JP2019038379A - 鉄道用信号保安システム及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄道用信号保安システムにおいて、ＬＡＮに接続された各論理装置のプログラムを、ＬＡＮを介して更新できるようにすること。【解決手段】鉄道用信号保安システム１において、論理装置２０は、管理プログラムに従った管理処理によって、信号保安に係るメイン処理を実行するための現用メインプログラムを、ＬＡＮ３０を介して監理装置１０から取得した新規メインプログラムに書き換えるプログラムローディングを行った後に、自動的に論理装置２０をハードウェアリセットして新規メインプログラムを起動することができる。また、複数の論理装置２０のうち、監理装置１０が指定した一部又は全ての論理装置２０のみがプログラムローディングを行うといった、ピンポイントローディングが可能である。【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道用信号保安システム等に関する。

鉄道における電子連動装置やＣＴＣ（Centralized Traffic Control）、ＡＴＣ（Automatic Train Control）等の信号保安システムは、概括すると、ＬＡＮ（Local Area Network）に複数の論理装置が接続された構成を有している。論理装置は、信号保安システム上、論理部とも呼ばれるが、本明細書では１つの論理部のことを１台の論理装置とみなして説明する。論理装置には様々な種類があり、各論理装置は、その役割に応じて、また電子連動装置やＣＴＣ、ＡＴＣ等に応じて、特有の機能を有して構成されている。但し、何れの論理装置にも共通して言えることが、その論理装置固有の機能を実現するためのプログラム及びデータを記憶しており、当該プログラム及びデータに基づきＣＰＵ（Central Processing Unit）が演算制御を行っている点である。これらのプログラムやデータは機能の改善や信号保安設備の改修等に応じて更新（交換とも言える）される場合がある。

特許文献１には、鉄道用信号保安システムの一種である電子連動装置について、各論理装置のデータ（連動データ）を、ＬＡＮを介して監理装置（モニタ・試験部３）から送信されたデータに更新する技術が開示されている。

特開２００１−３０１６１９号公報

しかしながら、上述の特許文献１の技術は、データの更新のみを対象としており、プログラムの更新は想定していない。電子連動装置の場合、例えば、各駅で共通して使用する連動機能などを共通の標準プログラムとして実装しておき、駅毎に異なる連動条件等を連動データとして個々の連動装置に与えるといった運用においては、多くの場合、プログラムを更新することなく連動データの更新のみを行えば対応できるからである。

しかしながら、プログラムの更新が必要となる場合も生じる。プログラムを更新する場合、単に、メモリに記憶されたプログラムを書き換えるのみではなく、論理装置を再起動（電源リブートや、ハードウェアリセットなどとも呼ばれる）して更新後のプログラムに基づく新たな演算制御を起動させる必要がある。このため、プログラムの更新には、保守作業員が機器室に出向き、論理装置の制御ボード（ＣＰＵボードとも呼ばれる）を回収した後、制御ボードに実装されたプログラムを更新する作業を行う。そして、再び機器室にて制御ボードを論理装置に装着した後に、論理装置の再起動を行う。この一連の作業を行っているのが現状である。

また、論理装置のプログラムはデータに比べて遙かにサイズが大きいため、上述の特許文献１の技術を流用してプログラムを伝送しようとすると、伝送自体に長時間を要してしまう点も問題である。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、鉄道用信号保安システムにおいて、ＬＡＮに接続された各論理装置のプログラムを、ＬＡＮを介して更新できるようにすることである。

上記課題を解決するための第１の発明は、
通信フィールドとして、監理装置から論理装置への指示が設定される指示部と、前記論理装置から前記監理装置への応答が設定される応答部と、通信情報部とを少なくとも含む通信フレームを、前記監理装置および複数の前記論理装置の間で周回させる通信方式で通信接続されて構成された鉄道用信号保安システムであって、
前記論理装置は、
管理プログラムおよび現用メインプログラムを記憶する記憶部と、
前記管理プログラムに従った管理処理と、前記現用メインプログラムに従った信号保安に係るメイン処理とを実行するプロセッサと、
を備え、
前記管理プログラムは、
受信した前記通信フレーム中の前記指示部に含まれるモード切替指示が、プログラムローディング（以下「ＰＬ」と略称する）を行う際のデータ管理モードへの切替指示に設定されていた場合に、動作モードを前記データ管理モードへ切り替える制御を行うモード切替ステップと、
前記モード切替ステップでの切り替えが完了した場合に、前記応答部に、モード切替完了応答を設定して前記通信フレームを送信する制御を行うモード切替完了応答ステップと、
受信した前記通信フレーム中の前記指示部に、ＰＬ指示が設定されていた場合に、当該通信フレーム中の前記通信情報部に格納されている新規メインプログラムを取得する制御を行うＰＬステップと、
前記新規メインプログラムの取得が完了した場合に、前記応答部に、取得完了応答を設定して前記通信フレームを送信する制御を行うＰＬ完了応答ステップと、
受信した前記通信フレーム中の前記指示部に、承認指示が設定されていた場合に、前記記憶部に記憶されている前記現用メインプログラムを、取得が完了した前記新規メインプログラムに書き換える制御を行った後、前記論理装置をハードウェアリセットする制御を行う更新リセット制御ステップと、
を含む前記管理処理を前記プロセッサに実行させるためのプログラムであり、
前記監理装置は、
前記モード切替指示を前記データ管理モードへの切替指示に設定して前記通信フレームを送信する制御を行うモード切替指示ステップと、
受信した前記通信フレーム中の前記応答部に、前記モード切替完了応答が設定されていた場合に、前記指示部に、前記ＰＬ指示を設定するとともに、前記通信情報部に、前記新規メインプログラムを格納して前記通信フレームを送信する制御を行うＰＬ指示ステップと、
受信した前記通信フレーム中の前記応答部に、前記取得完了応答が設定されていた場合に、前記指示部に、前記承認指示を設定して前記通信フレームを送信する制御を行う承認指示ステップと、
を実行する、
鉄道用信号保安システムである。

