JP2006191337A - バス間のメッセージ転送を行うゲートウエイ装置及びそれを使用したネットワークシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 緊急メッセージを適切に転送可能にするゲートウエイ装置及びそれを利用したネットワークシステムを提供する。
【解決手段】 複数のネットワーク間のメッセージを転送するゲートウエイ装置１０において，送信元ネットワークから受信した通常メッセージＭＥＳを受信順に送信先ネットワークに転送し，送信元ネットワークから受信したメッセージが緊急メッセージＵＭＥＳに対応する場合，受信済み通常メッセージに優先して当該緊急メッセージを送信先ネットワークに転送する転送制御手段ＴＣＯＮを有する。ゲートウエイ装置が，受信した緊急メッセージを，転送順番待ちしている受信済みの通常メッセージに優先して転送するので，ネットワーク間で緊急メッセージを短時間で転送することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は，バス間のメッセージ転送を行うゲートウエイ装置及びそれを使用したネットワークシステムに関し，特に，ＣＡＮ（Controller Area Network）バス間のメッセージ
転送を行うゲートウエイ装置及びそれを有するＣＡＮバスネットワークシステムに関する。

ＣＡＮは，ＩＳＯで国際的に標準化されたシリアル通信プロトコルであり，主に，自動車のハードウエアを制御するＥＣＵ（Electric Control Unit）間を接続する車内ＬＡＮ
の通信プロトコルとして広く使用されている。また，最近においては，ＣＡＮの高い性能と信頼性から，用途は自動車からファクトリ・オートメーション，船舶，医療機器，産業機器など多方面に拡がっている。ＣＡＮについて，例えば，以下の非特許文献１，２に記載されている。また，車内ＬＡＮによる車両用制御システムについて，例えば，以下の特許文献１，２に記載されている。
「ＣＡＮ入門書」www.renesas.com 「ＣＡＮとは？」www.toyo.co.jp/car/CAN/CAN_General.htm 特開２００４−１３６８１６ 特開２００４−１７６７６ 上記非特許文献１には，複数のＥＣＵがＣＡＮにより接続され，更に，複数のＣＡＮがゲートウエイ装置を介して接続された車内ネットワークシステムが記載されている。例えば，エンジンやトランスミッションを制御するＥＣＵを接続するエンジン系のＣＡＮと，ＶＩＣＳナビなどを制御するＥＣＵを接続する情報系のＣＡＮとが，ゲートウエイ装置を介して接続され，情報系からのメッセージに応じて，エンジン系の制御に反映させることが考えられる。また，上記非特許文献１には，故障診断系のＣＡＮとエンジン系のＣＡＮとがゲートウエイ装置を介して接続され，例えば，故障診断系のＣＡＮの診断ツールから，エンジン系ＣＡＮのエンジン制御ＥＣＵに対して，診断のための制御を可能にすることが考えられる。

このように，ゲートウエイ装置は，異なるＣＡＮ間のプロトコルの翻訳を行うと共に，一方のＣＡＮ内のＥＣＵから送信されたメッセージを他方のＣＡＮ内のＥＣＵに転送する。そして，非特許文献２によれば，ＣＡＮの通信プロトコルには，次のような特徴がある。
（１）マルチマスタ：バスが空いていれば全てのデバイス（ＥＣＵ）がメッセージを送信することができる。
（２）マルチキャスト：全てのデバイスはメッセージを同時に受信する。
（３）システムのフレキシビリティ：ネットワーク内のデバイスにはアドレスは割り付けられず，メッセージ（例えばエンジン回転数や温度など）の内容は，メッセージに対応付けられたネットワーク内で固有の識別子（ＩＤ）により定義され，送信メッセージにはこのＩＤが付加され，受信デバイスは，受信すべきＩＤのメッセージを自発的に受信する。したがって，このＩＤにより送信元と受信先のデバイスが特定される。
（４）衝突検出方法：メッセージに付加されるＩＤがネットワーク上での送信権の優先順位も定義し，複数のデバイスが同時にメッセージを送信しようとすると，優先順位の高いＩＤのメッセージが優先され送信権を取得し，優先順位の低いＩＤのメッセージは送信を中止する。

異なるＣＡＮ間のメッセージ転送を制御するゲートウエイ装置は，通常，転送対象のメッセージを受信した順に転送先のＣＡＮに送信するＦＩＦＯ転送制御を行う。しかしながら，ＣＡＮ間のメッセージ転送には，緊急性を要するメッセージもあれば，緊急性を要しないメッセージもある。例えば，情報系のＣＡＮから車両の前方に歩行者を認識した旨のメッセージをエンジン系のＣＡＮに転送して自動的にブレーキ制御する場合は，緊急性を要するメッセージである。それに対して，エンジン系のＣＡＮからトランスミッションの切り替えメッセージを表示パネル系のＣＡＮに転送して表示制御する場合は，それほど緊急性を要しないメッセージである。

複数のＣＡＮ間をゲートウエイ装置で接続してメッセージの転送を行うことにより，より高度の制御を実現しようとする場合，しばしばゲートウエイ装置内で転送待ちメッセージが渋滞することが予想される。その場合に，緊急性を要するメッセージを緊急性を要しないメッセージに先んじて転送させる方法が必要になる。

