Modulo di commutazione per coppie di processori omologhi connessi ad almeno un bus di comunicazione (DE)
Tipologia
Fascicolo
Descrizione
Corrispondenza tra Ansaldo (dott. Beltrami, ing. Masella) e studio di consulenza Jacobacci, Casetta & Perani
Specifiche del brevetto
Titolare: Ansaldo Spa
Inventori: Giovanni Repetto, Mauro Nardini
Riassunto: L’invenzione si riferisce a un modulo di commutazione per almeno un processore connesso a un bus di comunicazione; detto modulo di commutazione prevede quanto segue:
• mezzi di rilievo di un eventuale funzionamento anomalo del processore e conseguente sua tacitazione;
• mezzi di interruzione ella linea di comunicazione tra detto processore e i bit-bus associati;
• mezzi di interruzione dell’alimentazione del processore.
Allo scopo di realizzare una ridondanza modulare, detto modulo di commutazione è inserito tra una coppia di processori omologhi “master” e “slave”, connessi in parallelo a un bus di comunicazione comune MB; il modulo di commutazione, inoltre, è connesso con coppie omologhe di schede di isolamento inserite tra ciascun processore e il bus di comunicazione comune quando si voglia ottenere una ridondanza almeno modulare.
Definizione del campo della tecnica in cui si colloca l’invenzione e problema da risolvere: Commutazione per coppie di processori omologhi connessi ad almeno un bus di comunicazione.
Tecnica nota e limiti della tecnica nota: Sono noti sistemi computerizzati, formati da una pluralità di processori dedicati, connessi tra loro in parallelo a un bus di comunicazione.
Sistemi del tipo suddetto comprendono, in generale, un bus di comunicazione (PSB), che comunica con una serie di processori dedicati (SC), che, a loro volta, sono preposti alla gestione di singole porzioni di un impianto industriale a intelligenza distribuita, attraverso linee di comunicazione seriale (bit-bus).
Una struttura del tipo sopraccitato, a processori indipendenti, consente il frazionamento delle funzioni, garantendone nel contempo il coordinamento verso la struttura gerarchica superiore; ad esempio, i diversi processori (SC) possono essere dedicati a diversi sottoinsiemi funzionali di impianto come detto sopra.
Una tale sistemazione non è sufficiente da un punto di vista dell’affidabilità dell’intero sistema, per quanto il guasto di un modulo (SC) comporti soltanto la perdita di una porzione di impianto delimitata: infatti i bit-bus dipendenti dal processore in avaria possono essere numerosi e svolgere funzioni di notevole importanza.
Anche se i singoli bit-bus possono svolgere autonomamente in “stand alone” le regolazioni analogiche e digitali per le quali sono stati programmati, la funzionalità del processore (SC) è indispensabile per quanto segue:
• coordinare le regolazioni più complesse che non possono essere confinate in un singolo nodo bit-bus per l’elevato numero di I/O o per la complessità dell’elaborazione;
• coordinare i nodi bit-bus insistenti su bit-bus diversi tramite colloqui con altri processori (SC);
realizzare il collegamento con le strutture gerarchiche superiori;
• fornire informazioni di carattere diagnostico sul bit-bus sotteso;
• garantire che un particolare modo di guasto del processore (SC), influendo negativamente sul funzionamento dell’espansione bit-bus associata, seppure funzionalmente indipendente, pregiudichi il collegamento nodo bit-bus/interfaccia uomo-macchina associato.
Da quanto affermato sopra, appare evidente che un grado di affidabilità sufficiente può essere associato ad una ridondanza degli elementi componenti il sistema e, in particolare, da una ridondanza dei singoli processori (SC).
Definizione del problema tecnico risolto dall’invenzione: Lo scopo della presente invenzione è quello di realizzare un modulo di commutazione che, in presenza di una coppia di processori, di cui uno “master” e l’altro “slave”, sia in grado di rilevare eventuali condizioni di avaria e commuti le funzioni di controllo dall’uno all’altro di detti processori, senza interruzioni nel funzionamento dei nodi bit-bus associati.
Esposizione dell’idea inventiva: Forma oggetto della presente invenzione un modulo di commutazione per almeno un processore connesso a un bus di comunicazione; il modulo di commutazione prevede quanto segue:
• mezzi di rilievo di un eventuale funzionamento anomalo del processore e conseguente sua tacitazione;
• mezzi di interruzione della linea di comunicazione tra detto processore e i bit-bus associati;
• mezzi di interruzione dell’alimentazione del processore.
