JP4709847B2 - ネットワーク再構成による処理ユニットの並列フラッシング - Google Patents

Description

本発明は、ネットワーク組込システムを再構築することに関し、特に、処理ユニットのネットワークを診断および保守目的のための様々なサブネットワークに分割することに関するが、これに限らない。

電子制御ユニット（ＥＣＵ）または処理ユニットの実装および組込は、特に自動車技術、工業製造技術、およびホーム・エンターテイメントまたは家電の枠組みの中で常に発展してきている。このようなシステムのすべてにおいて、処理ユニットは、特殊な予め規定された機能を果たさなければならない。したがって、そのような複数の処理ユニットを特徴とする電子システムは、ネットワーク化された組込システムとして表される。

複雑な電子組込システムは、互いに通信し合うか、何らかのデータを交換しなければならないか、またはその両方を行わなければならない数多くの電子制御ユニットを有する。例えば、今日の高性能の自動車には、車両機能の制御を提供する約１００個までの処理ユニットまたは電子制御ユニット（ＥＣＵ）が存在する。典型的には、複数の電子制御ユニットは、様々な個別のネットワーク分岐に配列され、それぞれは、車両制御のための特定の機能を提供している。よって、自動車環境における各ＥＣＵは、特殊な目的のために指定および設計され、リアルタイムな動作、データ交換速度、信号伝送、および信号処理に対して互いに異なる要求を特徴としている。

したがって、信号処理および信号伝送特性に対して、様々な制御ユニットがサブネットワークにおいて配列されている。例えば、エンジン制御、ブレーキシステム、または車体制御などのリアルタイムの要求処理ユニットが、例えば、リアルタイムかつ信頼性の高いバス・プロトコルを利用する静的または再構築不可能なサブネットワークにおいて配列されている。例えば、インフォテイメント関連制御ユニットなどの乗員の快適性または乗員の利便性に関連した他の制御ユニットは、信頼性の低い、低コストの通信プラットフォームまたはバス・プロトコルあるいはその両方を利用する、異なるサブネットワークにおいて配列されている。

典型的には、様々なサブネットワークは、互いに異なるサブネットワークのＥＣＵ間の対話および通信を提供するゲートウェイ・ユニットまたはゲートウェイ・コントローラを特徴とする。よって、ゲートウェイ・コントローラは、様々なサブネットワークを接続して、互いに異なるバス・システム間の通信転送を規制している。

自動車環境において、電子制御ユニット間の通信プラットフォームのアーキテクチャ全体は、異種および階層構造を特徴としている。これは主に、様々な通信技術を既存の電子組込システムに継続的かつ適応的に実装しているからである。しかしながら、異種および階層構造は、むしろ不利である。なぜならば、ゲートウェイ・コントローラは、ネットワーク内のデータ伝送でボトルネックを表し、さらに単一障害点を表す。例えば、特定のゲートウェイ・コントローラが障害を被ると、異種ネットワーク全体が故障してしまうことになる。少なくとも関連ネットワーク分岐の機能は、もはや利用可能でなくなることになる。

図１は、ネットワーク化された組込システム１００の従来技術による実施を示し、複数のサブネットワーク１１４，１１６，１１８，１２０および１４０を特徴とする。例えば、サブネットワーク１２０は、ストレート・バス・ネットワークとして実施され、通信およびデータ転送を処理ユニット１２２，１２４，１２６，１２８および１３０に対して提供する。ゲートウェイ・コントローラ１０２は、ネットワーク組込システム１００の他の処理ユニットとの、任意の処理ユニット１２２，…，１３０間のアクセスおよびデータ転送を提供する。さらに、サブネットワークは、異なる配置形態を特徴としてもよく、互いに異なるバス・プロトコルを利用してもよい。サブネットワーク１１４は、リング・バスは一形態によって実施されており、サブネットワーク１１６は、星形の配置形態を特徴としており、サブネットワーク１２０および１４０は、ストレート・バス配置形態を特徴とする。

例えば、サブネットワーク１２０は、制御領域ネットワーク（ＣＡＮ）バス・システムまたはローカル相互接続ネットワーク・バス・システム（ＬＩＮ）として実施されてもよく、サブネットワーク１４０は、ＣＡＮまたは任意の他のリアルタイム・ネットワークと実施されてもよく、サブネットワーク１６０は、フレックスレイ・バス・システムとして実現されてもよいだろう。さらに、リング・バス・ネットワーク１１４は、マルチメディア・アプリケーションに関連した処理ユニット１４２，１４４，１４６および１４８に対して通信を提供してもよい。したがって、リング・バス１１４は、媒体指向システム・トランスポート（ＭＯＳＴ）バス・システムとして実施されてもよいだろう。

図１からわかるように、ゲートウェイ・コントローラ１０２，１０４，１０６，１０８，および１１０は、任意の２つまたは様々な処理ユニット間の通信のボトルネックを表し、ネットワーク全体の診断および保守を阻害する。自動車ネットワーク化組込システムの従来技術の実施の多くは、外部アクセスを任意のサブネットワークまたは任意の処理ユニットへ提供する診断ポート１１２を特徴とする。典型的には、各処理ユニットまたはＥＣＵ１２２，…，１２６，１３２，…，１３８，１４２，…，１４８は、例えば、ランタイム・プログラム、マイクロコードおよびなんらかのキー・データを不揮発的な方法で記憶するＥＥＰＲＯＭまたはフラッシュ・メモリとして実施される不揮発性メモリであることを特徴とする。しかしながら、障害の場合またはソフトウェアの更新が利用可能な場合には、様々な専用またはすべての不揮発性メモリの更新または修正が必要になる場合がある。特に、異種の構造のために、別個のＥＣＵまたはゲートウェイ・コントローラの障害を正確に割り付けることは難しく非常に煩雑なことが多い。したがって、すべてのＥＣＵまたは処理ユニットのすべてのメモリの完全なフラッシングが必要な場合さえある。

