JP3916024B2 - 多重通信装置におけるデータ破壊防止方法 - Google Patents

多重通信装置におけるデータ破壊防止方法 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は多重通信装置におけるデータ破壊防止方法に関し、特に、CSMA/CD方式のネットワーク通信において、衝突検出の遅れのために、勝ち残った送信データが、送信を停止したデータによって破壊されるのを防止するようにした多重通信装置におけるデータ破壊防止方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
CSMA/CD方式のネットワーク通信においては、ネットワークに接続された複数の通信装置が同時に伝送データの送信を開始したような場合、ネットワーク上を同じ伝送データが流れている間は、該複数の通信装置は伝送データの送信を継続し、その後、伝送データが一致しなくなると、伝送データの送信を同時に開始した前記複数の通信装置のうちの優先順位の高い伝送データを送信した通信装置が勝ち残り、最終的には一番優先度の高い通信装置が伝送データの送信を継続することになる。
【0003】
この通信方式においては、他の通信装置がネットワーク上に伝送データを出力していない場合には、いつでも伝送データを出力することができるため、例えば、図14に示されているように、時刻t1 に、送信端子Tx1 から送信を開始したある通信装置Aの伝送データaが送信器と受信器の間でのハード上の時間遅延のため各通信装置の受信端子RX1、Rx2 に入力される時刻t3 までは、他の通信装置は誰も送信を開始していないと判断し、送信を開始することができる。このため、時刻t1 と時刻t3 の間のある時刻t2 に、他の通信装置Bはその送信端子Tx2 から伝送データbの送信を開始する場合が生ずる。
【0004】
このような事態が発生すると、各通信装置の受信端子RX1、Rx2 の受信データcは、図示されているように、送信された伝送データよりもH(ハイ)レベルの幅がΔt1 だけ長くなる。この結果、通信装置AとBは自分が送信した伝送データとは異なる伝送データを受信したと判断して、通信装置A、Bは共に伝送データの送信を停止してしまうことが生ずる。
【0005】
特開平5ー211511号公報は、この不具合を解消するために、図15に示されているように、通信装置の受信端子RX1、Rx2 が先に送信を開始された伝送データaを受信した時点t3 から、デジタルデータのビット情報に対応した時間Tから伝送データの受信遅れ時間Δt1 を引いた時間Δαだけ経過した時点で、通信装置の送信端子Tx1 、Tx2 から送信された伝送データa、bの立ち下がりが起こるようにパルス幅を制御している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した従来装置は、デジタルデータのビット情報が0であればパルス幅(すなわち、Hレベル時間)を1ビット時間に対して2/3とし、ビット情報が1であればパルス幅を1ビット時間に対して1/3とする、いわゆるパルス幅デジタル変調方式(PWM方式)には有用であるが、このPWM方式はビット情報がPWM制御されるため、伝送データの送受信の制御が複雑であるという問題があった。一方、デジタルデータのビット情報が0であればパルス幅は0、すなわち1ビット時間L(ロウ)レベル、ビット情報が1であればパルス幅は1ビット時間Hレベルとするビットシリアル方式では、1ビット情報のパルス幅を可変しないので伝送データの送受信の制御が簡単であるという利点を有しているが、前記の公報に開示された技術は、送信器と受信器のタイムラグにて生じるデータのずれをパルス幅を可変して修正するものであり、ビットシリアル方式には適用できないという問題があった。
【0007】
本発明は、前記従来技術に鑑みてなされたものであり、その目的は、送信および受信器間の伝送データの時間遅れに起因する伝送データの衝突破壊を防止できる、ビットシリアル方式において有用な多重通信装置におけるデータ破壊防止方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前記した目的を達成するために、本発明は、1ビットデータを時分割するクロックを有し、該時分割により得られる中央の複数個のデータの状態によりビットデータを確定する通信制御を行う多重通信装置におけるデータ破壊防止方法であって、送信器は送信データを送信後、受信器がデータを受信した時点で送信のクロックをスタートし、前記受信器は、受信データが非優先のデータになった時点で受信のクロックをリセットし、前記送信データと受信データとを比較し、不一致が検出された時点で送信を停止するようにした点に第1の特徴がある。
