JP2011514772A - Ｃａｎバスを備える通信システム、およびこのような通信システムを駆動する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、ＣＡＮバス（２０）と、ＣＡＮバス（２０）により互いに接続する少なくとも２つの装置（３０、４０）と、を備える通信システム（１０）であって、装置（３０、４０）のうちの少なくとも１つは、ｉｉ．第１駆動モードにおいて、第１物理的プロトコルによってＣＡＮバス（２０）を介してＣＡＮデータフレーム（Ｃ）を伝送することに適したＣＡＮ制御ユニット（３１）と、ｉｉｉ．第２駆動モードにおいて、第２物理的プロトコルによってＣＡＮバス（２０）を介してＡＳＣデータフレーム（Ａ）を伝送することに適した非同期型直列通信（ＡＳＣ）インタフェースユニット（３２）と、ｉｖ．装置（３０；４０）と、少なくとも１つの他の装置（３０；４０）と、の間で有効な少なくとも１つの合意に従って、第１駆動モードと第２駆動モードとの間で切り替えることに適した第１切り替え手段（３３）と、ｖ．装置（３０；４０）を起動するために、装置（３０；４０）を、第１駆動モードおよび第２駆動モードとは異なる第３（限定）駆動モードに切り替えることに適した更なる別の切り替え手段と、を含む通信システム（１０）に関する。
【選択図】図３

Description

本発明は、請求項１の上位概念に従ったＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）バスを備えた通信システムと、請求項１０の上位概念に従ったこのような通信システムを駆動する方法に関する。

ＣＡＮバスを介したデータ伝送において、バスの最大負荷は、実際には通常約５０％である。これは特に、ＣＡＮバスに関する物理的プロトコルのプロトコル・オーバーヘッドが原因である。すなわち、ＣＡＮメッセージのヘッド部分が、メッセージのユーザデータ部またはペイロード部よりも大きいこともある。例えば、ＤＬＣ（Ｄａｔａ Ｌｅｎｇｔｈ Ｃｏｄｅ、データ長コード）が８である場合に、６４「ペイロード」ビットに対して、１＋１２＋６＋１６＋２＋７＝４４「ヘッダ」ビットが伴う。スタッフビット（Ｓｔｕｆｆ−Ｂｉｔ）によって、比率が悪化することもある。

さらに、ＣＡＮバスの現在の最大の実現可能な伝送レートは、物理的な限定条件に基づいて、および特に、ＣＡＮバス上での遅延のために、約１Ｍｂｉｔ／ｓｅｃ（１０^６ビット／秒）に制限されている。これは、１μｓｅｃ（１０^−６秒）の最小ビット時間に相当する。高速伝送レートの場合、メッセージ間の衝突を防止するＣＡＮビット・アービトレーション（ＣＡＮ−Ｂｉｔ−Ａｒｂｉｔｒａｔｉｏｎ）において問題が発生する。なぜならば、互いに最も離れたノード間の信号の移動時間が、１ビット時間を越えるからである。さらに、高速伝送レートによって、伝送される信号のエッジがより急勾配になり、このことが、電磁放射が増加し、従って通信システムのＥＭＶ（ＥＭＣ：Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）特性がさらに悪化することに繋がる。

請求項１の特徴を備えた本発明に係る通信システム、および、請求項１０の特徴を備えた、通信システムを駆動するための本発明に係る方法はそれぞれ、従来技術に対して、ＣＡＮバスを介して互いに接続する装置が、ＣＡＮバスを介して、第１駆動モードにおいてＣＡＮデータフレームを伝送し、第２駆動モードにおいてＡＳＣ（ＡＳＣ：Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｓｅｒｉａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ、非同期型直列通信）データフレームを伝送するという利点を有する。

本発明の特別な効果は、ＡＳＣデータフレームが、ＣＡＮデータフレームに対して、より速いバスクロックによりＣＡＮバスを介して伝送されうるということである。さらに、ＡＳＣデータフレームは、ＣＡＮデータフレームに対して、明らかにより小さいヘッダ部を有し、従ってより大きなユーザデータ部を有する。ＡＳＣデータ伝送の場合、プロトコル・オーバーヘッドが特に小さいので、非常に速いユーザデータ伝送レートを実現することも可能である。特に、本発明によって、ＣＡＮデータフレームの場合に約５５％のプロトコル・オーバーヘッドを、約１０％に低減することが可能である。

本発明によれば、ＣＡＮバスと、ＣＡＮバスにより接続された少なくとも２つの装置と、を有する通信システムが提案される。その際、こうした装置は、ＣＡＮ制御ユニット（いわゆるＣＡＮコントローラ）と、非同期型直列通信（ＡＳＣ）インタフェースユニットと、切り替え手段と、を有する。

各ＣＡＮ制御ユニットは、第１駆動モードまたは伝送モードにおいて、第１物理的プロトコルによってＣＡＮバスを介してＣＡＮデータフレームを伝送することに適している。
ＡＳＣインタフェースユニットは、第２駆動モードまたは伝送モードにおいて、第２物理的プロトコルによってＣＡＮバスを介してＡＳＣデータフレームを伝送することに適している。切り替え手段は、各装置と、少なくとも１つの更なる別の装置と、の間で有効な少なくとも１つの合意に従って、第１伝送モードと第２伝送モードとの間で切り替えることに適している。第１物理的プロトコルおよび第２物理的プロトコルは、好適に異なっている。

