單片微機分布控制式時分多路復用器的制作方法

專利名稱:單片微機分布控制式時分多路復用器的制作方法
本發明屬于電報和低速數據通信的一種傳輸設備，具體地說是涉及到把若干條電報和低速數據通路采用時間分割的方法在一條模擬話路或數字集合信道上進行多路復用的通信設備，即時分多路復用器系統。
時分多路復用器(TimeDivisionMultiplexsystem，下文中簡稱TDM系統)是國外60年代開始為了提高話路復用能力，提高報路質量，適應低速數據通信需要而逐步發展起來的一種較為理想的多路傳輸設備，也是現代和未來低速數據通信不可缺少的多路傳輸設備。采用傳統的頻分制設備，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波特通路對于現代數據傳輸是相當普通和重要的。而時分制設備與頻分制設備相比，具有容量大，傳輸速率高，適應性強等優點，并且由于內部控制和信號處理均數字化，摒棄了復雜的電感、電容等頻率元件，不僅宜于生產，性能穩定，而且增加了功能。由于TDM系統是依賴于復雜的邏輯控制和數字信號處理技術工作的，所以只能在微電子工業充分發展的時代才得以實現。我國從70年代開始引進國外時分制設備，特別是近幾年隨著我國電報通信事業的飛速發展，TDM復用器逐步取代頻分制載報機已成為必然的趨勢，所以研制和開發新穎的TDM系統也成為十分迫切的課題。
參見圖1，這是TDM系統的邏輯結構框圖。由于電平轉換[1]和電源部分[2]都有成熟的電路，一般的調制調解器[3]也有專門的產品生產，所以對于一個TDM系統來說，設計的主要對象是控制部分[2]。控制部分[2]實際上就是一個數字信號的處理系統，本系統在滿載時最多要同時開通46路電報或數據通路，因此系統的可靠性是一個相當重要的問題，如果系統癱瘓，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，設備元件增多，成本上升。
TDM系統設計中的另一個問題是要求數字處理系統的處理速度相當高。如果每一通路(50波特)的抽樣數為單位脈沖的100倍的話，則僅處理收發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。許多國內外的TDM系統采用了幾個CPU并行工作或高速的位片機及用集成電路設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計思想，使用的元件(主要指集成片)的數目相當多，這對生產、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系統的各種功能，使TDM系統具有相當的靈活性。例如，意大利FATME公司的ZATF46CD，荷蘭菲利蒲的3TR1600，美國通用數據通信工業公司的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的數字處理系統中不同程度地采用了微處理機技術。但是上述數字系統都是采用集中式的微機控制方式。就國內情況而言，南京通信設備廠自行設計的BZS01型TDM系統尚未使用微機控制，北京郵電部數據研究所研制的TDM系統是國內唯一采用微機程控的，但也是集中控制的方式。
隨著計算機技術的發展，在現代通信技術中出現了分布控制網絡系統的概念，從而使得TDM系統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中由若干個獨立的微機有機地協調工作，從而大大提高了處理能力，如果一個微機每秒鐘能執行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，顯然大大節約了元器件，降低了成本。有效地提高了系統可靠性。
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，隨著大規模集成電路制造技術的發展，其比價的趨勢將繼續下降，并且比用較多的外圍電路的微機系統的成本反而要低。
據現有文獻所知，日本KDD公司的SOFTPLEX.101TDM的數字處理系統采用了這種先進的體系結構設計思想一一分布控制方法(參見電機及電子學工程師聯合會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設備的軟件控制多路處理技術(簡稱SOFTPLEX·101)。參見附圖2，這是SOFTPLEX·101數字處理系統中微機分布控制的結構圖，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;系統收發信號單元采用5個微機，包括調制解調器，多路信號裝置，系統控制器，電平轉換單元，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中的，其中一個發生故障，不會影響整個系統工作，從而提高了工作的可靠性。但是，在集中控制的微機系統中，只要有部分器件失效，就將迫使整個系統癱瘓，從而導致通信中止。另外，在采用分布式控制方式的SOFTPLEX·101系統中，可以有更多的微機協同參與工作，使TDM的功能得到進一步的完善，并能實現系統的自我診斷及系統終端的自動維護等功能。
