Интерфейсные функции. 
Автоматизированные измерительные и диагностические комплексы, системы и технические устройства

Основные функции интерфейса заключаются в обеспечении информационной, электрической и конструктивной совместимости между функциональными элементами системы Информационная совместимость — это согласованность взаимодействий функциональных элементов системы в соответствии с совокупностью логических условий. Логические условия определяют:

• · структуру и состав унифицированного набора шин;
• · набор процедур по реализации взаимодействия и последовательности их выполнения для различных режимов функционирования;
• · способ кодирования и форматы данных, команд, адресной информации и информации состояния;
• · временные соотношения между управляющими сигналами.

Логические условия информационной совместимости определяют функциональную и структурную организацию интерфейса и для большинства интерфейсов стандартизируются. Условия информационной совместимости определяют объем и сложность схемотехнического оборудования и программного обеспечения, а также основные технико-экономические показатели (пропускную способность и надежность интерфейса).

Электрическая совместимость — это согласованность статических и динамических параметров передаваемых электрических сигналов в системе шин, с учетом используемой логики и нагрузочной способности элементов.

Условия электрической совместимости определяют:

• · тип приемопередающих элементов;
• · соотношение между логическим и электрическим состояниями сигналов и пределы их изменения;
• · коэффициенты нагрузочной способности приемопередающих элементов;
• · схему согласования линии;
• · допускаемую длину линии и порядок подключения линий к разъемам;
• · требования к источникам и цепям электрического питания;
• · требования к помехоустойчивости и заземлению.

Условия конструктивной совместимости определяют:

• · типы соединительных элементов (разъем, штекер);
• · распределение сигналов интерфейса по контактам соединительных элементов;
• · типы конструкции платы, каркаса, стойки;
• · конструкции кабельного соединения.

Выполнение информационных электрических и конструктивных условий интерфейса необходимо, но не достаточно для взаимного сопряжения устройств и обмена данными между ними. Эти устройства должны выполнять в определенной последовательности операции, связанные с обменом информации: распознавать адрес сообщения, подключаться к линиям интерфейса, передавать сообщение в интерфейс, принимать его из интерфейса и др.

Интерфейсные функции отличаются от приборных, связанных непосредственно с проведением измерения, т. е. с преобразованием данных, их накоплением, первичной обработкой, представлением и др.

Интерфейсные функции обеспечивают совместимость друг с другом различных приборов, не ограничивая работоспособность других приборов в системе. Функции, которые устройства выполняют чаще всего, называются основными. К ним относятся:

• · выдача и прием информации (выполняются источниками и приемниками информации);
• · управление передачей данных (функция контроллера);
• · согласование источника информации (выполняется устройством-источником или контроллером);
• · согласование приемника информации (выполняется устройством-приемником или контроллером).

Функции контроллера может выполнять не только одно, но и несколько устройств в системе.

Основные функции интерфейса, которые необходимо реализовать для обеспечения информационной совместимости, определяются функциональной организацией интерфейса. На канал управления возложены функции селекции информационного канала, синхронизации обмена информацией, координации взаимодействия, а на информационный' канал возлагаются функции буферного хранения информации, преобразования формы представления информации и др.

Селекция, или арбитраж, информационного канала обеспечивает однозначность выполнения процессов взаимодействия сопрягаемых элементов системы.

Анализ возможных вариантов реализации способов селекции устройств на информационной магистрали позволяет выделить следующие операции селекции: инициирование запроса, выделение приоритетного запроса, идентификация запроса.

Инициирование запроса включает в себя процедуры выдачи, хранения и восприятия запроса на организацию процесса взаимодействия. Сигналы запроса могут храниться в регистре управляющего блока (радиальная структура шины запроса) или на отдельных триггерах каждого интерфейсного блока (магистральная структура шины запроса).

Функция выделения приоритетного запроса осуществляется на основе анализа сигналов занятости информационного канала, разрешения приоритетного прерывания, запроса источника сообщения и зависит от числа уровней приоритета.

Идентификация запроса заключается в определении адреса приоритетного источника запроса. В машинных интерфейсах получаемая при запросе адресная информация называется вектором прерывания. Последний обозначает начальный адрес программы обслуживания прерывания от данного устройства.

Функция синхронизации определяет временное согласование процессов взаимодействия между функциональными устройствами системы.

Функция координации определяет совокупность процедур по организации и контролю процессов взаимодействия устройств системы. Основными операциями координации являются настройка на взаимодействие, контроль взаимодействия, передача функций управления (настройки).

В момент обращения одного устройства к вызываемому последнее может находиться в состоянии взаимодействия или в нерабочем состоянии. Поэтому процессы взаимодействия элементов системы могут иметь два уровня конфликтных ситуаций при доступе: к информационному каналу интерфейса и к устройству системы. Таким образом, операция настройки включает процедуры опроса и анализа состояния вызываемого устройства, а также передачи команд и приема информации состояния. Последовательность операций настройки может быть различной и зависит от сложности алгоритмов работы функциональных устройств системы. В большинстве случаев алгоритмы настройки дополняются программным способом посредством передачи кодов команд и состояний по информационной шине.

Операции контроля направлены на обеспечение надежности функционирования интерфейса и достоверности передаваемых данных. В процессах асинхронного взаимодействия возможно возникновение так называемых тупиковых ситуаций, приводящих к искажениям кодовых комбинаций передаваемых данных. Поэтому в операции контроля входят разрешение тупиковых ситуаций асинхронного процесса взаимодействия и повышение достоверности передаваемых данных. Контроль тупиковых ситуаций взаимодействия основывается на измерении фиксированного интервала времени, в течение которого должно поступать ожидаемое асинхронное событие. Если за контролируемый интервал времени событие не поступает, то фиксируется неисправность. Операция контроля тупиковых ситуаций получила название «тайм-аут» .

Контроль передаваемых данных основывается на использовании кодов, построенных на известных принципах избыточного кодирования информации (циклические коды, код Хеминга, контроль кодов на четность и др.).

В целях повышения надежности управления и эффективности использования составных элементов системы необходима передача функции координации между функциональными устройствами. Эта операция передачи управления характерна для интерфейсов с децентрализованной структурой управления.

Повышение надежности достигается резервированием управления (при отключении питания или отказе интерфейсного модуля, выполняющего функции управления интерфейсом).

Повышение эффективности использования оборудования системы достигается исключением дублирования дорогостоящих устройств путем доступа к ним с разделением времени двух и более контроллеров и ЭВМ.

Информационный канал интерфейса предназначен для реализации функции обмена и преобразования информации.

Основными процедурами функции обмена является прием и выдача информации (данных, состояния, команд, адресов) регистрами составных устройств системы. Основные процедуры функции преобразования следующие: преобразование последовательного кода в параллельный и наоборот; перекодирование информации; дешифрация команд, адресов; логические действия над содержимым регистра состояния.