專利名稱：單片微機分布控制式時分多路復(fù)用器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于電報和低速數(shù)據(jù)通信的一種傳輸設(shè)備，具體地說是涉及到把若干條電報和低速數(shù)據(jù)通路采用時間分割的方法在一條模擬話路或數(shù)字集合信道上進行多路復(fù)用的通信設(shè)備，即時分多路復(fù)用器系統(tǒng)。
時分多路復(fù)用器(TimeDivisionMultiplexsystem，下文中簡稱TDM系統(tǒng))是國外60年代開始為了提高話路復(fù)用能力，提高報路質(zhì)量，適應(yīng)低速數(shù)據(jù)通信需要而逐步發(fā)展起來的一種較為理想的多路傳輸設(shè)備，也是現(xiàn)代和未來低速數(shù)據(jù)通信不可缺少的多路傳輸設(shè)備。采用傳統(tǒng)的頻分制設(shè)備，如16路、24路音頻載報機，則在一條話路上最多只能傳輸24路50波特電報通路，并且要開通300波特較高速率的通路或改變、組合各種速率時將會相當困難。而300波特通路對于現(xiàn)代數(shù)據(jù)傳輸是相當普通和重要的。而時分制設(shè)備與頻分制設(shè)備相比，具有容量大，傳輸速率高，適應(yīng)性強等優(yōu)點，并且由于內(nèi)部控制和信號處理均數(shù)字化，摒棄了復(fù)雜的電感、電容等頻率元件，不僅宜于生產(chǎn)，性能穩(wěn)定，而且增加了功能。由于TDM系統(tǒng)是依賴于復(fù)雜的邏輯控制和數(shù)字信號處理技術(shù)工作的，所以只能在微電子工業(yè)充分發(fā)展的時代才得以實現(xiàn)。我國從70年代開始引進國外時分制設(shè)備，特別是近幾年隨著我國電報通信事業(yè)的飛速發(fā)展，TDM復(fù)用器逐步取代頻分制載報機已成為必然的趨勢，所以研制和開發(fā)新穎的TDM系統(tǒng)也成為十分迫切的課題。
參見

圖1，這是TDM系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)框圖。由于電平轉(zhuǎn)換［1］和電源部分［2］都有成熟的電路，一般的調(diào)制調(diào)解器［3］也有專門的產(chǎn)品生產(chǎn)，所以對于一個TDM系統(tǒng)來說，設(shè)計的主要對象是控制部分［2］?？刂撇糠郑?］實際上就是一個數(shù)字信號的處理系統(tǒng)，本系統(tǒng)在滿載時最多要同時開通46路電報或數(shù)據(jù)通路，因此系統(tǒng)的可靠性是一個相當重要的問題，如果系統(tǒng)癱瘓，將造成嚴重的通信阻塞事故。因此許多機種都采用主備二套完全一樣的控制部分，如果主機出故障，備機可以立刻啟用。但是這種方法使器件的利用率降低，設(shè)備元件增多，成本上升。
TDM系統(tǒng)設(shè)計中的另一個問題是要求數(shù)字處理系統(tǒng)的處理速度相當高。如果每一通路(50波特)的抽樣數(shù)為單位脈沖的100倍的話，則僅處理收發(fā)報接口所需的處理周期約為 1/(50Bd×100×46×2) ＝2.1μs，而每次抽樣如用一般通用計算機來完成起碼需要3～10條指令。因此，一般市場可買到的微機難以勝任這一工作。許多國內(nèi)外的TDM系統(tǒng)采用了幾個CPU并行工作或高速的位片機及用集成電路設(shè)計成專用處理機等等辦法，其共同的特點是使用微機總線集中控制的設(shè)計思想，使用的元件(主要指集成片)的數(shù)目相當多，這對生產(chǎn)、使用、維護、診斷和工作可靠性都帶來許多問題。
近年來，隨著微處理機的運用和普及，大大完善了TDM系統(tǒng)的各種功能，使TDM系統(tǒng)具有相當?shù)撵`活性。例如，意大利FATME公司的ZATF46CD，荷蘭菲利蒲的3TR1600，美國通用數(shù)據(jù)通信工業(yè)公司的1223，DATABIT公司的4650，925，ITT瑞典子公司的SRT125，NEC公司的DATAX－TDM－R11，西德西門子公司的UEM302等等都在TDM的數(shù)字處理系統(tǒng)中不同程度地采用了微處理機技術(shù)。但是上述數(shù)字系統(tǒng)都是采用集中式的微機控制方式。就國內(nèi)情況而言，南京通信設(shè)備廠自行設(shè)計的BZS01型TDM系統(tǒng)尚未使用微機控制，北京郵電部數(shù)據(jù)研究所研制的TDM系統(tǒng)是國內(nèi)唯一采用微機程控的，但也是集中控制的方式。
隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，在現(xiàn)代通信技術(shù)中出現(xiàn)了分布控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的概念，從而使得TDM系統(tǒng)中的控制部分較好地解決了上述問題。首先，在多微機分布控制系統(tǒng)中由若干個獨立的微機有機地協(xié)調(diào)工作，從而大大提高了處理能力，如果一個微機每秒鐘能執(zhí)行400K條指令的話(T＝2.5μs)，則十個微機便能同時處理4000K條指令(T＝0.25μs)。其次，由于組成系統(tǒng)的各個微機是獨立工作的，故不會由于某一部分的故障而引起整個系統(tǒng)的癱瘓(采用集中控制方式則往往由于總線被拖死而引起癱瘓)。故非群路部分原則上可無須備用，對于群路部分可以采用分級模塊備用的方式，與主備機相比，顯然大大節(jié)約了元器件，降低了成本。有效地提高了系統(tǒng)可靠性。
采用分布控制方式盡管會使用較多的CPU，但是，由于CPU在微機中所占的比價很小，因此不必擔心微機的成本上升；相反，隨著大規(guī)模集成電路制造技術(shù)的發(fā)展，其比價的趨勢將繼續(xù)下降，并且比用較多的外圍電路的微機系統(tǒng)的成本反而要低。
據(jù)現(xiàn)有文獻所知，日本KDD公司的SOFTPLEX.101TDM的數(shù)字處理系統(tǒng)采用了這種先進的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計思想－－分布控制方法(參見電機及電子學(xué)工程師聯(lián)合會1981年的全國遠距離通信會議報告集第E5.4.1至E5.4.5頁上的“對于不透明的TDM設(shè)備的軟件控制多路處理技術(shù)(簡稱SOFTPLEX.101)。參見附圖2，這是SOFTPLEX.101數(shù)字處理系統(tǒng)中微機分布控制的結(jié)構(gòu)圖，圖中打“*”號者均采用微處理機，共計17個，其中通路輸入輸出單元部分(IOU)采用12個微機，每個微機管4條通路；系統(tǒng)收發(fā)信號單元采用5個微機，包括調(diào)制解調(diào)器，多路信號裝置，系統(tǒng)控制器，電平轉(zhuǎn)換單元，操作面板單元等，此外還包括電源單元和切換單元。從圖中可以看出，該系統(tǒng)有一個重要的特點，即輸入輸出單元部分的12個微機是獨立地分布在系統(tǒng)中的，其中一個發(fā)生故障，不會影響整個系統(tǒng)工作，從而提高了工作的可靠性。但是，在集中控制的微機系統(tǒng)中，只要有部分器件失效，就將迫使整個系統(tǒng)癱瘓，從而導(dǎo)致通信中止。另外，在采用分布式控制方式的SOFTPLEX.101系統(tǒng)中，可以有更多的微機協(xié)同參與工作，使TDM的功能得到進一步的完善，并能實現(xiàn)系統(tǒng)的自我診斷及系統(tǒng)終端的自動維護等功能。
日本KDD公司的SOFTPLEX.101系統(tǒng)中的微機采用MB8861，相當于M6800，微機之間的通信和與外部通路的連接均采用了中斷技術(shù)，這是該系統(tǒng)的又一個重要特色。微機之間的通信是分布式控制系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵。另外，信號處理的延時對分布式控制系統(tǒng)也十分敏感，該系統(tǒng)通過采用了中斷式總線通信方式較好地解決了這一問題。也就是說，每個微機除了配置必須的EPROM程序存貯器，RAM數(shù)據(jù)存貯器及外圍接口電路外，專門用了優(yōu)先中斷控制器PIL(即MB472)，實現(xiàn)中斷式的實時快速處理和通信。該系統(tǒng)中主要采用的硬件和軟件見附表一。
表一輸入輸出單元和收發(fā)信號單元中硬件／軟件配置表
綜上所述可以看出，采用分布式控制方式的SOFTPLEX.101系統(tǒng)的功能和可靠性優(yōu)于普通的采用集中式控制的數(shù)字處理系統(tǒng)，但是SOFTPLEX.101系統(tǒng)也存在下列缺點第一，在該數(shù)字處理系統(tǒng)中采用了16～18個微處理機，故其芯片數(shù)量是相當可觀的，一個基本的MB8861微機需用六片以上芯片，整個系統(tǒng)需用上百片大小規(guī)模的集成片，所以出現(xiàn)故障的概率還是較大的，系統(tǒng)的可靠性仍然未得到充分的保證。
第二，各個微機之間仍采用總線連接方式，如圖2所示，時分多路復(fù)用器總線、調(diào)制解調(diào)器信號總線和系統(tǒng)控制總線，三根總線分別完成系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜蝿?wù)，因此，同樣會產(chǎn)生由于某一個微機的故障而引起總線失效，導(dǎo)致整機癱瘓。
