JP4903201B2 - オープンなオートメーションシステムのバス加入機器のデータ通信方法 - Google Patents

Description

本発明はまず第１に請求項１または請求項９記載の、たとえばオープンなオートメーションシステムのバス加入機器を結合するためのデータ通信方法ならびに任意にプログラミング可能な通信プロセッサに関する。さらに本発明は請求項１４および請求項１９記載の、たとえばコンフィギュレーションのためのデータ通信方法ならびにフレキシブルな通信ストラクチャを備えた機器たとえばオートメーション機器に関する。さらに本発明は請求項２０または請求項２１および請求項２４記載の、たとえばシリアルバスを介して通信を行う分散型制御によるオートメーションシステムのバス加入機器を互いに同期合わせするためのデータ通信方法およびデータ通信装置に関する。

かなり以前から、制御およびオートメーションのテクノロジーにおいてフィールドバスとEthernetを利用することが知られており、たとえばプロセッサの制御に関与する個々のユニット間のデータ通信のためにリアルタイムEthernetに関する拡張を利用することが知られている。公知のフィールドバスの例としてCAN-Bus, Profibus, Modbus, DeviceNetあるいはInterbusなどが挙げられる。各ユニットの通信は、仕様の規定されたプロトコルに基づきフィールドバス／Ethernetを介して行われる。ネットワーク接続のためのオープンシステムに対する要求に応えることができるようにする目的で、産業上の機器をネットワーク対応にするための簡単かつ低コストの通信メカニズムを提供する必要がある。しかもこのような要求は、多数の補間軸を同期して駆動しなければならない数値制御工作機械およびロボットにおけるオペレーションコントローラと電力部分とセンサとの間のような、オペレーションコンポーネントの結合との関連においても存在する。したがって様々な技術システムをネットワークで接続することが多くなるにつれて、産業界において標準化ストラクチャに対する要求が増加している。

これに関する一例は、いわゆるアクチュエータ−センサインタフェース標準略してＡＳＩ標準に準拠したフィールドバスである。このようなフィールドバスコンセプトは殊に、バイナリセンサまたはアクチュエータをそのままバス対応にすることを狙っており、このことは他のフィールドバスシステムによってはこれまでは不可能であった。オートメーションシステムは、バスシステムと結合可能なハードウェアコンポーネントたとえばモータ、センサ、アクチュエータなど（つまりプロセス環境によって異なる）から成り、これらのハードウェアコンポーネントは１つまたは複数の上位の制御装置と共働して自動製造プロセスを形成する。その際にバスマスタは、バスオペレーションの実行に必要とされるすべての役割を担う。バスマスタは通常、ハードウェアコンポーネントを制御する本来の制御ユニットとは分離されている。

