ale сигнал что такое

УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ И СИНХРОНИЗАЦИИ

Устройство управления(управляющий автомат) функционирует под действием внешних сигналов и внутренних, формируемых в процессе выполнения команд. Устройство управления работает по жесткому временному циклу, определяемому частотой внутреннего или внешнего генератора.

К внешним сигналам относятся:

XTAL1, XTAL2 – входы внешнего частотно-задающего элемента;

PSEN – чтение внешней памяти программ;

ALE – сигнал разрешения фиксации адреса внешней памяти;

EA – блокировка внутренней памяти программ;

RST – сигнал общего сброса;

и сигналы, формируемые на выводах портов.

Часть сигналов на схеме (рисунок 1) не показана:PROG – сигнал программирования, VPP – напряжение программирования, VPD – вывод резервного питания памяти от внешнего источника.

Частота внутреннего генератора может быть задана подключением к его выводам XTAL1 и XTAL2 кварцевого резонатора ( Рисунок 3 а), LC-цепочки ( Рисунок 3 б).

В случае LC-цепочки частота синхросигнала определяется выражением:

При использовании внешнего тактового генератора его выход подключается к входу XTAL2, а вывод XTAL1 подключается к общей шине (рисунок 6в).

Устройство управления на основе сигналов синхронизации формирует машинный цикл фиксированной длительности, равный 12 периодам тактового генератора или 6 состояниям управляющего автомата S1-S6. Каждое состояние содержит две фазы Р1, Р2. В фазе Р1, как правило, выполняется операция АЛУ, а в фазе Р2 осуществляется межрегистровая передача.

При частоте генератора 12 МГц машинный цикл составляет 1 мкс. Дважды за один машинный цикл формируется сигнал ALE.

Машинный цикл служит в основном для внутреннего микропрограммного управления. Цикл выполнения каждой команды состоит из одного, двух или четырех машинных циклов.

Начальная установка (аппаратный сброс) производится с целью запуска или перезапуска микроконтроллера после подачи на него напряжения питания. Сброс осуществляется подачей на вход RESET высокого уровня и удержания его в течение не менее двух машинных циклов. Этот сигнал может подаваться асинхронно по отношению к внутренней частоте ОМК. Вход RESET постоянно опрашивается микроконтроллером в момент S5P2 каждого машинного цикла. После сигнала сброса порты ввода-вывода находятся в неизменном состоянии в течение 19-ти периодов тактирования, после чего в промежутке между 19-м и 31-м тактом переводятся в начальное «единичное» состояние. При этом сигналы ALE и PSEN находятся в неактивном (высоком) состоянии.

По сигналу сброса основные системные регистры микроконтроллера сбрасываются в нулевое состояние, в указатель стека устанавливается число 7, в регистры-защелки портов Р0-Р3 записывается код 0FFh, настраивая Р0-Р2 на вывод данных, а Р3 ‑ на выполнение системных функций. На содержимое внутренней памяти данных сигнал RESET не влияет. При включении питания ячейки резидентной памяти данных устанавливаются в произвольное состояние.

Длительность сигнала RESET должна быть не меньше времени, необходимого для запуска внутреннего генератора плюс 2 машинных цикла. Время установки генератора зависит от частоты синхронизации и характеристик кварцевого резонатора. При частоте 12 МГц оно обычно составляет около 1 мкс.

Для автоматического рестарта микросхемы после подачи напряжения питания, к выводу RESET необходимо подключить RC-цепочку (рисунок 5), обеспечивающую требуемую задержку, позволяющую генерировать одиночный импульс сброса.

После снятия сигнала RESET проходит от 1 до 2 тактовых периодов до их активизации. При этом микроконтроллер начинает выполнять программу с адреса 0000h внутренней либо внешней памяти программ (в зависимости от уровня сигнала EA). Повторное формирование сигнала RESET выполняется кнопкой КН.