第三，在系統(tǒng)的收發(fā)信號單元部分中，來自于輸入輸出單元(IOU)的46路信號均需通過調(diào)制解調(diào)器微機和多路信號裝置微機，在這兩個微機中，每個微機又有6個以上的芯片，所以如果它們之中的任何一個發(fā)生故障均會引起整個系統(tǒng)的通信中斷。
第四，難以精確確定上百片芯片的故障位置。盡管SOFTPLEX.101系統(tǒng)有一個專門系統(tǒng)控制微機，但它只能對系統(tǒng)內(nèi)的任何一個微機的整體故障進行監(jiān)控和測試，而不能監(jiān)測到每一個微機的內(nèi)部故障(如微機中的某個CPU，EPROM，RAM及PIC等)。這些內(nèi)部的系統(tǒng)組織均連接在同一總線上，任何一個發(fā)生故障都會使整個微機失效，這也是造成不可靠的又一個因素。再則，MB8861是一個標準結(jié)構(gòu)的微機，所有設(shè)備均通過一個高速(千萬分之五秒寬的脈沖)總線，故極易受到干擾，造成死機。
綜上所述，盡管SOFTPLEX.101采用了分布控制方式，但是系統(tǒng)中的微機相互牽連程度仍較大，故可靠性仍不能達到更高的數(shù)量級上。
所以本實用新型的任務(wù)是提供一種更為可靠的，采用更為完善的分布式微機控制方式的TDM的數(shù)字處理系統(tǒng)，本實用新型的進一步目的是在上述數(shù)字處理系統(tǒng)中用單片機代替由多個芯片組成的標準結(jié)構(gòu)微處理機，從而進一步提高系統(tǒng)的可靠性。
本實用新型的上述目的是分別通過分散網(wǎng)絡(luò)同步通信方式、分級模塊備用方式和采用單片機三個方面的技術(shù)措施加以實現(xiàn)的，這三個技術(shù)措施是相互獨立的，即可以只采用其中任意一項或二項技術(shù)措施，也可以同時采用三項技術(shù)措施。下面對本實用新型的構(gòu)思及三項技術(shù)措施分別加以介紹在一種時分多路復(fù)用傳輸設(shè)備的數(shù)字處理系統(tǒng)中采用多個微機，其中部分微機為前置機部分，即通路輸入輸出部分，每個微機管理一組報路；另一部分微機為后置機部分，即系統(tǒng)收發(fā)信號部分，在本發(fā)明中，上述數(shù)字處理系統(tǒng)進一步具有以下特征一、上述前置機和后置機中的微機相互之間的通信均采用分散網(wǎng)絡(luò)同步方式，即這些通信線群(所謂線群是一個或數(shù)個通信線的集合)相互之間都是獨立的，只擔任所連接的兩個微機之間的通信，后置機中的微機之間的通信采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中每一個微機均可同其它若干微機通信，前置機中的微機之間原則上是沒有通信的，它們中的每一個微機只能與后置機中相應(yīng)的微機進行單線通信，即采用輻射狀結(jié)構(gòu)；必須著重指出的是上述微機之間的通信均采用分散網(wǎng)絡(luò)通信方式而不是總線方式；另外，上述各個微機之間的通信是串行同步的，即將各個前置機中的微機中的若干位一組的數(shù)據(jù)采用串行方式逐個發(fā)送出去，并在后置機中的各個微機分別設(shè)置一通信同步線群，(上述通信同步線群分別通過一個電阻與前置機中的各個微機相連)。
二、本實用新型的后置機中的微機采用分級模塊備用方式，即將后置機中的微機模塊劃分成二組，一組為基本性能組，即為第一級；另一組為輔助性能組，即為第二級，當用于執(zhí)行基本性能的微機模塊發(fā)生故障時，由執(zhí)行輔助性能的模塊頂替工作，即這些模塊先放棄執(zhí)行其輔助性能，全速面向一級模塊所執(zhí)行的任務(wù)；在上述系統(tǒng)中的各個微機中執(zhí)行分級模塊備用方式的自控程序和互控程序是通過各個微機模塊中所含有的軟件來執(zhí)行的，參與模塊故障檢測和切換控制的微機必須在三個或三個以上。對系統(tǒng)中每一個微機，確定是否切換某一模塊，是通過自己和其它微機送來的測試結(jié)果按照少數(shù)服從多數(shù)的原則來確定的。上述各個微機中的軟件可以具備如圖6所示的三大功能層，圖中為任意二個通過傳輸線群相連接的微機內(nèi)部所具有的三個功能層。
功能應(yīng)用層，就是微機為了完成各個自身任務(wù)而編制的子程序的集合；功能管理層，它是比功能應(yīng)用層更高的一個層，它主要用來執(zhí)行監(jiān)視各種機器標志狀態(tài)，安排子程序間的秩序，調(diào)度工作進展，啟用軟件包等管理工作；數(shù)據(jù)通信層，它是比功能管理層再高的一個層次，由于本系統(tǒng)中采用中斷傳輸，而中斷線直接同通信同步線群相連，因而不受管理程序的控制，數(shù)據(jù)通信功能是中斷服務(wù)程序的一部分，它將其它微機送來的命令數(shù)據(jù)接受下來后送到指定的存貯單元，而管理程序和應(yīng)用程序是根據(jù)這些命令和數(shù)據(jù)來作出其進展判斷的。