ＣＡＮバスに接続された少なくとも１つの装置を起動するために、この装置は、起動の間に、第１駆動モードおよび第２駆動モードとは異なる第３駆動モードに切り替えられる。装置が個々に、例えばフリーズした後に再び新たに起動され、ＣＡＮバスを介して生じる通信接続に対して同期する必要がある場合、または、装置がＣＡＮバスに接続された全ての他の装置と共に、通信システムの起動の際に起動される場合にも、第３駆動モードへの装置の切り替えが必要となりうる。第３駆動モード（いわゆる限定モード（Ｒｅｓｔｒｉｃｔｅｄ Ｍｏｄｅ））は、装置が限定された機能のみを有するように、選択される。特に、通信周期（いわゆる基本サイクル（Ｂａｓｉｃ Ｃｙｃｌｅ））の特定のタイムスロットで伝送されるＡＳＣデータフレームが、第３駆動モードにおいて装置によって削除されない（ｚｅｒｓｔｏｅｒｅｎ）。このことは、エラーフレーム（Ｅｒｒｏｒ−Ｆｒａｍｅ）（またはエラーフラグ（Ｅｒｒｏｒ Ｆｌａｇ））とオーバーロードフレーム（Ｏｖｅｒｌｏａｄ−Ｆｒａｍｅ（またはオーバーロードフラグ（Ｏｖｅｒｌｏａｄ−Ｆｌａｇ））のどちらも、ドミナントなバスレベル（ｄｏｍｉｎａｎｔｅｒ Ｂｕｓ−Ｐｅｇｅｌ）で送信されないことによって達成される。ＣＡＮプロトコルは、データフレームの後の「休止時間」（”ｉｎｔｅｒｍｉｓｓｉｏｎ”）にドミナントなビットを受信するＣＡＮノードが、これにオーバーロードフラグにより応答することを規定している。これは、ノードがエラーパッシブ（Ｅｒｒｏｒ−Ｐａｓｓｉｖｅ）である場合にも、アクティブなエラーフラグのように見える。従って、オーバーロード機能も、限定モードにおいては抑制される。

これにより、起動される装置によって、この装置がどのタイムスロットでＡＳＣデータフレームが伝送されるのかについての知識を未だに有しておらず、ＡＳＣデータフレームを誤ってエラーのあるＣＡＮデータフレームとして解釈するために、ＡＳＣタイムスロットで取り決めどおりに伝送されるＡＳＣデータフレームが削除されるということが防止される。装置は、いつ、または、どのタイムスロットでＡＳＣデータフレームが伝送されるのかについての知識を、通信システムの時間基準に同期された後に初めて獲得することが出来る。さらに、装置のエラーカウンタは、第３駆動モードの期間の間停止している、すなわち、エラーカウントは増分されない。このことは、送信（Ｔｘ）エラーカウンタおよび受信（Ｒｘ）エラーカウンタにも該当しうる。これにより、ＡＳＣタイムスロットで伝送されるＡＳＣデータフレームによってエラーカウンタが即座に増分されること、かつ、通信システムの時間ベースにまだ同期される前に、エラー限界値（いわゆるエラーレベル（ｅｒｒｏｒ ｌｅｖｅｌ））を超えた後で、”Ｅｒｒｏｒ＿Ｐａｓｓｉｖ”（エラーレベル１２８を超過：装置はエラーフレームを送信しない、メッセージの再送の前に強制的な休止）の状態、または”Ｂｕｓ−Ｏｆｆ”（エラーレベル２５６を超過：装置は送信してはならない）の状態へと装置が切り替えられることが防止される。すなわち、装置は、第３駆動状態において、エラーがあるように見えるデータ、すなわちＣＡＮプロトコルに対応しないデータを検出する可能性があるが、このことは、いずれの場合にせよ、エラーカウンタの増分、および／または、エラーがあるように見えるデータフレームの削除には繋がらない。

さらに、ＣＡＮバスと、ＣＡＮバスを介して互いに接続する少なくとも２つの装置と、を備える通信システムを駆動する方法であって、
ａ）装置の少なくとも１つを様々な駆動モードに切り替え、
ｂ）装置のＣＡＮ制御ユニットは、第１駆動モードにおいて、第１物理的プロトコルによりＣＡＮバスを介してＣＡＮデータフレームを伝送することに適しており、
ｃ）装置の非同期型直列通信（ＡＳＣ）インタフェースユニットは、第２駆動モードにおいて、第２物理的プロトコルによりＣＡＮバスを介してＡＳＣデータフレームを伝送することに適しており、
ｄ）装置が、起動のために、第１駆動モードおよび第２駆動モードとは異なる第３駆動モードに切り替えられる、
工程を含む方法が提供される。

本発明の好適な発展および実施形態は、従属請求項において請求される。

本発明の好適な実施形態によれば、切り替え手段がそれに従って装置を第１駆動モードおよび第２駆動モードに切り替える合意は、ＡＳＣデータフレームが伝送される通信周期の少なくとも１つのタイムスロットに関する定義を含む。さらに、合意は、その結果としてＡＳＣデータフレームが伝送される１つ以上の所定のイベントに関する定義も含む。切り替え手段は、現在のタイムスロットおよび／または発生したイベントに従って、第１駆動モードと第２駆動モードとの間で切り替える。

他の実施形態によれば、合意は、どの所定のタイムスロットで、および／または、どの所定のイベントに従って、所定数の装置の各切り替え手段が第２駆動モードに切り替え、装置のうちのどれが、１つ以上の後続のタイムスロットにおいて排他的送信権を有するのかを示す。

更なる別の実施形態によれば、合意は、少なくとも部分的に、各装置に格納可能な制御プログラムの一部として、および／または、少なくとも部分的に、ＣＡＮバスを介して伝送可能な合意メッセージの一部として構成されている。

さらに、少なくとも１つの所定の装置、所定数の装置、または全装置が送信し、または受信することが出来る、データフレーム、特にＡＳＣデータフレームの伝送のためのタイムスロットが、第２伝送プロトコルに予め定められていることが提案される。

特に、第２伝送プロトコルにおいて、ＴＴＣＡＮ（Ｔｉｍｅ Ｔｒｉｇｇｅｒｅｄ ＣＡＮ）において定義された、データフレーム送信のためのタイムスロットが予め定められる。第２駆動モードにおける所定のタイムスロットの構成によって、有利に、ＣＡＮバス上での保証された応答時間を実現することが可能になる。有利に、合意は、ＴＴＣＡＮにおいて定義される少なくとも１つのタイムスロットとして構成される、または、ＴＴＣＡＮにおいて定義された少なくとも１つのタイムスロットに組み込まれる。有利に、第２駆動モードは、第１駆動モードに対して優先される。

