JP2001513300A - 冗長シリアルバスとその動作方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 この発明は、冗長シリアルバスとその動作方法に関するものである。システム一体化の冗長手段のない周知なシリアルバスシステムに対して、冗長に構成したバスライン（１１，１２）により相互に連結するため、直列接続可能な冗長手段（３）が提案され、前記冗長手段は、バス加入者（２）のバス通信インタフェース（２００）と、冗長バスライン（１１，１２）との間に接続される。その際、動作中に、常に、全バスライン（１１，１２）へ送信され、受信側では障害のないバスライン（１１，１２）が選択される。

Description

【発明の詳細な説明】 冗長シリアルバスとその動作方法 この発明は、冗長シリアルバスとその動作方法に関するものである。 システム一体化の冗長手段のない、周知のシリアルバスシステムにとって、規 則的に規格化され、それで、相互作用可能なバスシステムに関する一般的問題は 、冗長に構成されるバスラインにより相互に連絡することにある。 さらに、連絡のため、冗長に構成されるバスラインの１つを選択する際、純粋 に物理的なレベルでの複雑なエラーの識別は、例えば、送信レベル識別により、 もはやできないという問題が存在する。評価は、プロトコル処理の高度なレベル に置かねばならない。第１に、少なくとも、電報の受信のため、選択されるライ ンが選択可能となる前に、シリアル伝送の部分が正しいと識別されねばならない 。電報の監視される部分は、少なくとも、所定の動作時間を持つ応答（Refexion ）が、確実に識別されるように長くなければならない。 通常、伝送プロトコルの下層のためのバスシステムは、特定のバスコントロー ラを使用する。このコントローラが、対応する冗長度を備えていなければ、対応 する冗長度の具現のための必須の箇所が、このコントローラの使用者には、もは や手に入らないことになる。 １９９２年、ウイーン在のR.Oldenbourg出版社の刊行文献、「自動化技術」第 １巻、第４０６頁によると、冗長バスシステム内で、切り換え基準の生じる際に 、データ往来を能動バスから受動バスへ切り換えることは周知であり、その際、 それぞれ能動バスは、冗長システムの同種で同格のバスからの所定の選択を示す 。切り換え基準として、能動バスの停止や、能動バスおよび受動バスへの伝送要 求差の周期的応答を設けることがある。 ドイツ特許公報ＤＥ１９５１３３１８号から、ｎ＞１の並列で独立したライン から成る非同期で、冗長なシリアルバスの動作方法は周知であり、少なくとも、 ２つの連続した同期可能なマルチプレクサが設けられ、シリアルバスインタフェ ースと並列ラインとの間で、データ情報の両方向伝送に適する。その際、冗長シ リアルバスの優先ラインは、メインバスとして設けられ、ｎ−１の保留ラインは サブバスとして決定され、障害のないデータ往来では、マルチプレクサを介して 接続されるステーション間のデータ情報は、能動バスとしてのメインバスを介し て交換され、マルチプレクサ間の制御情報は、少なくとも１つの設定可能なバス を介して交換され、設定可能な限界の下で、能動バスでの伝送品質の低下の場合 、能動バスに対して設定可能なサブバスが決められ、上位におけるエラーメッセ ージが中断され、非能動化バスが分析され、メインバスでの伝送品質が高まると 、メインバスの設定可能な限界を介して、能動バスへの戻りが決定される。 その際、能動バスへの全バス加入者の同期のための費用は、材料の面でも、そ のために必要であるプロトコル機能に関しても不利と分かっている。同期化手段 自体、バス加入者であるので、さらに、接続可能なステーションのための、利用 可能な加入者アドレス数は減少する。 ドイツ特許公報ＤＥ１９５１３３１６号から、制御出力と連絡ポートとを備え た、シングルポートステーションの冗長ネットワークに対して、ｎ＞１のバスラ インを備えた、分割可能なイーサネット−バスシステムは周知であり、双方向マ ルチプレクサは、マルチプレクサ化されたポートと、ｎラインポートと、制御入 力とを備える。イーサネットセグメントのｎバスラインに、少なくとも、ｎライ ンポートのある１つの監視装置が接続される。各シングルポートステーションは マルチプレクサに付設され、その際、シングルポートステーションは、マルチプ レクサのマルチプレクサ化されたポートと連結され、シングルポートステーショ ンの制御出力は、マルチプレクサの制御入力と連結される。各マルチプレクサの ｎ個のラインポートは、イーサネットセグメントのｎ本のバスラインに接続され る。 各シングルポートステーションが、マルチプレクサを制御するため、制御出力 を備えることは不利である。