JP4022442B2 - フィールドバスインタフェースボードの制御方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は通信効率を向上させることができるフィールドバスインタフェースボードに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、工場自動化のための制御分野、すなわち制御機器、センサ、アクチュエータなどを制御するデジタル直列通信のインタフェーシングが可能なようにフィールドバスインタフェース技術が登場している。
図1は従来のフィールドバスインタフェースボードを説明するためのブロック図である。
【0003】
図1を参照すると、従来のフィールドバスインタフェースボードは、情報交換のためのプログラムが貯蔵されたROM1a及び入出力ポートが内蔵され情報データの保存のためのアドレスと、アドレスラッチイネーブル信号(ALE)を出力するマイコン1と、アドレスラッチイネーブル信号に基づきマイコンに入力される下位バイトアドレス(LOW ADDR)及び上位バイトアドレス(HIGH ADDR)を分離して所定時間中維持するラッチ2及び2aと、ラッチ2及び2aを経由したアドレス(LOW ADDR及びHIGH ADDR)を解読してシステムRAM3またはデュアルポートRAM4のチップ選択端子にチップ選択信号(CS)を出力する第1デコーダ5と、マイコン1に入力される下位バイトデータ(LOW DATA)をシステムRAM及びデュアルポートRAM4に伝える両方向性の第1バストランシーバー6と、マイコン1にも入力される上位バイトデータ(HIGH DATA)をシステムRAM3及びデュアルポートRAM4に伝える両方向性の第2バストランシーバー6aと、入力されるデータをマンチェスタ符号化したり、マンチェスタ符号化されたデータを復号化するマンチェスタエンコーダ/デコーダ9と、システムRAM3とデュアルポートRAM4及びマンチェスタエンコーダ/デコーダとそれぞれ連結される第1及び第2ラッチ/シフトレジスタ7及び8と、マンチェスタエンコーダ/デコーダ9とフィールドバス(図示せず)との間に送受信されるデータを整合させるインタフェース10と、データのエラー有無を監視するCRC発生器/検査器11と、コンピュータ(図示せず)とデータをやり取りするパソコンインタフェース12とから構成される。
【0004】
前述した従来のフィールドバスインタフェースボードは、マイコン1によりインタフェースボード自体の動作とフィールドバス通信の制御を行う。これにより、マイコンがインタフェースボードの自体動作及びソフトウェア的な方法によるフィールドバス通信を同時に行うためそれによる構成が複雑であり、マイコンが処理すべきデータ量が増えて処理速度が低下する短所があった。
また、従来のフィールドバスインタフェースボードは、入出力される多様なデータの種類を区分しないため高速制御が難しい短所があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上のような問題点を解決するために案出されたもので、その目的は通信効率を向上することができるフィールドバスインタフェースボードを提供するところにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するための本発明に係るフィールドバスインタフェースボードは、全体動作を制御するメイン制御部と、メイン制御部の制御によりデータの優先順位を決めて入出力するメインメモリと、フィールドバスデータ送受信を制御するフィールドバス制御部と、フィールドバス制御部の制御によりフィールドバスラインに転送したりフィールドバスラインから受信されたデータをバッファリングするバッファメモリと、フィールドバス制御部の制御によりフィールドバスラインにデータを転送したりフィールドバスラインからデータを受信するフィールドバス接続手段とを備える。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づき本発明に係る望ましい実施形態を詳述する。
図2は本発明に係るフィールドバスインタフェースボードの接続を説明するための全体ブロック図である。
図2を参照すれば、本発明に係るフィールドバスインタフェースボード300はコンピュータ200に設けられ、各種アクチュエータ410とセンサ420が接続されるフィールドバスライン500と接続される。また、フィールドバスインタフェースボード300が設けられたコンピュータ200は、後述するネットワークアダプタを通してネットワーク100と接続される。
