußt die Datenübertragung von einem lokalen Knoten auch die nächste Token-Zeit. Wenn die im Token-Haltezeitgeber gespeicherte verbleibende Zeit positiv ist, können Daten aus einer Warteschlange so lange übertragen werden, bis die Token-Haltezeit abgelaufen oder die Warteschlange leer ist. Wenn ein Zeitablauf des Token- Haltezeitgebers eintritt oder wenn die Warteschlange leer wird, beginnt ein Dienst für den nächstniedrigeren Zugriff. Mit der Beendigung eines Dienstes für die niedrigste Zugriffsebene werden die notwendigen Prozeduren zur Aufrechterhaltung des logischen Rings ausgeführt, und der Token wird dem Folgeknoten übergeben. Auf diese Weise fungieren die individuellen Zugriffsebenen innerhalb jedes Knotens als virtuelle Teilknoten, und der Token wird an den Folgeknoten übergeben, nachdem er sämtliche Zugriffsebenen ab der Zugriffsebene mit höchster Priorität bis zu der mit der niedrigsten durchlaufen hat.
Bei einer Datenübertragung, welche mit dem Token-passing- System arbeitet, wickelt ein Knoten den Datenaustausch mit einem anderen Knoten dadurch ab, daß er Befehlsdaten an einen für den Datenaustausch bestimmten Knoten überträgt und dann Antwortdaten vom Zielknoten empfängt. Bei Verwendung eines nach dem Token-passing-Zugriffsverfahren arbeitenden typischen MAP ist es möglich, Maschinen mit verschiedenen intelligenten Funktionen für jede Fabriketage zu verknüpfen, um eine wirtschaftliche und gleichmäßige Kommunikation sicherzustellen. Bei solchen Maschinen, wie beispielsweise PC's (programmierbare Controller), Manipulatoren und CNC-(computergestützte numerisch gesteuerte)- Bearbeitungsvorrichtungen, handelt es sich bei den über den Token-passing-Bus zu übertragenden Daten hauptsächlich um Daten zur Fertigungs- und Wartungssteuerung.
Parallel mit dem Fortschritt bei der Anwendung eines Netzwerks für die Fabrikautomation (FA) für diese diskrete teilorientierte Ausrüstung, besteht eine Nachfrage nach der Anwendung solcher Netze auch auf sequentielle Prozeßsteuerungssysteme mit von FA verschiedenen Eigenschaften, um ein Einheits-LAN bereitzustellen. Bei der sequentiellen Prozeßsteuerung ist jedoch die Echtzeitoperation wesentlich wichtiger als im Falle der FA. So braucht beispielsweise bei der FA die Antwortzeit für eine für den PC oder dergl. erforderliche Übertragungsfunktion einfach nur ungefähr einige Sekunden zu betragen, während die Antwortzeit bei der sequentiellen Prozeßsteuerung in der Größenordnung einiger Zehnfacher einer Millisekunde liegen muß. In einem verteilten Prozeßsteuerungssystem, wie sie zu dem industriellen Anwendungsbereich dieser Erfindung gehört und in der ein Rechner, ein PC, ein PCS (Distributed Control System - verteiltes Steuerungssystem) etc. mit einem Netzwerk gekoppelt sind, enthalten außerdem die zwischen diesen Einheiten ausgetauschten Daten Daten mit einer signifikant hohen Dringlichkeit, welche für jeden PC-Steuerzyklus von einigen Zehnfachen einer Millisekunde, Daten, welche für die DCS-Manipulation oder Alarmüberwachung für jeweils einige hundert Millisekunden erforderlich sind sowie Daten, welche am Herunterladen des im Hintergrund verarbeiteten Programms, der Produktions- oder der Wartungssteuerungsdaten beteiligt sind.
Wenn ein LAN, das die Bedingungen für die Kopplung der obengenannten Maschinen, wie z. B. ein Rechner, ein PC und ein DCS erfüllt, unter Verwendung des Token-passing- Busses, wobei es sich um einen potentiellen LAN-Standard handelt, aufgebaut werden kann, ist es möglich, die inhärenten Eigenschaften eines Token-passing-Buszugriffsverfahrens in optimaler Weise zu nutzen, d. h. Zuverlässigkeit, Selbstwiederherstellung und Ausbaufähigkeit, womit die Anzahl der Anwendungen des Token-passing-Buszugriffsverfahrens weiter erhöht wird.
Werden die obengenannten Maschinen, wie ein Rechner, ein PC und ein DCS mit einem Token-passing-Bus gekoppelt, so so würden sich jedoch folgende Probleme ergeben. Es gibt zwei Datentypen, welche zwischen den Maschinen ausgetauscht werden: periodisch mit einem Zyklus einer Einheitszeit entsprechend der zuvor genannten Dringlichkeit generierte Daten und Daten, welche als Antwort auf eine unerwartete Übertragungsanforderung generiert werden. Es ist deshalb erforderlich, daß jeder der Knoten 1-1 bis 1-n eine periodische Übertragungssteuerung der Daten jeder Zugriffsebene ausführt, und es ist notwendig, daß jede Maschine die Daten für jeden Zyklus zur Aktualisierung und Nutzung empfängt und zwischenspeichert. Obwohl die Übertragungsdaten ausgehend von der höheren Prioritätsebene herunter zur niedrigeren entsprechend der Priorität der einzelnen Zugriffsebenen übertragen werden müssen, ist es weiterhin für das aktuelle Token-passing-Buszugriffsverfahren gemäß IEEE 802.4 schwierig, die obigen Anforderungen zu erfüllen. Das bedeutet, daß es schwierig ist, das Token-passing-Buszugriffsverfahren auf ein Prozeßsteuerungssystem anzuwenden, welches verschiedene der obengenannten Maschinen enthält.
Die zum Stand der Technik gehörige Veröffentlichung anläßlich des SYMPOSIUM OF THE SIMULATION OF COMPUTER NETWORKS, Colorado Springs, Colorado, 4.-7. August 1987, S. 232-238, IEEE, New York, USA, von A.P. JAYASUMANA et al. "Simulation and performance evaluation of 802.4 priority scheme" beschreibt ein Simulationsmodell für das Prioritätsprinzip des Token-passing-Busses gemäß IEEE 802.4.
Eine weitere zum Stand der Technik gehörige Veröffentlichung, IEEE MICRO, Bd. 6, Nr. 3, Juni 1986, S. 15-25, IEEE, New York, USA, von R.A. DIRVIN et al.: "The MC68824 token bus controller" beschreibt den MC68824 Token-Bus- Controller, welcher die Steuerungsfunktion des Zugriffs auf die Datenmedien (Media Access Control - MAC) für den Token-Bus gemäß IEEE 802.4 implementiert. Zur Unterstützung der hohen Geschwindigkeit eines Token-Busnetzwerks mit potentiell umfangreichen Datenübertragungen zu einem und von einem Host, bedient sich der MC68824 eines gemeinsam genutzten Speichers.
Es ist demnach eine Aufgabe dieser Erfindung, ein mit einem Datenübertragungssystem arbeitendes Netzwerksystem bereit zustellen, welches Daten mit mehreren Dringlichkeitsebenen oder unerwartete Daten effektiv übertragen kann und sich in geeigneter Weise auf ein Prozeßsteuerungssystem, welches solche Daten umfaßt, anwenden läßt, während es die inhärenten Funktionen des Token-passing- Busses gemäß IEEE 802.4 oder einen ähnlichen Bustyps optimal nutzt.
Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung eine Netzwerksystem bereit, welches sich eines Tokenpassing-Buszugriffsverfahrens gemäß Anspruch 1 bedient.
Diese Erfindung wird anhand der nachstehenden detaillierten Beschreibung in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen erläutert; es zeigen:
Fig. 1 ein Schema eines Netzwerksystems gemäß dieser Erfindung;
Fig. 2 ein Blockschaltbild zur Darstellung der Anordnung jedes Knotens in der Fig. 1;
Fig. 3 ein Blockschaltbild zur Darstellung spezifischer Anordnungen einer Schnittstellenschaltung und eines gemeinsamen Speicherbus-Scheduler in der Fig. 2;
Fig. 4A bis 4M Impulsübersichten zur Erläuterung der Funktionsweise der in der Fig. 3 dargestellten Schaltung;
Fig. 5 ein Flußdiagramm zur Erläuterung eines Prioritätsverarbeitungsalgorithmus eines in dieser Erfindung angewendeten Token-passing-Buszugriffsverfahrens;
Fig. 6 ein Diagramm zur beispielhaften Darstellung des Übertragungsblocks von Daten, welche von jedem Knoten in der Fig. 1 zu einem Übertragungspfad eines Netzwerks übertragen werden;
Fig. 7A bis 7C Diagramme zur beispielhaften Darstellung der in einem gemeinsamen Speicher der Fig. 2 gesetzten Datenübertragungs-Koordinationsblöcke bzw. -tabellen;
Fig. 8A und 8B Diagramme zur Erläuterung der Beziehung zwischen einer Übertragungsanforderung und einer Übertragungs-Warteschlange, welche in der in der Fig. 2 dargestellten Anordnung verwendet werden;
Fig. 9 ein Diagramm eines Übertragungsbeispiels zur Erläuterung, wie Daten jeder Prioritätsebene von jedem Knoten an den Übertragungspfad geschickt werden;
Fig. 10 ein Diagramm zur Darstellung des Formats eines Datenblocks für jede Prioritätsebene, welcher von jedem Knoten in der Fig. 1 an den Übertragungspfad übergeben wird;
Fig. 11 ein Diagramm einer Modifikation des in der Fig. 1 dargestellten Netzwerksystems; und
Fig. 12 ein Schema des Aufbaus eines Übertragungssystems des Bustyps, wie es allgemein verwendet wird.
Nachstehend wird ein Netzwerksystem gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Die in diesen Zeichnungen verwendeten ähnlichen oder identischen Bezugszeichen kennzeichnen ähnliche oder identische Abschnitte, wodurch redundante Beschreibungen dieser Abschnitte vermieden werden.
Das Netzwerk gemäß dieser Erfindung hat den in der Fig. 1 dargestellten Aufbau und kann für einen Übertragungspfad des Bustyps, welcher sich eines Token-passing-Buszugriffsverfahrens bedient, wie es beispielsweise in der Fig. 12 dargestellt ist, angewendet werden.
Die Fig. 1 zeigt einen entwickelten Typ des obengenannten MAP-Protokolls, bei dem eine Anzahl von Übertragungsgeräten oder Knoten 1-1 bis 1-n über einen Übertragungspfad L mittels Koaxialkabeln oder optischer Fasern mit einem Netzwerk gekoppelt sind. Die einzelnen Knoten 1-1 bis 1-n sind jeweils mit vorgegebenen Host-Controllern 2-1 bis 2-n gekoppelt.
Diese Knoten haben einen identischen Aufbau; jeder Knoten umfaßt eine Schnittstelle 20, einen über die Schnittstelle 20 mit einem externen Host-Controller (2-1 bis 2-n) gekoppelten gemeinsamen Speicher 18, eine Übertragungs-/Empfängerschaltung 110, welche die Kommunikation über den Übertragungspfad L mit dem gemeinsamen Speicher 18 abwickelt, und einen Schnittstellen-Controller 21, welcher die Operationen der Schnittstelle 20 und der Übertragungs-/Empfängerschaltung 110 steuert.
Jeder gemeinsame Speicher 18 speichert die nach einigen Prioritätsebenen klassifizierten Daten, und Daten, welche automatisch und regelmäßig aus dem gemeinsamen Speicher 18 eines Knotens ausgelesen werden, werden einer mehrfachen Kommunikation mit einem anderen Knoten in Übereinstimmung mit der Prioritätsebene unterzogen. Je höher also die Prioritätsebene der zu übertragenden Daten ist, umso häufiger erfolgt ein Datenaustausch, so daß die Inhalte der gemeinsamen Speicher 18 aller Knoten in einem kürzeren Zyklus der beteiligten häufigen Kommunikationsvorgänge aktualisiert werden. Mit Beendigung des zyklischen Datenaustauschs aller Prioritätsebenen verfügen alle der gemeinsamen Speicher über die gleichen Daten.
Eine Auswahl einer Anzahl gemeinsamer Speicher 18, welche über den Übertragungspfad L verknüpft sind, fungiert deshalb als eine virtuelle Speicherbank großer Kapazität, welche im Netzwerk über den Übertragungspfad L konfiguriert wird. Eine solche virtuelle Speicherbank großer Kapazität ist mit gestrichelten Linien als gemeinsam genutzter Speicher 100 dargestellt.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 wird nunmehr ein bestimmtes Beispiel jedes in der Fig. 1 dargestellten Übertragungsgeräte (Knoten) beschrieben. In der Fig. 2 kennzeichnet 11 einen Token-passing-Bus-Controller (TBC) zur Steuerung des obengenannten Token-passing-Busses gemäß IEEE 802.4. Dieser TBC 11 kann aus einem LSI, Modell MC68824 der Motorola Co., USA, bestehen, dessen Funktion die Abwicklung einer Signalverarbeitung auf Basis eines Prioritätsverarbeitungsalgorithmus ist (wird später unter Bezugnahme auf die Fig. 5 beschrieben).
Übrigens kann ein beliebiges anderes Gerät (LSI) als das MC68824 für den TBC 11 verwendet werden, sofern es den Spezifikationen gemäß IEEE 802.4 entspricht.
Der TBC 11 ist mit einem Modem 12 zur Ausführung der Signalübertragung zu dem und für den Empfang von dem Übertragungspfad L gekoppelt. Ein von der Concord Communication Co., USA, angebotenes Modem des CB-Typs kann als dieses Modem 12 verwendet werden. Ein Übertragungs- /Empfangsendedetektor 14 erkennt das Ende des Empfangs (Rx) eines Übertragungsblocks oder das Ende der Übertragung (Tx) eines Übertragungsblocks von einem lokalen Knoten auf dem Übertragungspfad L über das Modem 12. Da das obengenannte LSI (MC68824) die Funktion des Detektors 14 beinhaltet, entfällt bei Verwendung dieses LSI die Notwendigkeit, den Detektor 14 bereitzustellen.