特に、このシステムでの冗長バスラインの増備では 、この種の制御出力が利用できない。 さらに、ドイツ特許公報ＤＥ１９５１３３１５号から、シングルポートステー ションの冗長ネットワークのための、分割可能なイーサネット−バスシステムは 周知であり、２本のラインが少なくとも、部分的に並列に配置され、能動ネット 加入者としての両方のラインに、シングルポートステーションを接続するため、 アドレス指定可能な双方向マルチプレクサが設けられ、双方向マルチプレクサは 、能動ネット加入者として、アドレス指定可能な、少なくとも１つの監視ユニッ トを制御できる。 ここで、同じネット内での可能なシングルポートステーション数を制限すると いう、必要なネットアドレスの数は不利である。 この発明は、システム一体化の冗長手段がなく、周知なシリアルバスシステム において、冗長に構成されるバスラインにより、相互に連結されることが行われ る手段を提供することを課題とする。その際、このバスシステムは、できる限り 影響されずに、簡単に組み込むことができる。冗長でない加入者との混合動作が できなければならず、冗長手段は、バスエラー閉鎖等のような複雑なエラーも完 全に識別して、処理しなければならない。 この発明によると、この課題は、請求項１の手段および請求項１０のステップ により解決される。この発明の有利な実施例は、請求項２ないし請求項９および 請求項１１に記載されている。 この発明は、各受信ラインに対して必須の決定基準を得るため、直列装置内の プロトコルの部分を追加して展開することにある。それから、評価に応じて、障 害なく識別されるラインが選択される。それから、通常の連絡コントローラまた は装置内へ読み込みできるように、選択されたラインは、元の信号へバック変換 される。 そこで、この発明は、伝送路の障害は、通常、プリアンブルで識別できるか、 または、ＵＡＲＴプロトコルでは、第１バイトの伝送中に識別できるという経験 を根拠にしている。 この発明によると、一方が、冗長に構成されるバスラインと接続され、他方が 、システム一体化の冗長手段のない加入者または装置と接続される直列装置が設 けられ，その際、バスラインのそれぞれは、システム一体化の冗長手段を完全に なくして接続される加入者または装置と連結される。 そのような冗長のバスシステムでは、常に、全ラインに送信され、他方、受信 では、任意の障害のないラインが選択される。このことは、同じバスラインに接 続される異なる受信器が、異なるバスラインで、障害のないものと識別できるこ とを意味する。 利用可能なバスコントローラが、さらに有利な仕方で使用できる。さらに、シ ステム一体化の冗長手段のないバスコントローラを備えたこの装置は、システム アーキテクチャを変更することなく、簡単に冗長にネットワーク化できる。同期 化手段のための追加の加入者アドレスが不要である。 直列接続される冗長のこの概念は、シリアル通信の全ての種類のものに当ては まり、物理的積層体のレベルで実現される。冗長において、データストリームの 有効性に依存して、１〜ｎ本（ｎ＞＝ｍ＋１）の受信ラインの選択が行われる。 この選択は、伝送ブロック（フレーム）の期間に相当する。全送信ラインへ送信 される。受信ラインおよび送信ラインは、双方向バスラインに統合できる。 この発明を、２つの並列バスラインを備えた実施例に基づき、次に詳細に説明 する。 図１は、冗長バスシステムの原理図を示す。 図２は、直列接続可能な、冗長手段のブロック回路図を示す。 図３は、監視装置を備えた、冗長バスシステムの原理図を示す。 図４は、監視装置を備えた直列接続可能な、冗長手段のブロック回路図を示す 。 この発明による冗長バスシステムは、原則的に図１で示される。２本のバスラ イン１１、１２から成る冗長シリアルバス１に、バス加入者２のグループ２１〜 ２５が接続され、各バス加入者２は、単一の冗長のないバス通信インタフェース ２００を利用する。 第１グループ２１、第２グループ２２のバス加入者２は、加入者別の直列接続 可能な冗長手段３を介して、両方のバスライン１１、１２に接続される。第４グ ループ２４のバス加入者２は、一本の冗長のないシリアルバス４と直列接続可能 な冗長手段３とを介して、冗長シリアルバス１の両方のバスライン１１、１２に 接続される。第３グループ２３のバス加入者２は、もっぱら、冗長シリアルバス １のバスライン１１に接続されれる。その際、バスライン１１または１２との接 続は、選択がなく有利であり混合できる。その際、優先箇所は見捨てられる。 特に有利な態様では、シリアルバス１の冗長は、個々のバス加入者２の有効性 での需要に応じて段階付けできる。さらに、冗長接続する加入者および冗長接続 しない加入者の混合作用が可能である。 第５グループ２５は、バスシステムの第２セグメントのそれぞれと、第１セグ メントのバスライン１１、１２との接続のために設けられる、いわゆる中継器を 含む。 