Steindl, Günter (Barbarastrasse 13A Poppenricht, D-92284, DE)
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Postfach 22 16 34 München, D-80506, DE)
| 1. | Kommunikationsverfahren zur Kommunikation zwischen zur Steuerung und/oder Überwachung eines technischen Prozesses vorgesehenen Kommunikationsteilnehmern (S1, S2, S3, S4), die über ein Bussystem (B) kommunikativ miteinander verbunden sind und die anhand ihrer Adresse identifizierbar sind, wobei jeder Kommunikationsteilnehmer eine erste Gruppe von Referen zen als sogenannte Service Access Points verwaltet, da durch ge kennzeichne t, daß für zumindest einen der Service Access Points eine zweite Gruppe von Referenzen ver waltet wird, wobei der Zugriff auf eine individuelle Referenz aus dieser zweiten Gruppe von Referenzen anhand der Adresse des zugreifenden Kommunikationsteilnehmers erfolgt. |
| 2. | Kommunikationsverfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e kennzeichnet, daß zur Verwaltung der zweiten Gruppe von Referenzen eine über die Gruppe der Referenzen eindeutige na türliche Zahl jeweils eindeutig mit einer Referenz korrespon diert. |
| 3. | Kommunikationsverfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e kennzeichnet, daß jede Adresse eines an das Bussystem angeschlossenen Kommunikationsteilnehmers entweder eindeutig unmittelbar einer der eindeutig mit einer Referenz korrespon dierenden natürlichen Zahlen entspricht oder eindeutig in ei ne der eindeutig mit einer Referenz korrespondierenden natür lichen Zahlen überführt werden kann. |
Mit der EN 50 170 Part I wird ein Modell für die Verwaltung von Empfangsressourcen definiert. Diese Definition erweitert quasi die Quell- und Zieladressen der beteiligten Kommunika- tionsteilnehmer und stellt letztlich eine Referenz, anhand derer ein- bzw. ausgehende Daten auch unterschiedlicher Kom- munikationsbeziehungen eindeutig handhabbar sind, dar. Diese erweiterten Quell- und Zieladressen werden im folgenden als Service Access Points, kurz SAP, bezeichnet. Exemplarisch er- weitert sich damit eine Verbindungsbeziehung, die zuvor durch die Angabe des Senders und Empfängers, z.B. [Sender: Stati- on 1, Empfanger : Station 3] definiert werden konnte, um die Angabe jeweils eines Service Access Points für den beteilig- ten Kommunikationsteilnehmer, also z. B. zu [Sender : Stati- on 1. SAP3, Empfänger : Station 3. SAP5]. Auf diese Weise blei- ben für jeweils einen Kommunikationsteilnehmer auch Kommuni- kationsbeziehungen zu mehreren anderen Kommunikationsteilneh- mern jeweils eindeutig handhabbar, sofern jeder dieser Kommu- nikationsbeziehungen jeweils ein eindeutiger Service Access Point zur Verfügung gestellt werden kann.
Bei der Mehrzahl der Kommunikationsbeziehungen werden die SAPs für die jeweilige Kommunikationsbeziehung implizit durch die Projektierung festgelegt. Darüber hinaus gibt es auch Kommunikationsbeziehungen, bei denen der Sender zunächst ein
Telegramm an den potentiellen Empfänger schickt und von dem potentiellen Empfänger als Rückmeldung einen freien Service Access Point zurückgeliefert bekommte über den daraufhin die Daten an den potentiellen Empfänger abgesetzt werden können.
Danach wird das eigentliche Telegramm an diesen Empfänger über den auf diese Weise ausgehandelten Service Access Point abgesetzt.
Da jedoch die Anzahl der zur Verfügung stehenden Service Access Points pro Kommunikationsteilnehmer begrenzt ist, er- gibt sich daraus, daß die Anzahl möglicher Verbindungen, die in dieser Weise handhabbar sind, auf die Anzahl der Service Access Points beschränkt ist.
Üblicherweise wird für jeden Service Access Point festgelegt, welcher Kommunikationsteilnehmer das Recht hat, diesen Ser- vice Access Point zu benutzen. Für einen Service Access Point kann jedoch auch festgelegt werden, daß sämtliche beteiligten Kommunikationsteilnehmer diesen Service Access Point nutzen können. Auch wenn dies auf den ersten Blick die Anzahl der möglichen Verbindungen erhöht, kann die Nutzung ein und des- selben Service Access Points durch mehrere Kommunikations- teilnehmer im Betrieb zu nicht tolerierbaren Problemen füh- ren.