したがって、診断ポート１１２は、組込ネットワーク化システムに対するアクセス・ポイントとしての機能を果たし、診断と、データ・ストリームの様々なＥＣＵおよびサブネットワークに対する供給とを提供する。異種および階層ネットワーク化組込構成の複雑な性質のゆえに、そのような完全なフラッシング処理は、不適切なほど長い時間がかかる。なぜならば、例えば、低速バスが高速バスを接続するので、フラッシング処理にボトルネックが現れるのは必至である。例えば、高性能車両にとって、完全なフラッシング処理には１０時間から１８時間かかる場合がある。これらの再フラッシング処理は、車両サービス・ステーションの訓練された作業員が行う必要があるので、そのような再フラッシング手順はかなりコストがかかり、車両全体の受け入れ難いダウンタイムも伴う。より多くの電子部品および電子制御システムを車両環境に実装するという傾向が続いているので、上述の不利な点はますます顕著となり、解決しなければならない。

したがって、本発明は、効率的かつ短時間での診断およびフラッシングと、電子制御ユニットおよび処理ユニットのネットワークのサブネットワークの再構築とを可能にする、改良された電子組込ネットワークを提供するのが目的である。

本発明は、処理ユニットのネットワークを提供するものであって、当該ネットワークは、処理ユニットの少なくとも第１のサブネットワークを確立するために、ネットワークを分離するように適合された少なくとも１つのスイッチを備える。当該ネットワークは、少なくとも１つのスイッチのいずれかに結合されるコントローラをさらに備える。コントローラは、少なくとも第１のサブネットワークの処理ユニットのいずれかとデータを交換するようにさらに適合されている。好ましくは、スイッチは、ネットワークの第１および第２の処理ユニット間のネットワークに物理的に割り込みを行うように適合されている。

一方、そのような分離は、ネットワークまたはゲートウェイ・コントローラからネットワークの一部を切断する役割を果たす。一方、コントローラを少なくとも１つのスイッチに結合させることにより、コントローラは、切断されたネットワークまたはネットワーク分岐に対する直接アクセスを得る。典型的には、処理ユニットのネットワークを分離することによって作成される少なくとも第１のサブネットワークは、処理ユニットのネットワーク全体から切断され、そのネットワークまたはゲートウェイ・コントローラから切断されるネットワーク分岐を表す。

コントローラは、任意の少なくとも１つのスイッチに結合されるが、少なくとも第１のサブネットワークの任意の処理ユニットおよびコントローラとの間のデータ交換は、少なくとも第１のサブネットワークが実際にネットワークから切断される場合にのみ生じてもよい。よって、スイッチがネットワークを分離して少なくとも第１のサブネットワークが有効に確立される場合にのみ、コントローラは、データ交換のため、少なくとも第１のサブネットワークの処理ユニットのうちの任意の１つに対するアクセスを有してもよい。このように、コントローラがネットワークのゲートウェイ・コントローラまたはネットワーク・コントローラを妨げることを効果的に防止する。その結果、コントローラは、少なくともスイッチによってネットワークから切断されたネットワークの処理ユニットに対するアクセスを得るのみとなる。

ネットワークから切断された処理ユニットをコントローラに結合させるという新規の考え方は、ネットワーク化された組込システムのどの種類にも一般的に適用可能である。スイッチをネットワーク内への位置付けによって規制されて、様々なサブネットワークをネットワークから分離して、コントローラに結合することができる。これにより、ネットワーク構成およびネットワーク配置形態に関係なく、ネットワークの特定の処理ユニットの選択的な診断およびフラッシングが可能になる。ネットワークを様々なサブネットワークに分割することは、ネットワーク全体に渡ってスイッチを位置づけることによって主に制限される。

本発明は、好ましくは、特定の処理ユニットに対する直接および選択的なアクセスが本来許可されていない処理ユニットの異種または階層ネットワークあるいはその両方に適用可能である。例えば、車両環境において、特定のサブネットワークのＥＣＵは、様々な他のサブネットワークおよび対応するゲートウェイ・コントローラを介してアクセスできるのみであってもよい。この特定のサブネットワークが新規のスイッチを特徴とするのであれば、特定のＥＣＵは、特定のサブネットワークから切断されてもよく、それによって、コントローラによってこの特定のＥＣＵに対して直接アクセスすることができる。

少なくとも第１のサブネットワークは、コントローラに直接結合できるので、コントローラと、少なくとも第１のサブネットワークの処理ユニットとの間のデータ交換は、少なくとも第１のサブネットワークのデータ交換およびデータ伝送特性を基準に行うことができる。例えば、データ交換は、少なくとも第１のサブネットワークの通信プロトコルに基づいて、少なくとも第１のサブネットワークの最大データ交換速度で行うことができる。

よって、処理ユニットのステータス情報を表すデータ・パケットの送信、または処理ユニットをフラッシングするためのデータ・パケットの送信は、もはや様々なサブネットワークを介して送信されなければならないものではなく、コントローラと、処理ユニットの専用サブネットワークとの間で直接交換できる。その結果、ネットワークのボトルネックという、データ送信に対するゲートウェイ・コントローラの否定的な影響は、有効に最小化することができる。これにより、例えば、診断手順およびフラッシング手順の性能が著しく高まることとなる。対応するデータ・スループットおよびデータ送信速度は効果的に上昇し、対応するダウンタイムは著しく低下できる。

さらにフラッシング手順全体は、特定のサブネットワークについてのみ選択的に行うことができ、残りのネットワークは、その元の動作モードのままであってもよい。保守またはフラッシング手順について、ネットワークの一部だけが、残りのネットワークがさらに動作している間に順次または同時に保守モードに切り換えられてもよい。よって、様々なサブネットワークに対してフラッシング手順を選択的および順次または同時に行うことによって、処理ユニットのネットワークのフラッシングまたは診断手順が、ネットワークの動作を停止することすらなく行われてもよい。

本発明の好ましい一実施形態によれば、コントローラは、ネットワークの少なくとも１つのスイッチを制御するようにさらに適合されている。このように、少なくとも第１のサブネットワークを確立するとともに、少なくとも第１のサブネットワークをコントローラに結合して、対応する処理ユニットとデータ交換を行うことは、コントローラによって全体的に制御される。したがって、少なくとも第１のサブネットワークを確立するためのネットワークの分離は、少なくとも第１のサブネットワークの任意の処理ユニットとのデータ交換に有効に相関させることができる。したがって、ネットワークの分離と少なくとも第１のサブネットワークの確立とは、コントローラがデータを少なくとも第１のサブネットワークに実際に送信できるか、少なくとも第１のサブネットワークからデータを受信できる場合にのみ行ってもよい。このように、コントローラが対応するデータ交換を要求する場合に、少なくとも第１のサブネットワークがネットワークから切断されることが効果的に保証される。

