WO1996003696A1 - Arbitrierung bei verzögernder buskopplung - Google Patents

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WO1996003696A1
WO1996003696A1 PCT/DE1995/000865 DE9500865W WO9603696A1 WO 1996003696 A1 WO1996003696 A1 WO 1996003696A1 DE 9500865 W DE9500865 W DE 9500865W WO 9603696 A1 WO9603696 A1 WO 9603696A1
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bus
coupling
arbitration
state
authorization
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PCT/DE1995/000865
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Michael Kleineberg
Ralph Zacharias
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Siemens Nixdorf Informationssysteme Ag
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F13/00—Interconnection of, or transfer of information or other signals between, memories, input/output devices or central processing units
    • G06F13/14—Handling requests for interconnection or transfer
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
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    • G06F13/38—Information transfer, e.g. on bus
    • G06F13/40—Bus structure
    • G06F13/4004—Coupling between buses
    • G06F13/4027—Coupling between buses using bus bridges
    • G06F13/4031—Coupling between buses using bus bridges with arbitration

Definitions

  • the method concerns the coupling of bus systems with arbitration.
  • Bus systems such as the "Small Computer System Interface” (SCSI) allow arbitration, i.e. dynamic priority-controlled bus occupancy by each connected device.
  • SCSI Small Computer System Interface
  • the length of this bus system is limited by the specified response times.
  • bus couplers are possible that connect two short bus segments in an interference-free manner, for example via an optical connection, * these connections are also limited in length to a few meters due to the propagation time of the signals, although the optical connection has distances in the range of kilometers allow.
  • the object of the invention is therefore to provide a bus coupling which transparently, i.e. two bus segments with complete compliance with the prescribed protocols, couples and allows secure arbitration even with long run times on the connection.
  • the invention is based on the observation that arbitrating bus systems allow the arbitration process to be terminated. If necessary, the two coupling units coupling two bus segments transmit the arbitration authorization to one another. If an arbitration is attempted on a bus segment, the coupling unit of which has the arbitration authorization, the arbitration is carried out normally. Has the coupling unit If the authorization is not, it requests it from the other coupling unit and at the same time aborts the arbitration. The device which tried to access the bus repeats this attempt after a short time. If the remote bus segment was idle, the remote coupling unit immediately issues the arbitration authorization; this is then available the next time the device trying to access attempts. If it was active, the local segment is also active via the bus coupling, * and the device repeats the access attempt after the bus has become idle (free).
  • Fig. 3 shows the process of arbitration according to the invention.
  • FIG. 1 The structure of a bus coupling is outlined in FIG. 1.
  • Two coupling units KEA and KEB are connected to one another via a connection LNK, the design of which is explained below.
  • SEGA and SEGB are two bus segments that are connected by the coupling units KEA and KEB.
  • Two devices DEV1 and DEV2 are connected to the SEGA segment;
  • a DEV3 device is connected to the SEGB segment. Additional devices are connected in a similar way.
  • the bus segments only the following important data lines D0..D8 and the control lines SEL, BSY and I / O are shown. Further control lines are present, but are of no importance for the invention and are therefore not shown for reasons of clarity.
  • a connection of two devices on the same segment takes place without the couplers KEA and KEB being required to transmit the user data.
  • a connection between the segments for example from DEV1 to DEV3, requires the couplers for the transmission of the user data.
  • the status is also transmitted in the former case, * for the sake of simplicity, the transmission of the user data is common and without disadvantages.
  • SCSI Small Computer System Interconnect
  • SCSI is used as the bus system, which is described, for example, in the ANSI standard X3.131-1986 and is assumed to be known below.
  • the SCSI bus can operate up to eight different devices, to which one of the eight data lines D0..D7 is assigned during arbitration.
  • the data lines are operated by drivers with an open collector, so that the signals on the bus are switched orally and are permitted.
  • the possible additional data line for a parity bit is not used in this example.
  • Signal lines BSY, SEL and I / O are also available. In the SCSI specification, further control lines are mentioned, for which the control line I / O is shown. Only the SEL and BSY signals are important for arbitration. These signals are also operated via drivers with an open collector in switched ORing. The control lines can assume the two digital states L or "negated” and H or "asserted”. The various permissible combinations of the states of the control lines are referred to as bus states.
  • the idle state of the bus system is signaled by the fact that the signals SEL and BSY are both L.
  • the device DEVl requests bus use through an arbitration cycle by setting the signal BSY to H and simultaneously activating the bit corresponding to its address on the data lines. After a fixed, predetermined waiting period, the "arbitration delay" of 2.2 ⁇ s, the device checks whether a Bi with a higher number is activated or whether the self-set bit is that of the highest number. In the first case, a device with higher priority has taken control, in the latter case, the control authorization belongs to the requesting device. The device with the control authorization sets the SEL signal to H and takes over control of the bus system. This concludes the arbitration.