そこで，本発明の目的は，緊急メッセージを適切に転送可能にするゲートウエイ装置及びそれを利用したネットワークシステムを提供することにある。

さらに，本発明の他の目的は，緊急メッセージを適切に転送可能で且つＣＡＮプロトコルに適用可能なゲートウエイ装置及びそれを利用したネットワークシステムを提供することにある。

上記の目的を達成するために，本発明の第１の側面によれば，複数のネットワーク間のメッセージを転送するゲートウエイ装置において，送信元ネットワークから受信した通常メッセージを受信順に送信先ネットワークに転送し，前記送信元ネットワークから受信した前記メッセージが緊急メッセージに対応する場合，前記受信済み通常メッセージに優先して当該緊急メッセージを送信先ネットワークに転送する転送制御手段を有することを特徴とする。

上記第１の側面によれば，ゲートウエイ装置が，受信した緊急メッセージを，転送順番待ちしている受信済みの通常メッセージに優先して転送するので，ネットワーク間で緊急メッセージを短時間で転送することができる。

上記本発明の第１の側面において，好ましい実施例では，共通のネットワークに接続される複数のデバイス間の送信権の優先順位が前記メッセージに付加される識別子に応じて決定され，前記複数のデバイスが送信可能な通常メッセージそれぞれに前記識別子が固有に割り当てられ，前記緊急メッセージには，前記通常メッセージに割り当てられた識別子よりも前記優先順位が高い緊急識別子が前記複数のデバイスに共通に割り当てられ，前記転送制御手段は，通常の識別子を有する通常メッセージを受信順に送信先ネットワークに転送し，前記緊急識別子を有する緊急メッセージを受信済み通常メッセージに優先して送信先ネットワークに転送する。

上記の好ましい実施例によれば，送信元ネットワークに接続された複数のデバイスは，共通の緊急識別子を利用して他の通常メッセージに優先して緊急メッセージをゲートウエイ装置に送信することができる。したがって，ゲートウエイ装置を介して送信先ネットワークの送信先デバイスに遅延することなく緊急メッセージを送信することができる。

上記の好ましい実施例において，更に好ましくは，前記緊急識別子を有する緊急メッセージは，送信先デバイスを特定する通常の識別子を有し，前記転送制御手段は，前記受信した緊急メッセージに含まれる当該通常の識別子を付加した通常メッセージを生成し，当
該生成した通常メッセージを前記緊急メッセージとして前記受信済み通常メッセージに優先して送信先ネットワークに転送する。

上記の好ましい実施例によれば，送信先ネットワーク内の送信先デバイスが，緊急メッセージを通常メッセージとして受信することができるので，通常メッセージに対する通常の識別子を利用した通信プロトコルに整合させつつ緊急メッセージを送信することができる。

更に好ましい実施例によれば，前記緊急メッセージに送信先ネットワークに接続されるデバイスに対する送信停止要求フラグが含まれている場合は，前記転送制御手段は，前記緊急メッセージの転送に先立って前記送信先ネットワークのデバイスに対して送信停止要求メッセージを通知する。これにより，送信先ネットワークにおいて，そのネットワーク内のデバイスからの送信メッセージに先んじて緊急メッセージを転送することができる。

更に好ましい実施例によれば，前記転送制御手段は，受信済みメッセージをそれぞれ対応する転送周期のタイミングで送信先ネットワークに転送し，前記緊急メッセージに転送周期短縮要求フラグが含まれている場合は，前記転送制御手段は，前記緊急メッセージを通常の転送周期よりも短い緊急転送周期のタイミングで前記送信先ネットワークに転送する。これにより，緊急メッセージを他の短い通常転送周期が割り当てられている通常メッセージよりも先んじて送信先ネットワークに転送することができる。

上記の目的を達成するために，本発明の第２の側面によれば，複数のデバイスがそれぞれ接続された複数のネットワークと，当該複数のネットワーク間に設けられ当該ネットワーク間のメッセージを転送するゲートウエイ装置とを有するネットワークシステムにおいて，前記ゲートウエイ装置は，送信元ネットワークから受信した通常メッセージを受信順に送信先ネットワークに転送し，前記送信元ネットワークから受信した前記メッセージが緊急メッセージに対応する場合，前記受信済みの通常メッセージに優先して当該緊急メッセージを送信先ネットワークに転送する転送制御手段を有することを特徴とする。

上記の第２の側面において，好ましい実施例によれば，共通のネットワークに接続される複数のデバイス間の送信権の優先順位が前記メッセージの識別子に応じて決定され，前記複数のデバイスが送信可能な通常メッセージそれぞれに前記識別子が固有に割り当てられ，各ネットワークにおいて，前記緊急メッセージには，前記通常メッセージに割り当てられた識別子よりも優先順位が高い緊急識別子が前記複数のデバイスに共通の割り当てられ，前記転送制御手段は，通常の識別子を有する通常メッセージを受信順に送信先ネットワークに転送し，前記緊急識別子を有する緊急メッセージを受信済み通常メッセージに優先して送信先ネットワークに転送する。

上記の好ましい実施例において，更に好ましくは，前記緊急識別子を有する緊急メッセージは，送信先デバイスを特定する通常の識別子を有し，前記転送制御手段は，前記受信した緊急メッセージに含まれる当該通常の識別子を付加した通常メッセージを生成し，当該生成した通常メッセージを前記緊急メッセージとして前記受信済み通常メッセージに優先して送信先ネットワークに転送する。