Источник

24.6. Совместная работа со SRAM

Когда EBI используется совместно со SRAM, поддерживается несколько режимов мультиплексирования адреса, которые требуют установки внешнего регистра для фиксации адреса. Для управления таким регистром модуль EBI генерирует специальный сигнал ALE (от Address Latch Enable, разрешение фиксации адреса). Мультиплексирование выгодно использовать, когда для работы EBI доступно ограниченное число выводов МК. При необходимости, мультиплексирование адреса может быть отключено. Доступные варианты настроек описаны в подразделах 24.6.1…24.6.4. Описание сигналов интерфейса SRAM представлено в таблице 24.1.

Таблица 24.1. Сигналы интерфейса SRAM

24.6.1. Работа без мультиплексирования

Когда мультиплексирование не используется, модуль EBI напрямую подключается к SRAM. Внешние регистры для фиксации адреса не используются.

Рисунок 24.2. Подключение к SRAM без мультиплексирования

24.6.2. Мультиплексирование байтов адреса 0 и 1

Когда используется мультиплексирование байтов адреса 0 (A[7:0]) и 1 (A[15:8]), оба этих байта выводятся через общий порт, а для их разделения внешним регистром генерируется сигнал ALE1.

Рисунок 24.3. Мультиплексированное подключение SRAM с использованием сигнала ALE1

24.6.3. Мультиплексирование байтов адреса 0 и 2

Когда используется мультиплексирование байтов адреса 0 (A[7:0]) и 2 (A[23:16]), оба этих байта выводятся через общий порт, а для их разделения внешним регистром генерируется сигнал ALE2.

Рисунок 24.4. Мультиплексированное подключение SRAM с использованием сигнала ALE2

24.6.4. Мультиплексирование байтов адреса 0, 1 и 2

Когда используется мультиплексирование байтов адреса 0 (A[7:0]), 1 (A[15:8]) и 2 (A[23:16]), все они выводятся через общий порт, а для их разделения во внешних регистрах генерируются сигналы ALE1 и ALE2.

Рисунок 24.5. Мультиплексированное подключение SRAM с использованием сигналов ALE1 и ALE2

24.6.5. Требования к регистрам фиксации адреса

Внешний регистр фиксации адреса должен отвечать требованиям к временной диаграмме интерфейса EBI, описанной в разделе 24.10 «Временная диаграмма интерфейса EBI».

24.6.6. Временная диаграмма

Микросхемы SRAM или другие внешние запоминающие устройства могут отличаться по временным характеристикам. В целях обеспечения возможности подстройки под эти требования предусмотрена генерация состояний ожидания на выходе выбора микросхемы с конфигурируемыми параметрами. Детальное описание временной диаграммы см. в разделе 24.10 «Временная диаграмма интерфейса EBI».

24.7. Совместная работа со SRAM LPC-типа

Когда EBI работает совместно со SRAM с сокращенным числом выводов (тип LPC), поддерживается несколько режимов мультиплексирования, в которых мультиплексирование применяется к линии адреса и данных. По сравнению с конфигурацией «Совместная работа со SRAM» данная конфигурация позволяет еще больше снизить количество выводов, задействованных для работы интерфейса EBI. Возможные варианты настроек описаны в подразделах 24.7.1 и 24.7.2. Требования к временной диаграмме и регистрам фиксации адреса идентичны предыдущей конфигурации.

24.7.1. Мультиплексирование данных с байтом адреса 0

Когда используется мультиплексирование байта данных и байта адреса 0 (AD[7:0]), они выводятся через общий порт, а для управления фиксацией адреса генерируется сигнал ALE1.

Рисунок 24.6. Мультиплексированное подключение к SRAM LPC с использованием сигнала ALE1

24.7.2. Мультиплексирование данных с байтами адреса 0 и 1

Когда используется мультиплексирование байта данных и байтов адреса 0 (AD[7:0]) и 1 (A[15:8]), они выводятся через общий порт, а для управления фиксацией адреса генерируются сигналы ALE1 и ALE2.

Рисунок 24.7. Мультиплексированное подключение SRAM LPC с использованием сигналов ALE1 и ALE2

24.8. Совместная работа с SDRAM

Выход выбора микросхемы CS3 может быть настроен на совместную работу с SDRAM. В таком случае, модуль EBI должен быть настроен как 3-портовый или 4-портовый интерфейс. SDRAM может работать с 4-битной или 8-битной шиной данных. Если используется 8-битная шина данных, то EBI должен быть настроен как 4-портовый интерфейс. Описание сигналов, участвующих в подключении EBI к SDRAM представлено в таблице 24.2.

