JP2003521144A - バスシステムと結合された少なくとも2名の加入者間でデータを交換する方法と装置 - Google Patents
バスシステムと結合された少なくとも2名の加入者間でデータを交換する方法と装置Info
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Abstract
Description
とも2名の加入者間でデータを交換する方法と装置に関する。
トコルが使用されている。かかるCAN―プロトコルでは,通信が事象制御によ
り制御されている。もし様々なメッセージの送信を同時に初期設定したいときは
,非常に大きな負荷を与えなければならない。CANの非破壊的なアービトレー
ションメカニズムは,全てのメッセージの識別子もしくはコードの優先性に従う
連続的な送信を保証する。厳しいリアルタイムシステムのためには,全システム
に対して実行時間とバス負荷の分析を前もって実行しなければならないが,かか
る分析は,全てのメッセージ―デッドラインを遵守できるよう(それ自体がピー
ク負荷以下となるよう),安全策を取るために実行される。
ービスに基づく通信プロトコルが存在する。かかる場合の特色は,送信時点を指
定することにより,バスアクセスを既に前もって計画することである。従って実
行時間の間に,いかなる衝突も起こらない。通信バスにおけるピーク負荷も同様
に避けられる。従ってこの場合,バスがフルに活用されないことが頻繁に生じる
。
る。
ージに含まれたデータを交換する方法と装置に関する。この場合,データを含む
メッセージは,加入者によってバスシステムを経由して伝送され,いずれのメッ
セージも,含まれるデータを特徴付けるコードを含む。またかかる場合に,いず
れの加入者もかかるコードによって,メッセージを受信するかどうかを決定する
。かかる場合に,基盤となるバスシステムもしくはバスプロトコルとして,CA
N―バスを使用するのが特に実用的である。しかし,本発明は,一般的にあらゆ
るバスシステムもしくはバスプロトコルに関するものであり,これらの場合,オ
ブジェクト指向のメッセージ伝送もしくはデータ伝送が用いられ,従ってメッセ
ージおよび/またはそこに含まれるデータは,コード(識別子)によって明白に
認識できる。これは,加入者ではなくメッセージもしくはかかるデータがアドレ
ス指定される全てのバスに,特にCAN―バスに該当する。
時間的な制御を実行し,実行の際に,第1の加入者が繰り返して1つの参照メッ
セージを,少なくとも1つの指定可能な時間的間隔の中で,バスを経由して伝送
し,時間的間隔が指定可能な長さのタイムウィンドウに区分され,かかる際にメ
ッセージは,かかるタイムウィンドウ内で伝送されるようにする。
ロトコル層を本来のバス(CAN)―プロトコルに含み,かかるプロトコルは,
本発明の場合,時間制御された通信を変わらずに維持する。有利な方法としては
,時間制御された通信によって,バスをフルに活用でき,同時にいずれのメッセ
ージに対しても待ち時間を定義された数値に維持できるようにする。
これにより決定論的であって多重化可能な通信システムが生まれる。かかるシス
テムは,本発明の場合,TTCANとも呼ばれる。同様に,またCAN―バスを
出発点とするものでもあって,上記に述べたように,この構想は一般に全てのバ
スシステム,もしくはオブジェクト指向のメッセージ伝送を伴うバスプロトコル
に該当するものである。
ムウィンドウとを,指定可能な長さおよび/または指定可能な構造の第1のサイ
クルにまとめるものとする。この場合のかかる構造は,時間的間隔の中で参照メ
ッセージに続くタイムウィンドウの長さ,個数,時間的ポジションに対応する。
サイクルにまとめ,その際に,第2のサイクルでもメッセージをタイムウィンド
ウで繰り返し伝送し,時間的間隔が第1のサイクルの時間的間隔より大きいもの
とする。
くとも1つにおいて,周期的なメッセージ伝送を実行しないものとする。かかる
最初の空白のタイムウィンドウにおいて,アービトレーションメッセージを伝送
する。すなわちこれは,周期的に伝送する必要はなく,例えば特定のプロセスが
終了した場合に提供されるメッセージである。
は,タイマー(ノード,加入者)が時間参照メッセージまたは短い参照メッセー
ジRNを用いて,クロックパルスを付与している。次の参照メッセージRNまで
の周期は,基本サイクルと呼ばれ,n個のタイムウィンドウに区分される(図2
を参照)。いずれのタイムウィンドウも,異なる長さの周期的メッセージの排他
的送信を許容する。かかる周期的メッセージは,TTCAN―コントローラーに
