JP3113329B2 - 多重伝送装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非破壊調停型回線争奪
方式の多重伝送装置に係り、特に車輌用制御装置間での
データ通信に好適な多重伝送装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、車輌に使用される各種電子制御装
置の発展はめざましく、特に自動車では、エンジンやト
ランスミッション、ブレーキ、それに定速走行装置の制
御或いはトラクション制御装置など、各種の制御にマイ
クロコンピュータを用いた電子制御装置が用いられ、そ
れらの性能はほぼ飽和状態にまで達しているといっても
よい。

【０００３】従って、これ以上の機能改善を図るため
に、各制御装置が個々に動作するのではなく、相互に組
み合わされ、協調的に動作させるようにした総合制御の
思想が生まれ、将来的には確実に実現されるであろう機
運にあり、例えば、電子制御方式の自動変速装置(電子
式Ａ／Ｔと呼ばれる)においては、電子式エンジン制御
装置と協調的に動作させることが考えられている。即
ち、自動変速機のギア比の切換え過程と同期して、エン
ジン制御装置がその瞬間での発生トルクを適切に制御
し、切換え時のショックを低減して乗り心地の改善を図
ったり、変速機にかかるストレスの上限が抑制されるこ
とにより、自動車変速機自体の軽量化を可能にしたりす
ることが考えられている。

【０００４】ところで、このためには、協調制御の主と
なる制御装置で計算された所定のデータが、正しい時期
に常に正確に、従となる個別装置に伝達されなければな
らないし、拡張性のためには、この主従の関係は固定さ
れたものではなく、或るときには別の装置が主の立場と
なり得る、いわゆる双方向、マスターレスの相互データ
転送を実現する必要がある。

【０００５】そこで、このような要求に対しては、例え
ば特開昭６１−１９５４５３号公報では、送信すべきメ
ッセージに、その緊急性、若しくは重要性に応じた識別
子を付加して優先順位付けを施し、かつ回線効率を低下
させないために、この識別子の送出時にビット同期をと
り、非破壊調停型に拡張したＣＳＭＡ／ＣＤ(CarrierSe
nse Multiple Access withCollision Detection)とい
う、いわゆる非破壊調停型回線争奪方式の多重伝送方式
が提案されている。

【０００６】なお、この種の装置として関連するものと
しては、特開昭５５−１４７８５３号、特開昭５７−８
７６８５号、特開昭６０−２４７４７号、それに特開平
２−１２６７４２号の各公報の記載を挙げることができ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、その
方式に特有な、或る送信ノードから或るある受信ノード
までのデータの転送遅れ時間(これは潜伏時間Latency T
imeと呼ばれ、ＣＳＭＡ／ＣＤ方式の重要な性能尺度で
ある)が、確定的に与えられるのではなくて、該当メッ
セージの優先順位と、伝送回線上に既に流されている他
のメッセージの優先順位及び回線占有率から統計的にし
か与えられない点について配慮がされておらず、上記し
た自動車など車両の総合制御に適用した場合、制御タイ
ミングの破綻をきたすという問題があった。

【０００８】即ち、上記潜伏時間は確定的な上下限値で
制限されているわけではなく、確率的な指針で与えられ
だけであり、従って、或る制御装置が協調制御を行うべ
き局面において、その指令を他の制御装置に送信した
が、たまたま別の制御装置が優先順位の高いメッセージ
を送信中であった場合には、その指令が長時間待たされ
てしまうことになり、制御タイミングの破綻をきたして
しまうのである。

【０００９】一方、この潜伏時間を確定的に得るため、
何度も実験を繰り返したが、同一回線状態の再現は殆ど
不可能で、潜伏時間を確定することはできなかつた。な
お、このような制御の不確定さや再現性の悪さは、リア
ルタイム性を重視し厳密な遅れ時間を問題とする、自動
車の総合制御においては、設計上及び実験上の大きな隘
路となり得る。

