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3 Hardware eingebetteter Systeme
ist es z.B. möglich, nicht verwendete Zeitscheiben zu vermeiden oder auch, eine
Zeitscheibe mehreren Kommunikationsteilnehmern zuzuordnen. TDMA reduziert
die maximal verfügbare Menge an Daten pro Rahmen und Kommunikationsteilnehmer, garantiert dafür aber eine bestimmte Bandbreite für jeden Teilnehmer. Das
Verhungern kann dabei vermieden werden. Der AMBA-Bus von ARM ® [20] beinhaltet ein Verfahren zur TDMA-basierten Buszuteilung.
Die meisten Rechnernetzwerke basieren auf den Ethernet-Standards. Für die
10 MBit/s- und 100 MBit/s-Versionen kann es zwischen den Kommunikationspartnern zu Kollisionen bei der Datenübertragung kommen. Das bedeutet, dass mehrere
Partner zur gleichen Zeit versuchen, Daten zu übertragen, wodurch sich die Signale
auf den Leitungen stören. Jedes Mal, wenn das passiert, müssen die Kommunikationspartner die Kommunikation einstellen, einige Zeit warten und es dann erneut
versuchen. Die Wartezeit wird zufällig bestimmt, um die Wahrscheinlichkeit für
einen erneuten Konflikt beim nächsten Versuch zu reduzieren. Diese Methode heißt
Carrier-Sense Multiple Access/Collision Detect (CSMA/CD). Bei Verwendung von
CSMA/CD können die Kommunikationszeiten sehr lang werden, da Konflikte sich
häufig wiederholen können, obwohl dies nicht sehr wahrscheinlich ist. Daher kann
CSMA/CD nicht eingesetzt werden, wenn Echtzeitbedingungen eingehalten werden müssen. Das Problem kann mit Hilfe von CSMA/CA (Carrier-Sense Multiple
Access/Collision Avoidance) vermieden werden. Kollisionen werden bei diesem
Verfahren komplett vermieden, anstatt sie nur zu entdecken und darauf zu reagieren.
Bei CSMA/CA gibt es für jeden Kommunikationspartner eine Priorität. Das Übertragungsmedium wird den Partnern während sogenannter Arbitrierungsphasen zugeordnet, darauf folgen dann die eigentlichen Kommunikationsphasen. Während der
Arbitrierungsphase geben die Partner ihren Kommunikationswunsch auf dem Übertragungsmedium bekannt. Wenn ein anderer Teilnehmer mit einer höheren Priorität
ebenfalls senden möchte, müssen alle anderen ihren Kommunikationswunsch sofort
zurückziehen.
Unter der Annahme, dass es eine obere Schranke für die Zeit zwischen den Arbitrierungsphasen gibt, garantiert CSMA/CA ein vorhersagbares Echtzeitverhalten für
den Kommunikationspartner mit der höchsten Priorität. Für die anderen Teilnehmer
kann das Echtzeitverhalten nur dann garantiert werden, wenn die höher priorisierten
Partner nicht andauernd senden möchten.
Hochgeschwindigkeitsversionen von Ethernet (≥ 1 GBit/s) basieren auch auf der
Vermeidung von Kollisionen. TDMA-Schemata werden auch für drahtlose Kommunikation verwendet. So setzen Mobilfunk-Standards wie GSM ein TDMA-Verfahren
zum Zugriff auf das Kommunikationsmedium ein.
3.5.4 Beispiele
• Sensor-Aktuator-Busse: Sensor-Aktuator-Busse ermöglichen die Kommunikation zwischen einfachen Geräten wie etwa Schaltern und Lampen und den datenverarbeitenden Geräten. Die Anzahl der angesteuerten Geräte kann sehr groß
3 Hardware eingebetteter Systeme
ist es z.B. möglich, nicht verwendete Zeitscheiben zu vermeiden oder auch, eine
Zeitscheibe mehreren Kommunikationsteilnehmern zuzuordnen. TDMA reduziert
die maximal verfügbare Menge an Daten pro Rahmen und Kommunikationsteilnehmer, garantiert dafür aber eine bestimmte Bandbreite für jeden Teilnehmer. Das
Verhungern kann dabei vermieden werden. Der AMBA-Bus von ARM ® [20] beinhaltet ein Verfahren zur TDMA-basierten Buszuteilung.
Die meisten Rechnernetzwerke basieren auf den Ethernet-Standards. Für die
10 MBit/s- und 100 MBit/s-Versionen kann es zwischen den Kommunikationspartnern zu Kollisionen bei der Datenübertragung kommen. Das bedeutet, dass mehrere
Partner zur gleichen Zeit versuchen, Daten zu übertragen, wodurch sich die Signale
auf den Leitungen stören. Jedes Mal, wenn das passiert, müssen die Kommunikationspartner die Kommunikation einstellen, einige Zeit warten und es dann erneut
versuchen. Die Wartezeit wird zufällig bestimmt, um die Wahrscheinlichkeit für
einen erneuten Konflikt beim nächsten Versuch zu reduzieren. Diese Methode heißt
Carrier-Sense Multiple Access/Collision Detect (CSMA/CD). Bei Verwendung von
CSMA/CD können die Kommunikationszeiten sehr lang werden, da Konflikte sich
häufig wiederholen können, obwohl dies nicht sehr wahrscheinlich ist. Daher kann
CSMA/CD nicht eingesetzt werden, wenn Echtzeitbedingungen eingehalten werden müssen. Das Problem kann mit Hilfe von CSMA/CA (Carrier-Sense Multiple
Access/Collision Avoidance) vermieden werden. Kollisionen werden bei diesem
Verfahren komplett vermieden, anstatt sie nur zu entdecken und darauf zu reagieren.
Bei CSMA/CA gibt es für jeden Kommunikationspartner eine Priorität. Das Übertragungsmedium wird den Partnern während sogenannter Arbitrierungsphasen zugeordnet, darauf folgen dann die eigentlichen Kommunikationsphasen. Während der
Arbitrierungsphase geben die Partner ihren Kommunikationswunsch auf dem Übertragungsmedium bekannt. Wenn ein anderer Teilnehmer mit einer höheren Priorität
ebenfalls senden möchte, müssen alle anderen ihren Kommunikationswunsch sofort
zurückziehen.
Unter der Annahme, dass es eine obere Schranke für die Zeit zwischen den Arbitrierungsphasen gibt, garantiert CSMA/CA ein vorhersagbares Echtzeitverhalten für
den Kommunikationspartner mit der höchsten Priorität. Für die anderen Teilnehmer
kann das Echtzeitverhalten nur dann garantiert werden, wenn die höher priorisierten
Partner nicht andauernd senden möchten.
Hochgeschwindigkeitsversionen von Ethernet (≥ 1 GBit/s) basieren auch auf der
Vermeidung von Kollisionen. TDMA-Schemata werden auch für drahtlose Kommunikation verwendet. So setzen Mobilfunk-Standards wie GSM ein TDMA-Verfahren
zum Zugriff auf das Kommunikationsmedium ein.
3.5.4 Beispiele
• Sensor-Aktuator-Busse: Sensor-Aktuator-Busse ermöglichen die Kommunikation zwischen einfachen Geräten wie etwa Schaltern und Lampen und den datenverarbeitenden Geräten. Die Anzahl der angesteuerten Geräte kann sehr groß