JP2020178349A - Ｏａｍを使用したイーサネットリンクパートナのｇｐｉｏの制御 - Google Patents

Abstract

【課題】ＯＡＭを使用したイーサネットリンクパートナーのＧＰＩＯの制御を可能にする。【解決手段】通信システムにおいて、ＰＨＹ回路は、ピアイーサネットＰＨＹデバイスへの伝送のためにデータを搬送するレイヤ１フレームを生成し、レイヤ１フレームと別個であり、ピアイーサネットＰＨＹデバイスと関連付けられる汎用入出力（ＧＰＩＯ）ポートを制御する１または複数の管理フレームをレイヤ１フレーム中に挿入し、レイヤ１フレームと挿入された管理フレームとを、ＰＨＹインタフェースを介して、物理リンクを通じてピアイーサネットＰＨＹデバイスに、ピアイーサネットＰＨＹデバイスと関連付けられるＧＰＩＯポートの１または複数の動作を制御するために伝送し、１または複数の管理フレームがピアイーサネットＰＨＹデバイスにおいて受信に成功したことを確認する１または複数のベリフィケーションを、ＰＨＹインタフェースを介して受信する。【選択図】図４

Description

［関連出願の相互参照］
本願は、２０１９４月１９日に出願された米国仮特許出願第６２／８３６，５３６号の利益を主張しており、当該特許出願の開示は、参照として本明細書に組み込まれる。

本開示は一般的に、イーサネット（登録商標）通信、具体的にはイーサネット運用管理および保守（ＯＡＭ）フレームなどの管理フレームを使用する汎用入出力（ＧＰＩＯ）インタフェースの動作方法およびシステムに関する。

自動車用の車内通信システム、特定の産業通信システムおよびスマートホームシステムなどの様々な応用は、比較的短い距離にわたって高いデータレートの通信を必要とする。いくつかの種類のプロトコルおよび通信媒体は、そのような応用を提案されてきている。例えば、自動車への応用のためのツイストペア銅線媒体にわたるイーサネット通信は、２０１６年６月の「ＩＥＥＥ Ｓｔａｎｄａｒｄ ｆｏｒ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ；Ａｍｅｎｄｍｅｎｔ ４：Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｆｏｒ １Ｇｂ／ｓ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｖｅｒ ａ Ｓｉｎｇｌｅ Ｔｗｉｓｔｅｄ−Ｐａｉｒ Ｃｏｐｐｅｒ Ｃａｂｌｅ」と題されるＩＥＥＥ Ｓｔａｎｄａｒｄ ８０２．３ｂｐ（登録商標）−２０１６において指定されている。この規格は、簡潔にするため「ＩＥＥＥ８０２．３ｂｐ」と本明細書で称される。ＩＥＥＥ８０２．３ｂｐ規格のセクション９７．３．８は、１０００ＢＡＳＥ‐Ｔ１運用管理および保守（ＯＡＭ）を指定する。

上記の説明は、この分野の関連技術についての一般的な概要として示されており、含まれる情報のいずれかが本特許出願に対する先行技術を構成することを認めるものと解釈されるべきではない。

本明細書に説明される実施形態は、リモートピアイーサネットＰＨＹデバイスを制御するために動作するイーサネット物理層（ＰＨＹ）デバイスを提供する。イーサネットＰＨＹデバイスは、ＰＨＹインタフェースおよびＰＨＹ回路を含む。ＰＨＹインタフェースは、物理リンクに接続するように構成される。ＰＨＹ回路は、ピアイーサネットＰＨＹデバイスへの伝送のためにデータを搬送するレイヤ１フレームを生成し、レイヤ１フレームと別個であり、ピアイーサネットＰＨＹデバイスと関連付けられる汎用入出力（ＧＰＩＯ）ポートを制御するように構成される１または複数の管理フレームをレイヤ１フレーム中に挿入し、レイヤ１フレームと挿入された管理フレームとを、ＰＨＹインタフェースを介して、物理リンクを通じてピアイーサネットＰＨＹデバイスに、ピアイーサネットＰＨＹデバイスと関連付けられるＧＰＩＯポートの１または複数の動作を制御するために伝送し、１または複数の管理フレームがピアイーサネットＰＨＹデバイスにおいて成功裏に受信されたことを確認する１または複数のベリフィケーションを、ＰＨＹインタフェースを介して受信するように構成される。

いくつかの実施形態において、ＰＨＹ回路は、１または複数の運用管理および保守（ＯＡＭ）フレームを挿入することにより管理フレームを挿入するように構成される。一実施形態において、管理フレームのうち少なくとも１つで、ＰＨＹ回路は、ＧＰＩＯポートを特定の出力論理レベルに設定するようにピアイーサネットＰＨＹデバイスに命令するように構成される。別の実施形態において、管理フレームのうち少なくとも１つで、ＰＨＹ回路は、ＧＰＩＯポートの入力論理レベルを読み取るようにピアイーサネットＰＨＹデバイスに命令するように構成される。開示される実施形態において、管理フレームのうち少なくとも１つで、ＰＨＹ回路は、車両における安全制御動作を実行するようにマイクロコントローラを制御するようにピアイーサネットＰＨＹデバイスに命令するように構成される。

いくつかの実施形態において、ＰＨＹ回路は、ホストから１または複数の管理フレームを受信するように構成される。他の実施形態において、ＰＨＹ回路は、レジスタを介してＧＰＩＯポートを制御するためのパラメータを受信するように、当該パラメータに基づいて１または複数の管理フレームを構成するように構成される。

本明細書に説明される実施形態によって、リモートピアイーサネットＰＨＹデバイスにより制御されるイーサネット物理層（ＰＨＹ）デバイスがさらに提供される。イーサネットＰＨＹデバイスは、ＰＨＹインタフェースおよびＰＨＹ回路を含む。ＰＨＹインタフェースは物理リンクに接続するように構成され、ＰＨＹ回路は、ＰＨＹインタフェースを介して、物理リンクを通じてピアイーサネットＰＨＹデバイスから送信されるデータを搬送するレイヤ１フレームを受信し、イーサネットＰＨＹデバイスと関連付けられる汎用入出力（ＧＰＩＯ）ポートを制御するピアＰＨＹデバイスから送信される１または複数の管理フレームをレイヤ１フレームの中に受信し、１または複数の管理フレームに含まれる命令に応じてＧＰＩＯポートを制御し、ＰＨＹインタフェースを介して、１または複数の管理フレームが成功裏に受信されたことを確認する１または複数のベリフィケーションを、ピアイーサネットＰＨＹデバイスに伝送するように構成される。

いくつかの実施形態において、ＰＨＹ回路は、１または複数の運用管理および保守（ＯＡＭ）フレームを受信することによい管理フレームを受信するように構成される。例示的な実施形態において、管理フレームのうち少なくとも１つに応答して、ＰＨＹ回路は、ＧＰＩＯポートを特定の出力論理レベルに設定するように構成される。別の実施形態において、管理フレームのうち少なくとも１つに応答して、ＰＨＹ回路は、ＧＰＩＯポートの入力論理レベルを読み取り、ピアイーサネットＰＨＹデバイスにＧＰＩＯの入力論理レベルを報告するように構成される。いくつかの実施形態において、管理フレームのうち少なくとも１つに応答して、ＰＨＹ回路は、車両における安全制御動作を実行するようにマイクロコントローラを制御するように構成される。

本明細書に説明される実施形態によって、マイクロコントローラ、第１イーサネットＰＨＹデバイスおよび第２イーサネットＰＨＹデバイスを含むイーサネット通信システムがさらに提供される。第１イーサネットＰＨＹデバイスは、汎用入出力（ＧＰＩＯ）ポートによりマイクロコントローラに接続される。第２イーサネットＰＨＹデバイスは、物理リンクを介して第１イーサネットＰＨＹデバイスに接続される。第２イーサネットＰＨＹデバイスは、データを搬送する第１イーサネットＰＨＹデバイスとレイヤ１フレームを交換し、レイヤ１フレームと別個であり、第１イーサネットＰＨＹデバイスのＧＰＩＯポートを介してマイクロコントローラを制御するように構成される１または複数の管理フレームを、レイヤ１フレームの中で第１イーサネットＰＨＹデバイスに伝送し、ＰＨＹインタフェースを介して、１または複数の管理フレームが第１イーサネットＰＨＹデバイスにおいて成功裏に受信されたことを確認する１または複数のベリフィケーションを、第１イーサネットＰＨＹデバイスから受信するように構成される。