  • Bus states for data transfer follow, which are completed by changing to the idle state IDLE.
  • the bus states for the data transfer are set and a data transmission is carried out using the data lines i of a known type.
  • the Arbi tritechnischsvon thus ensures that only one device at a time takes over the control function of the bus. The other device waits until the idle state is reached again and then tries again to acquire the tax authorization through an arbitration cycle.
  • the couplers KEA continuously monitor the bus status a of the bus assigned to them. Activation of BSY by the DEVl device is recognized. Thereupon, a message is sent to the remote coupler KEB via the connection LNK, which contains the new bus status and the status of the data lines. The removed coupling unit KEB in turn now switches the new bus status and represents the data lines. If coincidentally at the same time on the remote bus segment SEGB since device DEV3 tries to occupy the bus, this detects the remote coupling unit and sends a message to the coupling unit KEA, which in turn generates the same state on the bus segment SEG as on the bus segment SEGB and the device DEV1 prevents occupying the bus.
  • connection runtime is thus limited to less than 200 ns.
  • Conducted electromagnetic waves as well as light guides have a delay time of more than 5 ⁇ s per kilometer, so that a connection over 25m length is not possible according to the prior art.
  • each change in the bus state is detected in the same way by the couplers KEA and KEB, forwarded to the respective other coupler via a message, and from there is placed on the bus connected to it.
  • a circuit for a coupler is shown schematically in FIG. 2.
  • the message is transmitted via light guides 32, 40, the light signals of which are converted into electrical signals via optical receivers 41 and transmitters 31 of the types V23804-E2-T5 and V23800-S2-T5 from Siemens and are serialized as "TAXI chip".
  • the controller 25 monitors the state of the state of the controlled bus 20 indicated by the signal lines SEL, BSY and I / O by coding it by a converter 26 and in the comparator 27 with the previously valid one in the memory 28 stored state is compared. If they are not the same, the status number is read via connection 49 and written into the comparison memory via connection 51. At the same time, this new status number is applied to the data input of the transmit TAXI 30 via the connection 52 between the controller 25 and a multiplexer, which is then triggered by a strobe 53 to transmit the status. Immediately afterwards, the multiplexer 29 is switched back and the value of the data signals is also transmitted to the transmit TAXI by a second strobe. Doing so the 10th bit is wired by the multiplexer so that it is L for data signals and H for status numbers.
  • the serial signals are provided in parallel in the receiving TAXI 42 and reported to the control system via a strobe 54, which can evaluate this via the connection 55. If the 10th bit is high, there is a changed status, * this is stored internally by the controller and a memory 45 is written in via connection 57 and sets the new status signals. If the 10th bit is L, there is a data word which is transferred to the memory 44 via the strobe signal 56 and switched from there to the data bus 21.
  • the defined bus protocol decides whether, as described, first the new status and then the new data or vice versa, first the new data and then the new status is activated.
  • the processes described so far apply to every bus coupling, including those according to the prior art.
  • the invention consists in a behavior of the control with which it operates on the basis of the status changes. The sequence is shown in FIG. 3 insofar as the invention is concerned.
  • Each controller is either in state A, in which it has the arbitration authorization, or in state B, in which it does not have the arbitration authorization.
  • a controller with arbitration rights waits for one of two events, namely either a change in state on the bus that begins an arbitration cycle; referred to as BUS AQ and obtained as a change of state via connections 50 and 49.
  • a message TOK RQ can also arrive via the connections 54 and 55 from the receiving TAXI.
  • BUS AQ a normal bus cycle is carried out in step BUS CYC, 64 and the associated data are sent over the connection.
  • a device has started an arbitration cycle on the bus connected to the remote station and, as shown below and represented by a dashed arrow 68, has sent a TOK-RQ message.
  • This message does not belong to the set of permissible changes of state, but is taken from the set of coding options that have not yet been exhausted.
  • the controller recognizes this and neither switches the data content to the control lines nor to the data bus, but only uses the message internally.
  • the controller in turn generates a TOK GNT message, switches the multiplexer 29 accordingly and sends this message to the remote station .
  • This message is also taken from the set of coding options that have not yet been exhausted. Since the controller no longer has any arbitration authorization, it changes to state B, 61, without arbitration authorization.
  • a device on its own bus can begin an arbitration cycle on a station without arbitration authorization.
  • the controller determines this in the manner mentioned. By setting the Control lines via connection 57 and memory driver 45, as will be described in more detail, the arbitration cycle is terminated.
  • the controller sends a token request TOK RQ to the remote controller in step 67 in the same manner as the token delivery.
  • the control remains in state B, 61 until the TOK GNT message is received.
  • the receipt of the token request TOK RQ is processed by the remote station as described above.
  • a token request occurs to a controller while a bus cycle 64 is being carried out, this request is stored until the bus on the controller is in the idle state and only then is the authorization issued. Accordingly, the station aborts bus cycles without arbitration authorization until the token message has arrived.
