CN107925595A - 网关装置以及运算装置 - Google Patents

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Abstract

网关装置与使用预定通信协议的上位网络和使用不同于上位网络的通信协议的2个以上的下位网络连接，在上位网络中收发的上位数据由首部和有效载荷构成，该网关装置具备：多个通信端口，其分别与下位网络连接，接收在下位网络中收发的下位数据；存储部，其将多个通信端口分别与源标识符关联地存储；以及控制部，其生成上位数据并发送给上位网络，由控制部生成的上位数据的有效载荷包括通信端口接收到的下位数据中的至少一部分，由控制部生成的上位数据的首部包括与该通信端口关联的源标识符。

Description

网关装置以及运算装置
技术领域
本发明涉及网关装置以及运算装置。
背景技术
被装载到汽车上的多个电子控制单元根据设备的特性和所要求的通信速度等来决定所连接的网络。在不同网络间的通信中使用网关装置。
专利文献1中公开了一种通信网关装置，与各个网络的分组数据的速度差异等无关，能够降低分组数据的收发延迟。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-71688号公报
发明内容
发明要解决的问题
在专利文献1记载的发明中，不能够容易地判别是从哪个网络发送来的数据。
用于解决问题的手段
本发明的第一方式，提供一种网关装置，该网关装置与使用预定通信协议的上位网络和使用不同于上位网络的通信协议的2个以上的下位网络连接，在上位网络中收发的上位数据由首部和有效载荷构成，该网关装置具备：多个通信端口，其分别与下位网络连接，接收在下位网络中收发的下位数据；存储部，其将多个通信端口分别与源标识符关联地存储；以及控制部，其生成上位数据并发送给上位网络，由控制部生成的上位数据的有效载荷包括通信端口接收到的下位数据中的至少一部分，由控制部生成的上位数据的首部包括与该通信端口关联的源标识符。
本发明的第二方式，提供一种属于与第一方式的网关装置连接的上位网络的运算装置，具备：运算装置接收部，其从网关装置接收上位数据；以及接收数据处理决定部，其根据构成接收到的上位数据的首部中包括的源标识符来决定接收到的有效载荷的处理。
发明的效果
根据本发明，能够容易地判定是从哪个网络发送来到数据。
附图说明
图1是表示网关装置1以及与网关装置1连接的多个网络的结构的图。
图2是表示目的地表8的一例的图。
图3是表示发送源表9的一例的图。
图4是表示ECU11～13的结构的图。
图5是表示数据转发程序的动作的流程图。
图6是表示数据转发的动作例的迁移图。
图7是表示第二实施方式的目的地表8a的一例的图。
图8是表示第三实施方式的网关装置1以及ECU11～13之间进行的时刻同步的处理流程的图。
图9是表示第四实施方式的处理比例表801的一例的图。
图10是表示第五实施方式的发送源表9a的一例的图。
图11是表示第五实施方式的ECU11～13的结构的图。
图12是表示第六实施方式的发送源表9a的一例的图。
具体实施方式
(第一实施方式)
以下，参照图1～图6说明网关装置的第一实施方式。
网关装置被装载到汽车上，将存在于汽车内部的多个不同种网络之间、即使用不同通信协议的网络之间进行连接。
图1表示网关装置1以及与网关装置1连接的多个网络的结构。
(网络的结构)
与网关装置1连接的网络大致分为图示左侧的第一网络100和图示右侧的第二网络200。属于第一网络100的设备例如是拍摄车外情况的摄像机、测量到障碍物的距离的激光扫描仪以及汇总车内设备信息的装置等，是处理大量信息的设备。属于第二网络200的设备例如是电动窗模块、雨刷器模块等，是处理比较少量信息的设备。
第一网络100使用IEEE802.3作为OSI参照模型的第一层以及第二层，使用英特网协议作为第三层，使用TCP以及UDP作为第四层。换言之，第一网络100是使用英特网协议的IP网络。第一网络100包括电子控制单元(以后称为ECU(Electronic Control Unit：电子控制单元))ECU11、ECU12、ECU13。在属于作为IP网络的第一网络100的ECU11～13中分别设定IP地址，ECU11的IP地址是“192.168.1.1”，ECU12的IP地址是“192.168.1.2”，ECU13的IP地址是“192.168.1.3”。以下，将在第一网络100中收发的数据也称为“IP数据包”或“上位数据”。
第二网络200由CAN1网络201、CAN2网络202、LIN网络203、FlexRay网络204、MOST网络205构成。在CAN1网络201以及CAN2网络202中都使用CAN(Controller Area Network：控制器区域网络)作为通信协议。在LIN网络203中，使用LIN(Local Interconnect Network：本地互联网络)作为通信协议。在FlexRay网络204中，使用FlexRay作为通信协议。在MOST网络205中，使用MOST(Media Oriented Systems Transport：面向媒体的系统传输)作为通信协议。以下，将CAN1网络201、CAN2网络202、LIN网络203、FlexRay网络204以及MOST网络205分别称为“下位网络”。以下，也将在下位网络中收发的数据称为“下位数据”。构成第二网络200的网络、即所有的下位网络是没有使用英特网协议作为OSI参照模型的第三层的非IP网络。
CAN1网络201由ECU21、ECU22、ECU23以及后述的CAN1控制器3构成。CAN2网络202由ECU31、ECU32、ECU33以及后述的CAN2控制器4构成。LIN网络203由ECU41、ECU42、ECU43以及后述的LIN控制器5构成。FlexRay网络204由ECU51、ECU52、ECU53以及后述的FlexRay控制器6构成。MOST网络205由ECU61、ECU62、ECU63以及后述的MOST控制器7构成。
第一网络100以及第二网络200中可以包括上述装置以外的装置。
(网关装置)