日本KDD公司的SOFTPLEX·101系統中的微機采用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，這是該系統的又一個重要特色。微機之間的通信是分布式控制系統設計的關鍵。另外，信號處理的延時對分布式控制系統也十分敏感，該系統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數據存貯器及外圍接口電路外，專門用了優先中斷控制器PIL(即MB472)，實現中斷式的實時快速處理和通信。該系統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系統的功能和可靠性優于普通的采用集中式控制的數字處理系統，但是SOFTPLEX·101系統也存在下列缺點第一，在該數字處理系統中采用了16～18個微處理機，故其芯片數量是相當可觀的，一個基本的MB8861微機需用六片以上芯片，整個系統需用上百片大小規模的集成片，所以出現故障的概率還是較大的，系統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，時分多路復用器總線、調制解調器信號總線和系統控制總線，三根總線分別完成系統控制和數據傳輸的任務，因此，同樣會產生由于某一個微機的故障而引起總線失效，導致整機癱瘓。
第三，在系統的收發信號單元部分中，來自于輸入輸出單元(IOU)的46路信號均需通過調制解調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生故障均會引起整個系統的通信中斷。
第四，難以精確確定上百片芯片的故障位置。盡管SOFTPLEX·101系統有一個專門系統控制微機，但它只能對系統內的任何一個微機的整體故障進行監控和測試，而不能監測到每一個微機的內部故障(如微機中的某個CPU，EPROM，RAM及PIC等)。這些內部的系統組織均連接在同一總線上，任何一個發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是一個標準結構的微機，所有設備均通過一個高速(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量級上。
所以本發明的任務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的數字處理系統，本發明的進一步目的是在上述數字處理系統中用單片機代替由多個芯片組成的標準結構微處理機，從而進一步提高系統的可靠性。
本發明的上述目的是分別通過分散網絡同步通信方式、分級模塊備用方式和采用單片機三個方面的技術措施加以實現的，這三個技術措施是相互獨立的，即可以只采用其中任意一項或二項技術措施，也可以同時采用三項技術措施。下面對本發明的構思及三項技術措施分別加以介紹在一種時分多路復用傳輸設備的數字處理系統中采用多個微機，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，即系統收發信號部分，在本發明中，上述數字處理系統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絡同步方式，即這些通信線群(所謂線群是一個或數個通信線的集合)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狀結構，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的微機進行單線通信，即采用輻射狀結構;必須著重指出的是上述微機之間的通信均采用分散網絡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據采用串行方式逐個發送出去，并在后置機中的各個微機分別設置一通信同步線群，(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、本發明的后置機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，當用于執行基本性能的微機模塊發生故障時，由執行輔助性能的模塊頂替工作，即這些模塊先放棄執行其輔助性能，全速面向一級模塊所執行的任務;
在上述系統中的各個微機中執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果按照少數服從多數的原則來確定的。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部所具有的三個功能層。
功能應用層，就是微機為了完成各個自身任務而編制的子程序的集合;
功能管理層，它是比功能應用層更高的一個層，它主要用來執行監視各種機器標志狀態，安排子程序間的秩序，調度工作進展，啟用軟件包等管理工作;
數據通信層，它是比功能管理層再高的一個層次，由于本系統中采用中斷傳輸，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，數據通信功能是中斷服務程序的一部分，它將其它微機送來的命令數據接受下來后送到指定的存貯單元，而管理程序和應用程序是根據這些命令和數據來作出其進展判斷的。
三、上述前置機和后置機的微機采用單片機。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構成上述的分布控制式系統也不偏離本發明的精神實質。
