JP4880035B2 - 車載用の中継接続ユニット - Google Patents

Description

本発明は、車載用の中継接続ユニットに関し、特に、エラーが検出されたメッセージのデータを適切なデータに書き換えて、完全なメッセージとして中継するものである。

従来、自動車に搭載される機器を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ:Electronic Control Unit）が接続された通信線（以下、バスと称す）をゲートウェイ等の中継接続ユニットで中継接続し、各ＥＣＵ間でメッセージの送受信を行う車載用通信システムが採用されている。

近年では、自動車の機能増加に伴い、ＥＣＵの数も増加し、ＥＣＵ間で送受信するメッセージの数も急増している。そのため、ＥＣＵ間のメッセージの送受信の効率化を図ると共にバスの通信負荷率を低減することが要望されている。
通信負荷を低減するためには、エラーが生じた不完全なメッセージの送信を停止することが有効と考えられるが、その場合、送信先のＥＣＵはメッセージを周期的に受信することができなくなる問題がある。
エラーメッセージとしては、例えば、車速、温度、照度、雨量等に関するデータの場合に起こり得ないような急激な変化がデータに発生していた場合、通常の設定範囲を越えたデータである場合、複数のデータにおいて有り得ない組み合わせになった場合等がある。

そこで、特開２００２−１６６１４号公報（特許文献１）では、エラーが生じた不完全なメッセージを転送しないゲートウェイが提供されている。
しかしながら、特許文献１で提供されているゲートウェイでは、メッセージの内容を確認してエラーが生じているかを判断してから転送するか否かを決定するため、メッセージを全て受信してからでないと、転送するか否かを決定できない。
また、転送しないと決定した場合、メッセージが周期的にＥＣＵ間で送受信するメッセージであれば、受信側のＥＣＵは周期的にメッセージを受信できなくなる問題がある。
さらに、前記ゲートウェイは、メッセージを全て受信してから送信を開始するストア＆フォワード方式には対応できるが、メッセージを全て受信する前にメッセージのＩＤ（識別子）を受信した時点で転送先を決定して送信を開始する転送効率が良いカットスルー方式には対応できず、バスの通信負荷率は低減できるが、送受信の効率化という点では改善の余地がある。

特開２００２−１６６１４号公報

本発明は前記問題に鑑みてなされたものであり、エラーを有する不完全なメッセージを書き換えて完全なメッセージとして送信でき、かつ、効率のよい転送が可能な中継接続ユニットを提供することを課題としている。

前記課題を解決するため、本発明は、複数のバスに接続され、異なるバスへメッセージを中継する中継接続ユニットであって、
受信したメッセージデータのエラーを検出するエラー検出部と、エラーメッセージを書き換えるデータ書き換え部を備えるデータチェック部と、
前記データチェック部と接続され、メッセージに付された識別子毎にメッセージ書き換え用の設定データと最新の前回送信データのいずれか一方または両方を記憶するＲＡＭと、メッセージの中継先を特定したルーティングテーブルおよび区切り識別データを記憶するＲＯＭを備えた記憶部と、
受信したメッセージデータを、前記データチェック部でデータ全文をチェックする前に、前記メッセージの識別子の受信時点から送信を開始するカットスルー方式でデータを中継する送受信部を備え、
前記データチェック部によるチェック対象となるメッセージのデータ部は複数のサブデータからなり、前記区切り識別データは前記サブデータの区切りを示し、
前記データチェック部は、エラー検出部でエラーが検出されたサブデータの先頭ビットを前記記憶部で記憶された前記区切り識別データから検出し、前記データ書き換え部で該サブデータの先頭ビットから前記設定データあるいは最新の前回送信データに書き換え、該書き換えたデータを前記ＲＡＭに記憶させている車載用の中継接続ユニットを提供している。

電源投入時に前記ＲＯＭの区切り識別データをＲＯＭからＲＡＭへコピーしている。以後、区切り識別データはＲＡＭに記憶させておくだけでよく、ＲＡＭへのアクセスだけでよい。

