Автоматизированные измерительные и диагностические комплексы, системы

электрических и конструктивных усло¬вий интерфейса необходимо, но не достаточно для взаимного сопряжения устройств и обмена данными между ними. Эти устройства должны выпол¬нять в определенной последовательности операции, связанные с обме¬ном информации: распознавать адрес сообщения, подключаться к линиям интерфейса, передавать сообщение в интерфейс, принимать его из интер¬фейса и др.

Интерфейсные функции отличаются от приборных, связанных непо¬средственно с проведением измерения, т. е. с преобразованием данных, их накоплением, первичной обработкой, представлением и др.

Интерфейсные функции обеспечивают совместимость друг с другом различных приборов, не ограничивая работоспособность других приборов в системе. Функции, которые устройства выполняют чаще всего, называют¬ся основными. К ним относятся:

• выдача и прием информации (выполняются источниками и приемни¬ками информации);

• управление передачей данных (функция контроллера);

• согласование источника информации (выполняется устройством-источником или контроллером);

• согласование приемника информации (выполняется устройством-приемником или контроллером).

Функции контроллера может выполнять не только одно, но и несколь¬ко устройств в системе.

Основные функции интерфейса, которые необходимо реализовать для обеспечения информационной совместимости, определяются функ¬циональной организацией интерфейса. На канал управления возложены функции селекции информационного канала, синхронизации обмена ин¬формацией, координации взаимодействия, а на информационный' канал возлагаются функции буферного хранения информации, преобразования формы представления информации и др.

Селекция, или арбитраж, информационного канала обеспечивает одно¬значность выполнения процессов взаимодействия сопрягаемых элементов системы.

Анализ возможных вариантов реализации способов селекции уст¬ройств на информационной магистрали позволяет выделить следующие операции селекции: инициирование запроса, выделение приоритетного запроса, идентификация запроса.

Инициирование запроса включает в себя процедуры выдачи, хране¬ния и восприятия запроса на организацию процесса взаимодействия. Сиг¬налы запроса могут храниться в регистре управляющего блока (радиаль¬ная структура шины запроса) или на отдельных триггерах каждого интер¬фейсного блока (магистральная структура шины запроса).

Функция выделения приоритетного запроса осуществляется на основе анализа сигналов занятости информационного канала, разрешения прио¬ритетного прерывания, запроса источника сообщения и зависит от числа уровней приоритета.

Идентификация запроса заключается в определении адреса приори¬тетного источника запроса. В машинных интерфейсах получаемая при запросе адресная информация называется вектором прерывания. Послед¬ний обозначает начальный адрес программы обслуживания прерывания от данного устройства.

Функция синхронизации определяет временное согласование процес¬сов взаимодействия между функциональными устройствами системы.

Функция координации определяет совокупность процедур по орга¬низации и контролю процессов взаимодействия устройств системы. Ос¬новными операциями координации являются настройка на взаимодей¬ствие, контроль взаимодействия, передача функций управления (на¬стройки) .

В момент обращения одного устройства к вызываемому последнее может находиться в состоянии взаимодействия или в нерабочем состоя¬нии. Поэтому процессы взаимодействия элементов системы могут иметь два уровня конфликтных ситуаций при доступе: к информационному каналу интерфейса и к устройству системы. Таким образом, операция настройки включает процедуры опроса и анализа состояния вызывае¬мого устройства, а также передачи команд и приема информации сос¬тояния. Последовательность операций настройки может быть различной и зависит от сложности алгоритмов работы функциональных устройств системы. В большинстве случаев алгоритмы настройки дополняются про¬граммным способом посредством передачи кодов команд и состояний по информационной шине.

Операции контроля направлены на обеспечение надежности функцио¬нирования интерфейса и достоверности передаваемых данных. В процес¬сах асинхронного взаимодействия возможно возникновение так называе¬мых тупиковых ситуаций, приводящих к искажениям кодовых комби¬наций передаваемых данных. Поэтому в операции контроля входят раз¬решение тупиковых ситуаций асинхронного процесса взаимодействия и повышение достоверности передаваемых данных. Контроль тупиковых ситуаций взаимодействия основывается на измерении фиксированного интервала времени, в течение которого должно поступать ожидаемое асин¬хронное событие. Если за контролируемый интервал времени событие не поступает, то фиксируется неисправность. Операция контроля тупико¬вых ситуаций получила название "тайм-аут".

