JP2012054830A - 通信システム、トランシーバ、ノード - Google Patents
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Abstract
【解決手段】起動フレーム検出部17は、レシーバ16のコンパレータCP2を介して通信路LNを監視し、フレームの先頭(開始タイミング)からドミナントが2ビット連続する箇所(終了タイミング)までの領域長が起動長より大きいフレームを起動フレームとして認識し(無差別ウェイクアップ信号WAをアクティブレベルに変化させ)、更に、その起動フレームの指定パタン領域に設定されている指定パタンをデューティ信号とみなしてデコードした復号データDdcによって表される指定コードが、予め自ECU10に割り当てられた割当パタンと一致する場合に通常モードに遷移する(個別ウェイクアップ信号WUをアクティブレベルに変化させる)。
【選択図】図3
Description
これに対して、休止ノードのトランシーバにバスを監視させ、バスがアイドル状態ではないことをトランシーバが検出すると、受信したフレームを解析するプロトコルコントローラを限定的に起動(電源供給を再開)し、プロトコルコントローラが、受信したフレームが自ノードをウェイクアップさせるためのフレームであるとプロトコルコントローラが判断した場合に、ECU全体を起動(ウェイクアップ)する技術が記載されている(例えば、特許文献1参照)。
ところで、終了タイミング検出手段は、例えば、フレームにおいてドミナントが2ビット以上連続していることを境界条件として用いるように構成されていてもよい。
即ち、第1の充電回路が、通信路の信号レベルがレセッシブの時に、第1の容量性素子の充電電圧を初期電圧にリセットし、通信路の信号レベルがドミナントの時に、第1の容量性素子を一定の大きさの充電電流で充電する。
即ち、第2の充電回路が、通信路が待機状態の時に、第2の容量性素子の充電電圧を初期電圧にリセットし、通信路が非待機状態の時に、第2の容量性素子を一定の大きさの充電電流で充電する。
即ち、第3の充電回路が、通信路の信号レベルがドミナントの時に、第1の容量性素子の充電電圧を初期電圧にリセットし、通信路の信号レベルがレセッシブの時に、第1の容量性素子を一定の大きさの充電電流で充電する。
即ち、クロック生成回路が、通信路上の信号に基づき、受信したフレームに同期したクロックを生成し、デコーダ回路が、クロック生成回路にて生成されたクロックを用いて、符号パタンを復号する。
[第1実施形態]
<全体構成>
図1は、通信プロトコルとしてCAN(Controller Area Network)が用いられた車載用の通信システム1の構成を示すブロック図である。
ここで、図2は、通信システム1においてデータの送受信に使用するデータフレームの構成を示す説明図である。
また、通信システム1では、動作モードがスリープモードにあるECU10を起動(ウェイクアップ)する時に使用する起動フレームとして、IDを0x7FFに設定したデータフレームを使用する。つまり、このIDは、動作モードが通常モードにあるECU10同士の通信での使用が禁止されることになる。
図1に戻り、ECU10は、自動車の各部を制御するための制御処理や他のECUと通信を行うための処理を実行するマイクロコンピュータ(以下「マイコン」という)11と、通信路LNに接続されて、マイコン11から与えられるデータ(送信フレーム)TxDを通信路LNに出力すると共に、通信路LN上のデータ(受信フレーム)RxDを受信してマイコン11に入力するトランシーバ12と、マイコン11やトランシーバ12に電源供給を行う電源回路13とを備えている。また、マイコン11は、トランシーバ12の動作を切り替えるスタンバイ信号STBをトランシーバ12に供給し、トランシーバ12は、通信路LNを介して起動フレームを受信したことを示すウェイクアップ信号WUまたはWAをマイコン11に供給するように構成されている。
マイコン11は、CPU,ROM,RAM,IOポート等からなるマイコンにおける周知の構成の他、CANプロトコルに従って、フレームの送受信や、どのフレームを優先的に処理するかを決定する調停制御や、通信エラー処理等を実行するCANコントローラ14を備えている。
図3は、トランシーバの概略構成を示す一部回路図を含んだブロック図である。
図3に示すようにトランシーバ12は、通信路LNを構成する一方のバスCANHと電源VCCとを接続する経路を導通/遮断するバス駆動用のトランジスタTR1と、通信路LNを構成する他方のバスCANLとグランドGNDとを接続する経路を導通/遮断するバス駆動用のトランジスタTR2と、CANコントローラから入力される送信データTxDの信号レベルに従って、トランジスタTR1,TR2を同時にオン,オフするドライバ15とを備えている。なお、各トランジスタTR1,TR2のバスCANH,CANLとの接続端には、トランジスタTR1,TR2を保護するためのダイオードD1,D2がそれぞれ接続されている。
