JP4477447B2 - 通信システム装置及びその通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、クロック信号に同期させてデータの送受信を行う通信装置を使用した通信システム装置及びその通信方法に関する。

デジタル信号をシリアル通信で伝送する方法は従来から様々な方法が知られているが、その中で代表的なものを図５〜図８に示している。
図５において、データ信号ＳｄＡは、最も一般的な信号であり、データを信号レベルでそのまま示し、各データの区切りを示した同期信号ＳａＡを用いてデータ信号ＳｄＡからデータを抽出している。このような方式では、データ信号と同期信号の２つの信号が必要であった。

次に、図６において、データ信号ＳｄＢは、パルス幅変調された信号であり、信号間隔は一定であるが、データが「０」のときと「１」のときで、パルス幅を変えている。この方式では、符号の間隔が問題になるだけで容易に非同期動作を行わせることができる（例えば、特許文献１〜７参照。）。また、図７において、データ信号ＳｄＣは、パルスの時間的な位置を変えたパルス位置変調方式の信号であり、時間基準である同期信号ＳａＣによってデータがサンプリングされている。図８において、データ信号ＳｄＤは、赤外線リモコン等で使用されている信号であり、上記のパルス幅変調とパルス位置変調を合わせた信号である。ただし、データ間隔は等間隔ではなく、非同期信号であり同期信号は不要である。

一方、従来、マスター側装置は、伝送路を介してスレーブ側装置が接続されると、該伝送路を用いてスレーブ側装置に所定の電流を出力し、このときの伝送路の電圧を測定して接続されたスレーブ側装置の識別を行っていた。マスター側装置は、該測定した伝送路の電圧を、接続されたスレーブ側装置の内部抵抗に変換し、該変換した抵抗値によって接続されたスレーブ側装置の識別を行っていた。
米国特許第６９８０６６号明細書 米国特許第５８６２３５４号明細書 米国特許第５９７８９２７号明細書 米国特許第６１０８７５１号明細書 米国特許第６２３９７３２号明細書 米国特許第６４１２０７２号明細書 米国特許第５８０３５１８号明細書

しかし、このように接続されたスレーブ側装置の内部抵抗から識別を行う方法では、スレーブ側装置の模造品を簡単に作成することができ、接続されたスレーブ側装置が規格外の模造品であるか否かを識別することが困難であり、接続された規格外の模造品をスレーブ側装置として認識して通信を行うことによって不具合が発生する場合があった。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、接続されたスレーブ側装置の認証が取れたか否かを判定する場合に、使用するクロック信号が所定の周波数の場合のみ正常な判定を行い、それ以外の周波数のときには、判定結果をランダムに発生させるようにして、接続されたスレーブ側装置が模造品であるか否かを識別することができると共に、スレーブ側装置の模造品の作成を防止することができる通信システム装置及びその通信方法を得ることを目的とする。

この発明に係る通信システム装置は、ホスト装置と該ホスト装置からの指令に基づいて作動するスレーブ装置との間で、クロック信号に同期させてデータの送受信を行い通信を行う通信システム装置において、
前記ホスト装置からのデータを送信すると共に受信したデータを前記ホスト装置に出力する、入力されたクロック信号に同期させてデータの送受信を行うマスター側送受信回路と、
前記スレーブ装置からのデータを送信すると共に受信したデータを前記スレーブ装置に出力する、入力された前記クロック信号に同期させてデータの送受信を行うスレーブ側送受信回路と、
を備え、
前記ホスト装置は、スレーブ装置があらかじめ決められた装置であるか否かを判定する認証動作を行う際、前記マスター側送受信回路及びスレーブ側送受信回路に複数の周波数の前記クロック信号をそれぞれ順次供給すると共に、前記マスター側送受信回路に対して該各周波数のクロック信号ごとに該認証動作を行うことを示す指令をそれぞれ送信させ、前記マスター側送受信回路及びスレーブ側送受信回路は、入力されたクロック信号の周波数が所定値であるときのみ正常にデータの送受信を行い、
前記マスター側送受信回路は、前記認証動作時に、前記クロック信号の周波数が所定値のときは、スレーブ側送受信回路からデータが入力されたか否か及び入力されたデータが所望のデータであるか否かの判定をそれぞれ行い、該判定結果を前記ホスト装置に出力し、前記クロック信号の周波数が所定値でないときは、スレーブ側送受信回路からデータが入力されたか否か及び入力されたデータが所望のデータであるか否かにそれぞれ関係なくランダムに判定結果を生成して前記ホスト装置に出力し、
前記ホスト装置は、前記クロック信号の周波数が所定値でないときに入力された前記判定結果を無視するものである。