一実施形態において、管理フレームのうち少なくとも１つで、第２イーサネットＰＨＹデバイスは、車両における安全制御動作を開始するように構成され、当該第１イーサネットＰＨＹデバイスは、ＧＰＩＯポートを介してマイクロコントローラを制御して安全制御動作を実行するように構成され。当該マイクロコントローラは、ＧＰＩＯポートの制御に応答して安全制御動作を実行するように構成される。

別の実施形態において、管理フレームのうち少なくとも１つに応答して、第１イーサネットＰＨＹデバイスは、ＧＰＩＯポートを介してマイクロコントローラをリセットするように構成される。さらに別の実施形態において、管理フレームのうち少なくとも１つに応答して、第１イーサネットＰＨＹデバイスは、ＧＰＩＯポートを介してマイクロコントローラのステータスを読み取るように構成される。さらに別の実施形態において、第１イーサネットＰＨＹデバイスは、マイクロコントローラが正常に機能するか、または機能不良であるかに関わらずＧＰＩＯポートを制御するように構成される。

また、本明細書に説明される実施形態によって、リモートピアイーサネット物理層（ＰＨＹ）デバイスを制御するための方法が提供される。当該方法は、物理リンクを通じてピアイーサネットＰＨＹデバイスに接続するイーサネットＰＨＹデバイスにおいて、ピアイーサネットＰＨＹデバイスへの伝送のためのデータを搬送するレイヤ１フレームを生成する段階を含む。１または複数の管理フレームは、イーサネットＰＨＹデバイスにおけるレイヤ１フレームの中に挿入される。１または複数の管理フレームは、レイヤ１フレームと別個であり、ピアイーサネットＰＨＹデバイスと関連付けられる汎用入出力（ＧＰＩＯ）ポートを制御するように構成される。レイヤ１フレームと挿入された管理フレームとは、物理リンクを通じてイーサネットＰＨＹデバイスからピアイーサネットＰＨＹデバイスに伝送され、ピアイーサネットＰＨＹデバイスと関連付けられるＧＰＩＯポートの１または複数の動作を制御する。１または複数の管理フレームがピアイーサネットＰＨＹデバイスにおいて成功裏に受信されたことを確認する１または複数のベリフィケーションは、ピアイーサネットＰＨＹデバイスからイーサネットＰＨＹデバイスで受信される。

本明細書に説明される実施形態によって、イーサネット物理層（ＰＨＹ）デバイスと関連付けられる汎用入出力（ＧＰＩＯ）ポートを制御するための方法がさらに提供される。当該方法は、物理リンクを通じてピアイーサネットＰＨＹデバイスから送信されるデータを搬送するレイヤ１フレームをイーサネットＰＨＹデバイスにおいて受信する段階を含む。ピアＰＨＹデバイスから送信されてイーサネットＰＨＹデバイスと関連付けられるＧＰＩＯポートを制御する１または複数の管理フレームは、レイヤ１フレームの中で受信される。イーサネットＰＨＹデバイスと関連付けられるＧＰＩＯポートは、１または複数の管理フレームに含まれる命令に応じて制御される。１または複数の管理フレームが成功裏に受信されたことを確認する１または複数のベリフィケーションは、イーサネットＰＨＹデバイスからピアイーサネットＰＨＹデバイスに伝送される。

本開示は、図面と照らし合わせると、その実施形態に関する以下の詳細な説明から、より十分に理解されるであろう。

本明細書に説明される実施形態によって自動車用通信システムを概略的に示すブロック図である。

本明細書に説明される実施形態によって、図１のシステムにおけるイーサネット物理層（ＰＨＹ）デバイスを概略的に示すブロック図である。

本明細書に説明される実施形態によって、ＧＰＩＯコマンドを搬送するイーサネット運用管理および保守（ＯＡＭ）フレームを示す図である。

本明細書に説明される実施形態によって、ピアイーサネットＰＨＹデバイスにおいて汎用入出力（ＧＰＩＯ）ポートを制御するための方法を概略的に示すフローチャートである。

本明細書に説明される実施形態によって、アビオニクス通信システムを概略的に示すブロック図である。

本明細書に説明される別の実施形態によって、通信システムを概略的に示すブロック図である。

本明細書に説明される実施形態は、改善されたイーサネット通信の方法およびシステムを提供し、当該方法及びシステムは、例えば、運用管理および保守（ＯＡＭ）フレームなどの管理フレームの交換を介して、ピアイーサネットＰＨＹデバイスにおいて、イーサネットＰＨＹデバイスがＧＰＩＯポートを制御する。

いくつかの実施形態において、イーサネットＰＨＹデバイスは、例えば、ツイストペアリンクなどの物理リンクを通じてピアＰＨＹデバイスと通信する。ＰＨＹデバイスは、機能の中でも特に、物理リンク（物理媒体）を通じてのピアＰＨＹデバイスへの伝送に適切なやり方で、レイヤ２イーサネットフレームを符号化するレイヤ１フレームを生成するように構成される。ピアＰＨＹデバイス（「リンクパートナー」とも称される）は、汎用入出力（ＧＰＩＯ）ポートと関連付けられる（例えば、一体型ＧＰＩＯポートを備えるか、またはＧＰＩＯポートを備えるホストにローカルに接続される）。通常、レイヤ２フレームを符号化してレイヤ１フレームのストリームを生成することは、１対１変換プロセスではない。符号化プロセスは通常、適用可能なリンク層技術に指定される適切なアルゴリズムに従って実行される。

レイヤ１フレームのストリームを組み立てる段階において、ＰＨＹデバイスは、ピアＰＨＹデバイス（リンクパートナーと称されることがある）と関連付けられるＧＰＩＯポートを制御するように構成される１または複数のイーサネットＯＡＭフレームを、レイヤ２イーサネットフレームの中で符号化するように構成される。ＰＨＹデバイスは、レイヤ２フレームとＯＡＭフレームとを備えるレイヤ１フレームを、物理リンクを通じてピアＰＨＹデバイスに伝送するように構成される。

例えば、上記のＩＥＥＥ８０２．３ｂｐ規格において指定されるように、イーサネットＯＡＭは、反対方向においてＯＡＭフレームを使用する組み込みの確認メカニズムをサポートする。いくつかの実施形態において、ＰＨＹデバイスは、１または複数のＯＡＭフレームがピアイーサネットＰＨＹデバイスにおいて受信に成功したことを確認する１または複数のＯＡＭベリフィケーションを、ピアＰＨＹデバイスから受信するように構成される。このように、リモートＧＰＩＯポートを制御するために高度の信頼性を持つメカニズムは、ＰＨＹリンク層内、すなわち、ＯＳＩ層‐１内において完全に実装される。

原理的には、ＧＰＩＯ制御専用の従来のイーサネットフレームを使用してリモートＧＰＩＯポートを制御することが可能である。この解決手段は、しかしながら、メディアアクセス制御（ＭＡＣ）層、および、場合によっては上位層に影響を与え、実装が複雑であり、大きい遅延を生じさせる。その一方、開示された技術は、上位層に関与することなく完全にＰＨＹデバイス内で実装され、実装がより簡単であり、最小のレイテンシオーバーヘッドしか生じない。

さらに、専用イーサネットフレームを使用してリモートＧＰＩＯポートを制御することは通常、追加のマイクロコントローラおよびソフトウェアスタックの使用、およびデータフレームの中でも特にそのようなイーサネットフレームの追加スケジューリングとインタリービングを必要とする。この追加の複雑さは、信頼性の低下および配信の漏れのリスクをもたらす。さらに、開示された技術は、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）の適切な置換を提供する。コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）は、いくつかの従来の自動車用ネットワークにおいて、電子制御ユニット（ＥＣＵ）間の安全メッセージのための冗長通信手段として使用される。以下に説明および例示されるように、開示された技術の信頼性は、他のシステムまたはコントローラに依存するものではない。いくつかの典型的な実装において、開示された解決手段は、単一の集積回路（ＩＣ）において完全に自己完結型である。

本明細書に開示されるいくつかの実施形態は、自動車への応用、例えば、様々な自動車用周辺機器が電子制御ユニット（ＥＣＵ）と通信し、ＥＣＵが互いに通信するシステムの文脈において説明される。他の例示的な実施形態は、アビオニクス通信システムの文脈で説明される。いくつかの使用事例は、自動車通信システムおよびアビオニクス通信システムの安全制御機能に関する。しかしながら、これらの実施形態はおよび使用例は単に例として提供される。開示された技術は、例えば産業および／またはスマートホームネットワークなどの他の応用においても同様に適用可能である。