また、他の発明として、
通信フィールドとして、監理装置から論理装置への指示が設定される指示部と、前記論理装置から前記監理装置への応答が設定される応答部と、通信情報部とを少なくとも含む通信フレームを、前記監理装置および複数の前記論理装置の間で周回させる通信方式で通信接続されて構成された鉄道用信号保安システムの制御方法であって、
前記論理装置は、
現用メインプログラムを記憶する記憶部と、
管理処理と、前記現用メインプログラムに従った信号保安に係るメイン処理とを実行するプロセッサと、
を備えており、
前記管理処理は、
受信した前記通信フレーム中の前記指示部に含まれるモード切替指示が、プログラムローディング（以下「ＰＬ」と略称する）を行う際のデータ管理モードへの切替指示に設定されていた場合に、動作モードを前記データ管理モードへ切り替える制御を行うモード切替ステップと、
前記モード切替ステップでの切り替えが完了した場合に、前記応答部に、モード切替完了応答を設定して前記通信フレームを送信する制御を行うモード切替完了応答ステップと、
受信した前記通信フレーム中の前記指示部に、ＰＬ指示が設定されていた場合に、当該通信フレーム中の前記通信情報部に格納されている新規メインプログラムを取得する制御を行うＰＬステップと、
前記新規メインプログラムの取得が完了した場合に、前記応答部に、取得完了応答を設定して前記通信フレームを送信する制御を行うＰＬ完了応答ステップと、
受信した前記通信フレーム中の前記指示部に、承認指示が設定されていた場合に、前記記憶部に記憶されている前記現用メインプログラムを、取得が完了した前記新規メインプログラムに書き換える制御を行った後、前記論理装置をハードウェアリセットする制御を行う更新リセット制御ステップと、
を含み、
前記監理装置は、
前記モード切替指示を前記データ管理モードへの切替指示に設定して前記通信フレームを送信する制御を行うモード切替指示ステップと、
受信した前記通信フレーム中の前記応答部に、前記モード切替完了応答が設定されていた場合に、前記指示部に、前記ＰＬ指示を設定するとともに、前記通信情報部に、前記新規メインプログラムを格納して前記通信フレームを送信する制御を行うＰＬ指示ステップと、
受信した前記通信フレーム中の前記応答部に、前記取得完了応答が設定されていた場合に、前記指示部に、前記承認指示を設定して前記通信フレームを送信する制御を行う承認指示ステップと、
を実行する、
制御方法を構成しても良い。

この第１の発明等によれば、論理装置が管理プログラムに従った管理処理を実行することで、信号保安に係るメイン処理を実行するための現用メインプログラムを監理装置から取得した新規メインプログラムに書き換えるプログラムローディングが実現できる。また、このプログラムローディングでは、管理プログラムに従った管理処理によって現用メインプログラムを新規メインプログラムに書き換えた後に、自動的に論理装置をハードウェアリセットして、新規メインプログラムに基づく新しいメイン処理を起動することができる。すなわち、ＬＡＮに接続された各論理装置のプログラムを、ＬＡＮを介して更新できるようになる。

また、論理装置が、監理装置からのモード切替指示に対するデータ管理モードへの切り替え、そのモード切替完了応答の送信、監理装置からの新規メインプログラムの取得、取得した新規メインプログラムの整合性照査（ＣＲＣチェック、自装置宛プログラム照査、ＳＵＭ値チェック）、その取得完了応答の送信、監理装置からの承認指示による新規メインプログラムに書き換え、といった手順を踏むことによって、プログラムの更新に際して、ＬＡＮを介した監理装置と各論理装置との通信にフェールセーフ性を確保することができる。

また、プログラムの伝送はデータ管理モードにおいて行われるため、通信フレームの通信情報部を、プログラムの伝送に特化した割り付けで格納することが可能となり、割り付けの設計次第ではプログラムの伝送の高速化を実現することが可能となる。

第２の発明は、第１の発明の鉄道用信号保安システムであって、
前記複数の論理装置は、一部又は全部の論理装置がＰＬの対象となる対象論理装置であり、
前記監理装置は、
前記モード切替指示ステップにおいて、前記複数の論理装置のうちの前記対象論理装置を指定する指定情報を前記指示部に設定するとともに、前記モード切替指示を前記データ管理モードへの切替指示に設定して前記通信フレームを送信する制御を行い、
前記ＰＬ指示ステップにおいて、全ての前記対象論理装置が前記モード切替完了応答を設定した前記通信フレームを受信した場合に、前記指定情報を前記指示部に設定するとともに、前記指示部に前記ＰＬ指示を設定し、前記通信情報部に、前記新規メインプログラムを格納して前記通信フレームを送信する制御を行い、
前記承認指示ステップにおいて、全ての前記対象論理装置が前記取得完了応答を設定した前記通信フレームを受信した場合に、前記指定情報を前記指示部に設定するとともに、前記指示部に、前記承認指示を設定して前記通信フレームを送信する制御を行い、
前記管理プログラムは、
受信した前記通信フレーム中の前記指示部に、当該管理プログラムに係る論理装置が前記対象論理装置として指定された前記指定情報が設定されている場合に、前記モード切替ステップ、前記ＰＬステップ、および前記更新リセット制御ステップを前記プロセッサに実行させるためのプログラムである、
鉄道用信号保安システムである。

この第２の発明によれば、複数の論理装置のうち、一部又は全ての論理装置を対象として、プログラムローディングを行うことができる。すなわち、監理装置は、対象論理装置を指定してデータ管理モードへの切り替えを指示し、対象論理装置として指定された論理装置のみが、データ管理モードへの切り替えや、新規メインプログラムの取得及び書き換えといったプログラムローディングを行う。対象論理装置は、１台でも複数台でも良い。

鉄道用信号保安システムの構成図。 プログラムローディングの概要図。 ピンポイントローディングの概要図。 通信フレームの構成図。 ピンポイントローディングを行う際の通信フレームの設定例。 論理装置の構成図。 プログラムローディングの処理手順。

［システム構成］
図１は、本実施形態の鉄道用信号保安システム１の構成図である。図１に示すように、鉄道用信号保安システム１は、１台の監理装置１０と、複数台の論理装置２０とが、ＬＡＮ（Local Area Network）３０に接続されて構成される。この鉄道用信号保安システム１では、通信フィールドとして固定長の通信フレーム４０（図４参照）を、監理装置１０及び各論理装置２０の間でＬＡＮ３０を介して所定周期で周回させる通信方式で通信接続されている。また、監理装置１０及び各論理装置２０の間の通信は、本実施形態の技術によってフェールセーフ性が確保される。