本発明の他の好適な実施形態によれば、第２駆動モードで第２物理的プロトコルを用いる送信用装置は、ＣＡＮビット・アービトレーションを利用せずに、ＣＡＮバス上で所定数の受信用装置へのポイントツーポイント接続、またはポイントツーマルチポイント接続を構成することに適している。

ＣＡＮ制御ユニットは、有利に第１駆動モードにおいて第１バスクロックにより、ＣＡＮバスを介してＣＡＮデータフレームを伝送し、第２駆動モードにおいて、第２バスクロックにより、ＣＡＮバスを介してＡＳＣデータフレームを伝送し、第２バスクロックは第１バスクロックよりも速い。有利に、第２バスクロックは、２〜１０の間の倍数、有利に５〜１０の間の倍数、特に好適には８〜１０の間の倍数の分だけ、第１バスクロックよりも速い。

さらに、ＣＡＮデータフレームおよびＡＳＣデータフレームはそれぞれ、ヘッダ部とユーザデータ部とを有し、ＡＳＣデータフレームのヘッダ部は、ＣＡＮデータフレームのヘッダ部よりも小さい。有利に、ＡＳＣデータフレームのヘッダ部は、２〜５の倍数、有利に、３〜５の間の倍数、特に好適には４〜５の間の倍数の分だけ、ＣＡＮデータフレームのヘッダ部よりも小さい。

本発明の特に好適な利用によれば、ＣＡＮバスにより接続される少なくとも２つの装置は、検査装置および車両の少なくとも１つの制御装置、または、少なくとも２つの制御装置を含む。

本発明の好適な実施形態が図面に示され、以下の記載において詳細に解説される。
本発明に係る通信システムの第１の好適な実施形態のブロック図である。 本発明に係る通信システムの第２の好適な実施形態のブロック図である。 本発明に係る通信システムの第３の好適な実施形態のブロック図である。 ＡＳＣデータフレームの好適な実施形態のブロック図である。 ＣＡＮデータフレームの好適な実施形態のブロック図である。 通信システムのＣＡＮバスを介してＡＳＣデータフレームを送信する方法の流れ図である。 本発明に係る方法の好適な実施形態の流れ図である。

図面において、同じ符号は、同じ構成要素、または機能が同じ構成要素を示す。

図１では、本発明に係る通信システム全体が符号１０で示されている。通信システム１０は、ＣＡＮバス２０と、ＣＡＮバス２０により接続される少なくとも２つの装置３０、４０（いわゆるノード）と、切り替え手段３３と、を含む。

ＣＡＮバス２０により接続される少なくとも２つの装置３０、４０は、例えば、検査装置および少なくとも１つの制御装置、または、少なくとも２つの制御装置を含む。検査装置は、好適に工場内に設けられる。制御装置は、好適に車両内に設けられる。当然のことながら、本発明は、車両以外の他の分野においても、例えば、飛行機、宇宙検査機または工作機械において使用することが出来る。

図１および図２において、符号３０および４０は、例えば、同一に構成された２つの制御装置を示す。明確にするために、それぞれ第１制御装置３０のみを詳細に記載するが、第２制御装置４０も、その詳細には触れないが、同様の形態で構成されうる。

第１制御装置３０は、ＣＡＮ制御ユニット３１（いわゆるＣＡＮコントローラ）と、非同期型直列通信（ＡＳＣ）インタフェースユニット３２（いわゆるＡＳＣコントローラ）と、切り替え手段３３と、を有する。切り替え手段３３とＣＡＮ制御ユニット３１とは、第１線Ｌ１によって接続されている。さらに、ＣＡＮ制御ユニット３１は、第１駆動モードまたは伝送モードにおいて、第１物理的プロトコルを用いてＣＡＮバス２０を介してＣＡＮデータフレームＣを伝送するように構成される。このために、ＣＡＮ制御ユニット３１は、ＣＡＮデータフレームＣを、第１線Ｌ１を介して切り替え手段３３へと伝送し、この切り替え手段３３は、受信したＣＡＮデータフレームＣを、ＣＡＮバス２０を介して第２制御装置４０へと伝送することが可能である。ＣＡＮ制御ユニット３１による、ＣＡＮバス２０を介して伝送されるＣＡＮデータフレームＣの受信についても対応することが当てはまる。

ＡＳＣインタフェースユニット３２は、第２線Ｌ２によって、切り替え手段３３と接続されている。ＡＳＣインタフェースユニット３２は、第２伝送モードまたは伝送モードにおいて、第２物理的プロトコルを用いてＣＡＮバス２０を介してＡＳＣデータフレームＡを伝送するように構成される。さらに、ＡＳＣインタフェースユニット３２は、第２線Ｌ２を介して、切り替え手段３３へとＡＳＣデータフレームＡを伝送し、この切り替え手段３３は、受信されたＡＳＣデータフレームＡを、ＣＡＮバス２０を介して第２制御装置４０へと伝送することが可能である。ＡＳＣインタフェースユニット３２による、ＣＡＮバス２０を介して伝送されるＡＳＣデータフレームＡの受信についても対応することが当てはまる。

