Кіріспе

IEEE 1355 стандарты, IEC 14575 немесе ISO 14575 – гетерогендік өзара байланыс (HIC) үшін деректерді байланыстыру стандарты. IEC 14575 – төмен құн, төмен кешігу, кеңейтілген сериялық өзара байланыс жүйесі, бастапқыда көптеген арзан компьютерлер арасындағы байланыс үшін жасалған. IEC 14575 басқа деректер желілерінің көптеген күрделіліктерінен мүлдем айырылған. Стандарт түрлі қолданыстарды қамту үшін әртүрлі тарату орталарын (сымдар және оптикалық талшықтарды қоса) анықтады. Жоғары деңгейдегі желілік логика үйлесімді болғандықтан, арзан электрондық адаптерлерді жасау мүмкін. IEEE 1355 көбінесе ғылыми зертханаларда қолданылады. CERN сияқты ірі зертханалар мен ғылыми мекемелер осы стандартты қолдайды. Мысалы, ESA SpaceWire деп аталатын туынды стандартты жақтайды.

Мақсаттар

Протокол қарапайым, төмен құнмен жұмыс істейтін, нүктеден нүктеге қосылыстардан құралған коммутациялық желі үшін жасалған. Бұл желі өзгермелі ұзындықтағы дерек пакеттерін жоғары жылдамдықпен сенімді түрде жібереді. Пакеттерді құрт тесігі арқылы маршрутизациялайды. Token Ring немесе басқа да салыстырарлық сипаттамалары бар жергілікті желілерден (LAN) өзгеше, IEEE 1355 жоғары тарату жылдамдығын қажет етпей, мыңнан астам түйіндерді қолдай алады. Желі басқа желілерден, әсіресе Интернет-протоколы және Асинхронды Трансфер Режимінен (ATM) трафикті тасымалдауға арналған, бірақ деректерді беру немесе коммутация үшін басқа протоколдарға тәуелді емес. Осы тұрғыдан алғанда, ол Көппротоколды Белгілер Коммутациясына (MPLS) ұқсас. IEEE 1355 Futurebus және оның туындылары Scalable Coherent Interface (SCI) және InfiniBand сияқты мақсаттарды көздеген. IEEE 1355 пакеттік маршрутизация жүйесі VPLS-қа да ұқсас, және MPLS-қа ұқсас пакеттік таңбалау схемасын қолданады. IEEE 1355 өзінің жобалау мақсаттарына салыстырмалы түрде қарапайым цифрлық электроника және өте аз бағдарламалық жасақтама арқылы қол жеткізеді. Көптеген инженерлер мен ғалымдар осы қарапайымдылықты бағалайды. Пол Уокер (сілтемелерді қараңыз) FPGA-да іске асырылғанда стандарт UART-тың (стандартты тізбекті порт) аппараттық ресурстарының шамамен үштен бірін алатынын, ал толық коммутациялық желіні іске асырып, бағдарламалау оңай болса, деректерді беру қабілетін жүз есеге арттыратынын айтты. Тарихи тұрғыдан алғанда, IEEE 1355 T9000 Transputer моделі үшін әзірленген асинхронды тізбекті желілерден шыққан, олар чиптегі тізбекті деректер интерфейстерінде қолданылған. 16-шағым. Патент 2011 жылы тоқтап қалды.

