Buszugriffsverfahren und Systematisierung

Ein Überblick zu Buszugriffsverfahren und zur Systematisierung

 

Die Verfahren, die bei dem Zugriff durch einen Bus verwendet werden, können sich in ihrer Art und Weise unterscheiden. Wie der Vorgang des Zugriffs erfolgt, ist demnach je nach System unterschiedlich und individuell aufgebaut. Grundlegend können zwei verschiedenen Methoden unterschieden werden

 

  • deterministischer Buszugriff
  • zufälliger Buszugriff

 

Das deterministische Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ein kontrollierter Vorgang vorliegt, demnach also der Zugriff in seinen Bestandteilen genauestens strukturiert ist und nach einem festgelegten Schema durchgezogen wird. Durch diese Kontrolle wird ein Zugriff durch mehrere Teilnehmer in ein und demselben Zeitpunkt jedoch ausgeschlossen. Zudem besteht die Möglichkeit, bereits im Voraus einer Vorhersage über das Verhalten des Bussystems zu geben. Demnach kann festgelegt werden, wann ein Bus zeitlich seine Antwort senden wird. Das Antwortverhalten steht demnach auch unter einer gewissen Kontrolle. Deterministische Verfahren können wiederum in die zentral sowie dezentral gesteuerten Vorgänge gegliedert werden. Die zentrale Methode ist dabei in der Steuerungslogik nicht sonderlich komplex aufgebaut, da durch die Abhängigkeit zum zentralen Steuerungsorgan kaum Widerstandskraft gegeben ist. Bei dem zufälligen Buszugriff können hingegen mehrere Teilnehmer gleichzeitig mit eingebunden werden. Die Unterteilung erfolgt hier in ein kollisionsfreies und nicht kollisionsfreies Verfahren. Die Ansätze der kollisionsfreien Technik schafft es mögliche Kollisionen zu erkennen, jedoch kann eine Korrektur in der Regel erst nach dem Begehen des Fehlers vorgenommen werden. Die kollisionsfreien Verfahren vermeiden hingegen die Störung.

 

Das Buszugriffsverfahren Master-Slave

 

Dieses Buszugriffsverfahren wird durch einen Teilnehmer initialisiert, der die Funktionen des Masters übernimmt und anschließend in einer zentralen Stellung das Buszugriffsrecht koordiniert. Die Kommunikation kann nur zwischen dem Master und den jeweiligen Slaves erfolgen. Der Master kann jedoch auch als Vermittler auftreten, wenn es sich um eine Interslave-Kommunikation handelt. In jedem Fall ist es jedoch einzig und alleine die Befähigung des Masters, die Partner, die an der Kommunikation teilnehmen sollen, zu bestimmen. Bei diesem Buszugriffsverfahren ist in der Regel ein Basisprotokoll vorhanden, das den Master mit dem Slave über das „Command/Response“-Schema verbindet. Hierbei bestätigt der Slave-Teilnehmer, an den die Nachricht oder Botschaft adressiert ist, den Empfang durch eine simple Rückmeldung oder durch das Senden einer eigenen Nachricht. Diese steht dann stellvertretend als Antwort und wird an das Kommando übersandt. Ob eine Ausgabe eines oder mehrere Slave-Teilnehmer vorgenommen wird, hängt je nach Bedarf und wiederum von der Entscheidung des Masters ab. Einen besonderen Stellenwert nimmt noch die Erfassung von Alarmeingaben ein. Diese können nicht durch den Slave übertragen werden, sondern werden meist durch die Command-Response-Abfolgen in bestimmten Sequenzen abgerufen. Dieses Prinzip beim Buszugriffsverfahren hat auf der einen Seite den Charakter einer einfachen Handhabung, jedoch steht auf der anderen Seite der Aspekt der Unzuverlässigkeit, da ohne einen Master keine Kommunikation mehr zu realisieren wäre. Aus diesem Grunde wird das Master-Slave-Verfahren durch eine Token-Passing-Komponente ergänzt.

 

Das Token-basierte Verfahren

 

Dieses Prinzip des Buszugriffes sieht keinen konkreten Master vor, sondern orientiert sich eher an einer zyklischen Weiterleitung des Buszugriffsrechts, welches für den Token steht. Grundvoraussetzung ist der Besitz des Tokens, wenn auf einen Bus zugegriffen werden soll. Ist eine festgelegte Zeit verstrichen, wird dieses Recht an den nächsten Teilnehmer im System weitergeleitet. Hierdurch wird der zyklische Charakter des Verfahrens gesichert. Zudem kann der wichtige Faktor des Echtzeitverhaltens hinreichend erfüllt werden. Denn die Fähigkeit zur Erfassung von Daten in Echtzeit ist nur dann gewährleistet, wenn im Voraus ein vorhersehbares Zeitverhalten existiert. Dies wird auch als der „Determinismus des Antwortverhaltens“ bezeichnet.

 

Die Ausführungen des Token-Passing-Verfahrens

 

Das Buszugriffsrechtgestützte Verfahren lässt sich in zwei Ausprägungen einsetzen

 

  • Token-Bus: Bei dieser Struktur hängen die Teilnehmer alle an ein und demselben Bus, sodass eine logische Folge von Teilnehmern gegeben wird, welche die Adresse definiert. Der Aufbau dieser logischen Kette sieht vor, dass ein jeder Teilnehmer des Netzwerks weiß, wer vor und hinter ihm liegt. Die Identifikation erfolgt hierbei durch das Sendeverhalten des Vorgängers, wobei gleichsam auch das Empfangsverhalten des Nachfolgers kontrolliert wird, sodass demnach sichergestellt werden kann, dass auch dieser Teilnehmer korrekt funktioniert

 

  • Token-Ring: Hier wird die Reihenfolge durch die physikalische Aneinanderreihung der Teilnehmer bestimmt. Der Ring ist dabei unterbrochen. Im Normalfall werden Nachrichten stets angenommen, doch wenn ein hochpriorisierten Nachrichtenrahmen vorhanden ist, so kann ein Teilnehmer, der eine Alarmnachricht zu versenden hat, frei entscheiden, ob er zunächst die vom Ring kommende Nachricht entgegennimmt oder diese zwischenspeichert und seine eigenen Botschaft voranstellt.

 

Der Vorteil des Token-Passing-Verfahrens liegt in dem vorhersehbaren Echtzeitverhalten. Denn selbst wenn es zu einem Hochlastfall kommt, kann eine obere Zeitschranke für die Übertragung der Nachrichten angegeben werden. Allerdings kann es dahingegen auch zu Störungen durch lange Zeitverzögerungen kommen. Dies ist besonders dann der Fall, wenn ein Token fälschlicherweise gedoppelt wurde oder verloren gegangen ist. Werden die Protokolle dann noch über lange Ausfallzeiten gesteuert, kann es zu Totzeiten auf dem Bus kommen.