更に好ましい実施例によれば，前記緊急メッセージに送信先ネットワークに接続されるデバイスに対する送信停止要求フラグが含まれている場合は，前記転送制御手段は，前記緊急メッセージの転送に先立って前記送信先ネットワークのデバイスに対して送信停止要求メッセージを通知する。

更に好ましい実施例によれば，前記転送制御手段は，受信済みメッセージをそれぞれ対
応する転送周期のタイミングで送信先ネットワークに転送し，前記緊急メッセージに転送周期短縮要求フラグが含まれている場合は，前記転送制御手段は，前記緊急メッセージを通常の転送周期よりも短い緊急転送周期のタイミングで前記送信先ネットワークに転送する。

以上のように，本発明の第１，第２の側面によれば，通常メッセージがゲートウエイ装置内で滞留している場合でも，緊急メッセージを遅滞なく送信先ネットワークに転送することができる。

以下，図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し，本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず，特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。

図１は，本実施の形態におけるゲートウエイ装置の構成と通常メッセージの転送動作を示す図である。図１には，ＣＡＮである第１のバスＢＵＳ−１と第２のバスＢＵＳ−２との間に，バス間でメッセージ転送を行うゲートウエイユニット１０が設けられている。第１のバスＢＵＳ−１には，２つのデバイスＥＣＵ−１，ＥＣＵ−２と，ゲートウエイユニット１０が接続され，第２のバスＢＵＳ−２には，２つのデバイスＥＣＵ−３，ＥＣＯＵ−４と，ゲートウエイユニット１０が接続される。各デバイスＥＣＵは，図示しないハードウエアの状態を監視し，制御する。

ゲートウエイユニット１０には，第１のバスＢＵＳ−１から第２のバスＢＵＳ−２にメッセージを転送するための，受信バッファＲ−ＢＵＦと，転送コントローラＴＣＯＮと，転送すべき受信メッセージを格納する転送キューバッファＴ−ＱＵＥを有する。この転送キューバッファは，転送すべき受信メッセージ群を転送順に格納する待ち行列である。同様に，逆方向にメッセージを転送するための同様の構成も有する。そして，一方のバスに接続されているデバイスＥＣＵから送信されたメッセージＭＥＳ１が，ゲートウエイユニット１０により他方のバスに接続されているデバイスＥＣＵに転送される。

ＣＡＮプロトコルの特徴は，前述したとおりである。すなわち，（１）バスが空いていれば全てのデバイス（ＥＣＵ）がメッセージを送信することができるマルチマスタ方式と，（２）全てのデバイスはメッセージを同時に受信し，受信すべきデバイスがメッセージを受信するマルチキャスト方式と，（３）ネットワーク内のデバイスにはアドレスは割り付けられず，メッセージの内容若しくは種類は，メッセージに対応付けられたネットワーク内で固有の識別子（ＩＤ）により定義され，送信メッセージにはこのＩＤが付加され，受信デバイスは受信すべきＩＤのメッセージを自発的に受信するネットワークのフレキシブル性（したがって，このＩＤにより送信元と受信先のデバイスが特定される）と，（４）メッセージに付加されるＩＤがネットワーク上での送信権の優先順位も定義し，複数のデバイスが同時にメッセージを送信しようとすると，優先順位の高いＩＤのメッセージが優先され送信権を取得し，優先順位の低いＩＤのメッセージは送信を中止する衝突回避方法である。

そこで，以下，第１のバスＢＵＳ−１のデバイスＥＣＵ−１が第２のバスＢＵＳ−２のデバイスＥＣＵ−３にメッセージＭＥＳ１を送信する場合を例にして，その送信動作を説明する。まず，デバイスＥＣＵ−１は，第１のバスＢＵＳ−１がアイドル状態の時にメッセージＭＥＳ１をバスに送信する。メッセージＭＥＳ１は，簡単にいえば，メッセージの種類を示す識別子ＩＤが付加され，数バイトのデータＤＡＴＡを含むフレームで構成される。そして，第１のバスＢＵＳ−１での送信権は，第１に，アイドル中のバスにメッセー
ジフレームを先に出力したデバイスに与えられ，第２に，同時にメッセージフレームが出力された時は，メッセージに付加される識別子ＩＤに固有に与えられている優先順位が高いほうのメッセージを出力したデバイスに与えられる。つまり，全ての識別子ＩＤは異なる優先順位を有し，デバイスＥＣＵ−１，ＥＣＵ−２が同時にメッセージＭＥＳ１，ＭＥＳ２をバスに出力した場合は，その識別子ＩＤの優先順位により送信権が決定され，優先順位の高い識別子ＩＤを有するメッセージＭＥＳ１の送信が継続され，優先順位の低い識別子ＩＤを有するメッセージＭＥＳ２の送信が停止される。

