CN110244594A - I/o扩展装置及控制系统 - Google Patents

I/o扩展装置及控制系统 Download PDF

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Abstract

一种可靠性高且成本低的I/O扩展装置及控制系统。实施方式的I/O扩展装置通过被从外部输入设定数据，从而其端口被分配。上述I/O扩展装置具备：保持部，保持上述设定数据作为保持数据；以及比较判定电路，在被输入的上述设定数据与保持在上述保持部中的上述保持数据不同的情况下，输出异常标志。

Description

I/O扩展装置及控制系统
相关申请的相互参照
本申请以日本专利申请2018－42662号(申请日：2018年3月9日)为基础申请主张优先权。本申请通过参照该基础申请而引用该基础申请的全部内容。
技术领域
本发明涉及I/O(Input/Output)扩展装置及控制系统。
背景技术
近年来，为了统一地控制汽车的电装部件，开发了以下的技术：设置主电路，在该主电路与各电装部件之间经由车内LAN(Local Area Network)交换信号。在此情况下，在主电路与各电装部件之间经由I/O扩展装置，控制信号的流动。关于I/O扩展装置，希望较高的可靠性和较低的成本的兼顾。
发明内容
本实施方式提供一种可靠性高且成本低的I/O扩展装置及控制系统。
有关实施方式的I/O扩展装置通过被从外部输入设定数据从而分配端口。上述I/O扩展装置具备：保持部，保持上述设定数据作为保持数据；以及比较判定电路，在被输入的上述设定数据与保持在上述保持部中的上述保持数据不同的情况下，输出异常标志。
有关实施方式的控制系统具备：主电路，将设定数据输出；以及I/O扩展装置，通过被输入上述设定数据从而分配端口。上述I/O扩展装置具有：保持部，保持上述设定数据作为保持数据；以及比较判定电路，在被输入的上述设定数据与保持在上述保持部中的上述保持数据不同的情况下，对于上述主电路输出异常标志。上述主电路在检测到上述异常标志时，再次生成上述设定数据，对上述I/O扩展装置输出。
附图说明
图1是表示有关第1实施方式的控制系统的框图。
图2是表示有关第1实施方式的I/O扩展装置的框图。
图3是表示有关第1实施方式的I/O扩展装置的动作的流程图。
图4是表示有关第2实施方式的控制系统的框图。
图5是表示图4所示的控制系统的一部分的框图。
具体实施方式
(第1实施方式)
首先，对第1实施方式进行说明。
图1是表示有关本实施方式的控制系统的框图。
图2是表示有关本实施方式的I/O扩展装置的框图。
如图1所示，有关本实施方式的控制系统1例如被搭载在汽车中，是用来统一控制汽车的多个电装部件100的控制系统。另外，在本说明书中所谓“电装部件”，是被供给电力而动作的应用的总称。
在控制系统1中，设置有主电路10和I/O扩展装置20。主电路10和I/O扩展装置20被用总线(BUS)30连接。主电路10例如是在汽车中仅设有1个的中央控制用的微型计算机。另外，主电路10也可以是设置在电装部件100的附近的局部控制用的微型计算机，例如也可以是MCU(Micro Control Unit：微控制单元)。总线30例如是串行总线，例如是SPI(SerialPeripheral Interface：串行外设接口)。另一方面，I/O扩展装置20由于按照每电装部件100来设置，所以在汽车内设置有多个。
在I/O扩展装置20中，设置有对于输入及输出的任一个都能够使用的多个端口。这些端口根据从主电路10输入的I/O设定数据而被分配给各种输入及各种输出。通常，I/O扩展装置20的端口的分配通过与电装部件100的连接关系来决定，是固定的。主电路10在控制系统1的启动时、在动作中定期地、以及在检测到后述的异常标志时，生成I/O设定数据，对I/O扩展装置20输出。
如图2所示，在I/O扩展装置20中，设置有端口电路24及I/O设定数据异常检测部25。在I/O设定数据异常检测部25中，设置有I/O设定用寄存器21、寄存器22、比较判定电路23。
I/O设定用寄存器21经由总线30被输入从主电路10输出的I/O设定数据，保持该I/O设定数据。此外，I/O设定用寄存器21将I/O设定数据对于寄存器22、比较判定电路23及端口电路24输出。
寄存器22将从I/O设定用寄存器21输入的I/O设定数据作为保持数据保持，并且将保持的I/O设定数据(保持数据)对于比较判定电路23输出。某个l/O设定数据被输入到寄存器22中的定时与该I/O设定数据被从寄存器22输出的定时之间有时间差。因此，寄存器22将在前1个定时被输入的I/O设定数据输出。
比较判定电路23将从I/O设定用寄存器21输入的I/O设定数据A与从寄存器22输入的I/O设定数据B(保持数据)进行比较，判定I/O设定数据A与I/O设定数据B是相同还是不同。当I/O设定数据A与I/O设定数据B不同时，比较判定电路23对端口电路24输出停止命令，并且对主电路10输出异常标志。另一方面，当I/O设定数据A成为与I/O设定数据B相同时，将停止命令解除。
在端口电路24中设置有多个端口。各端口既能够在信号的输入也能够在输出中使用，基于I/O设定数据被分配用途。端口电路24在与主电路10之间经由总线30输入输出各种信号，在与电装部件100之间经由端口输入输出各种信号。例如，在端口电路24中，从端口P1输出控制电装部件100的控制信号，在端口P2被输入来自电装部件100的检测信号。端口电路24如果被从比较判定电路23输入停止命令，则停止对于电装部件100的信号的输入输出，如果停止命令被解除，则再开始对于电装部件100的信号的输入输出。