直列接続可能な冗長手段３の主な構成が図２で示される。直列接続可能な冗長 手段３は、受信器３１と送信器３２を備える。受信器３１は、少なくとも、各バ スライン１１、１２のために、それぞれ、入力段３１１、評価段３１２、出力段 ３１３を含む。入力段３１１は、同期、ろ過、直並列変換のための手段を備えて いる。さらに、データストリームを評価する手段（パリテイ、フレーミング、‥ ‥）も設けることができ、評価段３１２での状態に転送される。都合よく、入力 段３１１は、増幅器３１４と直列接続され、増幅器は冗長シリアルバス１のバス ライン１１、１２の物理的伝送媒体と入力段３１１との適合のための手段を有す る。 評価段３１２は、データストリームの評価、時間評価、受信ラインの状態の評 価、およびライン選択のための手段を含む。 出力段３１３は、並直列変換、欠陥のある受信データでの無音処理（Stummsch altung）のための手段、バス加入者２の冗長のないバス通信インタフェース２０ ０と適合するためのドライバ段（ＲＳ４８５，ＲＳ２３２，ＬＷＬ、‥‥）を有 する。受信識別時間を越えて遅延するデータストリームを、受信段３１１から出 力段３１３に直接転送することが選択的にできる。それで、並直列変換器は不要 である。 入力段３１１内で入力信号は、フィルタを介して同期段へ導かれる。同期段で は、受信器３１はデータストリームと同期させられる。伝送速度が構成され、自 動的に識別可能となる。自動的な速度識別のため、入力するデータストリームが 評価される。データストリームは、評価段３１２へ直列または並列で転送できる 。 評価段３１２において、受信ライン１１または１２の選択は、直列または並列 のデータストリーム、受信ライン１１、１２の時間特性および状態から確認され る基準に基づき行われる。データストリームからの基準として、フレームエラー 、パリテイエラー、プリアンブル、同期順序等が当てはまる。別の基準は時間特 性、データ伝送器内の中断時間またはデータ伝送期間から引きだされる。時間に 依存する切り換え手法も基準を提供できる。受信ライン１１、１２の状態を特徴 付ける選択基準は、過負荷または軽負荷を示す信号レベルにもなる。 評価段３１３内で有効と認められて、選択されたデータストリームに対して、 ビットリタイミング（Bit-Retiming）が行われ、ドライバ段を介して出力される 。ケーブルラン時間（応答動作時間：Refexionslaufzeit）の範囲内にあるので 、直列接続可能な冗長手段３から生じる時間遅延は問題がない。有効なデータス トリームが識別されると、出力段３１３は、出力信号としての停止位置を送る。 送信側では、直列接続可能な冗長手段３は、冗長シリアルバス１の各バスライ ン１１、１２のため、それぞれ、ドライバ３２１を有する。送信されるデータス トリームは、ドライバ３２１を介して、バスライン１１、１２へ出力される。 同一手段に対して同一参照符号を使用する。図３において、選択可能なバス加 入者２が診断手段を備える、冗長バスシステムを示す。その際、第１加入者グル ープの選択されるバス加入者２は、追加の診断インタフェース２０１を備え、追 加制御ライン５により、付設された直列接続可能な冗長手段３と接続される。 さらに、図４では、監視および診断のための追加の制御ライン５を備えた、直 列接続可能な冗長手段３のブロック回路図が示される。受信器３１の評価段３１ ２は、状態情報を出力する出口と、受信ラインとしての専用回線ライン１１また は１２を選択するための入口を有し、それぞれ、追加制御ライン５を介して、第 １加入者グループの、選択されたバス加入者２の追加の診断インタフェース２０ １と接続される。 さらに、受信器３１は、受信器３１を異なる動作種類への調整を許容するテス トおよび診断のための手段を有する。データストリームの有効性による受信ライ ンとしての、バスライン１１または１２の通常動作として称される選択と並んで 、さらに、固定調整されたバスライン１または１２への受信が設けられ、その際 、評価段３１２はオンオフ接続できる。 テスト目的と診断目的のため、所定のバスライン１１または１２で、もっぱら 受信されるように受信器３１は構成される。ここで、選択されるバスライン１１ または１２のために、受信器３１の入口と出口間で直接接続される。さらに、受 信器３１の評価段３１２は、制御ライン５を介して選択されるバス加入者により 、対応して初期化される。 送信側で、テスト目的と診断目的のため、データストリームを、もっぱら一つ または多数のバスライン１１、１２へ、個別に形成可能に出力する。そのため、 送信器３２のドライバ３２１は、それぞれのドライバ３２１の出口に、無音で切 り換えられるゲート回路が設けられる。