BITBUS

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BITBUS

• Présentation

Patrick MONASSIER Université Lyon 1 France
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BitBus
Présentation

• 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 dINTEL.
• Bitbus est basé sur le concept dintelligence
  répartie.
• La communication sétablit 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 linformation
• Larchitecture 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
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BitBus
Topologie
Topologie Maître / Esclaves
Esclave
Maître
Esclave
Esclave
Esclave
Esclave

• Bitbus supporte jusquà 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
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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, lhorloge et les données sont
  séparées, chacune sur une paire différentielle
• En mode self clock, lhorloge 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
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BitBus
Interface en mode Synchrone
Le mode synchrone utilise deux signaux en mode
différentiel
Chaque segment supporte jusquà 28 noeuds
Une paire de fils pour les données DATA et
DATA
Une paire de fils pour le signal dhorloge DCLK
et DCLK
Les données changent sur le front descendant de
lhorloge
Le signal horloge est toujours généré par la
station qui émet
Les données sont lues sur le front montant de
lhorloge
Distance maxi 30 mètres pour des vitesses allant
de 500 Kb/s et 2,4 Mb/s
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BitBus
Interface en mode Self Clock
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 jusquà 28 noeuds
Un utilisant des répéteurs, on peut aller jusquà
250 nuds
Un répéteur nécessite une seconde paire de fils
différentielle RTS et RTS
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BitBus
Interface en mode Self Clock
Le codage NRZI combine les données et lhorloge
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
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BitBus
Schéma dun répéteur
Le répéteur réalise ou non lisolation électrique
des segments, selon le besoin de lapplication
Données
Données
Quand lesclave répond, il retourne la polarité
de la paire RTS / RTS, ce qui retourne la
direction de tous les répéteurs entre lesclave
et le maître.
Direction
Direction
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BitBus
Codage en Synchrone
Les données changent sur le front descendant de
lhorloge
Les données sont lues sur le front montant de
lhorloge
Horloge
Données
Conventions du signal électrique
Signal actif 1 potentiel électrique
haut nom NAME
Signal inactif 0 potentiel électrique
bas nom NAME
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BitBus
Codage en mode Self Clock
Note Le bit stuffing ne sapplique 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
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BitBus
Bit Stuffing en mode Self Clock
Cest le codage NRZI qui est choisi pour BITBUS
Note Le bit stuffing ne sapplique 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 ny
a pas de front de synchronisation si le code
reste constament à 0 ou à 1
Il ny a plus aucun front sur le signal pour
resynchroniser lhorloge du récepteur. Il y a
risque certain de dérive dans le temps.
La station émettrice impose lhorloge du signal
La station réceptrice doit se cale sur lhorloge
de lémetteur
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 lémission puis seront
retirés à la réception
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BitBus
Spécifications du signal de transmission
Les transmetteurs doivent être dévalidés dans un
temps compris entre 1 et 4 durées de bits après
lindication (flag) de fin de trame.
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BitBus
Spécifications du récepteur signal horloge en
mode synchrone
Les récepteurs doivent être à même de recevoir un
signal de 500 Kb/s à 2,4 Mb/s
1 / 2,4e06 417 ns
Temps de montée / descente du signal imposé
entre 25 ns et 100 ns
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BitBus
Spécifications de la paire signaux DATA DCLK en
mode synchrone
Il faut respecter des temps mini 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.
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BitBus
Spécifications du signal de données en mode Self
Clock
Lhorloge est transmise par lémetteur, en même
temps que les données.
Le récepteur utilise une référence dhorloge
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
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BitBus
Format de trame
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 ladresse de lesclave 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 cest linverse ( MSB
Most Significant Bit en premier )
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BitBus
Format de trame
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 lesclave
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
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BitBus
Champ de contrôle
Trames Non Numérotées
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
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BitBus
Synchronisation
Autre
Reset
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
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BitBus
Trame reçue du maître
Synchronisation
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
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BitBus
Synchronisation
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
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BitBus
Supervision
Unnumbered frames
Supervisory frames
LSB (premier transmis)
Information frames
1
1
0
0
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
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BitBus
Supervision
Unnumbered frames
Supervisory frames
LSB (premier transmis)
Information frames
1
1
0
0
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
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BitBus
Information
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
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BitBus
Format du message (données)
Trame
CONTROLE
DONNEES
CRC (FCS)
1 N
2
Octets
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
MT MESSAGE 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
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BitBus
Format du message (données)
Réponses possibles de l'esclave
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BitBus
Les Commandes RAC
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 N1)
Jusqu'à 125 Tâches Utilisateur possibles
(Tâches N 80h à FEh)
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BitBus
La tâche RAC
Remote Access and Control
Liste des commandes intégrées dans la Tâche RAC
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BitBus
La tâche RAC
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
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BitBus
La tâche RAC
Remote Access and Control
04 Get ID
04 Get ID - Identification des tâches
Retourne les N de tâches présentes dans
l'esclave interrogé
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BitBus
La tâche RAC
Remote Access and Control
08 09 Memory Cde
08 / 09 Memroy Commands - Download - Upload
Ecrit ou lit des zones mémoires de l'esclave
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BitBus
La tâche RAC
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
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BitBus
La tâche RAC
Remote Access and Control
0D 0E Status Command
0D 0E Status Commands - Read - Write Crée
une zone d'échange Maître/Esclave en mémoire
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BitBus
Connectique
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BitBus
Connectique
PC 104
Répéteur
Cartes, boîtiers et connectique
PCI
http//www.bitbus.org
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BitBus
Connectique
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