网关装置1具备控制部2、存储部2a、CAN1控制器3、CAN2控制器4、LIN控制器5、FlexRay控制器6、MOST控制器7。以下将CAN1控制器3、CAN2控制器4、LIN控制器5、FlexRay控制器6、MOST控制器7汇总称为控制器3～7。
控制部2具备CPU、RAM以及存储后述程序的ROM。CPU将保存在ROM中的程序扩展到RAM中并执行。控制部2通过信号线与存储部2a以及控制器3～7连接。控制部2经由未图示的通信端口与后述的第一网络100连接。控制器3～7将从第二网络200接收到的数据输入到控制部2。控制部2在从控制器3～7接收到的数据与后述的条件一致时，将该数据发送给第一网络100。以下，把控制部2将从控制器3～7接收到的数据发送给第一网络100的处理称为“转发”。后面详细说明该转发处理。
存储部2a是非易失性存储器，存储部2a中保存有表示从第二网络200转发给第一网络100的数据的目的地的目的地表8以及表示控制器3～7的第一网络100的标识符的发送源表9。后面详细描述目的地表8以及发送源表9。
控制器3～7都具备与第二网络200的物理连接口以及进行数据收发所需的微计算机。
CAN1控制器3是构成CAN1网络201的设备之一，与构成CAN1网络201的其他设备进行数据收发。CAN1控制器3能够视为将网关装置1与CAN1网络201连接的通信端口。
CAN2控制器4是构成CAN2网络202的设备之一，与构成CAN2网络202的其他设备进行数据收发。CAN2控制器4能够视为将网关装置1与CAN2网络202连接的通信端口。
LIN控制器5是构成LIN网络203的设备之一，与构成LIN网络203的其他设备进行数据收发。LIN控制器5能够视为将网关装置1与LIN网络203连接的通信端口。
FlexRay控制器6是构成FlexRay网络204的设备之一，与构成FlexRay网络204的其他设备进行数据收发。FlexRay控制器6能够视为将网关装置1与FlexRay网络204连接的通信端口。
MOST控制器7是构成MOST网络205的设备之一，与构成MOST网络205的其他设备进行数据收发。MOST控制器7能够视为将网关装置1与MOST网络205连接的通信端口。
(IP地址)
在控制部2中，为了与第一网络100进行通信而设定“192.168.1.100”作为IP地址。
通过发送源表9将“192.168.0.1”、“192.168.0.2”、“192.168.0.3”、“192.168.0.4”、192.168.0.5”作为IP网络中的标识符即IP地址分别与CAN1控制器3、CAN2控制器4、LIN控制器5、FlexRay控制器6、MOST控制器7关联。
与控制器3～7关联的IP地址是为了指示各控制器以及该控制器所属的第二网络200而使用的地址，控制器3～7不使用该IP地址进行通信。即，该IP地址是虚拟的。
(收发的数据的结构)
第一网络100以及第二网络200由于通信协议的不同，收发的数据的结构也不同。但是，使用任意通信协议进行收发的数据也收发的数据由通信控制所需要的“首部”和没有帮助通信控制的“有效载荷”构成。例如“首部”中包括表示数据的发送地址的信息、表示数据分类的信息、用于检测收发的错误的信息。
上述的上位数据以及下位数据都由首部和有效载荷构成。
控制器3～7将从第二网络200接收到的数据分为首部部分和有效载荷部分后发送给控制部2。
以下，将第一网络100中收发的数据、即IP数据包的首部称为IP首部，将IP数据包的有效载荷称为IP有效载荷。以下，将CAN1网络201以及CAN2网络202中收发的数据的首部称为CAN首部，将该数据的有效载荷称为CAN有效载荷。
(目的地表)
目的地表8是判断控制部2是否转发控制器3～7接收到的数据、以及在转发时为了决定发送目的地所参照的表。
图2表示目的地表8的一例。目的地表8由通信端口、目的地标识符、发送目的地IP地址3个项目构成。“通信端口”表示针对网关装置1的第二网络200的通信端口，这些通信端口即是控制器3～7。“目的地标识符”是从第二网络200接收到的数据的首部中包括的字符串。“发送目的地IP地址”是转发的数据的发送目的地，是表示属于第一网络100的设备的任意一个设备的IP地址。
如果从控制器3～7接收到数据，控制部2确定发送了数据的控制器，判断与该控制器对应的目的地标识符是否被包括在该数据的首部中。当目的地标识符被包括在首部中时，控制部2将该数据发送给与该目的地标识符关联的发送目的地IP地址。当目的地标识符没有被包括在首部中时，控制部2废弃该数据。
例如，如果从CAN1控制器3接收到的数据的首部中包括“A1”，则控制部2将该数据发送给第一网络100的“192.168.1.1”。同样，如果从CAN1控制器3接收到的数据的首部中包括“A2”，则控制部2将该数据发送给第一网络100的“192.168.1.2”。
但是，按照每个通信端口区分如上所述目的地标识符。换言之，目的地标识符的名称空间按照每个通信端口而不同。例如，当CAN2控制器4从CAN2网络202接收到的数据的首部中都没有包括与CAN2控制器4关联的目的地标识符即“B1”、“B2”、“B3”时，该数据被废弃。
(发送源表)
发送源表9是控制部2在从第二网络200转发到第一网络100的数据中为了决定存储在首部中的发送源IP地址所参照的表。
图3表示发送源表9的一例。发送源表9由通信端口和发送源IP地址构成。“通信端口”表示针对网关装置1的第二网络200的通信端口，这些通信端口即是控制器3～7。“发送源IP地址”是在转发到第一网络100的数据中被存储在表示首部的发送源IP地址的区域中的IP地址。
在控制器3～7将从第二网络200接收到的数据转发给第一网络100时，控制部2确定将该数据发送给控制部2的控制器。控制部2参照发送源表9来确定与所确定的控制器关联的IP地址。控制部2在表示所转发的数据的首部中的发送源IP地址的区域存储该IP地址并发送给第一网络100。例如，当转发CAN1控制器3接收到的数据时，在该数据的首部中的发送源IP地址存储区域内存储“192.168.0.1”。
(ECU的结构)
说明属于第一网络100的ECU11～13的结构。