具体的には、前記スレーブ側送受信回路は、入力されたクロック信号の周波数が所定値でない場合、データの送信を禁止するようにした。

また、この発明に係る通信方法は、ホスト装置と該ホスト装置からの指令に基づいて作動するスレーブ装置との間で、クロック信号に同期させてデータの送受信を行い通信を行う通信システム装置の通信方法において、
スレーブ装置があらかじめ決められた装置であるか否かを判定する認証動作を行う際、該認証動作を行うことを示す前記ホスト装置からの指令を、順次供給する複数の周波数の前記クロック信号ごとに前記スレーブ装置にそれぞれ送信し、入力された前記クロック信号の周波数が所定値であるときのみ正常にデータの送受信を行い、
前記認証動作時に、前記クロック信号の周波数が所定値のときは、スレーブ装置からデータが入力されたか否か及び入力されたデータが所望のデータであるか否かの判定をそれぞれ行い、該判定結果を前記ホスト装置に出力し、前記クロック信号の周波数が所定値でないときは、スレーブ装置からデータが入力されたか否か及び入力されたデータが所望のデータであるか否かにそれぞれ関係なくランダムに判定結果を生成して前記ホスト装置に出力し、
前記ホスト装置は、前記クロック信号の周波数が所定値でないときに入力された前記判定結果を無視するようにした。

具体的には、入力された前記クロック信号の周波数が所定値でない場合、スレーブ装置からホスト装置へのデータの送信を禁止するようにした。

本発明の通信システム装置及びその通信方法によれば、スレーブ装置に対する認証が取れたか否かを判定する場合に、使用するクロック信号が所定の周波数の場合のみ正常な判定を行い、それ以外の周波数のときには、判定結果をランダムに発生させるようにし、システム固有の通信周波数が鍵となり、スレーブ装置及びスレーブ側送受信回路からなるスレーブ側装置が模造品であるか否かを識別することができると共に、スレーブ側装置の模造品の作成を防止することができる。

次に、図面に示す実施の形態に基づいて、本発明を詳細に説明する。
第１の実施の形態．
図１は、本発明の第１の実施の形態における通信システム装置の構成例を示したブロック図であり、図１では、半二重通信によるシリアル通信を行う場合を例にして示している。
図１における通信システム装置は、通信装置１を使用してホスト装置ＨＣとスレーブ装置ＳＣとの間で半二重通信によるシリアル通信を行うものであり、通信装置１は、マスター側送受信回路２、スレーブ側送受信回路３及び伝送路４で構成されている。

マスター側送受信回路２はホスト装置ＨＣに、スレーブ側送受信回路３はスレーブ装置ＳＣにそれぞれ接続され、マスター側送受信回路２とスレーブ側送受信回路３は、シリアル信号の伝送を行う伝送路４で接続されている。なお、伝送路４は、信号線の他に、光、超音波といった音、又は電波等を用いて形成されるようにしてもよい。
マスター側送受信回路２は、マスター側送信回路部１１とマスター側受信回路部１２で構成され、スレーブ側送受信回路３は、スレーブ側送信回路部１３、スレーブ側受信回路部１４及びクロック動作検出回路部１５で構成されている。