  • Arbitration can be terminated by setting the SEL signal early within the "bus clear delay" of 800 ns. Since this process can be decided by the coupling unit on the basis of its own status, it can always be carried out in good time on the transmission lines, regardless of the running time.
  • each coupling unit can be designed such that it contains a table of the device addresses connected to its bus segment, possibly with a dynamic structure, and for connections which can be processed locally on the bus segment, but this does not abort during the arbitration phase. If the target address is not in this table and the coupler does not have the arbitration authorization, it terminates the arbitration and requests the authorization in the manner described.
  • a 16 bit wide transmission can also be used, for example, in which data and status are transmitted simultaneously. In this case, 8 bits of data and 1 bits of parity for the data would leave 7 bits for the state. In the case of the two messages TOK RQ and TOK GNT, the controller then ignores the data part.
  • a bus system with several participants is also possible as a coupling.
  • the requestor of a TOK RQ is then known from the addressing in this bus system.
  • the TOK GNT is then sent to them.
  • the FDDI fiber-optic system in particular is particularly suitable because of the high transmission rate and guaranteed transmission time.
  • the invention can be used if the transmission time is not known on the device connecting the couplers. This is the case, for example, if the connection is made via Ethernet or IEEE 802.3. In the case of message transmission via Ethernet, for example, a further transmission attempt may be necessary due to collisions on the network until a message can be sent to the remote coupling unit.
  • the invention thus also allows SCSI bus systems to be coupled via an Ethernet connection, which was not possible at all because of the property mentioned.
  • the invention thus also allows the connection of three or more bus segments. Only one of the couplers has authorization to operate. Either the broadcast property of the network is used to make the request to send all other couplers at the same time. Or a coupler giving the authorization sends the other couplers a third message that the authorization has passed to another coupler.
  • the invention has been described with reference to the SCSI bus system, in which an arbitration phase is often followed by a data transfer phase that is long in comparison, during which the transmitting device does not release the bus. A connection that is not disturbed by competing access attempts is expected during the data transmission phase.
  • This consideration applies in the same way to other bus systems such as Multibus II or VME Bus, which also provide for arbitration and allow it to be terminated.
  • the I L system in which an arbitration takes place during the address phase, can also be coupled by the invention.
  • the bus systems to be connected are not the same, but can be broken off during the arbitration.
  • One of the two coupling units must then carry out a protocol conversion. This can be done by storing the corresponding bus state of the second bus system in a table for each bus state of the first and converting the coupling unit to convert the states according to this table into known programming technology.
  • a connection from SCSI-I with 8-bit data width to SCSI-II with 16-bit data width is possible.

Abstract

Verfahren zur Verbindung von zwei arbitrierungsfähigen Bussegmenten durch zwei durch eine Datenübertragungsstrecke verbundene Koppler, bei denen jeweils einer der beiden Koppler die Arbitrierungsberechtigung hat und auf dem Bussegment, dessen Koppler nicht die Arbitrierungsberechtigung hat, Buszugriffsversuche zu Beginn der Arbitrierungsphase abgebrochen werden.

Description

Arbitrierung bei verzögernder Buskopplung
Technisches Gebiet
Das Verfahren betrifft die Kopplung von Bussystemen mit Arbitrierung.
Stand der Technik
Bussysteme wie das "Small Computer System Interface" (SCSI) lassen eine Arbitrierung zu, d.h. eine dynamische priori¬ tätsgesteuerte Busbelegung durch jedes angeschlossene Gerät. Durch die vorgegebenen Reaktionszeiten ist die Länge dieses Bussystems beschränkt. Zwar sind Buskoppler möglich, die zwei kurze Bussegmente zum Beispiel über eine optische Ver¬ bindung störsicher verbinden,* durch die Laufzeit der Signale sind jedoch auch diese Verbindungen in ihrer Länge auf wenige Meter beschränkt, obwohl die optische Verbindung Ent- fernungen im Bereich von Kilometern zuließe.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Buskopplung bereit¬ zustellten, die zwei Bussegmente transparent, d.h. unter vollständiger Befolgung der vorgeschriebenen Protokolle, koppelt und auch bei großen Laufzeiten auf der Verbindung eine sichere Arbitrierung erlaubt.