起動フレーム検出部17は、図3(b)に示すように、第2コンパレータCP2からの受信信号Rslに基づいて、通信路LNが待機状態にある場合にハイレベルとなる待機状態検出信号DTwを生成する待機状態検出回路21と、待機状態検出信号DTwがハイレベルからロウレベルに変化した場合、即ち、通信路LNに送出されたフレームの起動パタン領域に設定されたパタンが、起動用のIDを表すものである場合に信号レベルがアクティブレベルとなる無差別ウェイクアップ信号WAを生成する起動パタン判定回路22と、無差別ウェイクアップ信号WAがアクティブとなった場合に、フレームの指定パタン領域に設定された指定パタンが、当該ECUに割り当てられた割当コードを表すものである場合に、信号レベルがアクティブレベルとなる個別ウェイクアップ信号WUを生成する指定パタン判定回路23とを備えている。
<待機状態検出回路>
図4は、(a)が待機状態検出回路21の詳細な構成を示す回路図であり、(b)が待機状態検出回路21の各部の動作を示すタイミング図である。
また、定電流源32が供給する電流の大きさ、コンデンサ31の容量、基準電圧Vref1の大きさは、コンデンサ31を連続充電する期間が、通信路LN上の伝送符号の5ビットに相当する期間以下の長さでは、充電電圧Vc1が基準電圧Vref1に達することがなく、6ビットに相当する期間以上の長さになると、充電電圧Vc1が基準電圧Vref1を超えるような大きさとなるように設定されている。
図5は、起動パタン判定回路22の詳細な構成を示す回路図である。図6,図7は、起動パタン判定回路22の各部の動作を示すタイミング図である。なお、図中に示す括弧内の数字は、フレームの先頭から何ビット目であるかを示すものである。
終了タイミング検出回路50は、電荷を充放電可能に構成され一端が接地されたコンデンサ51と、受信信号Rslの信号レベルに従って、コンデンサ51の非接地端を、接地レベルまたは定電流源52のいずれかに接続するスイッチ53と、電源電圧VCCを分圧する一対の抵抗からなり基準電圧(終了判定閾値)Vref3を発生させる分圧回路54と、反転入力端子に基準電圧Vref3が印加され、非反転入力端子にコンデンサ51の非接地端の電圧(以下「充電電圧」という)Vc3が印加されたコンパレータ55とからなり、コンパレータ55の出力を終了信号DTeして出力するように構成されている。
また、定電流源52が供給する電流の大きさ、コンデンサ51の容量、基準電圧Vref3の大きさは、コンデンサ51を連続充電する期間が、伝送符号の1ビット分に相当する期間以下の長さでは、充電電圧Vc3が基準電圧Vref3に達することがなく、それを超えた長さ(本実施形態では、ほぼ2ビット分に相当する長さ)になると、充電電圧Vc3が基準電圧Vref3を超えるような大きさとなるように設定されている。
期間長判定回路40は、電荷を充放電可能に構成され一端が接地されたコンデンサ41と、待機状態検出信号DTwおよび終了信号DTeに従って、コンデンサ41の非接地端を、接地レベルまたは定電流源42のいずれかに接続するスイッチ43と、電源電圧VCCを分圧する一対の抵抗からなり基準電圧(期間判定閾値)Vref2を発生させる分圧回路44と、反転入力端子に基準電圧Vref2が印加され、非反転入力端子にコンデンサ41の非接地端の電圧(以下「充電電圧」という)Vc2が印加されたコンパレータ45とからなり、コンパレータ45の出力を無差別ウェイクアップ信号WAとして出力するように構成されている。
このように構成された起動パタン判定回路22では、図6,図7に示すように、終了タイミング検出回路50および期間長判定回路40は、待機状態検出信号DTwの立ち下がりエッジ、即ち開始タイミングで動作を開始する。
この場合、起動パタン領域中のSOF,IDの期間中に、ドミナントが2ビット連続することがないため、終了タイミング検出回路50では、IDE(先頭から15ビット目)とr0(先頭から16ビット目)との境界付近(但し15ビット目寄り)で、充電電圧Vc3が基準電圧Vref3を超えて大きくなり、終了信号DTeがアクティブレベルとなる。
図8は、指定パタン判定回路23の詳細な構成を示す回路図である。図9,図10は、指定パタン判定回路23の各部の動作を示すタイミング図である。
<エッジ検出回路>
エッジ検出回路62は、受信信号Rslの信号レベルを反転させる反転回路(NOTゲート)75と、受信信号RslおよびNOTゲート75の出力、即ち、受信信号Rslの反転信号を入力とし、その両方がロウレベルの時に出力がハイレベルとなる否定論理和回路(NORゲート)76からなり、NORゲート76の出力をエッジ検出信号EDとして出力する。
