BITBUS

1. BITBUS Présentation Patrick MONASSIER Université Lyon 1 France

2. Présentation BitBus • Bitbus (IEEE...) a été créé par la Firme INTEL (USA) au début des années 1980 • Le controleur 8044 (à base de microcontroleur 8051) a été le principal circuit Bitbus d’INTEL. • Bitbus est basé sur le concept d’intelligence répartie. • La communication s’établit entre stations en liaison série, par échange de trames typées SDLC sur support RS485 • Les trames de Bitbus sont courtes, pour assurer un transport rapide de l’information • L’architecture est du type maître / esclave 8044 Intel a arrêté la production du i8044 et du i80152. Mais le 80152 est produit maintenant par KAWASAKI et INNOVASIC. BITBUS a par exemple été implémenté en utilisant des composants tels que le MC 68360 80152

3. Topologie BitBus Topologie Maître / Esclaves Esclave Maître Esclave Esclave Esclave Esclave • Bitbus supporte jusqu’à 250 noeuds (ou stations) • Le support physique est filaire, en mode différentiel (1 ou 2 paires), basé sur la norme RS485 Maître Esclave • BITBUS autorise 1 niveau supplémentaire de topologie Maître /Esclave Esclave Esclave Maître Esclave Esclave Esclave Maître

4. BitBus Topologie Mode synchrone Mode self clock DCLK CLK & DATA DATA DATA DCLK DATA & CLK DATA DCLK DATA & CLK • 2 options filaires: • - 2 paires en mode synchrone • - 1 paire en mode self clocked • En mode synchrone, l’horloge et les données sont séparées, chacune sur une paire différentielle • En mode self clock, l’horloge et les données sont transmises ensemble, en mode NRZI • Les vitesses de transmission vont de 62,5 Kb/s à 2.4 Mb/s pour des distances de 1200 m à 30 m Codage bit NRZI 0 1 NRZI : Non Return to Zero Inverted

5. Interface en mode Synchrone BitBus Le mode synchrone utilise deux signaux en mode différentiel : Chaque segment supporte jusqu’à 28 noeuds Une paire de fils pour les données : DATA et DATA* Une paire de fils pour le signal d’horloge : DCLK et DCLK* Les données changent sur le front descendant de l’horloge Le signal horloge est toujours généré par la station qui émet Les données sont lues sur le front montant de l’horloge Distance maxi: 30 mètres pour des vitesses allant de 500 Kb/s et 2,4 Mb/s

6. Interface en mode Self Clock BitBus Utilisé pour les grandes distances : 2 fréquences sont normaliseées - 375 Kb/s pour 300 mètres maxi - 62,5 Kb/s pour 1200 mètres maxi Chaque segment supporte jusqu’à 28 noeuds Un utilisant des répéteurs, on peut aller jusqu’à 250 nœuds Un répéteur nécessite une seconde paire de fils différentielle : RTS et RTS*

7. Interface en mode Self Clock BitBus Le codage NRZI combine les données et l’horloge sur le même signal Codage bit NRZI 0 1 NRZI : Non Return to Zero Inverted La paire de fils RTS et RTS* est utilisée uniquement pour les sections avec répéteurs

8. Schéma d’un répéteur BitBus Le répéteur réalise ou non l’isolation électrique des segments, selon le besoin de l’application Données Données Quand l’esclave répond, il retourne la polarité de la paire RTS / RTS*, ce qui retourne la direction de tous les répéteurs entre l’esclave et le maître. Direction Direction

9. Codage en Synchrone BitBus Les données changent sur le front descendant de l’horloge Les données sont lues sur le front montant de l’horloge Horloge Données Conventions du signal électrique : Signal actif 1 potentiel électrique haut nom: NAME Signal inactif 0 potentiel électrique bas nom: NAME*

10. Codage en mode Self Clock BitBus Note : Le bit stuffing ne s’applique pas sur les entêtes et fins de trames codées : 0 1 1 1 1 1 1 0 Le principe du bit stuffing est utilisé après 5 bits consécutifs identiques Données = = Le récepteur se resynchronise sur le signal par un DPLL (Digital Phase Locked Loop) à fréquence de base x16

11. Bit Stuffing en mode Self Clock BitBus C’est le codage NRZI qui est choisi pour BITBUS Note : Le bit stuffing ne s’applique pas sur les entêtes et fins de trames codées : 0 1 1 1 1 1 1 0 Le codage NRZI est simple, mais attention, il n’y a pas de front de synchronisation si le code reste constament à 0 ou à 1 Il n’y a plus aucun front sur le signal pour resynchroniser l’horloge du récepteur. Il y a risque certain de dérive dans le temps. La station émettrice impose l’horloge du signal La station réceptrice doit se cale sur l’horloge de l’émetteur 5 bits consécutifs 5 bits consécutifs Signal 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 ………. Solution : le Bit Stuffing ou remplissage bit NRZI 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 ………. Ces bits sont ajoutés à l’émission puis seront retirés à la réception

12. Spécifications du signal de transmission BitBus Les transmetteurs doivent être dévalidés dans un temps compris entre 1 et 4 durées de bits après l’indication (flag) de fin de trame.