Il modulo di commutazione secondo l’invenzione può essere inserito nel sistema di processori connessi, da un lato, ad almeno un bus di comunicazione e, dall’altro, ai relativi nodi bit-bus, secondo configurazioni differenti, che danno luogo ad una ridondanza totale o modulare.
Per ridondanza totale si intende la completa commutazione di una struttura composta da un bus di comunicazione associato con vari processori (SC), aventi funzione di “master”, di cui uno andato in avaria, ad un’altra struttura identica, completamente funzionante; in questo caso, ogni coppia di processori omologhi (SC) è monitorata da un modulo di commutazione secondo l’invenzione, dedicato a detta coppia di processori.
Quando uno dei moduli di commutazione secondo l’invenzione rileva un’anomalia nel funzionamento del processore “master” associato, tutti i nodi bit-bus sottesi ai vari processori “master” sono commutati sulla struttura “slave”, formata da un proprio bus di comunicazione e da corrispondenti processori (SC).
La ridondanza totale può essere ottenuta, a mezzo della scheda di commutazione secondo l’invenzione anche in modo che il processore in avaria possa essere sostituito senza l’interruzione dell’alimentazione agli altri processori; in tal caso, ogni processore (SC) è associato a una scheda di isolamento (SWI).
Per ridondanza modulare si intende la commutazione singola da uno dei vari processori (SC) “master”, andato in avaria, a un processore (SC) “slave” connesso al medesimo bus di comunicazione.
Il modulo di commutazione secondo l’invenzione può essere infine utilizzato, in combinazione con la scheda di isolamento (SWI) sopraccitata in assenza di ridondanza di processori (SC); in tal caso, il modulo di commutazione, in combinazione con la scheda di isolamento suddetta, consente soltanto la sconnessione del processore in avaria e la sua sostituzione senza interrompere le alimentazioni del sistema.
Descrizione di almeno un esempio di realizzazione: Secondo una forma di realizzazione dell’invenzione, in sostituzione del bus di comunicazione (PSB) oggetto della tecnica nota è utilizzato un bus di comunicazione modificato (MB) connesso in parallelo a (n) processori (SC1, SC2, …… SCn).
Tra ciascun processore (PC) e il bus di comunicazione (MB) è inserita una corrispondente scheda di isolamento (SWI1, SWI2, …… SWIn)
Tra ciascun processore (SC) e la corrispondente scheda di isolamento (SW) è inoltre inserito un modulo di commutazione (SWA1, SWA2, …… SWAn) secondo la presente invenzione.
La tipologia dei segnali tra il bus di comunicazione, la scheda di isolamento, i processori e i moduli di commutazione è descritta nel seguito.
Segnale utilizzato per il colloquio parallelo tra bus di comunicazione (MB) e processore (SC).
Segnale utilizzato per il colloquio parallelo tra bus di comunicazione (MB) e scheda di isolamento (SWI) per l’inizializzazione automatica del processore (SC) dopo il suo inserimento.
Alimentazione proveniente dal bus di comunicazione (MB) ed orientata verso il processore (SC) attraverso la scheda di isolamento (SWI) per cui può essere sezionata da questa
Porzione della linea di alimentazione del processore (SC) compresa tra il processore (SC) e la scheda di isolamento (SWI).
Linea di trasmissione dei segnali di inizializzazione contenuti nella scheda di isolamento (SWI) al processore (SC).
Linea di comunicazione tra la scheda di isolamento (SWI) e il processore (SC) per la trasmissione di un segnale significativo della presenza fisica del processore (SC) e per la trasmissione del segnale di reset per tacitare il processore in funzionamento anomalo.
Linea di comunicazione tra il modulo di commutazione (SWA) e il processore (SC) a scopo diagnostico onde valutare quando la scheda di comunicazione deve intervenire.
Linea di comunicazione tra il modulo di commutazione (SWA) e la scheda di isolamento (SWI) per eseguire le funzioni logiche associate alle operazioni di inserimento e disinserimento del processore.
La funzione del modulo di commutazione è quella di effettuare le seguenti operazioni:
•rilevare un’eventuale anomalia del processore (SC);
•comunicare con la scheda di isolamento (SWI) per la tacitazione del processore (SC) e per il controllo delle alimentazioni;
•alloggiare fisicamente i comandi e le segnalazioni a frontale per la logica INSERT/REMOVE dato che, preferibilmente, la scheda di isolamento è priva di frontale.