Darstellung der Erfindung
Die Erfindung beruht auf der Beobachtung, daß arbitrierende Bussysteme einen Abbruch des Arbitrierungsablaufs zulassen. Die beiden, zwei Bussegmente koppelnde Koppeleinheiten über- mitteln einander bei Bedarf die Arbitrierungsberechtigung. Wird auf einem Bussegment eine Arbitrierung versucht, dessen Koppeleinheit die Arbitrierungsberechtigung hat, so wird die Arbitrierung normal durchgeführt. Besitzt die Koppeleinheit die Berechtigung nicht, so fordert sie sie von der andere Koppeleinheit an und bricht gleichzeitig die Arbitrierun ab. Das Gerät, welches den Buszugriff versucht hat, wieder¬ holt diesen Versuch nach kurzer Zeit. War das entfernte Bus- segment untätig, so gibt die entfernte Koppeleinheit sofor die Arbitrierungsberechtigung ab; diese liegt dann bei nächsten Versuch des den Zugriff versuchenden Geräts vor. War es tätig, so ist über die Buskopplung auch das hiesig Segement tätig,* und das Gerät wiederholt den Zugriffs- versuch, nachdem der Bus untätig (frei) geworden ist.
KurzbeSchreibung der Zeichnungen
Es zeigen
Fig. 1 die Anordnung von zwei Bussegmenten mit zugehöri¬ gen Kopplern und drei Geräten,
Fig. 2 eine schematische Schaltung für einen Koppler,
Fig. 3 den Ablauf bei der erfindungsgemäßen Arbitrierung.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
In Fig. 1 wird die Struktur einer Buskopplung skizziert. Zwei Koppeleinheiten KEA und KEB sind über eine Verbindun LNK miteinander verbunden, deren Ausführung weiter unten er¬ läutert wird. SEGA und SEGB sind zwei Bussegmente, die durc die Koppeleinheiten KEA und KEB verbunden sind. Am Segment SEGA sind zwei Geräte DEV1 und DEV2 angeschlossen; am Seg¬ ment SEGB ist ein Gerät DEV3 angeschlossen. Weitere Gerät werden in ähnlicher Weise angeschlossen. Von den Busseg¬ menten sind nur die im folgenden wichtigen Datenleitunge D0..D8 und die Steuerleitungen SEL, BSY und I/O dargestellt. Weitere Steuerleitungen sind vorhanden, aber für die Erfin¬ dung ohne Bedeutung und daher aus Gründen der Übersichtlich- keit nicht dargestellt. Eine Verbindung von zwei Geräten am selben Segement, z.B. von DEVl nach DEV2, erfolgt, ohne daß die Koppler KEA und KEB zur Übertragung der Nutzdaten benötigt werden. Eine Ver¬ bindung zwischen den Segmenten, z.B. von DEVl nach DEV3, er- fordert die Koppler für die Übertragung der Nutzdaten. Auch im ersteren Fall erfolgt jedoch eine Übertragung des Status,* die Übertragung der Nutzdaten ist der Einfachheit halber üb¬ lich und ohne Nachteile. Es wird für die folgende Beschrei¬ bung als Bussystem das "Small Computer System Interconnect", SCSI, verwendet, das beispielsweise in dem ANSI-Standard X3.131-1986 beschrieben und im folgenden als bekannt voraus¬ gesetzt wird.
Der SCSI-Bus kann bis zu acht verschiede Geräte betreiben, denen während der Arbitrierung eine der acht Datenleitungen D0..D7 zugeordnet ist. Die Datenleitungen werden durch Trei¬ ber mit offenem Kollektor betrieben, so daß eine geschaltete Veroderung der Signale auf dem Bus erfolgt und zulässig ist. Die mögliche zusätzliche Datenleitung für ein Paritäts¬ bit wird in diesem Beispiel nicht benutzt.
Weiterhin sind Signalleitungen BSY, SEL und I/O vorhanden. In der SCSI-Spezifikation sind weitere Steuerleitungen genannt, für die stellvertretend die Steuerleitung I/O dar¬ gestellt ist. Für die Arbitrierung sind nur die Signale SEL und BSY von Bedeutung. Auch diese Signale werden über Trei- ber mit offenem Kollekter in geschalteter Veroderung betrie¬ ben. Die Steuerleitungen können die beiden digitalen Zustände L oder "negated" und H oder "asserted" annehmen. Die verschiednen zulässigen Kombination der Zustände der Steuerleitungen werden als Buszustände bezeichnet.
Der Ruhezustand des Bussystems wird dadurch signalisiert, daß die Signale SEL und BSY beide L sind. Das Gerät DEVl fordert die Busbenutzung durch eine Arbitrierungszykluε an, indem es das Signal BSY auf H setzt und gleichzeitig das seiner Adresse entsprechende Bit auf den Datenleitungen aktiviert. Nach einer festen, vorbestimmten Wartezeit, der "arbitration delay" von 2,2 μs, prüft das Gerät, ob ein Bi mit höherer Nummer aktiviert ist oder das selbst gesetzt Bit dasjenige der höchsten Nummer ist. Im ersten Fall ha ein Gerät höherer Priorität die Steuerung übernommen, i letzteren Fall gehört die Steuerberechtigung dem anfordern den Gerät. Das Gerät mit der Steuerberechtigung setzt da Signal SEL auf H und übernimmt die Steuerung des Bussystems. Damit ist die Arbitrierung beendet,* es folgen Buszuständ für den Datentransfer, die durch Übergang in den Ruhezustan IDLE abgeschlossen werden. Durch Setzen des Signals I/O un der weiteren Signale werden die Buszustände für den Daten transfer gesetzt und es wird mit Hilfe der Datenleitungen i bekannter Art eine Datenübertragung durchgeführt. Das Arbi trierungsverfahren stellt damit sicher, daß immer nur ei Gerät zur Zeit die Steuerungsfunktion des Busses übernimmt. Das andere Gerät wartet, bis der Ruhezustand wieder erreich ist, und versucht dann erneut, durch einen Arbitrierungs zyklus die Steuerberechtigung zu erwerben.