おいてタイミングマークを使用することにより送信され,かかるタイミングマー
クは,論理的な相対時間の経過と結合されている。TTCANは,空白のタイム
ウィンドウを考慮に入れることも許容する。かかるタイムウィンドウは,いわゆ
る自発的メッセージに利用でき,その場合に,タイムウィンドウ内におけるバス
へのアクセスを,CANのアービトレーションスキーマを介して利用する(アー
ビトレーションメッセージ)。タイマー時計(大域時間gZ)と個々のノード内
部のローカル時間lZ1〜lZ4との同期が考慮され,能率的に変換される。
この場合いずれの加入者101〜105も,自らの時間基準106〜110を持
ち,かかる時間基準を,時計,カウンター,パルス発生器等の内部の手段,ある
いは外部から,各加入者に伝送できる。各々のローカルな時間基準lZ1〜lZ
4は,特にカウンター,例えば順方向カウントして16ビットのものであって,
かかるカウンターに影響を加えてよいのはHW―リセットによるものだけである
。このローカルな時間基準は,いずれのノードもしくは加入者102〜105で
も実行される。この場合に加入者,タイマー101は,外部と接触するポジショ
ンを持つ。加入者の時間基準は,大域時間106であって,かかる大域時間10
6を大域時間gZと呼ぶ。この時間基準は,タイマー101で実行されているか
,あるいは外部からこのタイマーに伝送される。大域時間gZは,原則的にいず
れのノードでもローカル時間基準107〜110もしくはローカル時間lZ(l
Z1〜lZ4)と,オフセットOS1〜OS4から形成される。タイマー101
におけるかかるオフセットOSgは,通常ゼロに等しい(OSg=0)。他の全
てのノードは,ローカル時間lZ(lZ1〜lZ4)とローカルオフセットOS
1〜OS4およびOSg(OSg≠0のとき)から得た大域時間gZ上に,その
視点を構築する。OSgがゼロでない場合は,例えば大域時間gZが外部からタ
イマー101に伝送され,かかるタイマーがさらに自分の時間基準106をも持
っている場合に生じる。かかる場合は,タイマーも,大域時間gZに時刻を合わ
せるが,gZと時間基準106が一致しないことがある。ローカルオフセットは
,参照メッセージの送信時点(SOF,Start of Frame)のロー
カル時間と,タイマーがかかる参照メッセージで伝送する大域時間との差である
。
ウントして16ビットのものであって,影響を与えうるのは,HWリセットによ
る場合のみである。ローカル時間基準は,いずれのノードでも実行されている。
ファレジスターにローカル時間基準がロードされる。
ると,その値は,バッファレジスターからリファレンスマーカーに転送される(
参照マークとして)。リファレンスマーカーは,例えば16ビットレジスターと
して設計される。
た参照マークである。
とは,バッファレジスターにおける参照マークと,参照メッセージ中で受信され
た大域タイミングマークとの差である。かかるローカルオフセットは,ローカル
時間から大域時間を計算するために使用される。タイマー自体のオフセットは,
一定のままである。参照メッセージ中で,タイマーは,ローカル参照マークにロ
ーカルオフセットを加えて送信する。
の参照メッセージRNを送信するノードもしくは加入者でもある。矢印112は
,参照メッセージRN111がそのほかの加入者102〜105に,特に同時間
に,送信されることを示す。
基盤である。参照メッセージは,特殊な識別子,特殊なコードによって明白に表
示されており,全てのノードに,ここでは102〜105に,クロックとして受
信される。これは,タイマー101から原則として周期的に送信される。かかる
参照メッセージは,次のデータを含む:現時点の基本サイクルBZnの数,大域
時間におけるタイマーの参照マーク。
f Frame」―ビット(SOF)の時点における内部カウンターステータス
を静止化することによって発生する。従って,参照マークは,参照メッセージの
受信時点におけるローカル時間基準のスナップショットである。加入者の欄に挙
げた相対時間RZ1〜RZ4およびRZgは,ローカル時間基準と最後の参照マ
ークの差である。使用されたタイミングマークに関する全ての定義は,個々の加
入者の相対時間に関連する。参照マークは,例えば,持続的に信号として存在す
ることができる(例えば,ゲート回路を経由して2つのレジスター値を結ぶこと
によって)。参照マークは,TTCAN―バスにおける全てのノードの相対時間
を決定する。
点である。いずれのノードでも,遅くとも新たな参照メッセージと参照マークも
期待されるような相対時間(ウォッチドッグ)が定義される。従って,かかるウ