Per quanto riguarda la scheda di isolamento (SWI) essa è indispensabile per effettuare le seguenti operazioni:
tacitare il processore (SC) rilevato guasto dal modulo di commutazione (SWA) e controllare le alimentazioni;
sezionare le alimentazioni del processore, quando questo è rilevato guasto, per consentirne l’estrazione;
•sezionare e ripristinare le alimentazioni per consentire il reinserimento del processore;
•memorizzare le informazioni di inizializzazione del processore (SC) per trasmetterle, dopo il reinserimento di quest’ultimo, allo scopo di renderlo operativo.
Nel caso in cui si voglia applicare il modulo di commutazione per realizzare una ridondanza modulare, nella definizione delle schede di isolamento (SWI) e nei processori (SC) compaiono l’indice “A” e l’indice “B”, che rappresentano elementi omologhi attivati e rispettivamente disattivati dall’unico modulo di commutazione associato (SWAI), dove i è un indice progressiva; inoltre, sono presenti le seguenti ulteriori linee di comunicazione:
linea di comunicazione diretta tra processori omologhi “A” e “B” per l’aggiornamento dei dati;
(L) e (M) linee di comunicazione bit-bus tra il processore “A” e il processore “B” verso bit-bus d’impianto, che, in questo caso, deve passare attraverso il modulo di commutazione (SWA) in modo da realizzare la più semplice condizione di ridondanza.
Vantaggi:
1) Monitora il funzionamento di due processori (SC) associati, rilevandone tempestivamente l’anomalia;
2) Consente la commutazione del bit-bus sotteso al processore (SC) “master” andato in avaria all’altro processore (SC) “slave”;
3) Garantisce un’elevata affidabilità della propria circuiteria tramite quanto segue:
•sovradimensionamento elettrico dei componenti per minimizzare lo stress;
•ridondanza dei componenti con limitati valori di affidabilità;
•uso dei componenti “critici” che abbiano elementi equivalenti compatibili “pin to pin” ad affidabilità garantita.
Specifiche del brevetto
Titolare: Ansaldo Spa
Inventori: Giovanni Repetto, Mauro Nardini
Riassunto: L’invenzione si riferisce a un modulo di commutazione per almeno un processore connesso a un bus di comunicazione; detto modulo di commutazione prevede quanto segue:
• mezzi di rilievo di un eventuale funzionamento anomalo del processore e conseguente sua tacitazione;
• mezzi di interruzione ella linea di comunicazione tra detto processore e i bit-bus associati;
• mezzi di interruzione dell’alimentazione del processore.
Allo scopo di realizzare una ridondanza modulare, detto modulo di commutazione è inserito tra una coppia di processori omologhi “master” e “slave”, connessi in parallelo a un bus di comunicazione comune MB; il modulo di commutazione, inoltre, è connesso con coppie omologhe di schede di isolamento inserite tra ciascun processore e il bus di comunicazione comune quando si voglia ottenere una ridondanza almeno modulare.
Definizione del campo della tecnica in cui si colloca l’invenzione e problema da risolvere: Commutazione per coppie di processori omologhi connessi ad almeno un bus di comunicazione.
Tecnica nota e limiti della tecnica nota: Sono noti sistemi computerizzati, formati da una pluralità di processori dedicati, connessi tra loro in parallelo a un bus di comunicazione.
Sistemi del tipo suddetto comprendono, in generale, un bus di comunicazione (PSB), che comunica con una serie di processori dedicati (SC), che, a loro volta, sono preposti alla gestione di singole porzioni di un impianto industriale a intelligenza distribuita, attraverso linee di comunicazione seriale (bit-bus).
Una struttura del tipo sopraccitato, a processori indipendenti, consente il frazionamento delle funzioni, garantendone nel contempo il coordinamento verso la struttura gerarchica superiore; ad esempio, i diversi processori (SC) possono essere dedicati a diversi sottoinsiemi funzionali di impianto come detto sopra.
Una tale sistemazione non è sufficiente da un punto di vista dell’affidabilità dell’intero sistema, per quanto il guasto di un modulo (SC) comporti soltanto la perdita di una porzione di impianto delimitata: infatti i bit-bus dipendenti dal processore in avaria possono essere numerosi e svolgere funzioni di notevole importanza.