前記構成からなる中継接続ユニットでは、メッセージ書き換え用の設定データと前回送信データのいずれか一方または両方は、メッセージのＩＤ毎に前記記憶部（ＲＡＭ）に記憶されている。よって、エラーが検出されたメッセージのＩＤと一致するＩＤの前記設定データあるいは前回送信データを参照してデータを書き換えることができる。
前記データチェック部により受信したメッセージのエラーを検出すると、前記データ書き換え部によりエラーが検出された不完全なメッセージのデータ部が前記ＲＡＭに記憶された設定データあるいは前回送信データに書き換えられて、完全メッセージとして所要のバスに送信される。これにより、エラーを含んだ不完全なメッセージが送信されるのを防止できると共に、メッセージの転送を停止していないため、メッセージを周期的に受信するＥＣＵ側では、正常なメッセージを周期的に受信することができる。

前記データチェック部において、エラーメッセージとして検出する基準として、例えば、下記の基準を設けている。
（１）通信システムの通信プロトコルがＣＡＮの場合、メッセージに同一レベルの信号が６ビット連続し、メッセージのデータが途中から届かなくなったスタッフエラーが生じたことが、ＣＲＣでチェックされた場合。
（２）データが起こり得ない急激な変化を示している場合。例えば、温度センサーからの内気温や外気温が起こり得ない急激な変化を示している場合、車速センサからの検出値が前回検出値に対して一定以上に変化した場合等。
（３）予め設定している上限や下限を越えている場合。例えば、温度センサで検出した外気温度が７０℃を越えている場合やデフォルト値など。
（４）複数のデータ間において有り得ない組あ合わせとなった場合。例えば、４輪のタイヤの回転数において、１つのタイヤだけ逆回転となった場合等。

本発明の中継接続ユニットは、受信したメッセージデータを、前記データチェック部でデータ全文をチェックする前に、前記メッセージのＩＤの受信時点から送信を開始するカットスルー方式でデータを中継する送受信部を備えている。
即ち、ストア＆フォワード方式でメッセージのデータを全文チェックして、エラーの有無を確認してから転送の要否を決定するのではなく、本発明ではカットスルー方式として、メッセージのＩＤを受信した時点で送信を開始しながらデータチェック部でチェックし、エラーがあれば修正して送信しているため、メッセージの中継の高速化を図ることができる。
なお、メッセージの転送方式として、メッセージを全て受信してから送信を開始するストア＆フォワード方式を採用し、エラーを有するメッセージデータを修正して送信しても良いが、本発明では、送信の高速化の点より前記カットスルー方式を採用している。

前記ＲＡＭに記憶する前回送信データは、メッセージ送信毎に前回送信データを書き換えて記憶している最新の前回送信データからなる。
このように、エラーデータの書き換え用として最新の前回送信データを採用していることにより、正確な送信データとの誤差を最小とすることができる。
なお、ＲＡＭの領域が大きい場合、送信データを全てあるいは先の送信した数回分のデータを記憶しておき、最新の送信データを採用してもよい。

前記データチェック部によるチェック対象となるメッセージのデータ部は複数のサブデータからなり、各サブデータの区切りを示す区切り識別データが、前記ＲＡＭに記憶されており、
前記データチェック部は、エラー検出部でエラーが検出されたサブデータの先頭ビットを前記ＲＡＭに記憶された区切り識別データから検出し、前記データ書き換え部で該サブデータの先頭ビットから前記設定データあるいは最新の前回送信データに書き換え、該書き換えたデータを前記ＲＡＭに記憶させている。

前記構成によれば、エラーが検出されたメッセージのデータ部全体を書き換えるのではなく、エラーが検出されたサブデータ以降のサブデータのみを設定データあるいは前回送信データに書き換えて、エラーが検出されるサブデータよりも前のサブデータは書き換えずにそのまま送信しているため、効率良くメッセージを送信することができる。
また、エラーが生じたビットから書き換えを行うと、１つのサブデータに書き換え前のデータと書き換え後のデータが混在してしまい不適切なデータとなってしまうおそれがあるが、少なくともエラーが生じたサブデータは全て書き換えるようにしているため、エラーが生じたサブデータも確実に完全なデータとすることができる。