マスター側送信回路部１１及びマスター側受信回路部１２と、スレーブ側送信回路部１３及びスレーブ側受信回路部１４とは伝送路４で接続されている。マスター側送受信回路２からスレーブ側送受信回路３にデータを送信する場合、マスター側送信回路部１１は、ホスト装置ＨＣから入力されたクロック信号ＣＬＫに対して所定の方法でパルスを重畳させてデータを書き込み、該データを書き込んだシリアルデータ信号ＤＡＴＡをマスター側送信回路部１１から伝送路４を介してスレーブ側送受信回路３に送信し、スレーブ側受信回路部１４は、伝送路４を介して入力されたシリアルデータ信号ＤＡＴＡからデータを抽出してスレーブ装置ＳＣに出力する。

また、スレーブ側送受信回路３からマスター側送受信回路２にデータを送信する場合、スレーブ側送受信回路３は、マスター側送受信回路２から伝送路４を介して入力されたシリアルデータ信号ＤＡＴＡに所定の方法でパルスを重畳させてデータを書き込む。スレーブ側送信回路部１３とスレーブ側受信回路部１４は接続されており、スレーブ側送信回路部１３は、伝送路４を介して入力されたシリアルデータ信号ＤＡＴＡに対して所定の方法でパルスを重畳させてデータを書き込み、該データを書き込んだシリアルデータ信号ＤＡＴＡを、伝送路４を介してマスター側送受信回路２に送信し、マスター側受信回路部１２は、伝送路４を介して入力されたシリアルデータ信号ＤＡＴＡからデータを抽出してホスト装置ＨＣに出力する。

また、スレーブ側受信回路部１４は、入力されたシリアルデータ信号ＤＡＴＡからクロック信号ＣＬＫを抽出してクロック動作検出回路部１５に出力し、クロック動作検出回路部１５は、入力されたクロック信号ＣＬＫの周波数の検出を行い、該検出した周波数が所定値であれば、スレーブ側送信回路部１３に対して所定のイネーブル信号ＥＮ、例えばハイレベルのイネーブル信号ＥＮを出力してスレーブ側送信回路部１３をイネーブル状態にする。スレーブ側送信回路部１３は、イネーブル状態になると、伝送路４を介して入力されたシリアルデータ信号ＤＡＴＡに対してスレーブ装置ＳＣからのデータの書き込みを行い、マスター側送受信回路２へのデータの送信を行う。

また、クロック動作検出回路部１５は、検出した周波数が所定値でなければ、スレーブ側送信回路部１３に対してローレベルのイネーブル信号ＥＮを出力してスレーブ側送信回路部１３をディスエーブル状態にする。スレーブ側送信回路部１３は、ディスエーブル状態になると、伝送路４を介して入力されたシリアルデータ信号ＤＡＴＡに対してスレーブ装置ＳＣからのデータの書き込みを行わず、マスター側送受信回路２へのデータの送信を停止する。

このような構成において、ホスト装置ＨＣは、スレーブ装置ＳＣに対する認証動作を行う際、マスター側送信回路部１１に対して、周波数を変えてクロック信号ＣＬＫを供給し、該供給した各周波数のクロック信号に対して所定の認証動作を行うことを示すコマンドをそれぞれ書き込ませて伝送路４に出力させる。クロック信号ＣＬＫの周波数が所定値の場合、クロック動作検出回路部１５は、スレーブ側送信回路部１３をイネーブルにすると共に、スレーブ側受信回路部１４は、入力されたコマンドをスレーブ装置ＳＣに出力し、スレーブ装置ＳＣは該コマンドに従って認証コードを示す所定のデータをスレーブ側送信回路部１３に出力する。スレーブ側送信回路部１３は、スレーブ装置ＳＣから入力されたデータをシリアルデータ信号ＤＡＴＡにデータを書き込み、マスター側受信回路部１２は、シリアルデータ信号ＤＡＴＡから該データを読み出し、該読み出したデータが所望のデータであればホスト装置ＨＣへ出力するフラグ信号Ｆをアサートして、認証が取れたことをホスト装置ＨＣに示す。