この識別子ＩＤによる優先順位の決定アルゴリズムは，ＣＡＮバスでは，識別子ＩＤを出力したときのバスの状態を監視することにより行われる。すなわち，バスのレベルには，ドミナントレベル（優先的なレベル）とレセシブレベル（受容的なレベル）とを有し，論理的にワイヤードアンドされたバスの場合は，ドミナントレベルの論理値は「０」，レセシブレベルの論理値は「１」となる。そして，１つのデバイスでもドミナントレベル「０」を出力するとバスはドミナントレベル「０」になり，全てのデバイスがレセシブレベル「１」を出力しないとバスはレセシブレベル「１」にならない。さらに，識別子ＩＤは，例えば１６進法で「０００」〜「ＦＦＦ」が割り当てられる。その結果，識別子「０００」が最も優先順位が高く，「ＦＦＦ」が最も優先順位が低くなる。

つまり，複数のデバイスが同時にメッセージフレームを出力すると，フレームの先頭に位置するアービトレーションフィールドの識別子ＩＤのデータ列が同時にバスに出力される。そのため，最も優先順位の高い識別子ＩＤのデータ列のレベルにバスのレベルが制御される。そこで，各デバイスは各ビットにおけるバスのレベルを監視することにより，送信権を取得できなかったか否かを検出することができる。例えば，最も優先順位が高い識別子「０００」の場合は，１６ビット全てにおいてバスをドミナントレベル（論理「０」）にすることができ，それ以外の識別子のメッセージを出力しようとするデバイスは，バスの状態が自らが出力した識別子の状態とは異なることを検出する。その結果，デバイスは，送信権を取得できなかったことを検出することができ，そのメッセージの送信を停止することができる。一方，１６ビット全てにおいて送信権が取得できなかったことを検出する場合は，そのデバイスは，通信権を取得したことになり，そのメッセージの送信を継続する。これにより，複数のメッセージフレームのデータフィールドが同時にバスに出力されることが防止され，衝突を回避することができる。

図１に戻り，デバイスＥＣＵ−１がメッセージＭＥＳ１を出力しようとする時に，同時にデバイスＥＣＵ−２がメッセージＭＥＳ２を出力しても，メッセージＭＥＳ１の識別子ＩＤがより高い優先順位を有していれば，デバイスＥＣＰＵ−２はメッセージＭＥＳ２の出力を停止し，結局，デバイスＥＣＵ−１だけがメッセージＭＥＳ１をバスＢＵＳ−１に出力することができる。もちろん，デバイスＥＣＵ−１が先にメッセージＭＥＳ１の出力を開始した場合は，他のデバイスＥＣＵ−２はメッセージの出力を開始しない。

そして，バスＢＵＳ−１に出力されたメッセージＭＥＳ１は，ゲートウエイユニット１０の受信バッファＲ−ＢＵＦに格納される。ゲートウエイユニット１０には，第２のバスＢＵＳ−２に転送すべき識別子があらかじめ設定されており，その設定された識別子のメッセージのみを受信バッファＲ−ＢＵＦに格納する。

ゲートウエイユニット１０内の転送コントローラＴＣＯＮは，受信したメッセージＭＥＳ１を，転送キューバッファＴ−ＱＵＥの最後尾に格納すると共に，転送キューバッファＴ−ＱＵＥ内に格納された受信済みメッセージを，受信順に第２のバスＢＵＳ−２に出力する。第２のバスＢＵＳ−２においても，第１のバスＢＵＳ−１内でのアービトレーション方法と同様の方法で，送信権のアービトレーションが行われる。そして，第２のバスＢＵＳ−２に送信されたメッセージＭＥＳ１は，そのメッセージを受信すべきデバイスＥＣ
Ｕ−３が受信する。すなわち，第２のバスＢＵＳ−２に接続されるデバイスＥＣＵ−３，ＥＣＵ−４は，どの識別子のメッセージを受信すべきかがあらかじめ設定されており，その設定された識別子のメッセージＭＥＳ１を，バス上に出力されるメッセージから判別し，該当する場合にはそれを受信する。

第２のバスＢＵＳ−２に接続されたデバイスから第１のバスＢＵＳ−１に接続されたデバイスへのメッセージの送信も，上記と同様に，バス上でのアービトレーションと，ゲートウエイユニット１０での転送制御とにより行われる。

このように，通常メッセージは，ゲートウエイユニット１０において，受信順に転送キューバッファＴ−ＱＵＥに格納され，受信順に送信先ネットワークのバスに転送される。

図２は，本実施の形態におけるゲートウエイ装置の構成と緊急メッセージの転送動作の概略を示す図である。ゲートウエイ装置であるゲートウエイユニット１０の構成は，図１と同じである。デバイスＥＣＵ−１は，緊急に送信すべきメッセージが発生すると，そのメッセージの識別子ＩＤとデータＤＡＴＡなどをデータフィールド内に格納した緊急メッセージＵＭＥＳを生成する。この緊急メッセージＵＭＥＳのアービトレーションフィールドに格納される識別子には，バスＢＵＳ−１内で最も優先順位の高い識別子Ｘ（緊急識別子Ｘ）が与えられる。緊急識別子Ｘは，必ずしも，最も高い優先順位である必要はなく，例えば，その緊急度に対応する高さの優先順位にすることもできる。最も優先順位の高い識別子Ｘを付加された緊急メッセージＵＭＥＳは，第１のバスＢＵＳ−１において，他の通常メッセージよりも優先的に送信権を獲得し，ゲートウエイユニット１０に送信される。緊急識別子Ｘを少なくとも複数の通常識別子よりも高い優先順位にする場合は，それらの複数の通常識別子の通常メッセージに優先して送信権を獲得するが，より高い優先順位の通常識別子の通常メッセージの送信権の獲得を妨害することはない。