Wenn z. B. über einen Service Access Point, der für alle Kom- munikationsteilnehmer freigegeben ist, ein erster Kommunika- tionsteilnehmer Daten sendet und dieser Kommunikationsteil- nehmer als Reaktion auf seine gesendeten Daten unmittelbar eine Antwort, ein Response, erwartet, wird dieses Response unmittelbar im Anschluß an die empfangenen Daten nur dann versandt, wenn die Antwortdaten auch unmittelbar zur Verfü- gung stehen. Stehen die Antwortdaten dagegen nicht unmittel- bar zur Verfügung, muß der Kommunikationsteilnehmer zu einem späteren Zeitpunkt noch einmal anfragen, ob die Daten jetzt bereit stehen. Greift in der Zwischenzeit ein anderer Kommu- nikationsteilnehmer auf den gleichen Service Access Point zu,
was ihm ja nicht verwehrt ist, da der Service Access Point für alle Kommunikationsteilnehmer freigegeben ist, so gelan- gen die Daten, die eigentlich für den ersten Kommunikations- teilnehmer vorgesehen sind, plötzlich zu dem Kommunikations- teilnehmer, der in der Zwischenzeit, also zwischen dem ur- sprünglichen Senden und dem noch zu erfolgenden Abholen der Antwortdaten, auf den Service Access Point zugreift.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht also darin, bei einem bekannten Kommunikationsverfahren die zur Verfügung stehenden Verbindungsressourcen zu erweitern, ohne daß dabei die Qualität und die Sicherheit bzw. die Effektivität der Kommunikation beeinträchtigt wird.
Diese Aufgabe wird mit einem Kommunikationsverfahren zur Kom- munikation zwischen zur Steuerung und/oder Überwachung eines technischen Prozesses vorgesehenen Kommunikationsteilnehmern, die über ein Bussystem kommunikativ miteinander verbunden sind und die anhand ihrer Adresse identifizierbar sind, wobei jeder Kommunikationsteilnehmer eine erste Gruppe von Referen- zen als sogenannte Service Access Points verwaltet, dadurch gelöst, daß für zumindest einen der Service Access Points ei- ne zweite Gruppe von Referenzen verwaltet wird, wobei der Zu- griff auf eine individuelle Referenz aus dieser zweiten Grup- pe von Referenzen anhand der Adresse des zugreifenden Kommu- nikationsteilnehmers erfolgt.
Die erste Gruppe von Referenzen, die Service Access Points, kann z. B. eine Gruppe von sogenannten Pointern, die auf einen zur Verfügung stehenden Speicherbereich zeigen, oder aber ein Feld, wobei jedes Feldelement einen bestimmten Speicherbe- reich zur Verfügung stellt, sein. Bei dem aus der Norm be- kannten Kommunikationsverfahren dient der entweder über den Zeiger oder das Feldelement referenzierte Speicherbereich entweder direkt zur Zwischenspeicherung der Kommunikationsda- ten oder er enthält eine geeignete Datenstruktur, welche die
Speicherbereiche zur Zwischenspeicherung der Kommunikations- daten angibt.
Im folgenden wird die Beschreibung fortgesetzt für die erst- genannte Alternative, wonach die Gruppe von Referenzen als Gruppe von Zeigern auf Speicherbereiche realisiert ist. Ste- hen insgesamt fünf Service Access Points zur Verfügung, so umfaßt die Gruppe von Referenzen folglich fünf Zeiger auf je- weils getrennte Speicherbereiche. Diese Speicherbereiche die- nen entweder direkt oder indirekt, indem sie den tatsächli- chen Speicherbereich mittels weiterer Zeiger referenzieren, zur Zwischenspeicherung ein- oder ausgehender Kommunikations- daten.
