JP2008283492A - ゲートウェイ装置、車載通信システム - Google Patents

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Abstract

【課題】ゲートウェイ装置がスリープモードであってもコスト増を抑制して中継処理の遅延を低減するゲートウェイ装置等を提供すること。
【解決手段】第1バス又は第2バスに接続された情報処理装置A、Bから送信される通信データを第2バス又は第1バスに中継するゲートウェイ装置10において、ゲートウェイ装置10が待機状態の場合に、情報処理装置A、Bから送信された起動要求を検出する起動要求検出手段11と、待機状態から作動状態に遷移させる状態遷移手段12と、待機状態の情報処理装置A,Bに起動要求を送信する起動信号送信手段13と、作動状態に遷移した後、情報処理装置A、Bから受信した通信データを中継するデータ中継手段14とを有し、起動信号送信手段13は、当該ゲートウェイ装置10が待機状態のまま、情報処理装置A、Bに起動要求を送信する、ことを特徴とする。
【選択図】図1

Description

本発明は、第1の通信バスから第2の通信バスに通信データを中継するゲートウェイ装置、車載通信システムに関し、特に、待機状態から作動状態に遷移するゲートウェイ装置及びゲートウェイ装置が通信データを中継する車載通信システムに関する。
車載された複数の電子制御装置(ECU:Electronic Control Unit)は、車載LANに接続して搭載され多重通信ネットワークを構成することで通信データの共有を実現している。ECUは車載装置の数が増えまた高度な制御が実行されるにつれ増大する傾向にあるが、バスに接続可能な数の制限、バスの配線長や通信データの通信量がもたらす負荷を緩和するため、バスを分割すると共にバス間をゲートウェイ装置により中継する場合がある。ゲートウェイ装置が定められた手順で通信データを相互のバス間に中継することで、分割されたバスに接続されたECUは通信データを共有することができる。
ところで、ゲートウェイ装置はCPUやRAMが内部バスで接続されたコンピュータであるので、CPUの処理負荷等に応じて消費電力が変動する。このため、ゲートウェイ装置に通信データの中継要求がない状態が所定時間継続すると、CPUのクロック速度を低下させたり所定部への電源供給を停止するなど省電力状態のスリープモードに移行することができる。
しかしながら、いったんスリープモードになると通信データの中継が可能な作動状態になるまで所定時間の経過が必要となるため、スリープモードのゲートウェイ装置に通信データが送信されると、他方のバスに通信データが送信されるまでに遅延が生じる。この遅延は特にゲートウェイ装置の数が増大すると許容できないほど大きくなる。そこで、ゲートウェイ装置がスリープモードの間だけ分割されたバス間をバイパス線で接続しておき、ECUを起動させるためのウェイクアップ信号はゲートウェイ装置がスリープモードでも中継できるようにして、ゲートウェイ装置と各ECUをウェイクアップ信号により一斉に起動させる技術が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
特開2005−86692号公報
しかしながら、特許文献1記載の技術では、ゲートウェイ装置が作動状態の場合にはバイパス線により通信データが中継されないよう、ゲートウェイ装置がスリープモードか否かに応じてバイパス線の接続を切り替えるスイッチ回路が必要なため、コスト増をもたらすという問題がある。
本発明は、上記課題に鑑み、ゲートウェイ装置がスリープモードであってもコスト増を抑制して中継処理の遅延を低減するゲートウェイ装置及び車載通信システムを提供することを目的とする。
上記課題に鑑み、本発明は、第1バス又は第2バスに接続された情報処理装置(例えばECU)から送信される通信データを前記第2バス又は第1バスに中継するゲートウェイ装置において、当該ゲートウェイ装置が待機状態(例えば、スリープモード、ストップモード)の場合に、情報処理装置から送信された起動要求(例えばウェイクアップ信号)を検出する起動要求検出手段と、起動要求検出手段が起動要求を検出した場合、待機状態から作動状態に遷移させる状態遷移手段と、起動要求検出手段が起動要求を検出した場合、待機状態の情報処理装置に起動要求を送信する起動信号送信手段と、当該ゲートウェイ装置が作動状態に遷移した後、情報処理装置から受信した通信データを中継するデータ中継手段と、を有し、起動信号送信手段は、当該ゲートウェイ装置が待機状態のまま、情報処理装置に起動要求を送信する、ことを特徴とする。