明確さのために、本明細書に説明される実施形態は主に、イーサネットＯＡＭフレームを指す。しかしながら、一般的に、開示された技術は、ＯＡＭフレームに限定されず、いずれかの適切な種類の管理フレームを使用して実装され得る。

いくつかの実施形態において、ＯＡＭフレームは、ＰＨＹデバイスに接続されるホストにより構成される。これらの実施形態において、ＰＨＹデバイスは、ホストからＯＡＭフレームを受信し、当該ＯＡＭフレームを、レイヤ１フレームのストリームの一部として符号化する。代替的な実施形態において、ＯＡＭフレームはＰＨＹデバイスの内部で構成される。例示的な実施形態において、ＰＨＹデバイスは、例えば、レジスタを介して、リモートＧＰＩＯを制御するためのパラメータを受信し、受信されたパラメータに基づいてＯＡＭフレームを構成する。

図１は、本明細書に説明される実施形態によって自動車用通信システム２０を概略的に示すブロック図である。システム２０は通常、例えば、乗用車などの車両にインストールされる。システム２０は、イーサネット通信を使用して複数の自動車用周辺機器３２を制御する１または複数の自動車用電子制御ユニット（ＥＣＵ）２４およびメイン自動車用ＥＣＵ２８を備える。

以下に詳細に説明されるように、タスクの中でも特に、ＥＣＵ２４とメインＥＣＵ２８とは、イーサネットＯＡＭフレームに組み込まれている安全ステータスメッセージを送信し、組み込まれた安全ステータスメッセージに基づいて、リモートＧＰＩＯポートを制御することにより、様々なシステムコンポーネントの安全ステータスを検証する。本例において、システム２０は、上記のＩＥＥＥ８０２．３ｂｐ規格に従って動作する。しかしながら、代替的に、いずれの他の適切なイーサネット規格または他の適切なネットワーク通信プロトコルが使用され得る。開示された技術は、いずれかの適切な物理層を変更するのに使用され、リモートＧＰＩＯの制御の目的のためにさらなる情報を搬送し得る。

様々な実施形態において、自動車用周辺機器３２は、例えば、ライダ、レーダー、カメラ、ステレオ増幅器、テレマティクス無線機、ボディＥＣＵ、パワートレイン、および／またはいずれの他の適切な種類の周辺機器を備え得る。通信および制御の目的のために、周辺機器３２の各々は、システムオンチップ（ＳｏＣ）３６とも称されるホストコントローラ、およびＰＨＹデバイス４０を備える。各周辺機器３２は、それぞれの物理層によりＥＣＵ２４のうち一つに接続される。

各ＥＣＵ２４は、周辺機器３２と通信する複数のＰＨＹデバイス４４を備える。各ＰＨＹデバイス４４は、ＰＨＹデバイスの物理符号化副層（ＰＣＳ）機能を実行するＰＣＳ回路４８と、ＰＨＹデバイスの物理媒体接続副層（ＰＭＡ）機能を実行するＰＭＡ回路５２とを備える。

一実施形態において、各ＥＣＵ２４はさらに、周辺機器３２をメインＥＣＵ２８に接続する自動車用イーサネットネットワークスイッチ５６を備える。スイッチ５６は、複数のポート５７を備える。各ＰＨＹデバイス４８は、スイッチ５６のそれぞれのポート５７に接続される。各ＥＣＵ２４はさらに、ＥＣＵ２４の、および／または関連する周辺機器３２の安全ステータスを検証する安全マイクロコントローラ（μＣ）６８を備え、対応する安全メッセージをメインＥＣＵ２８に送信する。安全μＣ６８は、安全ステータスメッセージを１または複数のロジック信号（「ステータス」と図示される）として出力するステータス出力回路７２を備える。

本例において、各ＥＣＵ２４は、メインＥＣＵ２８と通信する役割を担うＰＨＹデバイス５８を備える。ＰＨＹデバイス５８は、スイッチ５６のポート５７のうち一つと、ＥＣＵ２４をメインＥＣＵ２８と接続する物理リンク６２とに接続される。本例において、リンク６２はＩＥＥＥ８０２．３ｂｐに従うツイストペアリンクを備える。

メインＥＣＵ２８との通信の一部として、ＰＨＹデバイス５８は従来のレイヤ２イーサネットフレームを伝送し、また、イーサネットＯＡＭフレームに組み込まれた安全μＣ６８により生成される安全ステータスメッセージを伝送する。通常、ＰＨＹデバイス５８は、適用可能なリンク層アルゴリズムに従ってレイヤ２イーサネットフレームとＯＡＭフレームとを結合して、物理媒体を通じた伝送のためにレイヤ１フレームを形成する。ＩＥＥＥ８０２．３ｂｐの場合において、物理媒体は非シールドツイストペア（ＵＴＰ）を備える。

ＥＣＵ２４のＰＨＹデバイス５８は、ＰＣＳ回路４８、ＰＭＡ回路６０およびＧＰＩＯ制御回路６４を備える。ＧＰＩＯ制御回路６４は、安全μＣ６８から安全ステータスメッセージを搬送する（１または複数の）ロジック信号を、（１または複数の）それぞれのＧＰＩＯ入力ポートを使用して受信する。ＰＨＹデバイス５８は、イーサネットＯＡＭフレームに安全ステータスメッセージを組み込み、リンク６２を通じてメインＥＣＵ２８に伝送されるイーサネットレイヤ１フレームのストリームにＯＡＭフレームを挿入する。ＰＨＹデバイス５８のこの機能および内部構造は、以下の図２により詳細に説明される。

メインＥＣＵ２８は、ネットワークスイッチ５６、ネットワークスイッチ５６のポート５７に接続される複数のＰＨＹデバイス５８、およびメイン安全μＣ７６を備える。各ＰＨＹデバイス５８は、それぞれの物理層６２を通じてそれぞれのＥＣＵ２４に接続される。

メインＥＣＵ２８の各ＰＨＹデバイス５８において、ＰＭＡ回路６０およびＰＣＳ回路４８は、ＥＣＵ２４とメインＥＣＵ２８のスイッチ５６との間で従来のイーサネットトラフィックを伝送する。加えて、メインＥＣＵ２８の各ＰＨＹデバイス５８において、ＰＣＳ回路４８は、ＥＣＵ２４から受信されるレイヤ１フレームのストリームからＯＡＭフレームを抽出し、当該ＯＡＭフレームから安全ステータスメッセージを抽出し、当該安全ステータスメッセージをＧＰＩＯ制御回路６４に送信する。ＧＰＩＯ制御回路６４は、安全ステータスメッセージに従って１または複数のＧＰＩＯ出力を設定する。メイン安全μＣ７６は、ＰＨＹデバイス５８からＧＰＩＯ出力を受信するステータス入力回路８０を備える。メイン安全μＣ７６は、ＥＣＵ２４の様々な安全μＣ６８から受信される安全ステータスメッセージに応答して、いずれかの適切な安全関連動作を開始し得る。

図２は、本明細書に説明される実施形態によってシステム２０のイーサネットＰＨＹデバイス５８の内部構造を概略的に示すブロック図である。通常、ＥＣＵ２４とメインＥＣＵ２８とにおけるＰＨＹデバイス５８は同様の内部構造を有する。本例において、ＰＣＳ回路４８はＰＣＳ伝送（ＴＸ）回路１００、ＰＣＳ受信（ＲＸ）回路１０４、およびＰＣＳ ＯＡＭ回路１０８を備える。

ＰＣＳ ＴＸ回路１００は、（例えば、スイッチ５６からの）伝送のためにイーサネットレイヤ２フレームを受信し、それらを符号化してレイヤ１フレームのストリームを生成し、レイヤ１フレームをＰＭＡ回路６０に提供する。本明細書においてＰＨＹインタフェースとも称されるＰＭＡ回路６０は、物理リンク６２を通じてレイヤ１フレームを伝送する。反対方向において、ＰＭＡ回路６０は物理リンク６２を通じてレイヤ１フレームを受信し、それらをＰＣＳ ＲＸ回路１０４に供給する。ＰＣＳ ＲＸ回路１０４はレイヤ１フレームを復号してレイヤ２フレームを生成し、当該レイヤ２フレームを（例えば、スイッチ５６に）出力する。