ォッチドッグは,特殊なタイミングマークである。ウォッチドッグは,特に初期
設定と再初期設定の際に,通信が可能な状態にあるかどうかを監視するのに使用
される。ウォッチドッグは,かかる場合,各参照メッセージ間の時間的間隔より
も常に大きくするべきである。
ローラーにおけるアクションとの関連を生成する相対時点である。タイミングマ
ークがレジスターとして示され,その際コントローラーが複数のタイミングマー
クを管理できる。1つのメッセージに複数のタイミングマークを割り当てること
ができる(例えば,図4参照:送信グループAが,タイムウィンドウZF1aだ
けでなく,タイムウィンドウZF4aにも現れている)。
る。TTCAN―コントローラーに正しい操作信号を出すため,アプリケーショ
ンの際には,かかるウォッチドッグを定期的に使用しなければならない。かかる
ウォッチドッグが用いられる場合のみ,CAN―コントローラーは,メッセージ
を送信する。
経時的に示す。このメッセージ伝送には,タイマーが参照メッセージを用いてク
ロックパルスを与える。この場合に期間t0〜t6は,基本サイクルBZと呼ば
れ,k個のタイムウィンドウ(k∈N)に区分される。従って,かかる場合にタ
イムウィンドウZFRNにおけるt0〜t1,t6〜t7,t12〜t13およ
びt18〜t19によって,各基本サイクルBZ0〜BZ3の参照メッセージR
Nが伝送される。参照メッセージRNに続くタイムウィンドウZF1〜ZF5,
すなわちタイムウィンドウの長さ(Δts=tsb―tsaを含むセグメントS
において),タイムウィンドウの個数およびタイムウィンドウの時間上のポジシ
ョンは,指定可能である。これにより同じ構造の複数の基本サイクルから1つの
全体サイクルGZ1を形成することができ,かかるサイクルは,t0で開始し,
t24で終了して改めてパスが実行される。これらのタイムウィンドウは,例え
ば,各々が32ビット時間である2〜5個のセグメントを含む。タイムウィンド
ウの個数は,例えば2〜16個であるが,この場合タイムウィンドウをただ1個
,あるいは16個以上とすることも可能である。1つの全体サイクル中の基本サ
イクルの個数は例えば2mで,特にはm≦4とする。
はタイムウィンドウリリース区間を表示する。かかる区間は,例えば,16また
は32ビット時間続き,その範囲内であれば基本サイクルに関するメッセージ送
信を開始してもよい時間フレームを表す。
許容する。例えば,図3は,長さが異なる2つのメッセージと,タイムウィンド
ウにおける割り当てを示す。ブロック300のメッセージ1(N1)は,例えば
130ビットを,ブロック301のメッセージ2(N2)は,例えば47ビット
を含む。
に依存して指定でき,ここに示す例では,例えば1つのタイムウィンドウにつき
,2〜5セグメントである。従って最大のタイムウィンドウZFmaxは,それ
ぞれ32ビット時間の5セグメント(S1〜S5)を含むブロック302として
,最小のタイムウィンドウZFminは,それぞれ32ビット時間の2セグメン
トを含むブロック303として指定される。かかるタイムウィンドウでメッセー
ジN1およびN2が伝送され,従ってこの場合メッセージは,タイムウィンドウ
を完全に満たす必要はなく,むしろメッセージの長さに応じてタイムウィンドウ
の大きさが指定される。従ってZFmaxは,あり得る最長のメッセージ,例え
ば130ビットもしくはビット時間のメッセージに,十分な時間もしくはスペー
スを提供しなければならず,ZFminは,起こり得る最短の,例えば47ビッ
トのメッセージに適合させることができる。
ドウがある。(図3参照)。送信リリースが実行されると,メッセージのタイム
ウィンドウが開放され,かかるウィンドウの開始部は,定義されたタイミングマ
ークと原則的に一致する。タイムウィンドウの長さは,例えば32ビット時間(
ブロック304a参照)のi個のセグメントから決定される。この場合,セグメ
ント化を特に32ビット時間ずつとすることにより,HWに適した大きさとなる
。タイムウィンドウは,タイムウィンドウに現れる最長のメッセージより短くし
てはならない。ビット時間は,特に定格のCAN―ビット時間とする。
セージの送信を開始してよい時間フレームである。送信リリース区間は,タイム
ウィンドウの一部である。従ってリリースは,タイミングマークとタイミングマ
ーク+デルタの間に行われる。デルタの数値は,タイムウィンドウの長さより明
らかに小さい(例えばZFF1またはZFF2の場合16または32)。その開
始部が送信リリース区間中にないメッセージは,送信してはならない。
