Классификация интерфейсов должна учитывать следующие характеристики канала:
- функциональное назначение;
- тип связей системы обмена;
- организацию управления передачей информации;
- принцип передачи информации;
- режим организации передачи;
- способ представления и разделения сигналов;
- тип физической среды и достижимую пропускную спо-собность.
По функциональному назначению каналы межмодульного обмена подразделяются на межприборные каналы СВС; вну-трисистемные каналы СВС и РВС и каналы межсистемных связей.
Основные характеристики каналов межмодульного обмена
Можно выделить две группы характеристик, касающихся непо-средственно каналов межмодульного обмена: физического и ка-нального уровней.
Характеристики физического уровня представляют собой сово-купность параметров непосредственно физической среды передачи данных и преобразователей, обеспечивающих работу среды пере-дачи информации. К ним относятся:
1) число подключаемых к каналу приемопередатчиков моду-лей;
2) тип носителя среды передачи данных (кабель с витыми парами, коаксиальный кабель, световод);
3) скорость передачи сигналов в канале;
4) параметры сигналов на входах и выходах приемопередаю-щих преобразователей, входе и выходе канала;
5) допустимая вероятность ошибки при приеме сигнала;
6) максимальная длина составляющих частей передающей среды (сегментов, шлейфовых и радиальных ответвителей и т. д.), соединяющих модули;
7) допустимое число ретрансляторов в канале;
8) максимальное время задержки распространения сигналов через канал;
9) габаритные размеры и конструктивно-технологические ха-рактеристики приемопередающих узлов и элементов стыковки составных частей передающей среды.
Следует различать два понятия скорости передачи: первая из них - физическая скорость передачи по каналу, которая определяется числом битов, передаваемых в секунду по конкрет-ному каналу; вторая - скорость, именуемая сквозной, она харак-теризуется числом битов, передаваемых в секунду между парой точек интерфейса системы. Эта скорость является главной, ибо она определяет передачу данных по системе обмена и может быть значительно меньше физической скорости передачи по каналу.
Характеристики канального уровня представляют информа-ционные параметры канала и включают:
1) структуру информационного сообщения;
2) способ адресации к модулям и число формируемых адресов сообщений;
3) способ управления обменом и порядок установления логи-ческих связей между модулями;
4) способ обнаружения ошибок и их нейтрализацию.
Оценка (численная либо качественная) каждого из большинства названных параметров зависит от организации кон-кретного канала.
Тип связей системы обмена
Определяется топологией связей и режимом обмена по линиям связи. По топологии связей разли-чают четыре основных структуры интерфейсов каналов: радиаль-ную, цепочечную, магистральную и смешанную, представляющую собой комбинацию первых трех структур. Радиальный интерфейс соответствует топологии связи <звезда> (или одной из ее разновид-ностей-<дерево>), цепочечный-топологии <кольцо>, маги-стральный-топологии <шина> (рис. 1.2).
Рис.1.2. Топология связей
Различают следующие режимы обмена информацией: сим-плексный, полудуплексный, дуплексный и мультиплексный. В симплексном режиме возможна передача лишь одного модуля (например, в топологии <кольцо>). В полудуплексном любой из модулей может начать передачу, если линия связи при этом ока-зывается свободной (например, в топологии <звезда>). Для случая связи двух модулей в дуплексном режиме каждый модуль может передавать информацию в любой момент времени (например, в топологии <точка-точка>). При связи нескольких модулей в мультиплексном режиме (<шина>) в каждый момент времени связь может быть осуществлена между одним модулем - источ-ником информации и одним или несколькими модулями - при-емниками по общему каналу передачи со структурой связи <много-точка>. Каналы симплексного, полудуплексного и дуплексного режима передачи имеют структуру <точка-точка>. Обобщенные характеристики систем обмена с различными типами связей при-ведены в табл. 1.2.
Управление передачей информации в каналах
Может подразделяться в зависимости:
- от размещения управляющих модулей (контроллеров) на цен-трализованное и децентрализованное (распределенное);
- от дисциплины доступа к каналу на каналы со случайным доступом и каналы с детерминированным доступом.