為了將上述發明構思進一步解釋清楚，下面再給出一個較為具體的實例如圖3所示是本發明中的微機分布控制的結構方案。整個TDM系統由12個微機構成，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]發送的各路發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的各個報路上;
同步接口微機[μp12]，用于執行對收信集合碼流的幀同步碼的檢測和控制，執行與調制解調器收發信高速集合碼流的通信工作;
監視微機[μp10]，用于通信線群2與前置機之間的通信聯絡，以監視報路集合信號是否發生畸變等業務通信管理工作;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系統中前置機和后置機中的每一個微機進行通信，以便監視各個微機的工作狀態并加以測試診斷，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對系統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絡同步方式，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，即由與相對應的兩個微機之間的通信線群組成互不交錯的通信網絡;
如圖3所示，后置機中的四個微機之間的通信是網狀結構，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]和監測微機[μp10]進行相互通信，即采用輻射狀結構。
現在參見圖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構連接方式即微機[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]或監測微機[μp10]，其連接方式也完全相同。
本系統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]或監測微機[μp10]之間是采用單線群通信，故若要把八位一組的數據字發送出去，必須采用串行方式逐個進行。同時，考慮到數據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，對它們分別設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內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，構成系統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生故障，仍能維持整個系統的通信同步時鐘。綜上所述，每個微機的通信是同步進行的，并按照規定時隙逐一發送和逐一接收。
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位數據的第一位DBx0(DBxo表示DB10、DB20……DB80)發送出去，隨后每隔一個時序把DBx0-BDx7逐位發送完畢。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生鉗位現象。
在圖3所示的后置機中的四個微機中，如果中央處理機發生故障，就通過監視微機來執行中央處理微機的上述功能而放棄本身監視各微機通信業務的任務(暫時放棄這些輔助功能不會影響系統的通信工作)，也就是說，監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]發送的發報集合信號，并進行匯總并加入同步碼后經線群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的報路上。
如果同步接口微機發生故障，則也通過監測微機來替代同步接口微機執行對收信集合碼流的幀同步碼的檢測和控制，并執行與調制解調器收發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線群7送到監測微機。
至于中央處理微機，同步接口微機和監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的，也就是說確定某一個微機是否發生了故障，不僅僅依靠其自身發出的出錯信號，而且還必須至少有另兩個微機中的任一個也發出錯信號時，以少數服從多數的原則才能判定該微機發生了故障，并由另一個微機來代替執行發生了故障的微機的功能。
在上述系統中的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部所有的軟件應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計，由于已超出本說明書應當加以解釋的范圍，故不再贅述。
從上述本系統中的分級模塊備用方式的設計中可以看出一、在后置機部分中，因中央處理微機[μp11]，同步接口微機[μp12]，是完成本系統基本功能的群落部分，故為一級模塊;而監視微機[μp10]是輔助功能模塊，即為二級模塊。當中央處理微機[μp11]發生故障時，則由監測微機[μp10]激活其內部用于執行中央處理微機[μp11]的功能的軟件，從而放棄其自身的監測工作而執行中央處理微機[μp11]的功能。在監測微機內部還裝有同步接口微機[μp12]的備用軟件，當同步接口微機[μp12]發生故障時，監測微機則同樣把同步接口微機的工作接過來。本發明所以將群路工作部件[μp11]和[μp12]的備用軟件同時安裝在監測微機[μp10]內，這是因為當系統發生故障時，監視微機[μp10]所失去的某些功能并不影響系統基本的通信工作，并且二個備用軟件包裝在一起便于調用。從中可以看出，本系統不管是否發生哪個模塊損壞，所有正常部件均各盡其負，滿載工作。(不象一般的主備系統中的備用部件在系統正常時不參加工作)。因此提高了系統資源的利用率。