図8に戻り、デューティ比デコーダ63は、反転入力端と出力端との間に電荷を充放電可能なコンデンサ71aが接続されると共に、非反転入力端に基準電圧(符号判定閾値)Vref4が印加され、反転入力端に抵抗を介して受信信号Rslが印加されるように接続された演算増幅器からなる周知の積分回路71と、コンデンサ71aの両端を、エッジ検出信号EDがハイレベルの時に短絡させるスイッチ72と、反転入力端に積分回路71の出力Vyが印加され、非反転入力端に基準電圧Vref4が印加されたコンパレータ73と、D型フリップフロップからなり、コンパレータ73の出力CPyをエッジ検出信号EDのタイミングでラッチするラッチ回路74とを備え、ラッチ回路74の出力を復号データDdcとして出力するように構成されている。
図8に戻り、データ比較回路64は、復号データDdcを入力とし、エッジ検出信号EDをシフトクロックとして動作する多段シフトレジスタからなるデコードデータ保持回路81と、複数のスイッチ等で構成され、当該ECU10に割り当てられた割当パタンに応じた信号レベルが設定される割当パタン設定回路83と、デコードデータ保持回路81に保持されたデコードデータと割当パタン設定回路83の設定内容とが一致した場合にハイレベルとなる比較データDcpを生成する比較器82とを備えている。
以上説明したように、通信システム1では、スリープモードのECU10は、通信路LNを監視し、フレームの先頭(開始タイミング)からドミナントが2ビット連続する箇所(終了タイミング)までの領域長が起動長より大きいフレームを起動フレームとして認識し(無差別ウェイクアップ信号WAをアクティブレベルに変化させ)、更に、その起動フレームの指定パタン領域に設定されている指定パタンをデューティ信号とみなしてデコードした復号データDdcによって表される指定コードが、予め自ECU10に割り当てられた割当パタンと一致する場合に通常モードに遷移する(個別ウェイクアップ信号WUをアクティブレベルに変化させる)ようにされている。
本実施形態において、待機状態検出回路21が開始タイミング検出手段、終了タイミング検出回路50が終了タイミング検出手段、期間長判定回路40が期間長判定手段、指定パタン判定回路23が符号パタン判定手段に相当する。
次に第2実施形態について説明する。
なお、第2実施形態では、起動用に用いるID、および起動パタン判定回路22aの構成の一部が、第1実施形態とは異なるだけであるため、以下でこれら相違する部分を中心に説明する。
本実施形態では、起動フレームとして、IDを0x078に設定したデータフレームを使用する。つまり、このIDは、動作モードが通常モードにあるECU10同士の通信での使用が禁止されることになる。
図12は、起動パタン判定回路22aの構成を示す回路図、図13,図14は、起動パタン判定回路22aの各部の動作を示すタイミング図である。なお、図中に示す括弧内の数字は、フレームの先頭から何ビット目であるかを示すものである。
終了タイミング検出回路50aは、スイッチ24を介して供給される受信信号Rslの歪みを除去するために設けられたロウパスフィルタ56と、ロウパスフィルタ56を介して供給される受信信号Rslを入力クロックとして、受信信号Rsl中の注目エッジの個数をカウントする同期式のカウンタ57と、カウンタ57の出力の一桁目Q0および二桁目Q1を入力として、両者がハイレベルの時、即ち、カウント値が境界数であるK(=3)になった時に、ハイレベル(アクティブレベル)となる終了信号DTeを生成する論理積回路(ANDゲート)58とを備えている。なお、カウンタ57は、終了信号DTeがアクティブレベルの時にカウント値がクリアされるように接続されている。
このように構成された起動パタン判定回路22aでは、図13,図14に示すように、終了タイミング検出回路50および期間長判定回路40は、待機状態検出信号DTwの立ち下がりエッジ、即ち開始タイミングで動作を開始する。
このように本実施形態では、起動パタン領域に設定されるIDと、それを検出する方法が異なるだけであり、その他については第1実施形態の場合と全く同様に動作するため、第1実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。
[他の実施形態]
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において様々な態様にて実施することが可能である。
63…デューティ比デコーダ 64,93…データ比較回路 71…積分回路 74,85…ラッチ回路 75…NOTゲート 76…NORゲート 81…デコードデータ保持回路 82…比較器 83…割当パタン設定回路 84…タイミング生成回路 91…PLL回路 92…デコーダ 93…データ比較回路
Claims (14)