【００１０】本発明の目的は、このような問題点を解消
し、転送遅れ時間の最大値が任意に設定できるようにし
た非破壊調停型回線争奪方式の多重伝送装置を提供する
ことにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、伝送路上での信号状態が優勢及び劣勢
の２状態をとる多重伝送路と、この多重伝送路に共通に
接続された複数局の送受信ノードとを備え、これら複数
の送受信ノード間で調歩同期方式により通信が行われる
と共に、該多重伝送路に優勢信号を送出する送受信ノー
ドと劣勢信号を送出する送受信ノードが同時刻に存在し
たときには優勢信号が該多重伝送路の信号状態となるよ
うにする一方、各送受信ノードから送出されるメッセー
ジの優先順位を該メッセージ中に前記優勢及び劣勢パタ
ーンの組み合わせでコード化して付与し、複数の送受信
ノードによる多重伝送路の回線争奪が発生したときに
は、多重伝送路上に前記優勢及び劣勢パターンによる優
先順位コードを忠実に再現させ得た送受信ノードだけが
唯一送信権を獲得し送信を継続する非破壊調停型回線争
奪方式の多重伝送装置において、自ノードが回線争奪に
失敗したとき多重伝送路に現れている優先順位コードを
記憶保持する記憶手段と、自ノードが回線争奪に失敗し
た後、自ノードから送信すべきメッセージが所定の一定
時間以上送信されなかったとき、該メッセージの優先順
位を、前記記憶手段に記憶保持されている優先順位コー
ドによる優先順位以上の優先順位コードに変更する優先
順位コード制御手段とを、前記複数局の送受信ノードの
少なくとも１局に設けたものである。

【００１２】また、他の本発明では、送受信ノードから
送出される送信メッセージ中での前記優先順位コードの
収容部分と、該メッセージを受信すべき受信ノードの宛
先指定に使われるアドレスの収容部分とが、該メッセー
ジ中で別々の場所を占めるようにしたものである。

【００１３】

【作用】上記本発明における手段は、非破壊調停型ＣＳ
ＭＡ／ＣＤ方式の多重伝送システムにおいて、あるノー
ドが送信時に回線争奪に失敗した場合、回線上で競合を
起こし、且つ送信権を獲得した他ノードメッセージの優
先順位コードを記憶保持し(このコードは、自ノードの
メッセージより優先順位が高い)、回線争奪に失敗し続
けた場合にその状況を強制的に解消するように働く。

【００１４】ここで、回線争奪に失敗し続けている状況
とは、一般に、或る時間的なタイマによつて計測され、
そのタイマの最大値は、総合制御を実行するに際して、
そのリアルタイム制御性を破綻させない設計値が選ばれ
る(いわゆるタイムアウト方式)。

【００１５】そして、このような状況が特定のノードで
発生した場合、それより優先順位の高いメッセージを一
時的に送出することにより、多重伝送路のハングアップ
を防止する作用が発揮される。

【００１６】なお、この一時的に優先順位を高められた
メッセージは、該ノードで回線争奪に失敗し続けていた
通常のメッセージでもよいし、多重伝送路につながつた
全てのノード装置にとつてシステム的に意味のある、い
わゆる警告信号のような制御情報でもよい。

【００１７】次に、上記他の本発明における手段は、メ
ッセージの優先順位を可変にした場合の優先順位コード
のビット幅増加(即ちメッセージ・フレーム全体として
みた場合のメッセージ効率の低下)を解消するように働
く。

【００１８】即ち、本発明のように一つのメッセージに
対して複数の優先順位コードの使用を許した場合、優先
順位コード自体の情報量は低下する。例えば、前述の特
開昭６１−１９５４５３号公報の従来技術では、この優
先順位コードはメッセージのアドレス情報(宛先、内
容、若しくはイベント命令等の識別情報)と兼用になつ
ている。然し乍ら、このような方式に本発明を適用した
場合、複数の優先順位コードが同一アドレス情報と結び
付けられるために、この優先順位コードのビット幅は必
然的に増加せざるを得ない。しかも、このコード自体は
ビット同期の回線調停(ビット・ワイズ・アービトレー
シヨンと呼ばれる)に使用されるので、厳密なビット同
期が必要であり、従つてメッセージ・フレーム上のこの
ような期間を増加させる結果、システム全体の応答性や
信頼性を低下させるという欠点を有している。

【００１９】しかるに、本発明によれば、ビット調停が
行われる優先順位部分とアドレス情報とを分離し、等価
的に前述ビット同期の回線調停期間の幅を減少させ、調
停幅の増加に基づくこれらの欠点を解消することができ
る。

【００２０】

【実施例】以下、本発明による多重伝送装置について、
図示の実施例により詳細に説明する。図１は、本発明の
一実施例で、車両用の多重伝送装置に本発明を適用した
場合における複数局の送受信ノードの内の１局を示した
もので、図において、１はＣＳＭＡ／ＣＤ方式の通信制
御回路で、これはディスクリート素子若しくは専用ＬＳ
Ｉで構成され、車輌各部に搭載されているコントロール
・ユニットの中に少なくとも１個設けられており、一方
では、該当コントロール・ユニットの制御用ＭＰＵ３と
データ交換用のバス２を介して接続され、他方では、物
理層インタフエース４を介して、各コントロール・ユニ
ットを横断的に結ぶ多重伝送路５に接続されている。