本発明のさらに好ましい一実施形態によれば、少なくとも第１のサブネットワークの任意の処理ユニットのを制御するように適合されている。好ましくは、少なくとも第１のサブネットワークがネットワークから切断されている場合には、コントローラは、少なくとも第１のサブネットワークの処理ユニットに対する制御を得るのみである。さらに、コントローラは、処理ユニットの各機能に対するアクセスが与えられていてもよく、少なくとも第１のサブネットワークの処理ユニット間の任意の対話を破棄することさえしてもよい。処理ユニットを制御するために、コントローラは、少なくとも第１のサブネットワークの各処理ユニットに対して、適切な制御コマンドを生成及び送信するように適合されている。

本発明のさらに好ましい一実施形態によれば、コントローラは、少なくとも１つのスイッチを動的に再構築して、少なくとも第１のサブネットワークを動的に再構成するように適合されている。したがって、ネットワークの分離および少なくとも第１のサブネットワークの確立は、予約または任意に修正できる動的な処理を表す。例えば、少なくとも第１のサブネットワークは、サブネットワーク特有のフラッシング手順のためにネットワークから切断することができ、このフラッシング手順の停止後、サブネットワークは、少なくとも１つのスイッチによってネットワークに再接続してもよい。その後、異なるサブネットワークが異なるスイッチによって確立されてもよい。

少なくとも第１のサブネットワークのネットワークへの再接続の代わりに、少なくとも第１のサブネットワークがさらなるスイッチを特徴としている場合には、少なくとも第１のサブネットワークは、さらなる分離を受けてもよい。このように、処理ユニットのネットワークは、様々なサブネットワークの選択的な診断および選択的な保守が可能な様々なサブネットワークに順次分割することができる。これは、ネットワーク分岐または障害となった処理ユニットを判定および割り当てるために特に有利な点である。

例えば、１０個の処理ユニットを有する第１のサブネットワークを、診断目的のためにネットワークから切断することができる。第１のサブネットワークに対して診断手順を行うことにより、サブネットワークの少なくとも１つの処理ユニットが障害となっている旨の診断情報を提供してもよい。障害となった処理ユニットを判定するために、第１のサブネットワークをさらに分割して２つのサブ‐サブネットワークとしてもよく、それぞれは、例えば５つの処理ユニットを特徴とする。これには、第１のサブネットワークは、第５および第６の処理ユニット間の適切なスイッチを有することが必要である。しかしながら、第１のサブネットワークを２つのサブ‐サブネットワークに分割することにより、各サブ‐サブネットワークを個別にテストすることが可能になる。このように、処理ユニットのネットワークを反復して分離して、より小さなサブネットワークに分割して、処理ユニットの機能障害を、可能な限り最小のサブネットワークの段階で判定することができる。この可能な限り最小のサブネットワークは、主にネットワーク構成内のスイッチの位置付けおよび分配によって規制されるので、ネットワークの設計全体に依存する。

本発明のさらに好ましい一実施形態によれば、少なくとも１つのスイッチは、少なくとも１つの送信ゲートをさらに備える。この送信ゲートは、駆動信号に依存する理想的な絶縁または導電特性を特徴とする理想的なスイッチとして機能する。典型的には、送信ゲートは、ネットワークに対する影響は無視できるものであり、通常、漏れは非常に少ない。さらには、送信ゲートは、送信ゲートによって分離されるネットワークに載せられた信号の符号に関わらず、電気的に制御されたスイッチとして機能する。典型的には、送信ゲートは、金属酸化物半導体（ＭＯＳ）技術によって実現されるような電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）によって実施される。好ましくは、送信ゲートは、逆に結合されたＮＭＯＳおよびＰＭＯＳトランジスタの対を特徴とする。

本発明のさらに好ましい一実施形態によれば、スイッチは、第１および第２の送信ゲートを備え、第１の送信ゲートは、第１および第２の処理ユニット間のネットワークの分離を提供し、第２の送信ゲートは、第１の処理ユニットの前記コントローラに対する結合を提供する。本実施形態では、第１および第２の送信ゲートは、第１および第２の送信ゲートの逆切り換えを提供するインバータによって結合される。このように、第１および第２の送信ゲートは、常に同時にトリガされ、常に反対の切り換え状態を特徴とする。

第１の送信ゲートが導電モードであるときはいつでも、第２の送信ゲートは分離モードであり、その逆もある。第１および第２の送信ゲートのそのような結合配置を利用して、スイッチは、本来２つの互いに異なる動作状態を提供する。第１の動作状態では、スイッチは、ネットワークを分離し、ネットワークから切断されるサブネットワークを確立するので、コントローラに結合される。第２の状態では、コントローラは、スイッチによってサブネットワークから切り離されて、サブネットワークは、ネットワークに結合されるので、サブネットワークは再びネットワークに結合される。

本発明のさらに好ましい一実施形態によれば、コントローラは、少なくとも第１のサブネットワークの処理ユニットを同時にフラッシュするか、または処理ユニットを部分的に重複する時間間隔内でフラッシュするように適合されている。同時フラッシングまたは部分的に重複する時間間隔内でのフラッシングあるいはその両方は、単一のサブネットワークの個別処理ユニットを参照してもよいが、複数の互いに異なるサブネットワークの処理ユニットを参照してもよい。よって、この同時フラッシング手順は、単一のサブネットワークに限られるものではなく、様々なスイッチによって確立された様々なサブネットワークを同時に、または部分的に重複する時間間隔内でフラッシュすることができる。このように、データ・ストリーム・コントローラとしての機能するコントローラを利用することによって、様々なネットワークおよび関連制御ユニットのフラッシングを順次行う必要はもはやない。

例えば、様々なサブネットワークについてのフラッシング手順の開始および停止は、様々な時点で行ってもよいだろう。また、様々なサブネットワークのフラッシングは、同時にトリガされてもよいが、異種構造および様々なサブネットワークの互いに異なるデータ送信特性のため、各サブネットワークのフラッシング手順は、異なるフラッシング時間を必要とする場合がある。