【0009】
この特徴によれば、送信器と受信器のクロックを同期させることができると共に、送信器と受信器との間に1ビット時間未満の時間遅延があり、該時間遅延の間に複数の通信装置が送信を開始しても、データの衝突によるデータ破壊を防止することができるようになる。
【0010】
また、本発明は、前記送信器が送信する通信フォーマットは、送信の優先度を決めるユニットアドレスの後に、非優先状態のビット信号を備えさせた点に、第2の特徴がある。この特徴によれば、多重通信システムに接続できる通信装置の個数をさらに増やすことができるようになる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明を詳細に説明する。図1は、本発明の通信制御装置が適用される一具体例のブロック図であり、車輌に搭載された複数のユニットを制御する車輌用制御システムを示している。
【0012】
この車輌用制御システムでは、1個のCPU10からの命令により、高速の処理を必要とする点火ドライバ20、FI(Fuel Injection)ドライバ30、ABSドライバ40等のユニットを多重通信で制御し、前記各ユニットにCPUを持たせないことにより、コストの低廉化を図っている。
【0013】
点火ドライバ20にはIG(イグニッション)コイル22が接続されており、入出力ユニット21中の通信IC21aを介してCPU1の通信IC11と通信が行われる。また、FIドライバ30にはインジェクタ32、フューアルカットリレー33、インジケータ34等が接続されており、入出力ユニット31中の通信IC31aを介してCPU1の通信IC11と通信される。また、ABSドライバ40にはモータ42、インジケータ43が接続されており、入出力ユニット41中の通信IC41aを介して前記通信IC11と通信される。前記通信IC11と、通信IC21a、31aおよび41aとは、デジタル通信ライン1で接続されている。
【0014】
また、高速のタイミングでの処理を必要としない要素、例えば点火のニュートラルSW(スイッチ)23、サイドスタンドSW24等は入出力ユニット21中のCH(チャンネル)切換え21bを介して、FIの大気温、水温、大気圧などを測定する各センサ35、36、37等は入出力ユニット31中のCH切換え31bを介して、また、ABSのABSオン/オフセンサ44等は入出力ユニット41中のCH切換え41bを介して、アナログ通信ライン2で一つにまとめられて、CPU10に内蔵されているA/D変換器13の一つのポートに接続されている。
【0015】
一方、高速のタイミングでの処理を必要とする要素、例えばABSモータポテンショ51、FR車速センサ52、RR車速センサ53、スロットル開度(θTH)54、クランクパルス(Ne )55、カムパルサ56、吸気圧(PB )57、ノックセンサ58等は、CPU10に内蔵されている前記A/D変換器13に直接接続されている。
【0016】
次に、前記車輌用制御システムの構成を、図2を参照してより詳細に説明する。親である中央制御ユニット60は、3個の子である入出力ユニット21、31、41と、デジタル通信ライン1とアナログ通信ライン2を介して接続されている。
【0017】
中央制御ユニット60は、前記CPU10、通信IC11、レジスタ12、A/D変換器13、およびRAM14から構成されており、A/D変換器13の入力ポート0〜4には、高速のタイミングで処理する必要のあるアナログ信号が入力する。例えば、ABSポテンショ51、スロットル開度54、吸気圧57、カムパルサ56、ノックセンサ58等のクランク1回転内で処理が要求される高速アナログ信号である。A/D変換器13の入力ポート0〜4に入力したアナログ入力はデジタル信号に変換されて、それぞれレジスタR1 〜R5に保持され、CPU10によって必要なタイミングで読みだされる。また、A/D変換器13の入力ポート5には、入出力ユニット21、31、41からアナログ通信ライン2を介して送られてくる高速のタイミングでの処理を必要としない要素からのアナログデータが入力する。このアナログデータはA/D変換器13でデジタルデータに変換された後、レジスタR6に格納され、CPU10によって所望のタイミングで読み出され、演算等に使用される。
