JP2013243509A - Communication apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は通信装置に関し、具体的には、RTUモードによるModbus通信において、UARTを使用して時間規定を満たす通信装置に関する。 The present invention relates to a communication apparatus, and more particularly to a communication apparatus that satisfies a time rule using UART in Modbus communication in an RTU mode.
通信プロトコルとして、Modbusプロトコルを実装したネットワークをModbus(登録商標)と呼ぶ。Modbusは、Modicon社が自社のPLC(Programmable Logic Controller)用に開発した通信プロトコルである。Modbus(登録商標)は、現在、産業界におけるデファクト標準の通信プロトコルになっており、センサ等が接続されるフィールド機器を比較的小規模ネットワークに接続するための手段として普及し、その仕様はWeb(World Wide Web)ページ等で公開されている。 A network that implements the Modbus protocol as a communication protocol is referred to as Modbus (registered trademark). Modbus is a communication protocol developed by Modicon for its PLC (Programmable Logic Controller). Modbus (registered trademark) is currently a de facto standard communication protocol in the industry, and is widely used as a means for connecting field devices to which sensors and the like are connected to a relatively small network. (World Wide Web) Published on the page.
例えば、特許文献1には、DCS(Distributed Control System)やSCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)等の上位システムとPLC等の制御機器とを接続するModbus制御システムの構成例が開示されている。Modbus通信には、ASCIIモードとRTU(Remote Terminal Unit)モードとがある。ASCIIモードに関しては、物理層レベルでのプロトコルはUART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter)と同等である。 For example, Patent Document 1 discloses a configuration example of a Modbus control system that connects a host system such as DCS (Distributed Control System) or SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) and a control device such as PLC. Modbus communication includes an ASCII mode and an RTU (Remote Terminal Unit) mode. Regarding the ASCII mode, the protocol at the physical layer level is equivalent to UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter).
一方、RTUモードによる通信には、CTO(Character Time Out)以下、FTO(Frame Time Out)以上、RTO(Response Time Out)以下とする3つの時間規定がある。具体的に、図3に示すように、通信フレーム(ここでは受信フレーム)内におけるデータ(キャラクタ)間の時間間隔をCTO、通信フレームの最終キャラクタと続く通信フレームの先頭キャラクタとの時間間隔をFTO、通信フレームを受信してから応答フレームを送信するまでの時間間隔をRTOとした場合に、一つの受信フレームにおけるデータ(キャラクタ)はCTO時間内に受信し、受信フレーム間におけるデータ(キャラクタ)はFTO時間を超過して受信し、RTO時間内に応答フレームを送信するといった、3つの時間規定を満足する必要がある。 On the other hand, communication in the RTU mode has three time rules: CTO (Character Time Out) or less, FTO (Frame Time Out) or more, and RTO (Response Time Out) or less. Specifically, as shown in FIG. 3, the time interval between data (characters) in a communication frame (here, a received frame) is CTO, and the time interval between the last character of the communication frame and the first character of the following communication frame is FTO. When the time interval from receiving the communication frame to transmitting the response frame is RTO, the data (character) in one received frame is received within the CTO time, and the data (character) between the received frames is It is necessary to satisfy three time rules, such as reception exceeding the FTO time and transmission of a response frame within the RTO time.
このため、例えば、図4に示すように、通信フレームの単位データとしてのキャラクタ同士の時間間隔がCTO時間を超過してFTO時間内に受信した対象通信フレームである受信フレーム#1と受信フレーム#2とは破棄する必要がある。また、図5に示すように、通信フレーム(受信フレーム#1)を受信後、RTO時間内に応答フレーム(レスポンスフレーム#1)を送信する必要があるが、ここで、RTO時間内に応答フレームを送信するという時間規定を満たせなかった場合(タイムアウト発生)に応答フレーム(レスポンスフレーム#1)は送信しない。したがって、送信側では先に送信した通信フレームが正常に受信されなかったものとして再送信する必要がある。 For this reason, for example, as shown in FIG. 4, the reception frame # 1 and the reception frame #, which are target communication frames received within the FTO time when the time interval between characters as unit data of the communication frame exceeds the CTO time. 2 must be discarded. As shown in FIG. 5, it is necessary to transmit a response frame (response frame # 1) within the RTO time after receiving the communication frame (reception frame # 1). Here, the response frame is received within the RTO time. The response frame (response frame # 1) is not transmitted when the time rule for transmitting the message cannot be satisfied (timeout occurs). Therefore, it is necessary to retransmit the transmission side on the assumption that the previously transmitted communication frame was not normally received.
