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Text File  |  1988-12-01  |  10.8 KB  |  472 lines
  1.  
  2.  
  3.  
  4.  
  5. IEN: 139                                               J. Haverty
  6.                                                               BBN
  7.                                                        April 1980
  8.  
  9.  
  10.  
  11.                              HOSTs as IMPs
  12.  
  13.                               Jack Haverty
  14.  
  15.                       Bolt Beranek and Newman Inc.
  16.  
  17.  
  18.  
  19.  
  20.  
  21.  
  22.  
  23.      The following discussion is an extract from a report for one of the
  24.  
  25. ARPA projects at BBN.  The relevant details of the  system configuration
  26.  
  27. include the following:
  28.  
  29.  
  30.      o a PDP-11 with IMP11A interface is used to communicate with
  31.  
  32.        an LSI-11 using a Collins "1822 interface"
  33.  
  34.  
  35.  
  36.      o the  electrical   connection   uses   the   "distant-host"
  37.  
  38.        configuration
  39.  
  40.  
  41.  
  42.  
  43.      This report was originally issued in October  1979.   It  is  being
  44.  
  45. reissued  now  as  an IEN after some recent inquiries which indicate the
  46.  
  47. problem may be more widespread than was previously thought.
  48.  
  49.  
  50.  
  51.  
  52.  
  53.  
  54.  
  55.                               - 1 -
  56.  
  57.  
  58.  
  59.  
  60.  
  61.  
  62.  
  63.  
  64. Hosts as Imps                                          April 1980
  65.  
  66.  
  67.  
  68. HISTORY
  69.  
  70.  
  71.      We've  been  having an enormous amount of trouble (more than usual)
  72.  
  73. since  early  summer getting the LSI-11 and PDP-11  to  talk reliably on
  74.  
  75. the 1822 lines.   When  the  problems  were  investigated,  the   IMPTST
  76.  
  77. program also reported errors on the 1822 connections.  This has happened
  78.  
  79. in  the   past,   and   often   the   problem   would  disappear   after
  80.  
  81. swapping   some   cables,   or maybe waiting a few hours.  However, this
  82.  
  83. time the  problem  was  persistent,   which   at  least   gave   us  the
  84.  
  85. opportunity to figure out what was happening.
  86.  
  87.  
  88.      A collection of people have been working on the problem, and  we've
  89.  
  90. come up with an analysis of the situation.
  91.  
  92.  
  93.      The immediate cause of the strange behavior  was  tracked  down  to
  94.  
  95. large  noise  spikes  induced  in  the  cables.   We  have  noise spikes
  96.  
  97. every half-cycle on the building power cables.  These are  coupled  into
  98.  
  99. the  1822 cables by RF coupling.   We  have  seen  as much  as  20 volts
  100.  
  101. peak-to-peak spikes on the differential signal lines.  This  appears  to
  102.  
  103. the receivers as common-mode noise.
  104.  
  105.  
  106.      Differential  receivers  in  the  various  host   interfaces   have
  107.  
  108. receivers   which  are spec'ed for good common-mode rejection up to some
  109.  
  110. maximum input signal level.  For the LSI-11s, the chips  are good up  to
  111.  
  112.  
  113.  
  114.                               - 2 -
  115.  
  116.  
  117.  
  118.  
  119.  
  120.  
  121.  
  122.  
  123. Hosts as Imps                                          April 1980
  124.  
  125.  
  126.  
  127. +-15 volts.  IMP11As use chips which are spec'd at +-3 volts.
  128.  
  129.  
  130.      For the various "IMP" interfaces, the PTIP interface is good for  a
  131.  
  132. range  similar  to  that  of  the  BCRs  good  for a similar range.  The
  133.  
  134. 316/516  IMPs provide optical isolation, so they are  good  up  to  some
  135.  
  136. very  high  value  dependent  on  the  breakdown  of  the insulation.
  137.  
  138.  
  139.      The  1822  spec says that host's receivers should expect a  1  volt
  140.  
  141. peak-to-peak  signal,   centered   around   the   host's   ground.  Host
  142.  
  143. receivers  also must be able to tolerate at least 2.5 volts  of  common-
  144.  
  145. mode  noise.   Note  that,  for  the  IMP11As,  DEC  picked chips  which
  146.  
  147. exactly met the spec, i.e., 2.5 volts noise plus  0.5  volts  signal  in
  148.  
  149. either  the  plus or minus  direction  requires  an input  range  of  +-
  150.  
  151. 3.0  volts.   The chips in that design have a maximum legal input  range
  152.  
  153. of  +-3 volts with respect to the PDP-11 ground.  Thus the DEC design is
  154.  
  155. a legal host interface according to 1822.
  156.  
  157.  
  158.      By judicious grounding and other magic, we have  gotten  the  noise
  159.  
  160. down   to  less  than a volt.  The source was traced to our building UPS
  161.  