いくつかの実施形態において、ＰＨＹデバイス５８はさらに、ＰＨＹコントローラ１１２、リンクモニタ１１６およびＧＰＩＯ制御回路６４を備える。ＰＨＹコントローラ１１２は、例えば、スイッチからの制御および設定コマンドを受信するために、シリアル管理インタフェース（ＳＭＩ）を通じてスイッチ５６に（例えば、スイッチ５６のメディアアクセス制御（ＭＡＣ）デバイスに）接続される。スイッチ５６は、例えば、ＳＭＩを介してＰＨＹデバイス５８の初期化およびモニタリングを行い得る。リンクモニタ１１６は、物理リンク６２を通じて通信品質をモニタリングするように構成される。

また、いくつかの実施形態において、ＰＨＹコントローラ１１２は、安全ステータスメッセージを送受信する役割を担う。ＰＨＹデバイス５８がＥＣＵ２４のうち一つで動作する場合、ＰＨＹコントローラ１１２は、（ＧＰＩＯ制御回路６４を介して安全μＣ６８から）メインＥＣＵ２８に報告されるべき安全ステータスメッセージを示す論理値を受信する。ＰＨＹコントローラ１１２は、ＰＣＳ ＯＡＭ回路１０８に論理値を送信する。ＰＣＳ ＯＡＭ回路１０８は、安全ステータスメッセージを搬送する１または複数のＯＡＭフレームを構築し、ＰＣＳ ＴＸ回路１００により生成されるレイヤ１フレームのストリームにＯＡＭフレームを含める。レイヤ２イーサネットフレームとＯＡＭフレームとから符号化されたレイヤ１フレームは、リンク６２を通じてＰＭＡ回路６０により伝送される。

ＰＨＹデバイス５８がメインＥＣＵ２８において動作する場合、ＰＭＡ回路６０は、リンク６２を通じて、レイヤ２イーサネットフレームと安全ステータスメッセージを搬送する１または複数のＯＡＭフレームとを符号化するレイヤ１フレームのストリームを、ＥＣＵ２４のうち一つから受信する。ＰＭＡ回路６０は、レイヤ１フレームのストリームをＰＣＳ ＲＸ回路１０４に供給する。ＰＣＳ ＯＡＭ回路１０８は、ストリームからＯＡＭフレームを抽出し、ＯＡＭフレームから安全ステータスメッセージを抽出し、対応する論理値をＰＨＹコントローラ１１２に送信する。ＰＨＹコントローラ１１２は論理値をＧＰＩＯ制御回路６４に送信し、次にＧＰＩＯ制御回路６４は適切なＧＰＩＯ出力を設定する。ＧＰＩＯ出力はこのように、メイン安全μＣ７６のステータス入力回路８０への入力として提供される。

本明細書に説明される実施形態において、（安全μＣ６８とメイン安全μＣ７６との間で交換が行われ、安全ステータスメッセージを示す）論理値は静的な離散論理値である。しかしながら、開示された技術はこの種類の実装に限定されるものではない。代替的な実施形態において、いずれかの論理値は時間の経過と共に変更するので、例えば、複数のビットの情報を搬送する論理値の一時的パターンを形成し得る。時間の経過と共に特定のＧＰＩＯポート（ｐｉｎ）で論理値を変動させることにより、いずれかの適切なプロトコルによってＰＨＹデバイス間でデータを伝送するシリアルデータリンクを実装することが可能である。複数のＧＰＩＯポート（ｐｉｎ）にそれぞれ対応する複数の論理値を変動させることにより、開示された技術は、ＰＨＹデバイス間でパラレルデータリンクを実装するのに使用され得る。追加的に、または代替的に、論理値は必ずしも離散デジタル値である必要はなく、いずれかの適切なやり方で情報を搬送するアナログ波形を有し得る。

本文脈で、（ＰＣＳ ＴＸ回路１００、ＰＣＳ ＲＸ回路１０４およびＰＣＳ ＯＡＭ回路１０８を含む）ＰＣＳ回路４８、ＰＨＹコントローラ１１２、ＧＰＩＯ制御回路６４およびリンクモニタ１１６は、まとめて「ＰＨＹ回路」と称される。代替的な実施形態において、ＰＨＹ回路は、いずれの他の適切な方式で実装され得る。

図３は、本明細書に説明される実施形態によって、ＧＰＩＯコマンド、例えば、安全ステータスメッセージを搬送するＯＡＭフレームを示す図である。一実施形態において、ＰＨＹデバイス（例えば、図１および図２におけるＰＨＹデバイス５８）は、この種類のＯＡＭフレームを使用して、リンクパートナー（例えば、リモートＰＨＹデバイス５８）のリモートＧＰＩＯポートを制御する。図３の例示的なＯＡＭフレームの構造は、上記のＩＥＥＥ８０２．３ｂｐ規格のセクション９７．３．８に準拠する。しかしながら、開示された技術は、任意の特定のフォーマット、およびいずれの他の適切なフォーマットに限定されるものではない。さらに、上記のように、開示された技術は、必ずしもＯＡＭフレームではなく、他の適切な種類の管理フレームを使用して実装され得る。

図面に示すように、ＯＡＭフレームは１２個のシンボル（Ｓｙｍｂｏｌ＿０からＳｙｍｂｏｌ＿１１と示される）を備え、各シンボルは９つのビット（Ｄ０からＤ８と示される）を含む。Ｓｙｍｂｏｌ＿０、Ｓｙｍｂｏｌ＿１のビットＤ４からＤ７、Ｓｙｍｂｏｌ＿１０、およびＳｙｍｂｏｌ＿１１、並びに各シンボルのビットＤ８は、ＩＥＥＥ８０２．３ｂｐと同様に定義される。

いくつかの実施形態において、Ｓｙｍｂｏｌ＿１のビットＤ０からＤ３を占める「メッセージ番号」フィールド１２０は、ＧＰＩＯメッセージ指示専用の４ビット値に設定されている。様々な実施形態において、ｓｙｍｂｏｌ＿２からＳｙｍｂｏｌ＿１０のいずれかまたは全ては、実際のＧＰＩＯコマンドまたは複数のコマンド用の空間１２４になり得る。一実施形態において、各シンボルは、リモートＰＨＹデバイスのそれぞれの異なるＧＰＩＯポート（入力または出力）に対するＧＰＩＯコマンドを指定するために使用される。

一実施形態において、ＯＡＭフレームのＳｙｍｂｏｌ＿１における「メッセージ番号」フィールド１２０は、４ｂ'１１１１に設定されるが、いずれの他の適切な値が使用され得る。ＧＰＩＯコマンドは、以下のように、ＯＡＭフレームのＳｙｍｂｏｌ＿８およびＳｙｍｂｏｌ＿９に組み込まれる。

示すように、Ｓｙｍｂｏｌ＿９は０×０１で設定され、ＯＡＭフレームがリモートＧＰＩＯコマンドを搬送することを示す。Ｓｙｍｂｏｌ＿８のＧＰＩＯコマンドは、以下のフィールドを含む。
・ＧＰＩＯコマンドコード（ＧＰＩＯ読み取り要求を示す０×００、ＧＰＩＯ書き込み要求を示す０×０１、ＧＰＩＯ読み取り応答、すなわち確認を示す０×０２、予備値を示す０×０３）
・ＧＰＩＯ方向ビット（"１"＝出力，"０"＝入力）
・ＧＰＩＯ値（"１"＝ハイ，"０"＝ロー）

代替的に、いずれの他の適切なフォーマットおよび／またはいずれの他の適切な数値が、ＯＡＭフレームにＧＰＩＯコマンドを組み込むために使用され得る。

一実施形態において、開示されるリモートＧＰＩＯ機能が両方のリンクパートナー（ＰＨＹデバイス）で有効である場合、当該機能はリンクアップすると作業を始める。動作中に、各ＧＰＩＯポート（ｐｉｎ）のｐｉｎステータスおよび値は通常、（リモートＰＨＹデバイスの）ＧＰＩＯ制御回路６４と、リモートＧＰＩＯレジスタとの両方に反映される。一実施形態において、上記の表１の例に従って、リモートＰＨＹデバイスのＧＰＩＯレジスタは、以下のフォーマットを有する。