切り替え手段３３は、第１制御装置３０と、少なくとも１つの更なる装置、すなわち図１および２の例によれば第２制御装置４０と、の間で有効な少なくとも１つの合意に従って、第１伝送モードと第２伝送モードとの間で切り替えるように構成される。その際、合意は、好適に、どの所定のタイムスロットで、および／または、どの所定のイベントに従って、所定数の装置、例えば、図１および図２の実施形態に係る両制御装置３０、４０の各切り替え装置３３が、各装置３０、４０を第１駆動モードまたは第２駆動モードに切り替えるのかについての定義を含む。さらに、合意は、どの所定のタイムスロットで、および／または、どの所定のイベントに従って、所定数の装置、例えば、図１および図２の実施形態に係る両制御装置３０、４０の各切り替え装置３３が、各装置３０、４０を第２駆動モードまたは第２駆動モードに切り替えるのか、かつ、制御装置３０、４０のうちのどれが、通信周期（いわゆる基本サイクル）の１つ以上の後続のタイムスロットにおいて排他的送信権を獲得するのかについての定義を含む。特に、合意は、ＴＴＣＡＮにおいて定義される少なくとも１つのタイムスロットとしても構成されうる、または、ＴＴＣＡＮにおいて定義される少なくとも１つのタイムスロットに組み込まれうる。ＴＴＣＡＮとは、「ＣＡＮ上での時間駆動型通信」（”Ｔｉｍｅ Ｔｒｉｇｇｅｒｅｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｏｎ ＣＡＮ”）のことである。ＴＴＣＡＮは、固有のプロトコルとしてＣＡＮバスに設定され、より高位のプロトコルレベルを介して、ＣＡＮバスを介するデータ伝送の時間フロー制御、特に通信システムの実時間制御を可能にする。

さらに、第２伝送モードは、好適に第１伝送モードに対して優先される。すなわち、各切り替え手段３３は、予め決定可能な設定に従って常に、技術的な限定条件が許容する限り、第２伝送モードに切り替えられる。

さらに、第２物理的プロトコルにおいて送信する装置、例えば第１制御装置３０は、ＣＡＮバス２０上での非対称な遅延を防止するために、所定数の受信用装置への、例えば、第２制御装置４０および更なる制御装置（図示せず）へのポイントツーポイント接続、または、ポイントツーマルチ接続を構成するために適している、または構成される。

好適に、ＣＡＮ制御ユニット３１は、第１駆動モードにおいて、第１バスクロックによりＣＡＮバス２０を介してＣＡＮデータフレームＣを伝送する。さらに、ＡＳＣインタフェースユニット３２は、第２駆動モードにおいて、第２バスクロックによりＣＡＮバス２０を介してＡＳＣデータフレームＡを伝送する。第２バスクロックは、好適に、第１バスクロックよりも速く、これにより、ＣＡＮバス２０を介する中程度の伝送レートを上げることが出来る。特に、第２バスクロックは、２〜１０の間の倍数、好適には５〜１０の間の倍数、特に好適には８〜１０の間の倍数の分だけ、第１バスクロックよりも速い。

図２は、本発明に係る通信システム１０の第２の好適な実施形態のブロック図を示している。第２実施形態は、ＣＡＮバス２０と各切り替え手段３３との間に、ドライバ装置３５、および、インタフェース装置または通信インタフェース３６が配置されていることで特に、図１に記載の第１実施形態と異なっている。ドライバ装置３５は、第３線Ｌ３によって切り替え手段３３と接続され、さらに第４線によってインタフェース装置３６と接続されている。インタフェース装置３６はさらに、ＣＡＮバス２０によって、第２制御装置４０および／または更なる別の制御装置（図示せず）と、または、検査装置（図示せず）と接続されている。ドライバ装置３５は、特に、所望のレベルでのインタフェース装置３６への双方向接続を可能にするＣＡＮドライバとして構成される。

切り替え手段３３は、特に、プログラム制御されるインタフェース切り替え器として、または、ＣＡＮ制御ユニット３１とＡＳＣインタフェースユニット３２との間の切り替えを可能にするマルチプレクサとしても構成される。さらに、図２によれば、合意は、少なくとも部分的に、各制御装置３０、４０に、すなわち図２の例では第１制御装置３０に格納可能な合意メッセージＶＮの一部として構成されてもよい。制御プログラムＳＰを格納するために、例えば、メモリ装置３４が各制御装置３０に組み込まれている。メモリ装置３４は、例えば、ＲＡＭメモリまたはＥＥＰＲＯＭメモリとして構成される。制御プログラムは、計算機、特に各装置３０または切り替え手段３３のマイクロプロセッサ（図示せず）で実行される場合に、本発明に係る方法を実施するためにプログラムされ調整され、本発明に係る方法のフローを制御する。

図３は、本発明に係る通信システム１０の第３実施形態を示している。ＣＡＮバス２０の２つの線ＣＡＮ＿Ｈｉｇｈ（ＣＡＮ_Ｈ）およびＣＡＮ＿Ｌｏｗ（ＣＡＮ_Ｌ）が示されている。終端において、線ＣＡＮ_ＨおよびＣＡＮ_Ｌは終端抵抗器（Ｔｅｒｍｉｎａｔｉｎｇ Ｒｅｓｉｓｔｏｒ；Ｒ_Ｔ）を介して互いに接続されている。システム１０は、両装置３０、４０の他に更なる別の装置を有し、それらのうち装置５０が例として示されている。この場合にも、これら装置３０と４０；５０との間でのＣＡＮバスを介した、選択されたタイムスロットでの非同期型直列通信を可能にするために、少なくとも１つの更なる別の装置４０、５０が、ＣＡＮコントローラ３１と、ＡＳＣコントローラ３２と、切り替え手段３３とを備える装置３０と同様に構成されるということが該当する。ＣＡＮプロトコルに、ＴＴＣＡＮプロトコル３７が設定され、このことが図３において、ＣＡＮコントローラ３１の横にＴＴＣＡＮプロトコル３７を並べることによって明確にされている。ＣＡＮコントローラ３１と切り替え手段３３との間には接続線Ｌ６が、ＣＡＮコントローラ３１とＡＳＣコントローラ３２との間には接続線Ｌ７が構成されている。線Ｌ６およびＬ７は、ＴＴＣＡＮプロトコル３７により切り替え手段３３またはＡＳＣコントローラ３２を駆動する役目を果たす。ＣＡＮコントローラ３１の駆動は、プロトコル３７とＣＡＮコントローラ３１との間の追加的な線なしに、内部で行なわれる。