ゲートウエイユニット１０では，緊急識別子Ｘの緊急メッセージを受信するよう設定されており，受信バッファＲ−Ｂｕｆに緊急メッセージＵＭＥＳを受信すると，転送コントローラＴＣＯＮは，緊急識別子Ｘを検出し，緊急メッセージのための転送処理を実行する。この緊急メッセージ用の転送処理では，まず，緊急メッセージＵＭＥＳのデータフィールド内に格納されている通常識別子ＩＤとデータＤＡＴＡとを取り出し，通常識別子ＩＤをアービトレーションフィールドに格納し，データＤＡＴＡをデータフィールドに格納した通常メッセージＭＥＳ３を生成する。第２に，緊急メッセージ用の転送処理では，生成した通常メッセージＭＥＳ３を転送キューバッファＴ−ＱＵＥの待ち行列の先頭に割り込ませる。つまり，既に受信済みで転送キューバッファＴ−ＱＵＥ内に格納済みの通常メッセージ群よりも先に転送できるように，転送コントローラＴＣＯＮは，緊急メッセージに対応するメッセージＭＥＳ３を，先頭位置に格納する。

そして，転送コントローラＴＣＯＮは，通常の転送制御により，所定の周期のタイミングで，転送キューバッファＴ−ＱＵＥ内のメッセージを，先頭から順番に第２のバスＢＵＳ−２に出力する。第２のバスＢＵＳ−２では，通常メッセージの場合と同様に，メッセージの識別子ＩＤの優先順位を基準にして送信権の調停が行われ，識別子ＩＤに応じて送信先のデバイスＥＣＵ−３がメッセージＭＥＳ３を受信する。このように，ゲートウエイユニット１０にて，第１のバスＢＵＳ−１から受信した緊急メッセージＵＭＥＳを，転送待ち行列の先頭に割り込ませることで，転送速度を高めることができ，更に，緊急メッセージＵＭＥＳを通常メッセージＭＥＳ３に書き換えて第２のバスＢＵＳ−２に転送するので，第２のバスＢＵＳ−２でのバス調停や受信処理のプロトコルに特別の変更を加える必要がない。

このように，送信元の第１のバスＢＵＳ−１では，緊急識別子Ｘを利用して優先的に緊
急メッセージＵＭＥＳをゲートウエイユニットに送信し，ゲートウエイユニット１０では，他の転送待ちの通常メッセージに先んじて緊急メッセージを転送するので，緊急メッセージをいち早く送信することができる。但し，送信先の第２のバスＢＵＳ−２では，通常メッセージとして送信されるので，そこでの送信速度を高める制御が望まれる。例えば，後述するように，送信先のネットワークに接続されるデバイスに対して，一定期間メッセージ送信を停止する要求をするなどにより，通常メッセージとして送信することによる送信速度の低下を回避することができる。

図３は，本実施の形態におけるゲートウエイユニットの詳細構成と緊急メッセージの転送動作を示す図である。図３には，デバイスＥＣＵ−１，ＥＣＵ−２が送信するメッセージの識別子リストＬ１，Ｌ２と，デバイスＥＣＵ−３，ＥＣＵ−４が受信するメッセージの識別子リストＬ３，Ｌ４とが示される。このように，各デバイスは，送信する識別子リストと受信する識別子リストとが設定されている。図３の例では，識別子「００１」は，デバイスＥＣＵ−１から送信されデバイスＥＣＵ−３で受信されるメッセージに付加される。また，識別子「００４」は，デバイスＥＣＵ−２から送信されデバイスＥＣＵ−４で受信されるメッセージに付加される。識別子には，同じバス内のデバイス間のメッセージに付加されるものも存在するが，図３には示されていない。そして，第１のバスＢＵＳ−１内のデバイスＥＣＵ−１，ＥＣＵ−２に共通に，最も優先順位の高い緊急識別子Ｘが設定されている。この緊急識別子Ｘは，例えば「０００」である。

また，図３のゲートウエイユニット１０は，受信バッファＲ−Ｂｕｆと，転送コントローラＴＣＯＮと，転送キューバッファＴ−ＱＵＥとを有し，更に，受信バッファＲ−Ｂｕｆに受信したメッセージを一時的に格納する共有メモリ１２を有する。つまり，受信バッファＲ−Ｂｕｆの容量は小さく，そこに受信されたメッセージは，大容量の共有メモリ１２に格納される。

転送コントローラＴＣＯＮは，例えば転送手順を記述したプログラムとそれを実行するＣＰＵとを有する。また，転送キューバッファＴ−ＱＵＥは，転送周期毎に分けられた複数の転送キューＱ１〜Ｑｎを有し，受信された通常メッセージは，その識別子に対応する転送周期の転送キューの最後尾に格納される。また，受信された緊急メッセージから生成された通常メッセージは，その識別子ＩＤに対応する転送周期の転送キューの先頭に格納される。これらの転送キューバッファへの格納制御は，転送コントローラＴＣＯＮにより行われる。そして，転送コントローラＴＣＯＮは，それぞれの転送周期のタイミングで，対応する転送キューＱ１〜Ｑｎの先頭メッセージを，転送先のバスＢＵＳ−２に出力する。ここで，転送周期は，例えば，アクセルの踏み込みデータのメッセージに対しては短く設定され，アクセルの踏み込みが即座にエンジンを制御するデバイスＥＣＵに伝えられるようにされ，一方，シフトレバーのシフト位置データをパネル表示のデバイスに伝えるメッセージに対しては長く設定される。このように，メッセージの種類に応じて，その転送周期があらかじめ設定される。