Die Übertragungsoperation des TBC 11 wird von einem Tokenpassing-Busprozessor 13 gesteuert. Als der Prozessor 13 kann eine MPU (Micro Processing Unit - Mikroprozessor), Modell 80186, von Intel Co., USA, verwendet werden. Der Prozessor 13 bestätigt den Übertragungs-/Empfangstakt des Modems 12 durch Signale It und Ir vom Übertragungs-/Empfangsdetektor 14. Des weiteren empfängt der Prozessor 13 ein Signal eines vorgegebenen Zyklus (Tm oder Tl) von einem Zeitgeber 15, wobei der Ausgang eines Oszillators 16 als ein Operationstakt fungiert. Der Prozessor 13 sendet ein Unterbrechungssignal bzw. einen Interrupt (INT-1) entsprechend dem Betriebs status des TBC 11 an einen Schnittstellen-Controller 21 (wird später beschrieben) und empfängt ein Unterbrechungssignal bzw. einen Interrupt (INT-2) entsprechend dem Betriebsstatus des Schnittstellen-Controllers 21.
Die Daten in dem vom Modem 12 empfangenen Übertragungsblock werden zur Zwischenspeicherung an einen Dual-Port- Speicher 17 geschickt. Diese Daten werden in Daten mit einer Vielzahl von Zugriffsebenen (Prioritätsebenen) klassifiziert, und die klassifizierten Daten werden im gemeinsamen Speicher 18 abgelegt, dessen Adressenstruktur den einzelnen Knoten gemeinsam ist. Ein als Antwort auf eine unerwartet generierte Übertragungsanforderung übertragener oder empfangener Übertragungsblock wird an einen Übertragungs-/Empfangspufferspeicher 19 zur Zwischenspeicherung geschickt. Die Übertragung der im Dual-Port-Speicher 17 gespeicherten Daten an den gemeinsamen Speicher 18 oder an den Übertragungs-/Empfangspuffer 19 wird von einem DMA- (Direct Memory Access - direkter Speicherzugriff)-Controller 22 ausgeführt.
Der Schnittstellen-Controller 21 steuert die Kommunikationsprozeduren des Token-passing-Busprozessors 13 und kann aus einem Intel 80186 MPU oder dergl. aufgebaut sein. Dieser Schnittstellen-Controller 21 steuert die Operation der Schnittstellenschaltung 20, welche die externe Einheit (Host-Controller) 2 mit dem gemeinsamen Speicher 18 etc. koppelt.
Der gemeinsame Speicherbus-Scheduler 23 hat die Aufgabe, die Verwendung eines C-Busses (gemeinsamer Speicherbus) zum Zeitpunkt des Zugriffs durch den Token-passing-Bus- Controller 11, den DMA-Controller 22, die Schnittstellenschaltung 20 und den Schnittstellen-Controller 21 auf den gemeinsamen Speicher 18 oder den Übertragungs-/Empfangspufferspeicher 19 zu steuern. Das heißt, daß der Scheduler 23 über eine Funktion zur vorrangigen Behandlung einer zeitlich verzahnten Zugriffsanforderung für einen Systembus verfügt. (Die Intel Multi-Busse I und II oder der Motorola VME-Bus haben eine solche Funktion). Der Tokenpassing-Bus-Controller 11, der Token-passing-Busprozessor 13, der Zeitgeber 15, der Dual-Port-Speicher 17 und der DMA-Controller 22 sind innerhalb jedes Knotens mit einem T-Bus (Token-passing-Steuerbus) gekoppelt.
Die Fig. 3 ist ein Blockschaltbild einer spezifischen Anordnung der Schnittstellenschaltung 20 und des gemeinsamen Speicherbus-Schedulers 23. Die Fig. 4A bis 4M sind Impulsübersichten zur Darstellung der Funktionsweise der in der Fig. 2 gezeigten Schaltung.
Der Host-Controller 2 und die Schnittstellenschaltung 20 sind über eine Steuersignalleitung, einen Nl-Bit-Adreßbus (z. B. 20 Bits) und einen N2-Bit-Datenbus (z. B. 16 Bits) miteinander gekoppelt. Daten auf diesem Adreßbus werden in einem Zwischenspeicher 201 zwischengespeichert, und die zwischengespeicherten Daten werden auf dem Adreßbus des C- Busses über einen Tri-State-Puffer 202 geschickt.
Daten auf dem Datenbus vom Host-Controller 2 werden in einem Zwischenspeicher 203 zwischengespeichert, und die zwischengespeicherten Daten werden über einen Tri-State- Puffer 204 auf den Datenbus des C-Bus gelegt. Daten auf dem Datenbus des C-Busses werden in einem Zwischenspeicher 205 zwischengespeichert, und die zwischengespeicherten Daten werden über einen Tri-State-Puffer 206 auf den Datenbus des Host-Controllers 2 gelegt.
Daten auf dem Adreßbus vom Host-Controller 2 werden an eine Auswahllogik 207 geschickt, welche ein Auswahlausgangssignal an eine AND-Logik 208 absetzt, wenn die empfangenen Daten mit einem vorgegebenen Inhalt übereinstimmen. Bei Empfang des Auswahlausgangssignals setzt die Logik 208 ein Zwischenspeicherungssignal a1 an die Zwischenspeicher 201 und 203 ab.
Wenn die Steuersignalleitung vom Host-Controller eine Lese- oder Schreibanforderung angibt, schickt die AND- Logik 208 ein Signal an eine AND-Logik 209, welche ihrerseits ihre Bestätigung an die Steuersignalleitung zurückschickt.
Bei Empfang einer Schreibanforderung von der Steuersignalleitung schickt die AND-Logik 208 diese Anforderung an eine Gatterschaltung 233 und außerdem eine Zugriffsanforderung I (siehe Fig. 4A-4D) für den gemeinsamen Speicherbus an einen/eine Prioritätsentscheider/logische Vorrangschaltung 231 sowie an die Gatterschaltung 233.
Auf Basis dieser Befehle, des Ausgangs des/der Prioritätsentscheiders/logischen Vorrangschaltung 231 und eines Ausgangssignals II eines Speicherzugriff-Taktgenerators 232 setzt die Gatterschaltung 233 ein Signal III ab. Das Signal III wird aus einem Befehl b1 "Aktivieren Speicheradresse" (Fig. 4H), einem Befehl b2 "Aktivieren Schreibdaten" (Fig. 4I), einem Befehl b3 "Zwischenspeichern Lesedaten" (Fig. 4J) und einem Befehl b4 "Abschließen Lesen/ Schreiben" (Fig. 4K) gebildet. Diese Befehle b1 bis b4 werden jeweils an den Puffer 202, den Puffer 204, den Zwischenspeicher 205 bzw. die AND-Logik 209 geschickt. Als Antwort auf den Befehl b4 schickt die AND-Logik 209 einen Befehl a2 "Aktivieren" an den Puffer 206.
Die Zugriffsanforderung I auf den gemeinsamen Speicherbus besteht aus Anforderungen mit vier Prioritätsebenen, und der Befehl mit hoher Priorität (Anforderung 1) wird nach Priorität von der Vorrangschaltung 231 abgesetzt. Werden Befehle mit gleicher Priorität geliefert, so führt die Vorrangschaltung 231 eine vorgegebene Arbitration durch und setzt die empfangenen Befehle sequentiell ab.
Bei Empfang eines Speicherzugriffssignals vom DMA-Controller 22 in der Fig. 2, schickt der Speicherzugriff-Taktgenerator 232 das Signal II, wie in den Fig. 4E-4G gezeigt, an einen Schreib-/Lese-Controller 234. Bei Empfang des Signals II und der Schreib-/Leseanforderung von der AND-Logik 208 setzt der Controller 234 ein Chip-Anwahlsignal CS (Fig. 4L) und ein Schreibfreigabesignal WE (Fig. 4M) an den gemeinsamen Speicher 18 ab. Bei Empfang der Signale CS und WE wird der gemeinsame Speicher 18 einer Schreib-/Leseoperation von/nach der vom C-Bus zu diesem Zeitpunkt angegebenen Adresse unterzogen.