二、必須指出的是，本發明所述分布的后置機數量在大于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中，有時處于不工作狀態的備機發生故障，錯誤地把正常工作的主機撤換下來，產生誤倒換，這稱為第一類錯誤;有時，在工作中的主機發生了故障，應倒換至備用機工作，但由于主機故障監視部分和切換控制部分本身也有障礙，導致主機自診和互診失靈，造成該倒換而沒有倒換。即發生第二類錯誤。這兩類錯誤出現，概率不是很大，然而一旦產生將使系統癱瘓。在本發明所述系統中，三個以上微機參與檢測，并把相互測試的結果通知他方，如果某一微機發生第一類錯誤，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(其中一個發生錯誤)對自己的測試結果一分析，顯然，產生切換的表決為1∶2，即自己和另一個好的微機均表示不要切換，因此系統避免了第一類錯誤造成的誤切換。同樣，當主模塊發生第二類錯誤，即本身不能工作卻誤認為好不退出系統工作，這時備用模塊和另一個微機以2∶1的優勢判定有故障的主模塊應該撤換下來(在前述分散通信網絡中，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，本發明的分級模塊備用方式不會產生雙機備用系統中的第一類、第二類錯誤，有效地提高了可靠性。
此外、這種由單片機構成的分布控制式系統都具有二個明顯的特點，首先，系統絕大部分的高速指令處理過程均在單片機內部完成，如果單片機與擴展的外圍電路連接的話，那么，兩者之間僅發生信息上的交換。第二個特點，是系統具有的模塊化程序非常高，因為基本上一個微機模塊對應一塊芯片，這是一般系統所不能達到的。
綜上所述，本發明所提供的三大技術措施使本發明的分布控制系統具有真正分散的、獨立的、互不影響的高可靠度結構，并且，各個微機通信程序也較為簡單，使整個TDM系統處理能力得到提高。
下面將結合附圖對本發明的一個最佳實施例的細節作進一步的說明，從而使本發明中的TDM系統的結構和優點更加清楚。其中附圖1為一般的TDM系統的電路結構框圖;
附圖2為SOFTPLEX·101中微機分布控制的結構示意圖;
附圖3為本發明中的微機分布控制的結構示意圖;
附圖4為本發明中前置機中的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為本發明中各個微機中所含有的軟件的功能層結構方案;
附圖7為本發明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。
下面結合附圖7來說明本發明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建議設計的時分多路復用器系統。在本系統中的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，內部有CPU和2K字節的EPROM，128字節的數據存貯器，一個CTC定時器，一個中斷輸入口和三個8位輸入輸出接口，再配上一個適當的晶體和四個電容即能工作起來。如圖所示，其中電容C51至C47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外通路線
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。圖中觸發器[3]、與非門[1]是同步接口微機[μp12]的中斷電路。發信時鐘TSETo經與非門[1]的引腳2和3至觸發器[3]的D端，其輸出經與非門[1]的引腳4至同步接口微機[μp12]的中斷輸入端
INT而產生發信中斷。同樣，接收時鐘RSETo送至觸發器[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器進行中斷復位。由門電路[2]和D觸發器[4]組成監測微機[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據存貯空間，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靜態數據存貯器6116，所有速率數據均貯存在其內部。管理微機[μp00]的讀寫線(
WR)，數據通信線(DB0-DB7)分別與外帶數據存貯器[JC6]的
OE，
WE和O1-O8相連，構成數據傳送操作。管理微機[μp00]的DB0-DB7和ALE引腳連至地址鎖存器373[JC7]產生A0～A7地址線，它們與管理微機[μp00]的P20至P22組成外帶數據存貯器[JC6]的11根地址線，以選擇數據讀寫的物理地址。管理微機[μp00]的P23(即A11)經CMOS門[8]連至數據存貯器[JC6]的片選線
CE上，以控制數據讀寫時有效。D2，D3，R60和3V電池組成外帶數據存貯器[JC6]的保持電源。當系統關機或斷電后，CMOS存貯器仍不失電，這樣每次輸入的速率數據不會失掉，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。C79是濾波電容。