図３中，破線で転送経路を示した緊急メッセージＵＭＥＳ１０と，一点鎖線で転送経路を示した緊急メッセージＵＭＥＳ２０とが示されている。緊急メッセージＵＭＥＳ１０は，デバイスＥＣＵ−１により送信され，ゲートウエイユニット内で通常メッセージＭＥＳ１２に書き換えられ，転送キューＱ１の先頭位置に割り込ませられ，通常メッセージＭＥＳ１４として第２のバスＢＵＳ−２に転送され，デバイスＥＣＵ−３により受信される。一方，緊急メッセージＵＭＥＳ２０は，デバイスＥＣＵ−２により送信され，ゲートウエイユニット内で通常メッセージＭＥＳ２２に書き換えられ，転送キューＱｎの先頭位置に割り込ませられ，通常メッセージＭＥＳ２４として第２のバスＢＵＳ−２に転送され，デバイスＥＣＵ−４により受信される。

ＣＡＮのメッセージ送信は，フレームにより行われ，それにはデータフレーム，リモートフレーム，エラーフレーム，オーバーロードフレーム，インターフレームスペースなどがある。本実施の形態の緊急メッセージは，データフレームを対象とする。データフレームは，識別子ＩＤ，Ｘが格納されるアービトレーションフィールドと，データなどが格納される８バイトのデータフィールドなどで構成される。そして，本実施の形態では，緊急メッセージのフレームＵＭＥＳ１０には，そのアービトレーションフィールド内に緊急識別子Ｘが格納され，データフィールド内に，通常識別子「００１」と，データフォーマット情報ＤＦと，転送周期短縮要求フラグＦ１と，送信停止要求フラグＦ２と，データＤＡＴＡとが格納される。データフォーマット情報ＤＦとは，通常メッセージＭＥＳ１２を生成する時に，データＤＡＴＡをデータフィールドのどの位置に格納すべきかを示す情報である。また，転送周期短縮要求フラグＦ１とは，転送コントローラＴＣＯＮが管理する転送周期を緊急メッセージについてのみ短縮することを要求するフラグである。そして，送信停止要求フラグＦ２とは，転送先のネットワーク（第２のバスＢＵＳ−２）のデバイスに所定期間送信を停止することを要求するフラグである。両フラグＦ１，Ｆ２は，転送先の第２のバスＢＵＳ−２での転送速度を高めるために利用される。緊急メッセージのフレームＵＭＥＳ２０も同様の構成である。

図４は，本実施の形態におけるゲートウエイユニットの転送制御動作を示すフローチャート図である。図４の左側に第１のバスＢＵＳ−１のデバイスＥＣＵの動作を，真ん中にゲートウエイユニットの動作を，右側に第２のバスＢＵＳ−２のデバイスＥＣＵの動作を，それらの間にバス内のメッセージフレームをそれぞれ示す。

送信元のバスＢＵＳ−１のデバイスＥＣＵが，通常識別子ＩＤのフレームを通常メッセージＭＥＳ１として生成し，バスＢＵＳ−１に出力する（Ｓ１０）。ゲートウエイユニット１０は，転送すべき識別子の通常メッセージを受信バッファＲ−Ｂｕｆに受信し，共有メモリ１２に格納する。転送コントローラＴＣＯＮは，通常識別子ＩＤであることを判別すると（Ｓ２０），転送キューバッファＴ−ＱＵＥ内で，その通常識別子ＩＤの転送周期に対応する転送キューＱ１〜Ｑｎの最後尾に通常メッセージを格納する（Ｓ２２）。そして，転送コントローラＴＣＯＮは，転送周期のタイミングで，転送キュー内の先頭の通常メッセージを，送信先のネットワークである第２のバスＢＵＳ−２に出力する。第２のバスに接続されその通常識別子ＩＤを受信すべきデバイスＥＣＵは，バスに出力された通常メッセージのフレームを受信する（Ｓ５０）。

次に，送信元である第１のバスＢＵＳ−１のデバイスＥＣＵが，あるメッセージを緊急に送信する必要が生じると，緊急識別子Ｘをアービトレーションフィールドに付加し，そのメッセージの通常識別子ＩＤと，図３で説明した，データフォーマット情報ＤＦ，周期短縮要求フラグＦ１，通信停止要求フラグＦ２，データＤＡＴＡをデータフィールド内に格納した緊急メッセージのフレームＵＭＥＳ１０，２０を生成し，第１のバスＢＵＳ−１に出力する（Ｓ１２）。緊急メッセージのフレームＵＭＥＳは，優先順位がそのバス内で最も高いので，他の通常メッセージに優先してバスの送信権を獲得し，優先的に出力することができる。