【0008】
図3は本発明に係るフィールドバスインタフェースボードを説明するための詳細ブロック図である。
図3を参照すれば、本発明に係るフィールドバスインタフェースボード300は、全体動作を制御するメイン制御部310と、フィールドバスデータ送受信を制御するフィールドバス 制御部320とを備える。
【0009】
また、本発明に係るフィールドバスインタフェースボード300は、メイン制御部310とフィールドバス制御部320にクロックを供給するクロック発生部330と、メイン制御部310の作動に必要なデータを処理するメインメモリ340と、メイン制御部310の作動プログラムが貯蔵されるブートメモリ350と、コンピュータ200とのデータ交換のために前記コンピュータ200と前記メイン制御部310が共有するデュアルポートメモリ360を備える。そして、前記フィールドバス制御部320の制御によりフィールドバスライン500に転送したり、フィールドバスライン500から受信されたデータをバッファリングするバッファメモリ370と、フィールドバス制御部320の制御によりフィールドバスライン500にデータを転送したり、フィールドバスライン500からデータを受信するフィールドバス接続手段380とを備える。
【0010】
前記デュアルポートメモリは、前記コンピュータと前記メイン制御部が共有できるようそのアドレスは前記コンピュータの運営体制が使用するメモリアドレスにマッピングされる。
前記コンピュータ200は、フィールドバスインタフェースボード300が接続されるPCスロット210と、運営体制及びフィールドバス制御に必要なアプリケーションプログラムを貯蔵する補助記憶装置220と、情報を視覚的に表示するモニター230及びプリンタ240と、ネットワーク100と接続するためのネットワークアダプタ250とを備える。
【0011】
図4は本発明に係るフィールドバスインタフェースボードのフィールドバス制御部を説明するためのブロック図である。
図4を参照すれば、本発明に係るフィールドバス制御部320は、バッファメモリ370を直接に制御するためのダイレクトメモリアクセス(DMA)、すなわちDMA制御器321とを備える。これによりフィールドバス制御部320はメイン制御部310の制御なしでバッファメモリ370にデータをアクセスすることにより、メイン制御部310の負荷を減少させうる。また、フィールドバス制御部320は、フィールドバスライン500に送受信するデータをエンコーディング及びデコーディングするマンチェスタエンコーダ/デコーダ322を備える。
【0012】
以下、前述した構成による本発明に係るフィールドバスインタフェースボードの作動を説明する。
コンピュータ200の運営体制で作動するアプリケーションプログラムは、デュアルポートメモリ360のために予め設定されたメモリアドレスにデータを転送する。これによりデータはコンピュータ200のPCスロット210を通してデュアルポートメモリ360の該当アドレスに転送される。これにより、フィールドバスインタフェースボード300のメイン制御部310はデュアルポートメモリ360に保存されているデータをローディングする。メイン制御部310はメインメモリ340に接近する方法と同様な方法でフィールドバス制御部320に割り当てられたアドレスを指定し、データバスを通してデータを転送する。
【0013】
これにより、フィールドバス制御部320は指定されたアドレスを認識し、データバスを通して転送されるデータを受信する。この際、フィールドバス制御部320はDMA制御器321を通してバッファメモリ370を制御して、データバスを通して受信されるデータをバッファメモリ370に保存する。データがバッファメモリ370に保存完了されれば、フィールドバス制御部320はマンチェスタエンコーダ/デコーダ322を通してデータをエンコーディングし、エンコーディングされたデータをフィールドバス接続手段380に転送する(TX)。フィールドバス転送手段380に転送されたデータはフィールドバスライン500に転送される。
【0014】
一方、フィールドバスライン500から転送されるデータ、すなわち受信データはフィールドバス転送手段380で整形化されたパルス信号に変換された後フィールドバス制御部320に転送される(RX)。