接着，对有关本实施方式的I/O扩展装置20的动作进行说明。
图3是表示有关本实施方式的I/O扩展装置的动作的流程图。
以下，参照图1～图3进行说明。
首先，对控制系统1的启动时的动作进行说明。
如果将控制系统1启动，则如图3的步骤S1所示，I/O扩展装置20成为能够接收I/O设定数据的状态。另一方面，主电路10生成I/O设定数据，经由总线30对于I/O扩展装置20的I/O设定用寄存器21输出。I/O设定用寄存器21将被输入的I/O设定数据保持，并对寄存器22、比较判定电路23及端口电路24输出。寄存器22将被输入的I/O设定数据保持。
接着，如步骤S2所示，比较判定电路23将从I/O设定用寄存器21输入的I/O设定数据A与从寄存器22输入的I/O设定数据B进行比较。I/O设定数据B是比I/O设定数据A之前输入到I/O扩展装置20中的数据。由于I/O扩展装置20中的端口的分配由电装部件100的结构决定，所以本来I/O设定数据被固定。因此，I/O设定数据A与I/O设定数据B相等。
因而，从步骤S2前进到步骤S3，基于I/O设定数据设定端口的分配，向步骤S1返回。然后，经由端口电路24在主电路10与电装部件100之间交换信号，控制电装部件100的动作。
接着，对在I/O扩展装置20中被输入了异常数据的情况下的动作进行说明。
异常数据，例如有由于从主电路10所输出的I/O设定数据在总线30中叠加噪声而产生的数据、以及由于主电路10自身的误动作而产生的数据等。此外，也有由噪声等将I/O设定用寄存器21初始化、I/O设定数据丢失的情况。噪声例如因电源电压的变动而发生。
当从主电路10向I/O扩展装置20发送I/O设定数据时，为了检测在通信路径上在I/O设定数据中是否发生了错误，对于I/O设定数据进行CRC(Cyclic Redundancy Check：循环冗余检查)、例如奇偶校验等的错误检测，并附加ECC(Error Correction Code：错误校正码)而发送。但是，在主电路10自身中发生了异常的情况下，由于主电路10生成错误的I/O设定数据，基于该错误的I/O设定数据生成ECC，所以在I/O扩展装置20侧不能基于ECC来检测错误。
如图3的步骤S1所示，如果在I/O扩展装置20中被输入I/O设定数据，则向步骤S2前进，比较判定电路23将保持在I/O设定用寄存器21中的I/O设定数据A与保持在寄存器22中的I/O设定数据B进行比较。此时，在保持在I/O设定用寄存器21中的I/O设定数据A是异常数据A'的情况下，由于保持在寄存器22中的I/O设定数据B是以前被输入的正常数据，所以A'和B成为不同的I/O设定数据。此外，在I/O设定数据被初始化的情况下，被初始化后的I/O设定数据A也与以前输入的I/O设定数据B不同。
因此，从步骤S2前进到步骤S4，比较判定电路23对端口电路24输出停止命令。由此，端口电路24停止对于电装部件100的信号的输入输出。
接着，如步骤S5所示，比较判定电路23对主电路10输出异常标志。主电路10如果检测到异常标志，则再次生成I/O设定数据，对I/O扩展装置20输出。
接着，如步骤S6所示，如果从主电路10向I/O扩展装置20输入了新的I/O设定数据，则如步骤S7所示，比较判定电路23将该新输入的I/O设定数据A与以前输入并由寄存器22保持的I/O设定数据B进行比较。
如果I/O设定数据A与I/O设定数据B不同，则向步骤S5返回，对主电路10再次输出异常标志。另一方面，如果I/O设定数据A与I/O设定数据B相同，则向步骤S8前进，基于I/O设定数据A重新设定端口。接着，如步骤S9所示，将停止命令解除。由此，端口电路24再开始对于电装部件100的信号的输入输出。然后，向步骤S1返回。
主电路10不仅是在控制系统1的启动时，在启动后也定期地将I/O设定数据对I/O扩展装置20输出。
接着，对本实施方式的效果进行说明。
如上述那样，有关本实施方式的I/O扩展装置20在被输入了与以前输入的I/O设定数据不同的I/O设定数据的情况下、以及I/O设定用寄存器21被初始化的情况下，将异常标志对主电路10输出。并且，主电路10当检测到异常标志时，对I/O扩展装置20再发送I/O设定数据。由此，I/O扩展装置20能够基于正确的I/O设定数据而再设定端口。这样，即使在I/O扩展装置20中被输入了异常数据的情况及被误初始化的情况下，通过迅速地使端口的设定恢复，也能够防止电装部件100的误动作。因而，有关本实施方式的I/O扩展装置20及控制系统1可靠性较高。
此外，I/O扩展装置20在被输入了异常数据的情况及被误初始化的情况下，对端口电路24输出停止命令。由此，端口电路24在基于正确的I/O设定数据将端口再设定之前的期间中，将与电装部件100之间的信号的输入输出停止。结果，能够更可靠地防止电装部件100的误动作。
进而，主电路10在控制系统1的启动后也定期地生成I/O设定数据并对I/O扩展装置20输出，由此能够使I/O扩展装置20实施图3所示的一系列的动作，能够确认I/O设定用寄存器21中是否保持着正确的I/O设定数据。由此，即使是在控制系统1的动作中I/O设定用寄存器21中所保持的I/O设定数据发生了异常的情况，也能够缩短从发生异常到检测到该异常的时间。结果是使得I/O扩展装置20及控制系统1的可靠性进一步提高。