【００２１】物理層インターフェース４は、例えば図２
に示すような内部回路構成を持つもので、これが多重伝
送路５に対して有する機能とは、劣勢ビットの優勢ビッ
トによる上書き能力を持った送信データの送出機能と、
コンパレータ１８による波形整形能力を持ったデータの
受信機能である。

【００２２】なお、この実施例では、多重伝送路５が不
平衡の単線で示されているが、多重伝送路として平衡し
た２線式伝送路(ツイステッド・ペア)若しくは光学的伝
送路(オプティカル・ファイバ）等を用いてもよい。し
かして、この場合には、この物理層インターフェース４
も、それに適合する回路に変更しなければならないが、
基本的な機能は上記に述べた通りである。

【００２３】図２に示す多重伝送路５には、２局の別々
の送受信ノードの物理層インターフェースを表わす４ａ
と４ｂの回路が接続されている。そして、これらのノー
ドの送信信号端子Ｔｘ１とＴｘ２に同時に与えられる信
号値の組合わせが変えられたとき、各ノードの受信信号
端子Ｒｘ１とＲｘ２がどのような値をとるのかは、次の
図３に明示されている。

【００２４】ここで論理“１”は優勢信号で、図２にお
ける正の電圧(図２に図示するＶ＋側の電圧)に対応して
おり、他方、論理“０”は劣勢信号で、図２における接
地電圧に対応している。

【００２５】この図３から明らかなように、論理“０”
の送信信号は、論理“１”の送信信号で上書きされ、こ
のときの受信信号は、いずれも論理“１”になってしま
う。これが、信号を劣勢及び優勢と区別する所以であ
り、ビット同期の非破壊調停（ビット・ワイズ・アービ
トレーション）を実現する基本原理となる。

【００２６】次に、このＣＳＭＡ／ＣＤの多重伝送方式
において、ＭＰＵ３が授受するデータが、どのような手
続きにより多重伝送路５とやり取りされるのかを、図１
を用いて説明する。

【００２７】ＭＰＵ３が送信したいデータは、バス２を
通じて通信制御回路１の送信バッファ６に送られる。そ
して制御回路８が多重伝送路５の空き状態(劣勢信号の
所定期間の継続)を検出すると、該データは送信バッフ
ァ６から送信シフトレジスタ７に送られ、パラレル・シ
リアル変換された後、送信される。

【００２８】一方、この送信期間中を通じて、通信制御
回路１内のビット比較器９は、自ノードが送信した信号
レベルと多重伝送路５に現われた信号レベルの相違を検
出する。そして、もしも、自ノードが送信した信号レベ
ルと、多重伝送路５の信号レベルとが異なっていれば、
複数の送信ノードが同時に送信を開始し、且つ自ノード
が送信権獲得に敗れてしまった証拠である。

【００２９】そこで、このときには、調停回路１０は送
信を直ちに中断し、回線争奪に敗れた旨を制御レジスタ
１１に表示すると共に、該送受信ノードを即時に受信ノ
ードとしての動作に変更させるように動作する。

【００３０】複数の送受信ノードが同時に送信を開始し
た場合、これらの信号は、前記の優勢及び劣勢信号の重
ね合わせの原理に従い、多重伝送路５上の信号値を決め
ることになるが、これらの信号の重ね合わせは、通常、
メッセージの先頭に位置する優先順位コードの領域で行
われ、メッセージのより先頭方向に、より多くの優勢ビ
ットを有するものが最終的に送信権を得る。

【００３１】このビット・ワイズ・アービトレーション
の様子は、図４に詳しく示されており、ここでは、１か
ら３までの送受信ノードが同時に送信を始めた場合を示
しているが、このときは、最終的に送受信ノード１のメ
ッセージが生き残り、このメッセージが、送受信ノード
２及び３の干渉を受けることなく、非破壊で多重伝送路
５上に伝送される。

【００３２】再び図１に戻り、回線争奪に敗れた送受信
ノードは直ちに受信ノードになり、同期回路１２の働き
によりビット同期を継続し、残りの信号を受信シフトレ
ジスタ１３に取り込む。そして、１フレーム分のデータ
の受信が完了した時点で、受信データの特定の位置にあ
るアドレス情報を宛先比較器１４で比較し、もし自ノー
ドに対するメッセージならば制御回路８が該データをシ
リアル・パラレル変換し、その後、受信バッファ１５に
格納する。従って、ここで、ＭＰＵ３は、バス２を介し
て自ノード宛のデータを参照することができるようにな
る。一方、このとき、自ノードに対するデータでないも
のは、通常破棄される。