図6に、Modbus通信を行うUARTを使用した従来の通信装置100の構成例が示されている。図6に示す通信装置100は、CPU110と、メモリ120、UART130、割込み制御回路140、レジスタインタフェース回路150等の周辺LSIとが、アドレス、データ、コントロールのためのラインが複数本で構成されるバス180を介して共通接続されている。
FIG. 6 shows a configuration example of a conventional communication apparatus 100 using UART for performing Modbus communication. The communication device 100 shown in FIG. 6 includes a bus in which a
UART130は、更に、外部通信インタフェース回路160に接続され、この外部通信インタフェース回路160を介して外部と通信フレームの送受信を行う。割込み制御回路140は、設定されたFTO時間を超過するとCPU110に対してFTO超過割込み信号を出力するもので、この割込み制御回路140には、タイマカウンタ回路171とFTO設定超過比較回路172とからなる外部回路170が接続されている。また、レジスタインタフェース回路150には、CPU110によりプログラマブルに値が設定(書き込み)されるFTO設定レジスタ151と、時間計測イネーブルレジスタ152とが割当てられており、ここに所定の値が保持される。
The UART 130 is further connected to an external
ここで、図6を参照しながら従来のRTUモードでのModbus通信の動作説明を行う。まず、CPU110は、バス180を介して、FTO設定レジスタ151にFTO時間を設定する。続いて、CPU110は、時間計測イネーブルレジスタ152に時間計測イネーブル値“1”を設定する。このことにより、FTO設定レジスタ151は、FTO設定値をFTO設定超過比較回路172に出力することができる。また、時間計測イネーブルレジスタ152は、設定された時間計測イネーブル値“1”をFTO設定超過比較回路172に出力する。
Here, the operation of Modbus communication in the conventional RTU mode will be described with reference to FIG. First, the
一方、外部通信インタフェース回路160は、外部から通信フレームを受信すると、受信信号をUART130に転送し、これを受けてUART130は、受信したフレームを内蔵するバッファに蓄積する。また、必要に応じてCPU110に割込み信号を出力する。CPU110は、その割込み信号を受信すると、UART130の内蔵バッファに蓄積された受信フレームを、バス180経由でメモリ120に移動する。
On the other hand, when the external
UART130は、受信信号から通信フレーム内のキャラクタのスタートビットを検出すると、スタートビット検出信号をタイマカウンタ回路171に出力し、タイマカウンタ回路171は、スタートビット検出信号を受信する毎に内部カウンタをクリアしてカウントアップ動作を開始する。タイマカウンタ回路171は、カウンタ値が最大値に達すると、その最大値を保持したままカウントアップ動作を停止する。この間、タイマカウンタ回路171は、内部カウンタの値をカウント値としてFTO設定超過比較回路172に出力する。
When the UART 130 detects the start bit of the character in the communication frame from the received signal, it outputs a start bit detection signal to the
FTO設定超過比較回路172は、時間計測イネーブ信号が“1”の場合に限り、カウント値≦FTO設定値の場合、FTO信号としてFTO時間内であることを示す“0”を割込み制御回路140に出力する。一方、カウント値>FTO設定値の場合は、FTO信号としてFTO時間超過を示す“1”を割込み制御回路140に出力する。なお、時間計測イネーブル信号が“0”の場合は、常時、FTO信号としてFTO時間内であることを示す“0”を割込み制御回路140に出力する。割込み制御回路140は、FTO信号の“0”から“1”への変化を検出した場合、CPU110にFTO割込み信号“1”を出力する。また、割込み制御回路140は、CPU110からのレジスタライトにより、FTO割込み信号をクリア(“0”)する。
Only when the time measurement enable signal is “1”, the FTO setting
通信装置100が、外部から通信フレームを受信すると、外部通信インタフェース回路160は、UART130に受信信号として出力する。これを受けてUART130は、受信したデータを内蔵バッファに蓄積し、必要に応じてCPU110に割込みを発し、CPU110はその割込みからUART130内に蓄積されたデータをメモリ120に移動する。また、UART130は、受信信号からキャラクタのスタートビットを検出すると、スタートビット検出信号として“1”を出力する。
When the communication device 100 receives a communication frame from the outside, the external
タイマカウンタ回路171は、スタートビット検出信号を受信する毎に、内部カウンタをクリアし、カウントアップ動作を開始する。また、タイマカウンタ回路171は、内部カウンタの値をカウント値として.FTO設定超過比較回路172に出力する。FTO設定超過比較回路172は、カウント値>FTO設定値を検出すると、割込み制御回路140にFTO時間超過を示す“1”を出力する。これによりFTO時間が検出される。
Each time the
割込み制御回路140は、FTO信号の“0”から“1”への変化を検出すると、CPU110にFTO割込み信号として“1”を出力する。CPU110は、FTO割込み信号の“1”を検出することでFTO時間超過を検出し、応答フレームの送信処理を実行する。なお、送信処理に関する詳細は、本発明と直接関係しないため説明は省略する。以上の動作により、FTO時間を満たした応答フレームの送信が実現できる。
When detecting the change of the FTO signal from “0” to “1”, the
上記したように、UARTを使用した従来のRTUモードによるModbus通信では、タイマカウンタ回路171とFTO設定超過比較回路172とにより構成される外部回路170により受信タイムアウトの検出機構を備えている。このため、FTO時間の設定、およびFTO設定時間超過の検出は可能であるが、CTO、およびRTO設定時間超過の検出はできず、したがって、図4に示した受信エラー、および図5に示した応答フレームのタイムアウトの処理が正確に実現できないといった問題を有している。
As described above, in Modbus communication in the conventional RTU mode using UART, a reception timeout detection mechanism is provided by the
現状は、通信速度に対して十分処理能力の高いCPU110を使用しているため、結果的には上記した時間規定を満足しているが、実際に正しく時間規定を満たしているか否かは不明であり、また、フィールド機器の低消費電力化を目的として処理能力の低いCPU110を使用した場合、それぞれの時間規定を満たすことは困難になる。さらに、タイムアウト設定が複数できる例もあるが、その検出機構のみが搭載されており、送受信とタイムアウトのタイミングが競合した場合に正しく通信フレーム処理ができないことがある。
Currently, the
本発明は上記した課題を解決するためになされたものであり、通信速度に対して処理能力の低いCPUを使用した場合でも、RTUモードによるModbus通信に必要な時間規定を満足する通信装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a communication apparatus that satisfies the time regulation necessary for Modbus communication in the RTU mode even when a CPU having a low processing capacity with respect to the communication speed is used. The purpose is to do.
上記した課題を解決するために本発明は、通信フレーム内における所定の単位データ間の時間間隔を第1の時間、前記通信フレームの最終単位データと続く通信フレームの先頭の単位データとの間の時間間隔を第2の時間、前記通信フレームを受信してから応答フレームを送信するまでの時間を第3の時間とした場合に、前記通信フレーム内における前記単位データの受信は、前記第1の時間内であり、前記通信フレームと続く通信フレームとの間の前記単位データの受信は、前記第2の時間を超過し、前記第3の時間内に前記応答フレームを送信する通信装置であって、前記受信したフレーム内における単位データのそれぞれのスタートビットを検出する毎にカウントを開始するタイマカウンタ回路と、前記タイマカウンタ回路のカウント値から、予め設定された前記第1の時間、前記第2の時間、前記第3の時間のそれぞれを監視する比較回路と、前記比較回路の出力により、前記フレーム内における単位データを受信した時間間隔が前記第1の時間を超過するか前記第2の時間内に受信した場合に、対象通信フレーム内の前記単位データを破棄し、かつ、前記通信フレームを受信する都度、前記第3の時間内に前記応答フレームの送信を行なう制御回路と、を備えたことを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, the present invention sets the time interval between predetermined unit data in a communication frame to a first time, between the last unit data of the communication frame and the first unit data of the following communication frame. When the time interval is the second time, and the time from when the communication frame is received until the response frame is transmitted is the third time, the reception of the unit data in the communication frame is the first time The communication apparatus is configured to receive the unit data between the communication frame and the subsequent communication frame within the time, and transmit the response frame within the third time exceeding the second time. A timer counter circuit that starts counting each time a start bit of each unit data in the received frame is detected, and a count of the timer counter circuit From the comparison circuit that monitors each of the first time, the second time, and the third time set in advance, and the time interval at which the unit data in the frame is received by the output of the comparison circuit When the unit data exceeds the first time or is received within the second time, the unit data in the target communication frame is discarded and each time the communication frame is received, And a control circuit for transmitting the response frame.