フィールドバス制御部320は、フィールドバス接続手段380から転送されるデータを受信する。そしてフィールドバス制御部320は、受信データをマンチェスタエンコーダ/デコーダ322を通してデコーディングする。デコーディングされた受信データは、フィールドバス制御部320の制御によるDMA制御器321によりバッファメモリ370に保存される。
【0015】
そして、フィールドバス制御部320はインタラプト信号(INTR)を発する。フィールドバス制御部320でインタラプト(INTR)が発せられれば、メイン制御部310はフィールドバス制御部320に割り当てられているアドレスを指定する。アドレスが割り当てられれば、フィールドバス制御部320はバッファメモリ370に保存されているデータをデータバスに転送する。これにより、メイン制御部310はデータバスに転送されるデータを受信してデュアルポートメモリ360に保存し、コンピュータ200にインタラプト信号(INTR)を転送する。
【0016】
コンピュータ200は、インタラプト信号を受信するにつれデュアルポートメモリ360のアドレスを指定しデータをローディングする。これにより、アプリケーションプログラムはデータを加工し、コンピュータ200は加工されたデータをモニター230に視覚的に表示したりプリンタ240を通して出力する。また、コンピュータ200は加工されたデータをネットワークアダプタ250を通してネットワーク100に転送することができる。
【0017】
前述した本発明に係るフィールドバスインタフェースボードのメモリ340及び370は図5に示した構造を有する。
図5を参照すれば、メインメモリ340は先入先出(First In First Out;FIFO)キューとバッファとからなる。FIFOキューは優先順位に基づき区分されたデータの種類によるが、緊急データ送受信部キュー341と、一般データ送受信部キュー342及びタイム送受信部キュー343とから構成される。また、バッファも優先順位別に区分される緊急データバッファ344と、一般データバッファ345及びタイムデータバッファ346とから構成され、これはフィールドバスネットワークで発生する周期的に更新がなされるデータの保存及び出力のためのメモリ領域である。
【0018】
フィールドバス制御部320に接続されるバッファメモリ370は、制御レジスタとインタラプトレジスタ及び状態レジスタの領域である状態フラグレジスタ371と、受信されたデータを保存するデータ受信部循環キュー372と、データ転送時臨時にデータを保存するデータ転送部バッファ373及びデータがフィールドバスネットワークから受信される場合、自分のデータであるかを検索するために必要なアドレスフレームの当否を検査するためのアドレステーブル領域374とに区分される。
【0019】
以下、前述した構成を有する本発明に係るフィールドバスインタフェースボードの詳細な制御方法について説明する。
図6は本発明に係るメイン制御部のデータ書込み動作を説明するための流れ図である。
図6を参照すれば、まずメイン制御部310はデータ長インデックスを初期化する(S110)。
【0020】
メイン制御部310は、前記FIFOキューのそれぞれのキューのメッセージの増減を示すヘッドインデックス(head index)及びテールインデックス(tail index)を初期化する(S120)。
メイン制御部310は、転送しようとするデータを優先順位の種類により前記FIFOキューの該当キューに保存する(S130)。そして、メイン制御部310は該当キューのヘッドインデックスをデータ長と同一である増加させる(S140)。この際、増加量は1バイト貯蔵時毎にインデックスが‘1’ずつ増加する。
【0021】
そして、FIFOキューはその容量が限定されているため、メイン制御部310は前記キューのヘッドインデックスが予め設定されたキューの最大値と同一であるかを判断する(S150)。段階(S150)においてキューのヘッドインデックスが前記キューの最大値と同一である判断されれば、キューのヘッドインデックスを初期化させる(S160)。
段階(S150)においてキューのヘッドインデックスが予め設定されたキューの最大値と同一でないと判断された場合と、段階(S160)において初期化した後とに、メイン制御部310はデータ長インデックスを増加させる(S170)。これにより保存されるデータの現在貯蔵部分が分かる。
【0022】