本発明のさらに好ましい一実施形態によれば、コントローラは、サブネットワークの少なくとも第１のゲート・コントローラの機能を、当該少なくとも第１のゲートウェイ・コントローラに障害がある場合に置き換えるように適合されている。加えて、コントローラは、サブネットワークの障害のある処理ユニットの機能を置き換えてよい。ゲートウェイ・コントローラまたは処理ユニットあるいはその両方の機能の置き換えは、処理ユニットの様々なサブネットワークを相互接続することによって実現されてもよいだろう。例えば、第１のサブネットワークの障害のある処理ユニットを、少なくとも１つのスイッチによってネットワークから選択的に切断してもよいだろう。この障害のある処理ユニットは、その後コントローラに結合され、そして、コントローラは、異なるサブネットワークの対応する処理ユニットに、障害のある処理ユニットを結合する。このように、重複した処理ユニットは、ネットワーク配置形態に関わらず、様々なサブネットワーク間で共有することができる。

コントローラは、任意のスイッチに対する別個のアクセスを有するので、特定の処理ユニットを補償してもよく、したがって、障害のある処理ユニットに対する任意のデータ・トラフィックを異なるサブネットワークの同様の処理ユニットへ経路設定するように適合されてもよい。このように、組込コントローラを伴う新規のネットワーク・アーキテクチャは、自律的な組込コンピューティングを実現でき、システムまたはネットワークあるいはその両方の障害を自律的に補償できる。一般的に、ネットワークのコントローラをベースにした実施によって、処理ユニットのネットワークのボトルネックおよび単一障害点を効果的に除去し、かつ置き換えることができる。

本発明のさらに好ましい実施形態によれば、ネットワークの処理ユニットは、車両の電子制御ユニット（ＥＣＵ）として実施される。新規のネットワークが多数の専用スイッチを必要とする場合であっても、新規のネットワークは、特に車両電子工学の枠組みの中で、既存の電子ネットワークの拡張として実現されてもよい。例えば、必要なスイッチは、プラグ‐ソケット接続のような既存の自動車電子工学ネットワークに内蔵されてもよいだろう。このように、既存の自動車電子工学ネットワークに対して、ネットワークを分離して切断されたネットワークを専用のコントローラに結合するという新規の考え方を後付けすることができる。

本発明のさらに好ましい実施形態によれば、ネットワークの処理ユニットは、異なる通信バス・プロトコルと異なるネットワーク配置形態とを利用するサブネットワーク内に配置される。例えば、サブネットワークは、ストレート・バス、星形ネットワーク、またはリング・バスなどのネットワーク配置形態が特徴であってもよく、さらに、ＣＡＮ Ｃ，ＣＡＮ Ｂ，ＬＩＮ，ＦｌｅｘＲａｙ，ＭＯＳＴおよびＦｉｒｅＷｉｒｅなどの互いに異なるデータ伝送規格を利用するものであってもよい。これらのサブネットワークは、処理ユニットのネットワーク全体のネットワーク分岐を表し、ゲートウェイ・コントローラによって相互接続されてもよい。

様々なサブネットワークおよびその相互接続の配置によっては、ネットワーク全体は、階層および異種構造を表してもよい。この種の異種および階層構造は、自動車環境において一般的に実装され、コントローラとの組み合わせによるスイッチの新規の位置付けにより、診断および保守目的でサブネットワークを選択的にアクセスすることができる。スイッチのうちの任意の１つに結合されたコントローラとの組み合わせによるスイッチによって、ネットワークの階層および異種構造は有効に遮断される。スイッチのうちの任意の１つをコントローラに別個に結合することによって、ネットワークの配置形態はやや平板なものとなる。

他の局面において、本発明は、処理ユニットのネットワークの少なくとも第１のサブネットワークを確立するためのコントローラを提供する。コントローラは、少なくとも１つのスイッチによってネットワークを分離して、少なくとも第１のサブネットワークを確立するための切り換えモジュールを備える。さらに、コントローラは、少なくとも第１のサブネットワークと、コントローラとの間でデータを送信するためのデータ送信モジュールを備える。コントローラの切り換えモジュールは、ネットワークへ実装されたスイッチをトリガおよび制御する役割を果たす。好ましくは、コントローラの切り換えモジュールは、ネットワークを通じて分散され、サブネットワークをネットワークから選択的に切断でき、かつ切断されたサブネットワークをコントローラに結合することができる様々なスイッチを制御する。

コントローラのデータ通信モジュールは、データ・ストリーム・コントローラとしての役割を果たし、任意の接続されたサブネットワークからの診断データを受信して、任意の接続されたサブネットワークへフラッシング・データを送信するように適合されている。したがって、コントローラは、ネットワークの別個の処理ユニットを選択的かつ直接的にフラッシュするための処理ユニットのネットワークを動的に再構成する役割を果たす。好ましくは、コントローラは、様々なサブネットワークの様々な処理ユニットを同時にフラッシュするか、また処理ユニットを部分的に重複する時間間隔内でフラッシュするように適合される。

他の局面において、本発明は、処理ユニットのネットワークの少なくとも第１のサブネットワークを確立するためのスイッチを提供する。スイッチは、ネットワークの第１および第２の処理ユニット間で実装されるように適合され、第１および第２の処理ユニット間のネットワークの分離を提供する第１の送信ゲートと、コントローラに対する第１の処理ユニットの結合を提供する第２の送信ゲートとを備える。第１および第２の送信ゲートは、相補的に結合されており、すなわち、第１の送信ゲートがネットワークを分離する場合には、第２の送信ゲートが第１の処理ユニットをコントローラに結合し、またその逆も行う。このように、スイッチは、ネットワークの少なくとも１つの処理ユニットまたは分岐をネットワークから切断して、代わりに、切断された処理ユニットまたは切断されたネットワーク分岐をコントローラに同時に結合させる役割を効果的に果たす。よって、スイッチは、ネットワーク分岐または様々な処理ユニットの選択と、選択された処理ユニットを診断または保守目的でコントローラへ別個に結合することとを提供する。