Gemäß der Erfindung ist jetzt vorgesehen, daß für zumindest einen der Service Access Points eine zweite Gruppe von Refe- renzen verwaltet wird. Der dem Service Access Point entspre- chende Zeiger zeigt also jetzt nicht direkt auf den weiter oben bereits beschriebenen Speicherbereich, sondern zeigt auf einen Speicherbereich, der seinerseits z. B. wieder eine Grup- pe von Zeigern enthält. Erst die Zeiger aus dieser Gruppe zeigen tatsächlich auf die oben beschriebenen Speicherberei- che. Wenn jetzt ein Transfer von Daten an einen ersten Kommu- nikationsteilnehmer, beispielsweise mit der Adresse 1, über den gemäß der Projektierung festliegenden Service Access Point mit der Nummer 5 erfolgt und der Kommunikationsteilneh- mer mit der Adresse 3 die Daten sendet, so wird gemäß der Er- findung zur Zwischenspeicherung der empfangenen Daten der fünfte Zeiger (Service Access Point 5) aus der ersten Gruppe von Referenzen ausgewählt und aus dem von diesem Zeiger adressierten Speicherbereich, der die zweite Gruppe von Refe- renzen enthält, der dritte Zeiger ausgewählt, denn der dritte Zeiger dieser zweiten Gruppe von Referenzen korrespondiert mit der Adresse 3 des datentransferierenden Kommunikations- teilnehmers.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfol- genden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, anhand der Figuren und der Figuren selbst. Dabei bilden alle beschriebe- nen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfin- dung unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
FIG 1 zeigt ein Bussystem B mit daran angeschlossenen Kommu- nikationsteilnehmern S1, S2, S3 und S4. Die Kommunikations- teilnehmer S1, S2, S3, S4 greifen zur Kommunikation unterein- ander auf das Bussystem B zu. Dabei bedienen sie sich eines für die Kommunikation tuber das Bussystem B definierten Proto- kolls. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich bei diesem für das Bussystem definierten Protokoll um das sogenannte Profi- busprotokoll, insbesondere Profibus-DP, auf dieses Protokoll bezieht sich auch die eingangs bereits genannten EN 50 170 Part I. Selbstverständlich ist die Erfindung grundsätzlich auch auf andere Kommunikationsprotokolle übertragbar.
FIG 2 zeigt die Kommunikationsteilnehmer S1, S2, S3, S4 gemäß FIG 1 in einer anderen Darstellung. Jeder Kommunikationsteil- nehmer greift zur Kommunikation auf den Bus B zu. Dazu sind für jeden Kommunikationsteilnehmer Zugriffsmittel auf den Bus B vorgesehen, die üblicherweise in speziellen ASICs reali- siert sind. Die per Soft- oder Firmware realisierte Funktio- nalität der Busanschaltung umfaßt dabei insbesondere die Funktionalität der Service Access Points SAP1, SAP2, SAP3, SAP4.
Bereits weiter oben wurde beschrieben, daß die Service Access Points SAP1, SAP2, SAP3, SAP4 quasi eine Quell- bzw. Ziel- adreßerweiterung der jeweils beteiligten Kommunikationsteil- nehmer S1, S2, S3, S4 ermöglichen und damit eindeutige Kommu- nikationsbeziehungen eines Kommunikationsteilnehmers mit meh- reren anderen Kommunikationsteilnehmern ermöglichen.
Gemäß FIG 2 besteht z. B. eine Kommunikationsbeziehung vom Kommunikationsteilnehmer S1 zum Kommunikationsteilnehmer S4, aber auch zum Kommunikationsteilnehmer S2. Dies bedeutet für die beteiligte Station S1 mindestens zwei Kommunikationsbe- ziehungen, die über die Auswahl eindeutiger Service Access Points unterscheidbar bleiben. Im Beispiel gemäß FIG 2 er- folgt die Verbindung zum Kommunikationsteilnehmer S4 über den ersten Service Access Point der Station S1 und die Kommunika- tion mit der Station S2 über den zweitletzten Service Access Point der Station Sl. Ganz analoge Verhältnisse ergeben sich für die weiteren an den Kommunikationsbeziehungen beteiligten Kommunikationsteilnehmer S2 bzw. S4.