前記区切り識別データは、各サブデータの範囲を同一値のビットを連続させることで表しており、サブデータの区切りとなる位置でビットの値を変えている。
例えば、区切り識別データが「１１１００１１１１０…」である場合、最初の「１」が連続する１ビット目から３ビット目までが第１のサブデータ、次の「０」が連続する４ビット目と５ビット目が第２のサブデータ、次の「１」が連続する６ビット目から９ビット目が第３のサブデータであることを意味する。よって、８ビット目でエラーを検出した場合には、前記区切り識別データを参照して、８ビット目を含むサブデータが６ビットから始まることを検出し、６ビット目以降のデータを設定データあるいは前回送信データに書き換える。
また、前記区切り識別データを各サブデータ毎に設けて、当該サブデータに該当するビットを「１」、該当しないビットを「０」として表してもよい。この場合には、前記第１のサブデータの範囲を検出する区切り識別データを「１１１０００００００…」、前記第２のサブデータの範囲を検出する区切り識別データを「０００１１０００００…」前記第３のサブデータの範囲を検出する区切り識別データを「０００００１１１１０…」として、記憶部に記憶している。

前記ＲＡＭは前記メッセージ書き換え用の設定データと最新の前回送信データの両方を記憶しており、前記データ書き換え部は、メッセージのＩＤあるいは／およびサブデータ毎に、書き換える値として前記設定データと最新の前回送信データのいずれかを選択している。

前記構成によれば、データの種類に応じて書き換える値を設定データと前回送信データのいずれかを選択でき、エラーが検出されたメッセージのデータをより適切なデータに書き換えることができる。
例えば、前記メッセージのデータがドアロック、キー認証結果、シフト状態等に関するデータの場合には、予め設定された設定データに書き換えることが好ましい。一方、車速、温度、照度、雨量等に関するデータの場合には、前記前回送信データに書き換えられることが好ましい。
即ち、ドアロックのように安全性に関するメッセージの場合には、メッセージにエラーが生じた場合に安全性を重視したデータに書き換える一方、車速、温度、照度のようにメッセージの内容が急に変わらないようなメッセージの場合には、エラーが生じたメッセージを前回送信データに書き換えて、最近に送信されたメッセージ内容を反映してメッセージ内容を維持する。

前述したように、本発明によれば、データチェック部により受信したメッセージのエラーを検出すると、データ書き換え部によりエラーが検出されたメッセージのデータ部がＲＡＭに記憶された設定データあるいは前回送信データに書き換えられて、完全なメッセージとして所要のバスに送信される。これにより、エラーを含んだ不完全なメッセージ、即ち無駄なメッセージが送信されるのを防止できる。

また、メッセージデータの全文でエラーの有無を確認してから転送の要否を決定するストア＆フォワード方式ではなく、メッセージＩＤを受信した時点で送信を開始するカットスルー方式とし、メッセージデータのエラー部分を修正しながらメッセージの中継を行う方式としているため、中継の高速化を図ることができる。

本発明の第１実施形態の中継接続ユニットを用いた車載用の通信システムを示す図面である。 メッセージのフォーマットを示す図面である。 （Ａ）はルーティングテーブル記憶部、（Ｂ）は区切り識別データの記憶部を示す図面である。 データ記憶部の書き換え用データを示す図面である。 中継接続ユニット内のデータ処理の相互関係を示す構成図である。 中継接続ユニットにおけるメッセージの転送処理のフローチャートである。 メッセージにエラーが検出されなかった場合のデータの流れを示す図面である。 メッセージにエラーが検出された場合のデータの流れを示す図面である。 第２実施形態の書き換え用データを示す図面である。

符号の説明

１０ 車載用通信システム
１１ バス
２０ 中継接続ユニット
２３ ＣＰＵ
２４ー１、２４−２ ＲＯＭ
２５ ＲＡＭ
２６ 比較演算部
２７ データチェック部
２８ データ書き換え部
２９ エラー検出部
３０ ＥＣＵ（電子制御ユニット）
Ｄ 書き換え用データ
Ｄ１ 設定データ
Ｄ２ 前回送信データ
Ｄ３ 区切り識別データ
Ｍ メッセージ
ＭＤ データ部
ＳＤ サブデータ
Ｔ ルーティングテーブル