鉄道用信号保安システム１は、電子連動装置やＡＴＣ（Automatic Train Control）、ＣＴＣ（Centralized Traffic Control）のシステムとして実現することができる。鉄道用信号保安システム１を電子連動装置とした場合、監理装置１０及び論理装置２０の各装置は、連動論理部や進路制御論理部、現場機器論理部に該当し、ＬＡＮ３０は、Ｅｉ−Ｗ（連動ワイヤ）に該当する。また、ＡＴＣシステムとした場合、監理装置１０及び論理装置２０の各装置は、ＡＴＣ論理部に該当し、ＬＡＮ３０は、ＡＴＣ−Ｗ（ＡＴＣワイヤ）に該当する。また、ＣＴＣシステムとした場合、監理装置１０及び論理装置２０の各装置は、ＣＴＣ中央装置やＣＴＣ駅装置に該当し、ＬＡＮ３０は、ＣＴＣ−Ｗ（ＣＴＣワイヤ）に該当する。このように、監理装置１０及び論理装置２０の各装置は、信号保安に係る固有の機能を有する複数種別の装置によって構成されている。

［モード］
論理装置２０の動作モードには、実装された現用メインプログラムに従って信号保安に係る当該装置固有の処理を行う通常モードと、信号保安に係る処理を停止し、実装している現用メインプログラムの更新（以下、「プログラムローディング」或いは「ＰＬ」という）等を行う保守モードと、がある。メインプログラムに従った信号保安処理をメイン処理といい、モードの切り替えを含む、メイン処理の上位の処理のことを管理処理という。管理処理は、ＬＡＮ３０を介した監理装置１０からの指示に従って実行制御される。

［プログラムローディング］
プログラムローディングについて説明する。保守モードは、更に詳細なモードとして、プログラムローディングを行う際のモードであるデータ管理モードを含む複数のモードを含んでいる。論理装置２０は、保守モードに遷移した後、保守モードの下位モードであるデータ管理モードに更に遷移することで、プログラムローディングを行うことが可能となる。

図２は、プログラムローディングの概要図である。論理装置２０は、信号保安に係るメイン処理を実行するための現用メインプログラム１２４と、プログラムローディングの実行を制御する管理処理を実行するための管理プログラム１２２とを、ＲＯＭ（Read Only Memory）の所定領域に記憶している。この現用メインプログラム１２４を、監理装置１０からＬＡＮ３０を介して受信した新たなプログラムに更新する処理が、プログラムローディングである。

すなわち、論理装置２０は、データ管理モードに遷移した状態において、監理装置１０から送信されてくる新規メインプログラム１２６を取得する（図２の（１））。取得した新規メインプログラム１２６は、ＲＡＭ（Random Access Memory）の所定領域に一時的に格納する。そして、エラーチェック等によって新規メインプログラム１２６を正常に受信したことを確認した後、取得完了応答を監理装置１０に送信する（図２の（２））。その後、監理装置１０から、プログラムの書き換えを承認する承認指示を受信すると（図２の（３））、ＲＯＭに記憶している現用メインプログラム１２４を、ＲＡＭに記憶している新規メインプログラム１２６に書き換える（図２の（４））。そして、ＲＡＭに一時的に格納していた新規メインプログラム１２６を消去する（図２の（５））。続いて、論理装置２０は、自装置をハードウェアリセット（電源リブートとも呼ばれる）して再起動する（図２の（６））。再起動によって、新たな現用メインプログラム１２４に従った新たなメイン処理が起動されることになる。

［ピンポイントローディング］
プログラムローディングは、同一のＬＡＮ３０に接続されている複数の論理装置２０のうち、装置種別が同一の一又は複数の装置に対して同時に行うことができる。装置種別が同一の装置とは、信号保安に係る機能として同一の機能を有する装置であり、つまり、信号保安処理を行うために実装している現用メインプログラム１２４が同一の装置のことである。

図３は、ピンポイントローディングの概要図である。図３において、ＬＡＮ３０に接続されている４台の論理装置２０（第１〜第４論理装置２０ａ〜２０ｄ）のうち、第１論理装置２０ａ、及び、第２論理装置２０ｂは、装置種別が“種別α”であり、第３論理装置２０ｃは、装置種別が“種別β”であり、第４論理装置２０ｄは、装置種別が“種別γ”である。

この場合、図３（ａ）に示すように、１回分のピンポイントローディングで、装置種別がともに“種別α”である第１論理装置２０ａ、及び、第２論理装置２０ｂの２台の装置を対象（第１対象とする）とすることができる。すなわち、監理装置１０は、全ての論理装置２０（第１〜第４論理装置２０ａ〜２０ｄ）を保守モードに遷移させ、更に、全ての論理装置２０をデータ管理モードに遷移させる。次いで、監理装置１０は、第１論理装置２０ａ、及び、第２論理装置２０ｂを、ピンポイントローディングの対象とする対象論理装置として指定する。

続いて、監理装置１０は、第１対象用の新規メインプログラム１２６ａを送信する。論理装置２０は、自論理装置が対象論理装置と指定されている場合に、監理装置１０から送信される新規メインプログラム１２６ａを受信（取得）する。すなわち、対象論理装置と指定されている第１論理装置２０ａ、及び、第２論理装置２０ｂが、送信されてくる第１対象用の新規メインプログラム１２６ａを受信し、記憶している現用メインプログラム１２４を更新するプログラムローディングを行い、対象論理装置と指定されていない第３論理装置２０ｃ、及び、第４論理装置２０ｄは、特に処理を行わずにそのまま待機する。

また、他のピンポイントローディングとして、図３（ｂ）に示すように、装置種別が“種別γ”である第４論理装置２０ｄのみを対象（第２対象とする）としたピンポイントローディングを行うことができる。すなわち、監理装置１０は、同様に、全ての論理装置２０（第１〜第４論理装置２０ａ〜２０ｄ）を保守モードに遷移させ、更に、全ての論理装置２０をデータ管理モードに遷移させる。次いで、第４論理装置２０ｄを、ピンポイントローディングの対象論理装置と指定する。図３（ａ）に示したようなピンポイントローディングに引き続いて、図３（ｂ）に示すようなピンポイントローディングを行う場合には、既に全ての論理装置２０がデータ管理モードに遷移されているため、データ管理モードに遷移させるステップは省略することができ、直ちに、対象論理装置を指定することができる。