三、上述前置機和后置機中的微機采用單片機。例如，INTEL公司的MCS－48或51系列中的真正單片機8749或8049、80c49、80c51、8751等。這種單片機在一片集成芯片上擁有一個完整的微處理機。配上必要的晶體和電容即可獨立工作。
當然，如果使用含有單片微處理機擴展系統(tǒng)構(gòu)成上述的分布控制式系統(tǒng)也不偏離本實用新型的精神實質(zhì)。
為了將上述發(fā)明構(gòu)思進一步解釋清楚，下面再給出一個較為具體的實例如圖3所示是本實用新型中的微機分布控制的結(jié)構(gòu)方案。整個TDM系統(tǒng)由12個微機構(gòu)成，并將這些微機分成前置機和后置機兩部分，其中一部分微機［μp20－μp27］為前置機部分，主要負責報路信號(在下述實施例中為46路)的接收和發(fā)送，其中每個微機管理一組報路(在下述實施例中為6路)，即通過圖中的輸入線群和輸出線群使每個微機與外部用戶發(fā)報終端和收報終端相連接。后置機中四個微機［μp00］，［μp10］，［μp11］，［μp12］分別為中央處理微機［μp11］，用于從線群1上接收由各個后置機［μp20－μp27］發(fā)送的各路發(fā)報集合信號并進行裝幀，加入同步碼后通過線群5送至同步接口微機［μp12］，該微機還用于從線群5上接收由同步接口微機［μp12］送來的收報集合信號，并進行解幀再通過線群1送至各個前置機相應(yīng)的各個報路上；同步接口微機［μp12］，用于執(zhí)行對收信集合碼流的幀同步碼的檢測和控制，執(zhí)行與調(diào)制解調(diào)器收發(fā)信高速集合碼流的通信工作；監(jiān)視微機［μp10］，用于通信線群2與前置機之間的通信聯(lián)絡(luò)，以監(jiān)視報路集合信號是否發(fā)生畸變等業(yè)務(wù)通信管理工作；同時，還通過線群5(備用線)與同步接口微機［μp12］相連接；管理控制微機［μp00］，用于通過線群3和線群4與TOM系統(tǒng)中前置機和后置機中的每一個微機進行通信，以便監(jiān)視各個微機的工作狀態(tài)并加以測試診斷，同時它還與操作面板相連接，以便操作人員通過管理控制微機實現(xiàn)對系統(tǒng)直接進行控制和對話，管理控制微機僅用于測試，并不參與正常通信。
上述前置機和后置機中的微機相互之間的通信均采用單線群網(wǎng)絡(luò)同步方式，即采用分散通信線群方式而不是采用總線方式，這些通信線群相互之間都是獨立的，即只擔任所連接的兩個微機之間的通信，與其它微機的通信線群互不影響，即由與相對應(yīng)的兩個微機之間的通信線群組成互不交錯的通信網(wǎng)絡(luò)；如圖3所示，后置機中的四個微機之間的通信是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中每一個微機均可同其它三個微機通信。前置機之間是沒有相互通信的，它們中的每一個只能分別與后置機中的中央處理微機［μp11］、管理微機［μp00］和監(jiān)測微機［μp10］進行相互通信，即采用輻射狀結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)在參見圖4，表示前置機中的8個微機［μp20－μp27］與后置機中的某一個微機［μp11］之間的通信線的輻射狀結(jié)構(gòu)連接方式即微機［μp20］，［μp21］，［μp22］，［μp23］，［μp24］，［μp25］，［μp26］，［μp27］分別通過通信線群C1，C2，C3，C4，C5，C6，C7，C8與中央處理微機［μp11］相連接。如將上述中央處理微機［μp11］換成管理微機［μp00］或監(jiān)測微機［μp10］，其連接方式也完全相同。
本系統(tǒng)中的各個微機之間的通信是串行同步的，由于前置機中的各個微機與后置機中的中央處理微機［μp11］，管理微機［μp10］或監(jiān)測微機［μp10］之間是采用單線群通信，故若要把八位一組的數(shù)據(jù)字發(fā)送出去，必須采用串行方式逐個進行。同時，考慮到數(shù)據(jù)的接收問題并為簡化通信控制程序和使各微機能騰出更多的時間和空間有效地運轉(zhuǎn)，對它們分別設(shè)置了一根通信同步線群，該通信同步線群分別通過電阻R0至R7與前置機中的8個微機［μp20－μp27］相連，從而可利用軟件使系統(tǒng)內(nèi)的每個微機的定時時標校準于同一基準點上。必須指出的是，［μp11］，［μp10］，［μp00］分別有各自的通信同步線群，構(gòu)成系統(tǒng)的具有同一基準的通信同步線群。這樣，即使它們中的一個微機發(fā)生故障，仍能維持整個系統(tǒng)的通信同步時鐘。綜上所述，每個微機的通信是同步進行的，并按照規(guī)定時隙逐一發(fā)送和逐一接收。