また、新規のスイッチは、例えば自動車電子ネットワークの枠組み内で、処理ユニットの既存のネットワークに対する拡張構成要素として実現されてもよい。そして、新規のスイッチは、既存の電子ネットワークのプラグ‐ソケット接続に内蔵されてもよい。これにより、電子ネットワークに対する新規の分離および制御機構の費用効果の高い後付けを行うことができる。

他の局面において、本発明は、少なくとも１つのスイッチによって第１および第２の処理ユニット間のネットワークを分離するステップと、少なくとも１つの分離に基づいて第１のサブネットワークを確立するステップと、少なくとも第１のサブネットワークを、少なくとも第１のサブネットワークの処理ユニットをさらにフラッシュするように適合されたコントローラに結合するステップとを含む、処理ユニットのネットワークの処理ユニットをフラッシングする方法を提供する。新規のフラッシング手順によって、処理ユニットのネットワークを動的に再構築して、ネットワークの残りの部分が通常の動作モードのまま、様々なサブネットワークを選択的にフラッシュすることができる。

好ましくは、新規のフラッシング手順は、様々なサブネットワークを順次切断およびフラッシングすることだけでなく、様々なサブネットワークおよびその対応する処理ユニットの同時フラッシングにも限定されるものではない。

さらに他の局面において、本発明は、処理ユニットのネットワークのコントローラのためのコンピュータ・プログラム製品を提供する。コンピュータ・プログラム製品は、少なくとも１つのスイッチを利用することによって、少なくとも第１および第２の処理ユニット間のネットワークを切断するように動作可能である。さらに、コンピュータ・プログラム製品は、少なくとも１つの分離に基づいて少なくとも第１のサブネットワークを確立し、少なくとも第１のサブネットワークをコントローラに結合し、少なくとも第１のサブネットワークの処理ユニットをフラッシュするように動作可能である。

以下に、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。

図２は、処理ユニットまたは電子制御ユニット１２２，１２４，１２６，１２８，１３０，１３２，１３４，１３６，１３８，１４２，１４４，１４６および１４８を特徴とする新規のネットワーク２００を示す。これらの処理ユニットは、互いに異なるサブネットワーク１１４，１１６，１１８，１２０および１４０において不均一に配置されている。これらのサブネットワークそれぞれは、互いに異なるデータ転送速度かつ互いに異なる通信プロトコルを特徴としてもよい。これらは、例えばＣＡＮ Ｃ，ＣＡＮ Ｂ，ＬＩＮ，ＦｌｅｘＲａｙ，ＭＯＳＴおよびＦｉｒｅＷｉｒｅなどのデータ転送規格に基づくバス・システムとして実施されてもよい。ゲートウェイ・コントローラ１０２，１０４，１０６，１０８および１１０は、様々なサブネットワークおよびその対応する処理ユニット間の対話および通信を提供する役割を果たす。

さらに、ネットワーク２００は、数多くのスイッチ２０４，２０６，２０８，２１０，２１２，２１４，２１６，２１８および２２０を有する。これらの各スイッチは、所定の位置のネットワークまたはサブネットワークを分離する役割を果たす。例えば、スイッチ２０４は、処理ユニット１３２をサブネットワーク１４０から切断するように適合される。スイッチ２０６は処理ユニット１３２，１３４および１３６のセット全体をサブネットワーク１４０から切断する役割を果たす。それは、処理ユニット１３６および１３８間の通信バスを分離する役割を果たす。

スイッチ２０４および２０６はそれぞれ、２つの導体または電線に別個に接続される。スイッチ２０４は導体２２２および導体２２４に接続され、スイッチ２０６は導体２２６および導体２２８に接続される。これらの導体２２２，…，２２８のそれぞれは、別個にコントローラ２０２と接続される。例えば、導体２２２はコントローラ２０２の導体２３０に接続され、導体２２４は導体２３４に接続され、導体２２６は導体２３２に接続され、導体２２８は導体２３６に接続される。他の図示のスイッチ２０８，…，２２０すべては、対応するやり方でコントローラ２０２に接続される。

導体２２２によって、スイッチを切り換えることができる制御信号がスイッチ２０４へ送り出されて、それによって、処理ユニット１３２をサブネットワーク１４０に接続またはそこから切断する。そして、導体２２４は、スイッチ２０４とコントローラ２０２との間のデータ伝送を提供する役割を果たす。それは、コントローラ２０２と、切断されたサブネットワークの任意の処理ユニット１３２との間のデータ伝送のための役割を効果的に果たす。

スイッチ２０４，…，２２０は、ネットワーク２００全体の動的な再構築を可能にする。これは、例えばネットワークの様々な処理ユニットに対してソフトウェア更新またはフラッシング手順が行われることにならなければならないといった、診断および保守の目的のためには特に利点である。ネットワーク２００全体を遮断して、例えば遠隔地にある処理ユニット１３２に転送しなければならないフラッシング・データを診断ポート１１２に供給する代わりに、本発明では、この特定の処理ユニット１３２のみをネットワーク２００から選択的に切断して、処理ユニット１３２のフラッシング手順を一般のネットワーク・トラフィックを妨げることなく選択的に行うことができる。本発明によって、ネットワークは、フラッシング手順中に遮断されることはなくなる。代わりに、ネットワークの選択された分岐のみがネットワークから切断されて、診断または保守手順の対象となる。

選択的フラッシングは、単一の特定の処理ユニット１３２に限られるものではない。さらに、フラッシング手順は、スイッチ２０６によってネットワーク２００から切断可能なサブネットワークを形成する複数の処理ユニット１３２，１３４および１３６に対しても適用可能である。３つの処理ユニット１３２，１３４および１３６を特徴とするこのサブネットワークに基づいて、１つの処理ユニット１３２のみを特徴とするサブ・サブネットワークを、スイッチ２０４によって分割することができる。このように、診断手順をさらに小さなネットワーク分岐へと反復して適用して、処理ユニットの特定の障害を突き止めかつ判定することができる。

さらに、スイッチ２０４および２０６の両方を利用することによって、２つの処理ユニット１３４および１３６もサブネットワーク１４０から有効に切断することができる。スイッチ２０６の切り換えにより、一般的には、３つの連続する処理ユニット１３６，１３４および１３２すべてがサブネットワーク１４０から切断される。しかしながら、スイッチ２０４を切り換えることによって、これら３つの処理ユニットによって形成されたサブネットワークから処理ユニット１３２を切断することができ、スイッチ２０６およびコントローラ２０２を介して処理ユニット１３８に処理ユニット１３２を結合してもよい。同様のやり方で、処理ユニット１３４および１３６をサブネットワークまたはバス１４０から切り離して、それらの機能を例えばサブネットワーク１１４，１１６，１１８または１２０などの他のサブネットワークに結合することができる。