本発明によれば、ゲートウェイ装置が待機状態のまま情報処理装置に起動要求を送信することで、早期に他方のノードを起動状態にすることができるので、ゲートウェイ装置がスリープモードの時に中継に生じる遅延を低減できる。
ゲートウェイ装置がスリープモードであってもコスト増を抑制して中継処理の遅延を低減するゲートウェイ装置及び車載通信システムを提供することができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。
図1は、ゲートウェイ装置10が通信データを中継する車載通信システム100の構成図を示す。本実施形態では、スリープモードのゲートウェイ装置10が一方のバスからウェイクアップ信号を受信した場合、作動状態になるまで待たずに他方のバスにウェイクアップ信号を送信する。したがって、バスAが作動状態への移行を開始してからバスBが作動状態への移行を開始するまでの時間が短縮され、スリープモードのゲートウェイ装置10が通信データを中継する際の遅延を短縮することができる。
ゲートウェイ装置10はバスA及びバスBの両方に接続される。また、バスA、Bに接続された各ECU(Electronic Control Unit、以下ノードという)は互いにセンサの検出信号や他のノードが処理したデータ(以下、単に通信データという)を共有して協調制御を実現している。
バスAはノードA1、A2を、バスBはノードB1,B2を電気的に接続し(以下、バスAに接続したノードをノードA、バスBに接続したノードをノードBという場合がある)、所定のプロトコル(例えば、CAN(Controller Area Network)プロトコルやLIN(Local Interconnect Network)プロトコル等)により通信データを通信する。
ノードA、BはCSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance)により調停された送信権が得られると通信データをバスA,Bに送信する。ゲートウェイ装置10はノードA1、A2から送信された通信データをバスBに中継し、ノードB1、B2から送信された通信データをバスBに中継する。
ゲートウェイ装置10及びノードA1,A2,B1、B2は、いずれもプログラムを実行するCPU、プログラム実行の作業領域となりまた一時的にデータを記憶するRAM、ブートプログラムやBIOSを記憶するROM、及び、プログラムやファイルを記憶するメモリ及びバスA,Bを介してデータを入出力する入出力部、が内部バスにより接続されたコンピュータである。
例えば、CPUがプログラムを実行することで、スリープモードの場合にノードA又はBからウェイクアップ信号を検出する起動要求検出手段11、ウェイクアップ信号を受信した場合、ゲートウェイ装置10をスリープモードから作動状態に遷移させる状態遷移手段12と、ウェイクアップ信号を検出した場合、ノードA又はBの少なくとも一方にウェイクアップ信号を送信する起動信号送信手段13と、作動状態に遷移した後バスAからバスBに通信データを中継するデータ中継手段14と、が実現される。
ノードA及びBは、処理能力に違いはあっても同様に起動要求検出手段11、状態遷移手段12、起動信号送信手段13を有し、さらに通信データをバスA、Bに送信しまた通信データを受信する通信手段15を備える。
ゲートウェイ装置10は、車載LANをバスA、Bに分割することによって、バスA,B等における配線長や通信データの通信量がもたらす負荷を緩和する。データ中継手段14は、フィルタリングルール及び変換ルールに則って、一方のバスA(B)から他方のバスB(A)に、例えばノードA、Bよりも優先的に通信データを中継する。データ中継手段14は、接続された一方のバスA(B)から他方のバスB(A)に中継すべき通信データのデータリストを記憶しており、通信データのID番号(識別番号)とデータリストに基づき他方のバスB(A)に中継する通信データを選択する。