图4是表示ECU11～13的结构的图。
ECU11～13具备ECU控制部151、ECU通信部152、ECU存储部153。ECU控制部151具备CPU、RAM以及ROM。ECU通信部152与属于第一网络100的其他ECU以及网关装置1进行通信。ECU存储部153是非易失性存储器，ECU存储部153中保存有接收数据处理程序154和发送源表9。ECU控制部151的CPU将接收数据处理程序154扩展到RAM中并执行。
在ECU通信部152从网关装置1接收到IP数据包时，ECU控制部151提取该IP数据包的首部中包括的发送源IP地址。然后ECU控制部151将该IP地址和接收到的IP数据包输入到接收数据处理程序154中。换言之，发送源IP地址作为自变量被输入到接收数据处理程序154中。
接收数据处理程序154对通过网关装置1从第二网络200转发来的数据进行处理。从第二网络200转发来的数据是ECU21～63中的任意一个生成的数据。接收数据处理程序154根据作为自变量而被赋予的发送源IP地址判别接收到的数据是从哪个网络发送的。具体地说，判别是从CAN1网络201、CAN2网络202、LIN网络203、FexRay网络204、MOST网络205中的哪一个发送来的IP数据包。接收数据处理程序154根据判别后的数据的发送源网络来决定接收到的IP数据包的有效载荷的处理。接收数据处理程序154根据需要参照发送源表9，确定作为自变量而被输入的发送源IP地址所关联的通信端口的名称以及发送源网络的名称。
(数据转发的流程图)
如果从控制器3～7接收到数据，则控制部2将保存在ROM中的数据转发程序扩展到RAM中并执行。如上所述，从控制器3～7接收到的数据被分为首部和有效载荷。另外，控制部2能够确定是从哪个控制器接收到数据的。
图5是表示数据转发程序的动作的流程图。以下所示的各个步骤的执行主体是控制部2的CPU。
在步骤S301中，参照目的地表8来确定与发送了数据的通信端口对应的目的地标识符，并进入步骤S302。例如，当LIN控制器5将数据发送给控制部2时，确定“C1”、“C2”、“C3”为目的地标识符。
在步骤S302中，判断在接收到的数据的首部中是否包括在步骤S301中确定的目的地标识符。具体地说，根据按照每个协议被存储在首部的以下区域中的数据来进行判断。当协议是CAN时使用CAN ID进行判断，当协议是FlexRay时使用帧ID进行判断，当协议是LIN时使用受保护的ID(Protected ID)进行判断，当协议是MOST时首部部分不包括存储数据类别的字段，因此使用目标地址(Target Address)和源地址(Sorce Address)的组合进行判断。当判断为包括目的地标识符时，进入步骤S303，当判断为没有包括目的地标识符时，进入步骤S307。
在步骤S303中，参照目的地表8，取得与在步骤S302判断为没有包括在首部中的目的地标识符关联的发送目的地IP地址。例如，当首部中没有包括“C2”时，取得“192.168.1.2”作为发送目的地IP地址。接着进入步骤S304。
在步骤S304中，参照发送源表9，取得与发送了数据的控制器关联的发送源IP地址。例如，当从LIN控制器接收到数据时，取得“192.168.0.3”作为发送源IP地址。接着进入步骤S305。
在步骤S305，生成IP数据包。在该IP数据包的首部中，在存储发送目的地IP地址的区域设定在步骤S303取得的IP地址，在存储发送源IP地址的区域设定在步骤S304取得的IP地址。在该IP数据包的有效载荷中直接包括接收到的数据的首部和有效载荷。换言之，在本步骤将从第二网络200接收到的数据封装为IP数据包。接着进入步骤S306。
在步骤S306，将在步骤S305中生成的IP数据包发送给第一网路100。至此，结束图5所示的流程图的动作。
在判断为接收到的数据的首部中没有包括目的地标识符时所执行的步骤S307中，废弃接收数据并结束图5所示的流程图的动作。
(动作例)
图6是表示数据转发的动作例的迁移图。图6中，表示属于CAN2网络202的ECU31将成为转发对象的数据发送给第一网络100时的迁移图。这里，目的地表8存储图2所示的值，发送源表9中存储图3所示的值。以下，合并使用图6所示的步骤编号以及图5的流程图所带的步骤编号并进行说明。
如果从ECU31发送CAN首部的一部分即CAN为“B1”、有效载荷为“XYZ”的数据，则CAN2控制器4取得该数据(图6的S501)。CAN2控制器4将该数据发送给控制部2(图6的S502)。
控制部2参照目的地表8确定“B1”、“B2”、“B3”作为与CAN2控制器4关联的目的地标识符(图5的S301)。控制部2判断为其中一个即“B1”被包括在首部中(图5的S302：是)，取得与B1关联的发送目的地IP地址的“192.168.1.2”(图5的S303)。接着控制部2参照发送源表9，取得与CAN2控制器4关联的发送源IP地址“192.168.0.2”(图5的S304)。控制部2根据这些信息生成IP数据包的首部，在IP数据包的有效载荷中存储CAN ID即“B1”以及CAN有效载荷即“XYZ”(图5的S305)。控制部2将所生成的IP数据包发送给第一网络100(图5的S306)，该数据包到达ECU13(图6的S503)。
在ECU通信部152接收到IP数据包时，ECU13的ECU控制部151从该IP数据包提取发送源IP地址。ECU控制部151将接收数据处理程序154读入到RAM并执行，将作为自变量而提取的发送源IP地址赋予该程序。
根据上述第一实施方式得到以下的作用效果。
(1)网关装置1与使用预定通信协议的上位网络即第一网络100、使用不同于上位网络的通信协议的2个以上的下位网络即CAN1网络201、CAN网络202、LIN网络203、FlexRay网络204以及MOST网络205连接。在上位网络中收发的上位数据、即IP数据包由首部和有效载荷构成。网关装置1具备与各下位网络连接且接收在下位网络中收发的下位数据的多个通信端口即控制器3～7、存储将多个通信端口的每一个与源标识符关联而定义的发送源表9的存储部2a、生成上位数据并发送给上位网络的控制部2。由控制部2生成的上位数据的有效载荷包括由通信端口接收到的下位数据。由控制部2生成的上位数据的首部包括与该通信端口关联的源标识符。