本発明によれば、制御回路が、タイマカウンタ回路のカウント値から、予め設定された第1の時間(CTO)、第2の時間(FTO)、第3の時間(RTO)のそれぞれを監視する比較回路の出力により、フレーム内における単位データの受信間隔が第1の時間を超過し、かつ第2の時間内に受信した場合に、対象通信フレーム内の単位データを破棄し、かつ、破棄されなかった通信フレームを受信する都度、第3の時間内に応答フレームの送信を行なう。このように、RTUモードによるModbus通信に必要な時間規定を監視し、時間規定違反検出時、不要な送受信データを破棄することにより、通信速度に対して処理能力の低いCPUを使用した場合でも、Modbus通信に必要な時間規定を満足する通信装置を実現することができる。また、少量のハードウエアを付加するだけで市販のUARTを使用でき、品質向上、および開発効率の向上をはかりながらModbus通信におけるRTUモードの実装を実現することができる。 According to the present invention, the control circuit monitors each of the preset first time (CTO), second time (FTO), and third time (RTO) from the count value of the timer counter circuit. When the reception interval of the unit data in the frame exceeds the first time and is received within the second time due to the output of the comparison circuit, the unit data in the target communication frame is discarded and discarded. Each time a communication frame that has not been received is received, a response frame is transmitted within the third time. In this way, even when a CPU having a low processing capability with respect to the communication speed is used by monitoring the time rule necessary for Modbus communication in the RTU mode and discarding unnecessary transmission / reception data when a time rule violation is detected, A communication device that satisfies the time rules required for Modbus communication can be realized. Also, a commercially available UART can be used with only a small amount of hardware added, and implementation of the RTU mode in Modbus communication can be realized while improving quality and improving development efficiency.
なお、本発明において、「受信した通信フレーム内における単位データのそれぞれのスタートビットを検出する毎にカウントを行うタイマカウンタ回路」は、例えば、図1に示す外部回路17のタイマカウント回路171に相当し、「前記タイマカウンタ回路のカウント値から、予め設定された前記第1の時間、前記第2の時間、前記第3の時間のそれぞれを監視する比較回路」は、例えば、図1に示す外部回路17のCTO設定超過比較回路173,FTO設定超過比較回路172,RTO設定超過比較回路174のそれぞれに相当する。また、「前記比較回路の出力により、前記フレーム内における単位データの受信間隔が前記第1の時間を超過し、かつ、前記第2の時間内に受信した場合に対象通信フレーム内の単位データを破棄し、かつ、前記通信フレームを破棄せずに受信する都度、前記第3の時間内に前記応答フレームの送信を行なう制御回路」は、例えば、図1に示す割込み制御回路14、21、22、23と、外部回路17のエラーフレーム検出回路175、受信マスク回路176と、CPU11とが協働して動作することにより実現される。
In the present invention, “a timer counter circuit that counts each time a start bit of unit data in a received communication frame is detected” corresponds to, for example, the
本発明において、割込み制御回路を更に備え、前記制御回路は、前記比較回路から出力される第1の時間超過検出信号と、第2の時間超過検出信号と、前記通信フレーム内における単位データの受信完了検出信号とにより、前記第1の時間超過後であって前記第2の時間超過前にエラーフレームを検出すると前記割込み制御回路を起動し、前記割込み制御回路からの割込み処理要求に基づき、前記第2の時間が超過する前まで、以降受信した前記通信フレーム内における単位データを破棄するか、または受信しない処理を実行することを特徴とする。本発明によれば、第2の時間設定超過の他に、第1の時間設定超過、第3の時間設定超過、更にはエラーフレームの検出についても割込みで処理することにより、制御回路はこれらを常時監視する必要がなくなるため処理負荷が軽減され、したがって、制御回路を処理能力の低いCPUで実現することができる。 The present invention further includes an interrupt control circuit, wherein the control circuit receives a first time excess detection signal, a second time excess detection signal output from the comparison circuit, and unit data in the communication frame. When an error frame is detected after the first time is exceeded and before the second time is exceeded by a completion detection signal, the interrupt control circuit is activated, and based on the interrupt processing request from the interrupt control circuit, Until the second time is exceeded, the unit data in the communication frame received thereafter is discarded or a process of not receiving is executed. According to the present invention, in addition to the second time setting exceeded, the first time setting exceeded, the third time setting exceeded, and even the detection of an error frame is processed by interruption, so that the control circuit handles these. Since it is not necessary to constantly monitor, the processing load is reduced. Therefore, the control circuit can be realized by a CPU having a low processing capability.
本発明において、前記制御回路は、前記比較回路から出力される第3の時間超過検出信号に基づき、前記通信フレーム内における単位データの外部への送信を制限することを特徴とする。本発明によれば、不要なデータの送信機会が少なくなるため、その分だけ制御回路の処理負荷を軽減することができる。 In the present invention, the control circuit restricts transmission of unit data to the outside in the communication frame based on a third time excess detection signal output from the comparison circuit. According to the present invention, since there are fewer opportunities to transmit unnecessary data, the processing load on the control circuit can be reduced accordingly.