由于本實施例僅用了如此少的芯片一20塊芯片，故第一次把整個TDM系統的所有控制部分的電路做在一塊印刷板上，從而構成TDM系統的核心-微機板。為了使系統能與通路終端的電平相兼容，本系統還配有帶光電隔離的接口電平轉換板。每塊安排二個通路的接口單元，共24塊。本系統的集合信號經線路接口板成為一個符合CCITT·V28建議的數據接口，與標準的V26調制解調器聯接，可發送和接收線路音頻信號。考慮到微處理機系統對電源要求高這一事實，本系統采用具有較高抗干擾能力的直流開關電源，并在輸入電源±24伏入口加兩個電源濾波器，由于本系統的微機的指令和數據高速碼流均在集成芯片內部流通，芯片之間最高的數據流速率不超過2.4Kbit/s，也就是信號能量分布在相當小的低頻范圍內(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，有效地解決設備的受干擾“死機”問題，這樣也就提高了系統的可靠性和穩定性。
本發明所述的TDM系統的設備結構框圖，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，電平轉換接口[1]，電源[4]及調制解調器[3]和機架等五大部件組成。由于本發明主要是涉及作為本設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用器系統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，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，比特計數)，二至四次判決，二條傳數指令，共需6～8條字令，故要求指令周期為T＝ 1/(60，000×(6～8)) ＝2-～2.8μs由于在本發明的實施例中，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來說是必要和適當的。另外8749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構分明這樣的特點。
其次，從可靠性講，如一個單片機管理的通路太多，一旦該機發生故障，就要影響較多的通路，從而失去了分布系統的優點。
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(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，顯然，這樣的分組路數太多。如果6路為一組時(即圖中分組)，只有200波特與其它組發生牽連。如4路一組或8路一組會比本發明分組有更多的牽連。而本發明采用6路一組，前置機正好8個，前置機與后置機一次傳數即為八位(一個完整的字)，這樣對數據的傳送、裝幀和解幀都十分方便。
權利要求
1.一種時分多路復用設備中的數字處理系統，在該系統中采用多個微機，其中部分微機為前置機，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，即系統收發信號部分，本發明的特征在于，上述前置機和后置機中的微機之間的通信均采用分散網絡同步方式，即這些微機通信線群之間都是獨立的，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狀結構，其中每一個微機均可同其它若干個微機通信，前置機中的每一個微機只能與后置機中相應的微機進行通信，即采用輻射狀結構；同時，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據采用串行方式逐個發送出去，并在后置機中的各個微機分別設置一通信同步線群，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，各微機均在一個時鐘基準上同步通信。
2.一種時分多路復用的傳輸設備中的數字處理系統，在該系統中采用多個微機，其中部分微機為前置機，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，即系統收發信號部分，本發明的特征在于，上述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，當用于執行基本性能的微機模快發生故障時，由執行輔助性能的模塊頂替工作，即這些模塊先放棄執行其輔助性能，全速面向一級模塊所執行的任務;在上述系統中的各個微機中執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。對系統中每一個微機，確定是否切換某一模塊，是通過自己和其他微機送來的測試結果按照少數服從多數的原則判決的。
3.據權利要求
2所述的數字處理系統，其特征在于，上述各個微機中的軟件具備以下三大功能層功能應用層，就是微機為了完成各個自身任務而編制的子程序的集合;功能管理層，它是比功能應用層更高的一個層，它主要用來執行監視各種機器標志狀態，安排子程序間的秩序，調度工作進展，啟用軟件包等管理工作;數據通信層，它是比功能管理層再高的一個層次，由于本系統中采用中斷傳輸，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，數據通信功能是中斷服務程序的一部分，它將其它微機送來的命令數據接受下來后送到指定的存貯單元，而管理程序和應用程序是根據這些命令和數據來作出其進程判決的，即決定是否要轉向某個子程序，要不要改變應用程序中的某個參數等。