Қолдану

IEEE 1355 SpaceWire-ге ықпал етті. Ол кейде ғылыми құралдар, басқару контроллерлері және жазу жүйелері арасындағы цифрлық деректерді байланыстыру үшін қолданылады. IEEE 1355 ғылыми құралдарда қолданылады, себебі оны бағдарламалау оңай, және ол күрделі нақты уақыт бағдарламалық қамтамасыз етусіз көптеген оқиғаларды дербес басқарады. IEEE 1355 құрамында арзан, жылдам, қысқа қашықтықтағы желілік орта үшін анықтама бар, ол электрониканың ішкі протоколдары ретінде, соның ішінде желілік коммутация және маршрутизациялау жабдықтары ретінде қарастырылған. Одан әрі, ол жергілікті желілер және жапсарлы желілер үшін орта және ұзақ қашықтықтағы желілік протоколдарды қамтиды. IEEE 1355 нүктеден нүктеге қолдануға арналған. Сондықтан, егер ол эквивалентті сигнал беру технологияларын қолданса (мысалы, төмен вольтты дифференциалдық сигнал беру), ол Ethernet-тің ең көп қолданылатын саласын алмастыра алады. IEEE 1355 тұтынушылық цифрлық құрылғылар үшін де жақсы жұмыс істей алады. Бұл протокол Universal Serial Bus (USB), FireWire, Peripheral Component Interconnect (PCI) және басқа тұтынушылық протоколдарға қарағанда қарапайым. Бұл қарапайымдық жабдық құнын төмендетіп, сенімділікті арттырады. IEEE 1355 хабарлама деңгейіндегі транзакцияларды анықтамайды, сондықтан оларды қосымша стандарттарда анықтау қажет. 1997 жылы Еуропада 1024 түйіндік сынақ алаңы құрылды, оған Macramé деп ат қойылды. Macramé сынақ алаңының өнімділігі мен сенімділігін өлшеген зерттеушілер стандартты әзірлеген жұмыс тобына пайдалы мәліметтер ұсынды.

Бұл не ?

Электр және электроника инженерлері институтының жұмысын Автобус архитектурасы стандарттары комитеті Ашық микропроцессорлық жүйелер бастамасының бөлігі ретінде қолдады. Топ төрағасы Колин Уитби Стревенс, оның орынбасары Роланд Марбот, редакторы Эндрю Кофлер болды. Стандарт 1995 жылғы 21 қыркүйекте IEEE стандарты ретінде «Әртүрлі өзара байланыс (HIC)» (параллель жүйелерді құруға арналған төмен құн, төмен задержілі, кеңейтілген сериялық өзара байланыс) деп бекітіліп, IEEE Std 1355 1995 ретінде жарияланды. 1999 жылғы қазанда сауда қауымдастығы құрылып, 2004 жылға дейін веб-сайтты қолдады. Стандарттар отбасы ұқсас логика мен мінез-құлықты қолданады, бірақ бірнеше орталарда жылдамдықтардың кең диапазонында жұмыс істейді. Стандарт авторлары бірде-бір стандарт желідегі барлық баға және өнімділік талаптарын қанағаттандыра алмайтынын айтады. Сондықтан стандартқа бір ұшты (арзан), дифференциалдық (сенімді) және жоғары жылдамдықты (жедел) электр интерфейстері, сондай-ақ оптикалық талшық интерфейстері үшін бөлімдер (олардың сөзімен айтқанда) кіреді. Үлкен қашықтыққа немесе жоғары жылдамдыққа арналған интерфейстер кабель арқылы қуат беруді болдырмау үшін жасалған. Деректерді тарату жылдамдығы секундына 10 мегабиттен секундына 1 гигабитқа дейін өзгереді. Желідегі қалыпты деректер ағын бақылауымен жіберілетін 8 биттік байттардан тұрады. Бұл оны стандартты телекоммуникациялық желілер сияқты басқа да кең таралған тарату орталарымен үйлесімді етеді. Әртүрлі деректерді тарату орталарының максималды ұзындығы бір метрден үш километрге дейін. 3 км стандартты жылдамдық ең жоғары. Қалғандары арзан. Қосқыштар осылай жасалған: егер штепсель розеткаға сәйкес келсе, қосылым жұмыс істеуі керек. Кабельдердің екі басында да бір типті штепсель болады, сондықтан әрбір стандартқа тек бір типті кабель ғана қажет. «Кеңейткіштер» екі стандартты кабельді қосатын екі ұшты розеткалар деп анықталады. Интерфейс электроникасы пакеттерді өңдеудің, маршрутизациялаудың, күтімнің және протоколдарды басқарудың көп бөлігін орындайды. Бұл міндеттер үшін бағдарламалық жасақтама қажет емес. Қате пайда болған жағдайда, байланыстың екі ұшы үнсіздік кезеңін немесе қайта орнатуды алмасады, содан кейін протокол қуаттанғандай қайта басталады. Ауыстыру торабы пакеттің алғашқы бірнеше байтын мекенжай ретінде оқиды, содан кейін пакеттің қалған бөлігін келесі байланысқа оқымай немесе өзгертпей жібереді. Бұл стандарттың қосымшасында «құрт тесігімен ауысу» деп аталады. Құрт тесігімен ауысуды жүзеге асыру үшін бағдарламалық жасақтама қажет емес. Қарапайым аппараттық логика артық байланыстарға ауысуды қамтамасыз ете алады. Әрбір байланыс екі электрондық құрылғы арасындағы толық дуплекстік (толық екі бағыттағы тарату және қабылдау) нүктеден нүктеге байланысты анықтайды. Әрбір тарату жолы ағын бақылау протоколына ие, сондықтан қабылдағыш тым көп дерек ала бастағанда, ол ағынды төмендете алады. Әрбір тарату жолының электроникасы қалыпты деректерден бөлек байланыс басқару деректерін жібере алады. Байланыс бос тұрғанда, ол NULL символдарымен жібереді. Бұл синхронизацияны сақтайды, қалған таратуды жылдам аяқтайды және байланысты тексереді. Кейбір Spacewire пайдаланушылары жартылай дуплекстік нұсқаларын сынап жатыр. Жалпы схема бойынша, жартылай дуплекс екі емес, бір тарату арнасын пайдаланады. Ғарышта бұл пайдалы, себебі сымдардың салмағы екі есе азаяды. Бақылаушылар пакеттің соңындағы символ жібергеннен кейін байланысты кері қайтарады. Бұл схема Spacewire сияқты электрлік жүйелерде тиімді. Жоғары жылдамдықты оптикалық бөлімдерде жартылай дуплекстік өткізу біт сағатын қалпына келтіру үшін қолданылатын фазалық бұғатталған циклдердің синхронизация уақытымен шектеледі.