段階(S170)後、メイン制御部310はデータ長インデックスが総データ長と同一であるかを判断する(S180)。段階(S180)において同一でないと判断されればメイン制御部310は段階(S130)を復帰し、同一であると判断されればメイン制御部310はデータの保存が終了されたと判断しリターンする。図7は本発明に係るメイン制御部のデータ読出し動作を説明するための流れ図である。
【0023】
図7を参照すれば、メイン制御部310はデータを読み出すために該当優先順位のFIFOキューの受信部に接近して、該当テールインデックスとヘッドインデックスが同一であるかを判断する(S210)。
段階(S210)においてテールインデックスとヘッドインデックスが同一でないと判断されれば、メイン制御部310は当該FIFOキューの受信部のキューで1バイトを読む(S220)。そしてテールインデックスを‘1’増加させる(S230)。
【0024】
そして、メイン制御部310はテールインデックスが予め設定されたキューの最大値と一致するかを判断する(S240)。段階(S240)において一致すると判断されれば、メイン制御部310はテールインデックスを初期化する(S250)。
段階(S240)においてテールインデックスとキューの最大値が一致していない場合と、段階(S250)においてテールインデックス初期化させた後と、段階(S210)においてテールインデックスとヘッドインデックスが同一であると判断された場合とに、メイン制御部310は読出し動作を終了しリターンする。
【0025】
前記読出し動作は1バイトに対する動作であって、1バイト以上の読出しは前記過
程を繰り返すことにより行える。
一方、メイン制御部310はフィールドバス通信を行う前にフィールドバス制御部を初期化させるが、図8に基づき初期化を説明する。
図8を参照すれば、全てのインタラプトレジスタをクリアさせる(S310)。フィールドバス制御部320は正常のネットワーク動作を行うために0番、1番及び2番の制御レジスタ設定(S320)し、所望のインタラプトレジスタが活性化するか否かを設定する(S330)。フィールドバス制御部320はフィールドバスフレームの送受信を担う転送部バッファ373に関わるレジスタを初期化(S340)し、データ受信部循環キュー372に関わるレジスタを初期化する(S350)。また、フィールドバス制御320はアドレステーブル領域374に関わるレジスタを初期化(S360)し、タイマーレジスタを初期化する(S370)。
【0026】
図9は本発明に係るフィールドバス制御部の送信動作を説明するための流れ図である。
フィールドバス制御部320は、メイン制御部310から伝えられる、転送しようとするデータをデータ転送部バッファ373に保存する(S410)。そしてフィールドバス制御部320はメイン制御部310の制御により転送されるデータの開始ポインタを設定(S420)し、データ長を定義する(S430)。
【0027】
そして、メイン制御部310から転送開始命令が伝えられれば、フィールドバス制御部320はDMA制御器321を通してバッファメモリ370のデータ転送部バッファ373に保存されたデータをフィールドバス接続手段380を通してフィールドバスライン500に転送する(S440)。
データの転送が完了すると、フィールドバス制御部320は転送完了に対するインタラプトを発生させる(S450)。転送完了に対するインタラプトはメイン制御部310に伝えられ、これによりメイン制御部310はデータ転送完了を認知し、追加転送データがあればそれに対する信号をフィールドバス制御部320に転送する。
【0028】
フィールドバス制御部320は、転送完了インタラプト発生後メイン制御部から伝えられる信号に応じて追加転送データがあるかを判断する(S460)。段階(S460)において追加転送データがあると判断されれば、フィールドバス制御部320は段階(S410)に復帰し、ないと判断されればデータ転送を完了しリターンする。
【0029】
図10は本発明に係るフィールドバス制御部の受信動作を説明するための流れ図である。
データが受信(S510)されると、フィールドバス制御部320はDMA制御器321を通して受信されるデータをバッファメモリ370に割り当てられたデータ受信部循環キュー372に保存する(S520)。この際、フィールドバス制御部320はデータ最後ポインタを設定する(S530)。
【0030】
