JP2018129699A - 通信処理回路、データ通信装置、および受信データバッファリング方法 - Google Patents

通信処理回路、データ通信装置、および受信データバッファリング方法 Download PDF

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Abstract

【課題】特定の通信チャネルに通信負荷が集中するような場合でも、比較的小さい記憶容量の受信バッファで高い信頼性を得る。【解決手段】通信処理回路11に、複数の通信チャネルを介してデータを受信する通信制御回路12と、複数の記憶領域を有し、通信制御回路12で受信した受信データを記憶領域で一時保存する受信バッファ13とを備え、通信制御回路12が、通信チャネルの受信データを保存するためのデータ保存領域13Sとして、通信チャネルでのデータ受信状況に応じて記憶領域の一部からなる浮動保存領域13Yを通信チャネルごとに動的に割り当てる。【選択図】 図1

Description

本発明は、受信データを受信バッファに一時保存するための受信データバッファリング技術に関する。
プラント、ビル、工場などの大規模施設では、各種の設備機器との間でデータ通信を行うことにより、これら設備機器を管理するシステムである。このような管理システムでは、各設備機器から不定期でデータが送信されるため、産業用コントローラなどのデータ通信装置は、これらデータを取りこぼさないように、設備機器からデータが送信された場合、直ちにデータの受信処理を行う必要がある。しかし、データ通信装置では、通常、データ通信以外にも多数のソフトウェア処理を並行して実行しているため、データ受信処理を直ちに実行できない場合もある。
従来、このような問題点を解決するため、データ通信装置の通信処理回路に受信バッファを設けて、設備機器からのデータをハードウェア処理により一時的に受信バッファでバッファリングしておく技術が提案されている(例えば、特許文献1など参照)。これにより、直ちにデータの受信処理を行えない場合でも、受信バッファにデータがバッファリングされるため、データの取りこぼしを回避することができる。
特開2016−178476号公報
このような従来技術によれば、受信バッファの記憶容量が大きいほど、多くの受信データをバッファリングすることができるため、設備機器とのデータ通信に関する信頼性を向上させることができる。また、配下に多数の設備機器が接続される場合には、1つのデータ通信装置に複数の通信チャネルを備えることになる。
したがって、複数の通信チャネルを持つデータ通信装置において高い信頼性を得るためには、通信チャネルごとに記憶容量の大きな受信バッファを設ける必要があるため、受信バッファを構成する半導体メモリが大型化して、製品コストが上昇するという問題点があった。また、各受信バッファは通信チャネルごとに専用となるため、特定の通信チャネルにだけ通信負荷が集中するような場合でも、他の通信チャネルの受信バッファを利用できず、受信データの取りこぼしが発生する恐れもあった。
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、特定の通信チャネルに通信負荷が集中するような場合でも、比較的小さい記憶容量の受信バッファで高い信頼性が得られる受信データバッファリング技術を提供することを目的としている。
このような目的を達成するために、本発明にかかる通信処理回路は、複数の通信チャネルを介してデータを受信する通信制御回路と、前記通信制御回路で受信した受信データを一時保存する受信バッファとを備え、前記通信制御回路は、前記通信チャネルの受信データを前記受信バッファに一時保存する際、前記受信バッファが有する複数の記憶領域から前記通信チャネルでのデータ受信状況に応じた数の記憶領域を選択し、前記通信チャネルの受信データを保存するためのデータ保存領域として前記通信チャネルごとに動的に割り当てるようにしたものである。
また、本発明にかかる上記通信処理回路の一構成例は、前記通信制御回路が、前記受信バッファが有する前記複数の記憶領域を、第1の記憶領域と第2の記憶領域とに分割し、前記第1の記憶領域から前記通信チャネルごとに設定されている数の記憶領域を選択して前記通信チャネルの前記データ保存領域の一部として予め固定的に割り当てておき、前記受信データを前記受信バッファに一時保存する際、前記第2の記憶領域から前記通信チャネルでのデータ受信状況に応じた数の記憶領域を選択して前記通信チャネルの前記データ保存領域の一部として動的に割り当てるようにしたものである。