Die Fig. 5 ist ein Flußdiagramm zur Darstellung des Prioritätsverarbeitungsalgorithmus für das in dieser Erfindung angewendete Token-passing-Buszugriffsverfahren. Dieser Algorithmus basiert auf den Token-passing-Bus-Prioritätsverarbeitungsprozeduren gemäß IEEE 802.4.
Der Prioritätsverarbeitungsalgorithmus des Token-passing- Busses gemäß IEEE 802.4 sieht vier Zugriffsebenen (6, 4, 2 und 0) vor; Ebene 6 entspricht der höchsten Priorität, die dann in der Reihenfolge der Ebenen 4, 2 und 0 absteigt. Anhand der vier Typen von Zugriffsebenen werden in jedem Knoten vier Warteschlangen für die Daten angelegt, die auf eine Übertragung warten. Das bedeutet, daß dann, wenn ein Token empfangen wird (Schritt ST10), die vom Tokenpassing-Bus definierte Token-Haltezeit im Token-Haltezeitgeber 15 gesetzt wird (Schritt ST12) und Daten mit Zugriffsebene 6 (Zugriffsklasse j=6) übertragen werden (Schritt ST14). Nach der Datenübertragung wird entschieden, ob die zugehörige Warteschlange leer ist oder nicht und ob die Token-Haltezeit (Thd) abgelaufen ist oder nicht (Schritt ST16). Sind keine zu übertragenden Daten mehr vorhanden, oder hat die Zeitzählung des Zeitgebers 15 die Token-Haltezeit (Thd) erreicht, so wird dem Token die nächste Zugriffsebene 4 (j=4) zugewiesen (Schritt ST14)
Der Zeitgeber 15 mißt die Zeit, die der Token zum Durchlaufen des logischen Rings benötigt, so daß Daten mit jedem der Zugriffsebene 4, 2 oder 0 (j=4, 2 oder 0) übertragen werden-können, bevor die Zeit eine jeder Zugriffsebene zugewiesene Ziel-Token-Umlaufzeit erreicht (Schritte ST20- ST32). Wenn der Token nach dem Ablauf der Ziel-Token-Umlaufzeit zurückkommt, ist keine Datenübertragung mehr möglich, bis die Ziel-Token-Umlaufzeit der betreffenden Zugriffsebene abgelaufen ist. In diesem Fall wird der Token an eine niedrigere Zugriffsebene oder an den nächsten Knoten übergeben (Schritt ST34).
Entsprechend dem in der Fig. 5 dargestellten Prioritätsverarbeitungsalgorithmus werden der Token-Haltezeitgeber und der Ziel-Token-Umlaufzeitgeber verwendet. Für die höchste Prioritätszugriffsebene (j=6) wird die Token- Haltezeit (Thd) als Anfangswert im Token-Haltezeitgeber eingestellt (Schritt ST12). Für eine niedrigere Priorität wird die im Ziel-Token-Umlaufzeitgeber verbleibende Zeit im Token-Haltezeitgeber eingestellt (Schritt ST22), und die Ziel-Token-Umlaufzeit wird im Token-Umlaufzeitgeber für einen Dienst für diese Zugriffsebene neu eingestellt (Schritt ST24). In diesem Fall beeinflußt die Datenübertragung von einem lokalen Knoten auch die nächste Token- Zeit.
Wenn die im Token-Haltezeitgeber gespeicherte verbleibende Zeit positiv ist, können Daten aus einer Warteschlange so lange übertragen werden (Schritt ST28), bis die Token- Haltezeit abgelaufen oder die Warteschlange leer ist (NEIN in Schritt ST26). Wenn ein Zeitablauf des Token-Haltezeitgebers eintritt oder wenn die Warteschlange leer wird (JA in Schritt ST26), beginnt ein Dienst für den nächstniedrigeren Zugriff (Schritt ST32). Mit der Beendigung eines Dienstes für die niedrigste Zugriffsebene (j=0) (JA in Schritt ST30) werden die notwendigen Prozeduren zur Aufrechterhaltung des logischen Rings ausgeführt, und der Token wird dem Folgeknoten übergeben (Schritt ST34).
Auf diese Weise fungieren die individuellen Zugriffsebenen (j=6, 4, 2, 0) innerhalb jedes Knotens (1-1 bis 1-n) als virtuelle Teilknoten, und der Token wird an den Folgeknoten übergeben, nachdem er sämtliche Zugriffsebenen ab der Zugriffsebene mit höchster Priorität (j=6) bis zu der mit der niedrigsten (j=0) durchlaufen hat.
Obwohl die obige Beschreibung vier Zugriffsebenen (6, 4, 2, 0) vorsieht, können statt dessen drei Ebenen (6, 4, 2) verwendet werden. Die zwischen den Knoten 1-1 bis 1-n aktualisierten Daten werden beispielsweise in drei Prioritätsebenen klassifiziert (6, 4, 2) und als solche entsprechend der Dringlichkeit gespeichert. Die klassifizierten Daten werden als Daten mit einer spezifischen Adresse dem gemeinsamen Speicher 18 zugewiesen, der in sämtlichen Knoten 1-1 bis 1-n die gemeinsame Adresse aufweist. Des weiteren werden allen Knoten gemeinsame drei Typen vorgegebener Datenaktualisierungszyklen (Th, Tm und Tl) entsprechend den einzelnen Ebenen (6, 4 und 2) eingestellt. Das heißt, die Dringlichkeit der obigen Daten steht in Zusammenhang mit den oberen drei Ebenen 6, 4 und 2 der vier Zugriffsebenen der dem Token-passing-Bus inhärenten Übertragungs-Prioritätsverarbeitungsfunktion und wird mit den drei Zyklen (Th, Tm und Tl) entsprechend den jeweiligen Zugriffsebenen (6, 4 und 2) gesteuert.
Zur näheren Erläuterung sei angenommen, daß Dh, Dm und Dl Daten entsprechend den drei Zugriffsebenen 6, 4 und 2 und daß Th, Tm und Tl diesen Ebenen entsprechende Zyklen sind. Die Daten der einzelnen Ebenen werden im LAN in Übereinstimmung mit den in der Fig. 6 dargestellten Übertragungsblockfolgen (1-1, 1-2, . . . ) übertragen.
Zuerst werden stets die Daten Dh mit jedem Th übertragen, und die Daten Dm werden ihrer Priorität entsprechend innerhalb der Zeit Tm übertragen. Innerhalb der Zeit Tl haben die Daten Tm Priorität, und wenn auf dem Übertragungspfad Platz vorhanden ist (oder der Pfad nicht belegt ist), werden die Daten Dl übertragen. In der Fig. 6 kennzeichnen die weißen Kästchen Datenübertragungsblöcke, während die schwarzen Abschnitte Token-Blöcke kennzeichnen.
Es wird angenommen, daß der gemeinsame Speicher hardwaremäßig in jedem Knoten verwirklicht und der Aufbau der Speicheradresse allen Knoten gemein ist. Ein Vielfachblock von einem Knoten wird gleichzeitig von allen übrigen Knoten empfangen, und die empfangenen Daten werden auf Basis des im Datenübertragungsblock gesetzten gemeinsamen Speicheradreßdatums im angegebenen gemeinsamen Speicher abgelegt, wodurch die von den einzelnen Knoten oder den einzelnen mit den einzelnen Knoten gekoppelten Maschinen übertragenen Daten aktualisiert werden. Die Aktualisierung wird deshalb für jeden für jede Ebene eingestellten Zyklus vorgenommen. Dementsprechend können die einzelnen Maschinen rasch über das Netzwerk auszutauschende Daten auslesen, indem sie auf Daten in einer spezifischen Adresse des gemeinsamen Speichers zugreifen, und sämtliche Knoten nutzen die gemeinsamen Daten, welche in einfacher Weise jederzeit herangezogen werden können.