受信されるデータの保存が完了されると、フィールドバス制御部320はデータ受信完了によるインタラプトを発生させる(S540)。メイン制御部310はデータ受信完了によるインタラプトによりデータ受信を認知し、バッファメモリ370のデータ受信部循環キュー372に保存されたデータをメインメモリ340に読取る。そして、フィールドバス制御部320はデータ受信関連レジスタを初期化させる(S550)。
【0031】
フィールドバス制御部はデータが受信されると、受信されるデータが現在自分のデータであることを判断するためデータ内のアドレスを確認すべきであるが、その過程を図11に基づき説明する。
図11は本発明に係るフィールドバス制御部のアドレス認識動作を説明するための流れ図である。
図11を参照すれば、フィールドバス制御部320はデータが受信(S610)されると、DMA制御器321を通してバッファメモリ370のアドレステーブル領域374に保存されたアドレスと、読み出して前記受信されるデータのアドレスとを比較する(S620)。
【0032】
段階(S620)における比較結果に基づき、フィールドバス制御部320はアドレスが相互一致するかを判断する(S630)。段階(S630)で受信されるデータのアドレスがアドレステーブル領域374に貯蔵されたアドレスと一致すると判断されれば、フィールドバス制御部320はそれに対するインタラプトを発生(S640)し、該当アドレステーブルのポインタをメイン制御部310に伝える(S650)。
これにより、メイン制御部310は前記インタラプトを受信し、前記フィールドバス制御部320から伝えられるアドレステーブルのポインタを受信してデータ処理を行う。
【0033】
【発明の効果】
以上述べた通り、本発明によれば、分散システムの制御と通信の役割を単一なフィールドバスインタフェースボードを介して行え、これを通して現在ネットワーク上で伝えられる全てのデータ収集が可能である。従って、分散制御システムの制御と通信を効率よく統合的に管理することができる。
【0034】
また、本発明に係るフィールドバスインタフェースボードの制御方法によれば、フィールドバス制御部がフィールドバスラインに送受信されるデータを直接に管理することによりメイン制御部の負荷が軽減され、これによりデータ処理速度が向上し、既存製品の通信速度より向上した高速通信を提供すると同時に信頼性のあるデータ処理が可能になる。また、データを優先順位に基づき分離して制御することによりネットワーク上で伝えられる全てのデータ収集が可能なので、分散制御システムの制御と通信を効率よくかつ統合的に管理することができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来のフィールドバスインタフェースボードを説明するためのブロック図である。
【図2】 本発明に係るフィールドバスインタフェースボードを説明するための全体ブロック図である。
【図3】 本発明に係るフィールドバスインタフェースボードを説明するための詳細ブロック図である。
【図4】 本発明に係るフィールドバス制御部の構成を説明するためのブロック図である。
【図5】 本発明に係るメモリ構造を説明するためのブロック図である。
【図6】 本発明に係るメイン制御部のデータ書込み動作を説明するための流れ図である。
【図7】 本発明に係るメイン制御部のデータ読出し動作を説明するための流れ図である。
【図8】 本発明に係るフィールドバス制御部の初期化動作を説明するための流れ図である。
【図9】 本発明に係るフィールドバス制御部の送信動作を説明するための流れ図である。
【図10】 本発明に係るフィールドバス制御部の受信動作を説明するための流れ図である。
【図11】 本発明に係るフィールドバス制御部のアドレス認識動作を説明するための流れ図である。
【符号の説明】
300:フィールドバスインタフェースボード
310:メイン制御部
320:フィールドバス制御部
321:DMA制御器
322:マンチェスタエンコーダ/デコーダ
330:クロック発生部
340:メインメモリ
350:ブートメモリ
360:デュアルポートメモリ
370:バッファメモリ
380:フィールドバス接続手段
Claims (9)
- フィールドバスラインと接続されるフィールドバスインタフェースボードにおいて、
全体の動作を制御するメイン制御部と、
該メイン制御部の制御によりデータの優先順位を決めて入出力するメインメモリと、
フィールドバスデータ送受信を制御するフィールドバス制御部と、