続いて、監理装置１０は、第２対象用の新規メインプログラム１２６ｂを送信する。そして、対象論理装置と指定されている第４論理装置２０ｄが、送信されてくる第２対象用の新規メインプログラム１２６ｂを受信（取得）し、記憶している現用メインプログラム１２４を更新するプログラムローディングを行う。対象論理装置と指定されていない第１〜第３論理装置２０ａ〜２０ｃは、特に処理を行わずにそのまま待機する。

［通信フレーム］
図４は、通信フレーム４０のフォーマットの概要図である。図４（ａ）に示すように、通信フレーム４０は、指示部４２と、応答部４４と、通信情報部４６とを通信フィールドとして備えており、各部の配置位置やビット長が定められた固定フォーマットとなっている。なお、図４では、指示部４２、応答部４４、及び、通信情報部４６の通信フィールドをそれぞれ１つずつに連続して纏めて配置する構成としているが、この例に限らず、連続せずに分割して配置することとしてもよい。例えば、指示部４２を複数に分割して、通信フレーム４０に配置するといった構成である。

指示部４２は、監理装置１０が使用する通信フィールドであり、監理装置１０から論理装置２０への指示が設定される。具体的には、図４（ｂ）に示すように、指示部４２は、論理装置２０への指示の内容を指定する指示内容部４２ａと、指示の対象となる論理装置２０を指定する指示宛先部４２ｂとを有する。

指示内容部４２ａは、通常モードや保守モード、データ管理モードといった各モードが割り当てられた複数のビットを有し、モードの切り替えを指示するモード切替指示用ビットと、ＰＬ（プログラムローディング）指示や承認指示といった各モードにおいて実行する各処理が割り当てられた複数のビットを有する処理指示用ビットとを有する。

指示宛先部４２ｂは、第１装置用、第２装置用といった全ての論理装置２０それぞれに割り当てられた複数の装置用ビットを有し、各装置用ビットは、モード切替指示用ビットで指示されたモード切り替えの対象であることを指定するモード指示宛先ビットと、処理指示用ビットで指示された処理の対象であることを指定する処理指示宛先ビットとを有する。

このように、指示宛先部４２ｂとして論理装置２０別の装置用ビットが設けられていることで、論理装置２０それぞれに対する個別の指示が可能となる。具体的には、論理装置２０に対するモードの切替指示のうち、通常モード及び保守モードへの切替指示については、指示内容部４２ａのモード切替指示用ビットにおいて、遷移させたいモード（通常モード又は保守モード）が割り当てられているビットを“１”に設定することで、全ての論理装置２０に対するモード切替指示となり、全ての論理装置２０を一斉に通常モード又は保守モードに遷移させることができる。データ管理モードへの切替指示については、全ての論理装置２０を保守モードに遷移させた後、指示内容部４２ａにおいて、モード切替指示用ビットのデータ管理モードが割り当てられているビットを“１”に設定するとともに、指示宛先部４２ｂにおいて、対象とする論理装置用のモード指示宛先ビットを“１”に設定することで、対象とする論理装置２０のみをデータ管理モードに遷移させることができる。

また、論理装置２０に対する処理の指示についても同様に、指示内容部４２ａの処理指示用ビットにおいて、行わせたい処理が割り当てられているビットを“１”に設定し、指示宛先部４２ｂにおいて、対象とする論理装置用の処理指示宛先ビットを“１”に設定することで実現できる。１回の通信フレーム４０の送信によって、複数の論理装置２０を対象として共通の同じ指示を指定することができる。

図５は、一部の論理装置２０についてのみプログラムローディングを行わせるピンポイントローディングを行う場合に、通信フレーム４０の指示部４２に設定されるビットの遷移を示す図である。先ず、図５（ａ）に示すように、指示内容部４２ａのモード切替指示用ビットにおいて、保守モードが割り当てられたビットを“１”に設定した通信フレーム４０を送信することで、全ての論理装置２０を保守モードに遷移させる。以降、保守モードを継続させることから、モード切替指示用ビットの保守モードが割り当てられたビットは継続して“１”に設定する。

次いで、図５（ｂ）に示すように、指示内容部４２ａのモード切替指示用ビットにおいて、保守モード及びデータ管理モードが割り当てられた各ビットを“１”に設定し、指示宛先部４２ｂにおいて、全ての論理装置用のモード指示宛先ビットを“１”に設定した通信フレーム４０を送信することで、全ての論理装置２０をデータ管理モードへ遷移させる。以降、データ管理モードを継続させることから、指示内容部４２ａのモード切替指示用ビットにおいて、保守モード及びデータ管理モードが割り当てられた各ビットは継続して“１”に設定する。

その後、図５（ｃ）に示すように、指示内容部４２ａのモード切替指示用ビットにおいて、保守モード及びデータ管理モードが割り当てられた各ビットの設定は“１”のまま、処理指示用ビットにおいて、ＰＬ指示が割り当てられたビットを“１”に設定し、指示宛先部４２ｂにおいて、プログラムローディングの対象とする論理装置用の処理指示宛先ビットの設定を“１”とした通信フレーム４０を送信することで、プログラムローディングの対象論理装置を指定することができ、対象論理装置と指定した論理装置２０にのみプログラムローディングを行わせる指示となる。

プログラムローディングを行う場合には、指示部４２の設定は図５（ａ）〜（ｃ）に示したように変化していくため、論理装置２０側で指示部４２の設定を確認することで、プログラムローディングに係る通信のフェールセーフ性を高めることになる。例えば、図５（ｃ）に示すように、処理指示用ビットのＰＬ指示が割り当てられたビットが“１”に設定されているにも関わらず、モード切替指示用ビットの保守モードが割り当てられたビットが“１”に設定されていない通信フレーム４０を論理装置２０が受信した場合には、通信上の問題が生じたと判断して、受信した通信フレーム４０を無視する。これにより、ビット値に変化が生じたエラーと言える通信フレーム４０を排除して、フェールセーフ性を確保したプログラムローディングを実現することができる。