由于如此构成网关装置1，所以接收到上位数据即IP数据包的ECU11～13通过首部中包括的源标识符即发送源IP地址能够容易地判别接收到的上位数据是从哪个下位网络发送来的数据。
(2)上位网络即第一网络100中使用的通信协议是英特网协议。上位数据是IP数据包。源标识符是与接收到下位数据的通信端口关联的IP地址。控制部2将与接收到下位数据的通信端口关联的IP地址存储到设置在生成的IP数据包的首部中的发送源IP地址存储区域中。
发送源IP地址是标准化后的IP首部的构成物，所以接收到该IP数据包的ECU11～13能够容易地取出发送源IP地址。即，ECU11～13能够容易地判别接收到的数据的发送源网络。
(3)存储部2a中还存储将下位数据中包括的目的地标识符与发送源IP地址的关联关系进行定义的目的地表8。控制部2如果从下位网络接收到下位数据，则确定与该下位数据中包括的目的地标识符关联的发送目的地IP地址，并将确定后的发送目的地IP地址存储到设置在生成的IP数据包的首部中的发送目的地IP地址存储区域中。
因此网关装置1能够将接收到的下位数据转发给在目的地表8中具有与目的地标识符关联的特定IP地址的ECU。
(4)下位数据由下位首部和下位有效载荷构成。目的地标识符被包括在下位首部中。控制部2从下位网络接收到下位数据时，确定与该下位数据的下位首部中包括的目的地标识符关联的发送目的地IP地址。
控制部2在下位数据的转发中，能够根据存储在各协议中规定的下位首部的特定区域中的信息来确定发送目的地IP地址，因此处理比较简便。当目的地标识符被包括在下位有效载荷中时，下位有效载荷的数据格式由于没有通过标准进行规定，因此处理变得繁杂，但是根据本实施方式，则没有这种问题。
(5)在目的地表8中按照每个通信端口即控制器3～7定义发送目的地IP地址和目的地标识符之间的关联关系。在IP数据包的首部中设定发送目的地IP地址存储区域。控制部2将接收到下位数据的通信端口中的与目的地标识符关联的发送目的地IP地址存储在发送目的地IP地址存储区域中。
因此，在构成第二网络200的个别网络中，不需要整合目的地标识符，因此设定简便。换言之，对于构成第二网络200的每个网络能够自由地设定目的地标识符与发送目的地IP地址的关联关系。即，目的地标识符的名称空间根据每个通信端口而不同，所以不会担心在下位网络的各网络分别设定的目的地标识符会有冲突。
(6)运算装置即ECU11～13具备从网关装置1接收上位数据即IP数据包的运算装置接收部152、根据构成接收到的上位数据的首部中包括的源标识符来决定接收到的有效载荷的处理的接收数据处理决定部即ECU控制部151。
因此ECU11～13通过读入接收到的IP数据包的首部，能够决定有效载荷的处理。
(7)ECU11～13的接收数据处理决定部即ECU控制部151将源标识符作为参数输入到根据源标识符处理有效载荷的计算机程序即接收数据处理程序154中。
因此ECU11～13将表示有效载荷的发送源网络的信息作为参数输入到接收数据处理程序154中，能够容易进行有效载荷的处理。接收数据处理程序154能够根据有效载荷的发送源网络的信息掌握有效载荷的概要，能够根据有效载荷中包括的下位数据来掌握下位有效载荷的细节。
可以将上述第一实施方式进行如下变形。
(变形例1)
在上述第一实施方式中，控制器3～7将下位数据分为下位首部和下位有效载荷，控制部2从下位首部提取目的地标识符。但是控制部2和控制器3～7的作用分担不限于此。构成网关装置1的控制部2和控制器3～7作为整体执行这些作用即可。
例如，控制器3～7将接收到的下位数据直接发送给控制部2，控制部2可以将下位数据分为下位首部和下位有效载荷。另外，接收到下位数据的控制器3～7从该下位数据提取目的地标识符，并将提取的目的地标识符和下位数据发送给控制部2。
(变形例2)
在上述第一实施方式中，在目的地表8中，按照通信端口即控制器3～7定义发送目的地IP地址与目的地标识符之间的关联关系。但是目的地表8也可以不按照通信端口即控制器3～7进行区分，而是将目的地标识符与发送目的地IP地址的关联关系设为相同。例如，无论在哪个控制器3～7中接收目的地标识符“AAA”都可以与相同的发送目的地IP地址关联。
(变形例3)
在上述第一实施方式中，控制部2将接收到的下位数据即下位首部与下位有效载荷存储到IP有效载荷中。但是，IP有效载荷中可以不包括下位首部，而是包括有效载荷的至少一部分即可。
(变形例4)
在上述第一实施方式中，目的地标识符被存储在下位数据的首部中。但是，目的地标识符也可以被存储在下位数据的有效载荷中。
(变形例5)
在上述第一实施方式中，控制部2根据接收到的CAN首部中包括的目的地标识符，在所生成的IP首部的发送目的地IP地址存储区域中设定了IP地址。但是，控制部2也可以在所生成的IP首部的发送目的地IP地址存储区域中设定预先决定的预定IP地址。预先决定的IP地址可以是指只被分配给特定设备的IP地址的单播地址，也可以是被分配给多个设备所属的组的IP地址即多播地址。
根据该变形例5得到以下的作用效果。
(1)控制部2在设置于所生成的IP数据包的首部中的发送目的地IP地址存储区域中存储预定的多播地址。
因此，网关装置1能够将从第二网络200接收到的下位数据转发给由多播地址确定的多个ECU。
(变形例6)
在第一实施方式中，在目的地表8中将目的地标识符与发送目的地IP地址进行关联。但是在在目的地表8中也可以将目的地标识符与发送目的地MAC地址进行关联。此时，例如如以下那样变更结构即可。
在发送源表9中，将通信端口与发送源MAC地址进行关联来定义。在目的地表8中，将目的地标识符与发送目的地MAC地址进行关联来定义。
在从控制器3～7接收到的下位数据的首部中包括在目的地表8中与该控制器关联的目的地标识符时，控制部2确定与该目的地标识符关联的发送目的地MAC地址。接着控制部2确定与发送了该数据的控制器进行关联的发送源MAC地址。进一步控制部2生成以下的MAC帧。即，在所生成的MAC帧的首部中，在发送目的地MAC地址存储区域中存储所确定的发送目的地MAC地址，在发送源MAC地址存储区域中存储所确定的发送源MAC地址。在所生成的MAC帧的有效载荷中存储接收到的下位数据。控制部2将所生成的MAC帧发送给第一网络100。