また、本発明にかかるデータ通信装置は、前述したいずれかの通信処理回路により複数の通信チャネルを介してデータを送受信するデータ通信装置である。
また、本発明にかかる受信データバッファリング方法は、通信制御回路が、複数の通信チャネルを介してデータを受信する通信制御ステップと、受信バッファが、前記通信制御回路で受信した受信データを一時保存する受信データ保存ステップとを備え、前記通信制御ステップは、前記通信チャネルの受信データを前記受信バッファに一時保存する際、前記受信バッファが有する複数の記憶領域から前記通信チャネルでのデータ受信状況に応じた数の記憶領域を選択し、前記通信チャネルの受信データを保存するためのデータ保存領域として前記通信チャネルごとに動的に割り当てる動的割当ステップを有するものである。
また、本発明にかかる上記受信データバッファリング方法の一構成例は、前記通信制御ステップが、前記受信バッファが有する前記複数の記憶領域を、第1の記憶領域と第2の記憶領域とに分割するステップと、前記第1の記憶領域から前記通信チャネルごとに設定されている数の記憶領域を選択して前記通信チャネルの前記データ保存領域の一部として予め固定的に割り当てる固定割当ステップとをさらに備え、前記動的割当ステップは、前記受信データを前記受信バッファに一時保存する際、前記第2の記憶領域から前記通信チャネルでのデータ受信状況に応じた数の記憶領域を選択して前記通信チャネルの前記データ保存領域の一部として動的に割り当てるステップを有するものである。
本発明によれば、各通信チャネルに対して記憶領域を固定的に割り当てる場合と比較して、受信バッファのうち未使用の記憶領域を各通信チャネルで融通することができ、受信バッファの記憶領域を効率よく使用することが可能となる。これにより、特定の通信チャネルに通信負荷が集中したような場合でも、受信データの取りこぼしを抑制でき、比較的小さい記憶容量の受信バッファで、高い信頼性を得ることが可能となる。
データ通信装置の構成を示すブロック図である。 受信バッファ記憶領域の動的割当例である。 受信バッファ記憶領域の固定割当例である。 受信データ保存処理を示すフローチャートである。 受信データ読出処理を示すフローチャートである。
次に、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
[データ通信装置]
まず、図1を参照して、本実施の形態にかかるデータ通信装置10について説明する。図1は、データ通信装置の構成を示すブロック図である。
このデータ通信装置10は、例えば、プラント、ビル、工場などの大規模施設の管理システムで用いられる産業用コントローラなど、複数の通信チャネルを介してデータ通信を行う装置である。
データ通信装置10には主な回路部として、通信処理回路11とデータ処理回路14とが設けられている。
通信処理回路11は、全体としてFPGA(Field-Programmable Gate Array)などの集積回路からなり、複数の通信チャネルを介してデータを受信する通信制御回路12と、複数の記憶領域を有し、通信制御回路12で受信した受信データを記憶領域で一時保存する受信バッファ13とを備えている。
データ処理回路14は、CPUなどの演算処理回路からなり、通信処理回路11の受信バッファ13から任意の通信チャネルに関する受信データを読み出して演算処理する機能と、演算処理して得られた任意の通信チャネルに関する送信データを通信処理回路11から送信する機能とを有している。
[通信処理回路]
次に、図1を参照して、本実施の形態にかかる通信処理回路11について詳細に説明する。以下では、通信処理回路11がCH1,CH2,CH3,CH4からなる4つの通信チャネルを介してデータを送受信する場合を例として説明するが、チャネル数について4に限定されるものではなく、2以上であれば本実施の形態と同様の作用効果が得られる。