ゲートウエイユニット１０は，緊急メッセージのフレームを受信バッファＲ−Ｂｕｆに受信し，共有メモリ１２に格納する（Ｓ２４）。その時，転送コントローラＴＣＯＮは，受信バッファに受信されたフレームの識別子Ｘをチェックし緊急識別子Ｘを検出すると（Ｓ２６），割り込み処理により，共有メモリ１２内の緊急メッセージのフレームＵＭＥＳ１０，２０のデータフィールド内の情報を読み出し，そこに格納されている通常識別子ＩＤ（図３の例では「００１」「００４」）をアービトレーションフィールドに付加し，そこに格納されているデータＤＡＴＡをデータフォーマット情報ＤＦに基づいてデータフィールドに格納して，緊急メッセージに対応する通常メッセージのフレームＭＥＳ１２，２
２を生成する（Ｓ２８）。そして，その通常識別子ＩＤに対応する転送周期の転送キューＱ１〜Ｑｎの先頭位置に割り込ませて当該通常メッセージのフレームＭＥＳ１２，２２を格納する（Ｓ３０）。

また，緊急メッセージＵＭＥＳが周期短縮要求フラグＦ１をイネーブルにしている場合は（Ｓ３２），転送コントローラＴＣＯＮは，そのメッセージフレームに対する転送周期を一時的に短くするよう変更する（Ｓ３４）。更に，緊急メッセージＵＭＥＳが送信停止要求フラグＦ２をイネーブルにしている場合は（Ｓ３６），転送コントローラＴＣＯＮは，転送先のネットワークである第２のバスＢＵＳ−２のデバイスＥＣＵ３，４に送信停止要求指令を出力する（Ｓ３８）。そして，転送コントローラＴＣＯＮは，転送キュー内の通常メッセージのフレームを，転送周期のタイミングで出力する（Ｓ４０）。

周期短縮要求により転送周期が短く変更されることで，転送キューＱ１〜Ｑｎから第２のバスＢＵＳ−２に転送されるタイミングが早められる。更に，送信停止要求により第２のバスＢＵＳ−２のデバイスが一時的にメッセージの送信を停止することで，たとえ緊急メッセージに対応する通常メッセージが優先順位の低い識別子ＩＤであっても，即座に送信権を取得して，その通常メッセージＭＥＳ１４，２４を出力することができる。つまり，２つのフラグを利用することにより，複数の転送キュー間での転送タイミングの遅れをなくし，且つ送信先の第２のバスＢＵＳ−２でのバス調停による遅れをなくすことができる。それにより，通常メッセージに書き換えられた後の転送処理も，他の通常メッセージよりも早く行うことができる。

上記のように，ゲートウエイユニットは，緊急メッセージを受信した場合は，そのメッセージを通常メッセージに書き換えて，転送待ち行列の先頭に割り込ませる。また，複数の緊急メッセージに対しては，それらの受信順に転送待ち行列の先頭に割り込ませる。つまり，一つの緊急メッセージを受信して転送待ち行列の先頭に割り込ませた直後に，次の緊急メッセージを受信した場合は，転送待ち行列にて，先に割り込ませたメッセージの後ろであって他の通常メッセージの前に割り込ませる。

本実施の形態では，緊急識別子Ｘを第１のバスＢＵＳ−１に接続される複数のデバイスＥＣＵ−１，２に共通に設けた。これにより，各デバイスにそれぞれ異なる緊急識別子を割り当てるよりも識別子の数を節約することができる。また，変形例として，同じネットワーク（バス）内の複数のデバイスに複数の緊急識別子Ｘ１，Ｘ２を設定してもよい。但し，その場合，緊急識別子の数は，同じネットワーク（バス）内のデバイスの数よりも少なくすることが好ましい。それにより，緊急度を複数にした緊急メッセージ転送を実現することができ，一方で識別子の数を節約することができる。

緊急識別子Ｘが複数のデバイスで共通に使用できるようになったことで，複数のデバイスが同時に緊急メッセージを出力すると，同じ緊急識別子Ｘでバス調停が行われるので，調停不能になることが予想される。しかし，緊急メッセージの送信頻度はそれほど高くなく，ましてや複数の緊急メッセージが衝突する可能性はきわめて低い。そして，同じ緊急識別子のメッセージが出力されると，各デバイスはフレームの衝突を検出し，フレームの出力を停止し，所定のスペース後再送信できるタイミングで緊急メッセージを送信する。よって，最悪衝突しても緊急メッセージによる回復不可能なエラーに陥ることはない。

図３では，第１のバスＢＵＳ−１から第２のバスＢＵＳ−２への緊急メッセージの転送制御について説明したが，逆方向の第２のバスから第１のバスへの緊急メッセージの転送制御も同様である。また，２つのネットワーク（バスＢＵＳ−１，２）が接続されたゲートウエイ装置を例にして説明したが，３つ以上のネットワーク（バス）が接続されても良い。

本実施の形態におけるゲートウエイ装置の構成と通常メッセージの転送動作を示す図である。 本実施の形態におけるゲートウエイ装置の構成と緊急メッセージの転送動作の概略を示す図である。 本実施の形態におけるゲートウエイユニットの詳細構成と緊急メッセージの転送動作を示す図である。 本実施の形態におけるゲートウエイユニットの転送制御動作を示すフローチャート図である。