したがって、本発明によって、サブネットワークを動的に確立し、サブネットワークから切断することができ、ネットワーク２００の他のネットワーク分岐に結合してもよい。これにより、ネットワークの動的な再構築が可能となり、ネットワーク２００の階層および異種構造を切断する役割を果たす。これにより、例えば同等の処理ユニットが障害の対照となった場合などに、オンデマンドで様々なネットワーク分岐またはネットワークのサブネットワークに結合可能な重複する処理ユニットを、ネットワーク２００内に実装することができる。このように、コントローラ２０２および様々なスイッチによるネットワークの新規の動的な再構築によって、処理ユニットおよびネットワーク分岐の障害を補償することができる。その結果、ネットワークの単一障害点は効果的に解消され、ネットワーク２００全体のフェースセーフおよび信頼性が著しく高まることになろう。

また、新規のネットワーク２００は、選択された処理ユニットまたはネットワーク分岐に対してのみ診断およびフラッシング手順を行うために、一時的なネットワークの再構築を提供する。特に、コントローラ２０２は、数多くのフラッシングまたは診断およびその両方の手順を並行して行うようにさらに適合される。例えば、処理ユニット１３２と処理ユニット１２２は共に同時にその対応するネットワーク分岐１４０および１２０から切断されてもよく、両処理ユニット１３２および１２２に対するフラッシング手順は、同時か、少なくとも部分的に重複する時間間隔内で行うことができる。これは一般に利点であり、同時フラッシングによって、フラッシング時間全体を著しく削減することができる。また、例えば処理ユニット１３２および１２２が同一セットのフラッシング・データを要求する場合に、共通のセットのフラッシングデータを使用した処理ユニット１３２および１２２それぞれの同時フラッシングによって、一般的に、フラッシング手順に対するデータ記憶要件を削減することができる。

また、様々な処理ユニット１３２および１２２をコントローラ２０２に別個に接続することによって、処理ユニット１３２および１２２の個別のデータ伝送特性、ならびにそれらの通信プロトコルを基準にしてフラッシング手順を行うことができる。このように、データ伝送速度が限られているかまたは非常に悪いことを特徴とするサブネットワークを介してフラッシング・データを転送しなければならない事態を効果的に回避する。

サブネットワークの動的な選択、サブネットワークおよびネットワーク２００全体からの切断、およびコントローラ２０２への結合は、主にネットワーク２００内のスイッチの位置によって左右される。したがって、スイッチは、好ましくは、処理ユニットの機能を基準にしてネットワーク内に設置される。また、スイッチは、近傍の処理ユニットの信頼性および重要性を基準に配置されてもよいだろう。例えば、サブネットワーク１４０が、車両のエンジン制御またはブレーキシステムのようなセキュリティ・システムに関連するリアル・タイムネットワークであることを特徴とする場合には、大量のスイッチを導入するのが妥当である。障害の場合に、単一の障害処理ユニットであっても、サブネットワーク１４０から切断可能であり、サブネットワーク全体はそのままであってもよい。

例えばインフォテイメントまたは車両の快適性に関する機能といった、車両のあまり重要でない機能に関連するネットワーク１１４などの他のサブネットワークには、あまりスイッチは設けられていなくてもよい。なぜならば、特定の処理ユニットまたはネットワーク全体の障害がネットワーク２００全体の機能全体および車両の一般的機能に対して与える影響は小さいからである。したがって、スイッチの配置および位置決めは、ネットワーク２００の一般的なアーキテクチャ、処理ユニットの機能性、処理ユニットの信頼性、ならびに障害時のネットワークに対する影響を基準に行われてもよい。

図３は、スイッチ制御２４０およびフラッシングおよび診断モジュール２４２を有するコントローラ２０２のブロック図を示す。コントローラ２０２のスイッチ制御は、ネットワーク２００のスイッチ２０４，…，２２０をトリガする役割を果たす。フラッシングおよび診断モジュール２４２は、スイッチ２０４，…，２２０によって確立されるサブネットワークに対してフラッシング・データを提供する役割を果たす。また、フラッシングおよび診断モジュール２４２は、確立されたサブネットワークの処理ユニットによって生成される診断データを受信する役割を果たす。

フラッシングデータを例えば制御ユニット１３４，１３６，…，などの様々な電子制御ユニットに並行かつ同時に提供すると、ネットワーク全体のデータ伝送帯域を大幅に増加させることになり、フラッシング速度を向上させる役割を果たす。

加えて、フラッシングおよび診断モジュール２４２は、処理ユニットの機能不全を識別して、障害の処理ユニットの機能を引き継ぐように適合された別のサブネットワークから同様の処理ユニットを切断することを呼び出すことによって、処理ユニットの障害を自律的に補償してもよい。その後、この同様の処理ユニットは、障害のユニットの機能を有効に置き換えて、障害処理ユニットのサブネットワークに有効に結合される。このように、フラッシングおよび診断モジュール２４２は、スイッチ制御２４０をトリガして、適切なスイッチを制御してもよく、それによって、別のサブネットワークにあるような対応する重複する処理ユニットによって障害ユニットを有効に置き換えることができる。

図４は、処理ユニット１３８および１３６間のサブネットワークまたはバス１４０に位置するスイッチ２０６の原理を概略的に示す。スイッチ２０６は、２つの切り換え状態を特徴とするスイッチ要素２５０を有する。第１の切り換え状態において、スイッチ要素２５０は、処理ユニット１３８および１３６を電気的に接続する。この第１の状態において、バス１４０は分離されておらず、コントローラ２０２はバス１４０に結合されていない。第２の状態において、スイッチ要素２５０は、処理ユニット１３６をバス１４０から、おおよび処理ユニット１３８から切断するが、処理ユニット１３６を導体２２８に接続および結合する。