- 通信路に接続されたノード間の通信にNRZ(Non Return to Zero)符号を用い、前記ノードは、前記通信路に送出されるフレームの生成規則によって許容される同一信号レベルのビットの最大連続数である許容連続ビット数に相当する期間を超えて、前記通信路の信号レベルが、該通信路において劣位な信号レベルであるレセッシブのまま継続した状態を待機状態として、前記通信路が待機状態になった後、該通信路において優位な信号レベルであるドミナントに変化すると、これをフレームの先頭として認識すると共に、前記通信路を介した通信を停止して消費電力を抑制するための動作モードであるスリープモードの時に、所定の起動フレームが前記通信路に送出されると、前記通信路を介した通信を実行可能な動作モードである通常モードに遷移するように構成された通信システムであって、
前記起動フレームは、当該フレームが起動用のフレームであることを示すためのビットパタンを設定するための領域である起動パタン領域と、起動対象となるノードを指定するためのビットパタンを設定するための領域である指定パタン領域とを有し、且つ、ビットパタンが予め設定された境界条件を満たすフレーム中の箇所を境界ポイントとして、前記起動パタン領域には、フレームの先頭から前記境界ポイントまでの長さが予め設定された起動長となる特異なビットパタンが設定され、
前記ノードは、前記動作モードがスリープモードの時に、前記通信路に送出されたフレームの先頭から、前記境界ポイントまでの長さを計測し、その計測結果が前記起動長以上であり、且つ、該フレームの指定パタン領域で検出されるビットパタンが自ノードを指定するために予め割り当てられた割当パタンと一致する場合に、通常モードに遷移することを特徴とする通信システム。 - 前記起動フレームの前記起動パタン領域が、ドミナントが2ビット以上連続する箇所を有し、該箇所以前の領域に、フレームの生成規則でドミナントとなるよう規定された箇所を除いて全てレセッシブとなるビットパタンが設定され、
前記ノードは、ドミナントが2ビット以上連続していることを前記境界条件として前記境界ポイントを検出することを特徴とする請求項1に記載の通信システム。 - フレームの生成規則の一つとして、同一信号レベルが予め規定された規定ビット連続すると、信号レベルを反転させたスタッフビットを挿入することが含まれ、
前記起動フレームの起動パタン領域には、レセッシブからドミナントに変化するエッジを注目エッジとして、該注目エッジの数が最小(K個、但しKは2以上の整数)となるビットパタンが設定され、
前記ノードは、フレームの先頭からK番目の注目エッジが検出されることを前記境界条件として前記境界ポイントを検出することを特徴とする請求項1に記載の通信システム。 - 前記指定パタン領域では、複数ビットからなる単位ブロック毎に符号化されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の通信システム。
- 前記通信路における通信プロトコルとして、CAN(Controller Area Network)を用い、CANにおけるデータフレームのDLCより前の領域を前記起動パタン領域、データフィールドを前記指定パタン領域として使用することを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の通信システム。
- NRZ符号(Non Return to Zero)を用いて通信を行う通信路に接続され、前記通信路を介した通信を停止して消費電力を抑制するための動作モードであるスリープモードの時に、所定の起動フレームが前記通信路に送出されると、前記通信路を介した通信を実行可能な動作モードである通常モードに遷移するように構成されたノードにおいて、前記通信路を介した信号を送受信するために使用されるトランシーバであって、
前記通信路に送出されるフレームの生成規則によって許容される同一信号レベルのビットの最大連続数である許容連続ビット数に相当する期間を超えて、前記通信路の信号レベルが、該通信路において劣位な信号レベルであるレセッシブのまま継続した状態を待機状態として、前記通信路が待機状態になった後、該通信路において優位な信号レベルであるドミナントに変化したタイミングを開始タイミングとして検出する開始タイミング検出手段と、
前記動作モードがスリープモードの時に、前記開始タイミング検出手段で開始タイミングが検出されると、前記フレームのビットパタンが予め設定された境界条件を満たす箇所を終了タイミングとして検出する終了タイミング検出手段と、
前記開始タイミング検出手段にて検出された開始タイミングから、前記終了タイミング検出手段にて検出された終了タイミングまでの期間長が、予め設定された起動長以上であるか否かを判定する期間長判定手段と、