【００３３】ところで、この図１において、１６は、自
ノードが回線争奪に失敗したとき多重伝送路に現われて
いる優先順位コードを記憶保持する記憶回路で、ラツチ
Ａ１７を主な構成要素とし、回線の争奪に失敗した場合
最後に生き残つた他ノードのメッセージの優先順位コー
ド部分を保持する働きをする。そして、この記憶回路１
６による動作は、メッセージが自ノード宛のものか否か
にかかわらず、送信に失敗したときには必ず実行され
る。

【００３４】また、このラツチＡ１７の内容は、バス２
を介してＭＰＵ３による参照が可能であり、これにより
ＭＰＵ３は、動的に自ノード・メッセージの優先順位を
変更する処理を実行する。

【００３５】しかして、後述する別の実施例のように、
通信制御回路１自体がこのラツチＡ１７の内容を参照し
て、メッセージの優先順位コードを動的に変更するよう
にしてもよいし、送信データとは別の、それより高優先
順位の制御命令を送信するようにしてもよい。なお、こ
のような働きは制御回路８の内部に格納されたシーケン
スによって、ＭＰＵ３の介入なしに、自動的に行われる
ようになる。

【００３６】次に、この実施例の動作を、図５のフロー
チャートにより説明する。なお、この実施例では、図１
に示すＭＰＵ３が、この図５のフローにしたがって一連
の手続きを実行するようになっている。

【００３７】まず、ステップ２０では、ＭＰＵ３が、通
信制御回路１内の制御レジスタ１１からデータを読み出
すことにより、回線争奪に失敗したか否かの判定を行
う。そして、もし、回線争奪に失敗したならばステップ
２１に進み、メッセージが一定期間以上送信されていな
いかの判定に進む。ここで、一定期間内か否かは、通常
ＭＰＵ３のタイマ機能を用いて判定され、この期間の長
さは、総合制御のリアルタイム性が損なわれないよう
な、所定の設計値が選択される。そして、もしも、所定
の期間送信が行われていなければ、ステップ２２及びス
テップ２３に進む。

【００３８】まず、ステップ２２では、記憶回路１６内
のラツチＡ１７から、現在回線を占有中のメッセージの
優先順位コードを獲得する。ついで、ステップ２３で
は、その優先順位を基準とし、それより高く、且つ、予
じめ自ノードに割り当てられている一時的な優先順位を
用いてメッセージの再送を試みる。そして、ステップ２
４で、ステップ２０と同じ手段で、一時的に高くした優
先順位で本当に送信に成功したかどうかの確認がとら
れ、またも送信に失敗していたならば、ステップ２２と
ステップ２３の動作を繰り返す。しかして、ここで、送
信に成功していたならば、ステップ２５で、メッセージ
の優先順位を通常の順位に戻し、処理を終了するのであ
る。

【００３９】なお、以上の説明では、図５のアルゴリズ
ムをＭＰＵ３が実行するものとしたが、考えられる別形
態の実施例としては、通信制御回路１自身がＭＰＵ３の
指示なしに独自に本アルゴリズムを実行するように構成
してもよい。この実施例の場合には、上記アルゴリズム
は、制御回路８に格納されることになる。

【００４０】しかしながら、この場合でも、ラツチＡ１
７は内部機構として必須に存在しなければならず、上記
の実施例の如く、ＭＰＵ３が参照可能でない形態を取る
ことも有り得る。

【００４１】ところで、ここまでは、回線争奪に失敗し
続けていたノードが如何にして送信権を獲得するかの手
法について述べてきた。然し乍ら、この実施例では、そ
れまで回線を占有し続けたノードの動作に対しても、次
のような利便を与えることができる。

【００４２】以上の説明から明らかなように、この実施
例では、回線を占有してきたノードは、或る時点で送信
権の継続的獲得に失敗する。しかして、このときには、
そのノードのラツチＡ１７（図１に図示）には、他ノー
ドに割り当てられた一時的な高優先順位コードが記憶さ
れている筈である。

【００４３】そこで、この回線を占有してきたノードに
とつては、このコードが回線のハングアツプ警告に対応
するような割り込み信号であることが認識できれば、該
当ノードは、他ノードのために、該当ノードによる回線
の使用率を低下させなければならないことが分り、従っ
て、このときには、該当ノードは、送信の時間間隔を遅
延させるなどして伝送路のトラフィックを適切に操作で
きることになる。