図４ａは、ＡＳＣデータフレームＡの実施形態のブロック図を示し、図４ｂは、ＣＡＮデータフレームＣの実施形態のブロック図を示す。ＣＡＮデータフレームＣおよびＡＳＣデータフレームＡはそれぞれ、ヘッダ部ＣＨ、ＡＨと、ユーザデータ部ＣＬ、ＡＬと、を有する。ＡＳＣデータフレームＡのヘッダ部ＡＨは、ＣＡＮデータフレームＣのヘッダ部ＣＨよりも小さい。これにより、ＡＳＣデータフレームＡのユーザデータ部ＡＬが、ＣＡＮデータフレームＣのユーザデータ部ＣＬよりも大きいということが可能になる。従って、本発明によれば、通信周期の定義されたスロットでのＣＡＮバス２０を介したＡＳＣデータフレームＡの伝送が可能になることによって、データ伝送レートの向上が達成される。好適に、ＡＳＣデータフレームＡのヘッダ部ＡＨは、２〜５の倍数、好適には３〜５の間の倍数、特に好適には４〜５の間の倍数の分だけ、ＣＡＮデータフレームＣのヘッダ部ＣＨよりも小さい。

図５は、通信システム１０の通信周期の選択されたタイムスロットで、ＣＡＮバス２０を介してＡＳＣデータフレームＡを伝送する方法の流れ図である。以下では、本方法を、図３に示される通信システム１０を参照しながら詳細に解説することにする。

第１の処理ステップＳ１において、各装置３０、４０、５０に制御ユニット３１（ＣＡＮコントローラ）が備えられる。ＣＡＮ制御ユニット３１は、第１駆動モードにおいて、第１物理的プロトコルによりＣＡＮバス２０を介してＣＡＮデータフレームＣを伝送するように構成される。

第２の処理ステップＳ２において、各装置３０、４０、５０に、非同期型直列通信（ＡＳＣ）インタフェースユニット３２（ＡＳＣコントローラ）が備えられる。ＡＳＣユニット３２は、第１駆動モードにおいて、第２物理的プロトコルのよりＣＡＮバス２０を介してＡＳＣデータフレームＡを伝送するように構成される。

第３の処理ステップＳ３において、所定数の装置３０、４０、５０が、所定数の装置３０、４０、５０の間で有効な少なくとも１つの合意に従って、第１伝送モードと第２伝送モードとの間で切り替えられる。第１駆動モードと第２駆動モードとの間の切り替えは、好適に切り替え手段３３によって行なわれる。

ＣＡＮバス２０を介したデータの伝送は、本発明によれば以下の形態で行なわれる。すなわち、ＣＡＮプロトコルに、更なる別のプロトコル層、いわゆるＴＴＣＡＮプロトコル３７が設定されている。ＴＴＣＡＮによって、ＣＡＮバス２０を介したデータ伝送が、繰り返される通信周期（いわゆる基本サイクル）において、時間駆動されて決定論的に行なわれる。通信周期は複数のタイムスロットに分割され、ＣＡＮバス２０に接続される装置３０、４０のうちの１つの各タイムスロットにおいて、排他的送信権を獲得する。従って、いつ特定の装置３０、４０が次回にメッセージを送信してもよいのかについて、常に予想することが可能である。個々の装置３０、４０のアクセス権は、すなわち、いつ、どの装置３０、４０が送信してもよいのかについては行列において定義されており、行列の内容は、個々の装置３０、４０に格納されている。

ＣＡＮバス２０を介した非同期型データ伝送を実現するために、通信周期のタイムスロットのうちの少なくとも１つが、ＡＳＣデータフレームＡが伝送されてよいＡＳＣスロットとして定義される。理論的には、基準メッセージのためのタイムスロットに至るまで、通信周期の全タイムスロットをＡＳＣスロットとして定義し、ＡＳＣ通信のために利用することが可能である。ＴＴＣＡＮコントローラ３７は、ＣＡＮ制御ユニット３１とＡＳＣインタフェースユニット３２との間で切り替えるために、線Ｌ６を介して切り替え手段３３を制御する。切り替え手段３３の切り替えに応じて、ＣＡＮコントローラ３１またはＡＳＣコントローラ３２のデータが、ＣＡＮバス２０に接する他の装置へと伝達するために格納される、または、ＣＡＮバス２０により受信されたデータが、ＣＡＮコントローラ３１またはＡＳＣコントローラ３２へと、更なる処理のために導かれる。ＴＴＣＡＮプロトコル３７はまた、ＣＡＮコントローラ３１を、および／または、線Ｌ７を介してＡＳＣコントローラ３２を作動し、または停止させる。特に、ＡＳＣスロットの間に、ＡＳＣインタフェースユニット３２に切り替えられる。残りのスロットの間には、通信システム１０が、ＣＡＮ制御ユニット３１に切り替えられ、全く通常のＴＴＣＡＮ通信システムのように動作する。ＣＡＮバス２０を介したＡＳＣ通信を可能にするために、以前の従来のＴＴＣＡＮプロトコルの拡張を必要とする。

ＡＳＣスロットの間に、ＣＡＮコントローラは、ＡＳＣデータフレームＡを見てはならない。この理由から、ＣＡＮの誤り検出（いわゆるエラー検出）がＡＳＣスロットの間停止される。ＣＡＮプロトコルコントローラはＣＡＮバス上で「１」のみ見ており、これはバスのアイドル状態に相当する。ＡＳＣスロットの間に、ＣＡＮバス２０を介して直列通信が行なわれる。