ゲートウェイ装置10はバスA、B毎に、受信した通信データを一時記憶する受信バッファ、送信する通信データを一時記憶する送信バッファを備える。データ中継手段14は、バスAの受信バッファに通信データがある場合それに中継処理を施した後バスBの送信バッファに転送し、バスBの受信バッファに通信データがある場合それに中継処理を施した後バスAの送信バッファに転送する。
このような中継処理により、例えばノードA1が通信データをバスAに送出した場合、通信データはバスA上を流れると共に、ゲートウェイ装置10が通信データを中継してバスBにも送信することで、バスAとバスBに共通の通信データを送信することができる。
ゲートウェイ装置10の状態遷移について説明する。本実施形態のゲートウェイ装置10は、スリープモードで通信データを受信した場合の状態遷移の手順に特徴を有す。なお、スリープモードは、各ノードA、B及びゲートウェイ装置10それぞれに起こりうる状態であるが、ノードA又はBのいずれかが作動状態であれば、ゲートウェイ装置10も起動状態である可能性が高く、ゲートウェイ装置10が通信データを中継すれば他方のノードA又Bも起動状態となる。このため、ゲートウェイ装置10がスリープモードになる場合はノードA及びBもスリープモードになると考えてよい。したがって、状態遷移はノードA、Bについても同様である。
図2は、ゲートウェイ装置10の状態遷移図を示す。作動状態とは、CPUが所定のクロックで動作し通信データの中継処理が可能な状態である。電源オンによる起動時の後はこの作動状態に遷移するが、設定された所定時間、中継処理すべき受信データが受信されない場合、ゲートウェイ装置10はスリープモードに遷移する。
スリープモードにおけるコンピュータの状態は設計によるが、本実施例では例えばCPUのクロックを作動状態に比べ低速(例えば10〜20分の1)にする。クロックが低速でもCPUと共に他の周辺デバイスは作動可能であり、後述する所定の処理が実行される。
また、スリープモードにおいて中継処理がないままさらに時間が経過すると、ストップモードに遷移する。ストップモードでは、CPUへクロックを供給するクロック発信器が停止し、したがってCPUや周辺デバイスも停止した状態となる。ストップモードでは中継処理等はできないが、RAMには電源が供給されるのでストップモードへの遷移前のステータス等を保持できる。
このスリープモード又はストップモードの区別は厳密なものでなく、また、CPUの種類によっても異なるものであるので、以下ではスリープモードとストップモードを区別せずこれらを単にスリープモードという。
スリープモードではCPUのクロックが遅いため処理不能か又は本来の処理能力を発揮できない。このため、スリープモードのゲートウェイ装置10の状態遷移手段12は、作動状態になるべき何らかのイベントが発生すると、当該ゲートウェイ装置10を発信安定待ち状態に遷移させる。また、ノードA,Bを作動状態に遷移させるため、起動信号送信手段13がウェイクアップ信号をバスA、Bに送信する。なお、イベントは、各ノードA,Bが制御する車載装置の電源オン、各ノードに接続されたセンサの信号検出等、各ノードが起動するトリガであってもよいし、他のノードが送信したウェイクアップ信号もイベントとなる。
ウェイクアップ信号は、スリープモードのノードA、B又はゲートウェイ装置10を作動状態に遷移させるために送信される予め定められた信号である。CANなどのプロトコルでは、1つの通信データのデータフォーマットは予め定められているが、デジタルデータのデータ伝送ではH(ハイ)とL(ロー)の電圧信号(CANの場合は2本の信号線の差動電圧)をクロック周期毎に取り込み、それを1,0の信号に変換する。このため、CPUのクロック速度が所定の速度にて安定しないとデータフォーマットに従った通信データの取り込みが困難になる。
スリープモードにおけるバスA,Bの電圧信号がL状態であれば、ウェイクアップ信号はH状態の電圧信号、スリープモードにおけるバスA,Bの電圧信号がH状態であれば、ウェイクアップ信号はL状態の電圧信号である。したがって、起動要求検出手段11は、クロックの速度に関わらず取り込んだ電圧信号に変化があればそれをウェイクアップ信号として検出したり、電圧信号の変化により設定されるレジスタを監視することで、クロック速度に関わらずウェイクアップ信号を検出できる。
