JP2022066959A - 通信システムおよび電子制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】より高速な車載ネットワークを提供する。【解決手段】通信システムは、車載用の通信システムであって、互いに通信可能に接続された複数のECU1A~ECU1Fを備える。本通信システムでは、機能ごとに、データの経路を決定するためのVIDが割り当てられている。ECU1A~1Fのそれぞれは、自身の有する複数の機能ごとに割り当てられたVIDを記憶する記憶部13と、送信するデータに応じたVIDを付与してデータを送信する通信部11を備える。GW2は、接続ポートを複数備え、接続ポートのそれぞれに1つ以上のVIDを対応させたテーブルを保持し、データに付与されたVIDに応じた接続ポートからデータを送出する。【選択図】図1
Description
本発明は、通信システムおよび電子制御装置に関する。
自動車などの車両では、多数の電子制御ユニット(ECU)を接続した通信システムが搭載されている。車載ネットワークで広く用いられている通信プロトコルとして、例えばCAN(Controll Area Network)が知られている。
ECUの増加、自動運転の導入などにより、車載ネットワークの通信情報量が増大している。そのため、従来の規格を拡張したり、より高速なイーサネット(登録商標)を車載ネットワークに用いたりしている。
特許文献1は、車載ネットワークに高速なイーサネットを接続し、イーサネットから受信した高速側フレームからデータブロックを取得して、データブロックを車載ネットワークの低速通信線に伝送する。特許文献1は、高速なイーサネットを接続しているが、車載ネットワーク全体を高速化するものではない。
イーサネット通信では、仮想ローカルエリアネットワーク(VLAN)を用い、ネットワークをドメインごとに仮想的に分けることで、トラヒックを分離し、ネットワーク全体に流れるトラヒック量を削減して、高速化を図っている。一般的には、スイッチのポートに基づいてVLANを設定し、同じVLANのポートのみにイーサネットフレームが転送される。
同一VLAN内では、レイヤ2(データリンク層)でイーサネットフレームが転送可能であるが、VLAN間で通信するためには、上層のレイヤ3(ネットワーク層)でのデータ転送が必要である。より上層でのデータ転送は処理負荷およびデータ遅延が増大するため、中継装置にはより高性能なCPUが必要となる。
一般的なイーサネット通信システムを車載用の通信システムに適用した場合、ECUの属する物理的なドメイン、例えば、インフォテインメント系、クラスタ系、高度道路交通システム(ITS)系などに基づいてVLANを設定することが考えられる。しかしながら、車載ネットワークではドメイン間の通信も多く、VLAN間のトラヒック量が多い場合はデータ転送に遅延が生じるおそれがあり、多数のECUを接続するセントラルゲートウェイなどのECUに高性能なCPUを搭載する必要があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、より高速な車載ネットワークを提供することを目的とする。
本発明の一態様に係る通信システムは、車載用の通信システムであって、互いに通信可能に接続された複数の電子制御装置を備える。本通信システムでは、機能ごとに、データの経路を決定するための識別子を割り当てる。電子制御装置のそれぞれは、自身の有する複数の機能ごとに割り当てられた識別子を記憶し、送信するデータに応じた識別子を付与してデータを送信する。
本発明によれば、より高速な車載ネットワークを提供することができる。
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
図1を参照し、本実施形態の通信システムについて説明する。図1に示す通信システムは、車載用の通信システムであって、電子制御ユニット(ECU)1A~1Fおよびゲートウェイ(GW)2を備える。ECU1A~1FおよびGW2は通信線で接続される。ECU1A,1Bはシャシードメイン、ECU1Cはエンジンドメイン、ECU1D,1E,1FはITSドメインに属する車載用ECUである。ECU1A~1Fのそれぞれは、各ドメインのシステムを電子制御する機能を有する。GW2は、通信線を接続するための接続ポートを複数備えて、ECU1A~1F間で送受信されるデータを中継する機能を有する。GW2もECUの一種である。ECU1Dのように、ECUが複数の接続ポートを備えて、データを中継してもよい。なお、図1は、通信システムを説明するための一例であり、ECUを6台、GWを1台のみ図示しているがこれに限るものではない。
ECU1A~1FおよびGW2は、VLANタグが付与されたイーサネットフレームを送受信して通信を行う。VLANタグはVLAN Identifier(VID)およびPriority Code Point(PCP)を含み、イーサネットフレームのヘッダに付与される。VIDはVLANを指定する識別子である。PCPは優先度を指定するフィールドである。VLANタグは他の情報も含むがここでの説明は省略する。
