Bus

Question 1

Was ist ein Bus?

Answer 1

• auch Datensammelschiene

- Zusammenfassung mehrerer Signale, an die mehrere Teilnehmer angeschlossen sind

Question 2

Welche Topologien gibt es?

Answer 2

1. Punkt zu Punkt
   - volle Bandbreite für die Verbindung und keine Konkurrenz
   - aber aufwendig, unflexibel und Verbindung mehrerer Teilnehmer schwierig
2. Linie (Bus)
   - einfacher Aufbau
   - aber Konkurrenz und keine Nebenläufigkeit möglich
3. Ring:
   - einfacher Aufbau
   - aber Token-Problematik
4. Stern:
   - einfacher Aufbau
   - aber zentrale Komponente nötig die SPOF ist
5. Baum:
   - applikationsspezifische Topologie
   - aber aufwendung und Änderungen sind sehr kompliziert
6. Vollverbunden:
   - Nebenläufigkeit sehr gut möglich
   - sehr aufwendig

Question 3

Was ist Strobe?

Answer 3

• ein klassisches Hilfssignal, welches Angaben darüber macht, ob ein Signal gültig ist oder nicht
• hilft besonders bei asynchronen Bussystemen der Kommunikation
• z.B. RAS und CAS (Row Adress Strobe oder Column Adress Strobe)

Question 4

Was ist ein synchrones Bussystem?

Answer 4

• alle Kommunikationspartner kennen die Abläufe und verlassen sich darauf, dass alle sich daran halten
• Signalfolge muss nicht ausgehandelt werden, jeder weiß wer was wann tut
• Vorteil: einfache Realisierung, keine Kooperation nötig, bei gleich schnellen Kooperationspartnern schnelle Kommunikation möglich
• Nachteil: Kommunikationspartner müssen auch innerhalb der festgelegten Zeiten antworten

Question 5

Was ist ein asynchrones Bussystem?

Answer 5

• braucht zusätzliche Kontrollsignale um den Ablauf des Austauschs zu strukturieren
• mit Strobe Signalen wird mit den Kommunikationspartnern synchronisiert
• Vorteil: kann sich den verschiedenen Geschwindigkeiten der Kommunikationspartner anpassen
• Nachteil: komplexe Realisierung, Overhead durch Koordinierung

Question 6

Wann wählt man welches Bussystem?

Answer 6

• je länger der Bus ist und je unterschiedlicher die Zugriffszeiten der Geräte, desto eher ist ein asynchrones System zu wählen
• bei kurzem Bus und ähnlichen Zugriffszeiten bietet sich ein synchrones Bussystem an

Question 7

Wie funktioniert die Buszuteilung?

Answer 7

• verschiedene Verfahren, die dafür sorgen, dass bei mehreren Teilnehmern es zu keinen Kollisionen kommt
• Anzahl der Empfänger ist egal, immer nur ein Sender

Question 8

Welche Verfahren für den Buszugriff gibt es?

Answer 8

1. Master-Slave
2. Tokenbasierte Verfahren
3. CSMA

Question 9

Was ist das Master-Slave-Verfahren

Answer 9

• es gibt einen Master und mehrere Slaves
• Master ist der einzige der Senden darf und den Slaves mit Anfragen Sendeberechtigungen gibt
• Vorteil: einfach zu handhaben, keine Überschneidungen weil zentral gesteuert
• Nachteil: zentral gesteuert, Master als SPOF und Master muss fragen um Infos zu bekommen, Eventsteuerung nicht möglich

Question 10

Was ist das tokenbasierte Verfahren?

Answer 10

• kein expliziter Master, ein Token regelt die Sendeberechtigung
• nur wer den Token hat darf senden
• zwei Arten: Token-Bus und Token-Ring
• Token Bus: logische Reihenfolge über Adressen, jeder kennt Vorgänger und Nachfolger, nimmt Token vom Vorgänger und gibt ihn an den Nachfolger
• Token Ring: physische Reihenfolge
• Vorteil: gutes Echtzeitverhalten solang der Token innerhalb eines vorhersehbaren Zeitintervalls bei den Bus-Teilnehmern ist
• Nachteil: Token Fehler (zwei Token oder kein Token)

Question 11

Was ist das klassische CSMA-Verfahren und welche Unterarten gibt es?

Answer 11

• heißt Carrier Sense Multiple Access
• klassisch: alle Busteilnehmer hören auf dem Bus und prüfen, ob der Bus frei ist
• nur wenn der Bus frei ist wird ein Sendeversuch gestartet
• Kollision kann passieren, wenn zwei Sender gleichzeitig senden wollen (erkannt durch CRC), dann muss das Senden zum späteren Zeitpunkt wiederholt werden
• CD -> Collision Detection (Ethernet)
• CA -> Collision Avoidance
• CR -> Collision Resolution (CAN-Bus)

Question 12

Wie funktioniert CD?

Answer 12

• vor dem Senden wird auf dem Bus gehört, ob der Bus frei ist
• während des Sendens wird ebenfalls auf den Bus gehört, ob das Signal durch eine Kollision verfälscht wird
• bei erkannter Kollision wird das Senden abgebrochen und ein JAM-Signal gesendet (1010101..) welches allen Teilnehmern sagt, dass die Daten ungültig sind
• danach warten alle Sender eine zufällige Dauer und versuchen es dann erneut
• kann maximal 16 Mal schiefgehen, dann gibt es einen Collision Error
• Daten-Frame muss mindestens doppelt so lange anliegen, wie von einem Ende zum anderen benötigt wird, damit man wenn der am weitesten entfernte einen Fehler erkennt, diesen am Anfang mitbekommt bevor man mit Senden fertig ist

Question 13

Wie funktioniert CR?

Answer 13

• unterscheidet zwischen dominantem (0) und rezessivem (1) Pegel
• wenn der Bus frei ist, liegt auf dem Bus ein rezessiver Pegel
• sobald ein Teilnehmer senden will, wird ein dominantes Bit auf den Bus gelegt
• wenn es andere Teilnehmer gibt, die ebenfalls senden wollen, vergleichen die Teilnehmer das Signal auf dem Bus mit ihrem Arbitrierungssignal, sobald sie ein rezessives Bit haben und auf dem Bus ein dominantes Bit eines anderen Teilnehmers liegt, brechen sie den Sendeversuch ab und werden Empfänger
• Priorisierung durch Arbitrierung möglich, Arbitrierungsfolgen sollten nur einmal pro Teilnehmer vergeben werden um Konflikte zu vermeiden

Question 14

Welche Codierungen für Bus-Signale gibt es?

Answer 14

1. Return to Zero
2. Non return to Zero
3. Manchester Codierung

Question 15

Wie kann man die Kollisionsdomäne für CD berechnen?

Answer 15

• Geschwindigkiet der Daten * Dauer der Sendung = Doppelte der maximalen Länge