Die Koppler KEA überwachen kontinuierlich den Buszustand a dem ihnen zugeordneten Bus. Die Aktivierung von BSY durc das Gerät DEVl wird erkannt. Daraufhin wird über die Verbin dung LNK eine Nachricht an den entfernten Koppler KEB ge schickt, die den neuen Buszustand und den Zustand der Daten leitungen enthält. Die entfernte Koppeleinheit KEB schalte nun ihrerseits, sozusagen in Vertretung für das Gerät DEVl, den neuen Buszustand und setzt die Datenleitungen. Sofer zufällig gleichzeitig auf dem entfernten Bussegment SEGB da Gerät DEV3 den Bus zu belegen versucht, erkennt dies di entfernte Koppeleinheit und schickt eine Nachricht an di Koppeleinheit KEA, welche ihrerseits auf dem Bussegment SEG denselben Zustand wie auf dem Bussegment SEGB erzeugt und s das Gerät DEVl daran hindert, den Bus zu belegen. Es is klar, daß der Nachrichtenaustausch zwischen den Kopplern KE und KEB so schnell erfolgen muß, daß innerhalb der vorgege benen Zeitschranke von 2,4 μs zumindest eine Nachricht hin- und eine zweite zurückgeschickt werden kann. Vorgeschrieben Protokoll- und Beruhigungszeiten verkürzen diese Intervall weiter. Damit ist die Laufzeit der Verbindung auf weniger als 200 ns beschränkt. Leitungsgebundene elektromagnetische Wellen wie auch Lichtleiter haben eine Verzögerungszeit von mehr als 5 μs pro Kilometer, so daß nach dem Stand der Technik eine Verbindung über 25m Länge nicht möglich ist.
In den nachfolgenden Datentransferphasen wird in gleicher Art von den Kopplern KEA und KEB jede Änderung des Buszu¬ stands erfaßt, über eine Nachricht dem jeweiligen anderen Koppler zugeleitet und von diesem auf den auf an ihn ange¬ schlossen Bus gelegt.
Eine Schaltung für einen Koppler ist in Fig. 2 schematisch dargestellt. Die Nachrichtenübertragung erfolgt über Licht¬ leiter 32, 40, deren Lichtsignale über optische Receiver 41 und Transmitter 31 des Typs V23804-E2-T5 und V23800-S2-T5 der Firma Siemens in elektrische Signale umgesetzt und von als "TAXI Chip" bezeichneten Seriell-Parallel-Wandlern 30, 42 der Fa. AMD des Typs AM 79168 und AM 79169 umgewandelt. Mit diesen Bauelementen kann jeder der beiden Koppler dem anderen Koppler eine zehn Bit breite Nachricht im Voll- Duplex-Betrieb übermitteln.
Die Steuerung 25 überwacht den Zustand des durch die Signal- leitungen SEL, BSY und I/O angezeigten Zustandes des gesteu¬ erten Busses 20, indem diese durch einen Umsetzer 26 codiert und in dem Vergleicher 27 mit dem bislang gültigen, im Spei¬ cher 28 gespeicherten Zustand verglichen wird. Bei Ungleich¬ heit wird die Zustandsnummer über die Verbindung 49 gelesen und über die Verbindung 51 in den Vergleichsspeicher ge¬ schrieben. Zugleich wird über die Verbindung 52 zwischen Steuerung 25 und einem Multiplexer diese neue Zustandnu mer an den Dateneingang des Sende-TAXI 30 gelegt, welcher an¬ schließend durch einen Strobe 53 zum Senden des Zustands veranlaßt wird. Unmittelbar danach wird der Multiplexer 29 zurückgeschaltet und durch einen zweiten Strobe zum Sende- TAXI auch der Wert der Datensignale übermittelt. Dabei wird das 10-te Bit durch den Multiplexer so verdrahtet, daß es bei Datensignalen auf L und bei Statusnummern auf H liegt.