【0018】
前記入出力ユニット21、31、41は同等の構成を有しているので、入出力ユニット21を代表としてその構成を説明すると、該入出力ユニット21は、通信IC21aと、例えば8チャンネル(0〜7)のCH切換え部21bから構成されている。通信IC21aはデジタル通信ライン1を介して中央制御ユニット60の通信IC11と信号のやり取りをし、受信した制御信号を選別して点火ドライバ20とCH切換え部21bに送る。点火ドライバ20は通信IC21aから送られてきた制御信号によって制御されて動作し、切換え部21bは指示されたチャンネルをアナログ通信ライン2に接続する。指示されたチャンネルがアナログ通信ライン2に接続されると、通信IC21aは通信IC11を介して、該接続が成立した旨の応答をCPU10に返す。CPU10はこの応答を確認してからレジスタR6のデータを読みに行くので、要求したデータを間違いなく取得することができる。CPU10は、取得したデータを演算に使用したり、RAM14に格納したりする。
【0019】
次に、前記通信IC21a、31a、および41aの一具体例の構成を図3に示す。これらの構成はほぼ同一であるので、前記ABS入出力ユニット41の通信IC41aを例に上げて説明すると、該通信IC41aは、前記CH切換え部41bに接続されるI/F(インタフェース)61と、ABSドライバ62に接続される駆動回路62と、バスコントローラ63と、送信器64と、受信器65と、送信データを記憶する第1のバッファ66と、受信データを記憶する第2のバッファ67と、該第1、第2のバッファに記憶されたデータを比較するコンパレータ68から構成されている。
【0020】
送信器64から、後述する通信フォーマットで通信を開始すると、通信データは双方向のデジタル通信ライン1を通って、中央制御ユニット60の通信IC11、他の入出力ユニット21、31の通信ICに伝達される。いま、入出力ユニット41からのみ送信が開始されたとすると、前記コンパレータ68によって第1バッファ66と第2バッファ67に記憶されるデータが一致していると判断され、入出力ユニット41は送信動作を継続する。しかし、同時またはほぼ同時に二つ以上のユニットから送信が開始されると、データが衝突を起こし、データが破壊されて、正常な通信ができなくなる。そこで、本発明では、この問題を解決するためのアクセス方法を提案するものであり、以下に説明する。
【0021】
まず、前記各ユニット(中央制御ユニット60、入出力ユニット21、31、41)が出力する通信フォーマットを図4に示す。図示されているように、1ビットのスタートビット、2ビットのユニットアドレス、1ビットのシンクロビット、2ビットのデータアドレス、8ビットのデータ、1ビットのパリティビット、およびストップビットから構成されている。
【0022】
前記スタートビットは送信の開始を知らせるビットであり、0データが割当てられている。ユニットアドレスは、送信の優先順位を示すものであり、図5に示されているように、優先順位の高い順から、「00」、「01」、「10」、「11」となっている。すなわち、0が1より優先度が高くなっている。そこで、例えば、ユニットアドレス「00」は親の中央制御ユニット60に割り当てられ、「01」、「10」、「11」は、子の入出力ユニット21、31、41に割り当てられる。前記シンクロビットは後述する説明から明らかになるように、データが衝突した時に優先度の高い方のデータが破壊されないように設けられたものであり、1データが割当てられている。データアドレスはデータの格納先を示し、パリティビットはデータの誤り検出をするためのものであり、奇偶パリティが使用される。また、ストップビットは送信データの終了を示すものであり、1データが割当てられている。
【0023】
また、本発明では、デジタルデータのビット情報が0であれば1ビット時間“0”レベル、ビット情報が1であれば1ビット時間“1”レベルとするビットシリアル方式を用いている。この方式では、1ビット情報のパルス幅が可変できないのは明らかである。