进一步，也可以将赋予给与第一网络连接的ECU的VLAN(Virtual LAN：虚拟局域网)与目的地标识符关联。
(变形例7)
第一网络100以及第二网络200的结构不限于第一实施方式的结构。
第二网络200至少由2个非IP网络构成即可。例如，可以由比第一实施方式更多的6个以上的非IP网络构成，也可以只由LIN网络203和MOST网络205构成第二网络200。另外，第二网络200也可以包括使用在第一实施方式所示以外的通信协议的网络。
第一网络100由TCP/IP网络构成即可，不管所构成的网络数量以及所连接的设备数量。例如，ECU11的IP地址被设为“192.168.1.1/24”，ECU12的IP地址被设为“192.168.2.2/24”，ECU13的IP地址被设为“192.168.3.3/24”，从而可以由3个TCP/IP网络来构成第一网络100。进一步，控制器3～7的虚拟IP地址的网络地址可以与第一网络100相同。
(第二实施方式)
参照图7说明网关装置的第二实施方式。在以下的说明中，对与第一实施方式相同的结构要素赋予相同的标记并主要说明不同点。关于没有特别说明的点，与第一实施方式相同。在本实施方式中，主要是在目的地表8中合并定义所转发的IP数据包的优先级这点与第一实施方式不同。
(结构)
在本实施方式中，网关装置1的存储部2a中存储目的地表8a来代替第一实施方式的目的地表8。
目的地表8a是为了决定控制部2是否转发控制器3～7所接收到的数据的判断、转发时的发送目的地以及赋予所生成的IP数据包的优先级而参照的表。
图7是表示目的地表8a的一例的图。目的地表8a由通信端口、目的地标识符、发送目的地IP地址、优先级值4个项目构成。“通信端口”、“目的地标识符”以及“发送目的地IP地址”与第一实施方式相同。“优先级值”是表示被赋予给IP数据包的优先级的值，表示值越大第一网络100的传输处理越优先。该优先级值例如是存储在表示IP首部的TOS(Type OfService：服务类型)的区域中的开头3位中的值，“0”为优先级最低，“7”为优先级最高。
(数据转发的流程图)
在第二实施方式中，根据第一实施方式的动作来变更步骤S303以及步骤S305的动作。
在步骤S303中，参照目的地表8a来取得与在步骤302中判断为包括在首部中的目的地标识符关联的发送目的地IP地址以及优先级值。例如，当从CAN1控制器3接收到的CAN首部中包括了“A2H”时，取得“192.168.1.2”作为发送目的地IP地址，取得“7”作为优先级值。
在步骤S305中生成IP数据包。在该IP数据包的首部中，在存储发送目的地IP地址的区域中设定在步骤S303所取得的IP地址，在存储发送源IP地址的区域中设定在步骤S304中所取得的IP地址，在表示IP首部的TOS的区域中的开头3位设定所取得的优先级值。在该IP数据包的有效载荷中直接包括接收到的数据的首部和有效载荷。
根据上述实施方式得到以下的作用效果。
(1)网关装置1的目的地表8a中定义了与目的地标识符关联的传输优先级。在IP数据包的首部中设定存储上位网络的该IP数据包的传输处理优先级的优先级存储区域。控制部2在优先级存储区域中存储与包括在接收到的下位数据中的目的地标识符关联的传输优先级。
因此控制部2能够根据目的地标识符来设定从控制部2发送给第一网络100的IP数据包的优先顺序以及在第一网络100中的未图示路由器中处理的IP数据包的优先顺序。
(第二实施方式的变形例)
在上述第二实施方式中，任意地设定了存储在目的地表8a中的优先级。但是，也可以设定存储在目的地表8a中的优先级全部表示最优先的信息。例如，在通过“0”～“7”设定优先级的情况下，设定存储在目的地表8a中的优先级全部表示最优先的“7”。
根据该变形例，得到以下的作用效果。
(1)设定存储在目的地表8a中的优先级全部表示最优先的“7”的信息。
因此，在网关装置1从第二网络200转发到第一网络100的数据包中设定优先级比其他数据包、例如在ECU11～13之间收发的IP数据包更高的优先级。即在第一网络100中，网关装置1所转发的数据包比其他数据包更优先地被发送到发送目的地。
(第三实施方式)
参照图8说明网关装置的第三实施方式。在以下的说明中，对与第一实施方式相同的结构要素赋予相同标记并主要说明不同点。关于没有特别说明的点与第一实施方式相同。在本实施方式中，主要在对网关装置所转发的数据赋予时间戳这点与第一实施方式不同。
(结构)
在本实施方式中，保存在控制部2的ROM中的程序不同。保存在本实施方式的控制部2的ROM中的程序除了第一实施方式的处理，还进行接下来说明的时刻的记录以及时间戳的赋予。
在本实施方式中，属于第一网络100的ECU11～13按照每个预定时间将后述的时刻同步数据包发送给网关装置1。
(时刻同步的处理流程)
图8是表示网关装置1以及ECU11～13之间进行的时刻同步的处理流程的图。但是图7中代表ECU11～13而记载ECU13。以下使用图8的步骤编号进行说明。
ECU13定期地发送IP数据包即时刻同步数据包700。在时刻同步数据包700的首部中存储ECU13的IP地址即“192.168.1.3”作为发送源IP地址。在时刻同步数据包700的有效载荷中存储ECU13的时钟信息和时序编号。例如在ECU13的时刻TM1生成时刻同步数据包700时，存储“1”作为时刻同步数据包700的时钟信息以及时序编号(S710)。时序编号在每次从ECU13发送时刻同步数据包700时被计数。通过参照时序编号能够检测时刻同步数据包700的发送错误等。
如果网关装置1在网关装置1的时刻TS1接收到时刻同步数据包700，则网关装置1的控制部2将以下的信息记录在存储部2a中。即控制部2将时刻同步数据包的发送源IP地址即“192.168.1.3”、时刻同步数据包中包括的时钟信息“TM1”、时序编号“1”以及网关装置的接收时刻“TS1”关联地进行记录。在网关装置1每次从相同的发送源IP地址接收时刻同步数据包700时，通过控制部2来更新记录在存储部2a中的这些信息。