  162. system, which has some bad filter capacitors.  These will  be  replaced,
  163.  
  164. and  that  is  likely  to  remove the noise  source.  However, 1 volt of
  165.  
  166. induced noise is not unreasonable, and is also probably  fairly   common
  167.  
  168. in computer areas.  The UPS problem only makes  the  noise  occur  every
  169.  
  170.  
  171.  
  172.  
  173.                               - 3 -
  174.  
  175.  
  176.  
  177.  
  178.  
  179.  
  180.  
  181.  
  182. Hosts as Imps                                          April 1980
  183.  
  184.  
  185.  
  186. 8  milliseconds,   whereas    more  traditional  noise  might  occur  at
  187.  
  188. intervals of seconds or minutes.
  189.  
  190.  
  191.      As of April 1980, the filter capacitors  have been replaced.   This
  192.  
  193. has  reduced  the  noise  somewhat.   We  have  learned however that UPS
  194.  
  195. systems can generate significant noise in normal operation.  This  noise
  196.  
  197. appears  on  the  input  side  fo  the  UPS  system;  the output side is
  198.  
  199. generally well filtered.  Computer equipment powered from the UPS output
  200.  
  201. will  not see any significant noise on its power; equipment powered from
  202.  
  203. non-UPS power will have the noise  present,  but  the  equipment  itself
  204.  
  205. typically  filters  the  power  enough  so that the logic power is noise
  206.  
  207. free.
  208.  
  209.  
  210.      The problem we have  been  investigating  appears  to  result  from
  211.  
  212. coupling  between  "1822" cables and power cables carrying non-UPS power
  213.  
  214. which also carries the noise spikes generated by the UPS system.
  215.  
  216.  
  217.  
  218. HOSTS AND IMPS
  219.  
  220.  
  221.      With  the  1 volt noise, the PDP-11 and LSI-11 communication  still
  222.  
  223. doesn't work properly.  IMPTST reveals  occasional  errors.
  224.  
  225.  
  226.      In  tracking  these  problems  down, we delved pretty  deeply  into
  227.  
  228. all  the pieces of the system, even down to the circuits used within the
  229.  
  230.  
  231.  
  232.                               - 4 -
  233.  
  234.  
  235.  
  236.  
  237.  
  238.  
  239.  
  240.  
  241. Hosts as Imps                                          April 1980
  242.  
  243.  
  244.  
  245. driver/receiver chips.  In  the  IMP11A  receiver,  it appears  that  if
  246.  
  247. the  signal  level  exceeds  3 volts, the logic will get "confused", and
  248.  
  249. produce an inverted output.  However, with  1 volt  of  noise,  and  0.5
  250.  
  251. volts of signal, the input should not exceed about 1.5 volts.
  252.  
  253.  
  254.      Further tracking along, we looked  at  the  drivers  in   the  LSI-
  255.  
  256. 11.    These  are  single-ended  drivers,  i.e., using a single +5 power
  257.  
  258. supply.  They produce signals which swing between +0.2  and +2.6  volts.
  259.  
  260. The  upper  limit  will  depend  on  the  actual value of "+5", resistor
  261.  
  262. tolerances,  etc.   The  measured  "differential" signal  produced by  a
  263.  
  264. pair  of  these  drivers keeps one signal line at +0.2, and the other at
  265.  
  266. +2.4 all the time.  Thus the signal  is a 2.2 volt peak-to-peak  signal,
  267.  
  268. with a built-in common-mode noise level of 1.2 volts.
  269.  
  270.  
  271.      When  an  LSI-11   is   connected   to   an   IMP11A,   the  IMP11A
  272.  
  273. receivers  see a signal which swings to  +2.6  volts.   Given  0.4 volts
  274.  
  275. of     noise,     this    drives    the    receivers    beyond     their
  276.  
  277. specifications.
  278.  
  279.  
  280.      We believe that   this   is   the   reason   behind   the   current
  281.  
  282. problems  we  are  having with the link.  With the ambient 1 volt noise,
  283.  
  284. the IMP11As receivers are being driven out of spec all the  time,  which
  285.  
  286. causes  random errors depending  on  how  the  signals add, other noise,
  287.  
  288.  
  289.  
  290.  
  291.                               - 5 -
  292.  
  293.  
  294.  
  295.  
  296.  
  297.  
  298.  
  299.  
  300. Hosts as Imps                                          April 1980
  301.  
  302.  
  303.  
  304. etc.
  305.  
  306.  
  307.      We  have also experienced  in  the  last  few  years  a  continuous
  308.  
  309. problem  of random incompatibilities between the LSI-11s and the IMP11A.
  310.  
  311. For example, one day a particular LSI-11 might work well to   the   PDP-
  312.  
  313. 11,   and   the   following day it might not.  It seems conceivable that
  314.  
  315. this is partially caused by the situation I  just  outlined.   The  real
  316.  
  317. voltage  level on any day might depend on  the building  power  voltage,
  318.  