次に、クロック信号ＣＬＫの周波数が所定値でない場合、クロック動作検出回路部１５は、スレーブ側送信回路部１３をディスエーブル状態にする。このとき、スレーブ側受信回路部１４は、入力されたコマンドをスレーブ装置ＳＣに出力するようにしてもよいし、出力しないようにしてもよい。スレーブ側送信回路部１３は、ディスエーブル状態にあることから、スレーブ装置ＳＣから仮に送信用データが入力されても、該送信用データをシリアルデータ信号ＤＡＴＡに書き込まない。このことから、マスター側受信回路部１２は、スレーブ装置ＳＣから所望のデータの返信がないとして、ホスト装置ＨＣへ出力するフラグ信号Ｆをネゲートして認証が取れなかったことを示す。

ここで、スレーブ装置ＳＣに対する認証動作時におけるマスター送受信回路２の動作の流れを図２のフローチャートを用いてもう少し詳細に説明する。
図２において、ホスト装置ＨＣは、クロック信号ＣＬＫの周波数を変えて出力し、マスター側送信回路部１１は、所定の認証動作を行うことを示すコマンドをホスト装置ＨＣからのクロック信号ＣＬＫに書き込んでシリアルデータ信号ＤＡＴＡを生成し伝送路４に出力して認証通信を行う（ステップＳ１）。マスター側受信回路部１２は、クロック信号ＣＬＫの周波数が所定値であるか否かを調べ（ステップＳ２）、所定値である場合（ＹＥＳ）、スレーブ側送受信回路３からデータが送信されてきたか、及び送信されてきたデータが所望の認証コードであるかの判定を行う（ステップＳ３）。

マスター側受信回路部１２は、ステップＳ３で、スレーブ側送受信回路３からデータが送信され、該送信されてきたデータが所望の認証コードである場合（ＹＥＳ）、フラグ信号Ｆをアサートして認証が取れたことをホスト装置ＨＣに通知して（ステップＳ４）、本フローは終了する。また、ステップＳ３で、スレーブ側送受信回路３からデータが送信されてこなかったか、又は送信されてきたデータが所望のデータでない場合（ＮＯ）、フラグ信号Ｆをネゲートして認証が取れなかったことをホスト装置ＨＣに通知して（ステップＳ５）、本フローは終了する。

一方、マスター側受信回路部１２は、ステップＳ２で、クロック信号ＣＬＫの周波数が所定値でない場合（ＮＯ）、スレーブ側送受信回路３からデータが送信されてきたか否かにかかわらず、ランダムにフラグ信号Ｆをアサート又はネゲートし（ステップＳ６）、本フローは終了する。ホスト装置ＨＣは、クロック信号ＣＬＫの周波数が所定値でないときに入力されたフラグ信号Ｆを無視し、クロック信号ＣＬＫの周波数が所定値のときに入力されたフラグ信号Ｆに応じて認証が取れたか否かを判断する。

次に、図３は、クロック動作検出回路部１５の回路例を示した図である。
図３において、クロック動作検出回路部１５は、バッファ２１，２２、インバータ２３、Ｄフリップフロップ２４、ＰＭＯＳトランジスタＱ１、抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ１で構成されている。バッファ２１の入力端にはクロック信号ＣＬＫが入力され、バッファ２１の出力端とＤフリップフロップ２４の入力端Ｄとの間にはバッファ２２及びＰＭＯＳトランジスタＱ１が直列に接続されている。

また、バッファ２１の出力信号は、インバータ２３を介してＰＭＯＳトランジスタＱ１のゲートに入力されると共に、Ｄフリップフロップ２４のクロック信号入力端ＣＫに入力されている。また、Ｄフリップフロップ２４において、入力端Ｄはリセット信号入力端ＲＢに接続され、出力端Ｑからイネーブル信号ＥＮが出力される。更に、Ｄフリップフロップ２４の入力端ＤとＰＭＯＳトランジスタＱ１との接続部と接地電圧との間には、抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ１が並列に接続されている。