Nunmehr folgt die Beschreibung der Funktionsweise der Vorrichtung mit der Anordnung gemäß den Fig. 1 und 2. Zuerst werden die zwischen Maschinen, wie z. B. Host-Controller 2, PC's und DCS, welche mit den einzelnen Knoten 1-1 bis 1-n das Übertragungspfades L gekoppelt sind, auszutauschenden Daten in verschiedene Ebenen entsprechend ihrer Dringlichkeit klassifiziert. Zur Übertragung der Daten von jedem Knoten zu einer gegebenen Zeit (Th, Tm oder Tl) in Übereinstimmung mit diesen Ebenen verfügt der gemeinsame Speicher 18 jedes Knotens über die in den Fig. 7A bis 7C dargestellten Datenübertragungs-Koordinationsblöcken bzw. -tabellen. Jeder Block bzw. jede Tabelle enthält eine Vielzahl von Startadressen, in denen die aus dem gemeinsamen Speicher 18 für jede Ebene 6, 4 oder 2 auszulesenden Daten gespeichert sind, sowie eine Vielzahl von Gruppen der Übertragungswörter, wie erforderlich. Jede Startadresse und jede Gruppe von Übertragungswörtern ist einer Übertragungsanforderung zugeordnet.
Die Anzahl der Übertragungsanforderungen für jeden Knoten beträgt x für die Ebene 6, y für die Ebene 4 und z für die Ebene 2. In den Blöcken bzw. Tabellen des gemeinsamen Speichers 18 sind die Token-Haltezeit Thd für die Ebene 6, die Übertragungszyklen Th, Tm und Tl für die einzelnen Ebenen 6, 4 und 2 sowie zu Beginn der Übertragung auf der Ebene 4 ein Grenzwert mj für die Anzahl der Übertragungsblöcke eingestellt.
Der Token-passing-Busprozessor 13 liest aus dem gemeinsamen Speicher 18 Daten, wie z. B. die verschiedenen Zeiten (Th, Tm, Tl etc.) und den Grenzwert (mj) der Übertragungsblockanzahl aus. Dann setzt der Prozessor 13 die Token- Haltezeit Thd im Token-passing-Bus-Controller 11 sowie die Übertragungszyklen Tm und Tl im Zeitgeber 15 zum Starten der Zeitgeberfunktion. Dieser Zeitgeber 15 schickt nach jedem Tm und Tl ein Unterbrechungssignal an den Tokenpassing-Busprozessor 13.
Bezüglich der unerwartete Daten enthaltenden Daten wird die Übertragungszeit wie folgt bestimmt. Es sei angenommen, daß Tdh, Tdm und Tdl diejenigen Zeiten angeben, die erforderlich sind, um die Daten Dh, Dm und Dl entsprechend den einzelnen Ebenen oder die Zeiten, die die Signale als Übertragungsblock auf dem LAN vorliegen müssen, zu übertragen. Es-sei angenommen, daß Tmh, Tmm und Tml die erforderlichen Zeiten zur Übertragung für die entsprechenden Ebenen generierter unerwarteter Daten angeben. Außerdem sei angenommen, daß Tpd1, Tpd2 bzw. Tpd3 die Verzögerung der Laufzeit in Abhängigkeit von der Anzahl der Knoten im LAN und von der Länge der verwendeten Kabel etc., die erforderliche Zeit für die Ein- oder Auskopplungssequenz von Knoten und die erforderliche Zeit zur Fehlerbeseitigung bei der Token-Übergabe aufgrund von Störsignalen angeben. Die Aktualisierungszyklen entsprechen dann der folgenden Beziehung:
Tm = mTh (m: eine ganze Zahl) (1)
Tl = l·Th (2)
Tl = l·(Tdh + Tmh) + {l·(Tdm + Tmm)/m} + (Tdl + Tm1) + Tpd1 (3)
Tm = m·(Thd + Tmh) + (Tdm + Tmm) + {m·(Tdl + Tml)/l} + Tpd2 (4)
Th = (Thd + Tmm) + (Tdm + Tmm)/m + {(Tdl + Tml)/l} + Tpd3 (5)
Die den einzelnen Ebenen entsprechenden Daten Dh, Dm und Dl werden von jedem Knoten im LAN übertragen. Insbesondere werden in jedem Knoten die Anzahl der Übertragungswörter und die Startadresse, in der die zu übertragenden Daten gespeichert sind, vorgegeben, wie in den Fig. 7A-7C gezeigt, und es wird ein Übertragungsblock entsprechend der vorgegebenen Anzahl von Übertragungswörtern für jede Ebene vorbereitet und übertragen. Deshalb haben die Zeiten Tdh, Tdm und Tdl die folgende Beziehung, ausgedrückt in Zeiten Tdh(n), Tdm(n) und Tdl(n), zu denen die Daten im LAN von den einzelnen Knoten übertragen werden, und in durch die Anzahl der Übertragungswörter begrenzten Übertragungszeiten Tw(wh·k), Tw(wm·k) und Tw(wl·k):
Tdh = Tdh(n) (6)
Tdm = Tdm(n) (7)
Tdl = Tdl(n) (8)
Deshalb:
Tdh = Tw(wh·k) (9)
Tdm = Tw(wm·k) (10)
Tdl = Tw(wl·k) (11)
Unter der Voraussetzung, daß Wdh, Wdm und Wdl die jeweilige Anzahl der Übertragungswörter für die Daten Dh, Dm und Dl angeben, kann die folgende Beziehung aufgestellt werden:
Wdh = Wh·k (12)
Wdm = Wm·k (13)
Wdl = Wl·k (14)
Verschiedene Parameter, die durch die dem Token-passing- Bus gemäß IEEE 802.2 inhärenten Übertragungsprioritäts- Verarbeitungsfunktion definiert werden, werden für jede Ebene wie folgt eingestellt:
Token-Haltezeit Th = Tdh(n) + Tmh(n) (15)
Ziel-Token-Umlaufzeit für Ebene 4 Ttr4 = Th + T1* (16)
Ziel-Token-Umlaufzeit für Ebene 2 Ttr2 = Th (17)
Ziel-Token-Umlaufzeit für Ebene 0 Ttr0 = Th (18)
Thm(n) in der Gleichung (5) stellt deshalb die Zeit für eine Übertragungsanforderung dar, welche unerwartet generiert wird und welche die Datenübertragung für Ebene 6 gestattet. Tatsächlich wird diese Zeit durch die Menge der Übertragungsdaten und die Anzahl der Übertragungsblöcke bestimmt. T1* ist die durch die Menge der Übertragungsdaten, die im normalen Zustand übertragen werden, für die Ebene 4 bestimmte Zeit.
Entsprechend dieser Erfindung werden die obengenannten Zeitparameter etc. zur Übertragungssteuerung eingestellt und verwendet. Insbesondere setzt der Token-passing-Busprozessor 13 auf Basis der Token-Haltezeit Tdh und der aus dem gemeinsamen Speicher 18 ausgelesenen Übertragungszeit im Token-passing-Bus-Controller 11 Thd als die Token- Haltezeit, Ttr4 = Th + Th1* als die Ziel-Token-Umlaufzeit für die Ebene 4, Ttr2 = Th als die Ziel-Token-Umlaufzeit für die Ebene 2 und Ttr0 = Th als Ziel-Token-Umlaufzeit für die Ebene 0. Hier ist T1* die aus dem Übertragungsblockgrenzwert mj berechnete Zeit.
Zunächst fügt der Token-passing-Busprozessor 13 in einem Startzustand, in dem der Übertragungszustand der normale (stabile) Zustand wird, als Antwort auf eine Datenübertragungsanforderung der Ebene 6 eine Datenanforderung an die Warteschlangen aller Token-passing-Bus-Controller 11 hinzu. Als Antwort auf eine Datenübertragungsanforderung der Ebene 4 wird eine Datenanforderung für die dem Übertragungsblockgrenzwert mj entsprechende Menge der Warteschlange des Token-passing-Bus-Controllers 11 hinzugefügt. Die Übertragungsanforderungen der Ebenen 2 und 0 sind gesperrt.