コントローラ２０２は、スイッチ２０６に対して２つの導電性の電線２２６および２２８を介して結合される。導体２２６は、スイッチ要素２５０を有効に制御して、コントローラ２０２によって生成されるシーケンスのトリガをスイッチ要素２５０に対して提供する。導体２２８は、コントローラ２０２のフラッシングおよび診断モジュール２４２に接続されて、コントローラ２０２および処理ユニット１３６の間で診断およびフラッシング・データを送信することができる。導体２２８は、データ・バス１４０の機能を有効に置き換えて、処理ユニット１３６をコントローラ２０２に有効に結合し、そして、処理ユニット１３６を別のサブネットワークに結合してもよい。

図５は、２つの送信ゲート２５２および２５４によって実施されるスイッチ２０６内部構造を概略的に示す。図４に示すような単一のスイッチング要素２５０によってスイッチ２０６を実現する代わりに、図５においては、２つの送信ゲート２５２および２５４が、サブネットワークを分離して処理ユニット１３６をコントローラ２０２に結合する役割を別個に果たす。送信ゲート２５２および２５４は共に、コントローラ２０２のスイッチ切り換えモジュール２４０に接続される導体２２６によって駆動される。

インバータ２５６は、導体２２６を介して送信される切り換え信号を反転する役割を果たすので、２つの送信ゲート２５２および２５４が反対に駆動されることを保証する。よって、２つの送信ゲート２５２および２５４は、常に互いに異なる切り換え状態にある。送信ゲート２５２が開いていて、よってサブネットワーク１４０を分離している場合には、送信ゲート２５４は閉じており、処理ユニット１３６を導体２２８に接続している。逆の場合、送信ゲート２５４が開いていると、送信ゲート２５２は閉じており、サブネットワーク１４０は分離されておらず、処理ユニット１３６および１３８は有効に互いに結合している。

図６は、サブネットワークまたはバス１４０を分離する送信ゲート２５２の内部構造を概略的に示す。送信ゲート２５２は、２つのトランジスタ２６０および２６２を有し、これらは、ＮＭＯＳトランジスタ２６０およびＰＭＯＳトランジスタ２６２として実施される。２つのトランジスタ２６０および２６２は、並列的に結合され、トランジスタ２６０のゲートは、インバータ２５８によって、トランジスタ２６２のゲートに対して反転されられる。よって、導体２２６によって提供された切り換え信号は、２つのトランジスタ２６０および２６２を反対にトリガする役割を果たす。２つのトランジスタはＰＭＯＳおよびＮＭＯＳトランジスタとして実施されるので、トランジスタ２６０および２６２は、同時に絶縁または導電要素のいずれかとしての役割を果たす。

図６に示す回路図は、ほぼ理想的な切り換え動作を行うスイッチを表している。これは、バス１４０の分離時に高い抵抗性と低いリークとを特徴とし、導電モード、すなわち送信ゲートが閉じている場合に低い電気抵抗を提供する。特に閉じた状態の場合に、送信ゲートは、低い電気抵抗を特徴とするので、バス１４０に対する影響は無視できる

図７は、４つの処理ユニット１４２，１４４，１４６および１４８を伴うリング・バスとして実施されたサブネットワーク１１４を示す。さらに、リング・バス１１４は、２つのスイッチ２１８および２２０を有する。スイッチ２１８は、処理ユニット１４２および１４４間でリング・バス１１４を分離する役割を果たし、スイッチ２２０は、処理ユニット１４６および１４８間でリング・バス１１４を分離する役割を果たす。分離すると、スイッチ２１８および２２０は、それぞれ、コントローラ２２０に対する接続を確立する。そして、コントローラ２０２は、スイッチ２１８をスイッチ２２０に結合することによってリング・バス１１４を再構築してもよい。その結果、２つの有効な導体２２５および２２７が、２つのスイッチ２１８および２２０間で確立されてもよい。２つの導体２２５および２２７は、コントローラ２０２によって実現されるであろう２つのスイッチ間の論理結合を表すだけである。スイッチ２１８および２２０は、図２に示すように、コントローラ２０２に対して物理的に接続されたままである。

論理導体２２５は、処理ユニット１４２と処理ユニット１４６とを有効に結合し、論理導体２２７は、処理ユニット１４４と処理ユニット１４８とを有効に結合する。このように、リング・バス１１４は、円２６４および２６６によって示すような２つのサブネットワークに分割される。このように、２つのサブネットワーク２６４および２６６は、２つのスイッチ２１８および２２０の適切な切り換えによって確立される。特に、サブネットワーク２６４は、処理ユニット１４２と１４６とを有効に結合し、サブネットワーク２６６は、処理ユニット１４４と処理ユニット１３８とを有効に結合する。このように、本発明は、ネットワーク全体からの処理ユニットおよびネットワーク分岐の一時的な切断だけを提供するだけでなく、所定のネットワーク配置形態を動的に再構築することができる。

本発明は自動車環境内の異種ネットワークに好ましくは適用可能であるものの、本発明の範囲は、自動車技術の枠組み内の適用にも、異種および階層ネットワーク構造にも限定されるものではない。本発明は、様々なネットワーク・アーキテクチャおよびネットワーク化された処理ユニットを利用する様々な技術分野全般に適用可能である。

処理ユニットの異種および階層ネットワークの従来技術による実施を示す。 コントローラおよび様々なスイッチを有する新規のネットワークを示す。 コントローラの概略ブロック図を示す。 スイッチの概略図を示す。 ２つの送信ゲートによって実施されるスイッチを概略的に示す。 送信ゲートの内部構造を概略的に示す。 星形ネットワークを２つのサブネットワークに分割することを概略的に示す。