Таблице 24.2. Сигналы интерфейса SDRAM

24.8.1. Поддерживаемые команды

Поддерживаемые модулем EBI команды SDRAM представлены в таблице 24.3.

Таблица 24.3. Поддерживаемые команды SDRAM

24.8.2. 3-портовая конфигурация интерфейса EBI

Когда для работы интерфейса EBI доступно только 3 порта, ИС SDRAM можно подключить с использованием 3-портовой конфигурации интерфейса EBI. В такой конфигурации шина данных может быть только 4-битной, а все линии выбора микросхемы должны управляться программно через линии ввода-вывода общего назначения (Pxn).

Рисунок 24.8. 3-портовая конфигурация интерфейса SDRAM

24.8.3. 4-портовая конфигурация интерфейса EBI

Когда для работы интерфейса EBI доступно 4 порта, ИС SDRAM можно подключить с использованием 3-портовой или 4-портовой конфигурации интерфейса EBI. При использования 4-портовой конфигурации, шина данных является 8-битной и могут использоваться все четыре выхода выбора микросхемы.

Рисунок 24.9. 4-портовая конфигурация SDRAM

24.8.4. Временная диаграмма

Сигнал разрешения синхронизации (CKE) необходимо использовать при подключении к SDRAM, когда частота синхронизации EBI в 2 раза выше частоты синхронизации ЦПУ.

Настройка выхода выбора микросхемы CS3 на работу с SDRAM разрешает инициализацию SDRAM. По завершении инициализации автоматически вводится команда «Load Mode Register». Для загрузки корректной информации в SDRAM необходимо придерживаться следующей последовательности:

Инициализация SDRAM не прерывается другими доступами к интерфейсу EBI.

Если настроить период регенерации, то EBI будет автоматически выполнять регенерацию SDRAM.

Регенерация выполняется сразу при появлении такой возможности после достижения счетчиком заданного регистром периода значения.

Модуль EBI способен накопить до 4 команд регенерации. Такая ситуация может возникнуть, когда при необходимости выполнения регенерации интерфейс EBI оказывается занятым выбором микросхемы или чтением/записью.

Источник

3-е поколение протоколов передачи данных в КВ-диапазоне

3-Е ПОКОЛЕНИЕ ПРОТОКОЛОВ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В КВ-ДИАПАЗОНЕ