図４は、図３の回路の動作例を示したタイミングチャートであり、図４を用いて図３の回路の動作について説明する。なお、図４において、ＣＬＫ１はバッファ２２の出力信号を、ＳｇはＰＭＯＳトランジスタＱ１のゲート信号を、ＳｄはＤフリップフロップ２４の入力端Ｄに入力される信号をそれぞれ示している。
クロック動作検出回路部１５は、クロック信号ＣＬＫの反転信号でＰＭＯＳトランジスタＱ１のゲートを制御し、ＰＭＯＳトランジスタＱ１がオンすると、コンデンサＣ１を充電してＤフリップフロップ２４の入力端Ｄをハイレベルにする。また、ＰＭＯＳトランジスタＱ１がオフすると、コンデンサＣ１及び抵抗Ｒ１の時定数でコンデンサＣ１に充電された電荷を放電し、Ｄフリップフロップ２４の入力端Ｄの電圧が徐々に低下する。

クロック信号ＣＬＫが連続されて入力されている間は、Ｄフリップフロップ２４の入力端Ｄはハイレベルの状態を保つ。しかし、クロック信号ＣＬＫの供給が停止すると、Ｄフリップフロップ２４の入力端Ｄの電圧がしきい値電圧Ｖｔｈを下回った時点で、Ｄフリップフロップ２４の出力端Ｑから出力されるイネーブル信号ＥＮがローレベルになり、スレーブ側送信回路部１３はディスエーブル状態になる。また、クロック信号ＣＬＫの周波数が所定値以下になると、Ｄフリップフロップ２４の入力端Ｄの電圧がしきい値電圧Ｖｔｈを下回り、Ｄフリップフロップ２４のリセット信号入力端ＲＢがイネーブルになるため、イネーブル信号ＥＮがローレベルになる状態が発生し、スレーブ側送信回路部１３はディスエーブル状態になる。

なお、前記説明では、クロック信号ＣＬＫにデータを重畳させる場合を例にして説明したが、これは一例であり、本発明は、これに限定するものではなく、クロック信号ＣＬＫ用の伝送路とデータ信号用の伝送路をそれぞれ備える場合においても適用することができる。この場合、図１において、マスター側送信回路部１１、マスター側受信回路部１２，スレーブ側送信回路部１３及びスレーブ側受信回路部１４は、伝送路４以外にクロック信号ＣＬＫの伝送を行う伝送路でそれぞれ接続され、スレーブ側受信回路部１４がクロック信号ＣＬＫを抽出する必要はなく、クロック動作検出回路部１５は、伝送路から直接クロック信号ＣＬＫが入力されるようにすればよい。

このように、本第１の実施の形態における通信システム装置は、ホスト装置ＨＣ及びマスター側送受信回路２からなるマスター側装置が、伝送路４に接続されたスレーブ側送受信回路３及びスレーブ装置ＳＣからなるスレーブ側装置の認証が取れたか否かを判定する場合に、クロック信号ＣＬＫの周波数を変えて、認証動作を行うことを示すコマンドをスレーブ側送受信回路３にそれぞれ送信し、マスター側受信回路部１２が、クロック信号ＣＬＫが所定値であるときに送信したコマンドに対してのみ、スレーブ側装置から返信されたデータから認証が取れたか否かを判定し、それ以外はスレーブ側装置からの返信の有無及び返信データに関係なくランダムに認証結果を生成してホスト装置ＨＣに出力するようにした。このことから、接続されたスレーブ側装置が模造品であるか否かを識別することができると共に、スレーブ側装置の模造品の作成を防止することができる。

本発明の第１の実施の形態における通信システム装置の構成例を示したブロック図である。 図１のマスター送受信回路２の動作例を示したフローチャートである。 図１のクロック動作検出回路部１５の回路例を示した図である。 図３の回路の動作例を示したタイミングチャートである。 デジタル信号をシリアル通信で伝送する方法の従来例を示した図である。 デジタル信号をシリアル通信で伝送する方法の他の従来例を示した図である。 デジタル信号をシリアル通信で伝送する方法の他の従来例を示した図である。 デジタル信号をシリアル通信で伝送する方法の他の従来例を示した図である。

