JP2010003039A

JP2010003039A - Ｃｐｕ動作クロック同調式ｐｌｃバスシステム

Info

Publication number: JP2010003039A
Application number: JP2008160095A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Yokoo; 雅彦横尾
Original assignee: Koyo Electronics Industries Co Ltd
Current assignee: Koyo Electronics Industries Co Ltd
Priority date: 2008-06-19
Filing date: 2008-06-19
Publication date: 2010-01-07
Anticipated expiration: 2028-06-19
Also published as: JP5107152B2

Abstract

【課題】動作クロックが異なるＣＰＵを内蔵した複数のＣＰＵモジュールが接続されている拡張バス上で、バスクロックを各ＣＰＵの動作クロックに同調させてバス転送ができるバス転送速度可変方式を提供する。
【解決手段】ＰＬＣ用の拡張バスに、外部供給のクロックを内部制御用ＣＰＵクロックとするＣＰＵを内蔵した１または複数のＣＰＵモジュールと、拡張バスのバスクロックを制御する拡張バスコントローラと、を接続し、上記拡張バスコントローラは、バスクロックを、拡張バスのバス権を取得したＣＰＵのＣＰＵクロックに同調させて拡張バスを制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＰＬＣ（プログラマブルコントローラ）用の拡張バスに、外部供給のクロックを動作クロックとするＣＰＵを内蔵した１または複数のＣＰＵモジュールを接続したＰＬＣバスシステムに関するものである。

ＰＬＣはシーケンスプログラムを実行してそれに接続された制御機器をシーケンス制御するようになっている。このようなＰＬＣには、システム設置時に接続された各種標準のユニットに対してシステム拡張時に増設された各種の拡張ユニットがある。この増設されたユニットに用いるバスを拡張バスと称する。拡張バスはアドレス信号線、データ書込み読込みの制御信号線、データ入出力の信号線を含む。

図５および図６を参照して、従来のＰＬＣバスシステムを説明する。図５は従来のＰＬＣバスシステムを示し、図６はメインのＣＰＵモジュールのバスタイミングを示す。図５で示すように拡張バス１に複数のＣＰＵモジュール２−４が接続されている。ＣＰＵモジュール２−４は内部に外部供給のクロックＣＬＫ１−ＣＬＫ３を内部制御用の動作クロックＣＬＫ１−ＣＬＫ３とするＣＰＵを内蔵している。これらＣＰＵモジュール２−４のうち、ＣＰＵモジュール２はメインＣＰＵモジュールであり、内部ＣＰＵはメインＣＰＵとして、拡張バス１を制御する設計になっている。このメインＣＰＵは図６で示すバスタイミングで拡張バス１にバス転送する。図６は動作クロックＣＬＫ１、アドレス、リードライトＲＤ、データＤＡＴＡの１バスサイクルを示す。

このように設計されたシステムでは、ＣＰＵモジュール２のＣＰＵの動作クロックＣＬＫ１が、他のＣＰＵモジュール３，４内のＣＰＵそれぞれの動作クロックＣＬＫ２，ＣＬＫ３より低速であっても、拡張バス１のバス転送速度はＣＰＵモジュール２のＣＰＵの動作クロックＣＬＫ１のタイミングに同期するから、バス転送速度はＣＰＵモジュール２のＣＰＵの動作クロックＣＬＫ１の性能により決まってしまっていた。

すなわち、上記従来のＰＬＣバスシステムでは、その拡張バス１に動作クロックが早いＣＰＵを内蔵するＣＰＵモジュール３，４を接続しても、バス転送速度がＣＰＵモジュール２のＣＰＵの動作クロックＣＬＫ１に固定されるというバス転送速度固定のＰＬＣバスシステムとなっていた。

このような従来のＰＬＣバスシステムでは、動作クロックが高速のＣＰＵモジュールと、動作クロックが低速のＣＰＵモジュールとを使用し、それぞれ高速と低速とに使い分けするには、それぞれを別々の拡張バスに接続し、これら高速と低速の拡張バス同士をバス変換部を介して接続する設計も行われている。このような設計になる従来のＰＬＣバスシステムでは、拡張バスを構成する信号線の本数増大化を招き、それらを配線する基板も大型化し、寸法制約されたＰＬＣの場合では、そのような大型基板の実装も難しい。さらには、高速側も低速側から動作性能上の悪影響を受けるうえ、低速で作りこんである低速側の各種モジュールも活用しにくくなるなど、いくつかの課題を有していた。