Nach Beendigung des Übertragungsumlaufs für jeden Knoten oder nach Ablauf der Zeit Th werden alle Datenübertragungsanforderungen der Ebene 4 der Warteschlange des Token-passing-Bus-Controllers 11 hinzugefügt. Alle Datenübertragungsanforderungen der Ebenen 2 und 0 werden der Warteschlange des Token-passing-Bus-Controllers 11 hinzugefügt.
Die Fig. 8A und 8B zeigen beispielhaft die vom Tokenpassing-Busprozessor 13 gesteuerten Warteschlangen. Die Fig. 8A stellt ein Beispiel von Übertragungsanforderungen und Warteschlangen der einzelnen Ebenen zum Zeitpunkt des Übertragungsstarts dar, und die Steuerung der Übertragungswarteschlangen erfolgt durch den Prozessor 13 mittels einer der Darstellung von Fig. 8B entsprechenden Software. Bei Empfang des Zeitgeber-Zeitablaufdetektorsignals Tm vom Zeitgeber 15 fügt der Prozessor 13 alle Datenübertragungsanforderungen von Dm und Dl erneut den Übertragungswarteschlangen der Ebenen 4 und 2 hinzu. Alle Datenübertragungsanforderungen der Ebene 6 sollten innerhalb der Zeit Th an die Übertragungswarteschlangen hinzugefügt werden. Mit anderen Worten, wenn der Übertragungsendedetektor 14 das Ende der Datenübertragung der Ebene 6 erkennt, wird der Warteschlange erneut eine Übertragungsanforderung hinzugefügt.
Auf die obige Weise werden Daten der Ebene 6 jedes Knotens stets mit jedem Th übertragen. Innerhalb der Zeit Tm erhalten die Daten der Ebene 4 Übertragungspriorität und werden übertragen, und die Daten der Ebene 2 werden entsprechend der Übertragungszulassung innerhalb der Zeit Tl übertragen.
Die Fig. 6 zeigt beispielhaft den Datenübertragungsblock, der von jedem Knoten auf dem Übertragungspfad übertragen wird, und die Fig. 9 zeigt ein Beispiel, wie die Daten der einzelnen Ebenen von einem Knoten übertragen werden. Ein Beispiel des Formats des Datenübertragungsblocks auf dem Übertragungspfad im zuletzt genannten Fall ist in der Fig. 10 dargestellt.
In der Fig. 10 bezeichnet PRE ein Vorspannmuster, SD ist ein Start-Abgrenzungszeichen, FC ein Blocksteuerzeichen, DA eine Zielknotenadresse, SA eine Sendeknotenadresse, DSAP eine Zielzugriffsinformation, SSAP eine Sendezugriffsinformation, C ein Befehl, LEN eine Datenlänge, FCS eine Übertragungsblockprüfbitfolge und ED ein Endabgrenzungszeichen. FC enthält einen Code zur Kennzeichnung der Ebene eines übertragenen Datenblocks.
DSAP, SSAP und C geben an, daß der Datenübertragungsblock dem vorliegenden System entspricht. LEN und ADR stimmen mit den gesetzten, in den Fig. 7A-7C dargestellten, Daten überein.
Wenn das Modem 12 einen Datenblock auf dem Übertragungspfad L empfängt, schickt es die empfangenen Daten über den Token-passing-Bus-Controller 11 an den Dual-Port-Speicher 17, wo diese gespeichert werden. Bei Erkennung des Empfangsende eines Übertragungsblocks setzt der Übertragungs- /Empfangsendedetektor 14 ein Empfangsendedetektorsignal Ir ab. Bei Empfang des Signals Ir bestimmt der Token-passing- Busprozessor 13, ob der Datenübertragungsblock dem vorliegenden System zugehörig ist oder nicht. Bei einer positiven Entscheidung liest der Prozessor 13 die gemeinsame Speicheradresse aus dem zu speichernden Datenübertragungsblock aus und veranlaßt den DMA-Controller 22, die vom Dual-Port-Speicher 17 empfangenen Daten an den gemeinsamen Speicher 18 zu schicken. Auf diese Weise werden die empfangenen Daten in jedem angegebenen Zyklus im gemeinsamen Speicher 18 jedes Knotens gespeichert, so daß der Inhalt des gemeinsamen Speichers 18 stets auf den neusten Stand aktualisiert wird.
Entsprechend dem Aufbau der obigen Ausführungsform können deshalb die mit jedem Knoten gekoppelten Maschinen die neuesten im gemeinsamen Speicher 18 aktualisierten Daten ungeachtet der Übertragungsoperation auslesen und verwenden. Außerdem kann das einfache Schreiben von Daten in den gemeinsamen Speicher 18 den Datenaustausch zwischen den Knoten ohne Berücksichtigung der Übertragungsoperation sicherstellen. Des weiteren kann bei Bereitstellung des Dual-Port-Speichers 17 ein empfangener Datenübertragungsblock in dem Speicher zwischengespeichert werden. Nach der Prüfung des Blockinhalts wird der Inhalt des Dual-Port- Speichers 17 in der angegebenen Adresse des gemeinsamen Speichers 18 abgelegt, bei der es sich um den Speicherplatz handelt, in dem die neuesten Daten gespeichert werden sollten. Hinsichtlich der Datenspeicherung im gemeinsamen Speicher 18 werden die Daten ausgelesen und an den DMA-Controller 22 an der C-Busseite geschickt, während die empfangenen Daten an der T-Busseite gespeichert werden und ihr Inhalt geprüft wird, so daß die Übertragungskapazitäten des T- und C-Busses wirksam genutzt werden können.
Bei einer Transferrate von 10 Mdps sollten die Daten jeweils 16 bitweise übertragen werden, was einer Zeit von 1,6 us entspricht. Die Empfangsoperation wird auf Basis eines spezifischen Algorithmus unter Verwendung des Tokenpassing-Bus-Controller 11 kontinuierlich ausgeführt, und diejenigen Prozeduren, Prozesse etc., welche eine relativ lange Zeitdauer erfordern und kompliziert sind, werden unter Verwendung des Schnittstellen-Controllers 21 ausgeführt, wodurch die Last der Übertragungsverarbeitung verteilt und ein kompaktes und kostengünstiges System verwirklicht wird.
Obwohl in der obigen Ausführungsform ein in der Fig. 12 dargestelltes Koaxialkabel für den gemeinsamen Übertragungspfad L verwendet wird, kann für diesen auch ein optisches Faserkabel 31 und ein optischer Sternkoppler 32, wie in der Fig. 11 dargestellt, verwendet werden. Das optische Faserkabel 31 enthält zweiadrige optische Fasern, und ein Übertragungssignal von jedem Knoten erreicht den optischen Sternkoppler 32 über das optische Faserkabel 31, wo es geteilt und an jeden Knoten geschickt wird. Bei der in der Fig. 11 dargestellten Topologie handelt es sich physikalisch um einen Sterntyp, der jedoch logisch wie ein Bustyp behandelt werden kann.