【0024】
また、ビットが0であるか1であるかの認識は図6のように行われる。すなわち、1ビット時間は、第0〜第7クロックステージの8クロック時間からなり、第3、第4、第5クロックステージで読まれたデータの多数決により、第7クロックステージのタイミングで、ビットデータが1であるか0であるかが確定される。図示の場合には、第3〜第5クロックステージで読まれたデータは全て“1”であるので、多数決により第7クロックステージのタイミングで、ビットデータが1であると確定される。また、例えば、第3、第4クロックステージで読まれたデータが0、第5クロックステージで読まれたデータが1の場合が生じたとすれば、ビットデータは多数決により0と確定される。
【0025】
さて、システムの構成上、例えばユニット41の送信器64から出力されたデータが、自身の受信器65あるいは他のユニット60、21、31の受信器に届くまでに時間遅延が生ずる。いま、この遅延が4クロックであるとした場合に、図7(a) に示されているように、ユニットアドレス「10」を割当てられたユニットAがある時点t0 で送信を始めたとすると、該ユニットAの送信器はスタートビット(=0)に続いてユニットアドレス(=10)を出力する。これらのデータが、各ユニットの受信器で受信されるタイミングは同図(b) のように4クロック遅れとなる。ユニットA以外のユニットは、ユニットAのスタートビット0を受信すると、先に送信を始めたユニットが居ることを認識して、送信開始を断念する。しかしながら、ユニットAが送信を開始してから4クロックが経過するまで、すなわちユニットAのスタートビットを受信するまでは、どのユニットも送信をしていないと認識して送信を開始することができる。
【0026】
他のユニット、例えば、Aユニットより高い優先度のユニットアドレス「01」を割当てられたユニットBが、同図(c) に示されているように、ユニットAの送信開始よりも4クロック遅れで送信を開始したとすると、各ユニットの受信器は同図(d) のようなデータを受信する。
【0027】
各ユニットの受信器が実際に受信するデータは、前記(b) と(d) を合成(論理積)したデータとなるから、同図(e) に示すデータとなる。前述のように、ビットデータは第3、4、5クロックステージの各データの多数決で第7クロックステージのタイミングで確定されるので、各ユニットの受信器は、タイミングt1 で0のビットデータ(スタートビット)を受信し、タイミングt2 で0のビットデータを受信し、タイミングt3 で1のビットデータ(ユニットアドレス)を受信したと認識する。
【0028】
そこで、ユニットAは前記タイミングt2 で自分が出力したユニットアドレス1と異なるデータ0を受信したと認識して、換言すれば自分より優先度の高い他のユニットが同時に送信を開始したと認識して、送信を停止する。しかしながら、このタイミングt2 では、ユニットAは既に0データを第3クロックステージまで送出している。この第3クロックステージまでの0データは、デジタル通信ライン1上に送り出され、ユニットBから送信されているデータと衝突することになるが、ユニットBの受信器は同図(d) に示されているように、タイミングt3 で1のビットデータを受信する。このため、ユニットBが出力したデータはこの衝突によって破壊されることなく受信器に受信され、ユニットBは自分が送信したのと同じデータを受信するので、送信を続行する。
【0029】
しかしながら、送信器と受信器間の時間遅延が5クロック以上になると、ユニットBのユニットアドレス「01」の「1」の第0〜第4クロックステージのデータが0、第5〜第7クロックステージのデータが1となり、多数決によりデータが0と確定されてユニットBの受信器にも自分が出したデータとは異なるデータが返ってくることになり、換言すればデータが破壊されたことになり、送信を停止してしまうという不具合が生ずる。
【0030】
その様子は、図8に示されているようになる。図8は、送信器と受信器間の時間遅延が7クロックである場合のタイミングチャートである。同図(e) に示されているように、タイミングt3 において、ユニットBの受信器は0のビットデータを受信したと判断するので、ユニットBは自分が送信したデータ「1」と異なるデータが返って来たと認識して送信を停止する。