0 қабат: Сигнал қабат

Барлық кесінділерде әрбір сілтеме екі бағытта да үздіксіз хабар алмаса алады ("толық дуплекс"). Әрбір сілтемеде екі тарату арнасы бар, әр бағытқа біреуден. Сілтеме кабеліндегі арналар "жартылай бұрылысқа" ие, сондықтан кіріс және шығыс сигналдары кабельдің екі ұшындағы жалғауыштардың бірдей тіректеріне келеді. Бұл кабельдерді "әмбебап" етеді, яғни кез келген кабельдің кез келген ұшы жабдықтың кез келген ұясына қосылады. Сілтеме кабелінің әр ұшы байланыстың түрімен нақты белгіленуі керек, мысалы: "IEEE 1355 DS DE Link Cable".

1- қабат: таңбалар қабат

Әрбір кесінді 256 дерек таңбасын анықтайды. Бұл әрбір таңбаға 8 битті көрсетуге жеткілікті. Бұлар "қалыпты деректер" немесе "N таңбалары" деп аталады. Әрбір кесінді бірнеше арнайы байланыс басқару таңбаларын анықтайды, кейде "L таңбалары" деп те аталады. Кесінді оларды N таңбаларымен шатастырмауы керек. Әрбір кесіндіде ағын басқару байланыс басқару таңбасы немесе FCC, сондай-ақ NULL (дерек жоқ), ESCAPE, пакет соңы және ерекше пакет соңы үшін L таңбалары болады. Кейбір кесінділер байланысты іске қосу, проблемаларды диагностикалау және т.б. үшін тағы бірнеше таңба қосады. Әрбір кесіндіде қателерді анықтау таңбалар деңгейінде анықталады, әдетте паритет арқылы. Паритет әдетте бірнеше таңбаға таратылады. Ағын басқару таңбасы түйінге бірнеше қалыпты дерек таңбасын жіберуге рұқсат береді. Сан кесіндіге байланысты, жылдам кесінділер FCC арқылы көбірек таңбаларды жібереді. Ағын басқаруды төменгі деңгейде құру байланысты әлдеқайда сенімді етеді және пакеттерді қайта жіберу қажеттілігін азайтады.

2- қабат: Exchange қабат

Байланыс басталғаннан кейін, ол үнемі символдармен алмасады. Алмасуға дерек болмаса, NULL символдары жіберіледі. Бұл байланыстың жұмыс істеуін тексеріп, хабарламаларды аяқтау үшін парлық биттердің жылдам жіберілуін қамтамасыз етеді. Әрбір бөлімше өзінің іске қосылу тізбегіне ие. Мысалы, DS SE және DS DE бастапқыда жабық күйде болады, содан кейін іске қосылған кезде дерек жіберуді бастайды. Алған символ – іске қосу командасы. Қателерді анықтау кезінде байланыстың екі шеті әдетте өте қысқа үнсіздікке (мысалы, DS SE үшін бірнеше микросекунд) немесе қайта орнату командасына өтеді, содан кейін қуаттанғандай байланысты қалпына келтіруге тырысады.