本実施形態の通信システムでは、ドメインに基づいてネットワークの論理グループを形成するのではなく、機能に基づいて論理グループを形成し、ECUのそれぞれをECUのそれぞれが有する機能に応じて1つ以上の論理グループに属させた。論理グループはVLANともいう。複数の機能を持つECUには機能ごとに複数のIPアドレスを付与し、IPアドレスごとに対応するVIDを割り当てた。例えば、図1の例では、診断系の機能にVID=100を割り当て、制御系の機能にVID=400を割り当て、ヒューマンマシンインタフェース(HMI)系の機能にVID=800を割り当て、制御系特殊アプリにVID=930を割り当てて、VIDで機能ごとに論理グループを形成した。ECU1A,1B,1C,1DおよびGW2は、診断系のグループに属する。ECU1D,1E,1Fは、制御系のグループに属する。ECU1A,1Cは、HMI系のグループに属する。ECU1D,1Fは、制御系特殊アプリのグループに属する。ECU1A,1C,1D,1Fは、複数の論理グループに属している。
本実施形態の通信システムにおいて、データの種類ごとにVIDを割り当てて、データの種類ごとにVLANを形成してもよいし、データを用いるアプリケーションごとにVIDを割り当てて、アプリケーションごとにVLANを形成してもよい。VLANの形成に際して、機能ごとにVLANを形成したうえで、さらにデータの種類およびアプリケーションでVLANを形成してもよい。機能は、画像、センサ、診断などと比較的大きな粒度で分類したものである。データの種類およびアプリケーションは、例えば画像に関する機能のうち、カメラで撮影した画像、ナビゲーションシステムで用いる画像などとより小さい粒度で分類したものである。より小さい粒度でVLANを形成することで、ブロードキャストの範囲が狭くなり、通信システム全体に流れるトラヒック量を削減できる。
GW2は、複数の接続ポートを有する転送部21を備えて複数のECUを接続する。GW2は、イーサネットフレームに付与されたVLANタグに基づいてデータの経路を決定し、イーサネットフレームをレイヤ2において転送する。図1のECU1AとECU1C間のように異なるドメイン間で送受信されるデータであっても、ECU1AとECU1Cは同じ論理グループ(VID=100またはVID=800)に属するので、GW2はVLANタグに従ってECU1AとECU1C間のデータをレイヤ2において転送する。なお、複数の接続ポートを有する転送部21を備えるECU1Dも、GW2と同様に、VLANタグに従ってECU間で送受信されるデータをレイヤ2において転送する。
次に、図2を参照し、ECU1の構成について説明する。ECU1A~1Fを区別しない場合はECU1と称する。
図2に示すECU1は、通信部11、制御部12、および記憶部13を備える。
通信部11は、通信線を接続するための接続ポートを備え、送信するデータに応じたVLANタグを付与してデータを送信し、他のECU1またはGW2からデータを受信する。なお、通信部11は複数の接続ポートを備えて、複数のECU1およびGW2と接続してもよい。通信部11は、ECU1に付与されたIPアドレスをIPヘッダの送信元IPアドレスに設定し、そのIPアドレスに割り当てられたVIDを含むVLANタグをイーサネットヘッダに付与する。通信部11は、VALタグのPCPに優先度を設定してもよい。ECU1に複数のIPアドレスが付与されている場合、通信部11は、データに応じたIPアドレスをIPヘッダに設定し、そのIPアドレスに割り当てられたVIDを含むVLANタグをイーサネットヘッダに付与する。例えば、図1のECU1Aは診断系のグループとHMI系のグループに属する。ECU1Aが診断系の機能に関するデータを送信する際には、通信部11は、診断系のグループのVID=100が割り当てられたIPアドレスをIPヘッダの送信元IPアドレスに設定するとともに、診断系のグループのVID=100を含むVLANタグをイーサネットヘッダに付与する。ECU1AがHMI系の機能に関するデータを送信する際には、通信部11は、HMI系のグループのVID=800が割り当てられたIPアドレスをIPヘッダの送信元IPアドレスに設定するとともに、HMI系のグループのVID=800を含むVLANタグをイーサネットヘッダに付与する。
制御部12は、ECU1の属するドメインのシステムを電子制御する。制御部12は、システムを電子制御する際に、他のECU1との間でデータを送受信する。
記憶部13は、ECU1の有する機能ごとに割り当てられたVIDを記憶する。図3に、ECU1Aの記憶部13が保持するテーブルの一例を示す。ECU1Aは、診断系の機能とHMI系の機能を有し、診断系のグループにはVID=100が割り当てられ、HMI系のグループにはVID=800が割り当てられている。テーブルに、機能に対応するIPアドレスを含めてもよい。通信部11は、記憶部13を参照して、診断系の機能に関するデータにはVID=100を付与し、HMI系の機能に関するデータにはVID=800を付与する。