參見圖5，這是圖4中的前置機中的8個微機與后置機中的一個微機之間的串行同步時序圖當位于通信通步線的同步脈沖信號的后沿時，8個前置機對準在第一時序上，把8位數(shù)據(jù)的第一位DBx0(DBxo表示DB10、DB20……DB80)發(fā)送出去，隨后每隔一個時序把DBx0－BDx7逐位發(fā)送完畢。需要指出的是，在通信同步線與前置機中的每個微機相連時均增加的隔離電阻R，是為了防止前置機中某一個微機對通信同步線發(fā)生鉗位現(xiàn)象。
在圖3所示的后置機中的四個微機中，如果中央處理機發(fā)生故障，就通過監(jiān)視微機來執(zhí)行中央處理微機的上述功能而放棄本身監(jiān)視各微機通信業(yè)務(wù)的任務(wù)(暫時放棄這些輔助功能不會影響系統(tǒng)的通信工作)，也就是說，監(jiān)視微機取中央處理微機而代之，通過線群2接受由各個前置機［μp20－μp27］發(fā)送的發(fā)報集合信號，并進行匯總并加入同步碼后經(jīng)線群5(備用)送到同步接口微機，并從同步接口微機送來的收報集合信號進行解幀后再通過線群2送至各個前置機相應(yīng)的報路上。
如果同步接口微機發(fā)生故障，則也通過監(jiān)測微機來替代同步接口微機執(zhí)行對收信集合碼流的幀同步碼的檢測和控制，并執(zhí)行與調(diào)制解調(diào)器收發(fā)信高速集合碼流的通信工作，這時中央處理微機裝幀解幀的集合信號經(jīng)線群7送到監(jiān)測微機。
至于中央處理微機，同步接口微機和監(jiān)視微機之間的控制程序是通過各個微機中的自控程序和各個微機之間的相互控制程序來實現(xiàn)的，也就是說確定某一個微機是否發(fā)生了故障，不僅僅依靠其自身發(fā)出的出錯信號，而且還必須至少有另兩個微機中的任一個也發(fā)出錯信號時，以少數(shù)服從多數(shù)的原則才能判定該微機發(fā)生了故障，并由另一個微機來代替執(zhí)行發(fā)生了故障的微機的功能。
在上述系統(tǒng)中的12個微機中自控程序和互控程序是通過各個微機中所含有的軟件來實現(xiàn)的，但是由于前置機［μp20］至［μp27］是功能完全相同的模塊，因此整個系統(tǒng)只需包括五個不同的軟件包，即前置機共用一個軟件包，后置機中的每個單片各用一個軟件包。盡管每個軟件完成的任務(wù)不同，但是它們必須具有圖6中所示的三大類功能或三個層。圖中為任意二個通過傳輸線群相連接的微機內(nèi)部所有的軟件應(yīng)具備的三大類功能層。
至于前置機和后置機中的各個微機中的軟件的具體設(shè)計，由于已超出本說明書應(yīng)當加以解釋的范圍，故不再贅述。
從上述本系統(tǒng)中的分級模塊備用方式的設(shè)計中可以看出一、在后置機部分中，因中央處理微機［μp11］，同步接口微機［μp12］，是完成本系統(tǒng)基本功能的群落部分，故為一級模塊；而監(jiān)視微機［μp10］是輔助功能模塊，即為二級模塊。當中央處理微機［μp11］發(fā)生故障時，則由監(jiān)測微機［μp10］激活其內(nèi)部用于執(zhí)行中央處理微機［μp11］的功能的軟件，從而放棄其自身的監(jiān)測工作而執(zhí)行中央處理微機［μp11］的功能。在監(jiān)測微機內(nèi)部還裝有同步接口微機［μp12］的備用軟件，當同步接口微機［μp12］發(fā)生故障時，監(jiān)測微機則同樣把同步接口微機的工作接過來。本實用新型所以將群路工作部件［μp11］和［μp12］的備用軟件同時安裝在監(jiān)測微機［μp10］內(nèi)，這是因為當系統(tǒng)發(fā)生故障時，監(jiān)視微機［μp10］所失去的某些功能并不影響系統(tǒng)基本的通信工作，并且二個備用軟件包裝在一起便于調(diào)用。從中可以看出，本系統(tǒng)不管是否發(fā)生哪個模塊損壞，所有正常部件均各盡其負，滿載工作。(不象一般的主備系統(tǒng)中的備用部件在系統(tǒng)正常時不參加工作)。因此提高了系統(tǒng)資源的利用率。
二、必須指出的是，本實用新型所述分布的后置機數(shù)量在大于3時，可以有效地避免因其中某一個微機故障而引起第一類、第二類錯誤造成的模塊誤切換。在一般雙機備用系統(tǒng)中，有時處于不工作狀態(tài)的備機發(fā)生故障，錯誤地把正常工作的主機撤換下來，產(chǎn)生誤倒換，這稱為第一類錯誤；有時，在工作中的主機發(fā)生了故障，應(yīng)倒換至備用機工作，但由于主機故障監(jiān)視部分和切換控制部分本身也有障礙，導(dǎo)致主機自診和互診失靈，造成該倒換而沒有倒換。即發(fā)生第二類錯誤。這兩類錯誤出現(xiàn)，概率不是很大，然而一旦產(chǎn)生將使系統(tǒng)癱瘓。在本實用新型所述系統(tǒng)中，三個以上微機參與檢測，并把相互測試的結(jié)果通知他方，如果某一微機發(fā)生第一類錯誤，要求切換主模機取而代之，但是，主模塊將自診和其他兩個微機(其中一個發(fā)生錯誤)對自己的測試結(jié)果一分析，顯然，產(chǎn)生切換的表決為12，即自己和另一個好的微機均表示不要切換，因此系統(tǒng)避免了第一類錯誤造成的誤切換。同樣，當主模塊發(fā)生第二類錯誤，即本身不能工作卻誤認為好不退出系統(tǒng)工作，這時備用模塊和另一個微機以21的優(yōu)勢判定有故障的主模塊應(yīng)該撤換下來(在前述分散通信網(wǎng)絡(luò)中，通知其他微機繞過該有故障的模塊而工作)。從而避免了第二類錯誤。