Auf der Empfangsseite werden die seriellen Signale im Empfangs-TAXI 42 parallel bereitgestellt und über einen Strobe 54 der Steuerung gemeldet, welche diese über die Ver¬ bindung 55 auswerten kann. Ist das 10-te Bit auf H, so liegt ein geänderter Status vor,* dieser wird intern von der Steuerung gespeichert und über die Verbindung 57 ein einen Speicher 45 eingeschrieben und setzt die neuen Status- Signale. Ist das 10-te Bit L, so liegt ein Datenwort vor, welches über das Strobe-Signal 56 in den Speicher 44 über¬ nommen und von dort auf den Datenbus 21 geschaltet. Dabei enscheidet das festgelegte Busprotokoll, ob, wie beschrie¬ ben, zunächst der neue Status und dann die neuen Daten oder umgekehrt, zunächst die neuen Daten und dann der neue Status aktiviert wird.
Es sind also zwei Arten von Nachrichten, die von den Kop¬ peleinheiten ausgetauscht werden: Datennachrichten, die einen geänderten Zustand des Datenbusses enthalten,* und Zu- Standsnachrichten, die einen genänderten Buszustand bezeich¬ nen. Da die Anzahl der Buszustände weit unterhalb der Anzahl der Datenzustände liegt, werden nicht alle Codierungs- möglichkeiten für Zustandsnachrichten ausgeschöpft.
Diese bislang beschriebenen Vorgänge sind für jede Buskopp- lung, also auch die nach dem Stand der Technik, zutreffend. Die Erfindung besteht in einem Verhalten der Steuerung, mit welcher diese anhand der Statusänderungen tätig wird. Der Ablauf ist in Fig. 3 dargestellt, soweit die Erfindung be¬ troffen ist.
Jede Steuerung befindet sich entweder im Zustand A, in wel¬ chem sie die Arbitrierungsberechtigung hat, oder im Zustand B, in dem sie die Arbitrierungsberechtigung nicht hat. Im Schritt 62 wartet eine Steuerung mit Arbitrierungbe- rechtigung auf eines von zwei Ereignissen, nämlich entweder eine Zustandsänderung auf dem Bus, die einen Arbitrierungs- zyklus beginnt; als BUS AQ bezeichnet und als Zustands- wechsel über die Verbindungen 50 und 49 erlangt. Alternativ kann auch über die Verbindungen 54 und 55 von dem Empfangs- TAXI eine Nachricht TOK RQ eintreffen. Im ersteren Fall (BUS AQ) wird im Schritt BUS CYC, 64, ein normaler Buszyklus ab¬ gewickelt und die dazugehörigen Daten werden über die Ver¬ bindung verschick . Im zweiten Fall hat ein Gerät an dem mit der Gegenstelle verbundenen Bus einen Arbitrierungszyklus begonnen und, wie weiter unten dargestellt und durch einen gestrichelten Pfeil 68 dargestellt, eine Nachricht TOK-RQ geschickt. Diese Nachricht gehört nicht zu der Menge der zu¬ lässigen Zustandswechsel, sondern ist der Menge der noch nicht ausgeschöpften Codierungsmöglichkeiten entnommen. Die Steuerung erkennt dies und schaltet den Dateninhalt weder auf die Steuerleitungen noch auf den Datenbus, sonderen ver¬ wertet die Nachricht lediglich intern. Als Reaktion hierauf erzeugt die Steuerung ihrerseits eine Nachricht TOK GNT, schaltet den Multiplexer 29 entsprechend und sendet diese Nachricht an die Gegenstelle. Auch diese Nachricht ist der Menge der noch nicht ausgeschöpften Codierungsmöglichkeiten entnommen. Da die Steuerung keine Arbitrierungsberechtigung mehr besitzt, geht sie in den Zustand B, 61, ohne Arbitrie¬ rungsberechtigung über.
Dies ist der Zustand, in dem sich die Gegenstelle befand und im Schritt 63 auf eines von zwei Ereignissen wartete. Mit dem Eintreffen der durch eine gestrichelten Pfeiles 69 dar¬ gestellten Nachricht TOK GNT erhält die Steuerung die Arbi¬ trierungsberechtigung und geht in den Zustand A, 60, mit Ar- bitrierungsberechtigung über. Die dann möglichen Zustands¬ wechsel sind bereits beschrieben.
Alternativ zum Eintreffen der Nachricht TOK GNT kann bei ei¬ ner Station ohne Arbitrierungsberechtigung auch ein Gerät am eigenen Bus einen Arbitrierungszyklus beginnen. Dies stellt die Steuerung in besagter Weise fest. Durch Setzen der Steuerleitungen über die Verbindung 57 und den Speicher- Treiber 45 wird, wie noch genauer beschrieben, der Arbitrie¬ rungszyklus abgebrochen. Gleichzeitig sendet die Steuerung, wie durch die gestrichelte Linie 68 angedeutet, im Schritt 67 eine Token-Anfrage TOK RQ an die entfernte Steuerung in derselben Art wie die Token-Abgabe. Bis zum Empfang der Nachricht TOK GNT bleibt die Steuerung im Zustand B, 61. Der Empfang der Token-Anfrage TOK RQ wird von der Gegenstelle wie oben beschrieben bearbeitet. Tritt bei einer Steuerung eine Token-Anfrage ein, während ein Buszyklus 64 durchge¬ führt wird, so wird diese Anfrage solange gespeichert, bis der Bus an der Steuerung im Ruhezustand ist, und dann erst die Berechtigung abgegeben. Entsprechend bricht die Station ohne Arbitrierungsberechtigung solange Buszyklen ab, bis die Token-Nachricht eingetroffen ist.