符号の説明

ＢＵＳ−１，２：バス，ネットワーク， ＥＣＵ：デバイス
１０：ゲートウエイ装置， ＴＣＯＮ：転送制御手段
Ｔ−ＱＵＥ：転送キューバッファ， ＩＤ：通常識別子， Ｘ：緊急識別子，
ＭＥＳ：通常メッセージ，ＵＭＥＳ：緊急メッセージ

Claims (10)

1. 複数のネットワーク間のメッセージを転送するゲートウエイ装置において，
   送信元ネットワークから受信した通常メッセージを受信順に送信先ネットワークに転送し，前記送信元ネットワークから受信した前記メッセージが緊急メッセージに対応する場合，前記受信済み通常メッセージに優先して当該緊急メッセージを送信先ネットワークに転送する転送制御手段を有することを特徴とするゲートウエイ装置。
2. 請求項１において，
   共通のネットワークに接続される複数のデバイス間の送信権の優先順位が，前記メッセージに付加される識別子に応じて決定され，前記複数のデバイスが送信可能な通常メッセージそれぞれに前記識別子が固有に割り当てられ，前記緊急メッセージには，前記通常メッセージに割り当てられた識別子よりも前記優先順位が高い緊急識別子が前記複数のデバイスに共通に割り当てられ，
   前記転送制御手段は，通常の識別子を有する通常メッセージを受信順に送信先ネットワークに転送し，前記緊急識別子を有する緊急メッセージを受信済み通常メッセージに優先して送信先ネットワークに転送することを特徴とするゲートウエイ装置。
3. 請求項２において，
   前記緊急識別子を有する緊急メッセージは，送信先デバイスを特定する通常の識別子を有し，
   前記転送制御手段は，前記受信した緊急メッセージに含まれる当該通常の識別子を付加した通常メッセージを生成し，当該生成した通常メッセージを前記緊急メッセージとして前記受信済み通常メッセージに優先して送信先ネットワークに転送することを特徴とするゲートウエイ装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかにおいて，
   前記緊急メッセージに送信先ネットワークに接続されるデバイスに対する送信停止要求フラグが含まれている場合は，前記転送制御手段は，前記緊急メッセージの転送に先立って前記送信先ネットワークのデバイスに対して送信停止要求メッセージを通知することを特徴とするゲートウエイ装置。
5. 請求項１乃至３のいずれかにおいて，
   前記転送制御手段は，受信済みメッセージをそれぞれ対応する転送周期のタイミングで送信先ネットワークに転送し，
   前記緊急メッセージに転送周期短縮要求フラグが含まれている場合は，前記転送制御手段は，前記緊急メッセージを通常の転送周期よりも短い緊急転送周期のタイミングで前記送信先ネットワークに転送することを特徴とするゲートウエイ装置。
6. 請求項３において，
   更に，受信済みメッセージを受信順に格納する送信キューバッファを有し，当該送信キューバッファは，転送周期に対応して複数設けられ，
   前記転送制御手段は，受信済みメッセージをそれぞれ対応する転送周期のタイミングで前記送信キューバッファから送信先ネットワークに転送し，
   前記転送制御手段は，前記緊急メッセージから生成した通常メッセージを，当該通常メッセージの転送周期に対応する送信キューバッファ内の受信済み通常メッセージの先頭に格納することを特徴とするゲートウエイ装置。
7. 請求項１乃至３のいずれかにおいて，
   前記転送制御手段は，複数の緊急メッセージを受信した場合は，緊急メッセージ間では
   受信した順で，受信済み通常メッセージに対しては優先して，当該緊急メッセージを送信先ネットワークに転送することを特徴とするゲートウエイ装置。
8. 複数のデバイスがそれぞれ接続された複数のネットワークと，当該複数のネットワーク間に設けられ当該ネットワーク間のメッセージを転送するゲートウエイ装置とを有するネットワークシステムにおいて，
   前記ゲートウエイ装置は，送信元ネットワークから受信した通常メッセージを受信順に送信先ネットワークに転送し，前記送信元ネットワークから受信した前記メッセージが緊急メッセージに対応する場合，前記受信済み通常メッセージに優先して当該緊急メッセージを送信先ネットワークに転送する転送制御手段を有することを特徴とするネットワークシステム。
9. 請求項８において，
   共通のネットワークに接続される複数のデバイス間の送信権の優先順位が前記メッセージの識別子に応じて決定され，前記複数のデバイスが送信可能な通常メッセージそれぞれに前記識別子が固有に割り当てられ，各ネットワークにおいて，前記緊急メッセージには，前記通常メッセージに割り当てられた識別子よりも優先順位が高い緊急識別子が前記複数のデバイスに共通の割り当てられ，
   前記転送制御手段は，通常の識別子を有する通常メッセージを受信順に送信先ネットワークに転送し，前記緊急識別子を有する緊急メッセージを受信済み通常メッセージに優先して送信先ネットワークに転送することを特徴とするネットワークシステム。
10. 請求項８または９において，
    前記緊急識別子を有する緊急メッセージは，送信先デバイスを特定する通常の識別子を有し，
    前記転送制御手段は，前記受信した緊急メッセージに含まれる当該通常の識別子を付加した通常メッセージを生成し，当該生成した通常メッセージを前記緊急メッセージとして前記受信済み通常メッセージに優先して送信先ネットワークに転送することを特徴とするネットワークシステム。

Images