由上可知，本實用新型的分級模塊備用方式不會產(chǎn)生雙機備用系統(tǒng)中的第一類、第二類錯誤，有效地提高了可靠性。
此外、這種由單片機構(gòu)成的分布控制式系統(tǒng)都具有二個明顯的特點，首先，系統(tǒng)絕大部分的高速指令處理過程均在單片機內(nèi)部完成，如果單片機與擴展的外圍電路連接的話，那么，兩者之間僅發(fā)生信息上的交換。第二個特點，是系統(tǒng)具有的模塊化程序非常高，因為基本上一個微機模塊對應(yīng)一塊芯片，這是一般系統(tǒng)所不能達到的。
綜上所述，本實用新型所提供的三大技術(shù)措施使本實用新型的分布控制系統(tǒng)具有真正分散的、獨立的、互不影響的高可靠度結(jié)構(gòu)，并且，各個微機通信程序也較為簡單，使整個TDM系統(tǒng)處理能力得到提高。
下面將結(jié)合附圖對本實用新型的一個最佳實施例的細節(jié)作進一步的說明，從而使本實用新型中的TDM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和優(yōu)點更加清楚。其中附圖1為一般的TDM系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)框圖；附圖2為SOFTPLEX.101中微機分布控制的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖3為本實用新型中的微機分布控制的結(jié)構(gòu)示意附圖4為本實用新型中前置機中的8個微機與后置機中的任一個微機之間的通信線的連接方式；附圖5為圖4中前置機中的8個微機與后置機中的任一個微機之間的串行同步時序圖；附圖6為本實用新型中各個微機中所含有的軟件的功能層結(jié)構(gòu)方案；附圖7為本實用新型的一個實施例的電路布線圖，由于本圖較大，故劃分成a.b.c.d.e.f六個部分，其排列順序如下
附圖8為R.101建議(B)方案速率組合圖。
以下結(jié)合附圖7來說明本實用新型實施例的電路布線圖。本實施例是一種采用非透明的，按照國際電報電話咨詢委員會(CCITT)1984年紅皮書中的R.101建議設(shè)計的時分多路復(fù)用器系統(tǒng)。在本系統(tǒng)中的12個微機［μp00］，［μp10］，［μp11］，［μp12］，和［μp20－μp27］選用了INTEL公司MCS－48系列中的真正單片機8749。當然也可以選用其它型號的單片機，如8751，80c49，80c51等。這種單片機在一片集成芯片上擁有一個完整的微處理機，內(nèi)部有CPU和2K字節(jié)的EPROM，128字節(jié)的數(shù)據(jù)存貯器，一個CTC定時器，一個中斷輸入口和三個8位輸入輸出接口，再配上一個適當?shù)木w和四個電容即能工作起來。如圖所示，其中電容C51至C74為12個微機的振蕩電容，電容C93至C104為上電清零電容，電容C81至C92為電源濾波電容。采用單片微機的優(yōu)越性是顯然的，它把微機的六部分合而為一，從而提高了可靠性和模塊化程度。
上述各微機所具有的內(nèi)外通路線(和線群)以及具體連接方式及作用詳見表二。
表二各微機所具有的內(nèi)外通路線(和線群)的具體連接方式及作用
在通信同步線群與各微機的連接處加有隔離電阻R68至R88，在輸入線群與接口板的連接處，每一根線上加有RC信號濾波器R1至R50和C1至C50。線群6每一根線上加有RC信號濾波器R51至R58和C75至C78。圖中觸發(fā)器［3］、與非門［1］是同步接口微機［μp12］的中斷電路。發(fā)信時鐘TSETo經(jīng)與非門［1］的引腳2和3至觸發(fā)器［3］的D端，其輸出經(jīng)與非門［1］的引腳4至同步接口微機［μp12］的中斷輸入端INT而產(chǎn)生發(fā)信中斷。同樣，接收時鐘RSETo送至觸發(fā)器［3］的D端和與非門［1］的引腳4至同步接口微機［μp12］的中斷輸入端INT產(chǎn)生收信中斷。同步接口微機［μp12］的TRo和RRo對上述［3］集成片中的兩個觸發(fā)器進行中斷復(fù)位。由門電路［2］和D觸發(fā)器［4］組成監(jiān)測微機［μp10］的備用中斷電路。