図４に戻る。通信フレーム４０の応答部４４は、論理装置２０が使用する通信フィールドであり、監理装置１０からの指示に対する論理装置２０から監理装置１０への応答（アンサ）が設定される。本実施形態の鉄道用信号保安システム１では、フェールセーフな通信を実現するため、監理装置１０からの指示それぞれに対して、論理装置２０は、指示を受信してその指示に従った動作を完了したこと（例えば、モード遷移や処理の実行を完了したこと）を通知する応答（アンサ）を、監理装置１０に送信することになっている。応答部４４は、この応答を設定するための通信フィールドである。

すなわち、応答部４４は、図４（ｃ）に示すように、第１装置用、第２装置用といった全ての論理装置２０それぞれに割り当てられた複数の装置用ビットを有し、各装置用ビットには、指示内容部４２ａの各指示ビットそれぞれに対応する応答用ビットが含まれる。具体的には、応答用ビットには、各モードの切替指示に応答するための各モードの応答用ビットを有するモード切替応答用ビットと、各モードにおいて実行する各処理の完了応答をするための処理応答用ビットとが含まれる。

通信フレーム４０の通信情報部４６は、監理装置１０と各論理装置２０との間で伝送される通信情報が格納される通信フィールドであり、本実施形態においては、データ管理モードにおいて、監理装置１０から論理装置２０へ送信され、置き換えられる新規メインプログラム１２６が格納される。勿論、通信情報部４６には、その他の通信情報を格納することができる。

［論理装置］
図６は、論理装置２０の内部構成図である。図６に示すように、論理装置２０は、ＣＰＵ制御ユニット１００と、ＬＡＮ通信制御ユニット２００と、Ｉ／Ｆ（InterFace）制御ユニット３００とが、内部バスＢを介して通信可能に接続されて構成される。

ＣＰＵ制御ユニット１００は、演算制御部１１０と、記憶部１２０とを有し、制御ボード或いはＣＰＵボード等と呼ばれるユニットである。演算制御部１１０は、ＣＰＵ等のプロセッサを有して構成され、現用メインプログラム１２４に従って、メインデータ１２８を用いた信号保安に係るメイン処理と、管理プログラム１２２に従った管理処理とを順に実行する。詳細には、管理処理とメイン処理とは、実行プロセスとして演算制御部１１０が実行するものであり、管理処理のプロセス上でメイン処理が実行される形を取る。従って、管理処理がメイン処理を実行するか否かを司ることになる。特に本実施形態では、管理処理は、監理装置１０からの指示に従った論理装置２０全体の統括制御を行う。例えば、監理装置１０からのモード切替指示に従ってモード切り替えを行ったり、ＰＬ指示に従ってプログラムローディングを実行したりする。詳細には、図７を参照して後述する。

記憶部１２０は、ＲＯＭやＲＡＭによって実現される。記憶部１２０には、信号保安に係るメイン処理を実行するための現用メインプログラム１２４、及び、メイン処理の実行に用いられるメインデータ１２８と、プログラムローディングを含む管理処理を実行するための管理プログラム１２２と、が記憶されているとともに、監理装置１０から取得した新規メインプログラム１２６を一時的に格納するための領域が確保されている。管理プログラム１２２、現用メインプログラム１２４及びメインデータ１２８は、例えばフラッシュＲＯＭなどの書き換え可能なＲＯＭに記憶される。

ＬＡＮ通信制御ユニット２００は、ＬＡＮ３０に接続して他装置との通信を行うための制御を行う。

Ｉ／Ｆ制御ユニット３００は、入力装置３０２や表示装置３０４等のインターフェースを実現するための制御部である。

［ＰＬの処理手順］
図７は、鉄道用信号保安システム１においてプログラムローディングを行う際の処理手順を示す図であり、論理装置２０の処理は管理プログラム１２２に基づいて実行される管理処理である。図７では、上側から下側に向かう方向を時系列方向とし、左側に監理装置１０、中央に第１対象の論理装置２０、右側に第２対象の論理装置２０の処理を示し、装置間の通信を併せて示している。ここで「第１対象」とは、１回目のプログラムローディングの対象となる論理装置２０のことを指し、「第２対象」とは、２回目のプログラムローディングの対象となる論理装置２０のことを指す。

先ず、監理装置１０が、全ての論理装置２０を対象として、保守モードへの切替指示を設定した通信フレーム４０を送信する。すなわち、監理装置１０は、例えば、図５（ａ）に示したように、通信フレーム４０に対して、指示部４２の指示内容部４２ａのモード切替指示用ビットにおいて、保守モードが割り当てられたビットを“１”に設定する。

各論理装置２０は、この切替指示を設定した通信フレーム４０を受信すると、指示に従って保守モードへ遷移し、遷移が完了すると、監理装置１０へ切替応答を設定した通信フレーム４０を送信する。具体的には、各論理装置２０は、受信した通信フレーム４０において、指示内容部４２ａのモード切替指示用ビットのうち、保守モードが割り当てられたビットが“１”に設定されている場合に、自装置に対する保守モードへの切替指示が設定されていると判断し、自装置を保守モードへ切り替える。そして、各論理装置２０は、保守モードへの遷移を完了すると、通信フレーム４０に対して、応答部４４の自装置用のモード切替応答用ビットのうち、保守モードが割り当てられたビットを“１”に設定する。このときの通信フレーム４０は、指示部４２が、例えば、図５（ａ）に示したような、全ての論理装置２０に対して保守モードへの切替指示が設定された状態のままである。応答部４４については、保守モードへの遷移が完了した論理装置２０用のモード切替応答用ビットのうちの、保守モードが割り当てられたビットが“１”に設定された状態となる。

監理装置１０は、受信した通信フレーム４０において、指示部４２が、例えば、図５（ａ）に示したような、全ての論理装置２０に対して保守モードへの切替指示を設定した状態であり、且つ、応答部４４が、全ての論理装置２０用のモード切替応答用ビットのうち、保守モードが割り当てられたビットが“１”に設定された状態となっていることを確認することで、全ての論理装置２０から、保守モードへの切替指示に対する切替応答を受信したことを確認する。この確認が図７の（Ａ）である。

続いて、監理装置１０は、全ての論理装置２０を対象として、データ管理モードへの切替指示を設定した通信フレーム４０を送信する。すなわち、指示部４２の指示内容部４２ａにおいて、モード切替指示用ビットのうち、保守モード及びデータ管理モードが割り当てられた各ビットを“１”に設定し、指示宛先部４２ｂにおいて、全ての論理装置２０用のモード指示宛先ビットを“１”に設定した通信フレーム４０を送信する。これが、モード切替指示ステップに相当する。図７の（Ｂ）である。

