CN108370339B - 车载网关装置、电子控制装置、车载网络系统 - Google Patents

车载网关装置、电子控制装置、车载网络系统 Download PDF

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Abstract

提供一种能够将车载网络中的传送延迟抑制得较低的中继技术。本发明的车载网关装置通过在大尺寸的第1通信帧所具有的第1数据部内汇集多个小尺寸的第2通信帧所具有的第2数据部，从而生成所述第1通信帧，对所生成的所述第1通信帧进行中继。

Description

车载网关装置、电子控制装置、车载网络系统
技术领域
本发明涉及一种车载网络。
背景技术
在近年来的车辆中，搭载有多个电子控制装置(Electronic Control Unit：ECU)。ECU设置于车辆内的各个部位。这些多个ECU分别协调而实现1个车载应用程序。为此，需要进行各ECU之间的数据通信，作为其手段，各ECU用通信线连接而构成车载网络。
ECU设置于车辆内的各个部位，所以，在每个该设置部位构成车载网络。进一步地，配置有用于对各车载网络间的通信进行中继的车载网关装置，连接于各车载网络的ECU能够经由车载网关进行通信。
作为车载网络上的通信协议，当前主要广泛利用CAN(Control Area Network，控制器局域网)。另一方面，近年来，自动驾驶控制那样的高级的协调控制系统的开发正在推进。在这样的系统中，正积极研究应用以Ethernet(注册商标)为代表的高速的通信协议。
根据这样的背景，预计今后对以往的由CAN等通信协议构成的车载网络新添加了应用Ethernet的车载网络而得到的结构将成为主流。因此，在对使用不同的通信协议的车载网络间的通信进行中继的车载网关装置中，要求高效的中继处理。
下述专利文献1～2记载了用于对使用不同的通信协议的网络间的通信进行中继的现有技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008－294935号公报
专利文献2：日本特开2013－013083号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
在多个ECU协调而对车辆进行综合控制的系统中，要求各ECU尽可能高速且同步地进行发送。因此，作为车载网关装置的基本性能，要求传送时间的延迟低。然而，车载网关装置一般来说在传送目的地产生冲突的情况下，从优先级最高的通信帧起依次进行传送，所以，优先级低的通信帧的传送时间的延迟变高，在ECU间的协调控制时成为技术问题。该基本性能以及技术问题在从CAN向Ethernet地对通信帧进行中继的情况下也一样。
本发明是鉴于上述技术问题而完成的，其目的在于，提供一种能够将车载网络中的传送延迟抑制得低的中继技术。
解决技术问题的技术手段
本发明的车载网关装置通过在大尺寸的第1通信帧所具有的第1数据部内汇集多个小尺寸的第2通信帧所具有的第2数据部，从而生成所述第1通信帧，对所生成的所述第1通信帧进行中继。
发明效果
根据本发明的车载网关装置，即使在传送目的地产生冲突的情况下，也能够将传送时间的延迟抑制得低。
附图说明
图1是实施方式1的车载网络系统1的结构图。
图2是示出车载网关装置2的结构的功能框图。
图3是说明车载网关装置2将CAN帧传送到Ethernet网络的处理的流程图。
图4是说明在图3的流程图中将CAN帧储存到Ethernet帧的处理的概念图。
图5是示出ECU4的结构的功能框图。
图6是说明ECU4从Ethernet帧提取CAN消息的处理的流程图。
图7是说明对传送目的地产生冲突的多个CAN帧进行传送所需的时间的时序图。
图8是将模拟了ECU4的监控装置5代替ECU4而连接到Ethernet网络的车载网络系统1的结构例。
图9是车载网关装置2所具备的路由表22的一例。
图10是说明车载网关装置2传送CAN帧的处理的时序图。
图11是示出监控装置5监视图10所示的Ethernet帧的结果的图。
具体实施方式
＜实施方式1＞
图1是本发明的实施方式1的车载网络系统1的结构图。车载网络系统1是车辆搭载的网络系统，由使用CAN来收发通信帧的车载网络以及使用Ethernet来收发通信帧的车载网络构成。车载网关装置2是对这些车载网络间的通信进行中继的装置。ECU3是属于CAN网络的电子控制装置。ECU4是属于Ethernet网络的电子控制装置。
图2是示出车载网关装置2的结构的功能框图。车载网关装置2具备CAN物理接口20、CAN接收缓冲器21、路由表22、传送冲突判定部23、传送数据生成部24、Ethernet帧生成部25、Ethernet发送缓冲器26、Ethernet物理接口27。