3-қабат: Жалпы пакет қабаты

Пакет – "пакет соңы" белгісімен аяқталатын, белгілі бір рет пен форматтағы қалыпты деректердің тізбегі. Байланыстар бірнеше пакеттен деректерді араластырмайды. Пакеттің басындағы бірнеше символ оның түйін нүктесін көрсетеді. Аппараттық құралдар осы байттарды оқып, пакетті маршруттай алады. Аппараттық құрал пакетті сақтауға немесе оны көшіріп, маршруттау үшін қосымша есептеулер жасауға қажеттілік сезінеді. Пакеттерді маршруттаудың бір стандартты тәсілі – құрт тесігі арқылы маршруттау, онда бірінші дерек байты маршрутизаторға пакетті қай шығысқа жіберу керектігін көрсетеді. Маршрутизатор содан кейін бірінші байтты жояды, келесі байтты келесі маршрутизатор пайдалануы үшін ашық қалдырады.

4- қабат: Транзакция қабат

IEEE 1355 пайдалы жұмыс атқару үшін пакеттер тізбегі қажет екенін мойындайды. Ол мұндай тізбектердің ешқайсысын анықтамайды.

Қалқа: DS-SE-02

DS SE – «Data and Strobe, Single ended Electrical» дегенді білдіреді. Бұл ең арзан электрлік стандарт. Ол секундына 200 мегабиттен аспайтын жылдамдықпен 1 метрге дейін деректерді жібереді, бұл құрал ішінде сенімді, аз қосқышты байланыс үшін пайдалы. Байланыстың екі арнасы бар, әрқайсысы бір бағытқа арналған. Әрбір арнада строб пен деректерді тасымалдайтын екі сым бар. Строб сызығы дерек сызығы жаңа битті бастағанда, алдыңғы биттің мәнімен бірдей күйге өтеді. Бұл схема байланысты өзін-өзі синхрондауға мүмкіндік береді, осылайша әртүрлі жылдамдықтарға автоматты түрде бейімделе алады. Деректер символы тақ паритетпен басталады, содан кейін нөлдік бит келеді. Бұл символ қалыпты деректер символы болып табылады, одан кейін сегіз бит дерек орналасады. Байланысты басқару символы тақ паритетпен басталады, содан кейін бірлік бит, одан кейін екі бит келеді. Тақ 1 – бұл байланысты басқару символы екенін білдіреді. 00 – ағын басқару символы FCC, 01 – пакеттің қалыпты аяқталуы EOP, 10 – пакеттің ерекше аяқталуы EEOP, ал 11 – ESC қашу символы. NULL – «ESC FCC» тізбегі. FCC сегіз (8) қалыпты дерек символын жіберуге рұқсат береді. Әрбір желі екі күйде болуы мүмкін: 2,0 В жоғары және 0,8 В төмен – бір ұшты CMOS немесе TTL логикалық деңгей сигналы. Номиналды кедергі 3,3 В жүйелер үшін 50 Ом, ал 5 В жүйелер үшін 100 Ом. Көтерілу және түсу уақыты 100 нс-тен кем болуы керек. Сыйымдылық 100 Мбд үшін 300 пФ-тан кем, ал 200 Мбд үшін 4 пФ-тан кем болуы керек. DS SE электронды жабдықтар ішінде қолдануға арналғандықтан, қосқыштар анықталмаған.