Контроль передаваемых данных основывается на использовании кодов, построенных на известных принципах избыточного кодирования инфор¬мации (циклические коды, код Хеминга, контроль кодов на четность и др.).

В целях повышения надежности управления и эффективности исполь¬зования составных элементов системы необходима передача функции координации между функциональными устройствами. Эта операция пере¬дачи управления характерна для интерфейсов с децентрализованной струк¬турой управления.

Повышение надежности достигается резервированием управления (при отключении питания или отказе интерфейсного модуля, выполняю¬щего функции управления интерфейсом).

Повышение эффективности использования оборудования системы достигается исключением дублирования дорогостоящих устройств путем доступа к ним с разделением времени двух и более контроллеров и ЭВМ.

Информационный канал интерфейса предназначен для реализации функции обмена и преобразования информации.

Основными процедурами функции обмена является прием и выдача информации (данных, состояния, команд, адресов) регистрами состав¬ных устройств системы. Основные процедуры функции преобразования следующие: преобразование последовательного кода в параллельный и наоборот; перекодирование информации; дешифрация команд, адресов; логические действия над содержимым регистра состояния.

Приборные интерфейсы

Проектирование ИИС выполняется на основе модульного принципа построения, что привело к необходимости разработки правил, регламен¬тирующих основные требования к совместимости этих блоков. Данный принцип впервые был применен в области ядерно-химических измерений, где требуется сложная аппаратура с высокой степенью автоматизации и активным использованием ЭВМ для контроля, управления, сбора и пер¬вичной обработки данных. Поэтому именно в этой области впервые про¬ведена стандартизация на правила сопряжения блоков.

В США для модулей (блоков) ядерной электроники с транзистор¬ными схемами в 1966 г. был принят стандарт NIM (Nuclear Instrument Module). В нем установлены механические и электрические требования к блокам. Этот стандарт впоследствии получил распространение в странах Западной Европы. Указанный стандарт позволил осуществить обмен дан¬ными модульных блоков с ЭВМ. Следует отметить, что такие понятия, как канал передачи данных и интерфейс, процесс обмена данными и др., были перенесены из вычислительной в измерительную технику.

Реализация принципов программного управления работой ИИС при¬вела к развитию приборных систем; разработки интерфейсов для них появились на рубеже 60 - 70-х годов. Приборные интерфейсы служат для компоновки различных комплексов из стандартных измерительных приборов, устройств ввода-вывода и управляющих устройств.

Пример, фирма "Philips" разработала систему сопряжения Partyline - System, предназначенную для объединения в ИИС до 15 приборов. С помощью стандартного кабеля приборы последовательно соединяются друг с дру¬гом (в произвольном порядке) и с ЭВМ. Для этого в каждом приборе имеются два разъема, соединенные между собой одноименными контак¬тами. Каждый прибор содержит специальное устройство согласования из¬мерительного оборудования с интерфейсом.

Построение интерфейса осуществляется по магистральному принци¬пу для передачи цифровых сигналов. Информация передается по шести шинам: адресной (4 линии), измерительной (5 линий), управления (4 линии), а также по шинам синхронизации, диагностики операций и пере¬дачи команд печати (все по одной линии). Стандартный кабель содержит шесть соединительных линий. Каждому прибору (измерительному блоку) присваивается свой адрес, представленный четырьмя разрядами двоичного кода. Передача данных производится в параллельно-последовательном ви¬де (в двоичном коде). Под действием управляющих сигналов выходная информация последовательно передается с декад на линии интерфейса (измерительную шину). По этим же линиям передается кодированная информация, а также полярность измеряемых величин, режим работы и др.

Принцип работы приборного интерфейса следующий. При появлении информации от источника к приемнику работа обоих приборов координи¬руется сигналами по линиям шины синхронизации. При этом цикл переда¬чи информации состоит из четырех фаз:

• источник выставляет информационный байт;

• источник выставляет сигналы на шине синхронизации;

• приемник принимает информацию,

• приемник подготавливается к приему нового байта информации.

Приборный интерфейс имеет следующие ограничения: число прибо¬ров не более 15, максимальная допустимая длина кабеля связи — 20 м, максимальная скорость передачи по магистрали - 1 Мбайт/с.

Логические уровни сигналов выбраны из расчета применения интег¬ральных схем ТТЛ (высокий уровень — не менее 2,4 В, низкий — не более 0,8 В). Нагрузкой каждой сигнальной линии является внутреннее сопро¬тивление