ウェイクアップ信号を受信した他のノードA若しくはB、又は、ゲートウェイ装置10は、状態遷移手段12により発信安定待ち状態に遷移させられる。発信安定待ち状態は、低速であったクロックが高速な作動状態のクロックに達し安定するまで継続し、クロックが安定すると状態遷移手段12は自動的に作動状態に遷移させる。
なお、ストップモードの場合も同様に、イベント又はウェイクアップ信号の受信により発信安定待ち状態に遷移するが、CPUや周辺デバイスが停止しているため、クロックが高速な作動状態のクロックに達し安定するまでの時間はスリープモードよりも長くなる。
本実施形態のゲートウェイ装置10は、スリープモードにてウェイクアップ信号を受信した場合、発信安定待ち状態の経過を経ずにウェイクアップ信号を他方のバスに送信する。
説明のためまず、ゲートウェイ装置10が発信安定待ち状態を経てからウェイクアップ信号を他方のバスに送信する場合の中継の遅延について図3に基づき説明する。図3では、ノードA1、B1及びゲートウェイ装置10はいずれもスリープモードであり、その状態からノードA1にてイベントが発生し、ノードA1から受信したウェイクアップ信号をゲートウェイ装置10がノードB1に中継するタイミングを示している。
(t1)時刻t1にノードA1にてイベントが発生すると、ノードA1の状態遷移手段12はノードA1を発信安定待ち状態に遷移させる。
(t2)時刻t2にてノードA1が作動状態に遷移すると、ノードA1の起動信号送信手段13はウェイクアップ信号をバスAに送信する。するとその直後にゲートウェイ装置10はウェイクアップ信号を受信するため、ゲートウェイ装置10の起動要求検出手段11がウェイクアップ信号によりイベントの発生を検出し、発信安定待ち状態に遷移する。
(t3)時刻t3にてゲートウェイ装置10が作動状態に遷移すると、ゲートウェイ装置10の起動信号送信手段13はウェイクアップ信号をバスBとバスAに送信する。なお、バスAにはノードA1が送出したウェイクアップ信号が送信されているので、バスAにはウェイクアップ信号を送信しなくてもよい。するとその直後にノードB1はウェイクアップ信号を受信するため、ノードB1の起動要求検出手段11はウェイクアップ信号によりイベントの発生を検出し、発信安定待ち状態に遷移する。
(t4)ところで、ノードA1はウェイクアップ信号を送信できる状態になれば、そのままイベントに応じた通信データを送信可能となるが、ノードA1が作動状態に遷移してもゲートウェイ装置10等が作動状態になっていないので通信データを受信することができない。このため、ノードA1はウェイクアップ信号を送信した後、予め定められた送信待ち時間Toの間、待機している。この送信待ち時間Toは、ゲートウェイ装置10がウェイクアップ信号を受信してから発信安定待ち状態を経て作動状態に遷移するまでに必要な時間であって可能な限り短時間であることが好ましい。
ノードA1の通信手段15は送信待ち時間Toが経過すると、通信データをバスAに送信する。また、バスAの通信データは直後にゲートウェイ装置10の受信バッファに格納される。
(t5)時刻t5にてノードB1が作動状態に遷移すると、ノードB1の起動信号送信手段13はウェイクアップ信号をバスBに送信する。このウェイクアップ信号は例えばさらにバスが接続されている場合にそのバスのノードを作動状態にするために使用されるが、すでにゲートウェイ装置10がウェイクアップ信号をバスBに送信しているのでt5の処理は省略してもよい。
(t6)ゲートウェイ装置10もノードA1と同様に作動状態となってから送信待ち時間Toの間は通信データを中継せず、ノードB1が作動状態になってから通信データをバスBに中継する。このため、送信待ち時間Toが経過する時刻t6にて、ゲートウェイ装置10のデータ中継手段14はノードA1から受信した通信データをバスBに送信する。ノードB1は作動状態に遷移しているのでバスBの通信データを受信することができる。