CAN物理接口20是与CAN网络之间的物理性的接口。CAN接收缓冲器21储存CAN物理接口20接收到的CAN帧，路由表22是定义所接收到的CAN帧的传送目的地的数据表格。传送冲突判定部23依照路由表22来决定CAN接收缓冲器21所储存的CAN帧的传送目的地，并且判定是否存在传送目的地产生冲突的CAN帧。传送数据生成部24生成传送到Ethernet网络的通信帧的数据部(Payload部)。Ethernet帧生成部25使用传送数据生成部24所生成的数据部来生成Ethernet帧。Ethernet发送缓冲器26是用于在送出到Ethernet网络之前临时地储存Ethernet帧的缓冲器。Ethernet物理接口27是与Ethernet网络之间的物理性的接口。
图3是说明车载网关装置2将CAN帧传送到Ethernet网络的处理的流程图。下面说明图3的各步骤。
(图3：步骤S200～S201)
车载网关装置2例如周期性地或者以中断处理等为契机而开始本流程图(S200)。传送冲突判定部23从CAN接收缓冲器21读出1个以上的CAN帧(S201)。
(图3：步骤S202)
传送冲突判定部23依照路由表22来决定在步骤S201中读出的CAN帧的传送目的地。传送冲突判定部23判定是否有传送目的地产生冲突的CAN帧。传送目的地产生冲突是指存在多个应该传送到同一车载网络的通信帧。在图1的网络结构中，存在多个应该传送到Ethernet网络的CAN帧的情况相当于此。在有传送目的地产生冲突的CAN帧的情况下，前进到步骤S203，在没有的情况下，前进到步骤S204。
(图3：步骤S203)
传送数据生成部24通过取出传送目的地产生冲突的各CAN帧的ID部和Data部并进行汇集，从而生成传送到Ethernet网络的通信帧的数据部。关于CAN帧的帧结构和Ethernet帧的帧结构，在后述的图4中例示。
(图3：步骤S204)
传送数据生成部24取出1个CAN帧的ID部和Data部，生成传送到Ethernet网络的通信帧的数据部。
(图3：步骤S205～S206)
Ethernet帧生成部25基于在步骤S203或者S204中生成的数据部(传送数据)的长度，决定送出到Ethernet网络的Ethernet帧的Data长度(S205)。Ethernet帧生成部25将传送数据储存到Ethernet帧的Data部(S206)。
(图3：步骤S207)
Ethernet帧生成部25设定为生成送出到Ethernet网络的Ethernet帧，储存到Ethernet发送缓冲器26中并进行发送。Ethernet物理接口27送出Ethernet发送缓冲器26所储存的Ethernet帧。
(图3：步骤S208)
车载网关装置2判定从CAN接收缓冲器21读出的全部CAN帧的传送是否完成。如果完成，则结束本流程图，如果剩余有应该传送的帧，则返回到步骤S202，对剩余的CAN帧实施相同的处理。
图4是说明在图3的流程图中将CAN帧储存到Ethernet帧的处理的概念图。图4上部示出CAN帧的帧格式，图4下部示出Ethernet帧的帧格式，图4中部示出处理过程。
CAN帧具有SOF部、ID部、Control部、Data部、CRC部、ACK部、EOF部。SOF部是表示帧的开始的字段。ID部是表示相当于通信消息的类别的标识符的字段。Control部是表示预约比特和Data部的Data长度的字段。Data部是表示通信消息的字段。CRC部是表示帧的传送错误的字段。ACK部是表示正常接收到的确认的信号的字段。EOF部是表示帧的结束的字段。
Ethernet帧具有Frame Header部、Data部、FCS部。Frame Header部是表示收信地址、Data长度等通信消息以外的附加信息的字段。Data部是表示通信消息的字段。FCS部是表示帧的传送错误的字段。
如果考虑CAN帧的结构，则从CAN网络传送到Ethernet网络的信息至少有与通信消息对应的ID部和Data部即可。因此，传送数据生成部24在图3的步骤S203～S204中，使用CAN帧的ID部和Data部来生成传送数据。在传送目的地产生冲突的情况下(即，在多个CAN帧的传送目的地是同一Ethernet网络的情况下)，能够将冲突的各CAN帧的ID部和Data部打包成1个传送数据。
Ethernet帧生成部25根据传送数据的长度来决定Ethernet帧的Data长度。因此，根据传送到Ethernet网络的CAN帧的个数，Ethernet帧为可变长度。
图5是示出ECU4的结构的功能框图。ECU4具备物理接口40、接收缓冲器41、接收帧解析部42、CAN消息提取部43、应用程序处理部44。
物理接口40是与Ethernet网络之间的物理性的接口。接收缓冲器41储存所接收到的Ethernet帧。接收帧解析部42对所接收到的Ethernet帧进行解析。CAN消息提取部43提取储存于所接收到的Ethernet帧的Data部中的CAN消息。应用程序处理部44使用提取出的CAN消息来执行对应的应用程序。
图6是说明ECU4从Ethernet帧提取CAN消息的处理的流程图。下面说明图6的各步骤。
(图6：步骤S400～S401)