Anche se i singoli bit-bus possono svolgere autonomamente in “stand alone” le regolazioni analogiche e digitali per le quali sono stati programmati, la funzionalità del processore (SC) è indispensabile per quanto segue:
• coordinare le regolazioni più complesse che non possono essere confinate in un singolo nodo bit-bus per l’elevato numero di I/O o per la complessità dell’elaborazione;
• coordinare i nodi bit-bus insistenti su bit-bus diversi tramite colloqui con altri processori (SC);
realizzare il collegamento con le strutture gerarchiche superiori;
• fornire informazioni di carattere diagnostico sul bit-bus sotteso;
• garantire che un particolare modo di guasto del processore (SC), influendo negativamente sul funzionamento dell’espansione bit-bus associata, seppure funzionalmente indipendente, pregiudichi il collegamento nodo bit-bus/interfaccia uomo-macchina associato.
Da quanto affermato sopra, appare evidente che un grado di affidabilità sufficiente può essere associato ad una ridondanza degli elementi componenti il sistema e, in particolare, da una ridondanza dei singoli processori (SC).
Definizione del problema tecnico risolto dall’invenzione: Lo scopo della presente invenzione è quello di realizzare un modulo di commutazione che, in presenza di una coppia di processori, di cui uno “master” e l’altro “slave”, sia in grado di rilevare eventuali condizioni di avaria e commuti le funzioni di controllo dall’uno all’altro di detti processori, senza interruzioni nel funzionamento dei nodi bit-bus associati.
Esposizione dell’idea inventiva: Forma oggetto della presente invenzione un modulo di commutazione per almeno un processore connesso a un bus di comunicazione; il modulo di commutazione prevede quanto segue:
• mezzi di rilievo di un eventuale funzionamento anomalo del processore e conseguente sua tacitazione;
• mezzi di interruzione della linea di comunicazione tra detto processore e i bit-bus associati;
• mezzi di interruzione dell’alimentazione del processore.
Il modulo di commutazione secondo l’invenzione può essere inserito nel sistema di processori connessi, da un lato, ad almeno un bus di comunicazione e, dall’altro, ai relativi nodi bit-bus, secondo configurazioni differenti, che danno luogo ad una ridondanza totale o modulare.
Per ridondanza totale si intende la completa commutazione di una struttura composta da un bus di comunicazione associato con vari processori (SC), aventi funzione di “master”, di cui uno andato in avaria, ad un’altra struttura identica, completamente funzionante; in questo caso, ogni coppia di processori omologhi (SC) è monitorata da un modulo di commutazione secondo l’invenzione, dedicato a detta coppia di processori.
Quando uno dei moduli di commutazione secondo l’invenzione rileva un’anomalia nel funzionamento del processore “master” associato, tutti i nodi bit-bus sottesi ai vari processori “master” sono commutati sulla struttura “slave”, formata da un proprio bus di comunicazione e da corrispondenti processori (SC).
La ridondanza totale può essere ottenuta, a mezzo della scheda di commutazione secondo l’invenzione anche in modo che il processore in avaria possa essere sostituito senza l’interruzione dell’alimentazione agli altri processori; in tal caso, ogni processore (SC) è associato a una scheda di isolamento (SWI).
Per ridondanza modulare si intende la commutazione singola da uno dei vari processori (SC) “master”, andato in avaria, a un processore (SC) “slave” connesso al medesimo bus di comunicazione.
Il modulo di commutazione secondo l’invenzione può essere infine utilizzato, in combinazione con la scheda di isolamento (SWI) sopraccitata in assenza di ridondanza di processori (SC); in tal caso, il modulo di commutazione, in combinazione con la scheda di isolamento suddetta, consente soltanto la sconnessione del processore in avaria e la sua sostituzione senza interrompere le alimentazioni del sistema.
Descrizione di almeno un esempio di realizzazione: Secondo una forma di realizzazione dell’invenzione, in sostituzione del bus di comunicazione (PSB) oggetto della tecnica nota è utilizzato un bus di comunicazione modificato (MB) connesso in parallelo a (n) processori (SC1, SC2, …… SCn).
Tra ciascun processore (PC) e il bus di comunicazione (MB) è inserita una corrispondente scheda di isolamento (SWI1, SWI2, …… SWIn)
Tra ciascun processore (SC) e la corrispondente scheda di isolamento (SW) è inoltre inserito un modulo di commutazione (SWA1, SWA2, …… SWAn) secondo la presente invenzione.