网关装置1在网关装置1的时刻TS2从第二网络200接收在首部中包括与ECU13的IP地址关联的目的地标识符即“B3”，有效载荷为“XYZ”的下位数据时，网关装置1除了进行在第一实施方式说明的事项外还进行以下的处理。即，在IP有效载荷中包括M1+(TS2-TS1)作为数据产生时刻，包括在存储部2a中与ECU13的IP地址关联存储的时序编号作为时序编号。因此，在网关装置1所生成的IP数据包的有效载荷中包括数据产生时刻信息、时序编号、目的地标识符以及下位有效载荷。在本实施方式中将该IP数据包称为带时刻信息转发数据包701。网关装置1将带时刻信息转发数据包701发送给第一网络100(S711)。
这里，当有ECU13与网关装置1的时钟时刻经过差异时，例如当ECU13的时钟进入1时网关装置1的时钟进入2时，设定与ECU13的时钟时刻对应地进行修正的值。
接收到带时刻信息转发数据包701的ECU13参照带时刻信息转发数据包701中包括的数据产生时刻信息，处理IP有效载荷中包括的下位有效载荷。
根据该第三实施方式得到以下的作用效果。
(1)网关装置1具备：时刻取得部即控制部2，其取得属于上位网络的设备的时刻信息，并与该设备的IP地址关联地保存在存储部中；以及时间戳生成部即控制部2，其生成时间戳即数据产生时刻信息。时间戳生成部即控制部2如果从下位网络接收到下位数据，则根据该下位数据中包括的目的地标识符以及目的地表来确定该下位数据的发送目的地IP地址，并根据接收到该下位数据的时刻以及与保存在存储部中的该发送目的地IP地址关联的时刻信息，来生成与发送目的地的设备一致的时间戳。控制部2写入生成时间戳的IP数据包的有效载荷中。
接收到带时刻信息转发数据包701的ECU13通过参照带时刻信息转发数据包701中包括的数据产生时刻，能够取得该数据的产生时刻。这样通过ECU13的应用能够执行基于数据产生时刻的处理修正，能够进行更高精度的数据处理。
另外，没有变更ECU11～13的时刻信息以及网关装置1的时刻信息，因此没有产生时间倒流等问题。进一步网关装置1将ECU的IP地址和ECU的时刻信息关联地存储在存储部2a中，因此能够个别地管理多个ECU的时刻信息，并对每个ECU赋予适当的指间戳即数据产生时刻信息。
(第三实施方式的变形例1)
在上述第三实施方式中，网关装置1取得ECU11～13的时刻信息，生成赋予了与该时刻信息一致的数据产生时刻的带时刻信息转发数据包701。但是，网关装置1可以不考虑ECU11～13的时刻信息而只根据网关装置1的时刻信息赋予数据产生时刻，ECU11～13根据网关装置1的时刻信息与该ECU的时刻信息之间的差值来修正该数据产生时刻。此时，从网关装置1发送时刻同步数据包。
(第三实施方式的变形例2)
在上述第三实施方式中，网关装置1将ECU的IP地址与ECU的时刻信息关联地存储在存储部2a中。但是，也可以将ECU的时刻信息与ECU的IP地址不关联地存储在存储部2a中。此时，只将与该ECU的时刻信息一致的数据产生时刻信息赋予发送给特定的ECU的转发数据。
(第三实施方式的变形例3)
通过与上述第三实施方式不同的方法，可以将ECU11～13的时刻传输给网关装置1。例如，使用既存的标准化的时刻同步方式即PTP(Precision Time Protocol：精确时间协议)、gPTP(generalized Precision Time Protocol：广义的精确时间协议)、NTP(NetworkTime Protocol：网络时间协议)等，将ECU11～13的时刻传输给网关装置1。例如在使用NTP时，如以下那样构成ECU11～13以及网关装置1即可。
在以下的例子中ECU11～13具备同样的功能，所以使用ECU11作为代表来进行说明。
ECU11具备NTP服务器的功能，网关装置1具备NTO客户端的功能。网关装置1不仅具备用于网关装置1的控制的主时钟，还具备与各个ECU同步的同步用时钟。即网关装置1具备ECU11用同步时钟、ECU12用同步时钟、ECU13用同步时钟。网关装置1作为NTP客户端访问ECU11，使ECU11用同步时钟与ECU11的时钟同步。网关装置1使用ECU11用同步时钟将时间戳即数据产生时刻信息赋予发送给ECU11的带时刻信息转发数据包701。
(第四实施方式)
参照图9说明本发明的网关装置的第四实施方式。在以下的说明中，对与第一实施方式相同的结构要素赋予相同的标记并主要说明不同点。关于没有特别说明的点与第一实施方式相同。在本实施方式中，主要在网关装置1按照每个发送源的网络设定转发作业的优先级这点与第一实施方式不同。
(结构)
在网关装置1的存储部2a中还存储处理比例表801。处理比例表801表示网关装置1从第二网络发送的数据的处理比例的上限。
网关装置1的控制部2根据处理比例表801分配在一定时间内进行转发处理的数据数量。
图9是表示处理比例表801的一例的图。处理比例表801由“通信端口”和“处理比例”2个字段构成。“通信端口”与图2等同样是与控制器3～7对应的字段。“处理比例”是存储网关装置1针对从第二网络200发送的数据进行处理的比例的值的字段。
网关装置1的控制部2根据处理比例分配在一定时间内进行处理的数据。在图9的例子中，例如在1秒钟能够转发100件数据的情况下，CAN1控制器3最大转发35件从CAN1网络201接收到的数据。
根据上述实施方式得到以下的作用效果。
(1)存储部2a中存储将多个通信端口分别与转发处理的比例关联而定义的处理比例表801。控制部2以与接收到下位数据的通信端口关联的转发处理的比例来执行基于该下位数据的上位数据的生成以及发送。
因此，从与第二网络连接的某一个网络发送的数据增大，从与第二网络连接的其他网络发送的数据的处理没有停滞。
(第四实施方式的变形例1)
上述第四实施方式的、网关装置1进行的数据处理量的分配可以只适用于特定条件的情况。特定的条件例如是以下2种情况。第一种情况为，当网关装置1的CPU的负荷超过了预先设定的值的情况。第二种情况为，对于与第二网络连接的网络中的预先决定的网络，流过该网络的数据量超过了特定阈值的情况。
(第四实施方式的变形例2)