この例において、ＧＰＩＯレジスタのビットは以下のように定義される。
・Ｂｉｔ＜１５＞：リモートＧＰＩＯの制御機能を有効にする
・Ｂｉｔ＜１４：８＞：予備であり、全て０に設定される
・Ｂｉｔ＜７＞：１に設定し、ＧＰＩＯ読み取り／書き込みを実行する。ビット６（以下に定義される）がＧＰＩＯ書き込みを示す場合、ＰＨＹデバイスは、ビット＜５：０＞のＧＰＩＯ方向および値とともに、「ＧＰＩＯ書き込み要求」をリンクパートナーに自動的に送信する。ビット６がＧＰＩＯ読み取りを示す場合、ＰＨＹデバイスは、「ＧＰＩＯ読み取り要求」を自動的に送信し、ビット＜５：０＞を、その次に受信される「ＧＰＩＯ読み取り応答」ＯＡＭフレームにおける受信されたＧＰＩＯ方向および値で更新する。このビットは、ＧＰＩＯ書き込みがリンクパートナーにより確認された場合、またはＧＰＩＯ読み取り応答がＧＰＩＯ読み取り要求に対して受信された場合に自動的にクリアされる。
・Ｂｉｔ＜６＞：０＝読み取り、１＝書き込み
・Ｂｉｔ＜５：３＞：ＧＰＩＯ方向＜２：０＞
・Ｂｉｔ＜２：０＞：ＧＰＩＯ値＜２：０＞

一実施形態において、ＧＰＩＯ情報の更新レートは、ＯＡＭ期間と一致するように設定される。（３．６μｓ×１２＝４３．２μｓ）開示されるリモートＧＰＩＯ機能が有効である場合、ＧＰＩＯコマンドを搬送する新しいＯＡＭフレームを受信すると、リモートＰＨＹデバイスは、「ＧＰＩＯコマンド」フィールドを解釈して適切な動作を決定する。

ＧＰＩＯコマンドが「ＧＰＩＯ書き込み要求」である場合、リモートＰＨＹデバイスは、自らのローカルＧＰＩＯレジスタおよびＧＰＩＯピンをＯＡＭフレームに示される方向および値に従って更新し、読み取りとしてＯＡＭフレームをマークする。ＧＰＩＯコマンドを処理すると、（ＩＥＥＥ８０２．３ｂｐにおいて指定された）ｍｒ＿ｒｘ＿ｌｐ＿ｖａｌｉｄ状態変数は、「０」にクリアされ、ＰＨＹデバイスが次のＯＡＭフレームのために準備されていることを示す。

ＧＰＩＯコマンドが「ＧＰＩＯ読み取り要求」である場合、リモートＰＨＹデバイスは、要求中のＰＨＹデバイスに「リモートＧＰＩＯ ＯＡＭ」フレームを返送する。この「リモートＧＰＩＯ ＯＡＭ」フレームにおいて、ＧＰＩＯコマンドは、「ＧＰＩＯ読み取り応答」に設定され、「ＧＰＩＯ方向」および「ＧＰＩＯ値」フィールドはローカルＧＰＩＯレジスタの現在のステータスを反映する。ＧＰＩＯコマンドを処理すると、ｍｒ＿ｒｘ＿ｌｐ＿ｖａｌｉｄは、「０」にクリアされ、ＰＨＹデバイスが次のＯＡＭフレームのために準備されていることを示す。

ＧＰＩＯコマンドが「ＧＰＩＯ読み取り応答」である場合、受信側ＰＨＹデバイスは、受信されたリモートＧＰＩＯ方向および値を自らのリモートＧＰＩＯレジスタに格納する。コマンドを処理すると、読み取り要求がリモートＧＰＩＯレジスタから発信される場合、ｍｒ＿ｒｘ＿ｌｐ＿ｖａｌｉｄは「０」にクリアされ、次のＯＡＭフレームの準備を行う。そうでなければ、管理エンティティがＯＡＭメッセージレジスタを通じて処理できるように、ｍｒ＿ｒｘ＿ｌｐ＿ｖａｌｉｄは「１」で保たれる。

いくつかの実用的なシナリオにおいて、既存のＯＡＭフレームが実行中（すなわち、伝送されたがまだ確認されていない）であることが生じ、同時に別のユーザＯＡＭフレームは伝送を待機し得る。そのような場合において、ＰＨＹデバイスは通常、既存のＯＡＭ伝送が確認された直後であるが、次のユーザＯＡＭメッセージが伝送される前に、リモートＧＰＩＯ ＯＡＭフレームを伝送する。管理エンティティは通常、正常ＯＡＭ動作と同様に、リンクパートナーの管理エンティティがＯＡＭを処理していないため、長時間ＯＡＭフレームが伝送されることができないシナリオを検出および処理する。

一実施形態において、例えば、「オープンドレイン」ミラーリングを使用する場合、単一ＧＰＩＯポート（ｐｉｎ）は、双方向シグナリングのため、すなわち入力と出力との両方として使用され得る。この種類の実装は、例えば、２線シリアルインタフェースを双方向に伝送して、リモートシステムの初期化、モニタリングまたは管理を行うのに有用である。例示的な実施形態において、初期化または他の管理タスクが完了した後、モードスイッチが実行され、単一方向ピンとしてＧＰＩＯピンを使用し得る。

図４は、本明細書に説明される実施形態によって、ピアイーサネットＰＨＹデバイス５８においてＧＰＩＯポートを制御するためのイーサネットＰＨＹデバイス５８により搬送される方法を概略的に示すフローチャートである。方法は、ＯＡＭフレーム組成動作１３０において、ＧＰＩＯコマンドが組み込まれたＯＡＭフレームを構成するＰＨＹデバイス（例えば、ネットワークスイッチ５６のＭＡＣデバイス）のホストとともに始まる。ホストは、ホストのＯＡＭレジスタにＯＡＭフレームを書き込む。書き込み動作１３４において、ホストは、ＳＭＩを通じてＯＡＭレジスタからＯＡＭフレームをＰＨＹデバイスに書き込む。

挿入動作１３８において、ＰＨＹデバイスのＰＨＹコントローラ１１２とＰＣＳ ＯＡＭ回路１０８とは、ＰＣＳ ＴＸ回路１００がレイヤ２イーサネットフレームから、例えば、２つの連続したレイヤ２イーサネットフレームの間で生成する、レイヤ１フレームのストリームのＯＡＭフレームを含む。伝送動作１４２において、ＰＨＹデバイスのＰＭＡ回路６０は、媒体依存インタフェース（ＭＤＩ）を使用して、例えばリンク６２を通じて、レイヤ１フレームをピアＰＨＹデバイスに伝送する。レイヤ１フレームは、レイヤ２イーサネットフレームとＯＡＭフレームとを伝達する。

ピアＰＨＹデバイスにおいて、受信および抽出動作１４６において、ＰＭＡ回路６０はレイヤ１フレームのストリームを受信し、ＰＣＳ ＯＡＭ回路１０８はストリームからＯＡＭフレームを抽出する。ＧＰＩＯコマンド処理動作１５０において、ＰＨＹコントローラ１１２は、ＯＡＭフレームがＧＰＩＯコマンドを搬送しているものと識別し、それに従ってＧＰＩＯ制御回路６４を制御する。例えば、ＧＰＩＯコマンドが書き込みコマンドである場合、ＰＨＹコントローラ１１２は、コマンドにおいて指定されるＧＰＩＯポートに、コマンドにおいて指定される値を書き込む。ＧＰＩＯコマンドが読み取りコマンドである場合、ＰＨＹコントローラ１１２は、コマンドにおいて指定されるＧＰＩＯポートから値を読み取る。

確認動作１５４において、ピアＰＨＹデバイスのＰＨＹコントローラ１１２は、ＧＰＩＯコマンドを開始するＰＨＹデバイスに確認メッセージを構成および返還する。ＩＥＥＥ８０２．３ｂｐのセクションの９７．３．８．２．８において指定されるように、確認メッセージそのものが、反対方向において送信されるＯＡＭフレームである。

図４の方法は例示的な方法であり、単に明確さのために示される。代替的な実施形態において、ＰＨＹデバイスおよびピアＰＨＹデバイスは、動作のいずれの他の適切なフローを使用して、開示された技術を実行し得る。例えば、代替的な実施形態においては、ホストではなくＰＨＹデバイスが、ＧＰＩＯコマンドを搬送するＯＡＭフレームを構成する。この実施形態において、ホストは通常、コマンドパラメータ（例えば、書き込みコマンドの場合に書き込まれるべきコマンドコード、ＧＰＩＯポート数、および値）を送信し、ＰＨＹコントローラ１１２は、これらのパラメータを使用してＯＡＭフレームを構成する。