La tipologia dei segnali tra il bus di comunicazione, la scheda di isolamento, i processori e i moduli di commutazione è descritta nel seguito.
Segnale utilizzato per il colloquio parallelo tra bus di comunicazione (MB) e processore (SC).
Segnale utilizzato per il colloquio parallelo tra bus di comunicazione (MB) e scheda di isolamento (SWI) per l’inizializzazione automatica del processore (SC) dopo il suo inserimento.
Alimentazione proveniente dal bus di comunicazione (MB) ed orientata verso il processore (SC) attraverso la scheda di isolamento (SWI) per cui può essere sezionata da questa
Porzione della linea di alimentazione del processore (SC) compresa tra il processore (SC) e la scheda di isolamento (SWI).
Linea di trasmissione dei segnali di inizializzazione contenuti nella scheda di isolamento (SWI) al processore (SC).
Linea di comunicazione tra la scheda di isolamento (SWI) e il processore (SC) per la trasmissione di un segnale significativo della presenza fisica del processore (SC) e per la trasmissione del segnale di reset per tacitare il processore in funzionamento anomalo.
Linea di comunicazione tra il modulo di commutazione (SWA) e il processore (SC) a scopo diagnostico onde valutare quando la scheda di comunicazione deve intervenire.
Linea di comunicazione tra il modulo di commutazione (SWA) e la scheda di isolamento (SWI) per eseguire le funzioni logiche associate alle operazioni di inserimento e disinserimento del processore.
La funzione del modulo di commutazione è quella di effettuare le seguenti operazioni:
•rilevare un’eventuale anomalia del processore (SC);
•comunicare con la scheda di isolamento (SWI) per la tacitazione del processore (SC) e per il controllo delle alimentazioni;
•alloggiare fisicamente i comandi e le segnalazioni a frontale per la logica INSERT/REMOVE dato che, preferibilmente, la scheda di isolamento è priva di frontale.
Per quanto riguarda la scheda di isolamento (SWI) essa è indispensabile per effettuare le seguenti operazioni:
tacitare il processore (SC) rilevato guasto dal modulo di commutazione (SWA) e controllare le alimentazioni;
sezionare le alimentazioni del processore, quando questo è rilevato guasto, per consentirne l’estrazione;
•sezionare e ripristinare le alimentazioni per consentire il reinserimento del processore;
•memorizzare le informazioni di inizializzazione del processore (SC) per trasmetterle, dopo il reinserimento di quest’ultimo, allo scopo di renderlo operativo.
Nel caso in cui si voglia applicare il modulo di commutazione per realizzare una ridondanza modulare, nella definizione delle schede di isolamento (SWI) e nei processori (SC) compaiono l’indice “A” e l’indice “B”, che rappresentano elementi omologhi attivati e rispettivamente disattivati dall’unico modulo di commutazione associato (SWAI), dove i è un indice progressiva; inoltre, sono presenti le seguenti ulteriori linee di comunicazione:
linea di comunicazione diretta tra processori omologhi “A” e “B” per l’aggiornamento dei dati;
(L) e (M) linee di comunicazione bit-bus tra il processore “A” e il processore “B” verso bit-bus d’impianto, che, in questo caso, deve passare attraverso il modulo di commutazione (SWA) in modo da realizzare la più semplice condizione di ridondanza.
Vantaggi:
1) Monitora il funzionamento di due processori (SC) associati, rilevandone tempestivamente l’anomalia;
2) Consente la commutazione del bit-bus sotteso al processore (SC) “master” andato in avaria all’altro processore (SC) “slave”;
3) Garantisce un’elevata affidabilità della propria circuiteria tramite quanto segue:
•sovradimensionamento elettrico dei componenti per minimizzare lo stress;
•ridondanza dei componenti con limitati valori di affidabilità;
•uso dei componenti “critici” che abbiano elementi equivalenti compatibili “pin to pin” ad affidabilità garantita.
Data testuale
1991 febbraio 11 - 1997 marzo 28
Estremi cronologici
February 11, 1991 – March 28, 1997
Consistenza
cc. 26
Stato di conservazione
Ottimo
Soggetto produttore
Identificativo
BRA.000040
Collocazione
Deposito 419
Note
La domanda di brevetto italiana era stata estesa in Francia, Germania e Regno Unito.
In Italia, Francia e regno Unito il brevetto era stato rilasciato
In Italia, Francia e regno Unito il brevetto era stato rilasciato
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