受信バッファ13は、例えばFPGAの内部メモリ、あるいはFPGAに外部接続されたデュアルポートの半導体メモリ(RAM)からなり、予めアドレスごとに一定のバイト数を持つ複数の記憶領域が設けられている。また、受信バッファ13には、通信制御回路12からの制御信号に応じて記憶領域の一部が選択されることにより、通信チャネルCHn(n=1〜4の整数)ごとに、通信制御回路12で受信した受信データを一時保存するためのデータ保存領域13Sが設けられる。
通信制御回路12は、受信バッファ13が有する複数の記憶領域を、予め設定されている分割情報に基づいて、固定記憶領域(第1の記憶領域)13Aと浮動記憶領域(第2の記憶領域)13Bとに分割する機能と、固定記憶領域13Aから通信チャネルCHnごとに予め設定されている数の記憶領域を選択して、通信チャネルCHnのデータ保存領域の一部、すなわち固定保存領域13Xとして予め固定的に割り当てる機能と、受信データを受信バッファ13に一時保存する際、浮動記憶領域13Bから通信チャネルCHnでのデータ受信状況に応じた数の記憶領域を選択して通信チャネルCHnのデータ保存領域の一部、すなわち浮動保存領域13Yとして動的に割り当てる機能とを有している。
これにより、通信チャネルCHnのデータ保存領域は、固定数の記憶領域からなる固定保存領域13Xと、通信チャネルCHnでのデータ受信状況に応じて変化する数の記憶領域からなる浮動保存領域13Yとから構成されることになる。
なお、固定記憶領域13Aを設けず、受信バッファ13のすべての記憶領域を浮動記憶領域13Bとしてもよい。この場合、各通信チャネルのデータ保存領域は、すべて浮動保存領域13Yとなる。
図2は、受信バッファ記憶領域の動的割当例である。ここでは、記憶領域として、M1−1からM10−10まで100個の記憶領域が受信バッファ13に設けられているものとし、このうち、M1−1からM4−10までの40個の記憶領域が固定記憶領域13Aとして設定されており、M5−1からM10−10までの60個の記憶領域が浮動記憶領域13Bとして設定されている。
ここでは、4つの通信チャネルCH1〜CH4に対して固定記憶領域13Aが均等に分割されて割り当てるものとし、通信チャネルCH1〜CH4のデータ保存領域13Sに対してそれぞれ10個ずつ、記憶領域M1−1〜M1−10,M2−1〜M2−10,M3−1〜M3−10,M4−1〜M4−10が固定保存領域13Xとして割り当てられている。固定保存領域13Xについては、通信チャネルCH1〜CH4間で均等でなくてもよく、受信データの頻度やサイズに応じて任意に設定しておけばよい。
また、図2の例では、ある時点における通信チャネルCH1〜CH4のデータ受信状況に基づいて、浮動記憶領域13Bの一部が浮動保存領域13Yとしてデータ保存領域13Sに割り当てられている。具体的には、CH1に対して3つの記憶領域M5−1〜M5−3が浮動保存領域13Yとして割り当てられており、CH2に対して4つの記憶領域M5−4〜M5−7が浮動保存領域13Yとして割り当てられている。また、CH3に対して3つの記憶領域M5−8〜M5−10が浮動保存領域13Yとして割り当てられており、CH4に対して2つの記憶領域M6−1〜M6−2が浮動保存領域13Yとして割り当てられている。
これにより、受信バッファ13のうち未使用の記憶領域を各通信チャネルで融通することができ、1つの通信チャネルにおいて、最大で70個の記憶領域を用いることができる。したがって、特定の通信チャネルに通信負荷が集中したような場合でも、受信データの取りこぼしを抑制でき、比較的小さい記憶容量の受信バッファ13で、高い信頼性を得ることが可能となる。
図3は、受信バッファ記憶領域の固定割当例である。ここでは、記憶領域として、図2と同様にM1−1からM10−10まで100個の記憶領域が受信バッファに設けられているものとし、これらが4等分されて、通信チャネルCH1〜CH4に対してそれぞれ25個ずつ、記憶領域M1−1〜M3−5,M3−6〜M5−10,M6−1〜M8−5,M8−6〜M10−10が固定保存領域として割り当てられている。
この場合には、任意の通信チャネルのデータ保存領域で記憶容量が足りなくなった場合には、未使用の記憶領域を融通することができず、受信データの取りこぼしが発生することになる。したがって、図2と同様の性能を得るためには、通信チャネルごとに70個の記憶領域を用意しておく必要があり、受信バッファ全体で280個の記憶領域が必要となる。
[本実施の形態の動作]