符号の説明

１ 通信装置
２ マスター側送受信回路
３ スレーブ側送受信回路
４ 伝送路
１１ マスター側送信回路部
１２ マスター側受信回路部
１３ スレーブ側送信回路部
１４ スレーブ側受信回路部
１５ クロック動作検出回路部
ＨＣ ホスト装置
ＳＣ スレーブ装置

Claims (4)

1. ホスト装置と該ホスト装置からの指令に基づいて作動するスレーブ装置との間で、クロック信号に同期させてデータの送受信を行い通信を行う通信システム装置において、
   前記ホスト装置からのデータを送信すると共に受信したデータを前記ホスト装置に出力する、入力されたクロック信号に同期させてデータの送受信を行うマスター側送受信回路と、
   前記スレーブ装置からのデータを送信すると共に受信したデータを前記スレーブ装置に出力する、入力された前記クロック信号に同期させてデータの送受信を行うスレーブ側送受信回路と、
   を備え、
   前記ホスト装置は、スレーブ装置があらかじめ決められた装置であるか否かを判定する認証動作を行う際、前記マスター側送受信回路及びスレーブ側送受信回路に複数の周波数の前記クロック信号をそれぞれ順次供給すると共に、前記マスター側送受信回路に対して該各周波数のクロック信号ごとに該認証動作を行うことを示す指令をそれぞれ送信させ、前記マスター側送受信回路及びスレーブ側送受信回路は、入力されたクロック信号の周波数が所定値であるときのみ正常にデータの送受信を行い、
   前記マスター側送受信回路は、前記認証動作時に、前記クロック信号の周波数が所定値のときは、スレーブ側送受信回路からデータが入力されたか否か及び入力されたデータが所望のデータであるか否かの判定をそれぞれ行い、該判定結果を前記ホスト装置に出力し、前記クロック信号の周波数が所定値でないときは、スレーブ側送受信回路からデータが入力されたか否か及び入力されたデータが所望のデータであるか否かにそれぞれ関係なくランダムに判定結果を生成して前記ホスト装置に出力し、
   前記ホスト装置は、前記クロック信号の周波数が所定値でないときに入力された前記判定結果を無視することを特徴とする通信システム装置。
2. 前記スレーブ側送受信回路は、入力されたクロック信号の周波数が所定値でない場合、データの送信を禁止することを特徴とする請求項１記載の通信システム装置。
3. ホスト装置と該ホスト装置からの指令に基づいて作動するスレーブ装置との間で、クロック信号に同期させてデータの送受信を行い通信を行う通信システム装置の通信方法において、
   スレーブ装置があらかじめ決められた装置であるか否かを判定する認証動作を行う際、該認証動作を行うことを示す前記ホスト装置からの指令を、順次供給する複数の周波数の前記クロック信号ごとに前記スレーブ装置にそれぞれ送信し、入力された前記クロック信号の周波数が所定値であるときのみ正常にデータの送受信を行い、
   前記認証動作時に、前記クロック信号の周波数が所定値のときは、スレーブ装置からデータが入力されたか否か及び入力されたデータが所望のデータであるか否かの判定をそれぞれ行い、該判定結果を前記ホスト装置に出力し、前記クロック信号の周波数が所定値でないときは、スレーブ装置からデータが入力されたか否か及び入力されたデータが所望のデータであるか否かにそれぞれ関係なくランダムに判定結果を生成して前記ホスト装置に出力し、
   前記ホスト装置は、前記クロック信号の周波数が所定値でないときに入力された前記判定結果を無視することを特徴とする通信方法。
4. 入力された前記クロック信号の周波数が所定値でない場合、スレーブ装置からホスト装置へのデータの送信を禁止することを特徴とする請求項３記載の通信方法。

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