在圖中的電源輸入端部分，電阻R89與發(fā)光兩極管D1作為＋5V電源指示。電容C105至C110是＋5V電源的濾波電容。
管理微機［μp00］由于需要大量的接口和數(shù)據(jù)存貯空間，故接成擴展型的。它通過擴展口通信線p20至P23和PROG與擴展芯片8243，即［JC5］連接，管理微機［μp00］的擴展控制線，PROG，A8至A11及CS1(P26)，CS2(P25)是控制操作面板的驅(qū)動線。電容C80是［JC5］的電源濾波電容。［JC6］是管理微機外帶的CMOS靜態(tài)數(shù)據(jù)存貯器6116，所有速率數(shù)據(jù)均貯存在其內(nèi)部。管理微機［μp00］的讀寫線(WR)，數(shù)據(jù)通信線(DB0－DB7)分別與外帶數(shù)據(jù)存貯器［JC6］的OE，WE和O1－O8相連，構(gòu)成數(shù)據(jù)傳送操作。管理微機［μp00］的DB0－DB7和ALE引腳連至地址鎖存器373［JC7］產(chǎn)生A0～A7地址線，它們與管理微機［μp00］的P20至P22組成外帶數(shù)據(jù)存貯器［JC6］的11根地址線，以選擇數(shù)據(jù)讀寫的物理地址。管理微機［μp00］的P23(即A11，經(jīng)CMOS門［8］連至數(shù)據(jù)存貯器［JC6］的片選線CE上，以控制數(shù)據(jù)讀寫時有效。D2，D3，R60和3V電池組成外帶數(shù)據(jù)存貯器［JC6］的保持電源。當系統(tǒng)關(guān)機或斷電后，CMOS存貯器仍不失電，這樣每次輸入的速率數(shù)據(jù)不會失掉，反向器［JC8］在斷電時仍工作，這時其門輸出為“1”，保證［JC6］不處在選中狀態(tài)。C79是濾波電容。
由于本實施例僅用了如此少的芯片－20塊芯片，故第一次把整個TDM系統(tǒng)的所有控制部分的電路做在一塊印刷板上，從而構(gòu)成TDM系統(tǒng)的核心－－微機板。為了使系統(tǒng)能與通路終端的電平相兼容，本系統(tǒng)還配有帶光電隔離的接口電平轉(zhuǎn)換板。每塊安排二個通路的接口單元，共24塊。本系統(tǒng)的集合信號經(jīng)線路接口板成為一個符合CCITT.V28建議的數(shù)據(jù)接口，與標準的V26調(diào)制解調(diào)器聯(lián)接，可發(fā)送和接收線路音頻信號。考慮到微處理機系統(tǒng)對電源要求高這一事實，本系統(tǒng)采用具有較高抗干擾能力的直流開關(guān)電源，并在輸入電源±24伏入口加兩個電源濾波器，由于本系統(tǒng)的微機的指令和數(shù)據(jù)高速碼流均在集成芯片內(nèi)部流通，芯片之間最高的數(shù)據(jù)流速率不超過2.4Kbit／s，也就是信號能量分布在相當小的低頻范圍內(nèi)(一般微機速率大于1000Kbit／s)，其干擾的分布概率小得多，再加上電源的抗干擾措施，有效地解決設(shè)備的受干擾“死機”問題，這樣也就提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。
本實用新型所述的TDM系統(tǒng)的設(shè)備結(jié)構(gòu)框圖，與圖1所示的基本相同，如圖所示，它由作為控制部分［2］的微機板，電平轉(zhuǎn)換接口［1］，電源［4］及調(diào)制解調(diào)器［3］和機架等五大部件組成。由于本實用發(fā)明主要是涉及作為本設(shè)備控制部分的微機板，所以對其它各部分的詳細情況就不再贅述。
從上述單片微機分布控制式時分多路復(fù)用器系統(tǒng)中還可以看出下列特點第一，前置機部分中的每個微機只管理6條報路而不是更多，這是因為受到微機本身速度和容量的限制。因為6條根路一收一發(fā)，每個脈沖如取樣100次，則共取樣速率為6×2×100×50＝1200×50＝60KC，而在一次取樣中要完成二次加法(合成計數(shù)，比特計數(shù))，二至四次判決，二條傳數(shù)指令，共需6～8條字令，故要求指令周期為T＝ 1/(60，000×(6～8)) ＝2－～2.8μs由于在本實用新型的實施例中，12片微機均采用INTEL公司的MCS－48系列單片機8749。由于8749的單周期指令的指令周期為1.38μs，故尚留有30％～50％的余量，這對今后進一步開發(fā)來說是必要和適當?shù)摹Ａ硗?749的ROM，RAM，I／O引腳也不適于管理更多的通路，否則就要采用擴展方式。這樣就會失去單片機結(jié)構(gòu)分明這樣的特點。
其次，從可靠性講，如一個單片機管理的通路太多，一旦該機發(fā)生故障，就要影響較多的通路，從而失去了分布系統(tǒng)的優(yōu)點。