【００４４】次に、本発明の他の一実施例について、図
６により説明する。この図６は、図示のようにメッセー
ジ・フレームの構成を示したもので、図中優先順位ビッ
トと表わされている部分が、前記のビット・ワイズ・ア
ービトレーションに用いられ、上記実施例で説明したよ
うに、回線の状況に合わせて変化される部分である。

【００４５】次に、この優先順位ビットに引き続く部分
で、図中に宛先ビットと表わされている部分が、メッセ
ージのアドレス情報を表わしており、この部分はビット
・ワイズ・アービトレーションには用いられない。

【００４６】従って、この実施例によれば、ビット調停
が行われる優先順位部分とアドレス情報とが分離されて
いるので、回線の調停が早期に決定でき、システムの信
頼性を向上させることができる。また、この宛先ビット
は、図１の宛先比較器１４で参照される識別情報である
が、これが、この実施例では、ノードの優先順位割り当
てと独立に決定することができるので、システム設計の
柔軟性を増すことができる。

【００４７】

【発明の効果】本発明によれば、或る送信ノードから、
或る受信ノードまでのメッセージの転送遅れ時間、いわ
ゆる潜伏時間の最大値が、従来技術のように確率的な値
としてだけ与えるのではなく、任意に設定した確定的な
値で与えることができ、これにより、厳密なリアルタイ
ム性が必要となる車輌各部の協調制御のような応用に際
しても、安心して使用することができる。

【００４８】また、本発明によれば、送受信ノードのそ
れぞれについて回線のモニタリング機能を強化し、相互
監視能力を付与することができるので、システム全体の
信頼性を向上させるという効果もある。

【００４９】さらに、本発明では、メッセージ・フレー
ム上の優先順位部分と宛先情報部分を分離しているの
で、ノード間の優先順位の割り当てが個々のノードがど
のようなメッセージのバリエーションを持つているかに
依存せず、独立して決めることができるので、システム
設計の柔軟性を増すという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による多重伝送装置の一実施例を示すブ
ロツク図である。

【図２】本発明における物理層インターフェースの一実
施例を示す回路図である。

【図３】本発明の一実施例における送受信端子の信号状
態を示す説明図である。

【図４】本発明が適用されている多重伝送系でのビット
同期の非破壊調停を説明するためのタイミングチャート
である。

【図５】本発明の一実施例の動作を説明するためのフロ
ーチャートである。

【図６】本発明の一実施例におけるメッセージ・フレー
ムの構成を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 通信制御回路 ２ バス ３ ＭＰＵ ４ 物理層インターフェース ５ 多重伝送路 １６ 記憶回路 １７ 優先順位コードのラツチＡ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 伝送路上での信号状態が優勢及び劣勢の
   ２状態をとる多重伝送路と、この多重伝送路に共通に接
   続された複数局の送受信ノードとを備え、これら複数の
   送受信ノード間で調歩同期方式により通信が行われると
   共に、該多重伝送路に優勢信号を送出する送受信ノード
   と劣勢信号を送出する送受信ノードが同時刻に存在した
   ときには優勢信号が該多重伝送路の信号状態となるよう
   にする一方、各送受信ノードから送出されるメッセージ
   の優先順位を該メッセージ中に前記優勢及び劣勢パター
   ンの組み合わせでコード化して付与し、複数の送受信ノ
   ードによる多重伝送路の回線争奪が発生したときには、
   多重伝送路上に前記優勢及び劣勢パターンによる優先順
   位コードを忠実に再現させ得た送受信ノードだけが唯一
   送信権を獲得し送信を継続する非破壊調停型回線争奪方
   式の多重伝送装置において、 自ノードが回線争奪に失敗したとき多重伝送路に現れて
   いる優先順位コードを記憶保持する記憶手段と、自ノードが回線争奪に失敗した後、自ノードから送信す
   べきメッセージが所定の一定時間以上送信されなかった
   とき、該メッセージの優先順位を、前記記憶手段に記憶
   保持されている優先順位コードによる優先順位以上の優
   先順位コード に変更する優先順位コード制御手段とを、 前記複数局の送受信ノードの少なくとも１局に設けたこ
   とを特徴とする多重伝送装置。
2. 【請求項２】 請求項１の発明において、 前記送受信ノードから送出される送信メッセージ中での
   前記優先順位コードの収容部分と、該メッセージを受信
   すべき受信ノードの宛先指定に使われるアドレスの収容
   部分とが、該メッセージ中で別々の場所を占めるように
   構成したことを特徴とする多重伝送装置。