ECU4例如周期性地或者以中断处理等为契机而开始本流程图(S400)。接收帧解析部42从接收缓冲器41读出Ethernet帧(S401)。
(图6：步骤S402)
接收帧解析部42判定所接收到的Ethernet帧对于本装置(ECU4)来说是否需要。例如连接于Ethernet网络的ECU4以外的电子控制装置在未打算从CAN网络接收通信帧的情况下，针对于这些ECU，能够判定为不需要从车载网关装置2传送来的Ethernet帧。在需要所接收到的Ethernet帧的情况下，前进到步骤S403，在不需要的情况下，前进到步骤S404。
(图6：步骤S403)
CAN消息提取部43从接收帧的Data部提取CAN消息(CAN帧的ID部和Data部)。在Data部储存有多个CAN消息的情况下，分别提取各CAN消息。
(图6：步骤S404)
接收帧解析部42丢弃接收帧，结束本流程图。
(图6：步骤S405)
CAN消息提取部43将提取出的CAN消息交接给应用程序处理部44。应用程序处理部44使用该CAN消息来实施规定的处理。
图7是说明对传送目的地产生冲突的多个CAN帧进行传送所需的时间的时序图。在这里，示出对CAN ID是1的CAN帧和CAN ID是2的CAN帧进行传送的例子。假定在CAN ID＝1的情况下优先级较高。
以往的车载网关装置在CAN帧的传送目的地产生冲突的情况下，先传送优先级高的CAN帧，之后传送优先级低的CAN帧。因此，优先级高的CAN帧延迟了传送处理所需的延迟时间而被送出到传送目的地，优先级低的CAN帧进一步地延迟地被送出。
与此相对地，本实施方式1的车载网关装置2将传送目的地产生冲突的CAN帧打包到1个Ethernet帧的Data部内来进行传送，所以，即使是优先级低的CAN帧，也能够将在传送时产生的延迟抑制得小。
＜实施方式1：总结＞
本实施方式1的车载网关装置2在从CAN网络向Ethernet网络进行中继的通信帧的传送目的地产生冲突的情况下，将冲突的CAN帧的ID部和Data部打包到Ethernet帧的Data部来进行传送。由此，优先级低的CAN帧不需要等待传送处理，能够将传送处理中的延时抑制得低。
＜实施方式2＞
图8是将模拟了ECU4的监控装置5代替ECU4而连接到Ethernet网络的车载网络系统1的结构例。各装置的结构除了监控装置5以外，与实施方式1相同。但是，为了区分2个CAN网络，以下分别称为CAN1、CAN2。
图9是车载网关装置2所具备的路由表22的一例。车载网关装置2依照路由表所指定的路径定义，将CAN帧传送到CAN网络或者Ethernet网络。在图9所示的例子中，例如在车载网关装置2接受了CAN ID＝100或者200的CAN帧的情况下，将该CAN帧传送到Ethernet网络。
图10是说明车载网关装置2传送CAN帧的处理的时序图。在这里，说明传送CAN ID＝100和200的CAN帧的例子。根据在图9中说明的路由表，将这些CAN帧均传送到Ethernet网络，所以传送目的地产生冲突。因此，车载网关装置2将这些CAN帧的ID部和Data部打包到1个Ethernet帧的Data部内，送出到Ethernet网络。
图11是示出监控装置5监视图10所示的Ethernet帧的结果的图。Ethernet帧的Data部储存有CAN ID＝100的CAN帧的ID部和Data部，并且储存有CAN ID＝200的CAN帧的ID部和Data部。
＜关于本发明的变形例＞
本发明不限定于上述实施方式，包括各种变形例。例如，上述实施方式是为了以容易理解的方式说明本发明而详细说明的，不一定限定于具备所说明的全部构成。
在以上的实施方式中，说明了取出CAN帧的ID部和Data部并进行汇集的情形，但也可以根据需要取出其他部分而汇集为Ethernet帧的Data部。
在以上的实施方式中，在车载网关装置2传送通信帧时，在传送目的地网络是总线型的网络(例如，CAN网络)的情况下，不指定收信地址而进行传送即可。与此相对地，在传送目的地网络是按1：1进行通信的网络(例如，Ethernet网络)的情况下，既可以通过广播通信对全部终端传送通信帧，也可以例如针对每个CAN ID，在路由表上定义传送目的地终端而单独地传送。也可以通过其他适当的方法来确定传送目的地。
在以上的实施方式中，2个CAN网络与1个Ethernet网络经由车载网关装置2连接，但经由车载网关装置2连接的网络的构成不限于此。车载网络的个数是2以上即可，在各车载网络上使用的通信协议也可以是CAN和Ethernet以外的通信协议。
符号说明
1：车载网络系统
2：车载网关装置
20：CAN物理接口
21：CAN接收缓冲器
22：路由表
23：传送冲突判定部
24：传送数据生成部
25：Ethernet帧生成部
26：Ethernet发送缓冲器
27：Ethernet物理接口
3：电子控制装置
4：电子控制装置
40：物理接口
41：接收缓冲器
42：接收帧解析部
43：CAN消息提取部
44：应用程序处理部
5：监控装置。

