JP2011096089A - 入出力装置及び制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で入力信号の取得タイミングとＣＰＵでの入力信号を用いる処理タイミングとの間の即時性を向上させることができる入出力装置及び該入出力装置を含む制御装置を提供する。
【解決手段】ＡＳＩＣ１０１の入出力処理回路１４は、マイコン１００から周期的に出力される既存の制御パルスを受信したタイミングで、機器２からの入力信号が示す値を保持し、通信部１５から送信するという一連の動作を行なう。又は、入出力処理回路１４は、機器２からの入力信号が示す値の情報を通信部１５から送信するタイミングで、機器２からの入力信号が示す値を保持する。いずれのタイミングで保持するかは選択レジスタ１６での選択に基づく。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を用い、入力信号を取得して処理を行なう処理装置に関し、特に、簡易な構成で入力信号の取得タイミングとＣＰＵでの入力信号を用いる処理タイミングとの間の即時性を向上させることができる入出力装置、及び該入出力装置を含む制御装置に関する。

内蔵する記憶部に記憶されたプログラムを実行させて多様な動作を実現させることができるマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）を用いて、機器を制御する処理を行なう制御装置が多用されている。

特に車両の分野では、マイコンを用いるＥＣＵ（Electronic Control Unit）が複数接続される制御システムを利用し、相互に連携してアクチュエータを電気的に制御する構成へ移行しつつある。したがって、１のＥＣＵでもマイコンへの入力信号、マイコンからの出力信号の数が多くなり、マイコンの入出力端子が不足するといった問題が生じる一方で、多数の入出力端子を有するマイコンはコスト高となる。

そこで、従来技術として特許文献１には、マイコンを備えるＥＣＵが、直接用／間接用入力用インタフェースを更に備える発明が開示されている。特許文献１では、直接的にマイコンへ入力される信号と、間接的に入力される信号とに分けられ、間接的に入力される信号については、入力用インタフェースにて入力フィルタ処理を実行して取得してから、入力インタフェース回路から双方向シリアル通信によりマイコンへ伝送する発明が開示されている。これにより、マイコンに多数の入出力端子を設けずとも、１本のシリアル通信により情報を送受信できる。

特許文献２には、マイコンへの入出力を入出力ＩＣで処理し、入出力の情報はシリアル通信で行なう発明が開示されている。特に、特許文献１では、マイコンから入出力ＩＣへ入力情報をラッチ要求するための端子をマイコン及び入出力ＩＣのいずれにも設け、マイコンから入出力ＩＣへ処理タイミングを制御する構成が開示されている。

特開２００２−３３３９０１号公報 特開平７−１３９１２号公報

特許文献１及び２に開示されているような技術により、マイコンへの直接の入出力を減らすことができる。特許文献１に開示されている構成では、入力信号から情報が取得されるタイミングと、マイコンが情報を取得するタイミングとの間の間隔が疎らとなる。

図４は、従来技術における入力情報の取得タイミングと通信タイミングとを示すタイムチャートである。横軸に時間の経過を示し、上段にて入力情報の取得タイミングを示し、下段にて通信タイミングを示している。図４に示すように、入力情報の取得のための周期（入力周期）と、通信周期とが同期していない場合には、入力情報の取得がされてから当該入力情報がマイコンで用いられるまでの遅延時間が長くなるときがある。

また、特許文献２に開示されている技術では、マイコンから入力信号からの情報取得のタイミングを制御できるが、ラッチ入出力用の信号線と端子が必要である。図５は、従来技術におけるマイコンと入出力ＩＣとの接続構成を示す構成図である。図５に示すように、ラッチ専用の端子と信号線が用いられる構成である。

特に車両の分野のＥＣＵでは、センサなどから得られる情報は安全に関するものである場合があるから、マイコンで処理されるまでに要する時間はできるだけ短縮されることが望ましい。且つ、ＥＣＵの軽量化などのためには、構成の更なる簡素化が望まれる。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で入力信号の取得タイミングとＣＰＵでの入力信号を用いる処理タイミングとの間の即時性を向上させることができる入出力装置、及び該入出力装置を含む制御装置を提供することを目的とする。