本発明において、メモリおよびDMAコントローラを更に備え、前記制御回路は、前記比較回路により前記第1の時間超過間検出信号が出力されたときに応答フレームの作成を行なって前記メモリにストアしておき、前記比較回路により前記第2の時間超過検出信号が出力されたときに前記エラーフレームを検出していなければ、前記DMAコントローラに対して前記応答フレームの送信要求を出力することを特徴とする。本発明によれば、第2の時間設定と第3の時間設定の時間差が短く、時間規定に対して処理能力が不足するCPUを制御回路に使用した場合、制御回路は、第1の時間超過の検出時点で応答フレームの作成を開始してメモリに保存しておき、第2の時間超過検出時点でDMAコントローラを起動してメモリから送信データを転送する構成とすることにより、応答フレーム送信までの処理の効率化を実現できる。 In the present invention, it further comprises a memory and a DMA controller, and the control circuit creates a response frame and stores it in the memory when the comparison circuit outputs the first excess time detection signal. If the error frame is not detected when the second time excess detection signal is output by the comparison circuit, a response frame transmission request is output to the DMA controller. According to the present invention, when a CPU having a short time difference between the second time setting and the third time setting and having insufficient processing capacity for the time specification is used for the control circuit, the control circuit causes the first time excess. Response frame transmission is started by creating a response frame at the time of detection and storing it in the memory, and starting the DMA controller at the second time excess detection time to transfer transmission data from the memory. The efficiency of the process can be realized.
本発明において、レジスタインタフェース回路を更に備え、前記制御回路は、前記レジスタインタフェース回路に割当てられた所定のレジスタに一定の値を書き込むことにより、前記比較回路によるそれぞれの時間監視の有効無効を制御することを特徴とする。本発明によれば、レジスタインタフェース回路により、比較回路に対してそれぞれの時間監視を個別にイネーブル制御を行うことにより、時間規定が無い場合にも対応することができる。 In the present invention, a register interface circuit is further provided, and the control circuit controls the validity / invalidity of each time monitoring by the comparison circuit by writing a constant value in a predetermined register assigned to the register interface circuit. It is characterized by that. According to the present invention, it is possible to cope with a case where there is no time regulation by individually enabling control of each time monitoring for the comparison circuit by the register interface circuit.
本発明によれば、通信速度に対して処理能力の低いCPUを使用した場合でも、RTUモードによるModbus通信に必要な時間規定を満足する通信装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a communication device that satisfies the time regulation necessary for Modbus communication in the RTU mode even when a CPU having a low processing capacity with respect to the communication speed is used.
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための実施の形態(以下、単に本実施形態という)について詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment for carrying out the present invention (hereinafter simply referred to as the present embodiment) will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
(実施形態1の構成)
図1は、本実施形態1に係る通信装置10の構成を示すブロック図である。図1に示すように本実施形態1に係る通信装置10は、図6に示す従来のRTUモードによるModbus通信を行う通信装置100に、割込み制御回路21,22,23を周辺LSIとして付加した。また、従来の通信装置100が有する外部回路170に、少量のハードウエアを付加して外部回路17として示し、更に、レジスタインタフェース回路150に割当てるレジスタの数を増やしてレジスタインタフェース回路15として示してある。
(Configuration of Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a communication device 10 according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the communication apparatus 10 according to the first embodiment has interrupt
具体的に、本実施形態1に係る通信装置10は、CPU11と、メモリ12、UART13、割込み制御回路14、21,22,23、レジスタインタフェース回路15から成る周辺LSIとが、アドレス、データ、コントロールのためのラインが複数本で構成されるバス18を介して共通接続されている。UART13は、更に外部通信インタフェース回路16に接続され、この外部通信インタフェース回路16を介して外部と通信フレームの送受信を行う。
Specifically, in the communication apparatus 10 according to the first embodiment, the
割込み制御回路14は、設定されたFTO時間を超過するとCPU11にFTO超過割込み信号を出力するもので、この割込み制御回路14には、外部回路17が接続されている。割込み制御回路21は、エラーフレームを受信するとCPU11にエラーフレーム割込み信号を出力するもので、この割込み制御回路21には、外部回路17が接続されている。割込み制御回路22は、設定されたCTO時間を超過するとCPU11にCTO超過割込み信号を出力するもので、この割込み制御回路22には、外部回路17が接続されている。割込み制御回路23は、設定されたRTOを超過するとCPU11にRTO超過割込み信号を出力するもので、この割込み制御回路23には、外部回路17が接続されている。
The interrupt
外部回路17は、タイマカウンタ回路171と、FTO設定超過比較回路172の他に、CTO設定超過比較回路173、RTO設定超過比較回路174、エラーフレーム検出回路175、受信マスク回路176、送信マスク回路177を含み構成される。また、レジスタインタフェース回路15には、FTO設定レジスタ151と時間計測イネーブルレジスタ152の他に、新たに、CTO設定レジスタ153、RTO設定レジスタ154、カウンタクリアレジスタ155が所定の領域に割当てられており、ここに所定の値がCPU11によりプログラマブルに書き込まれる構成になっている。