进而，I/O扩展装置20基于从主电路10输入的I/O设定数据来设定端口的作用。由此，能够将通用的I/O扩展装置20与电装部件100相匹配地单独地设定并使用。结果是能够对多种的电装部件100使用一种I/O扩展装置20，能够降低I/O扩展装置20的成本。
另外，作为I/O扩展装置，也可以考虑使用端口的作用被在硬件上固定的装置。但是，在此情况下，由于需要与电装部件100相匹配地制造专用的I/O扩展装置，所以I/O扩展装置的成本增加。此外，也可以考虑在I/O扩展装置内设置启动用的非易失性存储器，使其存储I/O设定数据，在I/O扩展装置启动时从非易失性存储器将I/O设定数据读出，从而设定端口。但是，在此情况下，由于需要在I/O扩展装置内设置非易失性存储器，所以I/O扩展装置的成本还是会增加。相对于此，根据本实施方式，能够由主电路10独立地设定通用的I/O扩展装置20中的端口的分配。因此，能够对多种类的电装部件100使用一种I/O扩展装置20，能够降低I/O扩展装置20的成本。
(第2实施方式)
接着，对第2实施方式进行说明。
本实施方式是将上述有关第1实施方式的控制系统应用到车载系统中的具体例。
图4是表示有关本实施方式的控制系统的框图。
图5是表示图4所示的控制系统的一部分的框图。
如图4所示，在汽车的车载系统200中，设置有1个控制系统1和连接在控制系统1上的多个电装部件100。在电装部件100中，例如有前门101、中央灯102、前座椅103、天窗104等。
在控制系统1中，设置有1个主电路10，设置有多个I/O扩展装置20。I/O扩展装置20的结构是在第1实施方式中说明那样的。主电路10与I/O扩展装置20经由总线30连接。各I/O扩展装置20在与各电装部件100之间交换信号。
如图5所示，在主电路10与I/O扩展装置20之间，除了传递信号的总线30以外，例如还连接着供给12V(伏特)的电源电位的电源线31及供给接地电位(GND)的接地线32。另外，接地线32由汽车的车体实现。
此外，在I/O扩展装置20的周围，根据需要而设置有MCU等的运算机构、对马达进行驱动的驱动器、作为开关元件的电场效应晶体管(FET)及双极晶体管(Tr)等，与I/O扩展装置20一起构成1个组件120。
以下，作为电装部件100的一例，举副驾驶席侧的前门101为例进行说明。
如图5所示，在副驾驶席侧的前门101上，设置有使窗玻璃(未图示)上下运动的马达111、从副驾驶席侧操作窗玻璃的上下运动的开关112、以及检测夹在窗玻璃与车体之间的异物的传感器113。
开关112对I/O扩展装置20的端口输出检测信号。传感器113也对I/O扩展装置20的端口输出检测信号。此外，副驾驶席侧的前门101的窗玻璃也能够通过驾驶席侧的开关(未图示)的操作来上下运动。在此情况下，用来控制马达111的控制信号被从主电路10经由总线30向I/O扩展装置20输入。
在与副驾驶席侧的前门101对应的组件121中，设置有I/O扩展装置20、驱动器41和MCU42。驱动器41被输入从l/O扩展装置20的端口输出的控制信号，对马达111供给驱动电力。MCU42是基于从主电路10输入的控制信号、从开关112输入的控制信号、从传感器113输入的检测信号来决定马达111的动作的运算机构，在与I/O扩展装置20之间交换信号。例如，当驾驶席侧的开关或副驾驶席侧的开关112被操作时，MCU42使马达111动作，但当传感器113检测到异物时，不论开关的状态如何都使马达111停止。
此外，在控制系统1中，与中央灯102、前座椅103及天窗104等的电装部件100分别对应而设置有I/O扩展装置20。这些I/O扩展装置20的结构相同，但根据控制的电装部件100的种类而单独地设定端口的作用。如在第1实施方式中说明那样，各I/O扩展装置20的端口的作用由主电路10设定。
接着，对本实施方式的效果进行说明。
在构成车载系统200的控制系统1中，设置有与多个电装部件100对应的多个I/O扩展装置20，但这些I/O扩展装置20可以使用相同的结构。由此，能够降低I/O扩展装置20的成本。此外，如在第1实施方式中说明那样，即使在I/O扩展装置20中被输入异常数据、或保持的I/O设定数据被初始化的情况下，通过与以前输入的I/O设定数据比较，也能够检测出异常并再设定端口的作用。因此，控制系统1可靠性高。
本实施方式的上述以外的结构、动作及效果与上述第1实施方式是同样的。
另外，在上述第1及第2实施方式中，说明了将控制系统应用到车载系统中的具体例，但本发明的控制系统的应用对象并不限定于车载系统，只要是统一地控制多个电装部件的用途，就能够适当地应用。例如，也能够应用到大厦的维护系统中。
根据以上说明的实施方式，能够实现可靠性高且成本低的I/O扩展装置及控制系统。
以上，说明了本发明的一些实施方式，但这些实施方式是作为例子进行介绍的，不是要限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种的形态实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种的省略、替换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围或主旨中，并且包含在权利要求书所记载的发明及其等价物的范围中。