第１発明に係る入出力装置は、入力情報に基づき機器を制御し、制御情報を出力する制御装置と通信可能に接続し、前記入力情報を示す入力信号を前記機器から入力して前記制御装置へ送信し、前記制御装置から送信される前記制御情報に基づく制御信号を前記機器へ出力する入出力装置において、前記制御装置から周期的に入力する任意の信号を受信したとき、又は前記制御装置への入力情報を送信するときに、入力信号から入力情報を取得するようにしてあることを特徴とする。

第２発明に係る入出力装置は、前記機器とプルアップ抵抗を介して接続され、外部電源から前記機器への電源供給の有無を切り替えるスイッチを備え、前記制御装置から、前記機器へのプルアップ電源供給を指示する信号が出力されたときに前記スイッチをオン状態へ切り替え、入力信号から入力情報を取得するようにしてあることを特徴とする。

第３発明に係る入出力装置は、入力信号から入力情報を取得するタイミングを、前記任意の信号を受信したときと、入力情報の送信の際とのいずれかの選択を受け付ける受付手段を備えることを特徴とする。

第４発明に係る入出力装置は、前記受付手段は、選択情報を受信し、受信した選択情報に基づき選択するようにしてあることを特徴とする。

第５発明に係る制御装置は、入力情報に基づき機器を制御し、制御情報を出力する制御部と、該制御部に接続されており、前記入力情報を示す入力信号を前記機器から入力して前記制御部へ送信し、前記制御部から送信される前記制御情報に基づく制御信号を前記機器へ出力する入出力部とを備える制御装置において、前記入出力部は、前記制御部からの入力情報の要求を受け付けたとき、又は前記制御部への入力情報の送信の際に、入力信号から入力情報を取得するようにしてあることを特徴とする。

第１発明及び第５発明では、制御装置（制御部）が入出力する信号を入出力装置（入出力部）が受け付け、入力情報又は制御装置からの制御情報は制御装置と送受信するようにしてあることにより、制御装置では多数の入出力端子が不要である。更に本発明では、入出力装置が制御装置へ送信するために入力信号の信号レベルを検出して入力情報を取得するタイミングは、制御装置から周期的に入力している信号を受信したときか、又は前記制御装置へ入力情報を送信するタイミングに合わせられる。なお、制御装置から周期的に入力している信号は、入出力装置への制御信号など他の用途に用いられる既存の信号を用いればよいので、入力情報を取得することを指示する特定の信号は不要となる。

第２発明では、制御装置から周期的に入力している信号として、入出力装置がスイッチと接続されている場合の制御装置からのスイッチへのプルアップ電源供給指示の信号が用いられる。プルアップ電源供給と入力信号からの情報取得は一連に実行できるため周期性が担保される。

第３発明では、入力情報を取得するタイミングを制御装置から周期的に入力している信号を受信したときか、又は前記制御装置へ入力情報を送信するタイミングとの間で選択可能となる。制御部の仕様に柔軟に対応可能であるから、汎用性が向上する。

第４発明では、入力情報を取得するタイミングの選択を指示する選択情報を通信により受信し、受信した選択情報に基づき選択される。これにより、制御部などの外部装置から選択可能となるから、多様な構成に応じて柔軟に設定が可能となり汎用性が向上する。

本発明による場合、入出力装置での入力信号からの入力情報の取得タイミングと、制御装置への送信タイミングとの間の間隔が短縮される上、一定となる。しかも、入出力装置と制御装置との間に、入出力タイミングを指示するための特定の信号の入出力も不要である。したがって、簡易な構成で入力信号からの情報の取得タイミングと制御装置での入力信号を用いる処理タイミングとの間の即時性を向上させることができる。