なお、拡張バス、クロック、コントロール、データ、アドレス、バス転送速度に関する特許文献１を下記する。拡張バス、クロック、プログラマブルコントローラに関する特許文献２を下記する。
特表２００４−５０３８７１号公報特開２００２−２２２００３号公報

本発明においては、動作クロックが異なるＣＰＵを内蔵した複数のＣＰＵモジュールが接続されている拡張バス上で、バスクロックを各ＣＰＵの動作クロックに同調させてバス転送ができるバス転送速度可変方式として、上記動作クロックが異なる複数のＣＰＵモジュールに対して同一の拡張バスを共用可能として、上述した課題を解消するものである。

本発明は、ＰＬＣ用の拡張バスに、外部供給のクロックを動作クロックとするＣＰＵを内蔵した１または複数のＣＰＵモジュールと、拡張バスのバスクロックを制御する拡張バスコントローラと、を接続し、上記拡張バスコントローラは、バスクロックを、拡張バスのバス権を取得したＣＰＵの動作クロックに同調させて拡張バスを制御することを特徴とするものである。

本発明では、拡張バスに動作クロックが相違するＣＰＵモジュールを複数接続しても、バスクロックをそれぞれのＣＰＵモジュール内のＣＰＵの動作クロックに同調させることができるので、同一の拡張バスを動作クロックが高速のＣＰＵモジュールと、動作クロックが低速のＣＰＵモジュールとで共用することができると共に、基板配線も少なく、基板寸法も大型化せずに済むことで、従来の上述した課題を解消できるシステムとなる。

好ましくは、少なくとも２つのＣＰＵモジュールは動作クロックが相違する。

好ましくは、上記拡張バスコントローラは、バスクロックを上記動作クロックに同調させるＰＬＬ部と、その同調した動作クロックで拡張バス上のデータ転送を制御する転送制御部とを備え、上記ＰＬＬ部は、データ転送後は元のバスクロックに戻る。

本発明によると、いずれのＣＰＵモジュールのＣＰＵであっても、バス権を取得しさえすれば、拡張バスコントローラにより、拡張バスのバスクロックをそのＣＰＵの動作クロックに同調させることができるので、動作クロックが遅いＣＰＵはその遅い動作クロックをバスクロックとしてバス転送し、また、動作クロックが早いＣＰＵはその早い動作クロックをバスクロックとしてバス転送することができるようになるので、従来のように動作クロックの遅いＣＰＵに他の高速のＣＰＵがそのバス転送を引きずられずにすむようになる。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係るＣＰＵ動作クロック同調式ＰＬＣバスシステムを説明する。図１は、本実施の形態にかかるシステムの構成を示し、図２は図１の拡張バスコントローラの概略構成を示し、図３は図１のＣＰＵモジュール内ＣＰＵの動作クロックと拡張バスコントローラのバスクロックとを示す。

図１を参照して、ＰＬＣ用の拡張バス１に、外部供給のクロックを動作クロックＣＬＫ１−ＣＬＫ３とするＣＰＵを内蔵した複数のＣＰＵモジュール２−４が接続されている。この拡張バス１は、アドレス信号線、データ書込み／読込みの制御信号線、データ入出力の信号線を含む。この拡張バス１には拡張バスコントローラ５が接続されている。拡張バスコントローラ５は、図２で示すように、拡張バス１のバス権を取得したＣＰＵの動作クロックＣＬＫ１−ＣＬＫ３にバスクロックＢＣＬＫを同調させるＰＬＬ部５ａと、その同調した動作クロックＣＬＫ１−ＣＬＫ３で拡張バス１上でのバス転送を制御する転送制御部５ｂとを備える。

各ＣＰＵモジュール２−４のＣＰＵの動作クロックＣＬＫ１−ＣＬＫ３は、図３で示すように例えば動作クロックＣＬＫ１は、同図（ａ）の１０ＭＨｚ、動作クロックＣＬＫ２は、同図（ｂ）の２０ＭＨｚ、動作クロックＣＬＫ３は、同図（ｃ）の６０ＭＨｚである。また、拡張バスコントローラ５のバスクロックＢＣＬＫは同図（ｄ）の５０ＭＨｚである。