符号の説明

１００ ネットワーク
１０２ ゲートウェイ
１０４ ゲートウェイ
１０６ ゲートウェイ
１０８ ゲートウェイ
１１０ ゲートウェイ
１１２ 診断ポート
１１４ サブネットワーク
１１６ サブネットワーク
１１５ サブネットワーク
１１８ サブネットワーク
１１７ サブネットワーク
１２０ サブネットワーク
１２２ 処理ユニット
１２４ 処理ユニット
１２６ 処理ユニット
１２８ 処理ユニット
１３０ 処理ユニット
１３２ 処理ユニット
１３４ 処理ユニット
１３６ 処理ユニット
１４０ サブネットワーク
１４２ 処理ユニット
１４４ 処理ユニット
１４６ 処理ユニット
１４８ 処理ユニット
２００ ネットワーク
２０２ コントローラ
２０４ スイッチ
２０６ スイッチ
２０８ スイッチ
２１０ スイッチ
２１２ スイッチ
２１４ スイッチ
２１６ スイッチ
２１８ スイッチ
２２０ スイッチ
２２２ 導体
２２４ 導体
２２５ 導体
２２６ 導体
２２７ 導体
２２８ 導体
２３０ 導体
２３２ 導体
２３４ 導体
２３６ 導体
２４０ 切り換えモジュール
２４２ フラッシングおよび診断モジュール
２５０ スイッチング要素
２５２ 送信ゲート
２５４ 送信ゲート
２５６ インバータ
２５８ インバータ
２６０ ＮＭＯＳトランジスタ
２６２ ＰＭＯＳトランジスタ
２６４ サブネットワーク
２６６ サブネットワーク

Claims (15)

1. 処理ユニット（１２２，…，１３６，１４２，…，１４８）のネットワーク（２００）であって、
   処理ユニットの複数のサブネットワークを確立するために、特定の処理ユニット間にそれぞれ設けられている複数のスイッチ（２０４，…，２２０）と、
   前記複数のスイッチに結合されて、前記複数のスイッチのうちの特定のスイッチを切り換えることにより、前記特定のスイッチに対応するサブネットワークを前記ネットワークから切断し、その間に前記対応するサブネットワークの処理ユニットとデータ交換するように適合されたコントローラ（２０２）と
   を備える、ネットワーク。
2. 前記コントローラ（２０２）は、前記複数のスイッチ（２０４，…，２２０）を制御するようにさらに適合されている、請求項１に記載のネットワーク（２００）。
3. 前記コントローラ（２０２）は、前記複数のサブネットワークの前記処理ユニット（１２２，…，１３６，１４２，…，１４８）を制御するように適合されている、請求項１または２に記載のネットワーク（２００）。
4. 前記コントローラ（２０２）は、前記複数のスイッチ（２０４，…，２２０）を動的に再構築するか、または前記複数のサブネットワークを動的に再構成するように適合されている、請求項１から３のいずれかに記載のネットワーク（２００）。
5. 前記複数のスイッチ（２０４，…，２２０）のそれぞれは、少なくとも１つの送信ゲート（２５２，２５４）をさらに備える、請求項１から４のいずれかに記載のネットワーク（２００）。
6. 前記複数のスイッチ（２０４，…，２２０）のそれぞれは、第１および第２の送信ゲート（２５２，２５４）を備え、前記第１の送信ゲートは、第１および第２の処理ユニット間の前記ネットワークの分離を提供し、前記第２の送信ゲートは、前記第１の処理ユニットの前記コントローラに対する結合を提供する、請求項１から５のいずれかに記載のネットワーク（２００）。
7. 前記コントローラ（２０２）は、前記特定のサブネットワークの前記処理ユニットを同時にフラッシュするか、または前記処理ユニットを部分的に重複する時間間隔内でフラッシュするように適合されている、請求項１から６のいずれかに記載のネットワーク（２００）。
8. 前記処理ユニット（１２２，…，１３６，１４２，…，１４８）は、互いに異なる通信バス・プロトコルを利用するサブネットワーク（１１４，…，１２０）内に配列されている、請求項１から７のいずれかに記載のネットワーク（２００）。
9. 前記コントローラ（２０２）は、サブネットワーク（１１４，…，１２０）の少なくとも第１のゲートウェイ・コントローラ（１０２，…，１１０）の機能を、前記少なくとも第１のゲートウェイ・コントローラに障害があった場合に、交換するように適合されている、請求項１から８のいずれかに記載のネットワーク（２００）。
10. 前記処理ユニットは、車両の電子制御ユニットとして実施される、請求項１から９のいずれかに記載のネットワーク（２００）。
11. 前記サブネットワーク（１１４，…，１２０）は、ストレート・バス、星形ネットワーク、またはリングバス・ネットワーク配置形態あるいはそのすべてを特徴とし、ＣＡＮ Ｃ、ＣＡＮ Ｂ、ＬＩＮ、ＦｌｅｘＲａｙ、ＭＯＳＴまたはＦｉｒｅＷｉｒｅデータ伝送規格あるいはそのすべてを利用する、請求項１から１０のいずれかに記載のネットワーク（２００）。
12. 処理ユニットのネットワーク（２００）の処理ユニット（１２２，…，１３６，１４２，…，１４８）とデータ交換する方法であって、
    特定の処理ユニット間にそれぞれ設けられている複数のスイッチ（２０４，…，２２０）を使用し、
    前記複数のスイッチに結合されたコントローラが、前記複数のスイッチのうちの特定のスイッチに切り換え信号を送って、前記特定のスイッチに対応する処理ユニットのサブネットワークを前記ネットワークから切断するステップと、
    前記コントローラが、前記サブネットワークが前記特定のスイッチによって前記ネットワークから切断されている間に、前記サブネットワークの処理ユニットとデータ交換するステップと
    を含む、方法。
13. 前記複数のスイッチ（２０４，…，２２０）を動的に再構築して、前記ネットワークから切断すべきサブネットワークを動的に再構成するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記サブネットワークの処理ユニットを同時にフラッシュするか、または前記処理ユニットを部分的に重複する時間間隔内でフラッシュするステップをさらに含む、請求項１２または１３に記載の方法。
15. 処理ユニット（１２２，…，１３６，１４２，…，１４８）のネットワーク（２００）において、コントローラ（２０２）が処理ユニットとデータ交換するためのコンピュータ・プログラムであって、
    特定の処理ユニット間にそれぞれ設けられている複数のスイッチ（２０４，…，２２０）を使用し、
    前記コントローラに、
    前記複数のスイッチのうちの特定のスイッチに切り換え信号を送って、前記特定のスイッチに対応する処理ユニットのサブネットワークを前記ネットワークから切断する手順と、
    前記サブネットワークが前記特定のスイッチによって前記ネットワークから切断されている間に、前記サブネットワークの処理ユニットとデータ交換する手順と
    を実行させるためのコンピュータ・プログラム。

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