Требования к сетевым интерфейсам
Рассмотрим простейшие сети обмена информацией (низшие уровни модели OSI).
В интерфейсах, предназначенных для связи с устройствами, вынесенными за пределы одного корпуса, требуется соблюдение нескольких, во многом противоречивых условий. Для выбора оптимального решения требуется обоснование и ранжирование этих требований. Так, в типичных системах пропускная способность шины, связывающей МКСУ друг с другом, не является критическим параметром. Основное – помехозащищенность, безошибочность передачи информации. В частности, целесообразно при проектировании интерфейсов использовать гальваническую развязку. Существенны также минимальное число линий связи и минимальная стоимость. Требование подключения множества устройств можно ограничить, даже с учетом нескольких процессов, обслуживаемых одним модулем. Типичным значением можно считать около 20 адресов, т.е. ограничиться 4-битной кодировкой адреса.
В целом, как представляется, задача включает следующие вопросы:
1. На какой аппаратный протокол передачи БАЙТА ориентироваться?
(на физическом уровне МОДЕЛИ обмена)
2. Какими аппаратными средствами его реализовать?
3. Какой программный протокол передачи ПАКЕТА использовать?
(на верхних уровнях МОДЕЛИ обмена)
Все эти вопросы должны рассматриваться раздельно для сети нижнего уровня, соединяющей локальные МКСУ, и для сети верхнего уровня, в которую объект подключается.
Традиционной является структура, в которой все блоки связаны интерфейсами в виде системы шин многоточечной связи (см. ниже). Частным случаем шин можно считать двухточечные шины (point-to-point), предназначенные для соединения только двух устройств.
Альтернативой шинной архитектуре является архитектура на основе системы хабов.
Хабовая архитектура
Хабом (hub – ступица) называют устройство, преобразующее и передающее информацию, имеющее одну точку подключения к вышестоящему устройству (хосту) и несколько точек подключения для ведомых устройств. Таким образом, структура хабовой системы имеет вид многоярусной звезды или перевернутого дерева (рис. 14). Здесь хост (host – хозяин) – высшее устройство в иерархии, ниже стоят хабы 1-го уровня, с ними связаны хабы второго уровня и т.д. К хабам любого уровня могут быть подключены конечные устройства Sx (обычно называемые функциями). Для связи со смежными уровнями хабы имеют порты P. Линии связи – это шины двухточечной связи. Каждая из шин проектируется так, чтобы ее пропускной способности хватало для передачи без задержек информации для нижестоящих хабов и устройств, т.е. шины имеют разные параметры (разрядность и тактовую частоту).
Ш инная архитектура
Несмотря на достоинства хабовой архитектуры, в настоящее время основная масса автоматизированных систем имеют шинную архитектуру.
Содержание основных понятий шинной архитектуры неоднозначно (зависит от источника изложения), для дальнейшего использования предлагается принять следующие толкования.
Шина – это совокупность магистралей электрической связи и протоколов обмена, а магистраль – это набор линий электрической связи для сигналов одного и того же функционального назначения. Обычно различают магистрали адресов, магистрали данных и магистраль управления, иногда их по отдельности называют шинами.
Устройство связи периферийного оборудования с шиной называют контроллером, адаптером, интерфейсным модулем, картой расширения. Последние три наименования используют обычно для устройств, выполненных на отдельной плате.
Основной чертой систем с шинной архитектурой является использование для связи между устройствами многоточечных шин. К одной шине может быть подключено несколько активных устройств АУ (хотя обычно одно), способных управлять обменом данными, и несколько пассивных ПУ. Графически шину изображают в виде утолщенной линии со стрелками на концах, с боков которой к ней подведены связи – также со стрелками – от устройств (рис. 15).
Рис. 15 (сравните с рис. 6)
Активное устройство на шине, управляющее обменом в данном цикле, называют задатчиком, инициатором, мастером. Пассивное устройство, к которому обращается задатчик в данном цикле, называют исполнителем или целью.
В структурных схемах могут быть изображены и каждая из магистралей шины в отдельности.