各ＣＰＵモジュール２−４は、拡張バス１上に信号をバス転送する場合、図示略のバスアービタによりバス権を取得する。拡張バスコントローラ５は、バスクロックＢＣＬＫを、拡張バス１のバス権を取得したＣＰＵモジュール２−４のＣＰＵの動作クロックＣＬＫ１−ＣＬＫ３に同調させて拡張バス１を制御する。拡張バスコントローラ５のバスクロックＢＣＬＫは、バス転送制御後は元の５０ＭＨｚに戻るようになっている。

拡張バスコントローラ５において、ＰＬＬ部５ａは、バスクロックＢＣＬＫと動作クロックＣＬＫ１−ＣＬＫ３とのクロック周波数の高低比較をし、バスクロックＢＣＬＫを動作クロックＣＬＫ１−ＣＬＫ３に合わせる。転送制御部５ｂは、その合わせたバスクロックＢＣＬＫに基づいて拡張バス１上のバス転送を制御する。例えば、ＣＰＵモジュール２がバス権を取得すると、ＰＬＬ部５ａには動作クロックＣＬＫ１が入力される。そして、転送制御部５ｂは、その動作クロックＣＬＫ１をバスクロックＢＣＬＫとしてＣＰＵモジュール２と各種モジュール６との間のバス転送制御を行う。

例えば、ＣＰＵモジュール２のＣＰＵが拡張バス１上のバス権を取得してその動作クロックＣＬＫ１やＣＬＫ２が拡張バスコントローラ５に入力されると、拡張バスコントローラ５は、５０ＭＨｚのバスクロックＢＣＬＫを１０ＭＨｚや２０ＭＨｚの動作クロックＣＬＫ１，ＣＬＫ２に同調させる。この動作クロックＣＬＫ１，ＣＬＫ２をバスクロックＢＣＬＫとして拡張バス１上のＣＰＵモジュール２と各種モジュール６との間のバス転送を制御する。

上記ではバスクロックＢＣＬＫは５０ＭＨｚであり、動作クロックＣＬＫ１，ＣＬＫ２は１０ＭＨｚ，２０ＭＨｚであり、バスクロックＢＣＬＫの５０ＭＨｚより周波数が低いのに対して、ＣＰＵモジュール４のＣＰＵの動作クロックＣＬＫ３は６０ＭＨｚであり、バスクロックＢＣＬＫの５０ＭＨｚより周波数が高い。この場合、拡張バスコントローラ５は、５０ＭＨｚのバスクロックＢＣＬＫを６０ＭＨｚの動作クロックＣＬＫ３に同調させるのではなく、この場合は、５０ＭＨｚをバスクロックＢＣＬＫとして拡張バス１上のＣＰＵモジュール３と各種モジュール６との間のバス転送を制御する。

しかし、拡張バスコントローラ５のバスクロックＢＣＬＫは、フレキシブル性があり、このような場合では、バスクロックＢＣＬＫを例えば６０ＭＨｚ以上としておくことで、１０ＭＨｚや２０ＭＨｚの動作クロックＣＬＫ１，ＣＬＫ２だけでなく、上記６０ＭＨｚの動作クロックＣＬＫ３に対しても対処することができる。このように拡張バスコントローラ５のバスクロック変更は、既存のボード上にて容易に実施することができる。

以上のＰＬＣバスシステムにおいて、例えば、従来では、図４（ａ）で示すように、５００ｎｓ／１バスサイクルの低速拡張バス８に、そのバスサイクルに対応する動作クロックのＣＰＵモジュール９と、例えば数百種類以上の低速の各種モジュール１０が接続されている第１のＰＬＣバスシステムと、例えば、１００ｎｓ／１バスサイクルの高速拡張バス１１にそのバスサイクルに対応する動作クロックのＣＰＵモジュール１２と、例えば数十種類の高速の各種モジュール１３が接続されている第２のＰＬＣバスシステムとがある場合、従来では、バス変換部１４を、両ＰＬＣバスシステムの拡張バス８，１１間に設けてバス変換している。

