Общие понятия и определения

ИНТЕРФЕЙСЫ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

В настоящее время ИИС находят все более широкое применение в различных областях науки и техники. Они применяются в качестве компонентов сложных информационно-вычислительных комплексов и систем автоматизации. Особенно важную роль играют автоматические ИИС, ис­пользующие ЭВМ для программного управления работой системы.

Возросшие объемы проводимых измерений привели к широкому использованию программно-управляемых СИ. При этом возросшие требо­вания к характеристикам СИ оказали существенное влияние на методы сопряжения устройств, образующих ИИС.

Информационно-измерительные системы содержат ряд подсистем: измерительную, сбора, преобразования, предварительной обработки данных и подсистемы управления СИ в целом. Все подсистемы в ИИС соединены между собой в единую систему. Кроме того, ИИС в настоящее время проек­тируют на основе агрегатного (модульного) принципа, по которому уст­ройства, образующие систему, выполняются в виде отдельных, самостоя­тельных изделий (приборов, блоков). В составе ИИС эти устройства выпол­няют определенные операции и взаимодействуют друг с другом, переда­вая информационные и управляющие сигналы через систему сопряжения.

Для унифицированных систем сопряжения между устройствами, участ­вующими в обмене информации, стал общепринятым термин интерфейс (interface). Под интерфейсом (или сопряжением) понимают совокуп­ность схемотехнических средств, обеспечивающих непосредственное взаимодействие составных элементов ИИС (ГОСТ 15971—74). Устройства подсоединяются к системе сопряжения и объединяются в ИИС по опреде­ленным правилам, относящимся к физической реализации сопряжении. Конструктивное исполнение этих устройств, характеристики вырабатывае­мых и принимаемых блоками сигналов и последовательности выдавае­мых сигналов во времени позволяют упорядочить обмен информацией между отдельными функциональными блоками (ФБ).

Под интерфейсной системой понимают совокупность логических уст­ройств, объединенных унифицированным набором связей и предназначен­ных для обеспечения информационной, электрической и конструктивной совместимости. Интерфейсная система также реализует алгоритмы взаи­модействия функциональных модулей в соответствии с установленными нормами и правилами.

Возможны два подхода к организации взаимодействия элементов системы и построению материальных связей между ними:

жесткая унификация и стандартизация входных и выходных пара­метров элементов системы;

использование функциональных блоков с адаптивными характерис­тиками по входам-выходам.

На практике часто сочетают оба подхода. Стандартизация интерфей­сов позволяет:

· проектировать ИИС различных конфигураций;

· значительно сократить число типов СИ и их устройств сопряжения;

· ускорить и упростить разработку отдельных СИ и ИИС в целом;

· упростить техническое обслуживание и модернизацию ИИС;

· повысить надежность ИИС.

Применение развитых стандартных интерфейсов при организации ИИС позволяет обеспечить быструю компоновку системы и разработку программ управления СИ.

Основной структурной единицей ИИС является функциональный блок ФБ, который представляет собой один или несколько объединенных и взаимодействующих между собой измерительных преобразователей. Взаимодействие ФБ осуществляется через интерфейсные блоки ИБ по командам, организующим обмен данными. Команды управления форми­руются в управляющем блоке УБ и воздействуют на интерфейсные блоки через контроллер (К).

Между ФБ ИИС осуществляется обмен информационными и управляющими сообщениями. Информационное сообщение содержит сведения о значении измеряемого параметра, диапазоне измерения, времени изме­рения, результатах контроля состояния измерительных каналов и др. Управляющее сообщение содержит сведения о режиме работы ФБ, поряд­ке выполнения ими последовательности операций во времени, команде контроля состояния измерительных каналов.

Интерфейс может быть общим для устройств разных типов, наиболее распространенные интерфейсы определены международными, государ­ственными и отраслевыми стандартами. Стандарт (ГОСТ 26016—81 "Еди­ная система стандартов приборостроения. Интерфейсы, признаки клас­сификации и общие требования") включает четыре признака классифика­ции: способ соединения комплектов системы (магистральный, радиаль­ный, цепочечный, комбинированный); способ передачи информации (па­раллельный, последовательный, параллельно-последовательный); принцип обмена информацией (асинхронный, синхронный); режим передачи ин­формации (двусторонняя одновременная передача, двусторонняя пооче­редная передача, односторонняя передача).

Указанные признаки позволяют характеризовать только определен­ные аспекты организации интерфейсов.

Более полная характеристика и систематизация интерфейсов могут быть выполнены при условии классификации по нескольким совокупнос­тям признаков: функциональному назначению, логической функциональ­ной организации и физической реализации.

К основным характеристикам интерфейса относятся следующие: функциональное назначение; структура или тип организации связей; принцип обмена информацией; способ обмена данными; режим обмена данными; номенклатура шин и сигналов; количество линий; количество линий для передачи данных; количество адресов; количество команд; быстродействие; длина линий связи; число подключаемых устройств; тип линии связи.