4.一種時分多路復用的傳輸設備中的數字處理系統，在該系統中采用多個微機，其中部分微機為前置機，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，即系統收發信號部分，本發明的特征在于，上述微機均采用單片微處理機或部分采用單片機的擴展系統。
5.據權利要求
1所述的數字處理系統，其特征在于，上述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，當用于執行基本性能的微機模塊發生故障時，由執行輔助性能的模塊頂替工作，即這些模塊先放棄執行其輔助性能，全速面向一級模塊所執行的任務;在上述系統中的各個微機中執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。對系統中每一個微機，確定是否切換某一模塊，是通過自己和其他微機送來的測試結果按照少數服從多數來表決的。
6.據權利要求
1或5所述的數字處理系統，其特征在于，上述微機均采用單片微處理機或部分采用單片機擴展系統。
7.據權利要求
6所述的數字處理系統，其特征在于，上述各個微機中的軟件具備以下三大功能層功能應用層，就是微機為了完成各個自身任務而編制的子程序的集合;功能管理層，它是比功能應用層更高的一個層，它主要用來執行監視各種機器標志狀態，安排子程序間的秩序，調度工作進展，啟用軟件包等管理工作;數據通信層，它是比功能管理層再高的一個層次，由于本系統中采用中斷傳輸，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，數據通信功能是中斷服務程序的一部分，它將其它微機送來的命令數據接受下來后送到指定的存貯單元，而管理程序和應用程序是根據這些命令和數據來作出其進程判決的，即決定是否要轉向某個子程序，要不要改變應用程序中的某個參數等。
8.據權利要求
5或7所述的數字處理系統，其特征在于，上述數字處理系統共采用12個微機，其中前置機中的微機為8個[μp20-μp27]，其中每個微機管理一組報路，其中的輸入線群和輸出線群使每個微機與外部用戶發報終端和收報終端相連接，后置機中至少包括四個微機，即中央處理微機[μp11]，用于從線群1上接收由各個前置機[μp20-μp27]發送的各路發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]發送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的各個報路上;同步接口微機[μp12]，用于執行對收信集合碼流的幀同步碼的檢測和控制，執行與調制解調器收發信高速集合碼流的通信工作;監視微機[μp10]，用于通過線群2與前置機之間的通信聯絡，以監視報路和集合信號是否發生畸變等業務通信管理工作;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TDM系統中前置機和后置機中的每一個微機進行通信，以便監視各個微機的工作狀態并加以測試診斷，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對系統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;在上述四個微機中如果中央處理微機發生故障，就通過監測微機來執行中央處理微機的上述功能而放棄本身監視各微機通信業務的任務，也就是說，監測微機取代中央處理微機接受由各個前置機[μp20-μp27]發送的發報集合信號，并進行匯總，加入同步碼，再經線群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的報路上;如果同步接口微機發生故障，則也通過監測微機來執行對收信集合碼流的幀同步碼的檢測和控制并執行與調制解調器收發信高速集合信號的通信工作;這時中央處理微機的裝幀解幀的集合信號經線群7送到監測微機。中央處理微機，同步接口微機和監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互控程序來實現的，也就是說，確定某一個微機是否發生了故障，不僅僅依靠其自身發出的出錯信號，而且還必須至少有另兩個微機中的任一個也發出錯信號時，才能判定該微機是否發生了故障并由另一個微機來代替執行發生了故障的微機的功能。
專利摘要
一種單片微機分布控制式時分多路復用設備中的數字處理系統，在該系統中采用多個微機，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，即系統收發信號部分，上述微機之間的通信是采用分散網絡同步通信方式和/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)。從而使本系統具有真正分散的、獨立的高可靠度結構，通信程序簡單，整個系統的處理能力得到提高。
文檔編號H04J3/00GK87104733SQ87104733
公開日1988年3月16日 申請日期1987年7月4日
發明者鄭奇寶, 趙景硅, 童德莊, 張嘉華, 謝采娣, 陳冰如 申請人:上海電信設備三廠