In addition to the
図1によれば、CTO設定超過比較回路173には、タイマカウンタ回路171によりカウントされるカウント値と、CTO設定レジスタ153に設定された値と、時間計測イネーブルレジスタ152に設定された値とが入力され、その出力は、エラーフレーム検出回路175、およびCTO設定超過のための割込みを発する割込み制御回路22に出力される構成になっている。また、RTO設定超過比較回路174には、タイマカウンタ回路171によりカウントされるカウント値と、RTO設定レジスタ154に設定された値と、時間計測イネーブルレジスタ152に設定された値とが入力され、その出力は、送信マスク回路177およびRTO設定超過のための割込みを発する割込み制御回路23に出力される構成になっている。
According to FIG. 1, the CTO setting
エラーフレーム検出回路175は、エラーフレームを検出すると、そのことを割込み制御回路21、および受信マスク回路176に通知する。受信マスク回路176は、外部通信インタフェース回路16から受信信号を取得し、エラーフレーム検出回路175からエラーフレーム検出信号を受けると、CPU11による制御の下、FTO超過前までの受信した通信フレーム内におけるキャラクタデータを破棄するか、または受信しない処理を実行する。具体的には、CPU11が、既に受信され、メモリ12に転送されたデータ、またはUART13が内蔵するバッファ(図示省略)に保存されたデータを破棄する処理を実行するか、受信マスク回路176により、エラーフレーム発生後のデータを受信しない処理を実行する。送信マスク回路177は、UART13から送信データを取得し、CPU11による制御の下、RTO設定超過比較回路174のRTO信号により通信フレーム内におけるキャラクタデータの外部への送信を制限する。
When the error
(実施形態1の動作)
以下、本実施形態1に係る通信装置10の動作について詳細に説明する。まず、正常フレーム送受信時の動作から説明する。CPU11は、まず、バス18を介し、レジスタインタフェース回路15のCTO設定レジスタ153に「キャラクタ時間+CTO時間」を、FTO設定レジスタ151に、「キャラクタ時間+FTO時間」を、RTO設定レジスタ154に、「キャラクタ時間+RTO時間」をそれぞれ設定する。CPU11はまた、バス18を介して、時間計測イネーブルレジスタ152に時間計測を許可する値(“1”)を設定する。
(Operation of Embodiment 1)
Hereinafter, the operation of the communication apparatus 10 according to the first embodiment will be described in detail. First, the operation at the time of normal frame transmission / reception will be described. First, the
一方、外部通信インタフェース回路16は、外部から通信フレームを受信すると、受信信号を生成して外部回路17のタイマカウンタ回路171、および受信マスク回路176に出力する。受信マスク回路176は、受信信号を受信すると、受信データをUART13へ出力する。UART13は、その受信データを内蔵バッファに蓄積する。また、UART13は必要に応じてCPU11に対して割込みを発し、これを受けたCPU11は、その割込みからUART13内に蓄積されたデータをバス18経由でメモリ12に移動する。
On the other hand, when receiving a communication frame from the outside, the external
タイマカウンタ回路171は、受信信号からキャラクタのスタートビットを検出すると、その都度、内部のカウンタをクリアしてカウントアップ動作を開始する。タイマカウンタ回路171は、カウンタ値が最大値に達すると、最大値を保持したままカウントアップを停止する。タイマカウンタ回路171は、内部カウンタの値をCTO設定超過比較回路173、FTO設定超過比較回路172、RTO設定超過比較回路174に出力する。
Whenever the
ここで、CTO設定超過比較回路173は、時間計測イネーブル信号が“1”であって、カウント値≦CTO設定値の場合、CTO時間内であることを示すCTO信号として“0”(CTO時間以下)を割込み制御回路22、およびエラーフレーム検出回路175に出力する。一方、カウント値>CTO設定値の場合、CTO時間超過を示すCTO信号(第1の時間超過検出信号)として、“1”を割込み制御回路22、およびエラーフレーム検出回路175に出力する。なお、時間計測イネーブル信号が“0”の場合は、CTO信号として常時“1”を出力する。割込み制御回路22は、CTO信号が“0”から“1”に変化した場合、CPU11にCTO割込み信号として“1”を出力する。また、割込み制御回路22は、CPU11からのレジスタライトにより、CTO割込み信号をクリア(“0”)する。
Here, when the time measurement enable signal is “1” and the count value ≦ the CTO setting value, the CTO setting
CTO設定超過比較回路173が、受信フレーム(スタートビット)からキャラクタ時間+CTO時間の経過を検出することにより、割込み制御回路22を経由してCTO割込み信号に“1”が出力される。CPU11は、CTO割込み信号を検出することで、CTO時間超過を認識して応答フレーム送信の準備を開始する。なお、CTO時間経過後も、タイマカウンタ回路171の内部カウンタはカウントアップを継続している。
When the CTO setting
また、FTO設定超過比較回路172は、時間計測イネーブル信号が“1”であって、カウント値≦FTO設定値の場合、FTO信号として、割込み制御回路14およびエラーフレーム検出回路175に、FTO時間内であることを示す“0”を出力する。一方、カウント値>FTO設定値の場合、FTO信号(第2の時間超過信号)として、割込み制御回路14およびエラーフレーム検出回路175に、FTO時間超過を示す“1”を出力する。なお、時間計測イネーブル信号が“0”の場合は、FTO信号として常時“0”を出力する。
Further, the FTO setting
割込み制御回路14は、FTO信号の“0”から“1”への変化を検出した場合、CPU11にFTO割込み信号として“1”を出力する。また、割込み制御回路14は、CPU11からのレジスタライトにより、FTO割込み信号をクリア(“0”)する。このように、受信フレーム(スタートビット)から「キャラクタ時間+FTO時間」の経過を検出し、上述の回路を経由してFTO割込み信号としてCPU11に“1”が出力される。CPU11は、FTO割込み信号の“1”を検出することによりFTO時間超過を検知し、応答フレームの送信処理を開始し、応答フレームをUART13に転送する。なお、FTO時間経過後も、タイマカウンタ回路171の内部カウンタはカウントアップ動作を継続している。
When detecting the change of the FTO signal from “0” to “1”, the interrupt
続いて、UART13は、応答フレームを送信データとして、送信マスク回路177、およびタイマカウンタ回路171に送信データを出力する。送信マスク回路177は、送信データから送信信号を生成し、外部通信インタフェース回路16を介して不図示の外部機器へ応答フレームを送信する。タイマカウンタ回路171は、送信データのスタートビットを検出して内部カウンタの動作を停止する。
Subsequently, the
RTO設定超過比較回路174は、時間計測イネーブル信号が“1”であって、カウント値≦RTO設定値の場合、割込み制御回路23に、RTO時間内であることを示す“0”を出力する。カウント値>RTO設定値の場合、RTO時間超過を示す“1”をRTO信号(第3の時間超過信号)として割込み制御回路23に出力する。なお、時間計測イネーブル信号が“0”の場合は、割込み制御回路23にRTO信号として常時“0”を出力する。
When the time measurement enable signal is “1” and the count value ≦ the RTO setting value, the RTO setting excess comparison circuit 174 outputs “0” indicating that it is within the RTO time to the interrupt