各ゲート回路は、制御ライン５を介して 、選択された加入者２の診断インターフェース２０１と接続される制御入力を有 する。 診断中、選択された加入者が目標とするデータは、選択されたバスライン１１ または１２を介して送信され、受信される。この方法により、欠陥バスライン１ １、１２が識別され、上位にある装置に伝達される。 図面符号 １ 冗長シリアルバス １１，１２ バスライン ２ バス加入者 ２１，‥‥２５ 加入者グループ ２００ バス通信インタフェース ２０１ 診断インタフェース ３ 直列接続可能な冗長手段 ３１ 受信器 ３１１ 入力段 ３１２ 評価段 ３１３ 出力段 ３１４ 増幅器 ３２ 送信器 ３２１ ドライバ ４ 冗長のないシリアルバス ５ 制御ライン

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１１年６月８日（１９９９．６．８） 【補正内容】 同期化手段自体、バス加入者であるので、さらに、接続可能なステーションのた めの、利用可能な加入者アドレス数は減少する。 ドイツ特許公報ＤＥ１９５１３３１６号から、制御出力と連絡ポートとを備え た、シングルポートステーションの冗長ネットワークに対して、ｎ＞１のバスラ インを備えた、分割可能なイーサネット−バスシステムは周知であり、双方向マ ルチプレクサは、マルチプレクサ化されたポートと、ｎラインポートと、制御入 力とを備える。イーサネットセグメントのｎバスラインに、少なくとも、ｎライ ンポートのある１つの監視装置が接続される。各シングルポートステーションは マルチプレクサに付設され、その際、シングルポートステーションは、マルチプ レクサのマルチプレクサ化されたポートと連結され、シングルポートステーショ ンの制御出力は、マルチプレクサの制御入力と連結される。各マルチプレクサの ｎ個のラインポートは、イーサネットセグメントのｎ本のバスラインに接続され る。 各シングルポートステーションが、マルチプレクサを制御するため、制御出力 を備えることは不利である。特に、このシステムでの冗長バスラインの増備では 、この種の制御出力が利用できない。 さらに、ドイツ特許公報ＤＥ１９５１３３１５号から、シングルポートステー ションの冗長ネットワークのための、分割可能なイーサネット−バスシステムは 周知であり、２本のラインが少なくとも、部分的に並列に配置され、能動ネット 加入者としての両方のラインに、シングルポートステーションを接続するため、 アドレス指定可能な双方向マルチプレクサが設けられ、双方向マルチプレクサは 、能動ネット加入者として、アドレス指定可能な、少なくとも１つの監視ユニッ トを制御できる。 ここで、同じネット内での可能なシングルポートステーション数を制限すると いう、必要なネットアドレスの数は不利である。 この発明は、システム一体化の冗長手段のない周知のシリアルバスシステムの バス加入者を、冗長に構成されたバスラインにより相互に連結する手段を提供す ることを課題とする。その際、このバスシステムは、できる限り影響されずに簡 単に組み込むことができる。冗長でない加入者との混合動作ができなければなら ず、冗長手段は、バスエラー閉鎖等のような、複雑なエラーも完全に識別して処 理しなければならない。 この発明によると、この課題は請求項１の手段により解決される。この発明の 有利な実施例は、従属する請求項２ないし請求項９に記載されている。 この発明は、各受信ラインに対して必須の決定基準を得るため、直列装置内の プロトコルの部分を追加して展開することにある。それから、評価に応じて、障 害なく識別されるラインが選択される。それから、通常の連絡コントローラまた は装置内へ読み込みできるように、選択されたラインは、元の信号へバック変換 される。 そこで、この発明は、伝送路の障害は、通常、プリアンブルで識別できるか、 または、ＵＡＲＴプロトコルでは、第１バイトの伝送中に識別できるという経験 を根拠にしている。 この発明によると、一方が、冗長に構成されるバスラインと接続され、他方が 、システム一体化の冗長手段のない加入者または装置と接続される直列装置が設 けられ，その際、バスラインのそれぞれは、システム一体化の冗長手段を完全に なくして接続される加入者または装置と連結される。 そのような冗長のバスシステムでは、常に、全ラインに送信され、他方、受信 では、任意の障害のないラインが選択される。このことは、同じバスラインに接 続される異なる受信器が、異なるバスラインで、障害のないものと識別できるこ とを意味する。 利用可能なバスコントローラが、さらに有利な仕方で使用できる。さらに、シ ステム一体化の冗長手段のないバスコントローラを備えたこの装置は、システム アーキテクチャを変更することなく、簡単に冗長にネットワーク化できる。 