続いて、ゲートウェイ装置10が発信安定待ち状態を経ずにウェイクアップ信号を他方のバスに送信する場合の中継の遅延について図4に基づき説明する。図4では、ノードA1、B1及びゲートウェイ装置10はいずれもスリープモードであり、その状態からノードA1にてイベントが発生し、ノードA1から受信したウェイクアップ信号をゲートウェイ装置10がノードB1に中継するタイミングを示している。
(t10)時刻t10にノードA1にてイベントが発生すると、ノードA1の状態遷移手段12はノードA1を発信安定待ち状態に遷移させる。
(t20)時刻t20にてノードA1が作動状態に遷移すると、ノードA1の起動信号送信手段13はウェイクアップ信号をバスAに送信する。するとその直後にゲートウェイ装置10はウェイクアップ信号が受信する。
(t30)ゲートウェイ装置10がウェイクアップ信号を受信すると、起動信号送信手段13はスリープモードのままウェイクアップ信号をバスBとバスAに送信する。なお、バスAにはノードA1が送出したウェイクアップ信号が送信されているので、バスAにはウェイクアップ信号を送信しなくてもよい。
するとその直後にノードB1はウェイクアップ信号を受信するため、ノードB1の起動要求検出手段11はウェイクアップ信号によりイベントの発生を検出し、発信安定待ち状態に遷移する。なお、ゲートウェイ装置10はウェイクアップ信号を送信した後、発信安定待ち状態に遷移する。
(t40)ノードA1はウェイクアップ信号を送信できる状態になれば、そのままイベントに応じた通信データを送信可能となるが、ノードA1が作動状態に遷移してもゲートウェイ装置10等が作動状態になっていないので通信データを受信することができない。このため、ノードA1はウェイクアップ信号を送信した後、予め定められた送信待ち時間Toの間、待機している。この送信待ち時間Toは、ゲートウェイ装置10がウェイクアップ信号を受信してから発信安定待ち状態を経て作動状態に遷移するまでに必要な時間である。
ノードA1は送信待ち時間Toが経過すると、通信データをバスAに送信する。したがって、ノードA1が通信データをバスAに送信するタイミングは図3と同じである。なお、バスAの通信データは直後にゲートウェイ装置10の受信バッファに格納される。
(t50)時刻t50にてノードB1が作動状態に遷移すると、ノードB1の起動信号送信手段13はウェイクアップ信号をバスBに送信する。このウェイクアップ信号は例えばさらにバスが接続されている場合にそのバスのノードを作動状態にするために使用されるが、すでにゲートウェイ装置10がウェイクアップ信号をバスBに送信しているのでt50の処理は省略してもよい。
ノードB1が作動状態になる時刻t50の前後でゲートウェイ装置10も発信安定待ち状態が終了し作動状態となる。したがって、ゲートウェイ装置10はノードAから受信した通信データを送信可能となるが、時刻t50ではノードB1が作動状態になった直後であるため、データ中継手段14は作動状態になってからさらに送信待ち時間Tだけ待機した後、通信データをバスBに送信する。
この送信待ち時間Tは、ゲートウェイ装置10とノードB1の発信安定待ち状態の相違に依存して設定される時間であり、例えば、ゲートウェイ装置10の発信安定待ち状態がノードB1よりも長ければゼロでよく、ゲートウェイ装置10の発信安定待ち状態がノードB1よりも短ければその差分に若干の余裕を考慮した時間を加えた時間である。このようにして作動状態に遷移したノードB1はバスBに送信された通信データを受信する。
図3,4において、ノードA1が通信データを送信する時刻t4、t40は同時刻であるので、ノードB1が通信データを受信するまでの時間であるXとYを比較すれば、本実施形態では中継の遅延が短縮されることが分かる。
本実施形態のゲートウェイ装置10は発信安定待ち状態を経ることなく(低速のクロック状態から高速のクロック状態に遷移する前に)イベント発生後すぐにウェイクアップ信号をバスBに送信することで、ノードB1が通信データを受信するまでの時間を短縮することができる。具体的には、例えば、ゲートウェイ装置10とノードB1の発信安定待ち状態の時間が同じで、送信待ち時間Tをゼロであれば、時間Yは時間Xよりもゲートウェイ装置10の発信安定待ち状態の時間だけ短縮されている。
図5は、ゲートウェイ装置10がスリープモードから作動状態に遷移する手順を示すフローチャート図である。図5のフローチャート図の手順は、ゲートウェイ装置10がスリープモードになるとスタートする。