本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図７に、本発明の第１実施形態を示す。
本実施形態の車載用通信システム１０（以下、通信システム１０と称す）は、通信プロトコルがＣＡＮである通信線（バス）ＣＡＮ１、ＣＡＮ２が中継接続ユニット（ゲートウェイ）２０を介して接続されて通信ネットワークが構成されている。各ＣＡＮ１、ＣＡＮ２にそれぞれ複数のＥＣＵ３０（電子制御ユニット）が接続されている。なお、ＥＣＵ３０には、制御対象である機器や、スイッチ、センサ等が接続されているが図示を省略している。

前記中継接続ユニット２０は、図１に示すように、受信部２１と送信部２２を介してＣＡＮ１、ＣＡＮ２と接続されており、これら受信部２１と送信部２２はＣＰＵ２３と接続され、該ＣＰＵ２３は、図３に示す記憶部Ｋと接続されている。該記憶部Ｋは、識別子記憶部からなるＲＯＭ２４−１、区切り識別データ記憶部からなるＲＯＭ２４−２、データ記憶部のＲＡＭ２５を備えている。

前記ＣＰＵ２３は、図４および図５に示すように、ＲＯＭ２４ー１に記憶されたルーティングテーブルＴを参照して、メッセージの中継の要否および送信先のバスを決定する比較演算部２６と、該比較演算部２６により送信先のＣＡＮが決定したメッセージのエラーを検出するエラー検出部２９と、エラーが検出されたメッセージをＲＡＭ２５に記憶された書き換え用データＤを参照して書き換えるデータ書き換え部２８とからなるデータチェック部２８とを備えている。

前記比較演算部２６は、メッセージのＩＤを受信して送信先を決定すると、メッセージを全て受信する前に送信を開始するカットスルー方式を転送方式として採用している。

前記エラー検出部２９では、後述するメッセージのデータ部が、前記（１）〜（４）に記載したエラーがないか、例えば、（１）のＣＲＣにスタッフエラーがないか、（２）の起こり得ない急激な変化を示すデータとなっていないが、（３）のデータの設定基準値を越えていなか、（４）の複数のデータ間で有り得ない組み合わせとなっていないか、をチェックして、エラーの検出を行っている。エラーを検出すると、データ書き換え部２８でメッセージのデータ部を書き換えている。

前記記憶部ＫのＲＯＭ２４−１は図３（Ａ）は識別子（ＩＤ）と転送先バス（ＣＡＮ１、ＣＡＮ１…）との対応関係を示すル−ティングテーブルを記憶している。ＲＯＭ２４−２は図３（Ｂ）に示すように、識別子とＤＬＣと区切り識別データとを記憶している。ＲＡＭ２５は図４に示すように、書き換え用データＤを記憶している。該書き換え用データＤは、書き換え用の設定データＤ１、書き換え用の前回送信データＤ２および区切り識別データＤ３をそれぞれメッセージのＩＤ毎に設けている。
電源投入時にＲＯＭ２４−２の区切り識別データをＲＡＭ２５へコピーし、以後、区切り識別データはＲＡＭで記憶し、ＲＡＭへのアクセスだけで区切り識別データが取得できるようにしている。

前記ＲＡＭ２４の書き換え用の設定データＤ１および前回送信データＤ２は、エラーが検出されたメッセージを書き換えるためのデータである。設定データＤ１は予め定められたデータであり一定の値であるのに対して、前回送信データＤ２は前回送信されたデータであり、メッセージが送信されるたびに書き換えられ、各ＩＤ毎に最新の前回送信データのみを記憶している。
なお、設定データＤ１と前回送信データＤ２はＩＤ毎にいずれか一方が記憶されている。
ドアロック、キー認証結果、シフト状態等に関するデータに対しては書き換え用に設定データＤ１が記憶されている。
一方、車速、パーキングブレーキ情報、温度、照度、雨量等に関するデータに対しては書き換え用に前回送信データＤ２が記憶されている。