この場合、第１のＰＬＣバスシステムの拡張バス数が例えば４０本の信号線の集合であり、第２のＰＬＣバスシステムの拡張バス数が例えば８０本の信号線の集合である場合、両ＰＬＣバスシステムでは合計で１２０本の信号線を含む拡張バス８，１１を基板上に配置することとなり、この基板配線は基板面積の制約で相当に困難であり、配線間の電気的ノイズも問題となってくる。また、上記のようにバス変換部１４で両ＰＬＣバスシステムを接続した場合、高速である第２のＰＬＣバスシステムが低速である第１のＰＬＣバスシステムに影響されてバス転送速度が低下してくるという問題もある。

これに比較して、実施の形態では、上記のように１２０本の信号線ではなく、高速と低速とが信号線を共用するので、例えば８０本の信号線のうち、高速では８０本すべてを使用し、低速ではその８０本のうちの４０本を使用する。すなわち、高速では、図４（ｂ）で示すように、基板上の８０本の信号線（白抜きで示す）からなる拡張バス１１において、上記図４（ａ）の第２のＰＬＣバスシステムに対応して、ＣＰＵモジュール１２が拡張バス１１のバス権を取得すると、拡張バスコントローラ１５が、バスクロックをＣＰＵモジュール１２のＣＰＵの高速の動作クロックに同調させることで、ＣＰＵモジュール１２とそれに対応する各種モジュール１３との間のバス転送制御を行う。この場合の高速でのバス転送は、８０本の信号線全てを使用する。

また、低速では、図４（ｃ）で示すように、８０本の信号線のうちの４０本の信号線（白抜きで示す線使用、ハッチングで示す線不使用）を用いて、上記図４（ａ）の第１のＰＬＣバスシステムに対応して、ＣＰＵモジュール９が拡張バス１１のバス権を取得すると、拡張バスコントローラ１５が、バスクロックをＣＰＵモジュール９の低速の動作クロックに同調させることで、ＣＰＵモジュール９とそれに対応する各種モジュール１０との間のバス転送制御を行う。

これにより、従来では、上記例では信号線１２０本が必要であるのと比較して、実施の形態では信号線８０本で済むようになるから、信号線配線に必要な基盤面積が小さくて済む。

以上説明したように本実施形態では、拡張バス上の複数のＣＰＵモジュールでは、バス権を取得することで、拡張バスコントローラにより、拡張バスのバスクロックを当該自身のＣＰＵの動作クロックに同調させることができるので、動作クロックが遅いＣＰＵはその遅い動作クロックをバスクロックとしてバス転送し、また、動作クロックが早いＣＰＵはその早い動作クロックをバスクロックとしてバス転送することができるようになる結果、従来のように動作クロックの遅いＣＰＵに他の高速のＣＰＵがそのバス転送を引きずられなくてすむようになる。

図１は、本実施の形態にかかるシステムの構成を示す図である。図２は図１の拡張バスコントローラの概略構成を示す図である。図３は図１のＣＰＵモジュール内ＣＰＵの動作クロックと拡張バスコントローラのバスクロックとを示す図である。図４（ａ）は従来のＰＬＣバスシステムによる構成を示し、図４（ｂ）（ｃ）は実施の形態のＰＬＣバスシステムにより動作クロックが高速と低速の場合を示す図である。図５は従来のＰＬＣバスシステムを示す図である。図６はメインのＣＰＵモジュールのバスタイミングを示す図である。

符号の説明

１拡張バス
２−４ＣＰＵモジュール
５拡張バスコントローラ

Claims

ＰＬＣ用の拡張バスに、外部供給のクロックを動作クロックとするＣＰＵを内蔵した１または複数のＣＰＵモジュールと、拡張バスのバスクロックを制御する拡張バスコントローラと、を接続し、上記拡張バスコントローラは、バスクロックを、拡張バスのバス権を取得したＣＰＵの動作クロックに同調させて拡張バスを制御する、ＣＰＵ動作クロック同調式ＰＬＣバスシステム。
少なくとも２つのＣＰＵモジュールは動作クロックが相違する、請求項１に記載のバスシステム。
上記拡張バスコントローラは、バスクロックを上記動作クロックに同調させるＰＬＬ部と、その同調した動作クロックで拡張バス上のデータ転送を制御する転送制御部とを備え、上記ＰＬＬ部は、データ転送後は元のバスクロックに戻る、請求項１または２に記載のバスシステム。