Das Abbrechen einer Arbitrierung ist durch frühzeitiges Set¬ zen des Signals SEL innerhalb der "bus clear delay" von 800ns möglich. Da dieser Vorgang von der Koppeleinheit an Hand des eigenen Status entschieden werden kann, kann er un- abhängig von der Laufzeit auf den Übermittlungsleitungen im¬ mer rechtzeitig erfolgen.
In der beschriebenen Kopplung wird auch bei einer Kommunika¬ tion zweier Geräte am demselben Bussegment der Busszustand auf dem entfernten Bussegment erzeugt, obwohl die dort ange- schlossenen Geräte die Daten nicht auswerten. Dies ist not¬ wendig, damit die Geräte auf dem entfernten Busssegment keine Arbitrierungszyklen einleiten. Bei einem SCSI-Bus, bei dem während der Arbitrierung die Zieladresse nicht bekannt ist und ein Abbruch nach der Arbitrierung nicht möglich ist, ist dies auch unvermeidlich.
In anderen Bussystemen, bei denen während der Arbitrierung auch die Zieladresse enthalten ist, kann jede Koppeleinheit so ausgebildet werden, daß sie eine, möglicherweise dyna¬ misch aufgebaute, Tabelle der an ihrem Bussegment ange- schlossenen Geräteadressen enthält und bei Verbindungen, die auf dem Bussegment lokal abwickelbar sind, diese nicht wäh¬ rend der Arbitrierungsphase abbricht. Ist die Zieladress nicht in dieser Tabelle und hat der Koppler nicht die Arbi¬ trierungsberechtigung, bricht er die Arbitrierung ab und fordert die Berechtigung in beschriebener Weise an.
Anstelle der beschriebenen 10 Bit breiten Nachrichtenüber¬ mittlung kann beispielsweise auch eine 16 Bit breite Über¬ mittlung verwendet werden, bei der gleichzeitig Daten und Zustand übermittelt werden. In diesem Fall würde bei 8 Bit Daten und 1 Bit Parität für die Daten 7 Bit für den Zustand bleiben. Im Falle der beiden Nachrichten TOK RQ und TOK GNT ignoriert dann die Steuerung den Datenteil.
Als Kopplung ist anstelle einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung auch ein Bussystem mit mehreren Teilnehmern möglich. Dabei ist dann durch die Adressierung in diesem Bussystem der An¬ forderer eines TOK RQ bekannt. An diesen wird dann das TOK GNT geschick . Insbesondere das fiberoptische System FDDI ist wegen der hohen Übertragungsrate und garantierten Über¬ mittlungszeit besonders geeignet.
Weiterhin kann die Erfindung eingesetzt werden, wenn die Übermittlungszeit auf der die Koppler verbindenden Einrich¬ tung nicht bekannt ist. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die Kopplung über Ethernet bzw. IEEE 802.3 erfolgt. Bei der Nachrichtenübermittlung über Ethernet beispielsweise kann durch Kollisionen auf dem Netzwerk ein weiterer Sende¬ versuche notwendig sein, bis eine Nachricht zu der entfern¬ ten Koppeleinheit abgesendet werden kann. Damit erlaubt die Erfindung auch eine Kopplung von SCSI-Bussystemen über eine Ethernet-Verbindung, die wegen der genannten Eigenschaft bislang gar nicht möglich war.
Damit erlaubt die Erfindung auch die Verbindung von drei oder mehr Bussegmenten. Nur einer der Koppler hat die Arbi¬ trierungsberechtigung. Entweder wird die Rundruf-Eigenschaft ("broadcast") des Netzwerks verwendet, um die Anforderung an alle anderen Koppler gleichzeitig zu senden. Oder ein die Berechtigung abgebender Koppler sendet den anderen Kopplern eine dritte Nachricht, daß die Berechtigung an einen anderen Koppler übergegangen ist.
Die Erfindung wurde an Hand des SCSI Bussystems beschrieben, bei dem häufig auf eine Arbitrierungsphase ein dergegenuber langer Datentransferphase folgt, während derer das sendende Gerät den Bus nicht freigibt. Während der Datenübertragungs- phase wird eine durch konkurrierende Zugriffsversuche nicht gestörte Verbindung erwartet. Diese Betrachtung gilt in gleicher Art für andere Bussysteme wie Multibus II oder VME Bus, die gleichfalls eine Arbitrierung vorsehen und deren Abbruch zulassen. Auch das I L System, bei dem eine Abitrie- rung während der Adressphase stattfindet, kann durch die Er- findung gekoppelt werden.