各論理装置２０は、この切替指示が設定された通信フレーム４０を受信すると、切替指示に従ってデータ管理モードへ遷移する。すなわち、各各論理装置２０は、受信した通信フレーム４０の指示部４２において、指示内容部４２ａのモード切替指示用ビットのうち、保守モード及びデータ管理モードが割り当てられた各ビットが“１”に設定され、且つ、指示宛先部４２ｂの自論理装置用ビットのモード指示宛先ビットが“１”に設定されていることから、データ管理モードへの切替指示が設定されていると判断する。これが、モード切替ステップに相当する。

そして、各論理装置２０は、データ管理モードへの遷移が完了すると、監理装置１０へ、切替応答を設定した通信フレーム４０を送信する。すなわち、応答部４４の自論理装置用のモード切替応答用ビットのうち、保守モード及びデータ管理モードが割り当てられたビットを“１”に設定した通信フレーム４０を送信する。これが、モード切替完了応答ステップに相当する。

従って、このときの通信フレーム４０は、指示部４２が、例えば、図５（ｂ）に示したような、全ての論理装置２０に対してデータ管理モードへの切替指示を設定した状態のままであり、応答部４４は、データ管理モードへの遷移が完了した各論理装置２０用のモード切替応答用ビットのうち、保守モード及びデータ管理モードが割り当てられたビットが“１”に設定された状態となる。

監理装置１０は、受信した通信フレーム４０において、指示部４２が、例えば、図５（ｂ）に示したような、全ての論理装置２０に対してデータ管理モードへの切替指示を設定した状態であり、且つ、応答部４４が、全ての論理装置２０のモード切替応答用ビットのうち、保守モード及びデータ管理モードが割り当てられたビットが“１”に設定された状態となっていることを確認することで、全ての論理装置２０が、データ管理モードへの遷移を完了したことを確認する。この確認が図７の（Ｃ）である。

全ての論理装置２０がデータ管理モードへ遷移したことを確認すると、監理装置１０は、第１対象の論理装置２０に対してＰＬ指示を設定した通信フレーム４０を送信する。すなわち、指示部４２の指示内容部４２ａにおいて、処理指示用ビットのうち、ＰＬ指示が割り当てられたビットを“１”に設定するとともに、指示宛先部４２ｂにおいて、第１対象の論理装置用の処理指示宛先ビットを“１”に設定した通信フレームを送信する。この指示部４２の設定が、ローディングの対象論理装置を指定する指定情報に相当する。従って、このときの通信フレーム４０は、例えば、第１対象の論理装置２０が第１論理装置のみであれば、指示部４２が、図５（ｃ）に示した状態となる。

第１対象の各論理装置２０は、このＰＬ指示が設定された通信フレーム４０を受信すると、自論理装置がローディングの対象論理装置と指定されたと認識して、監理装置１０へ、指示応答を設定した通信フレーム４０を送信する。すなわち、第１対象の各論理装置２０は、受信した通信フレーム４０の指示部４２において、指示内容部４２ａの処理指示用ビットのうち、ＰＬ指示が割り当てられたビットが“１”に設定され、且つ、指示宛先部４２ｂの自装置用ビットの処理指示宛先ビットが“１”に設定されていることから、自論理装置が対象論理装置として指定された指定情報が設定されていると判断する。そして、応答部４４の自論理装置用の処理応答用ビットのうち、ＰＬ応答が割り当てられたビットを“１”に設定した通信フレーム４０を送信する。

また、第２対象の各論理装置２０は、受信した通信フレーム４０の指示内容部４２ａの処理指示用ビットのうち、ＰＬ指示が割り当てられたビットが“１”に設定され、且つ、指示宛先部４２ｂの自論理装置用ビットの処理指示宛先ビットが“０”に設定されていることから、自論理装置はローディングの対象論理装置として指定されていないと認識する。

監理装置１０は、受信した通信フレーム４０において、指示部４２が、第１対象の論理装置２０に対してＰＬ指示を設定した状態であり、且つ、応答部４４が、第１対象の全ての論理装置２０用の処理応答用ビットのうち、ＰＬ応答が割り当てられたビットが“１”に設定された状態となっていることを確認することで、第１対象の全ての論理装置２０から、ＰＬ指示に対する指示応答を受信したことを確認する。

第１対象の全ての論理装置２０から、ＰＬ指示に対する指示応答を受信したことを確認すると、監理装置１０は、第１対象用の新規メインプログラムの送信を開始する。すなわち、指示部４２において第１対象の論理装置に対してＰＬ指示を設定した状態のまま、通信情報部４６に第１対象用の新規メインプログラムを格納した通信フレーム４０を送信する。これが、ＰＬ指示ステップに相当する。

従って、このときの通信フレーム４０は、指示部４２が、例えば、図５（ｃ）に示したように、指示内容部４２ａのモード切替指示用ビットのうち、保守モード及びデータ管理モードが割り当てられたビットを“１”に設定したままであり、且つ、処理指示用ビットのうち、ＰＬ指示が割り当てられたビットを“１”に設定した状態となり、指示宛先部４２ｂにおいて、第１対象の全ての論理装置２０の処理指示宛先ビットを“１”に設定した状態となる。

第１対象用の新規メインプログラムの容量（サイズ）が大きい場合、プログラムを分割し、例えば、シーケンス番号を付加して通信フレーム４０に格納し、複数回に亘って通信フレーム４０の送信を繰り返す。

第１対象の各論理装置２０は、分割して送信されてくる第１対象用のプログラムを順次受信し、エラーチェック等を行い、シーケンス番号に従って復元して、プログラムを取得する。これがＰＬステップに相当する。そして、プログラムの取得を完了すると、監理装置１０へ取得応答を送信する。すなわち、第１対象の論理装置２０は、応答部４４の自論理装置用の処理応答用ビットのうち、ＰＬ完了応答が割り当てられたビットを“１”に設定した通信フレーム４０を送信する。これが、ＰＬ完了応答ステップに相当する。