本実施の形態におけるＥＣＵの構成を示す構成図である。 本実施の形態のＥＣＵにおける入力情報の取得タイミングと通信タイミングとの一例を示すタイムチャートである。 本実施の形態のＥＣＵにおける入力情報の取得タイミングと通信タイミングとの他の一例を示すタイムチャートである。 従来技術における入力情報の取得タイミングと通信タイミングとを示すタイムチャートである。 従来技術におけるマイコンと入出力ＩＣとの接続構成を示す構成図である。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。以下に示す実施の形態では、本発明に係る処理装置を車両に搭載されるＥＣＵに適用する場合を例に説明する。

図１は、本実施の形態におけるＥＣＵの構成を示す構成図である。ＥＣＵ１は、例えば車両に搭載されるライト、ミラーなどの動作を制御するボディＥＣＵであって、センサ、又は各種スイッチなどの機器２から取得される測定値、又は計算値、制御値などの各種物理量に基づき、ランプ、ワイパーなどの制御対象を制御する処理を実行する制御装置である。

ＥＣＵ１は、マイコン１００と、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit：特定用途集積回路）１０１とを含んで構成され、ＡＳＩＣ１０１はバッテリ（＋Ｂ電源）と接続されている。

ＥＣＵ１のマイコン１００は、ＥＣＵ１全体の制御処理を行なうＣＰＵコアを用い、ＲＯＭ１１に記憶されている制御プログラムを読み出して実行する。また、他の構成部、例えばＡＳＩＣ１０１とのシリアル通信を行なう通信部１２を備える。

ＲＯＭ１１は、ＥＥＰＲＯＭ（Electronically Erasable Programmable Read Only Memory）、フラッシュメモリ、マスクＲＯＭなどを用いる。ＲＯＭ１１には、上述の制御プログラムが記憶されると共に、制御用の情報が記憶されてある。

通信部１２は、ＡＳＩＣ１０１とのシリアル通信を実現する。通信部１２は、マイコン１００が備えるクロック（図示せず）からのクロック信号に同期してＡＳＩＣ１０１と情報を送受信する。

ＡＳＩＣ１０１は、バッテリ（＋Ｂ）と接続してＥＣＵ１全体への電力供給を制御する電源回路１３、センサ、スイッチなどの機器２からの入力信号を受け付け、機器２への制御信号を出力するなどの規定された処理を行なう入出力処理回路１４と、マイコン１００とのシリアル通信を行なう通信部１５とを含む。

ＡＳＩＣ１０１は、マイコン１００の制御対象への出力、又はマイコン１００の制御に用いる入力信号に対する規定された処理を行なうべく設計された回路である。ＡＳＩＣ１０１は、マイコン１００の制御に用いる入力信号を入力し、入力信号が示す入力情報を通信部１５によってマイコン１００へ送信する。また、ＡＳＩＣ１０１は、マイコン１００から制御対象への出力の情報を通信部１５により受信し、各制御対象へ出力する。これにより、マイコン１００が入出力端子を多数備えない構成であっても、多くの情報の入出力が可能である。

マイコン１００は、ＲＯＭ１１に記憶されているプログラムを読み出して実行することにより、ボディＥＣＵとしての動作を実現する。マイコン１００は、ＡＳＩＣ１０１の電源回路１３により、所定の電圧に制御されたバッテリ（＋Ｂ）からの電力の供給を受ける端子を有する（Ｖｃｃ）。

ＡＳＩＣ１０１の電源回路１３は、バッテリと接続されてＥＣＵ１の各構成部に、夫々適切な電圧を供給する。通信部１５は、マイコン１００の通信部１２と対応し、マイコン１００との間で情報を送受信する。

入出力処理回路１４は、ＥＣＵ１に接続されている各種センサ又はスイッチなどの機器２と接続されており、機器２から入力される入力信号から入力情報を取得し、通信部１５を介してマイコン１００へ送信する。なお、機器２の一部は、入出力処理回路１４を介さずに、マイコン１００へ直接的に接続されている。