再則，從通路組合特性來講，這樣可以使相互之間的牽連最少。參見圖8，只有當12路(或更多)為一組時，才能在一組內(nèi)(如第一組與第五組的12路)中完成50－300波特的各種組合而與其它組無關(guān)，顯然，這樣的分組路數(shù)太多。如果6路為一組時(即圖中分組)，只有200波特與其它組發(fā)生牽連。如4路一組或8路一組會比本實用新型分組有更多的牽連。而本實用新型采用6路一組，前置機正好8個，前置機與后置機一次傳數(shù)即為八位(一個完整的字)，這樣對數(shù)據(jù)的傳送、裝幀和解幀都十分方便。
權(quán)利要求1.一種時分多路復(fù)用設(shè)備中的數(shù)字處理系統(tǒng)，具有多個微處理機，其中包括用于通路輸入輸出的前置機和中央處理、同步、輔助管理等部分的后置機，本發(fā)明的特征在于，上述微處理機之間由分散網(wǎng)絡(luò)互相連接，所述的分散網(wǎng)絡(luò)由各個彼此獨立的通信線群構(gòu)成，每一通信線群連接且僅連接在兩個對應(yīng)的微處理機之間，每兩個對應(yīng)的微處理機可以是后置機與后置機，或者是前置機與后置機，在后置機中設(shè)置一個發(fā)送同步信號的通信同步線群，各個微處理機均備有若干相應(yīng)的同步線群的輸入端連接到上述同步線群上，各微處理機之間通信是在同步線群控制下串行同步通信的。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字處理系統(tǒng)，其進一步的特征在于，上述微處理機采用單片微處理機或部分采用單片微處理機的擴展系統(tǒng)。
3.據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字處理系統(tǒng)，其進一步的特征在于，上述的字處理系統(tǒng)共采用12個微處理機，其中8個負責報路的各種收發(fā)報處理功能的為前置機［μp20－μp27］，每一前置機管理一組報路，后置機至少包括四個微處理機，即負責系統(tǒng)和集合裝幀與解幀處理的中央處理機［μp11］；完成系統(tǒng)收信集合碼流的幀同步碼的檢測和控制的同步接微機［μp12］；負責監(jiān)視報路和集合信號的通信測試工作的監(jiān)視微機［μp10］；管理系統(tǒng)上操作面板、監(jiān)視系統(tǒng)各個微機處理機的工作狀態(tài)并加以測試診斷的管理微機［μp20］。
4.據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字處理系統(tǒng)，其進一步的特征在于，在后置機通過線群5把同步接口微機［μp12］與中央處理機［μp11］相連接，通過線群4A把同步接口微機［μp12］與管理微機［μp20］相連接；通過線群5′把同步接口微機［μp12］與監(jiān)視微機［μp10］相連接；通過線群4B把管理微機［μp20］與監(jiān)視微機相連接，通過線群4C把管理微機［μp20］與中央處理微機［μp11］相連接，上述后置機的分散連接的網(wǎng)絡(luò)呈網(wǎng)狀式互不交叉的結(jié)構(gòu)。
5.據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字處理系統(tǒng)，其進一步的特征在于，后置機與前置機的連接是呈輻射狀結(jié)構(gòu)的，后置機之一的中央處理微機［μp11］通過線群1中的通信線群C1～C8分別與前置機中的8個微處理機［μp20～μp27］相連接；后置機之一的管理微機［μp12］通過線群2中的通信線群C1～C8分別與前置機中的8個微處理機［μp20～μp27］相連接；后置機之一的監(jiān)視微機［μp10］通過線群3中的通信線群C1～C8分別與前置機中的8個微機理機［μp20～μp27］相連接，上述前置機中的8個微處理機［μp20～μp27］分別設(shè)置一個輸入端通過電阻R0～R7與上述后置機相連接。
專利摘要一種單片微機分布控制式時分多路復(fù)用設(shè)備中的數(shù)字處理系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中采用多個微機，其中部分微機為前置機部分，即通路輸入輸出部分，每個微機管理一組報路，另一部分微機為后置機部分，即系統(tǒng)收發(fā)信號部分，上述微機之間的通信是采用分散網(wǎng)絡(luò)同步通信方式和/或分級模塊備用方式，上述微機可以采用單片機(或部分采用單片機擴展系統(tǒng))。從而使本系統(tǒng)具有真正分散的、獨立的高可靠度結(jié)構(gòu)，通信程序簡單，整個系統(tǒng)的處理能力得到提高。
文檔編號H04J3/00GK2032778SQ87209878
公開日1989年2月15日 申請日期1987年7月4日 優(yōu)先權(quán)日1987年7月4日
發(fā)明者鄭奇寶, 趙景壁, 童德在, 張嘉華, 謝采娣, 陳冰如 申請人:上海電信設(shè)備三廠