Es ist ferner denkbar, daß die zu verbindenden Bussysteme nicht gleich sind, aber während der Arbitrierung abbrechbar sind. Eine der beiden Koppeleinheiten muß dann eine Proto¬ kollwandlung durchführen. Dies kann erfolgen, indem zu jedem Buszustand des ersten der korrespondierende Buszustand des zweiten Bussystems in einer Tabelle niedergelegt ist und die wandelnde Koppeleinheit die Zustände nach dieser Tabelle in bekannter Programmiertechnik umsetzt. Insbesondere ist so eine Verbindung von SCSI-I mit 8-Bit Datenbreite nach SCSI- II mit 16-Bit Datenbreite möglich.

Claims

Patentansprüche
1. Kopplung von Bussegmenten durch an je ein Bussegment angeschlosse, untereinander verbundene Koppeleinheiten mit folgenden Merkmalen: - Die Koppeleinheiten (14, 15) sind im wesentlichen gleichartig, die Bussegmente (SEGA, 20, SEGB, 20') benutzen je¬ weils ein Arbitrierungsverfahren,* das jeweilige Arbitrierungsverfahren erlaubt einen Abbruch (CAN, 66) durch die jeweilige Koppeleinheit, ohne daß hierzu die Koppeleinheit die Kontrolle über das an sie angeschlossene Bussegment erhält; höchstens eine der Koppeleinheiten hat einen die Ar¬ bitrierung berechtigenden Zustand A (60) , während alle anderen einen die Arbitrierung nicht berech¬ tigenden Zustand B (61) haben; befindet sich eine Koppeleinheit in dem zur Arbitrierung nicht berechtigenden Zustand B, so bricht sie von sich aus alle Arbitrierungen auf dem an sie angeschlossenen Bussegment ab, ohne hierzu Kontrolle über eben dieses Bussegment zu erhalten, und sendet mindestens eine Anforderung (TOK RQ) min¬ destens an die in dem zur Arbitrierung berechtigen¬ den Zustand A befindliche Koppeleinheit; - empfängt eine in dem zur Arbitrierung berechtigenden Zustand A befindliche Koppeleinheit eine Anforderung (TOK RQ) , so sendet sie eine Berechtigung (TOK GNT) an die anfordernde Koppeleinheit und geht gleich¬ zeitig in den zur Arbitrierung nicht berechtigenden Zustand B über, ohne hierbei das an sie angeschlos¬ sene Bussegment zu beaufschlagen, durch Empfang einer Berechtigung (TOK GNT) geht eine Koppeleinheit in den zur Arbitrierung berechtigenden Zustand A über.
2. Buskopplung nach Anspruch 1, wobei die Anforderung (TOK RQ) gegebenenfalls gespeichert wird und die Berechtigung (TOK GNT) erst gesendet wird, wenn auf dem angeschlos¬ senen Bussegment eine Arbitrierung möglich ist.
3. Buskopplung nach Anspruch 2, wobei eine zusätzliche War¬ tezeit, in der das Bussegment frei ist, vor Abgabe der Berechtigung (TOK GNT) abläuft.
4. Buskopplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Bussegmente das "Small Computer System Interface" SCSI verwenden.
5. Buskopplung nach Anspruch 4, wobei der Abbruch der Arbi¬ trierung durch Aktivierung des Signals SEL durch die Koppeleinheit zu Beginn der Arbitrierungsphase, ins¬ besondere vor Ablauf der "Bus Set Delay"-Zeit erfolgt.
6. Buskopplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei zur Verbindung der Koppeleinheiten optische Übermittlung über Glasfaser-Verbindungen verwendet werden.
7. Buskopplung nach Anspruch 6, wobei zur Verbindung der Koppeleinheiten das fiberoptische System FDDI verwendet wird.
8. Buskopplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei zur Verbindung der Koppeleinheiten ein Netzwerk mit konkur¬ rierendem Zugriff (Ethernet) verwendet wird.
9. Buskopplung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei mehr als zwei Koppeleinheiten durch ein Netzwerk verbunden sind und die Anforderung als Rundruf ("broadcast") an alle Koppeleinheiten gesendet wird.
10. Buskopplung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei mehr als zwei Koppeleinheiten durch ein Netzwerk verbunden sind und die die Berechtigung abgebende Koppeleinheit zusätzlich zu der an die anfordernde Koppeleinheit gesendeten Berechtigung eine Informationsnachricht an die weiteren Koppeleinheiten sendet.
11. Buskopplung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der jede Koppeleinheit eine Tabelle der an dem an sie ange- schlossenen Bussegment bekannten Geräte hat und die
Arbitrierung nicht abbricht, wenn Ziel- und Quelladresse in eben diesem Bussegment liegen.
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