前記区切り識別データＤ３は、後述するメッセージのデータ部に記載された各サブデータの区切りを識別するためのデータである。該区切り識別データＤ３により各サブデータがメッセージのデータ部のどの範囲に記載されているかを認識することができ、エラーが生じたメッセージを書き換える際に、該区切り識別データＤ３によりデータ書き換えの範囲を決定している。
前記区切り識別データＤ３は、各サブデータの範囲を同一値のビットを連続させることで表しており、サブデータの区切りとなる位置でビットの値を変えている。
例えば、図２に概略的に示すように、メッセージＭ（ＩＤ１００）のデータ部ＭＤが車速に関する第１のサブデータＳＤ１（１０ビット）、温度に関するサブデータＳＤ２（４ビット）、パーキングブレーキ情報に関するサブデータＳＤ３（２ビット）…から順になる場合、区切り識別データＤ３は、図４に示すように、「１１１１１１１１１１００００１１０…」となる。
該区切り識別データＤ３により、ＩＤが１００のメッセージのデータ部は、同一の「１」が連続する１ビット目から１０ビット目までが第１のサブデータＳＤ１、この「１」から「０」に切り替わり、同一の「０」が連続する１１ビット目から１４ビット目までが第２のサブデータＳＤ２、この「０」から「１」に切り替わり、同一の「１」が連続する１５ビット目と１６ビット目が第３のサブデータＳＤ３であることが認識できる。

本実施形態の通信システム１０でバスを介して送受信されるメッセージＭは、図２に概略的に示すようなフォーマットからなり、アービトレーションフィールドにＩＤが記載され、データ部ＭＤはそれぞれ異なる情報に関する複数のサブデータＳＤからなる。
なお、ＳＯＦ（スタートオブフレーム）はメッセージの開始を示し、ＤＬＣ（データ長コード）はデータ部の長さを示し、ＣＲＣはメッセージの伝送誤りをチェックするフィールドである。

次に、前記車載用通信システム１０の中継接続ユニット２０におけるメッセージの転送処理を図５及び図６を参照して説明する。
まず、電源投入時にＲＯＭ２４−２の区切り識別データはＲＡＭ２４にコピーされる。
中継接続ユニット２０の受信部２１がメッセージを受信する（図６のステップＳ１）と、ＣＰＵ２３の比較演算部２６によりＲＯＭ２４ー１に記憶された図３（Ａ）のルーティングテーブルＴを参照して、メッセージの転送の要否および送信先のバスが決定される（図６のステップＳ２）。
次いで、送信されるメッセージはＣＰＵ２３のデータチェック部２７のエラー検出部２９でエラーの有無がチェックされ（図６のステップＳ３）、送信されないメッセージは破棄される。
エラー検出部２９でメッセージのエラーが検出されなかった場合には、送信部２２を介して所要のＣＡＮに図７に示すようにメッセージが送信される（図６のステップＳ４、Ｓ５）。
また、エラー検出部２９でエラーが検出され、メッセージのデータ部が前回送信データＤ２に書き換えられるメッセージの場合には、前記のように送信部２２を介して所要のバスにメッセージを送信すると共に、送信するメッセージを前回送信データＤ２としてＲＡＭ２５に書き込んで、最新の前回送信データに更新する（図６のステップＳ５）。

一方、エラー検出部２９でメッセージのエラーが検出された場合には、図８に示すように、データ書き換え部２８でメッセージのデータ部が書き換えられる（図６のステップＳ６）。このとき、区切り仕切りデータＤ３を参照して、エラーがデータ部のいずれのサブデータに生じているかを検知して、エラーが生じたサブデータの先頭ビットからデータ部の最終ビットまでが書き換え用の設定データＤ１または前回送信データＤ２に書き換えられる。
例えば、ＩＤが１００のメッセージにおいて、データ部が「１０１０１０１０１１１１１１…」であり、同一ビットが６回連続した１４ビット目でエラーが検出された場合には、図４の区切り識別データＤ３を参照して、１４ビット目が１１ビット目から始まる第２のサブデータに含まれることを検知し、第２のサブデータの先頭ビットである１１ビット目以降を「１１１１…」からＩＤが１００の前回送信データＤ２に書き換えて「００１１…」としている。なお、図４に示すＩＤが１００の前回送信データＤ２は１６進数表記で「ａａｃｃ…」としており、これを２進数に直した「１０１０１０１０１１００１１００…」の所要の範囲のデータで前記メッセージを書き換えている。