このとき、第１対象以外の論理装置２０は、ローディングの対象論理装置と指定されていないと認識しているため、特に何もしない。

従って、このときの通信フレーム４０は、指示部４２が、例えば、図５（ｃ）に示したような、第１対象の論理装置２０に対するＰＬ指示を設定した状態のままであり、応答部４４が、第１対象用の新規メインプログラムの取得が完了した第１対象の各論理装置２０の処理応答用ビットのうち、ＰＬ完了応答が割り当てられたビットが“１”に設定され、それ以外の各論理装置２０の処理応答用ビットのうち、ＰＬ完了応答が割り当てられたビットが“０”に設定された状態となる。

監理装置１０は、受信した通信フレーム４０において、指示部４２が、例えば、図５（ｃ）に示したような、第１対象の論理装置２０に対するＰＬ指示を設定した状態であり、且つ、応答部４４が、第１対象の全ての論理装置２０の処理応答用ビットのうち、ＰＬ完了応答が割り当てられたビットが“１”に設定された状態となっていることを確認することで、第１対象の論理装置２０の全てから、第１対象用のプログラムの取得完了応答を受信したことを確認する。この確認が図７の（Ｄ）である。

第１対象の全ての論理装置２０から取得完了応答を受信したことを確認すると、監理装置１０は、続いて、第１対象の論理装置２０を対象として、承認指示を送信する。すなわち、指示部４２の指示内容部４２ａの処理指示用ビットのうち、承認指示が割り当てられたビットを“１”に設定し、指示宛先部４２ｂにおいて、第１対象の論理装置２０用の処理指示宛先ビットを“１”に設定することで、対象論理装置を指定する指定情報を設定した通信フレーム４０を送信する。これが、承認指示ステップに相当する。

従って、このときの通信フレーム４０は、指示部４２の指示内容部４２ａにおいて、モード切替指示用ビットのうち、保守モード及びデータ管理モードが割り当てられたビットが“１”に設定され、処理指示用ビットのうち、承認指示が割り当てられたビットが“１”に設定され、指示宛先部４２ｂにおいて、第１対象の論理装置用の処理指示宛先ビットが“１”に設定された状態となっている。

第１対象の論理装置２０は、この承認指示を受信すると、記憶している現用メインプログラムを取得した新規メインプログラムに更新し、監理装置１０へ承認応答を送信する。すなわち、第１対象の論理装置２０は、受信した通信フレーム４０において、指示部４２の指示宛先部４２ｂの自装置用の処理指示用ビットが“１”に設定されていることから、自装置が対象論理装置として指定された指定情報が設定されていると判断する。また、指示部４２の指示内容部４２ａの処理指示用ビットのうち、承認指示が割り当てられたビットが“１”に設定されていることから、承認指示が設定されていると判断する。

そして、第１対象の論理装置２０は、プログラムの更新が完了すると、応答部４４の自装置用の処理応答用ビットのうち、承認応答が割り当てられたビットを“１”に設定した通信フレーム４０を送信する。

また、第１対象の論理装置２０は、自装置のハードウェアリセットを行って再起動する。再起動によって、更新した現用メインプログラムに従った新たなメイン処理が起動されることになる。これが、更新リセット制御ステップに相当する。

一方、監理装置１０は、受信した通信フレーム４０において、指示部４２が、例えば、第１対象の論理装置２０に対する承認指示を設定した状態であり、且つ、応答部４４が、第１対象の全ての論理装置２０の処理応答用ビットのうち、承認応答が割り当てられたビットが“１”に設定された状態となっていることを確認することで、第１対象の論理装置２０の全てから、承認応答を受信したことを確認する。この確認が図７の（Ｅ）である。確認後は、続いて、第２対象の論理装置２０を対象論理装置と指定して、同様に、第２対象用のプログラムを送信して更新させるプログラムローディングを行う。

［作用効果］
このように、本実施形態の鉄道用信号保安システム１によれば、論理装置２０において、管理プログラム１２２に従った管理処理によって、信号保安に係るメイン処理を実行するための現用メインプログラム１２４を、ＬＡＮ３０を介して監理装置１０から取得した新規メインプログラムに書き換えるプログラムローディングが可能となる。また、このプログラムローディングでは、現用メインプログラム１２４を新規メインプログラムに書き換えた後に、自動的に論理装置２０をハードウェアリセットして、新規メインプログラムを起動することができる。すなわち、ＬＡＮ３０に接続された各論理装置２０のプログラムを、ＬＡＮ３０を介して更新できるようになる。

また、論理装置２０では、監理装置１０からのモード切替指示に対するデータ管理モードへの切り替え、そのモード切替完了応答の送信、監理装置からローディング指示とその応答および新規メインプログラムの取得、取得した新規メインプログラムの整合性照査（ＣＲＣチェック、自装置宛プログラム照査、ＳＵＭ値チェック）、その取得完了応答の送信、監理装置１０からの承認指示による新規メインプログラムに書き換え、といった手順を踏むことによって、ＬＡＮ３０を介した監理装置１０と各論理装置２０との通信にフェールセーフ性を確保することができる。

更に、監理装置１０が対象論理装置と指定した論理装置２０のみが、新規メインプログラムの取得及び書き換えといったプログラムローディングを行うことで、複数の論理装置２０のうち、一部又は全ての論理装置２０を対象としてプログラムローディングを行うといった、ピンポイントローディングが可能となる。

なお、本発明の適用可能な実施形態は、上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能なのは勿論である。

例えば、上述の実施形態では、ピンポイントローディングを行う際に全ての論理装置２０をデータ管理モードへ遷移させることとしたが、ローディングの対象とする論理装置２０のみをデータ管理モードに遷移させ、それ以外のローディングの対象としない論理装置２０についてはデータ管理モードに遷移させないこととしても良い。

１ 鉄道用信号保安システム
１０ 監理装置
２０ 論理装置
１００ ＣＰＵ制御ユニット、１１０ 演算制御部、１２０ 記憶部
１２２ 管理プログラム
１２４ 現用メインプログラム、１２８ メインデータ
２００ ＬＡＮ通信制御ユニット
３００ Ｉ／Ｆ制御ユニット、３０２ 入力装置、３０４ 表示装置
３０ ＬＡＮ
４０ 通信フレーム

Claims (3)