次に、図4を参照し、GW2の構成について説明する。
図4に示すGW2は、転送部21、制御部22、および記憶部23を備える。
転送部21は、複数の接続ポートを備えて複数のECU1と接続し、イーサネットフレームに付与されたVLANタグに基づき、イーサネットフレームをレイヤ2において転送する。
制御部22は、GW2自身を制御する。GW2が診断系の機能を備える場合、制御部22は診断を実行し、診断結果を含むデータを送信する。
記憶部23は、接続ポートにVIDを対応付けたテーブルを保持する。図5に、GW2の記憶部23が保持するテーブルの一例を示す。GW2は、1番から5番までの接続ポートを備えるものとする。図5のテーブルでは、接続ポートのそれぞれに接続先のECU1に割り当てられたVIDを対応付けている。図1の例では、ECU1AとECU1CにはVID=100,800が割り当てられ、ECU1BにはVID=100が割り当てられ、ECU1DにはVID=100,400,930が割り当てられている。1番の接続ポートはECU1A、2番の接続ポートはECU1B、3番の接続ポートはECU1C、4番の接続ポートはECU1Dに接続されている。5番の接続ポートはGW2自身の制御部22に接続されている。制御部22は診断系の機能を有する。したがって、図5のテーブルでは、1番の接続ポートにVID=100,800を対応付け、2番の接続ポートにVID=100を対応付け、3番の接続ポートにVID=100,800を対応付け、4番の接続ポートにVID=100,400,930を対応付け、5番の接続ポートにVID=100を対応付けている。
転送部21は、記憶部23の保持するテーブルを参照し、受信したデータに付与されたVIDを対応付けた接続ポートからデータを送出する。例えば、1番の接続ポートからVID=100のデータを受信した場合、転送部21は、2番から5番の接続ポートからデータを送出する。
転送部21は、送信元のMACアドレスを学習してMACアドレステーブルを更新し、MACアドレステーブルに基づいてデータを送出する接続ポートを決定してもよい。例えば、転送部21は、ある接続ポートからデータ(イーサネットフレーム)を受信すると、受信したイーサネットフレームのヘッダの送信元のMACアドレスをその接続ポートに対応付けてMACアドレステーブルを更新する。転送部21は、データを受信すると、MACアドレステーブルを参照して、受信したデータの送信先のMACアドレスが対応付けられた接続ポートを特定し、その接続ポートからデータを送出する。図5のテーブルの接続ポートにVIDとMACアドレスを対応付けてもよい。なお、MACアドレステーブルに登録されたMACアドレスは、そのMACアドレスを送信元とするイーサネットフレームを所定時間受信しないと、MACアドレステーブルから削除される。MACアドレステーブルに送信先のMACアドレスが登録されていない場合、転送部21は、VIDに基づいてデータを送出する接続ポートを決定する。
ECU1およびGW2が備える各部は、演算処理装置、記憶装置等を備えたコンピュータにより構成して、各部の処理がプログラムによって実行されるものとしてもよい。このプログラムはECU1およびGW2が備える記憶装置に記憶されており、磁気ディスク、光ディスク、半導体メモリ等の記録媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。
次に、図6のフローチャートを参照し、ECU1がデータを送信する処理について説明する。
ステップS11にて、ECU1は、データの送信先のECP1のIPアドレスをIPヘッダの送信先IPアドレスに設定するとともに、データに応じたIPアドレスをIPヘッダの送信元IPアドレスに設定する。
ステップS12にて、ECU1は、データに応じたVLANタグを付与する。例えば、図1の例では、同じECU1AとECU1C間の通信であっても、データが診断系の機能に関する場合はVID=100のVLANタグを付与し、データがHMI系の機能に関する場合はVID=800のVLANタグを付与する。ECU1は、VLANタグのPCPに優先度を設定してもよい。
ステップS13にて、ECU1は、VLANタグを付与したデータを接続ポートから送出する。
ECU1から送出されたデータは、GW2によって転送される。
次に、図7のフローチャートを参照し、GW2がデータを転送する処理について説明する。
ステップS21にて、GW2は、ECU1からデータを受信する。
ステップS22にて、GW2は、受信したデータのVLANタグに基づいてデータを送出する。GW2は、送信先のMACアドレスに基づいてデータを送出してもよい。いずれの場合もデータはレイヤ2で転送される。
次に、図8を参照し、ECUの配策変更について説明する。
図8では、図1のECU1BとECU1CがGW2に接続する接続ポートを入れ替えた。具体的には、GW2の2番の接続ポートにECU1Bを接続し、3番の接続ポートにECU1Cを接続した状態から、2番の接続ポートにECU1Cを接続し、3番の接続ポートにECU1Bを接続した状態へ変更した。