入出力処理回路１４には、機器２からの信号を入力するために、機器２への電力供給の有無を切り替えるプルアップ電源スイッチ１４１と、機器２の状態を取得するためのプルアップ抵抗１４２とに接続されている。プルアップ電源スイッチ１４１は、バッテリからの電力線に接続され、プルアップ電源スイッチ１４１の電力線とは反対側の端子にプルアップ抵抗１４２が接続されている。入出力回路１４は、マイコン１００から周期的に出力される制御パルスに基づき、プルアップ電源スイッチ１４１をオンにし、プルアップ抵抗１４２のプルアップ電源スイッチ１４１とは反対側の端子での信号レベルを取得する。これにより、入出力処理回路１４は機器２の状態を取得できる。図１に示すように、機器２がスイッチである場合、スイッチがオンである場合にはプルアップ抵抗１４２の端子は接地されるので、入出力処理回路１４は、電位によりスイッチの状態を取得できる。なおこのとき、マイコン１００に直接的に接続されている機器２にも同様に電圧がかかるので、マイコン１００も当該機器２に接続されているプルアップ抵抗１４２の端子における電位から機器２の状態を取得できる。

また、入出力処理回路１４は、選択レジスタ１６を備えている。選択レジスタ１６には、後述するように、入出力処理回路１４が、機器からの信号を取得する際に、取得のタイミングの複数の候補からいずれを選択するかが記憶される。選択レジスタ１６は、マイコン１００が通信部１５から書き換え指示を示す選択情報を送信することにより書き換えが可能に構成されている。

このように構成される本実施の形態のＥＣＵ１は、ＡＳＩＣ１０１がマイコン１００からのタイミングの指示に基づき、入力信号から情報を取得し、取得した情報を通信部１５によりマイコン１００へ送信する。ただし、本実施の形態のＥＣＵ１のＡＳＩＣ１０１は、マイコン１００からの指示の１つに、プルアップ電源スイッチ１４１をオンにさせる制御パルス信号を利用する。当該信号は、機器２からの入力信号を取得するためにマイコン１００が周期的に出力する信号である。マイコン１００とＡＳＩＣ１０１との間で、入力信号からの情報を取得するタイミングを指示するためのみに用いられる特定の信号ではない。なお、マイコン１００からの指示を示す信号はプルアップ電源スイッチ１４１をオンにさせる信号に限らず、制御のためなどにマイコン１００から周期的に出力される任意の制御パルス信号を用いればよい。

図２は、本実施の形態のＥＣＵにおける入力情報の取得タイミングと通信タイミングとの一例を示すタイムチャートである。図２の上段にはＡＳＩＣでの処理タイミング、下段にはマイコン１００での処理タイミングを示す。

図２に示すように、マイコン１００は、機器２からの信号を入力させるため、各機器へ電源を供給するプルアップ電源スイッチ１４１をオンにさせる制御パルス信号を周期的にＡＳＩＣ１０１へ出力する。そして、各周期において制御パルスの後に通信を開始する信号を通信部１２から送信し、ＡＳＩＣ１０１との通信により受信する入力情報に対する入力処理を行なう。本実施の形態のマイコン１００に限らず、プルアップ電源をオンにする制御パルスの出力、シリアル通信、及び入力処理を一連として実行することは、入出力ＩＣなどの回路を用いる場合には通常行なわれている。

そしてＡＳＩＣ１０１は、マイコン１００から周期的に入出力処理回路１４へ出力される制御パルス信号を用い、入出力処理回路１４は当該信号を受信したタイミングで機器２からの入力信号の信号レベルが示す値を保持（ラッチ）する。図２の例では、入出力処理回路１４は、プルアップ電源スイッチ１４１をオンにさせる制御パルス信号の立下りエッジのタイミングで値を保持する。入出力処理回路１４は、その後に一連の動作として、マイコン１００の通信部１２からの通信開始の信号に基づき、保持した値をデータとして通信部１５からマイコン１００へ送信する。