これにより、エラーが生じたメッセージが完全なメッセージに書き換えられ、図８に示すように、送信部２２を介して所要のバスに送信される（図６のステップＳ７）。

前記構成によれば、データチェック部２７により受信したメッセージのエラーをエラー検出部２９で検出すると、データ書き換え部２８によりエラーが検出されたメッセージのデータ部がＲＡＭ２５に記憶された設定データＤ１あるいは前回送信データＤ２に書き換えられて、完全なメッセージとして所要のバスに送信される。これにより、エラーを含んだ不完全なメッセージ、即ち無駄なメッセージが送信されるのを防止できる。
また、メッセージのエラーの有無を確認してから転送の要否を決定するのではなく、転送することを前提としてエラーがあれば修正するようにしているため、メッセージを全て受信する前に送信を開始でき、カットスルー方式で効率良くメッセージを送信することができる。

さらに、エラーが検出されたメッセージのデータ部全体を書き換えるのではなく、エラーが検出されたサブデータ以降のサブデータのみを設定データＤ１あるいは前回送信データＤ２に書き換えて、エラーが検出されるサブデータよりも前のサブデータは書き換えずにそのまま送信しているため、効率良くメッセージを送信することができる。
また、エラーが生じたビットから書き換えを行うと、１つのサブデータに書き換え前のデータと書き換え後のデータが混在してしまい不適切なデータとなってしまうおそれがあるが、少なくともエラーが生じたサブデータは全て書き換えるようにしているため、エラーが生じたサブデータも確実に完全なデータとすることができる。

図９に、本発明の第２実施形態を示す。
本実施形態では、ＲＡＭ２５に記憶した書き換え用データ２５を第１実施形態と相違させており、設定データＤ１、前回送信データＤ２および区切り識別データＤ３をサブデータ毎に設けている。
詳細には、区切り識別データＤ３は、所定のサブデータに該当するビットを「１」、該当しないビットを「０」としており、第１実施形態の第１のサブデータＳＤ１を識別する区切り識別データを「１１１１１１１１１１０００００００…」、第２のサブデータＳＤ２を識別する区切り識別データを「００００００００００１１１１０００…」前記第３のサブデータの範囲を検出する区切り識別データを「００００００００００００００１１０…」としている。
よって、ＩＤが１００のメッセージにおいて、データ部の１４ビット目でエラーが検出された場合には、１４ビット目が「１」である区切り識別データを探し出し、第２のサブデータの区切り識別データの１４ビット目が「１」であることより、エラーが第２のサブデータで生じたことが検知できる。そして、該メッセージのデータ部は第２のサブデータの先頭ビットである１１ビット目から書き換えられる。

前記構成によれば、区切り識別データを参照としたサブデータを識別する処理や書き換え処理を効率良く行なうことができ、また、サブデータ毎に設定データＤ１と前回送信データＤ２から選択された値に書き換えることができる。即ち、同一のメッセージであっても第１のサブデータは前回送信データに書き換え、第２のサブデータは設定データに書き換えるようなことができる。
なお、他の構成及び作用効果は第１実施形態と同様のため、同一の符号を付して説明を省略する。

Claims (2)

1. 複数のバスに接続され、異なるバスへメッセージを中継する中継接続ユニットであって、
   受信したメッセージデータのエラーを検出するエラー検出部と、エラーメッセージを書き換えるデータ書き換え部を備えるデータチェック部と、
   前記データチェック部と接続され、メッセージに付された識別子毎にメッセージ書き換え用の設定データと最新の前回送信データのいずれか一方または両方を記憶するＲＡＭと、メッセージの中継先を特定したルーティングテーブルおよび区切り識別データを記憶するＲＯＭを備えた記憶部と、
   受信したメッセージデータを、前記データチェック部でデータ全文をチェックする前に、前記メッセージの識別子の受信時点から送信を開始するカットスルー方式でデータを中継する送受信部を備え、
   前記データチェック部によるチェック対象となるメッセージのデータ部は複数のサブデータからなり、前記区切り識別データは前記サブデータの区切りを示し、
   前記データチェック部は、エラー検出部でエラーが検出されたサブデータの先頭ビットを前記記憶部で記憶された前記区切り識別データから検出し、前記データ書き換え部で該サブデータの先頭ビットから前記設定データあるいは最新の前回送信データに書き換え、該書き換えたデータを前記ＲＡＭに記憶させている車載用の中継接続ユニット。
2. 前記データ書き換え部は、メッセージの識別子あるいは／およびサブデータ毎に、書き換える値として前記設定データと最新の前回送信データのいずれかを選択している請求項１に記載の車載用の中継接続ユニット。

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