本発明は、装置３０、４０のうちの１つが、通信システム１０の駆動中に一時的に故障し、または終了し、かつリセットされ、または新たに起動される必要がある場合に関する。特に、動作中の通信システム１０への、一時的に動作しないノードの組込みに関する。リセットまたは起動プロセスの間に、この装置は、再びネットワーク全体と同期する必要がある。この目的のために、装置はＣＡＮバス２０を傍受し（ａｂｈｏｅｒｅｎ）、時間情報を含む基準メッセージ（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｍｅｓｓａｇｅ）を待つ。基準メッセージは、通信周期の開始時に、その時々のタイムマスタ機能（現在のタイムマスタ（Ｔｉｍｅ Ｍａｓｔｅｒ））を有する装置３０、４０のうちの１つによって伝送される。ただし、同期されない装置は、時間情報を有しておらず、従って、ＴＴＣＡＮコントローラによって、ＡＳＣスロットの期間の間にも、ＡＳＣインタフェースユニット３２に切り替えらえ得ない。同様に、ＣＡＮの誤り検出も、ＡＳＣスロットの間停止され得ない。

このことは、リセットされ、または新たに起動される装置３０、４０が第１駆動モードにおいてのみ駆動され、ＡＳＣスロットの間に第２駆動モードに切り替えられないことに繋がる。従って、ＣＡＮコントローラは、ＡＳＣデータフレームＡを見て、これをエラーがあるＣＡＮデータフレームと見なし、エラーカウンタが増分される。さらに、装置３０、４０は、ＣＡＮプロトコルにおいて、エラーのあるＣＡＮデータフレームＣの受信の場合に定められているように、ＡＳＣデータフレームＡを削除するであろう。結局、装置３０、４０は、通信システム１０を介した通信を非常に妨害し、ネットワーク全体に同期することが全く出来ない、または、限られた機能のみ備えて（受信権のみ、送信権はなし）ネットワーク全体に同期することが出来る。通信システム１０全体が起動され、タイムマスタまたはバックアップタイムマスタのうちのどれが基準メッセージ（時間情報）を送信するかについて明らかにする必要があり、かつ、複数の装置が所定の時間に対して同期される必要がある場合に、同じ問題が発生する可能性がある。ここで、本発明は対策を創出することが可能である。

本発明によれば、リセットされ、または起動される装置３０、４０が、同期プロセスの間に第３駆動モード（いわゆる限定モード）に切り替えられることが提案される。限定モードにおいては、装置３０、４０のエラーカウンタ（Ｔｘ Ｅｒｒｏｒ Ｃｏｕｎｔｅｒおよび／またはＲＸ Ｅｒｒｏｒ Ｃｏｕｎｔｅｒ）が停止されており、ドミナントなエラーフレーム（Ｅｒｒｏｒ Ｆｒａｍｅ）の送信が、装置３０、４０により無効にされている、または停止されている。ただし、ＣＡＮバス２０上でエラーの無いＣＡＮデータフレームＣを傍受した（ｈｏｅｒｅｎ）場合には、装置３０、４０は、第３駆動モードにおいて、ＣＡＮメッセージ、特に確認メッセージ（ＡＣＫ）を送信することが出来る。さらに、装置３０、４０が所定の期間内に、特にＣＡＮバス２０の通信周期内に、ＣＡＮバス２０に接続される他の装置３０、４０から基準メッセージ（ＲＥＦ）を受信しなかった場合に、装置３０、４０が、第３駆動モードにおいて、ＣＡＮバス２０を介してＣＡＮメッセージ、特に基準メッセージ（ＲＥＦ）を送信出来ることが構想されうる。

リセットされ、または起動される装置３０、４０を第３駆動モードにおいて切り替えるために、ソフトウェアまたはハードウェア・ソリューションが構想されうる。ソフトウェア・ソリューションの場合には、特定のビット（いわゆる構成ビット）が、ＣＡＮ制御ユニット３１によって、装置３０、４０の同期化プロセスの間に設定されうる。ハードウェア・ソリューションの場合には、第３駆動モードと他の駆動モード（例えば、第１駆動モードまたは第２駆動モード）との間の切り替えが、装置３０、４０の駆動状態（いわゆるＳｙｎｃモード）と結び付けられうる。ＴＴＣＡＮプロトコルによれば、装置３０、４０の駆動状態として、状態「Ｓｙｎｃ＿Ｏｆｆ」、「Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｓｉｎｇ」、「Ｉｎ＿Ｇａｐ」および「Ｉｎ＿Ｓｃｈｅｄｕｌｅ」が定義されている。好適に、装置３０、４０が駆動状態Ｓｙｎｃ＿Ｍｏｄｅ＝”Ｓｙｎｃ＿Ｏｆｆ”またはＳｙｎｃ＿Ｍｏｄｅ＝”Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｓｉｎｇ”にある場合に、装置３０、４０は第３駆動モードに切り替えられる。さらに、装置３０、４０が駆動状態Ｓｙｎｃ＿Ｍｏｄｅ＝”Ｉｎ＿Ｇａｐ”またはＳｙｎｃ＿Ｍｏｄｅ＝”Ｉｎ＿Ｓｃｈｅｄｕｌｅ”にある場合に、装置３０、４０は第３駆動モードとは異なる駆動モードに切り替えられる。

動作中のマルチプレックス・通信システム１０への、一時的に動作しないノード３０、４０の障害のない組込みを実現するためには、幾つかの機能の分だけ、以前の従来のＴＴＣＡＮプロトコルを拡張する必要がある。拡張されたＴＴＣＡＮプロトコルを備えるノード３０、４０は、通常のＣＡＮシステムおよびＴＴＣＡＮシステム１０内で駆動されうる。新しい拡張されたプロトコル機能が一時的に停止され、または無効にされる場合、標準ＣＡＮ適合性検査（ＣＡＮ−Ｃｏｎｆｏｒｍａｎｃｅ−Ｔｅｓｔ；ＩＳＯ １６８４５）に合格することが出来る。マルチプレクサ・システム１０では、アプリケーション・ソフトウェアに介入することなく通信が機能し、これにより、タイムクリティカルで（ｚｅｉｔｋｒｉｔｉｓｃｈ）、反復されることが多いタスクの負荷が軽減される。