Claims (6)

1.一种I/O扩展装置，通过被从外部输入设定数据，从而该I/O扩展装置的端口被分配，上述I/O扩展装置具备：
保持部，保持上述设定数据作为保持数据；以及
比较判定电路，在被输入的上述设定数据与上述保持部中所保持的上述保持数据不同的情况下，输出异常标志。
2.如权利要求1所述的I/O扩展装置，
在被输入的上述设定数据与上述保持数据不同的情况下，将向上述端口的信号的输入及从上述端口的信号的输出停止，当被输入的上述设定数据成为与上述保持数据相同时，将上述停止解除。
3.如权利要求1或2所述的I/O扩展装置，
上述保持部是寄存器。
4.一种控制系统，
具备：
主电路，将设定数据输出；以及
I/O扩展装置，通过被输入上述设定数据，从而该I/O扩展装置的端口被分配；
上述I/O扩展装置具有：
保持部，保持上述设定数据作为保持数据；以及
比较判定电路，在被输入的上述设定数据与上述保持部中所保持的上述保持数据不同的情况下，对于上述主电路输出异常标志；
上述主电路在检测到上述异常标志时，再次生成上述设定数据，对上述I/O扩展装置输出。
5.如权利要求4所述的控制系统，
在被输入的上述设定数据与上述保持数据不同的情况下，上述I/O扩展装置将向上述端口的信号的输入及从上述端口的信号的输出停止，当被输入的上述设定数据成为与上述保持数据相同时，上述I/O扩展装置将上述停止解除。
6.如权利要求4或5所述的控制系统，
上述主电路，不仅在检测到上述异常标志时，还在上述主电路的启动时及启动后定期地将上述设定数据对上述I/O扩展装置输出。
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