これにより、入出力処理回路１４で入力信号が示す値を保持するタイミングから当該値に対する処理が実行されるタイミングまでの遅れが一定となる。従来技術では入力情報を取得するためのラッチのタイミングの周期と、マイコンへの通信周期とは必ずしも同期しておらず、ラッチタイミングと通信開始とのタイミングとの間隔が一定ではなかったことと比較すると効果的である。また、入出力処理回路１４へ周期的に出力される信号として、プルアップ電源を供給するための制御パルスを用いることにより、当該信号の出力タイミングとＡＳＩＣ１０１で入力信号がラッチされるタイミングとの間の間隔を短くすることが可能である。マイコン１００は、プルアップ電源を供給するための制御信号を自ら出力するから、その立下りのタイミングでラッチがされることを知り得る。且つマイコン１００は、通信開始のタイミングをも制御するのであるから、ＡＳＩＣ１００にて保持された値を受信するタイミングを制御し、入力処理を行なうまでの時間差を制御できる。このように、従来のようにラッチのタイミングの周期と入力処理を行なう周期（通信周期）とが非同期である構成と比較して、マイコン１００がラッチのタイミングを認識できることから、実際にラッチがされてから入力処理を行なうまでの遅れを少なくすることができ、マイコン１００では比較的新しい機器２の情報を処理に用いることが可能である。

更に、入出力処理回路１４を介さずにマイコン１００に直接的に接続されている機器２へのプルアップ電源の供給も略同時的になされる。したがって、入出力処理回路１４を介して取得できる機器２の情報と、マイコン１００が直接的に接続されている機器の情報との時間差を削減できる。従来技術では、ラッチのタイミングの周期と入力処理を行なう周期（通信周期）とが非同期であったから、直接的に接続されている機器２からの情報取得はプルアップ電源供給のタイミングで行なわれる一方で、入出力処理回路１４を介した機器２の情報の取得は、入力処理回路１４にてマイコン１００が知り得ないタイミングでなされるラッチの後、次の通信のタイミングまで行なわれなかった。本実施の形態１のＥＣＵ１では、マイコン１００が制御するプルアップ電源供給のタイミングに応じて入出力処理回路１４にてラッチがされ、一連の動作として通信が開始されてマイコン１００は情報を受信できるので、入出力処理回路１４を介した機器２からの情報取得のタイミングと、直接的に接続されている機器２からの情報取得のタイミングとの時間差が短くなる。

本実施の形態のＥＣＵ１のＡＳＩＣ１０１は、マイコン１００からの入力信号を取得するタイミングの指示の他の１つとして、マイコン１００が周期的にＡＳＩＣ１０１との通信開始を指示するために出力する信号を用いる。マイコン１００は、機器２を制御するための情報を周期的に入力処理回路１４に送信し各機器へ制御信号を出力させる。この際の通信部１２と通信部１５との通信開始タイミングは、マイコン１００が制御する。当該通信開始を指示する信号も、マイコン１００が周期的に出力する信号であり、マイコン１００とＡＳＩＣ１０１との間で、入力信号からの情報を取得するタイミングを指示するためのみに用いられる特定の信号ではない。

図３は、本実施の形態のＥＣＵにおける入力情報の取得タイミングと通信タイミングとの一例を示すタイムチャートである。図３では図２と同様に、上段にはＡＳＩＣでの処理タイミング、下段にはマイコン１００での処理タイミングを示す。

図３に示すように、マイコン１００は、通信開始を指示する信号を周期的に通信部１２から出力し、これを契機にマイコン１００とＡＳＩＣ１０１との間で通信が開始される。そして、ＡＳＩＣ１０１の通信部１５は、通信開始の信号を検知すると入出力処理回路１４へ通知し、図３に示すように入力処理回路１４は、各機器２の情報を送信データに乗せるタイミングで入力信号が示す値を保持する。そして、マイコン１００は、通信完了後にＡＳＩＣ１０１との通信により受信する入力情報に対する入力処理を行なう。