様々な実施形態において、ＰＨＹデバイスは、開示された技術を使用して、ＧＰＩＯポートまたはリモートＰＨＹデバイスのポートを使用するいずれかの適切な動作を適用し得る。１つの例示的な実施形態において、リモートＰＨＹデバイスのＧＰＩＯポートは、リモートホストのリセットピンに接続され、ＰＨＹデバイスは、物理イーサネットリンクを通じて、リモートでリモートホストをリセットする開示された技術を使用する。別の例示的な実施形態において、リモートホストの「ステータス出力」ポートは、リモートＰＨＹデバイスのＧＰＩＯポートに接続され、ＰＨＹデバイスは、物理イーサネットリンクを通じてリモートでリモートホストのステータスをクエリする開示された技術を使用する。一実施形態において、２以上のリモートホストの「ステータス出力」ポートが、適切なロジック（例えば、ORまたはNORゲート）を使用して組み合わされ、ロジックの出力はリモートＰＨＹデバイスのＧＰＩＯポートに接続される。このように、ＰＨＹデバイスは、単一ＧＰＩＯポートを使用して、複数のリモートホストの組み合わされたステータス（例えば、いずれかのホストが故障したか）をクエリすることが可能である。

上記の説明は、自動車用通信システムにおける安全マイクロコントローラ間の安全ステータスメッセージの交換のための開示されたリモートＧＰＩＯの制御技術の場合の使用例を示す。以下の説明は、２つの追加の使用例を提供し、一方はアビオニクスシステムにおけるソフトウェア検証の簡素化に関連し、もう一方はコントローラ間の透過的ＧＰＩＯベースの通信に関連する。

図５は、本明細書に説明される実施形態によって、アビオニクス通信システムを概略的に示すブロック図である。図５のシステムにおいて、メインシステムマイクロコントローラ（μＣ）１６０はイーサネットＰＨＹデバイス１６８に連結され、リモートμＣ１６４はイーサネットＰＨＹデバイス１７２に連結される。ＰＨＹデバイス１６８および１７２はリンクパートナーであり、例えば、ツイストペアリンクなどの適切な物理層を通じて、ＭＤＩを使用して互いに通信する。データ送信のために、メインμＣ１６０は、ＭＡＣインタフェースを介してレイヤ２フレームのデータをＰＨＹデバイス１６８に送信し、ＰＨＹデバイス１６８は、ＭＤＩを使用してデータをレイヤ１フレームのＰＨＹデバイス１７２に送信し、ＰＨＹデバイス１７２は、ＭＡＣインタフェースを介してレイヤ２フレームのリモートμＣ１６４にデータを送信する。

μＣ１６０と１６４との間のデータの伝送に加えて、本例においては、同じ物理層リンク（ＭＤＩ）を通じて安全メッセージを伝送する必要がある。安全メッセージの移動のために同じ物理層リンクを再利用することは、例えば、ワイヤの数の低減および配線プロセスの簡素化ことに有用である。

１つの例示的な使用例において、例えば、パブリックアナウンスメント（ＰＡ）の間に娯楽システムを一時停止すべく、４つの可能値（Ｓｔａｔｅ＿０からＳｔａｔｅ＿３で示される）を有する安全状態が、航空機娯楽システムに伝送される。ソフトウェアの検証を簡略化すべく、安全メッセージはメインμＣ１６０およびリモートμＣ１６４から独立して伝送されることが望ましい。

図５の実施形態において、安全メッセージ（安全状態値）は、安全制御μＣ１７６、４−ｔｏ−２エンコーダ１８０、および２−ｔｏ−４デコーダ１８４を使用して、残りのシステムから独立して伝送される。さらに、ＰＨＹデバイス１６８は、ＧＰＩＯ１およびＧＰＩＯ２で示される２つのＧＰＩＯ入力ポートを有し、ＰＨＹデバイス１７２は、ＧＰＩＯ１およびＧＰＩＯ２で示される２つのＧＰＩＯ出力ポートを有する。２つのＰＨＹデバイスは、ＰＨＹデバイス１６８のＧＰＩＯ１およびＧＰＩＯ２の入力値をＰＨＹデバイス１７２に伝送することと、ＰＨＹデバイス１７２のＧＰＩＯ１およびＧＰＩＯ２の出力をこれらの値に設定することとを行うように構成される。ＰＨＹデバイスは、上記のように、ＯＡＭフレームのＧＰＩＯコマンドとして２つのＧＰＩＯ値を組み込むことにより、当該２つのＧＰＩＯ値を伝送する。

本例において、安全状態の値は、Ｓｔａｔｅ＿０からＳｔａｔｅ＿３に対応する４つの入力を通じて（図の左側に）提供される。これらの入力のうち単一入力は、「１」に設定されて現在の安全状態を示し、他の入力は「０」に設定される。４−ｔｏ−２エンコーダ１８０は、４つの入力を２ビット値に変換し、ＰＨＹデバイス１６８のポートＧＰＩＯ１およびＧＰＩＯ２に入力として当該２ビットを提供する。ＰＨＹデバイス１６８は、ＧＰＩＯ１およびＧＰＩＯ２の値を、開示された技術を使用して自らのリンクパートナー（ピアＰＨＹデバイスとも称される）ＰＨＹデバイス１７２に伝送する。ＰＨＹデバイス１７２は、自らのＧＰＩＯ１およびＧＰＩＯ２出力をこれらの値に設定する。２−ｔｏ−４デコーダ１８４は、ＧＰＩＯ１およびＧＰＩＯ２により搬送される２ビット値を復号化し、その結果、４つの元の値Ｓｔａｔｅ＿０からＳｔａｔｅ＿３を（図の右側において）再構築および出力する。

この実施形態において、安全メッセージの伝送は、システムの他のマイクロコントローラから独立して、安全制御μＣ１７６により管理される。本例において、メインシステムμＣ１６０とＰＨＹデバイス１６８との間のシリアル管理インタフェース（ＳＭＩ）は、安全制御μＣ１７６を通過する。この設定は、例えば、システムの安全側面が、後でメインμＣ１６０により（例えば、メインμＣを損傷させたマルウェア）再構成されることができないことを確実にするために有用である。しかしながら、安全制御μＣ１７６を介してＳＭＩを通過することは、必須ではない。

通常動作の間、安全制御μＣ１７６は、ＳＭＩトラフィックがメインシステムμＣ１６０とＰＨＹデバイス１６８との間を透過的に通過することを可能にする。安全メッセージを伝送すべく、安全制御μＣ１７６はＳＭＩをオーバーライドし、すなわち、メインシステムμＣ１６０のＳＭＩトラフィックがＰＨＹデバイス１６８に送信されることを防止し、ＰＨＹデバイス１６８自体を制御する。また、安全制御μＣ１７６は通常、パワーアップすると、ＰＨＹデバイス１６８および１７２を初期化する。

通常、安全制御μＣ１７６は小さく、小量の簡単なソフトウェアコードのみを実行する。そのため、また、安全制御μＣ１７６がμＣ１６０および１６４と別個であるため、安全関連ソフトウェアの検証は大幅に簡略化される。例えば、μＣ１６０または１６４のソフトウェアを更新する場合、安全関連ソフトウェアを再検証する必要がない。

図６は、本明細書に説明される別の実施形態によって、通信システムを概略的に示すブロック図である。図６の実施形態は、ＧＰＩＯポートがＰＨＹデバイスの一部ではなくホストの一部である設定を示す。本開示の文脈および特許請求の範囲において、ＧＰＩＯポートはＰＨＹデバイスと関連付けられて参照される。用語「関連付けられる」は、（図１、図２、および図５の例と同様に）ＧＰＩＯポートがＰＨＹデバイスの一部である実装と、（図６の例と同様に）ＧＰＩＯポートがＰＨＹデバイスに連結されているホストの一部である実装を指す。

図６のシステムにおいて、メインシステムμＣ１６０はイーサネットＰＨＹデバイス１８８に連結され、リモートμＣ１６４はイーサネットＰＨＹデバイス１９２に連結される。ＰＨＹデバイス１８８および１９２はリンクパートナーであり、例えば、ツイストペアリンクなどの適切な物理層を通じて、ＭＤＩを使用して互いに通信する。メインμＣ１６０からリモートμＣ１６４へのデータ送信のために、メインμＣ１６０は、ＭＡＣインタフェースを介してレイヤ２フレームのデータをＰＨＹデバイス１８８に送信し、ＰＨＹデバイス１８８は、ＭＤＩを使用してデータをレイヤ１フレームのＰＨＹデバイス１９２に送信し、ＰＨＹデバイス１９２は、ＭＡＣインタフェースを介してレイヤ２フレームのリモートμＣ１６４にデータを送信する。