応答フレームが正常に送信された場合、タイマカウンタ回路171の内部カウンタ値は、「キャラクタ時間+RTO時間」以内で停止しているため、RTO設定超過比較回路174の出力であるRTO信号として、RTO時間内であることを示す“0”が出力される。割込み制御回路23は、RTO信号の“0”から“1”への変化を検出した場合にRTO割込み信号としてCPU11に“1”を出力する。ここでは、正常フレーム送受信時の動作であるため、RTO信号は“0”、RTO割込み信号も“0”であるため、割込みは発生しない。
When the response frame is normally transmitted, the internal counter value of the
次にエラーフレーム受信時の動作について説明する。CTO時間経過後でFTO時間到達未満の場合、CTO設定超過比較回路173からCTO信号“1”が、FTO設定超過比較回路172からFTO信号“0”が出力される。このとき、エラーフレーム検出回路175は、CTO信号が“1“で、FTO信号が“0”の状態で、受信信号のキャラクタ(スタートビット)を検出すると、割込み制御回路21、および受信マスク回路176にエラーフレーム検出信号として“1”を出力する。なお、一度、エラーフレーム検出信号に“1”を出力すると、FTO信号“1”を検出するまでエラーフレーム検出信号として“1”の出力を継続する(FTO信号“1”を検出すると“0”を出力する)。
Next, the operation when receiving an error frame will be described. When the CTO time has passed and the FTO time is not reached, the CTO setting
割込み制御回路21は、エラーフレーム検出信号の“0”から“1”への変化を検出した場合にエラーフレーム割込み信号として“1”を出力する。また、割込み制御回路21は、CPU11からのレジスタライトにより、エラーフレーム割込み信号をクリア(“0”)する。CPU11は、エラーフレーム割込み信号“1”を検出することでエラーフレームの発生を検知し、エラーフレームを破棄するとともに、応答フレーム送信を実行しない。
The interrupt
エラーフレーム検出信号“1”を検出した受信マスク回路176は、エラーフレーム検出信号が“1”の間、受信信号に基づき受信フレームを破棄する、すなわちUART13に受信データを転送しない。このことにより、エラーフレーム検出以降の受信データの取得を制限することができる。
The
次に、応答フレームのタイムアウト検出時の動作について説明する。ここでは、RTO時間超過が検出されたと仮定し、RTO信号として割込み制御回路23にRTO時間超過を示す“1”を出力する。割込み制御回路23は、RTO信号の“0”から“1”への変化を検出した場合、CPU11に、RTO割込み信号“1”を出力する。また、割込み制御回路23は、CPU11からのレジスタライトにより、RTO割込み信号をクリア(“0”)する。
Next, an operation at the time of detecting a response frame timeout will be described. Here, assuming that the RTO time exceeded is detected, “1” indicating the RTO time exceeded is output to the interrupt
CPU11は、RTO割込み信号の“1”を検出することで、RTO時間超過を検知し、応答フレーム送信処理を実行している場合は中止する。
The
送信マスク回路177は、RTO信号の“1”(RTO時間超過)を検出すると、RTO信号が“1”の間、UART13からの送信データを破棄して外部通信インタフェース回路16へ出力される送信信号を生成しない。この処理により、既にCPU11からUART13に応答フレームが転送されてしまっている場合でも、RTO時間経過後に送信データを外部通信信号として出力されることを回避している。CPU11は、UART13に内蔵されたバッファ(送信用)が空であることを検出し、RTO時間経過後、送信すべきでない応答フレームが破棄されたことを確認する。
When the
CPU11は、バス18を介してカウンタクリアレジスタ155にカウンタクリアデータをライトする。カウンタクリアレジスタ155は、カウンタクリアデータのライトを検出すると、タイマカウンタ回路171にカウンタクリア要求として“1”を出力する。タイマカウンタ回路171は、カウンタクリア信号の“1”を検出すると、タイマカウンタ回路171に内蔵されているカウンタをクリアする(ゼロ設定)。この動作により回路全体がアイドル状態に戻る。
The
(実施形態1の効果)
なお、上記した実施形態1に係る通信装置10は、通信フレーム(例えば、所定長のキャラクタデータ)内における所定の単位データ(例えば、キャラクタ)間の時間間隔を第1の時間(CTO)、通信フレームの最終の単位データと続く通信フレームの先頭の単位データとの間の時間間隔を第2の時間(FTO)、通信フレームを受信してから応答フレームを送信するまでの時間間隔を第3の時間(RTO)とした場合に、通信フレーム内における単位データの受信は第1の時間内であり、通信フレームと続く通信フレームとの間における単位データの受信は第2の時間を超過し、第3の時間内に応答フレームを送信する時間規定を満足する必要のある通信装置10に適用される。この通信装置10において、制御回路は、タイマカウンタ回路171のカウント値から、予め設定された第1の時間(CTO)、第2の時間(FTO)、第3の時間(RTO)のそれぞれを監視する比較回路172,173,174の出力により、通信フレーム内における単位データの受信間隔が第1の時間を超過し、かつ、第2の時間内に受信した場合に、対象となる通信フレーム内の単位データを破棄し、かつ、通信フレームを破棄せずに受信する都度、第3の時間内に応答フレームの送信を行なう。したがって、例えば、RTUモードによるModbus通信に必要な上記した時間規定を検出し、この時間規定違反を検出したとき不要な送受信データを破棄するCPU11と、このCPU11と協働して動作する外部回路17(制御回路)とにより上記した制御回路を実現することにより、通信速度に対して処理能力の低いCPU11を使用した場合でも、Modbus(RTUモード)通信に必要な時間規定を満足する回路を実現することができる。
(Effect of Embodiment 1)
The communication device 10 according to the first embodiment described above uses the first time interval (CTO) as the time interval between predetermined unit data (for example, characters) in a communication frame (for example, predetermined length character data). The time interval between the last unit data of the frame and the first unit data of the following communication frame is the second time (FTO), and the time interval from the reception of the communication frame to the transmission of the response frame is the third time interval. In the case of time (RTO), the reception of the unit data in the communication frame is within the first time, the reception of the unit data between the communication frame and the subsequent communication frame exceeds the second time, This is applied to the communication apparatus 10 that needs to satisfy the time rule for transmitting the response frame within the time of 3. In this communication apparatus 10, the control circuit monitors each of the preset first time (CTO), second time (FTO), and third time (RTO) from the count value of the
(実施形態2の構成)