前記期間長判定手段により、前記期間長が前記起動長以上であると判定されると、前記フレームの予め設定された指定パタン領域に示された符号パタンと予め設定された割当パタンとを比較して、両者が一致する場合に、前記起動フレームを受信したことを示すウェイクアップ信号を出力する符号パタン判定手段と、
を備えることを特徴とするトランシーバ。 - 前記終了タイミング検出手段は、前記フレームにおいてドミナントが2ビット以上連続していることを前記境界条件として用いることを特徴とする請求項6に記載のトランシーバ。
- 前記終了タイミング検出手段は、
電荷を充放電可能な第1の容量性素子と、
前記通信路の信号レベルがレセッシブの時に、前記第1の容量性素子の充電電圧を初期電圧にリセットし、前記通信路の信号レベルがドミナントの時に、前記第1の容量性素子を一定の大きさの充電電流で充電する第1の充電回路と、
を備え、
前記第1の充電回路による充電が2ビットに相当する期間以上継続した時の前記第1の容量性素子の充電電圧に相当する大きさに設定された終了判定閾値と、前記第1の容量性素子の充電電圧とを比較することで、ドミナントが2ビット以上連続する領域を検出することを特徴とする請求項7に記載のトランシーバ。 - 前記終了タイミング検出手段は、
レセッシブからドミナントに変化するエッジを注目エッジとして、前記フレームにおいて前記注目エッジをカウントした値が予め設定された境界数に達することを前記境界条件として用いることを特徴とする請求項6に記載のトランシーバ。 - 前記期間長判定手段は、
電荷を充放電可能な第2の容量性素子と、
前記通信路が待機状態の時に、前記第2の容量性素子の充電電圧を初期電圧にリセットし、前記通信路が非待機状態の時に、前記第2の容量性素子を一定の大きさの充電電流で充電する第2の充電回路と、
を備え、
前記第2の充電回路による充電が前記起動長以上継続した時の前記第2の容量性素子の充電電圧に相当する大きさ設定された期間判定閾値と、前記第2の容量性素子の充電電圧とを比較することで、前記開始タイミングからの経過期間が前記起動長以上であるか否かを判断することを特徴とする請求項6乃至請求項9のいずれか1項に記載のトランシーバ。 - 前記開始タイミング検出手段は、
電荷を充放電可能な第3の容量性素子と、
前記通信路の信号レベルがドミナントの時に、前記第3の容量性素子の充電電圧を初期電圧にリセットし、前記通信路の信号レベルがレセッシブの時に、前記第3の容量性素子を一定の大きさの充電電流で充電する第3の充電回路と、
を備え、
前記第3の充電回路による充電が前記許容連続ビット数に相当する期間以上継続した時の前記第3の容量性素子の充電電圧に相当する大きさ設定された待機判定閾値と、前記第3の容量性素子の充電電圧とを比較することで、待機状態にあるか否かを判断することを特徴とする請求項6乃至請求項10のいずれか1項に記載のトランシーバ。 - 前記符号パタンは、レセッシブからドミナントに変化するエッジまたはドミナントからレセッシブに変化するエッジのいずれか一方を注目エッジとして、該注目エッジで区切られた複数ビットで構成され、且つデューティ比が異なる2種類のパタンからなり、
前記符号パタン判定手段は、
電荷を充放電可能な第4の容量性素子と、
一定の大きさの正極性の充電電流または一定の大きさの負極性の充電電流を、前記通信路の信号レベルが変化する毎に交互に切り替えて前記第4の容量性素子に供給することで該第4の容量性素子を充放電すると共に、前記注目エッジが検出される毎に、前記第3の容量性素子の充電電圧を初期電圧にリセットする第4の充電回路と、
を備え、
前記注目エッジが検出される毎に、前記第4の充電回路がリセットする前の前記第4の容量性素子の充電電圧が、予め設定された符号判定閾値より大きいか否かによって、前記符号パタンが0,1のいずれに該当するかを判定することを特徴とする請求項6乃至請求項11のいずれか1項に記載のトランシーバ。 - 前記符号パタン判定手段は、
前記通信路上の信号に基づき、受信したフレームに同期したクロックを生成するクロック生成回路と、
前記クロック生成回路にて生成されたクロックを用いて、前記符号パタンを復号するデコーダ回路と、
からなることを特徴とする請求項6乃至請求項11のいずれか1項に記載のトランシーバ。 - 請求項6乃至請求項13のいずれか1項に記載のトランシーバと、
前記トランシーバを介して信号を送受信する通信制御手段と、
前記動作モードが通常モードの時に、予め設定されたスリープ条件が満たされると、動作モードがスリープモードに遷移し、前記動作モードがスリープモードの時に、前記トランシーバからウェイクアップ信号が出力されると、前記動作モードを通常モードに復帰させる動作モード遷移手段と、
を備えることを特徴とするノード。
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