加えて、図６のシステムは、一対の補助μＣ１９６および２００を備え、当該一対の補助μＣ１９６および２００は、同じ一対のＰＨＹデバイス１８８および１９２を使用して、同じＭＤＩを通じて互いに通信する。本例において、μＣ１９６は、ＧＰＩＯ１、ＧＰＩＯ２およびＧＰＩＯ３で示される３つの２進値をμＣ２００に送信する。補助μＣ１９６と２００との間の通信は、μＣ１６０と１６４との間の通信から独立している。

既に説明されている実施形態とは違って、本例において、ＧＰＩＯ入力および出力は、ＰＨＹデバイスの一部ではなくホストの一部（本例における補助μＣ）である。

本実施形態において、メインシステムμＣ１６０とＰＨＹデバイス１８８との間のＳＭＩインタフェースは、補助μＣ１９６を通過する。同様に、リモートシステムμＣ１６４とＰＨＹデバイス１９２との間のＳＭＩインタフェースは、補助μＣ２００を通過する。メインシステムμＣ１６０とリモートシステムμＣ１６４との間の通信中に、補助μＣ１９６は、ＳＭＩトラフィックがメインシステムμＣ１６０とＰＨＹデバイス１８８との間を透過的に通過することを可能にし、補助μＣ２００は、ＳＭＩトラフィックがリモートシステムμＣ１６４とＰＨＹデバイス１９２との間を透過的に通過することを可能にする。

補助μＣ１９６と２００が互いに通信すべく、補助μＣ１９６および２００の各々は、それぞれのＳＭＩをオーバーライドし、それぞれのＰＨＹデバイス自体を制御する。ＳＭＩをオーバーライドすることは、補助μＣ１９６および２００が、ＯＡＭフレームの挿入または読み取りに使用されるＰＨＹデバイス１８８および１９２におけるレジスタを制御することを可能にする。さらに、ＳＭＩをオーバーライドすることは、メインμＣ１６０およびリモートμＣ１６４が（例えば、マルウェアの結果として）補助μＣ間の通信チャネルに割り込むことを補助μＣ１９６および２００が防止することを可能にする。

図６の実施形態において、補助μＣ１９６は、これらの値をＧＰＩＯコマンドとして搬送するＯＡＭフレームを構成することにより、補助μＣ２００にＧＰＩＯ１、ＧＰＩＯ２およびＧＰＩＯ３の値を伝送し、ＯＡＭフレームをＰＨＹデバイス１８８に書き込む。ＰＨＹデバイス１８８は、開示された技術を使用して、レイヤ１フレームのストリームの一部としてＯＡＭフレームをＰＨＹデバイス１９２に伝送する。ＰＨＹデバイス１９２は、ストリームからＯＡＭフレームを抽出し、当該ＯＡＭフレームを補助μＣ２００に書き込み、これに従って、補助μＣ２００は次に、自らのＧＰＩＯ１、ＧＰＩＯ２およびＧＰＩＯ３の出力を設定する。

図１、図５、および図６に示される通信システムの設定、図２に示されるイーサネットＰＨＹデバイスなどの、当該通信システムのコンポーネント、および様々なＥＣＵおよびマイクロコントローラは、明確さのために単に示される例示的設定である。代替的な実施形態において、いずれの他の適切な設定が使用され得る。

例えば、上記のように、（ＰＨＹデバイス間で伝送されてＧＰＩＯポートを制御する）論理値は、離散的またはアナログ、静的であるまたは経時的に変動するものであり得る。論理値は、複数のビットの情報を搬送する一時的パターンを形成し得る。時間の経過と共に１または複数のロジック値を変動させることにより、開示された技術は、ＰＨＹデバイス間のシリアルまたはパラレルデータリンクの実装に使用され得る。別の例のように、例えば、オープンドレイン設定を使用して、ＧＰＩＯポートは双方向シグナリングまたは通信に使用され得る。そのような機能の任意の組み合わせが使用され得て、任意の機能が任意の所望の時間において再構成され得る。例示的な実施形態において、開示された技術はＰＨＹデバイス間のプロトコルインタフェースを実装するために使用される。そのようなインタフェースは、例えば、リモートでＰＨＹデバイスを構成するために使用され得る。開示された技術の理解に必須ではない要素は、明確さのために図面から省略されている。

開示された通信システムの異なる要素、およびそのコンポーネントは、例えば、１または複数の特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）またはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）において、有線またはプログラム可能ロジックなどを使用して、専用のハードウェアまたはファームウェアを使用して実装され得る。さらにまたは代替的に、いくつかの機能、例えばマイクロコントローラ６８および７６（図１）のいずれかの機能、ＰＨＹコントローラ１１２（図２）の、マイクロコントローラ１６０、１６４および１７６（図５）および／またはマイクロコントローラ１９６および２００（図６）は、ソフトウェアにおいて実装され、および／またはハードウェアおよびソフトウェアの要素の組み合わせを使用し得る。

いくつかの実施形態において、マイクロコントローラ６８および７６（図１）、ＰＨＹコントローラ１１２（図２）、マイクロコントローラ１６０、１６４および１７６（図５）および／またはマイクロコントローラ１９６および２００（図６）のいずれかは、プログラム可能プロセッサを備え得て、当該プログラム可能プロセッサは、ソフトウェアにプログラムされて、本明細書に説明される機能を実行する。ソフトウェアは、例えば、ネットワークを通じて、電子形式でプロセッサにダウンロードされ得て、または、ソフトウェアは、代替的にまたは追加的に、磁気、光、または電子メモリなどの非一時的有形媒体で提供され、および／または格納され得る。

上記のように、本明細書に説明される実施形態は主に自動車への応用およびアビオニクスアプリケーションに対応するが、本明細書に説明される方法およびシステムは、産業またはスマートホーム通信システムなどにおけるＧＰＩＯポートの制御に関与する他の応用において使用されることもできる。

上記で説明された実施形態は例として挙げられていること、また本発明は上記において具体的に示され説明されたものに限定されないことに留意されたい。むしろ、本発明の範囲は、上記において説明された様々な特徴の組み合わせおよびサブコンビネーションの両方、並びに上述の説明を読むと当業者が思いつく、先行技術に開示されていない、これらの変形例及び修正例を含む。参照により本特許出願に組み込まれる文書は、本願の不可欠な部分とみなされることになる。ただし、本明細書において明示的または暗示的になされた定義と矛盾する形で、任意の用語がこれらの組み込まれた文書に定義されている範囲においては、本明細書に含まれる定義だけが考慮されるべきである。

Claims (21)