  319. temperature,  noise  produced by other equipment in the  vicinity,  etc.
  320.  
  321. Since  the IMP11A is being driven at the very edge of its working range,
  322.  
  323. all  the  random  "noise" factors  will  determine  how  well  the  link
  324.  
  325. works  at  any  time.   We  have  observed  also  that  the  the  system
  326.  
  327. occasionally  "hangs"  for no  apparent  reason, possibly after  running
  328.  
  329. for  hours, which may also be related to the aperiodic noise which might
  330.  
  331. occur   as   air  conditioners   switch,  elevators,  etc.   A   similar
  332.  
  333. installation  has  also   reported  problems  of   this   nature,   with
  334.  
  335. unreliable LSI-11/PDP-11 communications using distant-host connections.
  336.  
  337.  
  338.  
  339. CONCLUSION
  340.  
  341.  
  342.      The  consensus of opinion here is that the problem  lies  with  the
  343.  
  344. LSI-11   1822   interface  characteristics.   The  "1822  spec" dictates
  345.  
  346. how  to build HOST interfaces, but does not specify  how  to  build  IMP
  347.  
  348.  
  349.  
  350.                               - 6 -
  351.  
  352.  
  353.  
  354.  
  355.  
  356.  
  357.  
  358.  
  359. Hosts as Imps                                          April 1980
  360.  
  361.  
  362.  
  363. interfaces.   It  alludes  to  the   fact   that  the  IMP provides  for
  364.  
  365. things like ground isolation, deskewing, and other features not required
  366.  
  367. of hosts.
  368.  
  369.  
  370.      The 1822 interface is however asymmetric -- it is  NOT   true  that
  371.  
  372. all  host  1822  interfaces  should  be able to talk to all other hosts'
  373.  
  374. interfaces.  The host spec defines an interface which  will  allow   any
  375.  
  376. host  to  talk  to  an IMP;  the IMP interface, which has to talk to ALL
  377.  
  378. POSSIBLE  host  interfaces,  performs  more   functions  than   a   host
  379.  
  380. interface  is required to do.  In particular, it is required to  provide
  381.  
  382. ground  isolation,   and   to   generate   true  differential   signals,
  383.  
  384. centered   on   the  host  interface's  ground  which  is carried by the
  385.  
  386. ground-wire in the cable.
  387.  
  388.  
  389.      The LSI-11 1822 design seems to adequately follow  the  1822  spec,
  390.  
  391. in   that   it   provides  a host interface.  The IMP11A also adequately
  392.  
  393. follows the 1822 spec, as a host interface.
  394.  
  395.  
  396.      However, the LSI-11 must act as  an  IMP  --  i.e.,  it   must   be
  397.  
  398. designed  to  communicate with any "1822 interface" which meets the host
  399.  
  400. specs.   The  current LSI-11 1822 design does not meet this criterion.
  401.  
  402.  
  403.      The root of the problem is probably that most people think  of  the
  404.  
  405. 1822  specification  as  a  symmetric  one,  i.e.,  such that  any  1822
  406.  
  407.  
  408.  
  409.                               - 7 -
  410.  
  411.  
  412.  
  413.  
  414.  
  415.  
  416.  
  417.  
  418. Hosts as Imps                                          April 1980
  419.  
  420.  
  421.  
  422. interface  can  talk   to   any   other   1822   interface.    For  most
  423.  
  424. interface    implementations  and  environments,  this    is    probably
  425.  
  426. true,   which reinforces the mistake.
  427.  
  428.  
  429.  
  430. SOLUTION(s)?
  431.  
  432.  
  433.      We  are looking at various short-term solutions to see which is the
  434.  
  435. least  painful  way  to  make  the  system  function  reliably.  In  the
  436.  
  437. long  run,  we  believe  that  the LSI-11 1822  has  to  be  changed  to
  438.  
  439. behave  as an IMP.  At the very least, the drivers must generate a +-0.5
  440.  
  441. volt  signal,  centered   around  ground,   and   provide   for   ground
  442.  
  443. isolation.   There  may  be other constraints, such  as  timing  issues,
  444.  
  445. as  well,  which  an  IMP designer  could  help   with.    We  have  not
  446.  
  447. looked into the LSI-11 1822 design in these areas.
  448.  
  449.  
  450.      It is also   worth   noting   that   other   projects   which   use
  451.  
  452. "pseudo-IMPs"   should   be   examined,  to  see  if  the same situation
  453.  
  454. exists.  In the LSI-11-IMP11A case, the fact that  the   system   is  on
  455.  
  456. the  edge of the working range means that it works most of the time, and
  457.  
  458. is just annoyingly flaky.  Other people  may  have  the same situation.
  459.  
  460.  
  461.  
  462.  
  463.  
  464.  
  465.  
  466.  
  467.  
  468.                               - 8 -
  469.  
  470.  
  471.  
  472.