【0031】
そこで、本発明では、この不具合を解消するために、図9で示すようにした。図9は、図8と同様に、前記送信器と受信器間の時間遅延が5クロック以上である7クロックの場合を想定したタイミングチャートである。
【0032】
本発明では、同図(a) 、(c) から明らかなように、送信器は、受信器がいずれかのユニットの送信器が出力したデータを受信した時点から送信クロックを開始するようにした。具体的には、受信器がスタートビットの立ち下がりを受信した時点から送信クロックを開始し、送信を開始することにした。また、同図(e) に示されているように、受信器のクロックは、非優先信号、すなわち1のデータの立上がりでリセットするようにした。
【0033】
送信器の送信クロックを自分が出したデータを受信器で受信した時点から開始するようにすると、送信クロックと受信クロックが同期することになり、優先度の低いユニットの送信器がデータの送信を停止するタイミングがビットの途中にならないというメリットがある。また、受信器のクロックを、非優先信号の立上がりでリセットしないと、受信された3個目のビットデータは、同図(e) のタイミングt4 (すなわち、第7クロックステージ)で0と確定され、図8で説明したようにユニットBは送信を停止することになるが、受信器のクロックを、非優先信号の立上がりでリセットすると、タイミングt4 で第7クロックステージが存在しなくなるからビットデータの確定は行われず、タイミングt5 まで延ばされることになる。そうすると、タイミングt5 では、受信データは1のビットデータと認識され、ユニットBは自分が出力したのと同じデータが返ってきたと認識して、送信を続行することになる。すなわち、受信器のクロックを、非優先信号の立上がりでリセットすることにより、データの衝突によるデータ破壊が補償されたことになる。
【0034】
以上の対策により、ユニットアドレスが「00」、「01」、「10」または「11」の3個のユニットの多重通信は可能になるが、ユニットアドレスが「10」と「11」のユニットC,Dがほぼ同時に送信を開始すると、ユニットDがスタートビットの0に続いて「110」と出力し、ユニットCがスタートビットの0に続いて「101」と出力した場合に、不具合が生ずる。その不具合を、図10のタイミングチャートに示す。
【0035】
いま、ユニットCが、同図(a) に示されているように「0110」とデータを出力し、ユニットDが、同図(c) に示されているように「0101」とデータを出力したとすると、各ユニットC,Dの受信器は、同図(e) に示されているように、タイミングt2 で0、t3 で1、t4 で0を受信したと認識する。そこで、ユニットCはタイミングt4 の時点で送信を断念するが、既に0データを6クロックステージまで出力している。この0データがユニットDの1データと衝突し、前記デジタル通信ライン1上では、同図(f) に示されているように、0データとなって、ユニットDの1データが破壊されてしまう。
【0036】
そこで、本発明では、先に図4で説明したように、ユニットアドレスの次に、1データのシンクロビットを設けた(図12参照)。このようにすると、前記ユニットDの1データが破壊を免れる理由を、図11を参照して説明する。
【0037】
ユニットCは、同図(e) に示されているタイミングt4 で、自分が送出したデータとは異なるデータが返ってきたと判断して送信を停止するが、この送信停止時に、ユニットCは1データである前記シンクロビットを6クロックステージまで出力している。同様に、ユニットDも、同図(c) に示されているように同時刻にシンクロビットを出力し、続いて1データを出力する。したがって、同図(f) から明らかなように、デジタル通信ライン1上の信号は、「01011」となって、ユニットDのデータは破壊されずに伝送されることになる。
【0038】
以上のように、通信フォーマットに、ユニットアドレスに続いて1データであるシンクロビットを1ビット入れると、ユニットアドレス「10」と「11」のユニットC,Dが同時に送信を開始しても、データの破壊は防止され、本発明のシステムに、ユニットアドレスが「00」、「01」、「10」、および「11」の4個のユニットの多重通信が可能になる。
【0039】