Стандарт MIL-STDB

приложение C

Оглавление

2. Форматы сигнальных последовательностей. 4

3. Менеджер Связи (Connection Manager). 6

3.1 Сканирование частот. 6

3.3 Структура периода синхронного вызова. 7

3.4 Протокол синхронного вызова. 7

3.5 Виды блоков данных системы ALE третьего поколения. 8

3.5.1 Блок Запроса связи (Probe PDU) 8

3.5.2 Блок Подтверждения (Handshake PDU) 11

3.5.3 Блок оповещения (Notification PDU) 12

3.5.4 Широковещательный блок (Broadcast PDU) 12

3.5.5 Блок асинхронного вызова (Scanning Call PDU) 12

3.6 Установление соединения один-к-одному. 12

3.7 Многоадресные (multicast) вызовы.. 12

3.8 Асинхронный режим работы протокола 3G-ALE.. 13

4. Менеджер Передачи Данных (Traffic Manager) 13

5. Протоколы передачи данных (DLP) 17

5.1 Протокол высокоскоростной передачи данных (HDL) 17

5.1.1 Форматы блоков PDU протокола HDL.. 18

5.1.2 Процесс ARQ в высокоскоростном режиме. 18

5.2 Протокол низкоскоростной передачи данных (LDL) 19

5.2.1 Форматы блоков PDU протокола LDL.. 20

5.2.2 Процесс ARQ в низкоскоростном режиме. 21

5.3 Пропускная способность канала передачи данных. 21

6. Потокол виртуального канала. 23

6.1 Алгоритм работы контроллера CLC.. 24

Предисловие

В конце 1998 года Министерство обороны США ратифицировало стандарт радиосвязи в коротковолновом диапазоне MIL-STDB, который является модернизацией стандарта MIL-STDA, более известного как стандарт ALE. Приложение C стандарта MIL-STDB определяет унифицированный синхронный протокол 3-го поколения для обмена данными в КВ-диапазоне, предусматривающий использование одноканальной блочной сигнальной последовательности для организации и функционирования КВ-соединения, а также применение механизмов увеличения скорости обмена данными. Унифицированный протокол третьего поколения, далее именуемый как 3G-HF, предназначен для использования в сетях с высокой плотностью трафика (как голосового, так и трафика цифровых данных). Стандартизация данного протокола Министерством обороны США говорит о намерении его широкого применения для организации сетей КВ-радиосвязи военного назначения.

Большая часть данной работы посвящена канальному уровню (Data Link Layer – DLL) архитектуры 3G-HF и описаниям соответствующих ему протоколов:

· протокола Менеджера Связи – Connection Manager (CM);

· протокола Менеджера Передачи Данных – Traffic Manager (TM);

· протокола высокоскоростной передачи пакетных данных – High-Rate Data Link Protocol (HDL);

· протокола низкоскоростной передачи пакетных данных – Low-Rate Data Link Protocol (LDL);

· протокола виртуального канала – Circuit Link Protocol (CLC).

Также в работе приведено краткое описание форматов применяемых в рамках ее физического уровня (Physical Layer) сигнальных последовательностей (constituent waveforms).

Необходимо учесть, что в работе приведены основные принципы построения архитектуры 3G-HF, которые были обоснованы на момент написания статьи [1], явившейся основным информационным источником (фактически данная работа является переводом этой статьи). Поэтому что-то из изложенного могло измениться ко времени принятия архитектуры 3G-HF в качестве стандарта MIL-STDB прил. С.

1.Введение.

Необходимость в семействе протоколов КВ-передачи следующего поколения вытекает из растущей потребности в системах передачи голоса и данных в КВ-диапазоне с высокой надежностью и пропускной способностью каналов. Данный диапазон продолжает играть ключевую роль в загоризонтных радиокоммуникациях военного назначения.

Однако, данная роль видоизменяется по мере все более широкого применения, в том числе и в военной сфере, глобальной сети Интернет. Использование стандартных интернет-приложений (например, электронной почты) с применением беспроводных каналов связи обуславливает повышенные технические требования к ним, в то время как существующие протоколы КВ-связи не могут адекватно отвечать этим требованиям, т. к. не обеспечивают эффективный механизм доступа к каналам. При большой загруженности сети это в свою очередь приводит к конфликтам и их перегрузке.

Система ALE и стандарты каналов передачи данных, применяемые в настоящее время, используют самые различные виды передачи (от ЧМ-8 до ФМ), результатом чего является несоответствие в производительности между подсистемой связи и подсистемой доставки сообщений. В основе существующих протоколов ARQ лежат сложные методы определения характеристик канала.

Системы КВ-связи 3-го поколения (3G-HF) призваны удовлетворить предъявляемым требованиям при помощи простых, но эффективных решений, реализующих:

приоритетный доступ к каналу и избежание конфликтов; единый масштабируемый вид радиосигнала, используемый как для вхождения в радиосвязь, так и непосредственно для обмена данными; усовершенствованный протокол ARQ, значительно снижающий требования к пропускной способности канала в любых условиях связи и упрощающий алгоритм адаптации к ним скорости передачи.

Основной принцип построения систем КВ-связи 3-го поколения – простота протоколов.

На рисунке 1 представлена принципиальная архитектура концепции 3G-HF.

Рис.1. Архитектура концепции 3G-HF.

Концепция 3G-HF не рассматривает специфику реализации протоколов данной архитектуры в целом и каждого элементарного сервиса в частности. Они предусмотрены в схеме для ее целостности и в целях описания процессов обмена через эфир данными в виде так называемых блоков данных (Protocol Data Units – PDU). В данной концепции КВ-подсеть может включать в себя сетевой (Network Layer – NL), канальный (Data Link Layer – DLL), и физический (Physical Layer – PL) уровни модели взаимодействия открытых систем. Это обстоятельство не исключает наличия в описываемой системе транспортного, сеансового уровней, уровня представлений и даже прикладного уровня, но спецификации непосредственно 3G-HF распространяются только на канальный и физический уровни. Общий обзор физического уровня и подробное описание канального как раз и приводятся в последующих разделах.