1. 通信フィールドとして、監理装置から論理装置への指示が設定される指示部と、前記論理装置から前記監理装置への応答が設定される応答部と、通信情報部とを少なくとも含む通信フレームを、前記監理装置および複数の前記論理装置の間で周回させる通信方式で通信接続されて構成された鉄道用信号保安システムであって、
   前記論理装置は、
   管理プログラムおよび現用メインプログラムを記憶する記憶部と、
   前記管理プログラムに従った管理処理と、前記現用メインプログラムに従った信号保安に係るメイン処理とを実行するプロセッサと、
   を備え、
   前記管理プログラムは、
   受信した前記通信フレーム中の前記指示部に含まれるモード切替指示が、プログラムローディング（以下「ＰＬ」と略称する）を行う際のデータ管理モードへの切替指示に設定されていた場合に、動作モードを前記データ管理モードへ切り替える制御を行うモード切替ステップと、
   前記モード切替ステップでの切り替えが完了した場合に、前記応答部に、モード切替完了応答を設定して前記通信フレームを送信する制御を行うモード切替完了応答ステップと、
   受信した前記通信フレーム中の前記指示部に、ＰＬ指示が設定されていた場合に、当該通信フレーム中の前記通信情報部に格納されている新規メインプログラムを取得する制御を行うＰＬステップと、
   前記新規メインプログラムの取得が完了した場合に、前記応答部に、取得完了応答を設定して前記通信フレームを送信する制御を行うＰＬ完了応答ステップと、
   受信した前記通信フレーム中の前記指示部に、承認指示が設定されていた場合に、前記記憶部に記憶されている前記現用メインプログラムを、取得が完了した前記新規メインプログラムに書き換える制御を行った後、前記論理装置をハードウェアリセットする制御を行う更新リセット制御ステップと、
   を含む前記管理処理を前記プロセッサに実行させるためのプログラムであり、
   前記監理装置は、
   前記モード切替指示を前記データ管理モードへの切替指示に設定して前記通信フレームを送信する制御を行うモード切替指示ステップと、
   受信した前記通信フレーム中の前記応答部に、前記モード切替完了応答が設定されていた場合に、前記指示部に、前記ＰＬ指示を設定するとともに、前記通信情報部に、前記新規メインプログラムを格納して前記通信フレームを送信する制御を行うＰＬ指示ステップと、
   受信した前記通信フレーム中の前記応答部に、前記取得完了応答が設定されていた場合に、前記指示部に、前記承認指示を設定して前記通信フレームを送信する制御を行う承認指示ステップと、
   を実行する、
   鉄道用信号保安システム。
2. 前記複数の論理装置は、一部又は全部の論理装置がＰＬの対象となる対象論理装置であり、
   前記監理装置は、
   前記モード切替指示ステップにおいて、前記複数の論理装置のうちの前記対象論理装置を指定する指定情報を前記指示部に設定するとともに、前記モード切替指示を前記データ管理モードへの切替指示に設定して前記通信フレームを送信する制御を行い、
   前記ＰＬ指示ステップにおいて、全ての前記対象論理装置が前記モード切替完了応答を設定した前記通信フレームを受信した場合に、前記指定情報を前記指示部に設定するとともに、前記指示部に前記ＰＬ指示を設定し、前記通信情報部に、前記新規メインプログラムを格納して前記通信フレームを送信する制御を行い、
   前記承認指示ステップにおいて、全ての前記対象論理装置が前記取得完了応答を設定した前記通信フレームを受信した場合に、前記指定情報を前記指示部に設定するとともに、前記指示部に、前記承認指示を設定して前記通信フレームを送信する制御を行い、
   前記管理プログラムは、
   受信した前記通信フレーム中の前記指示部に、当該管理プログラムに係る論理装置が前記対象論理装置として指定された前記指定情報が設定されている場合に、前記モード切替ステップ、前記ＰＬステップ、および前記更新リセット制御ステップを前記プロセッサに実行させるためのプログラムである、
   請求項１に記載の鉄道用信号保安システム。
3. 通信フィールドとして、監理装置から論理装置への指示が設定される指示部と、前記論理装置から前記監理装置への応答が設定される応答部と、通信情報部とを少なくとも含む通信フレームを、前記監理装置および複数の前記論理装置の間で周回させる通信方式で通信接続されて構成された鉄道用信号保安システムの制御方法であって、
   前記論理装置は、
   現用メインプログラムを記憶する記憶部と、
   管理処理と、前記現用メインプログラムに従った信号保安に係るメイン処理とを実行するプロセッサと、
   を備えており、
   前記管理処理は、
   受信した前記通信フレーム中の前記指示部に含まれるモード切替指示が、プログラムローディング（以下「ＰＬ」と略称する）を行う際のデータ管理モードへの切替指示に設定されていた場合に、動作モードを前記データ管理モードへ切り替える制御を行うモード切替ステップと、
   前記モード切替ステップでの切り替えが完了した場合に、前記応答部に、モード切替完了応答を設定して前記通信フレームを送信する制御を行うモード切替完了応答ステップと、
   受信した前記通信フレーム中の前記指示部に、ＰＬ指示が設定されていた場合に、当該通信フレーム中の前記通信情報部に格納されている新規メインプログラムを取得する制御を行うＰＬステップと、
   前記新規メインプログラムの取得が完了した場合に、前記応答部に、取得完了応答を設定して前記通信フレームを送信する制御を行うＰＬ完了応答ステップと、
   受信した前記通信フレーム中の前記指示部に、承認指示が設定されていた場合に、前記記憶部に記憶されている前記現用メインプログラムを、取得が完了した前記新規メインプログラムに書き換える制御を行った後、前記論理装置をハードウェアリセットする制御を行う更新リセット制御ステップと、
   を含み、
   前記監理装置は、
   前記モード切替指示を前記データ管理モードへの切替指示に設定して前記通信フレームを送信する制御を行うモード切替指示ステップと、
   受信した前記通信フレーム中の前記応答部に、前記モード切替完了応答が設定されていた場合に、前記指示部に、前記ＰＬ指示を設定するとともに、前記通信情報部に、前記新規メインプログラムを格納して前記通信フレームを送信する制御を行うＰＬ指示ステップと、
   受信した前記通信フレーム中の前記応答部に、前記取得完了応答が設定されていた場合に、前記指示部に、前記承認指示を設定して前記通信フレームを送信する制御を行う承認指示ステップと、
   を実行する、
   制御方法。

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