Weiter oben wurde auch bereits beschrieben, daß im Falle nicht ausreichender Service Access Points für alle zu projek- tierenden Kommunikationsbeziehungen bestimmte Service Access Points von mehreren bzw. insbesondere von allen Kommunikati- onsteilnehmern genutzt werden. Die damit einhergehenden Pro- bleme bestehen insbesondere darin, daß, wenn eine Station, z. B. die Station S1, von einer anderen Station, z. B. der Sta- tion S4, Daten anfordert und diese Daten nicht unmittelbar bereitstehen, diese Daten zu einem späteren Zeitpunkt von der Station S1 erneut angefragt werden müssen. Greift in der Zwi- schenzeit, zwischen dem ersten und dem erneuten Anfragen der Station S1, eine andere Station, z. B. die Station S2, auf den für alle Kommunikationsteilnehmer nutzbaren Service Access Point der Station S4 zu, gelangen die eigentlich für die Sta- tion S1 bestimmten Daten irrtümlich zur Station S2.
Um genau dies zu vermeiden, wird jedem Service Access Point eine Quelladreßfiltertabelle QAC zugeordnet, wie in FIG 3 dargestellt. Dadurch wird quasi jeder einzelne Service Access Point, der ja aufgrund seiner Eigenschaft als Referenz für sich schon eine Art"Benutzerfach"darstellt, nochmals in se- parate"Benutzerfächer"unterteilt. Jedes dieser Benutzerfä- cher ist dabei dem beteiligten Kommunikationsteilnehmer ein-
deutig über die Adresse des Kommunikationsteilnehmers und die damit korrespondierende Benutzerfachnummer zugeordnet.
Wenn also gemäß FIG 3, welche die erweiterte Funktionalität des Service Access Points z. B. der Station 4 aus FIG 2 zeigt, sowohl die Station S1 also auch die Station S2 den Service Access Point 4 der Station S4 nutzt, gelangen dennoch sämtli- che Daten der Station S1 in das Benutzerfach mit der Nummer 1 und sämtliche Daten der Station S2 in das Benutzerfach mit der Nummer 2, auch wenn, wie vorstehend bereits dargelegt, der gleiche Service Access Point, nämlich der Service Access Point mit der Nummer 4, verwendet wird.
Ein erster Kommunikationsteilnehmer greift also bei einer Kommunikation mit einem weiteren Kommunikationsteilnehmer über einen vorher festgelegten oder ausgehandelten Service Access Point immer auf das Benutzerfach, dessen Nummer entwe- der direkt mit der Stationsnummer des ersten Kommunikations- teilnehmers korrespondiert, oder auf andere Weise, z. B. mit einer eindeutigen LookUpTable, zuordenbar ist. Da keine Adressenkollisionen am Bus toleriert werden, mithin also die Adressen der Kommunikationsteilnehmer stets eindeutig sind, ist sichergestellt, daß der Zugriff auf die Benutzerfächer jederzeit konfliktfrei erfolgt.
Die gegebenenfalls vorgesehene LookUpTable könnte z.B. einer- seits die Adressen der jeweiligen Kommunikationsteilnehmer beinhalten und diesen zugeordnet jeweils eine natürliche Zahl aus einer auf- oder absteigenden Zahlenfolge, vorzugsweise mit 0 (Null) beginnend. Andererseits sind häufig die Adressen der Kommunikationsteilnehmer derart codiert, daB durch einfa- ches Maskieren führender Bits aus jeder Stationsadresse eine natürliche Zahl gewonnen werden, die direkt als Benutzerfach- nummer im Sinne der vorliegenden Erfindung interpretierbar ist.
Die Verhältnisse im Speicher für jeweils als Zeiger ausgebil- dete Referenzen werden anhand der Figuren 4 und 5 verdeut- licht. Eingangs sei jedoch nochmals darauf hingewiesen, daß die Referenzen nicht hotwendigerweise als Zeiger ausgebildet sein müssen. So ist es z. B. auch möglich, entsprechende Da- tenstrukturen zu definieren, wobei auf die einzelnen Kompo- nenten einer solchen Datenstruktur direkt anhand der jeweili- gen Bezeichner zugriffen werden kann.
FIG 4 zeigt eine mögliche Speicherbenutzung für die bereits bekannten Service Access Points. Die erste Gruppe von Refe- renzen, in FIG 4 mit dem Bezugszeichen SAP bezeichnet, umfaßt eine Gruppe von in einem eindimensionalen Feld organisierten Zeigern. Mit der Feldnummer, z. B. 2, kann auf den jeweiligen Service Access Point zugegriffen werden. Die Feldnummer kor- respondiert somit unmittelbar mit einem Service Access Point.