請求の範囲（補正） １．シリアルバスシステムの単一のバスラインの接続に適し、それぞれの単一 のバス通信インタフェースを備え、バス加入者の冗長なネットワークのためのｎ ＞１本のバスラインを備えた冗長シリアルバスシステムにおいて、 接続可能な冗長手段（３）は、ｎ本の並列バスライン（１１，１２）との接続 のためのバス通信インタフェースと、少なくとも、１つのバス加入者（２）の単 一のバス通信インタフェース（２００）と接続するためのバス通信インタフェー スとを備え、 接続可能な冗長手段（３）は、受信側で、少なくとも、各バスライン（１１， １２）のための入力段（３１１）と、全バスライン（１１，１２）のための共通 の評価段（３１２）と、出力段（３１３）とを有し、評価段（３１２）は、デー タストリームの有効性を評価し、受信ラインとしてバスライン（１１，１２）の １つを選択する手段を有し、出力段（３１３）の出力信号はバスライン（１１， １２）の信号の１つと一致し、 接続可能な冗長手段（３）は、送信側で、各バスライン（１１，１２）のため にドライバ（３２１）を有することを特徴とする冗長シリアルバスシステム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．それぞれが単一のバス通信インタフェースを備え、バス加入者から冗長し てネットワーク化されるｎ＞１の並列バスラインを備えた冗長シリアルバスにお いて、直列接続可能な冗長手段（３）は、ｎ本の並列バスライン（１１，１２） に接続するｎ個のインタフェースと、少なくとも１つのバス加入者（２）の単一 バス通信インタフェース（２００）と接続する１個のインタフェースとを備え、 直列接続可能な冗長手段（３）は、受信側で、少なくとも、各バスライン（１１ ，１２）のための入力段（３１１）と、全バスライン（１１，１２）のための評 価段（３１２）と、出力段（３１３）とを備え、評価段（３１２）は、データス トリームの有効性を評価し、受信ラインとしてのバスライン（１１，１２）の選 択のための手段を有し、直列接続可能な冗長手段（３）は、送信側で各バスライ ン（１１，１２）のためのドライバ（３２１）を有することを特徴とする冗長シ リアルバス。 ２．入力段（３１１）は、同期化およびろ過のための手段を有することを特徴 とする請求項１に記載の冗長シリアルバス。 ３．入力段（３１１）は、並直列変換器のための手段を有することを特徴とす る請求項１または請求項２に記載の冗長シリアルバス。 ４．出力段（３１３）は、並直列変換器のための手段を有することを特徴とす る請求項３に記載の冗長シリアルバス。 ５．評価段（３１２）は、データストリームの評価、時間評価、受信ラインの 状態の評価およびライン選択のための手段を有することを特徴とする請求項１に 記載の冗長シリアルバス。 ６．直列接続可能な冗長手段（３）は、受信側でバスライン（１１，１２）で 固定調整可能であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載 の冗長シリアルバス。 ７．直列接続可能な冗長手段（３）は、送信側でバスライン（１１，１２）で 固定調整可能であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載 の冗長シリアルバス。 ８．各ドライバ（３２１）は、ドライブ出力への無音接続のためのゲート回路 を含むことを特徴とする請求項７に記載の冗長シリアルバス。 ９．少なくとも１つの選択可能なバス加入者（２）は、制御ライン（５）の接 続のための診断インターフェース（２０１）を備え、直列接続可能な冗長手段（ ３）の評価段（３１２）は、制御ライン（５）の接続のためのターミナルを備え 、ドライバ（３２１）のゲート回路は、診断インターフェース（２０１）のある 制御ライン（５）と接続されることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいず れかに記載の冗長シリアルバス。 １０．全バスライン（１１，１２）での動作中に、並列で同時に特定の情報パ ケット（Paket）が送信され、全バスライン（１１，１２）の特定の情報パケッ トは、直列接続可能な冗長手段（３）により並列に受信され、受信される情報パ ケットのデータストリームは、その有効性についてテストされ、データストリー ムの有効性に依存して、バスライン（１１，１２）の内の１つが選択され、その データストリームが接続されるバス加入者に転送されることを特徴とする請求項 １に記載の冗長シリアルバスの動作方法。 １１．選択されるバス加入者（２）のある冗長シリアルバス（１）の診断のた め、そこにあるバスライン（１１，１２）でデータパケットが送信され、受信さ れることを特徴とす請求項１０に記載の方法。