図2は、本実施形態2に係る通信装置10の構成を示すブロック図である。図1に示す実施形態1との構成上の差異は、バス18に、更にDMA(Dynamic Memory Access)コントローラ24を接続してCPU11の負荷軽減をはかったことにある。このため、外部回路17に、DMAコントローラ24を起動するDMAC起動制御回路178を付加した。このDMAC起動制御回路178には、FTO設定超過比較回路172出力、およびエラーフレーム検出回路175出力が接続される。
(Configuration of Embodiment 2)
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of the communication apparatus 10 according to the second embodiment. A difference in configuration from the first embodiment shown in FIG. 1 is that a load is reduced on the
また、時間規定が無い場合(設定時間が∞)の対応として、レジスタインタフェース回路15に、時間計測イネーブルレジスタ152に代わって、RTO計測イネーブルレジスタ152a、FTO計測イネーブルレジスタ152b、CTO計測イネーブルレジスタ152cのそれぞれを割当て、それぞれの時間計測を個別にON/OFFできるように構成した。
Further, as a response to the case where there is no time regulation (the set time is ∞), the
(実施形態2の動作)
DMAコントローラ起動信号の生成時間規定に対してCPUの処理能力が十分高い場合は図1に示す実施形態1の構成で問題はないが、CPU11として、FTO時間とRTO時間の時間差が短く、処理能力が不足するタイプのものを使用することが考えられる。この場合、CPU11は、CTO時間検出時点で応答フレームの作成を開始して予めメモリ12に保存しておき、FTO時間検出時点でDMAコントローラ24を起動し、メモリ12からUART13へ送信データを転送する機構を設けることで、応答フレーム送信までの処理の効率化を実現することができる。
(Operation of Embodiment 2)
When the CPU processing capacity is sufficiently high with respect to the generation time regulation of the DMA controller activation signal, there is no problem with the configuration of the first embodiment shown in FIG. 1, but the
具体的に、UART13が通信フレームを受信し、CTO設定超過比較回路173がCTO設定超過を検出すると、割込み制御回路22によりCTO割込み信号がアサートされる。これを受けたCPU11は、受信した通信フレームに対応した応答フレームを生成し、メモリ12の所定の領域に格納しておく。次に、FTO設定超過比較回路172がFTO設定超過を検出すると、FTO信号“1”が生成され、このFTO信号は、割込み制御回路14の他に外部回路17のDMAC起動制御回路178にも出力される。DMAC起動制御回路178には、他にエラーフレーム検出回路175からエラーフレーム検出信号も入力されている。
Specifically, when the
DMAC起動制御回路178は、FTO信号が“1”で、エラーフレーム検出信号が“0”の場合、DMAC起動信号として“1”を出力してDMAコントローラ24を起動する。また、エラーフレーム検出信号が“1”の場合、DMAC起動信号として“0”を出力し、DMAコントローラ24を起動しない。すなわち、外部回路17は、エラーフレームを検出していない場合にDMAコントローラ24を起動し、エラーフレームを検出した場合はDMAコントローラ24を起動しない。
When the FTO signal is “1” and the error frame detection signal is “0”, the DMAC
DMAコントローラ24は、外部回路17のDMA起動制御回路178によって出力されるDMAC起動信号の“1”を検出すると、CPU11が予め生成し、メモリ12に格納してある応答フレームをメモリ12から読み出し、UART13へ転送する。このことにより、FTO時間とRTO時間の設定時間差が短く、CPU11の処理能力が不足する場合でも、応答フレーム送信までの処理効率の向上がはかれる。
When the
一方、時間規定が無い場合(設定時間が∞)、CPU11は、レジスタインタフェース回路15の所定の領域に割当てられた、RTO計測イネーブルレジスタ152a、FTO計測イネーブルレジスタ152b、CTO計測イネーブルレジスタ152cのそれぞれに対して“0”を設定する。このことにより、FTO信号、RTO信号がアサートされることはなく(常時“0”出力、かつ、CTO信号は常時“1”出力)、時間規定を起点とした動作は発生しないため、時間規定無しの動作を実現することができる。
On the other hand, when there is no time regulation (set time ∞), the
(実施形態2の効果)
上記した実施形態2に係る通信装置10によれば、第2の時間設定(FTO)と第3の時間設定(RTO)の時間差が短く、時間規定に対して処理能力が不足するCPU11を制御回路として使用した場合、その制御回路は、第1の時間超過の検出時点で応答フレームの作成を開始してメモリ12に保存しておき、第2の時間超過検出時点でDMAコントローラ24を起動してメモリ12から送信データを転送する構成とすることにより、応答フレーム送信までの処理の効率化を実現できる。また、レジスタインタフェース回路15により、FTO設定超過比較回路172、CTO設定超過比較回路173、RTO設定超過比較回路174に対してそれぞれの時間監視を個別にイネーブル制御を行うことにより、時間規定が無い場合にも対応することができる。
(Effect of Embodiment 2)
According to the communication device 10 according to the second embodiment described above, the
以上説明のように本発明によれば、通信速度に対して処理能力の低いCPU11を使用した場合でも、RTUモードによるModbus通信に必用な時間規定を満足する通信装置10を提供することができる。なお、本実施形態1,2に係る通信装置10によれば、フィールド機器に適用する場合を例示して説明したが、フィールド機器によらず、RTUモードでのModbus通信を実装する機器の全てに適用が可能である。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide the communication device 10 that satisfies the time rule necessary for Modbus communication in the RTU mode even when the
また、Modbus通信を実現するための回路を新規に開発する方法も考えられるが、Modbus通信をサポートする場合、ASCIIモードとRTUモードの双方を実装する必要がある。ここで、ASCIIモードは既存のUARTで実現できるため、ASCIIモードの実装は既存のUARTをそのまま利用することで品質向上、および開発効率向上を実現する。一方、RTUモードも、時間規定以外はASCIIモードと同様であるため、既存のUARTに外部回路を付加する構成とすることで、品質向上、および開発効率向上を実現できる。 A method for newly developing a circuit for realizing Modbus communication is also conceivable. However, when supporting Modbus communication, it is necessary to implement both the ASCII mode and the RTU mode. Here, since the ASCII mode can be realized by the existing UART, the implementation of the ASCII mode can improve the quality and the development efficiency by using the existing UART as it is. On the other hand, since the RTU mode is the same as the ASCII mode except for the time regulation, the quality and the development efficiency can be improved by adding an external circuit to the existing UART.