In dem unter der jeweiligen Nummer referenzierbaren Feld fin- det sich zumindest ein Zeiger auf einem Speicherbereich, der zur Zwischenspeicherung der Kommunikationsdaten vorgesehen ist. So zeigt der dem Service Access Point 1 zugeordnete Zei- ger auch den Speicherbereich M1, der dem Service Access Point 2 zugeordnete Zeiger auch den Speicherbereich M2, usw.
Dagegen zeigt FIG 5 eine mögliche Nutzung des Speichers im Rahmen des im Patentanspruch 1 wiedergegebenen Kommunikati- onsverfahren. Wieder werden die Service Access Points in ei- nem eindimensionalen, über die jeweilige Feldnummer referen- zierbaren Feld organisiert. Jedes dieser Felder weist zumin- dest einen Zeiger auf, der im Gegensatz zu den in FIG 4 dar- gestellten Verhältnissen jetzt nicht unmittelbar auf einen Speicherbereich, sondern auf eine Tabelle QAC zur Quelladreß- codierung zeigt. Sendet ein Kommunikationsteilnehmer mit ei- ner Adresse, die direkt oder indirekt mit der natürlichen Zahl 2 korrespondiert, an einen Kommunikationsteilnehmer, der ein Kommunikationsverfahren, wie es in Patentanspruch 1 wie- dergegeben ist, ausführen kann, so gelangen die gesendeten
Daten nach dem nachfolgend zu erläuternden Schema in die je- weiligen Speicherbereiche : Gemäß der Projektierung ist für die Kommunikation ein Service Access Point. vorgesehen. Es soll angenommen werden, daß der Service Access Point 1 verwendet wird. Diesem Service Access Point ist ein Zeiger zugeordnet, der auf die Tabelle zur Quelladreßcodierung QAC1 zeigt. Die Adresse des datentransfe- rierenden Teilnehmers ist 2 oder korrespondiert mit der Zahl 2. Daher wird aus der Tabelle zur Quelladreßcodierung QAC1 das Element 2 ausgewählt. Der Zeiger dieses Elementes zeigt auf den Speicherbereich M12. Dieser Speicherbereich steht in- dividuell nur für diesen Kommunikationsvorgang zur Verfügung.
Daten von einem anderen Kommunikationsteilnehmer, beispiels- weise mit der Adresse 1, landen in dem vom Speicherbereich M12 vollständig getrennten Speicherbereich M11.
Es sei angemerkt, daß die jeweiligen Speicherbereiche Mll, M12,..., M21, M22,...,... nicht notwendigerweise als line- ar adressierbarer Speicher verwendet werden. In FIG 6 ist ei- ne mögliche Form der Nutzung der Speicherbereiche darge- stellt. Demnach umfaßt der Speicherbereich zumindest einen Zeiger auf eine Empfangswarteschlange mit einem ersten Ele- ment EH, dem Kopfelement EH, der Empfangswarteschlange und Elementen der Empfangswarteschlange EQ, EQ'. Ganz analog wird auch eine Sendewarteschlange mit dem Kopf der Sendewarte- schlange RH und Elementen der Sendewarteschlange RQ und RQ' verwaltet.
Die mit der Quelladressencodierung bewirkte eindeutige Zuor- denbarkeit von über den Bus übertragenen Daten auch bei Be- nutzung ein und desselben Access Points macht sich insbeson- dere vorteilhaft im Rahmen des Querverkehrs bemerkbar. Zu diesem Zweck wird beim Querverkehr ein Service Access Point verwendet, der nur für den Querverkehr vorgesehen ist (Grundsätzlich ist jedoch selbstverständlich der Querverkehr für oder mit jedem Service Access Point möglich).
Im folgenden wird dieser Service Access Point als Querver- kehr-Service Acess Point bezeichnet. Die Kennung und Codie- rung dieses Querverkehr-Service Access Points ist im Tele- gramm insbesondere fest vorgegeben, so daß stets dieser Ser- vice Access Point verwendet wird, wenn die Möglichkeiten des Querverkehrs genutzt werden sollen. Da auch diesem Querver- kehr-Service Access Point eine Quelladreßcodierungstabelle zugeordnet ist, gelangt jedes Telegramm von einem Publisher im Rahmen des Querverkehrs an eine eindeutige Adresse im Speicher, die durch den Querverkehr-Service Access Point in Verbindung mit der Quelladresse des Publishers festgelegt ist.