この場合も入出力処理回路１４で入力信号が示す値を保持するタイミングから当該値に対する処理が実行されるタイミングまでの遅れが一定となる。更に、マイコン１００がＡＳＩＣ１０１から入力情報を受信する際の入力対象の情報が対応するビット単位（図３では１バイト）の直前で保持された値が送信される。これにより、マイコン１００は最新の情報を処理に用いることが可能である。

更にマイコン１００は、通信開始の制御を主導するから、ＡＳＩＣ１０１にて入力信号の値が保持されるタイミングを認識できるので、直接的に接続されている機器２から入力信号の値を取得するタイミングも調整でき、入出力処理回路１４を介して取得できる機器２の情報と、マイコン１００が直接的に接続されている機器の情報との時間差を削減できる。

本実施の形態１のＥＣＵ１のＡＳＩＣ１０１は更に、各機器２からの入力信号が示す値を保持するタイミングを、マイコン１００からの制御パルスを受信したタイミングとするか、又はマイコン１００からの通信開始を指示する信号を受信したタイミングとするかの選択を選択レジスタ１６にて受け付ける。ＡＳＩＣ１０１は、選択レジスタ１６で前者が選択されている場合には制御パルスを受信したタイミング、後者が選択されている場合にはマイコン１００への入力情報を送信するタイミングに、入力信号が示す値を保持する。

マイコン１００がいずれかのタイミングへの書き換えを指示する選択情報を通信部１２から送信した場合、通信部１５はこれを受信し、選択情報に基づいて選択レジスタ１６を書き換える。これにより、マイコン１００の仕様、又はＥＣＵ１の機能によってＡＳＩＣ１０１での入力信号の取得タイミングを選択でき、多様なマイコン又は多様な設計に対応させることができる。

なお、開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ ＥＣＵ（制御装置）
１００ マイコン（制御装置、制御部）
１０１ ＡＳＩＣ（入出力装置、入出力部）
１２，１５ 通信部
１４ 入出力処理回路（入出力装置、入出力部）
１４１ プルアップ電源スイッチ
１６ 選択レジスタ（受付手段）
２ 機器

Claims (5)

1. 入力情報に基づき機器を制御し、制御情報を出力する制御装置と通信可能に接続し、前記入力情報を示す入力信号を前記機器から入力して前記制御装置へ送信し、前記制御装置から送信される前記制御情報に基づく制御信号を前記機器へ出力する入出力装置において、
   前記制御装置から周期的に入力する任意の信号を受信したとき、又は前記制御装置への入力情報を送信するときに、入力信号から入力情報を取得するようにしてあること
   を特徴とする入出力装置。
2. 前記機器とプルアップ抵抗を介して接続され、外部電源から前記機器への電源供給の有無を切り替えるスイッチを備え、
   前記制御装置から、前記機器へのプルアップ電源供給を指示する信号が出力されたときに前記スイッチをオン状態へ切り替え、入力信号から入力情報を取得するようにしてあること
   を特徴とする請求項１に記載の入出力装置。
3. 入力信号から入力情報を取得するタイミングを、前記任意の信号を受信したときと、入力情報の送信の際とのいずれかの選択を受け付ける受付手段を備えること
   を特徴とする請求項１に記載の入出力装置。
4. 前記受付手段は、選択情報を受信し、受信した選択情報に基づき選択するようにしてあること
   を特徴とする請求項３に記載の入出力装置。
5. 入力情報に基づき機器を制御し、制御情報を出力する制御部と、該制御部に接続されており、前記入力情報を示す入力信号を前記機器から入力して前記制御部へ送信し、前記制御部から送信される前記制御情報に基づく制御信号を前記機器へ出力する入出力部とを備える制御装置において、
   前記入出力部は、前記制御部からの入力情報の要求を受け付けたとき、又は前記制御部への入力情報の送信の際に、入力信号から入力情報を取得するようにしてあること
   を特徴とする制御装置。

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