ما هي واجهة الاتصالات Communications Interfaces

هناك أنواع عديدة من واجهات الاتصالات بين الأنظمة الفرعية لنظام إشارات المتحركة عالية السرعة من أجل تحقيق نقل البيانات بين الأنظمة الفرعية، حيث توفر هذه الواجهات شروطاً ليس فقط لمشاركة البيانات وتكاملها ولكن أيضاً لتشكيل القنوات الزائدة، والتي تُستخدم لمقارنة نتائج الحساب للمعالجات المختلفة.

تعريف واجهات الاتصالات Communications Interfaces

واجهات الاتصالات (Communications Interfaces): هي الواجهات والبروتوكولات التي تمكّن البرامج أو الدلائل أو الشبكات، أو أنظمة التشغيل أو أنظمة تشغيل الشبكة أو البرامج المستندة إلى الويب المثبتة على جهاز كمبيوتر واحد، بما في ذلك أجهزة الكمبيوتر الشخصية والخوادم وأجهزة الحوسبة المحمولة للتفاعل مع برنامج (Microsoft Platform) على كمبيوتر آخر الكمبيوتر بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر الاتصالات المصممة لضمان الأمان أو المصادقة أو الخصوصية.

أساسيات واجهات الاتصالات

أكثر ثلاث واجهات اتصالات شيوعاً لوحدات التحكم باللمس هي (SPI) و(I2C) و(USB)، كما أنّ (SPI) و(I2C) هُما مواصفات على مستوى الأجهزة فقط، حيث يحدد (USB) واجهة الأجهزة والبرامج وتدعم معظم وحدات تحكم (USB) فئة جهاز التحويل الرقمي (HID) القياسي.

يدعم البعض أيضاً خيار الماوس في الوضع المطلق، كما يختلف دعم نظام التشغيل لأجهزة التحويل الرقمية متعددة اللمس بناءً على نظام التشغيل والإصدار، حيث تدعم بعض وحدات التحكم وأنظمة التشغيل ميزة تسمى (Wake on Touch) والتي يصعب تكوينها، كما يمكن لكل نظام فرعي لنظام الإشارات أن ينقل المعلومات مع بعضها البعض، ويمكن تشخيص الخطأ والموقع من خلال الاختبار المتبادل للأنظمة الفرعية ومقارنة بيانات الاختبار.

تُعد (NIU) واجهة اتصال ذكية مخصصة عالية السرعة لشبكة جيجابت (B-ISDN)، حيث يقوم النظام بواجهة (HIPPI) بسرعة (800 ميجابت / ثانية)، بشبكة حلقة لوحة معززة للكمبيوتر متعدد الحواسيب الرسومية غير المتجانسة (PXPL5)، وكما يتم توصيل اللوحة الخلفية الحلقية بوحدة (NIU) واللوحات الأخرى من خلال “لوحة حلقية” توفر منفذين لتمرير الرسائل بسرعة (640 ميجابت / ثانية).

تتحكم وحدة معالجة عدد صحيح (Cypress CY7C611 SPARC) على خطوط أنابيب بيانات الأجهزة الواردة والصادرة وتتولى جميع عمليات معالجة البروتوكول لحزم (HIPPI)، حيث يستجيب البرنامج الثابت للمعالج للمقاطعات من خطوط أنابيب البيانات ويشرف على تدفق البيانات من خلال سجلات التحكم والحالة، كما يتصل برنامج المراقبة والذي يتم تنفيذه على محطة العمل المضيفة (PXPL5) بمعالج (NIU) عن طريق تمرير الرسائل عبر اللوحة الخلفية الحلقية.

• “PXPL5” هي اختصار لـ “Pixel-Planes-5”.

• “SPI” هي اختصار لـ “Serial-Peripheral-Interface”.

• “HIPPI” هي اختصار لـ “High-Performance-Parallel-Interface”.

• “NIU” هي اختصار لـ “Network-Interface-Unit”.

• “B-ISDN” هي اختصار لـ “Broadband-Integrated-Services-Digital-Network”.

• “USB” هي اختصار لـ “Universal-Serial-Bus”.

• “I2C” هي اختصار لـ “Inter-Integrated-Circuit”.

• “HID” هي اختصار لـ “Human-interface-device”.

العلاقة بيم تقنية FDT وواجهة الاتصالات

توفر تقنية (FDT) واجهة اتصال موحدة بين الأجهزة الميدانية وأنظمة التحكم أو المراقبة المستخدمة لتكوين أصول الأجهزة الميدانية الذكية، وتشغيلها وصيانتها وتشخيصها لكل من تطبيقات أتمتة المصنع والعمليات، كما إنّ تعدد استخدامات تقنية (FDT) يجعلها مناسبة لبروتوكولات الاتصال المنتشرة في جميع قطاعات الصناعة، وتسمح للمستخدمين بالوصول إلى الذكاء من مجموعة متنوعة من معدات العمليات.

لا تعتمد (FDT) على أي بروتوكول اتصال وبيئة برامج النظام المضيف وتتيح تقنية (FDT) الوصول إلى أي جهاز يدعم (FDT) من أي مضيف متوافق باستخدام أي بروتوكول اتصال ميداني، وتتكون التقنية من مكونين رئيسيين هُما الإطار و(DTM)، حيث يعتبر الإطار إمّا مكوناً مضمناً في مجموعة نظام التحكم أو تطبيقاً مستقلاً، في حين أنّ (DTM) هو تطبيق خاص بالجهاز يتم تشغيله داخل الإطار نفسه.