次に、本実施の形態にかかる通信処理回路11の動作について、受信データの保存処理と読出処理とについてそれぞれ説明する。
[受信データ保存処理]
まず、図4を参照して、本実施の形態にかかる通信処理回路11での[受信データ保存処理について説明する。図4は、受信データ保存処理を示すフローチャートである。
通信制御回路12は、任意の通信チャネルCHnでのデータ(パケット)受信に応じて、図4の受信データ保存処理を実行する。
通信制御回路12は、まず、任意の通信チャネルCHnからデータを受信し(ステップ100)、得られた受信データについてCRC(Cyclic Redundancy Check)などのエラーチェックを行う(ステップ101)。この際、エラーが確認された場合、再送などのエラー制御を実行する。
一方、正常受信が確認された場合、通信制御回路12は、受信データのデータサイズに基づいて、受信バッファ13内に、受信データを一時保存するためのCHnのデータ保存領域13Sを設定し(ステップ102)、設定したデータ保存領域13Sに受信データを保存し(ステップ103)、一連の受信データ保存処理を終了する。
この際、通信制御回路12は、まず、受信データのデータサイズDrと予めCHnに割り当てられている固定保存領域13Xからなる記憶容量Dxとを比較することにより、受信データの可否を確認する。ここで、Dr≦Dxであり保存できる場合には、CHnのデータ保存領域13Sとして、浮動保存領域13Yの動的割り当ては行わない。一方、Dr>Dxであり保存できない場合には、例えば不足分Dy=Dr−Dxの記憶領域を、CHnのデータ保存領域13Sとして浮動保存領域13Yを動的に割り当てる。
[受信データ読出処理]
次に、図5を参照して、本実施の形態にかかる通信処理回路11での受信データ読出処理について説明する。図5は、受信データ読出処理を示すフローチャートである。
通信制御回路12は、任意の通信チャネルCHnに関する受信データの読み出しに応じて、図5の受信データ読出処理を実行する。
通信制御回路12は、データ処理部14からの受信データへのアクセスを受け付けて(ステップ110)、受信バッファ13における、対応するCHnのデータ保存領域13Sに関する読出アドレスを設定する(ステップ111)。この際、通信制御回路12は、受信データ保存処理で割り当てたデータ保存領域13Sの割当状況に基づいてCHnのデータ保存領域13Sを確認し、浮動保存領域13Yを動的割り当てている場合には、この浮動保存領域13Yを含む読出アドレスを設定する。
この後、通信制御回路12は、設定した読出アドレスに保存されている受信データを受信バッファ13から読み出して、データ処理部14へ返送し(ステップ112)、データ処理部14からの読出完了に応じて(ステップ113)、CHnのデータ保存領域13Sのうち、動的割り当てていた浮動保存領域13Yの記憶領域があれば、これら記憶領域を未割当状態とすることにより、CHnのデータ保存領域13Sから開放し(ステップ114)、一連の受信データ読出処理を終了する。
[本実施の形態の効果]
このように、本実施の形態は、通信処理回路11に、複数の通信チャネルを介してデータを受信する通信制御回路12と、通信制御回路12で受信した受信データを一時保存する受信バッファ13とを備え、通信制御回路12が、通信チャネルの受信データを受信バッファ13に一時保存する際、受信バッファ13が有する複数の記憶領域から通信チャネルでのデータ受信状況に応じた数の記憶領域を選択し、通信チャネルの受信データを保存するためのデータ保存領域13Sとして通信チャネルごとに動的に割り当てるようにしたものである。
これにより、受信バッファ13において、通信チャネルの受信データを保存するためのデータ保存領域13Sとして、それぞれの通信チャネルでのデータ受信状況に応じて記憶領域の一部が通信チャネルごとに動的に割り当てることになる。このため、受信データのデータサイズの増減に応じた数の記憶領域がそれぞれの通信チャネルに割り当てられることになる。
したがって、各通信チャネルに対して記憶領域を固定的に割り当てる場合と比較して、受信バッファ13のうち未使用の記憶領域を各通信チャネルで融通することができ、受信バッファ13の記憶領域を効率よく使用することが可能となる。これにより、特定の通信チャネルに通信負荷が集中したような場合でも、受信データの取りこぼしを抑制でき、比較的小さい記憶容量の受信バッファ13で、高い信頼性を得ることが可能となる。