In der obigen Ausführungsform erfolgt die zeitliche Bestimmung für die erneute Einstellung einer Übertragungsanforderung jedes Knotens zu ihrer zugehörigen Warteschlange nach der Erkennung des Endes der Datenübertragung von einem lokalen Knoten; da jedoch alle Knoten ständig Daten empfangen, kann eine solche erneute Einstellung der Übertragungsanforderung zu dem Zeitpunkt erfolgen, in dem der Datenempfang durch den dem lokalen Knoten nächstliegenden Knoten erkannt wird. Entsprechend der Ausführungsform ist der Übertragungsblock so aufgebaut, daß eine Mehrfachadresse als Zielknotenadresse DA in jedem Knoten eingestellt wird; jedoch selbst dann, wenn ein Knoten, der nicht das vorliegende System verwendet, mit der vorliegenden Vorrichtung, wie in der Fig. 2 dargestellt, gemischt werden kann, kann die Datenübertragung problemlos abgewickelt werden. Obwohl alle empfangenen Datenblöcke im gemeinsamen Speicher 18 abgelegt werden, brauchen nicht alle Knoten die empfangenen Daten. In einem solchen Fall wird zu dem Zeitpunkt, in dem der Block im Dual-Port-Speicher 17 gespeichert wird, die im Block enthaltene Adresse des gemeinsamen Speichers einem Ausscheidungsprozeß unterzogen, und wenn festgestellt wird, daß einige Knoten sie nicht brauchen, wird die Übertragung des Blocks an die gemeinsamen Speicher 18 dieser Knoten gesperrt. Dadurch kann man die Kapazität des gemeinsamen Speichers 18 sowie die erforderliche Hardware verringern, wodurch kostengünstige Knoten verwirklicht werden. Obwohl in der obigen Ausführungsform die Daten in drei Ebenen klassifiziert werden, können die Daten auch in eine andere Anzahl von Dringlichkeitsebenen entsprechend den Ebenen gemäß IEEE 802.4 klassifiziert werden.
Der Inhalt dieser Erfindung ist im nachstehenden Artikel von Yasuhia SHIOBARA (Erfinder der vorliegenden Erfindung) et al. veröffentlicht. Zur Unterstützung der Beschreibung dieser Erfindung wird dieser Artikel nachstehend teilweise zitiert.
(1) "Advanced MAP for real-time process control", Yasuhisa SHIOBARA, Takayuki Matsudaira, Yoshio Sashida, Makoto Chimkuma Heavy Apparatus Engineering Laboratory, Toshiba Coporation 1, Toshibo-cho, Fuchu-shi, Tokio, 183 Japan, 1087
(2) "Enterprise Conference Proceedings" "ADMAP for Real-time Process Control" Yasuhisa SHIOBARA et al. Society of Manufacturing Engineers Dearborn, Michigan, 5.-9. Juni 1988
Ein erfindungsgemäßes Netzwerksystem arbeitet mit einem Token-passing-Buszugriffsverfahren und wird auf einen Übertragungspfad L des Bustyps angewendet. Mit dem Übertragungspfad L sind zahlreiche Knoten verbunden, von denen jeder einen Prioritätsverarbeitungsalgorithmus auf Basis einer IEEE 804.4-Norm für ein Token-passing-Buszugriffsverfahren abwickelt. Sämtliche dieser Knoten enthalten jeweils einen gemeinsamen Speicher 18 mit jeweils gegenseitig gemeinsamer Adreßstruktur. Die Speicherinhalte (Dh, Dm, Dl) der gemeinsamen Speicher 18 werden in Übereinstimmung mit gegebenen Prioritätsebenen (6, 4, 2) des Prioritätsverarbeitungsalgorithmus über den Übertragungspfad L ausgetauscht.
In einem Netzwerksystem mit der obigen Konfiguration speichert jeder gemeinsame Speicher 18 Daten, welche in mehrere Prioritätsebenen klassifiziert sind. Die automatisch und periodisch aus dem gemeinsamen Speicher 18 eines Knotens ausgelesenen Daten werden mit anderen Knoten unter Verwendung beispielsweise einer Mehrfachkommunikation ausgetauscht. Dann werden die Speicherinhalte der gemeinsamen Speicher 18 aller Knoten so erneuert, daß je höher die Prioritätsebene ist, umso öfter eine Datenübertragung innerhalb einer kurzen Zeitspanne erfolgt, wobei die Datenübertragung auf allen Prioritätsebenen periodisch abgewickelt wird. Alle gemeinsamen Speicher 18 können somit dieselben Daten nutzen.
Wie oben erwähnt, arbeitet eine Kombination aus zahlreichen mit dem Übertragungspfad L gekoppelten gemeinsamen Speichern 18 als wäre sie eine im Netzwerk des Übertragungspfades L konfigurierte virtuelle Speicherbank großer Kapazität. Andererseits kann ein mit jedem gemeinsamen Speicher 18 verbundenes Host-Gerät rasch auf diesen gemeinsamen Speicher zugreifen. Insbesondere kann für das Host-Gerät der gemeinsame Speicher 18 als ein hochschneller Cache-Speicher bezüglich der obengenannten virtuellen Speicherbank betrachtet werden. Somit kann durch Verwendung eines erfindungsgemäßen Netzwerksystems jedes Host- Gerät einen hochschnellen Speicher großer Kapazität erhalten (100 in der Fig. 1)
Entsprechend dieser Erfindung werden Daten zwischen Maschinen, wie z. B. Rechnern, PS's und DCS's, welche über ein LAN miteinander gekoppelt sind, zur Prozeßsteuerung ausgetauscht, welche in zwei Kategorien klassifiziert sind: zum einen Daten, die in jedem Zyklus entsprechend der Dringlichkeit generiert werden, und zum zweiten Daten, die als Antwort auf eine unerwartete Übertragungsanforderung generiert werden. Die unerwarteten Daten werden außerdem zur Übertragung der höchsten Prioritätsebene zugeordnet, so daß sie sicher übertragen werden können. Des weiteren kann jeder Knoten innerhalb einer gemäß der Dringlichkeitsebene bestimmten Zeit die Datenübertragung periodisch steuern. Da die einzelnen Maschinen die Daten in jedem Zyklus empfangen und zwischenspeichern, können sie stets auf die neuesten Daten zurückgreifen. Außerdem können alle Knoten gleichzeitig einen mehrfachen Übertragungsblock von jedem Knoten empfangen und die empfangenen Daten in einem gemeinsamen Speicher ablegen, welcher durch die im Block gesetzten Adreßdaten des gemeinsamen Speichers angegeben wird, wodurch die von den einzelnen Maschinen geschickten Daten in einfacher Weise im gemeinsamen Speicher aktualisiert werden können. Diese Aktualisierung wird in jedem Zyklus für jede Ebene vorgenommen. Deshalb können die mit jedem Knoten gekoppelten Maschinen unmittelbar diejenigen Daten auslesen, die über das LAN ausgetauscht werden sollten, indem sie auf die in angegebenen Adressen im gemeinsamen Speicher abgelegten Daten zugreifen, und sämtliche Knoten können die gemeinsamen Daten gemeinsam nutzen, so daß die Daten jederzeit in einfacher Weise nutzbar sind.
Dementsprechend kann die vorliegende Erfindung kostengünstig auf Prozeßsteuerungssysteme angewendet werden, ohne daß die Vorrichtung dadurch groß wird, während sie die inhärente Funktion des Token-passing-Buszugriffsverfahrens in optimaler Weise nutzt.