A〜Fおよびアービトレーション)は,1つの送信マトリックスの成分として編
成される(図4参照)。かかる送信マトリックスは,個々の基本サイクルBZ0
a〜BZ7aから構成される。全体サイクルGZ2の全ての基本サイクルは,同
じ構造を持つ。これらの基本サイクルは,排他的(A〜F)成分およびアービト
レーション成分のいずれかを選択して構成できる。行の総数(つまり基本サイク
ルBZ0a〜BZ 7a)は,この場合2m=8でありことより,m=3である。
クと共に開始し,定義された長さの(RNのための最初のタイムウィンドウZF
0もしくはZFRN),順次続く複数(i)個のタイムウィンドウからなる。基
本サイクル内のメッセージの配置は,自由に規定することができる。1つのタイ
ムウィンドウは,排他的成分の場合,CANメッセージオブジェクトと結合され
る。タイムウィンドウは空けたままにしておくことも可能であり(409,42
1,441,417,445),あるいはアービトレーション成分のために利用
することも可能である(403,427)。
ィンドウであるが,異なる基本サイクルで送信されるメッセージを形成する(図
4参照)。従って1つの周期を構成することができる。例えば,ZF1aおよび
ZF4aにおける送信マトリックスA:401,407,413,419,42
5,431,437,443および404,410,416,422,428,
434,440,446。1つの送信グループの中で,(1つのタイムウィンド
ウの)1つのメッセージオブジェクトを何回も送信できる。1つの送信グループ
内における1つのメッセージの周期は,21でなければならず,この場合1≦m
である。
ト,特にCANにおけるバスのメッセージオブジェクトに相当し,識別子もしく
はコード,およびデータ自体を含む。TTCANにおいてはメッセージオブジェ
クトが,少なくとも次に挙げるもののうちの1つを,好ましくは3つ全てを,送
信マトリックスの中で補完される:タイムウィンドウ,基本マーク,繰り返し率
。
るポジション(ZF0,ZF1a〜ZF5a)である。タイムウィンドウの開始
部は,特定のタイミングマークに達することにより定義される。
)で,メッセージが最初に送信されるかを表示する。
かを定義する。
ために,オブジェクトの持続的なリリースを意味する「持続的送信リクエスト」
と(排他的成分については下記参照),オブジェクトが1回だけ有効であること
を意味する「個別的送信リクエスト」とがある(アービトレーション成分につい
ては下記参照)。
するのが実用的である。
ルもしくは全体サイクルにおける周期的メッセージおよび自発的メッセージにつ
いて,特にアプリケーションに関して説明する。この場合も,排他的メッセージ
すなわち周期的メッセージと,アービトレーション的すなわち自発的メッセージ
とを区別する。
され,CAN―コントローラーに対するアプリケーションの「持続的な送信要求
」が設定され,付随するタイムウィンドウの送信リリース区間が開かれている場
合である。この場合,メッセージオブジェクトに対するタイミングマークは,相
対時間と一致する。持続的送信要求は,アプリケーション自体によって取り消さ
れるまで,設定されたままとなる。
ションウォッチドッグが設定され,CAN―コントローラーに対するアプリケー
ションの「持続的な送信要求」が設定され,そのために特定された次のタイムウ
ィンドウの送信リリース区間が開かれている場合である。この場合に,かかるタ
イムウィンドウに対するタイミングマークは相対時間に等しい。送信要求は,C
AN―コントローラーによる送信が成功した後に取り消される。さまざまな自発
的メッセージの同時アクセスは,CANのビット・アービトレーションを介して
調整される。ある自発的メッセージがある1つのタイムウィンドウでほかの自発
的メッセージに敗れた場合,敗れたメッセージは,結果的に特定された次のタイ
ムウィンドウで初めて,再びバスアクセスを巡って争うことができる。
御されたメッセージ伝送が得られる。時間制御されるとは,いずれのアクション
も,ある特定の時点に到達してから開始するということを意味する(タイミング
マークおよび相対時間の項を参照)。全体サイクルが完全に実行された場合,す
なわち全ての基本サイクルがひとたび処理された場合,再び送信マトリックスの
最初の基本サイクルを開始できる。その過渡状態において,時間的空隙を生じる
ことはない。タイマーによるこのような時間制御された通信システムの概要を,
発明の詳細な説明と図面により,以上の通り説明した。
理的な経過を経時的に示す。
まざまな送信グループとを含む全体サイクルを示す。