2. Форматы сигнальных последовательностей.

Все сигналы управления и передачи данных в системе 3G-HF соответствуют семейству масштабируемых форматов блочных сигнальных последовательностей. В таблице 1 приводится подробное их описание. Определенные сигнальные последовательности предусмотрены для каждого процесса связи так, чтобы соответствовать требованиям по нагрузке, продолжительности, временной синхронизации и качеству приема в условиях зашумленности, замирания сигнала и многолучевости.

Таб.1. Форматы сигнальных последовательностей архитектуры 3G-HF.

Во всех форматах сигналов используется одноканальная последовательная 8-позиционная фазовая манипуляция со скоростью 2400 симв/с, применяемая также в стандарте MIL-STDA. Для модуляции/демодуляции более низкого уровня применяется аппаратура, подобная модемам данного стандарта. Но в отличие от него, концепция 3G-HF призвана обеспечить компромисс между увеличением «степени» временного разделения передач адресатов с одной стороны и времени нахождения их в эфире и задержек ответа – с другой. Данная проблема существенно влияет на оперативность и эффективность работы систем ALE и ARQ.

Процедура организации канала связи (Connection Set Up – CSU) подразумевает двусторонний радиообмен соответствующими блоками данных. В концепции 3G-HF для этого используется последовательность BW0 (см. таб.1). На рис.2 приводятся зависимости от различных соотношений сигнал/шум (SNR) вероятностей установления связи. Как видно из графиков, аналогичных результатов система 3G-HF достигает при соотношении сигнал/шум приблизительно на 5-7 дБ ниже, нежели система ALE стандарта MIL-STDA.

Рис.2. Вероятность установления связи.

3. Менеджер Связи (Connection Manager).

Менеджер Связи (Connection Manager – CM) отвечает за процедуру автоматической организации КВ-соединения, иначе называемую ALE (Automatic Link Establishment). ALE 3-го поколения (3G-ALE) призваны быстро и эффективно устанавливать соединения вида один-к-одному и один-ко-многим (как широковещательного /broadcast/, так и многоадресного /multicast/ типа). Менеджер выполняет следующие функции:

осуществляет распределение каналов вызова с использованием метода доступа с обнаружением несущей (Carrier-Sense-Multiple-Access CSMA); следит за очередностью использования каналов передачи данных, предотвращая возникновение интерференции и конфликтов между ними.

Каждому каналу вызова ставится в соответствие один или несколько каналов передачи данных, функционирующих на частотах, достаточно близких для обеспечения идентичности характеристик распространения сигнала. В частном случае частоты управления и передачи данных могут совпадать. Но, несмотря на принципиальную возможность работы на одних и тех же частотах одновременно каналов и вызова, и передачи данных, более предпочтительной с точки зрения производительности системы является схема с каналами, разнесенными по частоте.

3.1 Сканирование частот.

Как и в системах ALE 2-го поколения (2G-ALE), приемники 3G-ALE осуществляют сканирование списка назначенных частот с целью обнаружения 2G или 3G-вызовов. Системы 2G-ALE являются асинхронными в том плане, что вызывающей станции не известно, когда станция-адресат будет «прослушивать» тот или иной канал. Системы 3G-ALE поддерживают и этот режим, но более предпочтительным для обеспечения высокой производительности при умеренной загрузке сети является синхронный метод. В этом случае все сканирующие приемники 3G-ALE сети меняют частоту приема приблизительно в одно и то же время (т. е. с относительно небольшой разностью во времени) в соответствии с определенным списком частот. Необходимо, чтобы все станции наблюдали за одними и теми же каналами вызова в одно и то же время.

Вся сеть разбивается на так называемые группы вызова (dwell group). Станции-члены одной группы в определенный промежуток времени, называемый периодом (dwell), следят за одним и тем же каналом, отличным от того, за которым следят станции-члены другой группы в течение этого же периода. Таким образом, достигается распределение поступающих станциям-абонентам сети вызовов по времени и/или частоте, что значительно снижает вероятность их конфликтов.