また、本実施の形態において、通信制御回路12が、受信バッファ13が有する複数の記憶領域を固定記憶領域13Aと浮動記憶領域13Bとに分割し、固定記憶領域13Aから通信チャネルごとに設定されている数の記憶領域を選択して通信チャネルのデータ保存領域13Sの一部として予め固定的に割り当てておき、受信データを受信バッファ13に一時保存する際、浮動記憶領域13Bから通信チャネルでのデータ受信状況に応じた数の記憶領域を選択して通信チャネルのデータ保存領域13Sの一部として動的に割り当てるようにしてもよい。
これにより、通信チャネルごとに固定保存領域13X分のデータ保存領域13Sを常時確保しておくことができ、特定の通信チャネルに通信負荷が集中したような場合でも、他の通信チャネルでの受信データの取りこぼしを抑制でき、比較的小さい記憶容量の受信バッファ13で、高い信頼性を得ることが可能となる。
[実施の形態の拡張]
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。
10…データ通信装置、11…通信処理回路、12…通信制御回路、13…受信バッファ、13A…固定記憶領域、13B…浮動記憶領域、13S…データ保存領域、13X…固定保存領域、13Y…浮動保存領域、14…データ処理回路。

Claims (5)

  1. 複数の通信チャネルを介してデータを受信する通信制御回路と、
    前記通信制御回路で受信した受信データを一時保存する受信バッファとを備え、
    前記通信制御回路は、前記通信チャネルの受信データを前記受信バッファに一時保存する際、前記受信バッファが有する複数の記憶領域から前記通信チャネルでのデータ受信状況に応じた数の記憶領域を選択し、前記通信チャネルの受信データを保存するためのデータ保存領域として前記通信チャネルごとに動的に割り当てる
    ことを特徴とする通信処理回路。
  2. 請求項1に記載の通信処理回路において、
    前記通信制御回路は、前記受信バッファが有する前記複数の記憶領域を、第1の記憶領域と第2の記憶領域とに分割し、前記第1の記憶領域から前記通信チャネルごとに設定されている数の記憶領域を選択して前記通信チャネルの前記データ保存領域の一部として予め固定的に割り当てておき、前記受信データを前記受信バッファに一時保存する際、前記第2の記憶領域から前記通信チャネルでのデータ受信状況に応じた数の記憶領域を選択して前記通信チャネルの前記データ保存領域の一部として動的に割り当てる
    ことを特徴とする通信処理回路。
  3. 請求項1または請求項2に記載の通信処理回路により複数の通信チャネルを介してデータを送受信するデータ通信装置。
  4. 通信制御回路が、複数の通信チャネルを介してデータを受信する通信制御ステップと、
    受信バッファが、前記通信制御回路で受信した受信データを一時保存する受信データ保存ステップとを備え、
    前記通信制御ステップは、前記通信チャネルの受信データを前記受信バッファに一時保存する際、前記受信バッファが有する複数の記憶領域から前記通信チャネルでのデータ受信状況に応じた数の記憶領域を選択し、前記通信チャネルの受信データを保存するためのデータ保存領域として前記通信チャネルごとに動的に割り当てる動的割当ステップを有する
    ことを特徴とする受信データバッファリング方法。
  5. 請求項4に記載の受信データバッファリング方法において、
    前記通信制御ステップは、
    前記受信バッファが有する前記複数の記憶領域を、第1の記憶領域と第2の記憶領域とに分割するステップと、
    前記第1の記憶領域から前記通信チャネルごとに設定されている数の記憶領域を選択して前記通信チャネルの前記データ保存領域の一部として予め固定的に割り当てる固定割当ステップとをさらに備え、
    前記動的割当ステップは、前記受信データを前記受信バッファに一時保存する際、前記第2の記憶領域から前記通信チャネルでのデータ受信状況に応じた数の記憶領域を選択して前記通信チャネルの前記データ保存領域の一部として動的に割り当てるステップを有する
    ことを特徴とする受信データバッファリング方法。
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