在上述第四实施方式中，针对与第二网络连接的网络定义了各处理比例。但是也可以对与第二网络连接的网络标注优先级，按照顺序处理从该优先级高的网络发送出的数据。此时，从优先级低的网络发送出的数据可能会长时间不被处理。因此，设定一次处理从一个网络发送出的数据的上限值等即可。
(第五实施方式)
参照图10～11说明本发明的网关装置的第四实施方式。在以下的说明中，对与第一实施方式相同的结构要素赋予相同的标记并主要说明不同点。关于没有特别说明的点，与第一实施方式相同。在本实施方式中，主要是使用TCP首部的发送目的地TCP端口表示转发源网络这点与第一实施方式不同。
(结构)
网关装置1的存储部2a具备发送源表9a代替发送源表9。发送源表9a中定义从第二网络200接收到数据的控制器与发送目的地TCP端口的关联关系。
图10是表示发送源表9a的一例的图。发送源表9a由通信端口和发送目的地TCP端口构成。“通信端口”表示针对网关装置1的第二网络200的通信端口，这些通信端口即是控制器3～7。“发送目的地TCP端口”是存储在表示TCP首部的发送目的地TCP端口的区域中的端口编号。例如，在由CAN1控制器3接收并转发给第一网络100的数据的TCP首部中指定“50001”作为目的地TCP端口。
图11是表示ECU11～13的结构的图。
ECU11～13的ECU存储部153中保存有接收数据处理程序154a～e和发送源表9a代替接收数据处理程序154和发送源表9。接收数据处理程序154a～e进行分别从特定的第二网络200转发来的数据的处理。该对应按照接收数据处理程序154a～e的顺序为CAN1网络201、CAN2网络202、LIN网络203、FlexRay网络204、MOST网络205。
(动作)
在接收到的下位首部中包括目的地表8所示的目的地标识符时，控制部2使用发送源表9a来确定与接收到该数据的通信端口关联的TCP端口。然后控制部2在所生成的TCP数据包的首部中将所确定的TCP端口编号存储在发送目的地TCP端口存储区域中并进行发送。例如，在由CAN1控制器3接收并转发给第一网络100的数据的TCP首部中指定“50001”作为目的地TCP端口。
ECU11～13的ECU控制部151参照发送源表9a通过关联的TCP端口等待接收数据处理程序154a～e的各程序。例如，接收数据处理程序154a如上述那样与CAN1网络201对应，所以如果发送源表9a是图10的例子所示那样，则通过50001号端口等待。
如果ECU11～13的ECU通信部152从网关装置1接收到TCP数据包，则ECU控制部151提取存储在接收到的TCP数据包的发送目的地TCP端口存储区域中的端口编号。ECU控制部151将接收到的TCP数据包的有效载荷输入给在提取的端口编号中处于等待状态的程序并进行处理。例如，当提取的端口编号为50001的情况下，将接收到的TCP数据包的有效载荷输入到在TCP端口50001号处于等待状态的接收数据处理程序154a并进行处理。
根据上述第五实施方式得到以下的作用效果。
(1)在上位网络即第一网络100中使用的通信协议是TCP。源标识符是发送目的地TCP端口编号。网关装置1的控制部2在设置在所生成的上位数据的首部中的发送目的地端口编号的存储区域中存储与该通信端口关联的端口编号。
因此，ECU11～13根据接收到的TCP数据包的首部中包括的发送目的地端口编号，能够容易地判别接收到的TCP数据包的有效载荷是从哪个下位网络发送来的数据。
(2)ECU11～13的接收数据处理决定部、即ECU控制部151根据源标识符、发送目的地TCP端口编号来决定用于处理有效载荷的计算机程序。
因此，能够使个别的程序、即接收数据处理程序154a～e处理从构成第二网络200的每个网络发送来的数据。
(第五实施方式的变形例)
在上述第五实施方式中，使用TCP首部的发送目的地TCP端口表示发送了被转发的数据的网络。但是表示发送了被转发的数据的网络的方法不限于此。可以使用TCP首部的发送源TCP端口编号来表示转发源网络，也可以不使用TCP而使用UDP的首部。
例如在使用TCP首部的发送源TCP端口时，在发送源表9a中定义通信端口与发送目的地TCP端口的关系即可。
(第六实施方式)
参照图12说明本发明的网关装置的第五实施方式。在以下的说明中，对与第一实施方式相同的结构要素赋予相同的标记并主要说明不同点。关于没有特别说明的点，与第一实施方式相同。在本实施方式中，主要在使用数据链层的数据帧的发送源MAC地址表示转发源网络这点与第一实施方式不同。
(结构)
网关装置1的存储部2a具备发送源表9b代替发送源表9。在发送源表9b中定义从第二网络200接收到数据的控制器与发送源MAC地址的关联关系。关于该MAC地址能够考虑控制器3～7的虚拟的MAC地址。
图12是表示发送源表9b的一例的图。发送源表9b由通信端口和发送源MAC地址构成。“通信端口”表示针对网关装置1的第二网络200的通信端口，这些通信端口即是控制器3～7。“发送源MAC地址”是存储在表示TCP首部的发送目的地TCP端口的区域中的端口编号。例如，在由CAN1控制器3接收并被转发到第一网络100的数据帧中指定“02：00：00：00：00：01”作为发送源MAC地址。
(动作)
如果在接收到的下位首部中包括目的地表8所表示的目的地标识符，则控制部2使用发送源表9b来确定与接收到该数据的通信端口关联的MAC地址。然后控制部2在所生成的数据帧的首部中在发送源MAC地址存储区域中存储所确定的MAC地址并发送。例如，在由CAN1控制器3接收并被转发到第一网络100的数据帧的首部中指定“02：00：00：00：00：01”作为MAC地址。
如果ECU11～13的ECU通信部152从网关装置1接收到数据帧，则ECU控制部151提取存储在接收到的数据帧的发送源MAC地址存储区域中的MAC地址。ECU控制部151将接收数据处理程序154读入RAM并执行，将提取的MAC地址作为自变量赋予该程序。
根据上述第六实施方式得到以下的作用效果。
(1)上位网络即第一网络100中使用的通信协议为IEEE802.3。源标识符是MAC地址。控制部2将与该通信端口关联的MAC地址存储在设置在所生成的上位数据的首部中的发送源MAC地址存储区域中。