前記フィールドバス制御部の制御によりフィールドバスラインに転送したり、フィールドバスラインから受信したデータをバッファリングするバッファメモリと、
前記フィールドバス制御部の制御によりフィールドバスラインにデータを転送したり、フィールドバスラインからデータを受信するフィールドバス接続手段とを備え、前記メインメモリと前記バッファメモリとは前記メイン制御部と前記フィールドバス制御部とによって隔てられ、前記メインメモリと前記バッファメモリとはそれぞれ送受信データ共用であり、送受信データは前記メインメモリと前記バッファメモリとの両方においてバッファされることを特徴とするフィールドバスインタフェースボード。 - 前記フィールドバス制御部は、
前記バッファメモリを直接に制御するためのメモリ直接制御器と、
フィールドバスラインに送受信するデータをエンコーディング及びデコーディングするマンチェスタエンコーダ/デコーダとを備えることを特徴とする請求項1に記載のフィールドバスインタフェースボード。 - 前記メインメモリは、
優先順位に基づき区分される緊急データ送受信部キューと、
一般データ送受信部キューと、
タイム送受信部キューと、
緊急データバッファと、
一般データバッファと、
タイムデータバッファとから構成されることを特徴とする請求項1に記載のフィールドバスインタフェースボード。 - 前記バッファメモリは、
制御レジスタとインタラプトレジスタ及び状態レジスタの領域である状態フラグレジスタと、
受信されたデータを保存するデータ受信部循環キューと、
データ転送時に臨時にデータを保存するデータ転送部バッファと、
データがフィールドバスネットワークから受信される場合に自分のデータであるかを検索するために必要なアドレスフレームの当否を検査するためのアドレステーブル領域とに区分されることを特徴とする請求項1に記載のフィールドバスインタフェースボード。 - 前記メイン制御部は、
前記メインメモリにデータ書込みのためにデータ長のインデックスを初期化する段階と、
循環キューのヘッド及びテールインデックスを初期化する段階と、
転送しようとするデータを循環キューに保存する段階と、
前記循環キューのヘッドインデックスを増加させる段階と、
前記循環キューのインデックスが予め設定されたキューの最大値と同一であれば循環キューのヘッドインデックスを初期化する段階と、
前記データ長インデックスを増加させる段階と前記データ長インデックスが総データ長と一致すれば書込み終了する段階とを備えることを特徴とする請求項3に記載のフィールドバスインタフェースボード。 - 前記メイン制御部は、
前記メインメモリのデータを読み出すため、循環キューのテールインデックスがヘッドインデックスと同一であるかを比較して、同一ならば受信循環キューでデータを読み出す段階と、
循環キューの前記テールインデックスを増加させる段階と、
前記テールインデックスが予め設定されたキューの最大値と同一であれば前記テールインデックスを初期化する段階とを備えることを特徴とする請求項3に記載のフィールドバスインタフェースボード。 - 前記フィールドバス制御部は、
データを転送するために転送しようとするデータを保存する段階と、
前記転送しようとするデータの開始ポインタを設定する段階と、
前記転送しようとするデータ長を定義する段階と、
データを転送する段階と、
転送完了後インタラプトを発生させる段階と、
前記メイン制御部から追加転送情報がなければ転送完了する段階を行うことを特徴とする請求項1に記載のフィールドバスインタフェースボード。 - 前記フィールドバス制御部は、
データを受信するためフィールドバスラインからデータを受信すれば受信されたデータを前記データ受信部循環キューに保存する段階と、
保存後前記データの最後ポインタを設定する段階と、
前記ポインタ設定後受信完了インタラプトを発生させる段階と、
前記インタラプト発生後受信関連レジスタを初期化する段階とを行うことを特徴とする請求項4に記載のフィールドバスインタフェースボード。 - 前記フィールドバス制御部は、アドレス認識のために前記フィールドバスラインから受信されたデータのアドレスと前記アドレステーブルの内容とを比較して一致すればインタラプトを発させ、該当アドレステーブルのポインタを前記メイン制御部に転送することを特徴とする請求項4に記載のフィールドバスインタフェースボード。
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