13. Spécifications du récepteur signal horloge en mode synchrone BitBus Les récepteurs doivent être à même de recevoir un signal de 500 Kb/s à 2,4 Mb/s 1 / 2,4e+06 417 ns Temps de montée / descente du signal imposé : entre 25 ns et 100 ns

14. Spécifications de la paire signaux DATA – DCLK en mode synchrone BitBus Il faut respecter des tempsmini et maxi entre les signaux Horloge et Données 200ns mini 200 ns mini Spécifiquement, les transmetteurs pour les 2 signaux doivent physiquement être dans le même composant, les câbles de même type et de même longueur, avec la même charge.

15. Spécifications du signal de données en mode Self Clock BitBus L’horloge est transmise par l’émetteur, en même temps que les données. Le récepteur utilise une référence d’horloge différente pour retrouver les données. La tolérance pour chacune des horloges doit être de +/- 1% pour les 2 vitesses de 375 Kb/s et 62,5 Kb/s tcell Données 375 Kb/s 62,5 Kb/s 2,640 us min 15,84 us min 2,693 us max 16,16 us max tcell

16. Format de trame BitBus Unnumbered frames - Synchronisation - Supervision - Information CRC sur 16 bits X16 + X12 + X5 + 1 Supervisory frames Information frames Trame FLAG ADRESSE CONTROLE DONNEES CRC (FCS) FLAG 1 1 1 N 2 1 Octets 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 Contient toujours l’adresse de l’esclave de 0 à 255 Le bit le moins significatif est transmis en tête de chaque octet ( LSB - Least Significant Bit ) sauf pour le champ CRC où c’est l’inverse ( MSB – Most Significant Bit en premier )

17. Format de trame BitBus Unnumbered frames - Synchronisation - Supervision - Information Supervisory frames Information frames Trame CONTROLE Unnumbered frames Esclave synchronisé sur le maître Le transfert de séquences de messages entre le maître et l’esclave Réalisé par des trames Non Numérotées Champ Contrôle de la trame non numéroté Supervisory frames Utilisées pour l'administration du réseau Contrôle d'état des esclaves Validation des trames émises par le maître Acquittement des trames par l'esclave Information frames Echange de trames de données Echange de valeurs entre Maître/Esclave et inversement

18. Champ de contrôle Trames Non Numérotées BitBus Unnumbered frames LSB (premier transmis) Supervisory frames 1 1 1 Information frames Code d' opération OPERATION COMMANDE REPONSE VALEUR champ contrôle SNRM X 93h - 1001 0011 DISC X 53h - 0101 0011 UA X 73h - 0111 0011 FRMR X 97h - 1001 0111 Une trame émise par le maître est toujours acquittée par l'esclave Maître Esclave Maître Esclave SNRM Set Normal respone mode DISC Disconnect UA Unnumbered Acknowledge FRMR Frame reject

19. Synchronisation Autre Reset BitBus Unnumbered frames Etat de la sation esclave Supervisory frames Information frames NDM DISC Disconnect NRM Normal Response Mode NDM Normal Disconnect Mode UA Unnumbered Acknowledge FRMR Frame reject SNRM Set Normal Response Mode NON (RR ou RNR ou I) ou erreur de protocole SNRM NRM Autre

20. Trame reçue du maître Synchronisation BitBus Unnumbered frames Supervisory frames Information frames Réponse de l'esclave en état NRM L'esclave répond à une trame envoyée par le maître en respectant cet organigramme Maître Esclave Maître Esclave Une trame émise par le maître est toujours acquittée par l'esclave FRMR Frame reject I Information Frame RR Receiver Ready RNR Receiver Not ready Trame retournée par l'esclave FRMR I RR RNR