因此，接收到数据帧的ECU11～13通过存储在首部的发送源MAC地址存储区域中的MAC地址，能够容易地判别接收到的数据帧的有效载荷是从哪个下位网络发送来的数据。
上述各个实施方式以及变形例可以分别进行组合。
在上述各个实施方式以及变形例中，网关装置1被装载到汽车上，但是也可以装载到建设机械上。例如，可以装载到矿山开发用的自动运行自卸车上。
上述说明了各种实施方式以及变形例，但是本发明不限于这些内容。在本发明的技术思想范围内考虑到的其他方式也包括在本发明的范围内。
接下来的优先权基础申请的公开内容作为引用文被合并到这里。
日本专利申请2015年173894号(2015年9月3日申请)
附图标记的说明
1：网关装置、2：控制部、3：CAN1控制器、4：CAN2控制器、5：LIN控制器、6：FlexRay控制器、7：MOST控制器、8：目的地表、9：发送源表、100：第一网络、152：ECU通信部、152：运算装置接收部、153：ECU存储部、154：接收数据处理程序、700：时刻同步数据包、701：带时刻信息转发数据包、801：处理比例表。

Claims (14)

1.一种网关装置，与使用预定通信协议的上位网络和使用不同于上述上位网络的通信协议的2个以上的下位网络连接，该网关装置的特征在于，
在上述上位网络中收发的上位数据由首部和有效载荷构成，
该网关装置具备：
多个通信端口，其分别与上述下位网络连接，接收在上述下位网络中收发的下位数据；
存储部，其将上述多个通信端口分别与源标识符关联地存储；以及
控制部，其生成上位数据并发送给上述上位网络，
由上述控制部生成的上述上位数据的有效载荷包括上述通信端口接收到的上述下位数据中的至少一部分，
由上述控制部生成的上述上位数据的首部包括与该通信端口关联的上述源标识符。
2.根据权利要求1所述的网关装置，其特征在于，
上述上位网络中使用的通信协议是英特网协议，
上述上位数据是IP数据包，
上述源标识符是与接收到上述下位数据的上述通信端口关联的IP地址，
上述控制部在设置在生成的上述IP数据包的首部中的发送源IP地址存储区域中存储与接收到上述下位数据的通信端口关联的IP地址。
3.根据权利要求2所述的网关装置，其特征在于，
上述存储部还存储将上述下位数据中包括的目的地标识符与发送目的地IP地址之间的关联关系进行定义的目的地表，
当从上述下位网络接收到下位数据时，上述控制部确定与该下位数据中包括的上述目的地标识符关联的发送目的地IP地址，在设置在生成的上述IP数据包的首部中的发送目的地IP地址存储区域中存储上述确定的发送目的地IP地址。
4.根据权利要求3所述的网关装置，其特征在于，
上述下位数据由下位首部和下位有效载荷构成，
上述目的地标识符包括在下位首部中，
当从上述下位网络接收到下位数据时，上述控制部确定与该下位数据的下位首部中包括的目的地标识符关联的发送目的地IP地址。
5.根据权利要求3所述的网关装置，其特征在于，
在上述目的地表中还定义与上述目的地标识符关联的传输优先级，
在上述IP数据包的首部中设定用于存储上述上位网络的该IP数据包的传输处理的优先级的优先级存储区域，
上述控制部在上述优先级存储区域中存储与上述接收到的下位数据中包括的上述目的地标识符关联的上述传输优先级。
6.根据权利要求5所述的网关装置，其特征在于，
在上述目的地表中存储的上述传输优先级设定了所有表示最优先的信息。
7.根据权利要求3所述的网关装置，其特征在于，
该网关装置还具备：
时刻取得部，其取得属于上述上位网络的设备的时刻信息，并与该设备的IP地址关联地保存在上述存储部中；以及
时间戳生成部，其生成时间戳，
当从上述下位网络接收到下位数据时，上述时间戳生成部根据该下位数据中包括的目的地标识符以及上述目的地表来确定该下位数据的发送目的地的IP地址，根据接收到该下位数据的时刻以及与上述存储部中保存的该发送目的地的IP地址关联的时刻信息来生成与发送目的地的设备一致的上述时间戳，
上述控制部将上述时间戳写入上述生成的上述IP数据包的有效载荷中。
8.根据权利要求3所述的网关装置，其特征在于，
在上述目的地表中按照每个上述通信端口来定义上述发送目的地IP地址与上述目的地标识符的关联关系，
在上述IP数据包的首部中设定发送目的地IP地址存储区域，
上述控制部将接收到上述下位数据的通信端口的、与上述目的地标识符关联的上述发送目的地IP地址存储在上述发送目的地IP地址存储区域中。
9.根据权利要求2所述的网关装置，其特征在于，
上述控制部将预定的多播地址存储到设置在生成的上述IP数据包的首部中的发送目的地IP地址存储区域中。
10.根据权利要求1所述的网关装置，其特征在于，
上述存储部还存储将上述多个通信端口分别与转发处理的比例进行关联而定义的处理比例表，
上述控制部以与接收到该下位数据的上述通信端口关联的上述转发处理的比例来执行基于上述下位数据的上述上位数据的生成以及发送。
11.根据权利要求1所述的网关装置，其特征在于，
上述上位网络中使用的通信协议是TCP或UDP，
上述源标识符是端口编号，
上述控制部在设置于生成的上位数据的首部中的发送目的地端口编号或发送源端口编号的存储区域中存储与该通信端口关联的端口编号。
12.根据权利要求1所述的网关装置，其特征在于，
上述上位网络中使用的通信协议是IEEE802.3，
上述源标识符是MAC地址，
上述控制部将与该通信端口关联的MAC地址存储在设置于生成的上位数据的首部中的发送源MAC地址存储区域中。
13.一种运算装置，属于与权利要求1所述的网关装置连接的上述上位网络，该运算装置的特征在于，具备：
运算装置接收部，其从上述网关装置接收上述上位数据；以及
接收数据处理决定部，其根据构成接收到的上位数据的上述首部中包括的上述源标识符来决定接收到的上述有效载荷的处理。
14.根据权利要求13所述的运算装置，其特征在于，
上述接收数据处理决定部根据上述源标识符来决定用于处理上述有效载荷的计算机程序，或者将上述源标识符作为参数输入到用于处理上述有效载荷的计算机程序中。
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