Соединение отдельных приборов и блоков между собой осуществля­ется линиями связи или линиями интерфейса. Линии интерфейса могут объединяться в группы для выполнения одной из операций в программно-управляемом процессе передачи данных. Эти группы линий называются шинами интерфейса. Назначение отдельных линий и шин, их номенклатура и взаимное расположение в системе (топологии) являются базовыми при рассмотрении функционирования любого интерфейса.

В отечественных и зарубежных микропроцессорных измерительно-управляющих вычислительных системах (МП ИУВС) распространены асинхронные мультиплексные интерфейсы с параллельным способом передачи информации: 8-разрядные интерфейсы Microbus; 16-разрядные интерфейсы общая шина (Unibus), Microbus, интерфейс микроЭВМ "Элек­троника 60" (Q-bus, LSI-11).

Для связи датчиков информации, исполнительных элементов, терри­ториально удаленных от процессора на десятки и сотни метров, в МП ИУВС применяют интерфейсы периферийных устройств. В таких интер­фейсах используются как параллельный, так и последовательный спосо­бы обмена информацией. При этом последний по причине существенного упрощения собственно линии связи, а следовательно, и снижения стои­мости наиболее предпочтителен, если при этом обеспечивается необходи­мая скорость передачи информации.

В последнее время в связи с развитием микро- и мультипроцессорных ИУВС, отдельные микропроцессоры или устройства ввода-вывода кото­рых могут отстоять друг от друга территориально на сотни метров (на­пример, заводская или цеховая ИУВС), все более широко применяются системные интерфейсы или интерфейсы локальных сетей. Системный интерфейс, как правило, имеет многоуровневую архитектуру (совокуп­ность) аппаратных и программных средств.

Из зарубежных локальных сетей наиболее известны DEC net фирмы "Digital Equipment Corp", z-net фирмы "Zilog Inc", сеть фирмы IBM, Om minet фирмы "Corvus Inc" и др.

При построении ИИС, согласно ГОСТ 22316-77, должны применяться следующие структуры соединения функциональных блоков между собой:

· цепочечное соединение, при котором единственный выход предшест­вующего блока соединен с единственным входом последующего блока, так что соединенные блоки образуют цепь;

· радиальное соединение, при котором один блок соединен одновремен­но с несколькими блоками, причем с каждым из них отдельной независи­мой линией;

· магистральное соединение, при котором входы и (или) выходы сопрягаемых блоков соединены одной общей линией.

В цепочечной структуре каждая пара источник-прием­ник соединена попарно линиями от выходов предыдущих ФБ ко входам последующих, обмен данными происходит непосредственно между бло­ками или приборами. Функции управления распределены между этими устройствами. Цепочечную структуру интерфейсов используют, как пра­вило, в несложных системах с несколькими функциональными уст­ройствами.

В системе, выполненной по радиальной структуре, име­ется центральное устройство - контроллер, с которым каждая пара ис­точник-приемник связана с помощью индивидуальной группы шин. Бло­ки и приборы, подключаемые к контроллеру, могут изменять свои места при соответствующем изменении программы работы контроллера. Под управлением контроллера происходит обмен данными между каждым устройством и контроллером. Связи между управляющим устройством и одним из устройств-источников или приемников сигналов может осу­ществляться как по инициативе контроллера, так и по инициативе уст­ройств (абонентов). В последнем случае одно из устройств вырабатывает сигнал запроса на обслуживание, а контроллер идентифицирует запраши­ваемое устройство. Когда контроллер готов к обмену данными, логически подключаются цепи связи и начинается процесс обмена. Эти цепи остаются подключенными, пока не будет передана нужная порция информации.

Контроллер может производить обмен данными только с одним из устройств. В случае одновременного поступления запросов от двух и более абонентов по системе приоритетов будет установлена связь с уст­ройством, имеющим наивысший приоритет. Приоритет присваивается приборам и блокам в зависимости от их типа, технических характерис­тик и важности поступающей информации. В интерфейсах с радиальной структурой чаще всего приоритет зависит от места подключения кабеля, соединяющего абонент (ФБ) с контроллером.

Радиальное соединение функциональных блоков позволяет достаточ­но просто и быстро осуществлять адресацию и идентификацию требуе­мого ФБ.

К недостаткам радиальной структуры можно отнести большую дли­ну соединительных линий, а также сложность контроллера, что приводит к увеличению стоимости ИС.

В системах с магистральной структурой вместо группы индивидуальных шин имеются коллективные шины, к которым подсоеди­няются все источники и приемники информации и контроллер.

По принципу обмена информацией интерфейсы подразделяют на па­раллельные, последовательные и параллельно-последовательные. При параллельной передаче цифровых данных численное значение величины, содержащее т битов, транслируют по т информационным линиям. Это сообщение одновременно и полностью может быть введено в интерфейс, а также воспринято приемником. Интерфейсные устройства параллель­ного ввода-вывода информации позволяют согласовать во времени процесс обмена данными между ЭВМ и периферийным устройством.

Дата добавления: 2015-04-30