以上は、ユニットアドレスを2ビットとした、4個のユニットの多重通信システムについて説明したが、本発明はこれに限定されず、さらに拡張することができる。例えば、図13に示すように、ユニットアドレスを3ビットとし、1データであるシンクロビットを付加すると、ユニットアドレスが「000」、「001」、「010」、「011」、「100」、「101」、および「111」の7個のユニットを接続したシステムの多重通信が可能になる。なお、この場合、ユニットアドレスが「110」と「100」、および「110」と「101」が衝突するとデータが破壊される恐れが生ずるので、「110」は設定から外されている。
【0040】
【発明の効果】
前記の説明から明らかなように、請求項1の発明によれば、通信装置の送信器と、送信器から送出されデータを受信する受信器との時間遅延が1ビット時間未満であれば、該時間遅延内に複数の送信器が送信を開始しても、データの衝突によるデータ破壊を防止し、正常な通信ができるようになるという効果がある。
【0041】
また、請求項2の発明によれば、ユニットアドレスビットが2ビットの場合に4個の通信装置を、3ビットの場合に7個の通信装置を接続できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明が適用される装置の一例である車輌用制御システムの構成を示すブロック図である。
【図2】 図1の一部の詳細構成を示すブロック図である。
【図3】 通信ICの一具体例の詳細構成を示すブロック図である。
【図4】 本発明の通信フォーマットの説明図である。
【図5】 送信優先順位とユニットアドレスとの関係を示す図である。
【図6】 1ビットデータと、これを時分割するクロックとの関係を示す図である。
【図7】 送信器と受信器の時間遅延が4クロックである場合のタイミングチャートである。
【図8】 送信器と受信器の時間遅延が7クロックである場合のタイミングチャートである。
【図9】 送信器と受信器の時間遅延が7クロックである場合に、本発明による対策を講じた場合のタイミングチャートである。
【図10】 送信器と受信器の時間遅延が7クロックである場合に、ユニットC、Dの各送信器から、「0110」、「0101」のデータを送出した場合に不具合が生ずる理由を示すタイミングチャートである。
【図11】 本発明の対策により、図10の不具合を解消されたことを示すタイミングチャートである。
【図12】 2ビットのユニットアドレスにシンクロビットを付加した状態の説明図である。
【図13】 3ビットのユニットアドレスにシンクロビットを付加した状態の説明図である。
【図14】 従来のパルス幅デジタル変調方式による多重通信の不具合を説明する波形図である。
【図15】 図14の不具合を解消する従来方法を示す説明図である。
【符号の説明】
1…デジタル通信ライン、2…アナログ通信ライン、10…CPU、11…通信IC、13…A/D変換器、20…点火ドライバ、30…FIドライバ、40…ABSドライバ、21、31、41…入出力ユニット、60…中央制御ユニット。

Claims (2)

  1. 通信ラインに1ビットデータをシリアル伝送する送信器と、該通信ラインのデータを受信する受信器と、1ビットデータを時分割するクロックを有し、該時分割により得られる中央部の複数個のデータの状態によりビットデータを確定するビットシリアル通信制御を行う複数の通信装置が1つの通信ラインで接続される多重通信装置におけるデータ破壊防止方法であって、
    送信器は送信データを送信後、受信器がデータを受信した時点で送信のクロックをスタートし、
    前記受信器は、受信データが非優先のデータになった時点で受信のクロックをリセットし、
    前記送信のクロックにより確定された送信データと受信のクロックにより確定された受信データとをビットシリアルに比較し、不一致が検出された時点で送信を停止するようにしたことを特徴とする多重通信装置におけるデータ破壊防止方法。
  2. 請求項1に記載の多重通信装置におけるデータ破壊防止方法であって、
    前記送信器が送信する通信フォーマットは、送信の優先度を決めるユニットアドレスの後に、非優先状態のビット信号を備えていることを特徴とする多重通信装置におけるデータ破壊防止方法。
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