21. Synchronisation BitBus Unnumbered frames Exemple d'échange de synchronisation Supervisory frames Information frames Station Escalve Station Maître La réponse dépend de l'état de l'esclave Toujours la même séquence DISC Disconnect NRM Normal Response Mode NDM Normal Disconnect Mode UA Unnumbered Acknowledge FRMR Frame reject SNRM Set Normal Response Mode Une trame émise par le maître est toujours acquittée par l'esclave Maître Esclave Maître Esclave

22. Supervision BitBus Unnumbered frames Supervisory frames LSB (premier transmis) Information frames 0 0 1 1 0 - RR 1 - RNR Numéro de séquence RR Receiver Ready RNR Receiver Not ready Une trame émise par le maître est toujours acquittée par l'esclave Maître Esclave Maître Esclave

23. Supervision BitBus Unnumbered frames Supervisory frames LSB (premier transmis) Information frames 0 0 1 1 0 - RR 1 - RNR Numéro de séquence Nr RR L'esclave est prêt pour l'échange de données RNR L'esclave n'est pas prêt à recevoir une trame Nr - Number Receiver Ns - Number Sender RR et RNR contiennent un Numéro de Séquence Le Numéro de séquence acquitte la trame reçue en Nr-1 En réception, Nr-1 est comparé à Ns - Numéro de séquence géré par le maître En réception, si Nr = Ns + 1 : Echange correct Nr = Ns : La trame est réémise

24. Information BitBus Unnumbered frames LSB (premier transmis) Supervisory frames 1 0 Information frames Numéro de séquence Ns Numéro de séquence Nr Exemple 1 Exemple 2 Exemple 3

25. Format du message (données) BitBus Trame CONTROLE DONNEES CRC (FCS) Octets 1 N 2 LENGTH - Longueur des données en octets (N) - Normalisé pour 20 - soit 13 données (1) - Extensible jusqu'à 255 - soit 248 données (1) - peut être inférieur à 20 (1) 2 octets gardé en réserve Entête N MTMESSAGE TYPE - Order = 1 Replies 1 SE SOURCE EXTENSION - Master device = 1 Master Extension = 0 DE DESTINATION EXTENSION - Slave Device extension = 1 Slave Device = 0 TR TRACK - sending messge = 1 Receiving Message = 0 NODE ADDRESS de 1 à 250 (adresse physique) TASK identifie les tâches en communication Données 1 octet COMMAND / RESPONSE dialogue envoi / réponse

26. Format du message (données) BitBus Réponses possibles de l'esclave

27. Les Commandes RAC BitBus Remote Access and Control INTELLIGENCE REPARTIE Esclave Maître Esclave Esclave Esclave Esclave Intelligence répartie - Tâche RAC intégrée d'office par le protocole BitBus - Tâches utilisateur Microcontrôleur esclave Le microcontrôleur gère les tâches Mise en sécurité si rupture du réseau Tâche RAC (Tâche N°1) Jusqu'à 125 Tâches Utilisateur possibles (Tâches N° 80h à FEh)

28. La tâche RAC BitBus Remote Access and Control Liste des commandes intégrées dans la Tâche RAC

29. La tâche RAC BitBus Remote Access and Control 01 Reset Slave 02 Create Task 03 Delete task 01 Reset 01 Create task Active la tâche déjà contenue dans la mémoire de la station esclave Le N° de tâche est passé en paramètre Station esclave Espace mémoire de la station Tâches Présentes Chaque tâche est identifiée par son N° de tâche 02 Delete task Désctive une tâche active Le N° de tâche est passé en paramètre

30. La tâche RAC BitBus Remote Access and Control 04 Get ID 04 Get ID - Identification des tâches Retourne les N° de tâches présentes dans l'esclave interrogé

31. La tâche RAC BitBus Remote Access and Control 08 09 Memory Cde 08 / 09 Memroy Commands - Download - Upload Ecrit ou lit des zones mémoires de l'esclave

32. La tâche RAC BitBus Remote Access and Control 05 06 07 0A 0B 0C I/O Commands 05 06 07 & 0A 0B 0C I/O Commands - Read - Write - Update - OR - AND - XOR Accès direct aux E/S physiques gérées par le microcontrôleur esclave

33. La tâche RAC BitBus Remote Access and Control 0D 0E Status Command 0D 0E Status Commands - Read - Write Crée une zone d'échange Maître/Esclave en mémoire

34. Connectique BitBus

35. Connectique BitBus PC 104 Répéteur Cartes, boîtiers et connectique PCI http://www.bitbus.org

36. Connectique BitBus Station en châssis Fond de panier Accès BitBus Cartes entrées / sorties et autres …

37. Fin de présentation Merci de votre attention Patrick MONASSIER Université Lyon 1 France