1. リモートピアイーサネットＰＨＹデバイスを制御するために動作するイーサネット物理層（ＰＨＹ）デバイスであって、
   物理リンクに接続するように構成されるＰＨＹインタフェースと、
   ピアイーサネットＰＨＹデバイスへの伝送のために、データを搬送するレイヤ１フレームを生成することと、
   前記レイヤ１フレームと別個であり、前記ピアイーサネットＰＨＹデバイスと関連付けられる汎用入出力（ＧＰＩＯ）ポートを制御するように構成される１または複数の管理フレームを前記レイヤ１フレーム中に挿入することと、
   前記レイヤ１フレームと挿入された前記１または複数の管理フレームとを、前記ＰＨＹインタフェースを介して、前記物理リンクを通じて前記ピアイーサネットＰＨＹデバイスに、前記ピアイーサネットＰＨＹデバイスと関連付けられる前記ＧＰＩＯポートの１または複数の動作を制御するために伝送することと、
   前記１または複数の管理フレームが前記ピアイーサネットＰＨＹデバイスにおいて受信に成功したことを確認する１または複数のベリフィケーションを、前記ＰＨＹインタフェースを介して受信することと
   を行うように構成されるＰＨＹ回路とを備える、イーサネットＰＨＹデバイス。
2. 前記ＰＨＹ回路は、１または複数の運用管理および保守（ＯＡＭ）フレームを挿入することにより前記１または複数の管理フレームを挿入するように構成される、請求項１に記載のイーサネットＰＨＹデバイス。
3. 前記１または複数の管理フレームのうち少なくとも１つで、前記ＰＨＹ回路は、前記ＧＰＩＯポートを特定の出力論理レベルに設定するように前記ピアイーサネットＰＨＹデバイスに命令するように構成される、請求項１または２に記載のイーサネットＰＨＹデバイス。
4. 前記１または複数の管理フレームのうち少なくとも１つで、前記ＰＨＹ回路は、前記ＧＰＩＯポートの入力論理レベルを読み取るように前記ピアイーサネットＰＨＹデバイスに命令するように構成される、請求項１から３のいずれか一項に記載のイーサネットＰＨＹデバイス。
5. 前記１または複数の管理フレームのうち少なくとも１つで、前記ＰＨＹ回路は、車両における安全制御動作を実行するようにマイクロコントローラを制御するように、前記ピアイーサネットＰＨＹデバイスに命令するように構成される、請求項１から４のいずれか一項に記載のイーサネットＰＨＹデバイス。
6. 前記ＰＨＹ回路は、ホストから前記１または複数の管理フレームを受信するように構成される、請求項１から５のいずれか一項に記載のイーサネットＰＨＹデバイス。
7. 前記ＰＨＹ回路は、レジスタを介して前記ＧＰＩＯポートを制御するためのパラメータを受信して、前記パラメータに基づいて前記１または複数の管理フレームを構成するように構成される、請求項１から６のいずれか一項に記載のイーサネットＰＨＹデバイス。
8. リモートピアイーサネット物理層（ＰＨＹ）デバイスにより制御されるイーサネットＰＨＹデバイスであって、
   物理リンクに接続するように構成されるＰＨＹインタフェースと、
   前記ＰＨＹインタフェースを介して、前記物理リンクを通じてピアイーサネットＰＨＹデバイスから送信されるデータを搬送するレイヤ１フレームを受信することと、
   前記イーサネットＰＨＹデバイスと関連付けられる汎用入出力（ＧＰＩＯ）ポートを制御するための、前記ピアイーサネットＰＨＹデバイスから送信された１または複数の管理フレームを前記レイヤ１フレームの中で受信することと、
   前記１または複数の管理フレームに含まれる命令に応じて前記ＧＰＩＯポートを制御することと、
   前記ＰＨＹインタフェースを介して、前記１または複数の管理フレームが成功裏に受信されたことを確認する１または複数のベリフィケーションを、前記ピアイーサネットＰＨＹデバイスに伝送することと
   を行うように構成される、ＰＨＹ回路と
   を備える、
   イーサネット物理層（ＰＨＹ）デバイス。
9. 前記ＰＨＹ回路は、１または複数の運用管理および保守（ＯＡＭ）フレームを受信することにより前記１または複数の管理フレームを受信するように構成される、請求項８に記載のイーサネットＰＨＹデバイス。
10. 前記１または複数の管理フレームのうち少なくとも１つに応答して、前記ＰＨＹ回路は、前記ＧＰＩＯポートを特定の出力論理レベルに設定するように構成される、請求項８または９に記載のイーサネットＰＨＹデバイス。
11. 前記１または複数の管理フレームのうち少なくとも１つに応答して、前記ＰＨＹ回路は、前記ＧＰＩＯポートの入力論理レベルを読み取って、前記ピアイーサネットＰＨＹデバイスに前記ＧＰＩＯの前記入力論理レベルを報告するように構成される、請求項８から１０のいずれか一項に記載のイーサネットＰＨＹデバイス。
12. 前記１または複数の管理フレームのうち少なくとも１つに応答して、前記ＰＨＹ回路は、車両における安全制御動作を実行するようにマイクロコントローラを制御するように構成される、請求項８から１１のいずれか一項に記載のイーサネットＰＨＹデバイス。
13. マイクロコントローラと、
    汎用入出力（ＧＰＩＯ）ポートにより前記マイクロコントローラに接続される第１イーサネットＰＨＹデバイスと、
    物理リンクを介して前記第１イーサネットＰＨＹデバイスに接続される第２イーサネットＰＨＹデバイスと、
    を備え、
    前記第２イーサネットＰＨＹデバイスは、
    データを搬送する前記第１イーサネットＰＨＹデバイスとレイヤ１フレームを交換し、
    前記レイヤ１フレームと別個であり、前記第１イーサネットＰＨＹデバイスの前記ＧＰＩＯポートを介して前記マイクロコントローラを制御するように構成される１または複数の管理フレームを、前記レイヤ１フレームの中で前記第１イーサネットＰＨＹデバイスに伝送し、
    ＰＨＹインタフェースを介して、前記１または複数の管理フレームが前記第１イーサネットＰＨＹデバイスにおいて成功裏に受信されたことを確認する１または複数のベリフィケーションを、前記第１イーサネットＰＨＹデバイスから受信するように構成される、
    イーサネット通信システム。
14. 前記１または複数の管理フレームのうち少なくとも１つで、前記第２イーサネットＰＨＹデバイスは、車両における安全制御動作を開始するように構成され、
    前記第１イーサネットＰＨＹデバイスは、前記ＧＰＩＯポートを介して前記マイクロコントローラを制御して前記安全制御動作を実行するように構成され、
    前記マイクロコントローラは、前記ＧＰＩＯポートの制御に応答して前記安全制御動作を実行するように構成される、
    請求項１３に記載のイーサネット通信システム。
15. 前記１または複数の管理フレームのうち少なくとも１つに応答して、前記第１イーサネットＰＨＹデバイスは、前記ＧＰＩＯポートを介して前記マイクロコントローラをリセットするように構成される、請求項１３または１４に記載のイーサネット通信システム。
16. 前記１または複数の管理フレームのうち少なくとも１つに応答して、前記第１イーサネットＰＨＹデバイスは、前記ＧＰＩＯポートを介して前記マイクロコントローラのステータスを読み取るように構成される、請求項１３から１５のいずれか一項に記載のイーサネット通信システム。
17. 前記第１イーサネットＰＨＹデバイスは、前記マイクロコントローラが正常に機能するか、または機能不良であるかに関わらず前記ＧＰＩＯポートを制御するように構成される、請求項１３から１６のいずれか一項に記載のイーサネット通信システム。
18. リモートピアイーサネット物理層（ＰＨＹ）デバイスを制御するための方法であって、
    物理リンクを通じてピアイーサネットＰＨＹデバイスに接続されるイーサネットＰＨＹデバイスにおいて、前記ピアイーサネットＰＨＹデバイスへの伝送のためにデータを搬送するレイヤ１フレームを生成する段階と、
    前記イーサネットＰＨＹデバイスにおいて、前記レイヤ１フレームと別個であり、前記ピアイーサネットＰＨＹデバイスと関連付けられる汎用入出力（ＧＰＩＯ）ポートを制御するように構成される１または複数の管理フレームを前記レイヤ１フレームの中に挿入する段階と、
    前記ピアイーサネットＰＨＹデバイスと関連付けられる前記ＧＰＩＯポートの１または複数の動作を制御すべく、前記レイヤ１フレームと挿入された前記１または複数の管理フレームとを、前記イーサネットＰＨＹデバイスから前記物理リンクを通じて前記ピアイーサネットＰＨＹデバイスに伝送する段階と、
    前記イーサネットＰＨＹデバイスにおいて、前記ピアイーサネットＰＨＹデバイスから１または複数のベリフィケーションを受信する段階であって、前記１または複数のベリフィケーションは、前記１または複数の管理フレームが前記ピアイーサネットＰＨＹデバイスにおいて成功裏に受信されたことを確認する、受信する段階と、
    備える、方法。
19. 前記１または複数の管理フレームを挿入する段階は、１または複数の運用管理および保守（ＯＡＭ）フレームを挿入する段階を含む、請求項１８に記載の方法。
20. イーサネット物理層（ＰＨＹ）デバイスと関連付けられる汎用入出力（ＧＰＩＯ）ポートを制御するための方法であって、
    物理リンクを通じてピアイーサネットＰＨＹデバイスから送信されたデータを搬送するレイヤ１フレームを前記イーサネットＰＨＹデバイスにおいて受信する段階と、
    前記ピアイーサネットＰＨＹデバイスから送信された１または複数の管理フレームを前記レイヤ１フレームの中で受信し、前記イーサネットＰＨＹデバイスと関連付けられる前記ＧＰＩＯポートを制御する、受信する段階と、
    前記１または複数の管理フレームに含まれる命令に応じて前記イーサネットＰＨＹデバイスと関連付けられる前記ＧＰＩＯポートを制御する段階と、
    前記イーサネットＰＨＹデバイスから前記ピアイーサネットＰＨＹデバイスに、１または複数のベリフィケーションを伝送する段階であって、前記１または複数のベリフィケーションは、前記１または複数の管理フレームが成功裏に受信されたことを確認する、伝送する段階と、
    を備える、方法。
21. 前記１または複数の管理フレームを受信する段階は、１または複数の運用管理および保守（ＯＡＭ）フレームを受信する段階を含む、請求項２０に記載の方法。

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