Таблица 1.2
Централизованное управление производится от одного кон-троллера, а децентрализованное - от нескольких. Децентрали-зация может быть полной (все модули являются потенциальными контроллерами) либо частичной. При децентрализованном упра-влении со случайным доступом все модули - потенциальные контроллеры и могут выходить на передачу в канал в любое время. Такая свобода приводит к появлению конфликтов за захват общего канала и возможности наложения двух и более передач. Для уменьшения вероятности наложений модули перед выдачей сооб-щения прослушивают канал и начинают выдачу только при отсут-ствии передачи от других модулей в канале (режим прослуши-вания передачи). Дальнейшее уменьшение искажений возможно в режиме прослушивания передачи с обнаружением столкновений, при наличии которых передача повторяется.
Детерминированный метод доступа исключает столкновения за счет централизации управления в одном контроллере в данный момент. Отсутствие столкновений и размещение средств управле-ния в одном модуле делает детерминированный метод доступа предпочтительным для организации передач в САУ. Однако использование одного центрального контроллера ограничивает надежность, живучесть и жизнестойкость систем. Для преодоле-ния этого недостатка организуют управление передачей инфор-мации по методу детерминированного доступа на распределенных контроллерах, а сами потенциальные контроллеры получают упра-вление по методу случайного доступа с прослушиванием передачи при наличии длительности паузы в передаче по шине больше некоторого порогового значения.
Централизованное или частично децентрализованное управле-ние с детерминированным доступом в зависимости от источника инициализации передачи сообщения делятся на три дисциплины: по меткам времени опорного таймера; по инициативе контроллера в режиме <команда-ответ>; по запросу от вторичных модулей. Управление по запросу вторичных модулей (приоритетный доступ) используется в СВС и внутриприборных интерфейсах, поскольку для запросов необходима отдельная шина. Управление в режиме <команда-ответ> инициализируется контроллером, активизирую-щим вторичные модули на прием или передачу командными сооб-щениями. При этом передаваемые и принимаемые сообщения формируются индивидуально вторичными модулями. Этот метод наиболее широко используется в САУ. Управление по меткам времени от опорного таймера (пропорциональный доступ) назна-чает модуль-источник и модуль-приемник синхронно по вре-мени.
По принципу передачи информации интерфейсы делятся на параллельные, последовательные и параллельно-последователь-ные. Параллельная передача используется в СВС. В РВС преиму-щественно используется последовательная, иногда параллельно-последовательная передача.
По режиму организации передачи различают интерфейсы: с син-хронной передачей данных (с постоянной привязкой момента считывания данных приемником к тактовым или синхронизирую-щим импульсам); с асинхронной передачей (момент считывания данных приемником определяется по сигналам оповещения или запуска от передатчика; по окончании пересылки приемник выдает передатчику сигнал об окончании цикла передачи); комбиниро-ванная передача из двух режимов. В каналах межмодульного обмена используется преимущественно передача с асинхронной организацией, при которой автоматически поддерживается опти-мальное соотношение между скоростью передачи данных и вре-менем прохождения (задержкой) сигнала.
В качестве физической среды распространения сигналов кана-лов межмодульного обмена используются витые пары (проводные линии связи), коаксиальный кабель или световодные волоконно-оптические кабели связи. Среди проводных линий связи необхо-димо выделить высококачественные кабели связи со скрученными проводами с гарантированным волновым сопротивлением, гра-ничащие по скорости передачи с коаксиальными кабелями. Коак-сиальные кабели делятся на узкополосные (с полосой пропуска-ния до 50 МГц) и широкополосные.
Узкополосный коаксиальный кабель обеспечивает передачу сигналов со скоростью до 10 Мбит/с, что полностью удовлетворяет потребности подавляющего большинства САУ. Для типичных систем требуемая скорость передачи в каналах не превосходит 2-3 Мбит/с. Для скоростей до 3 Мбит/с целесообразно использо-вать кабель на основе высококачественной скрученной пары про-водов типа КВСФ, который имеет большую защищенность от внешних электромагнитных низкочастотных помех.
Быстродействующим, надежным эффективным при больших потоках, информации является световодный канал, в котором в качестве физической среды используется сверхпрозрачное стек-ловолокно.