本実施形態の通信システムは、接続ポートなど物理的な接続に基づいてVIDを設定せずに、機能に基づいてVIDを設定しているので、ECU1の接続ポートを変更しても、ECU1の設定変更する必要はなく、GW2のみを設定変更すればよい。図8の例では、GW2の保持するテーブルの2番と3番の接続ポートとVIDとの対応付けを変更する。2番の接続ポートにVID=100,800を対応付け、3番の接続ポートにVID=100を対応付ける。基本的にレイヤ2でデータが転送されるので、ECU1BおよびECU1Cの設定を変更する必要がない。
以上説明したように、本実施形態の通信システムによれば、以下の効果が得られる。
ECU1A~1Fの有する機能ごとに、データの経路を決定するためのVIDを割り当てて、機能ごとにVLANを形成する。ECU1A~1Fのそれぞれは、自身の有する複数の機能ごとに割り当てられたVIDを記憶する記憶部13と、送信するデータに応じたVIDを付与してデータを送信する通信部11を備える。これにより、ECU1A~1F間では、ECU1A~1Fの属するドメインにかかわらず、機能ごとに分割されたVLAN内でデータが送受信されるので、データの転送性能を向上できる。その結果、大量のデータ処理を要する自動運転性能の向上に様々なメリットがもたらされる。
GW2は、接続ポートを複数備え、接続ポートのそれぞれに1つ以上のVIDを対応させたテーブルを保持し、データに付与されたVIDに応じた接続ポートからデータを送出する。これにより、通信システムにおいて、VIDが付与されたデータを効率よく転送できる。
1,1A~1F…電子制御ユニット
11…通信部
12…制御部
13…記憶部
2…ゲートウェイ
21…転送部
22…制御部
23…記憶部
11…通信部
12…制御部
13…記憶部
2…ゲートウェイ
21…転送部
22…制御部
23…記憶部
Claims (8)
- 車載用の通信システムであって、互いに通信可能に接続された複数の電子制御装置を備え、
機能ごとにデータの経路を決定するための識別子が割り当てられており、
前記電子制御装置のそれぞれは、
当該電子制御装置の有する複数の機能ごとに割り当てられた前記識別子を記憶する記憶部と、
送信するデータに応じた識別子を付与して前記データを送信する通信部と、
通信システム。 - 請求項1に記載の通信システムであって、
前記識別子は前記データの種類ごとに割り当てられる
通信システム。 - 請求項1に記載の通信システムであって、
前記識別子は前記データを用いるアプリケーションごとに割り当てられる
通信システム。 - 請求項1ないし3のいずれかに記載の通信システムであって、
前記電子制御装置間を通信線で接続するための接続ポートを複数備える電子制御装置は、前記接続ポートのそれぞれに1つ以上の前記識別子を対応させたテーブルを保持し、データに付与された前記識別子に応じた前記接続ポートから前記データを送出する
通信システム。 - 車載用の通信システムを構成する電子制御装置であって、
機能ごとにデータの経路を決定するための識別子が割り当てられており、
当該電子制御装置の有する複数の機能ごとに割り当てられた前記識別子を記憶する記憶部と、
送信するデータに応じた識別子を付与して前記データを送信する通信部を有する
電子制御装置。 - 請求項5に記載の電子制御装置であって、
前記識別子は前記データの種類ごとに割り当てられる
電子制御装置。 - 請求項5に記載の電子制御装置であって、
前記識別子は前記データを用いるアプリケーションごとに割り当てられる
電子制御装置。 - 請求項5ないし7のいずれかに記載の電子制御装置であって、
前記電子制御装置間を通信線で接続するための接続ポートを複数備え、
前記接続ポートのそれぞれに1つ以上の前記識別子を対応させたテーブルを保持し、
前記通信部は、データに付与された前記識別子に応じた前記接続ポートから前記データを送出する
電子制御装置。
Priority Applications (1)
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JP2020175588A JP2022066959A (ja) | 2020-10-19 | 2020-10-19 | 通信システムおよび電子制御装置 |
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CN116028433A (zh) * | 2022-05-16 | 2023-04-28 | 荣耀终端有限公司 | 数据迁移方法和电子设备 |
WO2024024196A1 (ja) * | 2022-07-27 | 2024-02-01 | 住友電気工業株式会社 | 中継装置、中継方法および中継プログラム |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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