Қалқа: DS-DE-02

DS DE – "Дерек және Строб, Дифференциалдық Электр" дегенді білдіреді. Бұл электр шуына ең жақсы төзімділікті көрсететін электр стандарты. Ол секундтына 200 мегабиттен жоғары жылдамдықпен, 10 метрге дейінгі қашықтыққа деректерді жібереді, бұл құралдарды қосу үшін өте пайдалы. Кабель қалың болады, ал стандарттық жалғағыштар ауыр және қымбат. Әрбір кабельде деректерді тасымалдайтын сегіз сым бар. Бұл сегіз сым екі каналға бөлінеді, әр бағыт үшін біреу. Әрбір канал төрт сымнан тұрады, екі бұрылған жұп. Бір бұрылған жұп дифференциалдық стробты, ал екіншісі дифференциалдық деректерді тасымалдайды. Символдар қабатынан жоғары кодтау DS SE сипаттамасына ұқсас. Кабельдің он сымы бар, олардың сегізі деректер үшін қолданылады, сондықтан бір бұрылған жұп бос қалады. Қара/ақ жұп 5 В қуатты және кері байланыс сымын тасымалдауы мүмкін. Жүргізушінің өрлеу уақыты 0,5 пен 2 нс аралығында болуы керек. Дифференциалдық кернеу 0,8 В-тан 1,4 В-қа дейін, ал әдеттегі 1,0 В PECL логикалық деңгейінің сигналдары. Дифференциалдық кедеріс 95 ± 10 Ом. Ортақ режимдегі шығыс кернеуі 2,5–4 В. Қабылдағыштың кіріс кедерісі 100 Ом, 10% шегінде болуы керек. Қабылдағыштың ортақ режимдегі кернеуі 1-ден 7 В-қа дейін болуы тиіс. Қабылдағыштың сезімталдығы кемінде 200 мВ болуы керек. Стандартты кабельде он сым бар. Жалғағыштар IEC 61076 4 107 стандартына сәйкес келеді. А жалғағышы (1-шығарылым бірінші, 2-шығарылым екінші): a: қоңыр/көк, b: қызыл/жасыл, c: ақ/қара, d: қызғылт сары/сары, e: күлгін/сұр (бірінші шығарылым бірінші). B жалғағышы (1-шығарылым екінші, 2-шығарылым бірінші): e: қоңыр/көк, d: қызыл/жасыл, c: қара/ақ, b: қызғылт сары/сары, a: күлгін/сұр. "Жартылай бұрылыс" жүзеге асырылуына назар аударыңыз, кірістер мен шығыстарды әрбір жалғағыштағы бірдей шығарылымдарға бағыттаңыз. 1C/қара сым 5 вольтты тасымалдауы мүмкін, ал 2C/ақ сым кері байланыс сымы ретінде қолданылуы мүмкін. Егер қуат көзі болса, ол өзін-өзі қалпына келтіретін қорғағышқа және жерге қарсы қорғанысқа ие болуы керек. Егер ол болмаса, статикалық кернеуді ағызу үшін сымдарға 1 МΩ кедергі қосу керек.

Қалқа: HS-FO-10

"HS FO" "Жоғары жылдамдықты оптикалық талшық" дегенді білдіреді. Бұл ең жылдам түр және ең ұзақ қашықтыққа ие. Ол секундқа бір гигабит жылдамдықпен 3000 метрге дейін сигнал жібереді. Жол коды және жоғары деңгейлері HS SE 10 сияқты. Кабель TS FO 02 басқа оптикалық кабельге өте ұқсас, тек міндетті таңбасы және жалғауы IEC 1754 6 стандартына сәйкес болуы керек. Дегенмен, ескі кабельдерде ол TS FO 02-ден тек таңбасымен ғана ерекшеленеді. HS FO 10 және TS FO 02 өзара үйлесімді емес. Бұл кабель 62,5 микрометрлі көп режимді кабель, 50 микрометрлі көп режимді кабель немесе 9 микрометрлі бір режимді кабель болуы мүмкін. Олардың бағасы және қолдау көрсететін қашықтықтары әртүрлі: сәйкесінше 100 метр, 1000 метр және 3000 метр. Көп режимді талшық үшін, трансмиттердің шығу қуаты әдетте -12 дБм құрайды. Толқын ұзындығы 760–900 нанометр (жақын инфрақызыл). Қабылдағышта динамикалық диапазон 10 дБ, ал сезімталдығы -21 дБм, 1012 биттен бір биттік қателік деңгейімен. Бір режимді талшық үшін, трансмиттердің шығу қуаты әдетте -12 дБм құрайды. Толқын ұзындығы 1250–1340 нанометр (алыс инфрақызыл). Қабылдағышта динамикалық диапазон 12 дБ, ал сезімталдығы -20 дБм, 1012 биттен бір биттік қателік деңгейімен.