تمكّن (DTM) الشركات المصنعة للأجهزة من التحكم الكامل في السمات المعروضة لأجهزتهم في أي من أكثر من (15 تطبيقاَ) للإطار المضيف، ممّا يوفر للمستخدم إمكانية الوصول إلى الطاقة والإمكانيات الكاملة المتوفرة في أجهزتهم، وبدون تقنية (FDT) قد يتم تقييد الوصول إلى معلومات الجهاز من قبل مزود نظام المضيف أو التحكم وقد لا يوفر وصولاً كاملاً إلى قدرة الجهاز.

• “FDT” هي اختصار لـ “field-device-tool”.

• “DTM” هي اختصار لـ “Dual-Transfer-Mode”.

العلاقة بين برنامج LC وواجهات الاتصالات

تم تصميم برنامج (LC) لدعم واجهات اتصال متعددة والتأكيد على تجريد الأجهزة إلى أقصى حد ممكن ومع تقليل فترات استجابة المقاطعة، كما يتم كتابة البرنامج أعلى نظام تشغيل (QNX) الذي تم اختياره على وجه التحديد بسبب دعم نظام التشغيل الصعب في الوقت الفعلي، ومقارنةً بتوزيعات (Linux) الأخرى المتوفرة عند وضع تصور للتصميم.

تشمل المكونات الرئيسية لـ (LC) الاتصال اليدوي والاتصال بالأذرع وتنفيذ خوارزميات التحكم ومراقبة السلامة والتكوين وإعادة البرمجة، كما يتم دعم الاتصال اليدوي بشكل أساسي عن طريق إرسال أوامر (UART) ذات (9 بت) عبر ناقل (RS-485)، بحيث يدعم هذا الناقل التفاضلي الاتصالات إلى سبع ناقلات متزامنة بثلاث عقد في كل ناقل.

يتم توصيل كل عقدة يد (SMC) أو عقدة مستشعر أطراف الأصابع (FTSN) بسرعة (200 هرتز) بما في ذلك أوامر التحكم وتقارير القياس عن بُعد وكان اتصال الذراع في المقام الأول عبر ناقل (CAN)، وقدم (LC) معلومات الحالة اليدوية واستقبل بيانات القياس عن بعد من وحدات التحكم في الذراع والرسغ، وأرسل أوامر التحكم كلها عند (50 هرتز).

تم تطوير خوارزميات التحكم في الذراع بالكامل لأول مرة في (Simulink) وتم نقلها إلى النظام المضمن باستخدام إطار عمل (MATLAB Real Time Workshop)، وقدمت الخوارزميات موضع الحلقة المغلقة والسرعة والتحكم في المعاوقة لكل درجة مشغلة من الحرية في النظام، بالإضافة إلى ذلك يمكن للطرف أن يعمل في مجموعة متنوعة من تكوينات التحكم في نقطة النهاية بما في ذلك موضع نقطة النهاية والسرعة والتحكم في المعاوقة.

وكذلك إشارات التحكم في الأمر المنخفض (ROC)، حيث يمكن تجميع المحركات الفردية معاً للحصول على إشارة تحكم منخفضة في (DoF)، وهو أمر مفيد بشكل خاص وتم تصميم (LC) من أجل سلامة المرضى أولاً من خلال دمج العديد من إمكانيات المراقبة الذاتية والتشخيص، بما في ذلك فقدان الاتصالات وزيادة درجة الحرارة والمراقبة الحالية وإعداد التقارير، بالإضافة إلى ذلك تم توفير جميع إعدادات تكوين البرامج الثابتة ودعم إعادة البرمجة بواسطة برنامج (LC).

تم تصميم برنامج (SMC) بشكل أساسي لتوفير التحكم في موضع الحلقة المغلقة والتخفيف الجيبي إلى محرك (DC) ثلاثي الأطوار، وتمت كتابة برنامج (SMC) لعائلة معالجات (Silicon Labs 8051) واستخدم البرنامج مجموعة من إجراءات (C) و(Assembly) لإجراء عمليات حسابية سريعة، بما في ذلك مضاعفة النقطة الثابتة والقسمة لحساب عدم وجود معالج مناسب.

يتلقى برنامج (SMC) أوامر تحكم عالية المستوى من (LC) بمعدل (200 هرتز) أثناء تشغيل موضع داخلي وجهاز تحكم في السرعة عند (600 هرتز)، كما يقوم برنامج (SMC) أيضاً بتجربة بيانات المستشعر عند (600 هرتز) باستخدام (ADC) بحوالي (12 بت)، وحزم (SMC) وترسل بيانات القياس عن بعد هذه إلى (LC) بسرعة (200 هرتز).

من أجل توفير تبديل جيبي للمحرك يتم إنشاء مقاطعة (HW) عند كل انتقال للناقل وعند كل ناقل يحسب (SW) سرعة الدوار باستخدام نافذة دورة المحرك، وبين أطراف القناة يحسب (SW) سرعة المحرك لتوفير تقدير لموضع الدوار وثم يتم استخدام موضع الدوار المقدر هذا لتوفير التبديل الجيبي للمحرك.

• “LC” هي اختصار لـ “Line-Communication”” و”SMC” هي اختصار لـ “Serial-management-Controllers”.

• “FTSN” هي اختصار لـ “fingertip-sensor-node” و”ROC” هي اختصار لـ “reduced-order-control”.

• “DoF” هي اختصار لـ ” Data over Fiber” و”ADC” هي اختصار لـ “Analog-to-Digital-Converter”.

• “UART” هي اختصار لـ “universal-asynchronous-receiver-transmitter” و”CAN” هي اختصار لـ “Controller-Area-Network”.