Claims (8)
- 【請求項1】 バスシステムにより結合された少なくとも2名の加入者間で
メッセージに含まれたデータを交換する方法において, 前記データを含む前記メッセージは,前記加入者によって前記バスシステムを経
由して伝送され,いずれの前記メッセージも,前記含まれるデータを特徴付ける
コードを含み,またはいずれの前記加入者も前記コードによって,前記メッセー
ジを受信するかどうかを決定する上記の方法において; 前記メッセージがいずれか前記第1の加入者によって時間的に制御されるが,前
記第1の加入者が繰り返し1つの参照メッセージを,少なくとも1つの指定可能
な時間的間隔の中でバスを経由して伝送し,前記時間的間隔が,指定可能な長さ
のタイムウィンドウに区分され,前記メッセージが前記タイムウィンドウの中で
伝送される,上記の方法。 - 【請求項2】 前記参照メッセージと次の前記参照メッセージまでの後続の
前記タイムウィンドウとが,指定可能な長さおよび/または指定可能な構造の1
つの第1のサイクルにまとめられ,前記構造は,前記時間的間隔の中で前記参照
メッセージに続く前記タイムウィンドウの長さ,個数および時間的なポジション
に対応することを特徴とする,請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 前記構造が同じである複数の前記第1のサイクルが1つの第
2のサイクルにまとめられ,前記第2のサイクルでも,前記メッセージが前記タ
イムウィンドウの中で繰り返し伝送され,前記時間的間隔は前記第1のサイクル
の時間的長さよりも大きいことを特徴とする,請求項1および2に記載の方法。 - 【請求項4】 前記タイムウィンドウの中で前記メッセージが周期的に伝送
されることを特徴とする,請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項5】 前記第1または第2のサイクルの少なくとも1つの前記タイ
ムウィンドウにおいて,周期的なメッセージ伝送を行わず,前記タイムウィンド
ウにおいてアービトレーションメッセージを伝送することを特徴とする,請求項
1〜4のいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項6】 バスシステムにより結合された少なくとも2名の加入者間で
メッセージに含まれたデータを交換する装置において, 前記データを含む前記メッセージは,前記加入者によって前記バスシステムを経
由して伝送され,いずれの前記メッセージも,前記含まれるデータを特徴付ける
コードを含み,またはいずれの前記加入者も前記コードによって,前記メッセー
ジを受信するかどうかを決定する上記の装置において; 前記メッセージのいずれか前記第1の加入者による時間的な制御は,前記第1の
加入者が繰り返して1つの参照メッセージを,指定可能な少なくとも1つの時間
的間隔の中で,バスを経由して伝送するという方法と,前記時間的間隔を指定可
能な長さのタイムウィンドウに区分し,前記メッセージを前記タイムウィンドウ
内で伝送する手段を備えるという方法とによることを特徴とする,上記の装置。 - 【請求項7】 バスシステム,および前記バスシステムにより結合された少
なくとも2名の加入者と,メッセージに含まれたデータを交換する装置において
, 前記データを含む前記メッセージは,前記加入者によって前記バスシステムを経
由して伝送され,いずれの前記メッセージも,前記含まれるデータを特徴付ける
コードを含み,またはいずれの前記加入者も前記コードによって,前記メッセー
ジを受信するかどうかを決定する上記の装置において; 前記メッセージのいずれか前記第1の加入者による時間的な制御は,前記第1の
加入者が繰り返して1つの参照メッセージを,指定可能な少なくとも1つの時間
的間隔の中で,バスを経由して伝送するという方法と,かつ前記時間的間隔を指
定可能な長さのタイムウィンドウに区分し,前記メッセージを前記タイムウィン
ドウ内で伝送する手段を備えるという方法とによることを特徴とする,上記の装
置。 - 【請求項8】 前記バスシステムにより請求項1から5のいずれかに記載の
方法を実行することを特徴とする,少なくとも2名の加入者間でデータを交換す
るためのバスシステム。
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WO (1) | WO2001052074A1 (ja) |
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