Списки сканируемых частот 3G-ALE в общем случае являются статическими. Однако существует возможность динамического управления списками частот посредством протоколов управления сетевого уровня, таких как HNMP или SNMP.

3.2 Адресация.

Одна из функций уровня подсети – это приведение адресов более высокого уровня (например, IP-адресов) к системе адресации, принятой в данной подсети, какой бы эта система ни была.

В PDU системы 3G-ALE в качестве адресов используются 11-битные двоичные числа. В синхронном режиме первые 5 бит – это номер группы вызова, остальные 6 бит – номер станции в группе. Всего поддерживается до 32 групп и до 60 станций в каждой группе, т. е. до 1920 абонентов сети. Дополнительно в каждой группе для вызовов зарезервировано еще по четыре адреса вида 1111хх (см. рис.6).

При необходимости обеспечения возможности доступа одним вызовом одновременно ко всем абонентам сети при небольшой ожидаемой ее загрузке, конечно, возможно объединение в одну группу вызова до 60 станций, т. е. по максимуму. Однако, это прямой путь к перегрузке каналов вызова.

3.3 Структура периода синхронного вызова.

Номинальная длительность каждого периода синхронного вызова составляет 4 секунды. Период разделяется на несколько временных интервалов (slots). Временная структура периода приведена на рис.3.

Интервалы вызова. Остальная часть периода разбивается на 4 равных по продолжительности интервала, предназначенных для синхронного обмена блоками данных по каналам вызова. 800 мс каждого интервала включают в себя непосредственно 26-битный блок, содержащий информацию, 70 мс временной компенсации задержки распространения сигнала и ±50 мс временной компенсации неточности синхронизации.

Рис.3 Структура синхронного периода вызова

Замечание: В некоторых источниках приведена несколько иная структура периода синхронного вызова. Интервалу 0 соответствуют 2 интервала: настройки длительностью 100 мс и прослушивания длительностью 780 мс. Интервалы вызова имеют длительность по 780 мс и включают в себя 600 мс, отведенных под блок с информацией, 70 мс временной компенсации задержки распространения сигнала, ±50 мс временной компенсации неточности синхронизации и 10 мс настройки АРУ. Общая длина периода остается равной 4 секундам.

3.4 Протокол синхронного вызова.

Задача протокола синхронного вызова концепции 3G-ALE – поиск подходящего канала (каналов) для передачи данных и как можно более быстрое переключение на него (них). Протокол снижает загруженность каналов вызова, что немаловажно для систем с методом доступа CSMA. Вызовы 3G-ALE включают в себя общую информацию о виде требующих передачи данных. Для обмена этими данными используются один или несколько первых обнаруженных каналов передачи данных, поддерживающих необходимые для этого службы. Необходимо отметить, что по умолчанию в системе не предусмотрено время на поиск «наилучших» каналов для передачи соответствующих данных.

На рис. 4 и 5 представлены две схемы установления связи и обмена данными: с разнесенными по частоте каналами вызова и передачи данных и с каналами, организованными на одних частотах. На каждом рисунке отражены основные этапы связи, имеющие место в архитектуре сетей 3G:

1) установления связи (Connection Set Up);

2) переход на частоту передачи данных;

3) организация канала передачи данных (Traffic Set Up);

При необходимости установления соединения с какой-то определенной станцией вызывающая станция вычисляет частоту, которая должна прослушиваться станцией-адресатом в момент вызова и произвольно (но не равновероятно) выбирает один из интервалов с номерами от 1 до 4 периода вызова (обозначим его n), соответствующего этому моменту. В течение интервала прослушивания данного периода вызывающая станция прослушивает соответствующий канал передачи данных с целью выяснения, завершена ли по нему предыдущая передача (станции с несколькими приемниками в течение этого интервала осуществляют прослушивание одновременно нескольких каналов передачи данных). Затем (если n≠1) последовательно прослушиваются интервалы вызова данного периода. Если в интервалах c номерами ki, где i

Источник