起動要求検出手段11は、スリープモードになるとウェイクアップ信号が検出されるか否かを継続的、例えば所定のサイクル時間毎に監視する(S10)。ウェイクアップ信号を検出したタイミングが図4の時刻t20に相当する。
ウェイクアップ信号が検出された場合、起動信号送信手段13は、ウェイクアップ信号が送信されたバスとは逆の他方のバスにウェイクアップ信号を送信する(S20)。これが図4の時刻t30に相当する。
そして、状態遷移手段12は、スリープモードから作動状態にゲートウェイ装置10を遷移させ、これによりゲートウェイ装置10は発信安定待ち状態になる(S30)。ゲートウェイ装置10とノードB1の発信安定待ち状態の時間が等しければ、ステップS30の発信安定待ち状態は、図4の時刻t30〜t50に相当する。
発信安定待ち状態が終了し作動状態になるとデータ中継手段14は、送信待ち時間Tが経過するまで待機する(S40)。送信待ち時間Tは、ゲートウェイ装置10とノードA、Bの発信安定待ち状態の時間に応じて予め定められている。この待機時間は図4の時刻t50〜t60に相当する。
送信待ち時間Tが経過するとデータ中継手段14が通信データの中継を開始する(S50)。この処理は図4の時刻t60に相当する。
以上説明したように、本実施形態のゲートウェイ装置10は、バイパス線など新たなハードウェアを用いることなくスリープモードに起因する中継処理の遅れを低減することができる。
ゲートウェイ装置が通信データを中継する車載通信システムの構成図の一例である。 ゲートウェイ装置の状態遷移図の一例である。 ゲートウェイ装置が発信安定待ち状態を経てからウェイクアップ信号を他方のバスに送信する場合の中継の遅延を説明する図である(従来図)。 ゲートウェイ装置が発信安定待ち状態を経ずにウェイクアップ信号を他方のバスに送信する場合の中継の遅延を説明する図である。 ゲートウェイ装置がスリープモードから作動状態に遷移する手順を示すフローチャート図である。
符号の説明
10 ゲートウェイ装置
11 起動要求検出手段
12 状態遷移手段
13 起動信号送信手段
14 データ中継手段
15 通信手段
100 車載通信システム
A1、A2、B1,B2 ノード

Claims (2)

  1. 第1バス又は第2バスに接続された情報処理装置から送信される通信データを前記第2バス又は第1バスに中継するゲートウェイ装置において、
    当該ゲートウェイ装置が待機状態の場合に、前記情報処理装置から送信された起動要求を検出する起動要求検出手段と、
    前記起動要求検出手段が前記起動要求を検出した場合、前記待機状態から作動状態に遷移させる状態遷移手段と、
    前記起動要求検出手段が前記起動要求を検出した場合、待機状態の前記情報処理装置に起動要求を送信する起動信号送信手段と、
    当該ゲートウェイ装置が前記作動状態に遷移した後、前記情報処理装置から受信した前記通信データを中継するデータ中継手段と、を有し、
    前記起動信号送信手段は、当該ゲートウェイ装置が待機状態のまま、前記情報処理装置に前記起動要求を送信する、
    ことを特徴とするゲートウェイ装置。
  2. ゲートウェイ装置が、第1バス又は第2バスに接続された情報処理装置から送信される通信データを前記第2バス又は第1バスに中継する車載通信システムにおいて、
    前記ゲートウェイ装置は、
    当該ゲートウェイ装置が待機状態の場合に、前記情報処理装置から送信された起動要求を検出する起動要求検出手段と、
    前記起動要求検出手段が前記起動要求を検出した場合、前記待機状態から作動状態に遷移させる状態遷移手段と、
    前記起動要求検出手段が前記起動要求を検出した場合、待機状態の前記情報処理装置に起動要求を送信する起動信号送信手段と、
    当該ゲートウェイ装置が前記作動状態に遷移した後、前記情報処理装置から受信した前記通信データを中継するデータ中継手段と、を有し、
    前記起動信号送信手段は、当該ゲートウェイ装置が待機状態のまま、前記情報処理装置に前記起動要求を送信する、
    ことを特徴とする車載通信システム。
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