Claims

1. Netzwerksystem, welches nach dem Token-passing-Buszugriffsverfahren arbeitet und folgendes umfaßt:

einen Übertragungspfad (L) des Bustyps;

eine Vielzahl von mit dem Übertragungspfad (L) gekoppelten Knoten (1-1 bis 1-n) zur Abwicklung eines Prioritätsverarbeitungsalgorithmus (Fig. 5) auf Basis einer IEEE 802.4-Norm für einen Token-passing-Bus oder derjenigen für einen dem Token-passing-Busfunktional im wesentlichen gleichwertigen Bus;

eine Vielzahl in der Vielzahl der Knoten (1-1 bis 1-n) jeweils enthaltener gemeinsamer Speicher (18) mit jeweils einer gegenseitig gemeinsamen Adressenstruktur; und

eine Vielzahl von Kommunikationseinrichtungen (110), die jeweils in der Vielzahl der Knoten (1-1 bis 1-n) enthalten sind, zum Austausch von Speicherinhalten (Dh, Dm, Dl) der gemeinsamen Speicher (18) der Vielzahl der Knoten (1-1 bis 1-n) zwischen den gemeinsamen Speichern (18) über den Übertragungspfad (L) in Übereinstimmung mit Prioritätsebenen ("6, 4, 2") des Prioritätsverarbeitungsalgorithmus (Fig. 5);

dadurch gekennzeichnet, daß eine Auswahl aus einer Anzahl der über den Übertragungspfad (L) verknüpften gemeinsamen Speicher (18) wie eine virtuelle Speicheranordnung (100) mit großer Kapazität funktioniert, welche im Netzwerk über den Übertragungspfad (L) konfiguriert wird.

2. Netzwerksystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Vielzahl der Kommunikationseinrichtungen (110) jede eine Einrichtung (11-16) zur Wiederholung eines Datenaustauschs der Speicherinhalte (Dh, Dm, Dl) zwischen den gemeinsamen Speichern (18) über den Übertragungspfad (L) mit einer kürzeren Zykluszeit (Th) für eine höhere der Prioritätsebenen ("2, 4, 6") enthält.

3. Netzwerksystem gemäß Anspruch 1 oder 2, welches des weiteren umfaßt:

eine Vielzahl von Controllern (2-1 bis 2-n), die jeweils mit der Vielzahl der Knoten (1-1 bis 1-n) gekoppelt sind und vorgegebene Verarbeitungsfunktionen haben; und

eine Vielzahl von Schnittstelleneinrichtungen (20), die jeweils in der Vielzahl der Knoten (1-1 bis 1-n) für den Austausch der Speicherinhalte (Dh, Dm, Dl) der gemeinsamen Speicher (18) mit den Controllern (2- 1 bis 2-n) enthalten sind.

4. Netzwerksystem gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Vielzahl von Knoten (1-1 bis 1-n) einen gemeinsamen Speicherbus (C-BUS) für die Übertragung der Speicherinhalte (Dh, Dm, Dl) der gemeinsamen Speicher (18) zwischen den gemeinsamen Speichern (18) und den Schnittstelleneinrichtungen (20) und eine mit den gemeinsamen Speichern (18) und den Schnittstelleneinrichtungen (20) gekoppelte Vorrangzuteilungseinrichtung (23), um einer Zugriffsanforderung des gemeinsamen Speicherbusses (C-BUS) Vorrang zuzuteilen, wenn die Schnittstelleneinrichtungen (20) auf die gemeinsamen Speicher (18) zugreifen, enthält.

5. Netzwerksystem gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Vielzahl von Knoten (1-1 bis 1-n) einen mit den Kommunikationseinrichtungen (10) gekoppelten Steuerbus (T-BUS) für den Token-passing-Bus und eine mit dem Steuerbus (T-BUS) und dem gemeinsamen Speicherbus (C-BUS) gekoppelte Austauscheinrichtung (17) für den Austausch von Daten (Übertragungsblock) und der Speicherinhalte (Dh, Dm, Dl) der gemeinsamen Speicher (18), welche über den Übertragungspfad (L) von den Kommunikationseinrichtungen (110) empfangen werden, zwischen dem Steuerbus (T- BUS) und den gemeinsamen Speichern (18) enthält.

6. Netzwerksystem gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Vielzahl von Knoten (1-1 bis 1-n) einen mit dem gemeinsamen Steuerbus (C-BUS) gekoppelten Pufferspeicher (19) zur vorübergehenden Speicherung der von der Austauscheinrichtung (17) ausgegebenen Daten und der von den gemeinsamen Speichern (18) ausgegebenen Speicherinhalten (Dh, Dm, Dl) enthält.

7. Netzwerksystem gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Vielzahl von Knoten (1-1 bis 1-n) einen mit dem Steuerbus (T-BUS) und dem gemeinsamen Speicherbus (C-BUS) gekoppelten DMA-Controller (22) zur Steuerung des Datenaustauschs zwischen dem Pufferspeicher (19), der Austauscheinrichtung (17) und den gemeinsamen Speichern (18) enthält.

8. Netzwerksystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Vielzahl von Kommunikationseinrichtungen (110) folgendes enthält:

eine Einstelleinrichtung (15, 16) zur Einstellung eines vorgegebenen ersten Übertragungszyklus (Th) für die höchste ("6") der Prioritätsebenen ("2, 4, 6"), eines vorgegebenen zweiten Übertragungszyklus (Tm), der länger als der erste Übertragungszyklus (Th) ist, für die mittlere ("4") der Prioritätsebenen ("2, 4, 6") und eines vorgegebenen dritten Übertragungszyklus (Tl), der länger als der zweite Übertragungszyklus (Tm) ist, für die unterste ("2") der Prioritätsebenen ("2, 4, 6"); und

eine mit der Einstelleinrichtung (15, 16) gekoppelte Übertragungseinrichtung (11-14) zur Übertragung der Speicherinhalte (Dh, Dm Dl) der gemeinsamen Speicher (18) auf dem Übertragungspfad (L) während des ersten bis dritten Übertragungszyklus (Th, Tm, Tl) entsprechend den Prioritätsebenen ("2, 4, 6")

9. Netzwerksystem gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungseinrichtung (11-14) folgendes enthält:

ein mit dem Übertragungspfad (L) gekoppeltes Modem (12) zum Austausch eines die Daten der Speicherinhalte (Dh, Dm, Dl) der gemeinsamen Speicher (18) enthaltenden Übertragungsblocks mit einem anderen der Knoten; und

einen mit dem Modem (12), der Einstelleinrichtung (15, 16) und den gemeinsamen Speichern (18) gekoppelten Token-passing-Buscontroller (11) zur Abwicklung des Prioritätsverarbeitungsalgorithmus (Fig. 5), wobei der erste bis dritte Übertragungszyklus den Prioritätsebenen ("2, 4, 6") zugeordnet ist.

10. Netzwerksystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der gemeinsamen Speicher (18) Speicherbereiche (Fig. 7A, 7B, 7C), deren Anzahl den Prioritätsebenen ("2, 4, 6") entspricht, besitzt und Warteschlangen der auf die Übertragung wartenden Daten entsprechend den Prioritätsebenen ("2, 4, 6") in den Speicherbereichen (Fig. 7A, 7B, 7C) gebildet werden.

11. Netzwerksystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertragungspfad (L) des Bustyps ein Koaxialkabel für den Datenaustausch besitzt.

12. Netzwerksystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß daß der Übertragungspfad (L) des Bustyps ein optisches Kabel für den Datenaustausch besitzt.

13. Netzwerksystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß es sich dabei um ein System handelt, welches ein rechnerinteraktives Kommunikationsprotokoll OSI (Open System Interconnection) in Übereinstimmung mit einer ISO (International Standardization Organization)-Norm verwendet.

14. Netzwerksystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Inhalte der gemeinsamen Speicher (18) aller Knoten in einem Zyklus häufiger von den Kommunikationseinrichtungen (110) ausgeführten Kommunikationen aktualisiert werden.