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されないことは言うまでもない。上記実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。またその様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was explained in full detail, it cannot be overemphasized that the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the above-described embodiments. Further, it is apparent from the scope of the claims that the embodiments added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.
10…通信装置、11…CPU、12…メモリ、13…UART、14,21,22,23…割込み制御回路、15…レジスタインタフェース回路、16…外部通信インタフェース回路、17…外部回路、18…バス、24…DMAコントローラ、151…FTO設定レジスタ、152a…RTO計測イネーブルレジスタ、152b…FTO計測イネーブルレジスタ、152c…CTO計測イネーブルレジスタ、153…CTO設定レジスタ、154…RTO設定レジスタ、155…カウンタクリアレジスタ、171…タイマカウンタ回路、172…FTO設定超過比較回路、173…CTO設定超過比較回路、174…RTO設定超過比較回路、175…エラーフレーム検出回路、176…受信マスク回路、177…送信マスク回路、178…DMAC起動制御回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Communication apparatus, 11 ... CPU, 12 ... Memory, 13 ... UART, 14, 21, 22, 23 ... Interrupt control circuit, 15 ... Register interface circuit, 16 ... External communication interface circuit, 17 ... External circuit, 18 ...
Claims (5)
受信した前記通信フレーム内における単位データを検出する毎にカウントを開始するタイマカウンタ回路と、
前記タイマカウンタ回路のカウント値から、予め設定された前記第1の時間、前記第2の時間、前記第3の時間のそれぞれを監視する比較回路と、
前記比較回路の出力により、前記フレーム内における単位データを受信した時間間隔が前記第1の時間を超過し、かつ前記第2の時間内に受信した場合に、対象通信フレーム内の前記単位データを破棄し、かつ、破棄されなかった通信フレームを受信する都度、前記第3の時間内に前記応答フレームの送信を行なう制御回路と、
を備えたことを特徴とする通信装置。 The time interval between predetermined unit data in the communication frame is a first time, the time interval between the last unit data of the communication frame and the first unit data of the following communication frame is a second time, and the communication frame is When the time from reception until transmission of the response frame is a third time, the unit data is received in the communication frame within the first time, and the communication frame is followed by the communication frame. Receiving the unit data during a period exceeding the second time, and transmitting the response frame within the third time,
A timer counter circuit that starts counting each time it detects unit data in the received communication frame;
A comparison circuit for monitoring each of the first time, the second time, and the third time set in advance from the count value of the timer counter circuit;
When the time interval at which the unit data in the frame is received exceeds the first time and is received within the second time by the output of the comparison circuit, the unit data in the target communication frame is A control circuit that transmits the response frame within the third time each time it receives a communication frame that is discarded and not discarded;
A communication apparatus comprising:
前記制御回路は、
前記比較回路から出力される第1の時間超過検出信号と、第2の時間超過検出信号と、前記通信フレーム内における単位データの受信完了検出信号とにより、前記第1の時間超過後であって前記第2の時間超過前にエラーフレームを検出すると前記割込み制御回路を起動し、前記割込み制御回路からの割込み処理要求に基づき、前記第2の時間が超過する前まで、以降受信した前記通信フレーム内における単位データを破棄するか、または受信しない処理を実行することを特徴とする請求項1記載の通信装置。 An interrupt control circuit;
The control circuit includes:
After the first time is exceeded by the first time excess detection signal, the second time excess detection signal, and the reception completion detection signal of the unit data in the communication frame, which are output from the comparison circuit. When an error frame is detected before the second time is exceeded, the interrupt control circuit is activated, and the communication frame received thereafter until the second time is exceeded based on an interrupt processing request from the interrupt control circuit. The communication apparatus according to claim 1, wherein unit data in the network is discarded or not received.
前記比較回路から出力される第3の時間超過検出信号に基づき、前記通信フレーム内における単位データの外部への送信を制限することを特徴とする請求項1または2記載の通信装置。 The control circuit includes:
3. The communication apparatus according to claim 1, wherein transmission of unit data to the outside in the communication frame is limited based on a third time excess detection signal output from the comparison circuit.
前記制御回路は、
前記比較回路により前記第1の時間超過間検出信号が出力されたときに応答フレームの作成を行なって前記メモリにストアしておき、前記比較回路により前記第2の時間超過検出信号が出力されたときに前記エラーフレームを検出していなければ、前記DMAコントローラに対して前記応答フレームの送信要求を出力することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の通信装置。 A memory and a DMA controller;
The control circuit includes:
When the comparison circuit outputs the first time excess detection signal, a response frame is created and stored in the memory, and the comparison circuit outputs the second time detection signal. 4. The communication device according to claim 1, wherein if the error frame is not detected, a transmission request for the response frame is output to the DMA controller. 5.
前記制御回路は、
前記レジスタインタフェース回路に割当てられた所定のレジスタに一定の値を書き込むことにより、前記比較回路によるそれぞれの時間監視の有効無効を制御することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項記載の通信装置。 It has a register interface circuit,
The control circuit includes:
5. The validity / invalidity of each time monitoring by the comparison circuit is controlled by writing a fixed value in a predetermined register assigned to the register interface circuit. Communication equipment.
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JP2017530632A (en) * | 2014-09-25 | 2017-10-12 | マイクロ モーション インコーポレイテッド | Stack timing adjustment for serial communication |
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