新たに定義された第３（限定）駆動モードでは、ＴＴＣＡＮノード３０、４０は、基準メッセージ（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｍｅｓｓａｇｅ）および確認メッセージ（Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅ Ｂｉｔ）のみを送信してもよい。エラーフレーム（Ｅｒｒｏｒ Ｆｒａｍｅ）は、エラーカウンタ（Ｅｒｒｏｒ Ｃｏｕｎｔｅｒ）の状態に依存せずに、パッシブ・エラー・フラグ（Ｐａｓｓｉｖｅ−Ｅｒｒｏｒ−Ｆｌａｇ）のみを伴って送信されてもよい。オーバーロードフレームは、エラーフレームと同様に、オーバーロードフラグの代わりにパッシブ・エラー・フラグを伴って送信される。限定された駆動モードでは、エラーカウンタは増分されず、減分されもしない。このことは、従来のＣＡＮ（ＩＳＯ １１８９８−１）およびＴＴＣＡＮ（ＩＳＯ １１８９８−４）に対する明らかな相違である。

特に、ＴＴＣＡＮプロトコルのフレーム同期化エンティティ（ＦＳＥ：Ｆｒａｍｅ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｓａｔｉｏｎ Ｅｎｔｉｔｙ）が、１つの機能の分だけ補充されることが提案される。すなわち、ＣＡＮメッセージのためのＴＴＣＡＮトリガに加えて、タイムスタンプにより構成され、ＴＴＣＡＮプロトコルの周期時間（Ｃｙｃｌｅ Ｔｉｍｅ）に基づいて、切り替え信号が生成される。この切り替え信号は、送受信機の切り替え手段３３（マルチプレクサ）をＣＡＮとＡＳＣとの間で切り替える一方、ＣＡＮバス２０を介する非同期型直列通信がアクティブである時間位相の間に、ＴＴＣＡＮノード３０、４０を第３（限定）駆動モードに切り替える。代替的に、例えばＡＳＣ駆動における高速ビットレートを実現するために、追加的に送受信機自体も切り替えることが出来る。

本発明により、動作中のＴＴＣＡＮマルチプレックス・システム１０に同期されるＴＴＣＡＮノード３０、４０が、全ＣＡＮメッセージまたはＣＡＮデータフレームＣを理解し、全ＡＳＣメッセージまたはＡＳＣデータフレームＡを無視することが保証される。ノード３０、４０が十分に良好に同期されると、すなわち少なくとも２つの連続する参照メッセージを受信すると、ノード３０、４０は、他のメッセージも送信し、ＡＳＣタイムスロットにおいて、非同期型直列通信に加入することが出来る。

記載される第３（限定）駆動モードは、純粋なＣＡＮマルチプレクサ・システムにおいても利用することが可能であり、その場合には、切り替えは、他の手段によって、例えばアプリケーション・ソフトウェアによって行なわれる必要がある。

好適な実施形態に係る本発明の方法の流れ図が、図６に示されている。以下では、本方法を、図３に示される通信システム１０を参照しながら詳細に解説することにする。

第１の処理ステップＳ４において、動作中の通信システム１０に組み込まれるべき、一時的に動作しない装置３０、４０、５０が、第３（限定）駆動モードに切り替えられる。これにより、装置３０、４０、５０は、動作中の通信システム１０との同期の際に、全ＣＡＮメッセージＣを理解し、全ＡＳＣメッセージＡを無視するようになる。第３駆動モードへの装置３０、４０、５０の切り替えは、ＣＡＮコントローラ３１の構成ビットを用いて、または、装置の駆動状態に従って行なわれる。

第２の処理ステップＳ５において、装置３０、４０、５０は、ＣＡＮバス２０を傍受し、ＣＡＮメッセージＣ、特にそのつど通信周期の開始を示す基準メッセージＲＥＦを待つ。ＡＳＣメッセージＡは、装置３０、４０、５０が第３駆動モードにあるために、装置３０、４０、５０によって無視される。装置３０、４０、５０がＣＡＮメッセージを受信した場合に、装置３０、４０，５０は、第３駆動モードの間に、後続の処理ステップＳ１１において、メッセージの取り決めどおりの受信を確認するために、特に、現在のタイムマスタに時間情報の取り決めどおりの受信を報知するために、ＣＡＮバス２０を介して確認メッセージＡＣＫを送信する。各エラー無く受信されたＣＡＮメッセージは、限定モードにおいて、基準メッセージＲＥＦであれ、較正メッセージであれ、または、任意の他のメッセージであれ、ＡＣＫビットにより受信を確認される。

以下の確定ステップＳ６において、基準メッセージＲＥＦが受信されたか否かについて検証される。受信されていない場合には、更なる確定ステップＳ７において、所定の期間、好適に通信周期（ｃｙｃｌｅ）の時間（ｔ）が既に経過しているかどうかについて検証される。経過していない場合には、再び処理ステップＳ５に戻り、再びＣＡＮバス２０を傍受する。

確定ステップＳ７において、通信周期の時間が既に経過していることが確認される場合には、ＣＡＮバス２０に他の装置が接続されていない、または、他の接続された装置がタイムマスタではない、すなわち時間情報を設定できないということを想定することが可能である。従って、装置３０、４０、５０は、処理ステップＳ８において自身がタイムマスタ機能を引き受けることを試み、自身が基準メッセージＲＥＦを送信する。処理ステップＳ９において、装置３０、４０、５０が、ＣＡＮバス２０に接続された他の装置のうちの１つから確認メッセージＡＣＫを受信すると（この装置が基準メッセージＲＥＦを受信した後に）、装置３０、４０、５０は、自身が現在のタイムマスタであることが分かる。

確認ステップＳ６において、基準メッセージＲＥＦが受信されたことが確認された場合には、次の確認ステップＳ１０において、これが既に、第２の連続して受信された基準メッセージＲＥＦであるかどうかについて検証される。そうでない場合には、再び処理ステップＳ５に戻り、再びＣＡＮバス２０を傍受する。しかし、処理ステップＳ５で受信されたＣＡＮメッセージが既に、第２の連続する基準メッセージＲＥＦである場合には、処理ステップＳ１２において、データ伝送のための通常の駆動モードに移行する。