Claims (5)

1.一种车载网关装置，其特征在于，对第1车载网络与第2车载网络之间的通信进行中继，所述第1车载网络收发具有第1数据部的第1通信帧，所述第2车载网络收发具有尺寸比所述第1数据部小的第2数据部的第2通信帧，
所述车载网关装置具备使用所述第2通信帧来生成所述第1通信帧的生成部，
所述车载网关装置还具备将所述生成部所生成的所述第1通信帧送出给所述第1车载网络的发送部，
所述生成部通过汇集多个所述第2通信帧各自具有的所述第2数据部，从而生成所述第1通信帧内的所述第1数据部，
所述第2通信帧还具有表示所述第2数据部所描述的数据的类别的数据ID，
所述生成部通过将多个所述第2通信帧各自具有的所述数据ID汇集到所述第1通信帧内的所述第1数据部，从而生成所述第1通信帧，
所述生成部从所述第2通信帧仅提取所述第2数据部和所述数据ID，并汇集到所述第1数据部内。
2.根据权利要求1所述的车载网关装置，其特征在于，
所述生成部通过汇集传送目的地相同的多个所述第2通信帧各自具有的各所述第2数据部，从而生成所述第1通信帧内的所述第1数据部，
对于传送目的地不相同的所述第2通信帧，所述生成部不汇集所述第2数据部而生成所述第1通信帧内的所述第1数据部。
3.根据权利要求1所述的车载网关装置，其特征在于，
所述生成部根据汇集到所述第1通信帧内的所述第2通信帧的个数，设定所述第1数据部的尺寸。
4.一种车载网络系统，其特征在于，具有：
车载网关装置，其对第1车载网络与第2车载网络之间的通信进行中继，所述第1车载网络收发具有第1数据部的第1通信帧，所述第2车载网络收发具有尺寸比所述第1数据部小的第2数据部的第2通信帧；以及
电子控制装置，其经由所述第1车载网络进行通信，
所述车载网关装置具备使用所述第2通信帧来生成所述第1通信帧的生成部，
所述车载网关装置还具备将所述生成部所生成的所述第1通信帧送出给所述第1车载网络的发送部，
所述生成部通过汇集多个所述第2通信帧各自具有的所述第2数据部，从而生成所述第1通信帧内的所述第1数据部，
所述第2通信帧还具有表示所述第2数据部所描述的数据的类别的数据ID，
所述生成部通过将多个所述第2通信帧各自具有的所述数据ID汇集到所述第1通信帧内的所述第1数据部，从而生成所述第1通信帧，
所述生成部从所述第2通信帧仅提取所述第2数据部和所述数据ID，并汇集到所述第1数据部内。
5.根据权利要求4所述的车载网络系统，其特征在于，
所述电子控制装置具备接收部，该接收部经由车载网关装置以第1通信帧的形式接收第2通信帧，所述第2通信帧具有尺寸比所述第1车载网络收发的所述第1通信帧所具有的第1数据部小的第2数据部，
所述电子控制装置还具备对所述接收部接收到的所述第1通信帧的形式的通信帧进行解析的解析部，
所述解析部从所述接收部接收到的所述第1通信帧的形式的通信帧所具有的所述第1数据部取出多个所述第2数据部。
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