処理ステップＳ１２において、データがＣＡＮプロトコルに従った通信周期のタイムスロットで（第１駆動モードにおいて）伝送され、通信周期の選択されたタイムスロットで、データをＣＡＮプロトコルに従わずに、同期せずに直列で（第２駆動モードにおいて）、場合によって高速バスクロックにより伝送されるという形態において、ＣＡＮバス２０を介したデータ伝送が行なわれる。動作中の通信システム１０に組み込まれた装置３０、４０、５０は、その際、通常のノード（図６の流れ図の左の経路）として、または、タイムマスタノード（右の経路）として機能する。

Claims (10)

1. ａ．ＣＡＮバス（２０）と、
   ｂ．前記ＣＡＮバス（２０）により互いに接続する少なくとも２つの装置（３０、４０）と、
   を備える通信システム（１０）であって、
   前記装置（３０；４０）のうちの少なくとも１つは、
   ｉ．第１駆動モードにおいて、第１物理的プロトコルによって前記ＣＡＮバス（２０）を介してＣＡＮデータフレーム（Ｃ）を伝送することに適したＣＡＮ制御ユニット（３１）と、
   ｉｉ．第２駆動モードにおいて、第２物理的プロトコルによって前記ＣＡＮバス（２０）を介してＡＳＣデータフレーム（Ａ）を伝送することに適した非同期型直列通信（ＡＳＣ）インタフェースユニット（３２）と、
   ｉｉｉ．前記装置（３０；４０）と、少なくとも１つの他の前記装置（３０、４０）と、の間で有効な少なくとも１つの合意に従って、前記第１駆動モードと前記第２駆動モードとの間で切り替えることに適した第１切り替え手段（３３）と、
   ｉｖ．前記装置（３０；４０）を起動するために、前記装置（３０；４０）を、前記第１駆動モードおよび前記第２駆動モードとは異なる第３駆動モードに切り替えることに適した更なる別の切り替え手段と、
   を含む、通信システム（１０）。
2. 前記装置（３０；４０）のエラーカウンタが前記第３駆動モードにおいて停止しており、エラーフレームとオーバーロードフレームも、ドミナントなバスレベルで送信されないことを特徴とする、請求項１に記載の通信システム（１０）。
3. 前記装置（３０；４０）は、前記第３駆動モードにおいて、前記ＣＡＮバス（２０）に接続された他の装置（４０；３０）からのＣＡＮメッセージ（Ｃ）で、特に基準メッセージで、前記ＣＡＮバス（２０）を傍受することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の通信システム（１０）。
4. エラーの無いＣＡＮメッセージ、特にエラーの無いＣＡＮデータフレーム（Ｃ）を前記ＣＡＮバス（２０）上で傍受した場合に、前記装置（３０；４０）は、前記第３駆動モードにおいてＣＡＮメッセージ（Ｃ）、特に確認メッセージを送信することを特徴とする、請求項３に記載の通信システム（１０）。
5. 前記装置（３０；４０）は、所定の期間内に、特に前記ＣＡＮバス（２０）の通信周期内に、前記ＣＡＮバス（２０）に接続された他の装置（３０；４０）から基準メッセージを全く受信しなかった場合に、前記第３駆動モードにおいて、前記ＣＡＮバス（２０）を介してＣＡＮメッセージ（Ｃ）、特に基準メッセージを送信することを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の通信システム（１０）
6. 前記更なる別の切り替え手段は、特別な構成ビットによって前記装置（３０；４０）を前記第３駆動モードに切り替えることを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の通信システム（１０）。
7. 前記更なる別の切り替え手段は、前記装置（３０；４０）の駆動状態に従って、前記装置（３０；４０）を自動的に前記第３駆動モードに切り替えることを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の通信システム（１０）。
8. 前記更なる別の切り替え手段は、前記装置（３０；４０）が駆動状態Ｓｙｎｃ＿Ｍｏｄｅ＝”Ｓｙｎｃ＿Ｏｆｆ”またはＳｙｎｃ＿Ｍｏｄｅ＝”Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｓｉｎｇ”にある場合に、前記装置（３０；４０）を前記第３駆動モードに切り替えることを特徴とする、請求項７に記載の通信システム（１０）。
9. 前記更なる別の切り替え手段は、前記装置（３０；４０）が駆動状態Ｓｙｎｃ＿Ｍｏｄｅ＝”Ｉｎ＿Ｇａｐ”またはＳｙｎｃ＿Ｍｏｄｅ＝”Ｉｎ＿Ｓｃｈｅｄｕｌｅ”にある場合に、前記装置（３０；４０）を前記第１駆動モードまたは前記第２駆動モードに切り替えることを特徴とする、請求項７に記載の通信システム（１０）。
10. ＣＡＮバス（２０）と、前記ＣＡＮバス（２０）を介して互いに接続する少なくとも２つの装置（３０、４０）とを備える通信システム（１０）を駆動する方法であって、
    ａ）前記装置（３０；４０）の少なくとも１つを様々な駆動モードに切り替え、
    ｂ）前記装置（３０；４０）のＣＡＮ制御ユニット（３１）によって、第１駆動モードにおいて、ＣＡＮデータフレーム（Ｃ）が、第１物理的プロトコルにより前記ＣＡＮバス（２０）を介して伝送され、
    ｃ）第２駆動モードにおいて、第２物理的プロトコルにより前記ＣＡＮバス（２０）を介してＡＳＣデータフレーム（Ａ）を伝送することに適した、前記装置（３０；４０）の非同期型直列通信（ＡＳＣ）インタフェースユニット（３２）によって、
    ｄ）前記装置（３０；４０）が、起動のために、前記第１駆動モードおよび前記第２駆動モードとは異なる第３駆動モードに切り替えられる、
    工程を含む方法。
    

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