オープンでフレキシブルなシステムの動作を簡単に達成し、その際にハードウェアコンポーネントを制御プログラムの変更なく交換できるようにする目的で、DE 198 50 469 A1によりハードウェアコンポーネントのファンクションにアクセスするためのオートメーションシステムおよび方法が知られている。この場合、ハードウェアコンポーネントの実際のファンクションの表現ないしはイメージとして、ファンクションオブジェクトを備えたシステムコネクションユニットが設けられており、その際、バスシステムを介してハードウェアコンポーネントのファンクションにアクセスするためのファンクションオブジェクトが設けられている。ハードウェアコンポーネントを「プラグ＆プレイ」モジュールとして実現するためには、ハードウェアコンポーネントのファンクションに対するアクセス手段としてファンクションオブジェクトを実行させることのできる特別なコンポーネントをそれらのハードウェアにじかに設ける必要がある。このような特別なコンポーネントは、システムコネクションユニットの形態で実現されている。システムコネクションユニットはオートメーションシステムのバスシステムと結合されており、これによってたとえばコントロールシステムからハードウェアコンポーネントへの、ならびに付加的にバスシステムと結合された他のすべてのコンポーネント間で、通信データを伝送できるようになる。このようにしてシステムコネクションユニットを用いることで、オートメーションシステムの既存の構造を変更することなくハードウェアコンポーネントの組み込みや補足等が可能となる。さらに、殊にコントロールシステムとハードウェアコンポーネントとの間でこれまで必要とされていたメディエーションオブジェクトないしは仲介オブジェクトを省くことができる。ネットワーク伝送のためにシステムコネクションユニットは、両方のバスシステム間で必要とされるプロトコルを記憶するための記憶装置を有している。つまりたとえばETHERNET（データ伝送レート１０Ｍｂｉｔ／ｓ）、殊にFAST ETHERNET（データ伝送レート１００Ｍｂｉｔ／ｓ、IEEE標準802.3-1998の規格）とプロフィバス（Profibus）との間におけるネットワーク伝送を簡単に行うことができる。ハードウェアコンポーネントに対応づけられたシステムコネクションユニットをそれらの周囲環境に以下のようにして埋め込むことができる。すなわちファンクションオブジェクトには、ハードウェアコンポーネントの最小の機能を生成するための少なくとも１つの第１のファンクションオブジェクトと、複数のファンクションオブジェクトを接続ないしはクロスさせるための少なくとも１つの第２のファンクションオブジェクトと、システムコネクションユニット内および／または離れたシステムコネクションユニットおよび／または離れたコンピュータに存在するファンクションオブジェクトのリストを作成するための少なくとも１つの第３のファンクションオブジェクトが設けられている。ファンクションオブジェクトの特別な機能は、システムの機能全体を列挙することすなわち照会して取得することである。ファンクションオブジェクトはたとえばいわゆるＤＣＯＭオブジェクト（Distributed Component Object Model）もしくはＯＬＥオブジェクト（Object Linking and Embedding）として構成されている。さらにシステムコネクションユニットはランタイムシステム（Runtime-System）ならびにプロトコル処理ユニット（Profibus, UDP/IP, RPC）を有している。したがってシステムコネクションユニットは、フィールドバスに特有のプロトコルを保証する必要がありかなり複雑なことも多くつまりは比較的高価な標準コンポーネントである。

セキュリティ上クリティカルなプロセスに関与するユニットにおけるエラーのない通信を保証し、その際に同時に標準コンポーネントをバスマスタとして利用できるようにする目的で、DE 199 28 517 C2により公知の制御システムによれば、バスマスタが第１の制御ユニットおよび信号ユニットとは別個にフィールドバスと接続されており、第１の制御ユニットはテレグラムトラフィックの循環方向に関して信号ユニットの前に配置されており、さらに第１の制御ユニットは、信号ユニットに対しアドレッシングされるテレグラムデータをエラーのないテレグラムデータと置き換えるための手段を有している。この場合、第１の制御ユニットを単純なバス加入機器すなわちバスマスタ機能のないバス加入機器としてフィールドバスに接続することができる。さらに制御システムは、セキュリティ上クリティカルでないプロセスを制御するための第２の制御ユニットを有しており、これは第１の制御ユニットとは別個にフィールドバスと接続されている。第２の制御ユニットは、それ自体周知である他のコンポーネントのほかにマイクロコントローラならびにマスタプロトコルチップを有している。マスタプロトコルチップはこのケースではインターバスのためのバスマスタ機能を有しており、これをバスマスタと称する。この種のマスタプロトコルチップは、標準コンポーネントとして様々なメーカから市販されている。第１の制御ユニットに含まれている通信コンポーネントはスレーブプロトコルチップを有しており、これは入力側では第１のバス端子を介して、出力側では第２のバス端子を介して、フィールドバスと接続されている。プロトコルチップは信号ユニットに含まれているプロトコルチップに対応し、これはバス加入局としてセキュリティ関連の装置をフィールドバスと接続する。シーケンシャルに循環するテレグラムトラフィックを伴うフィールドバスにおいて、いずれもバスマスタ機能をもたないバス加入機器間のスレーブ・トゥ・スレーブ通信も用意する目的で、他のバス加入機器へデータを送信したいバス加入機器のプロトコルチップに対し送信メモリおよび場合によっては受信メモリが補われる。つまり循環するテレグラムトラフィックの機能は、バスサブスクライバ各々に配置された同じスレーブプロトコルチップをベースとしており、これは「シリアルマイクロプロセッサインタフェースSerielles Mikroprozessor Interface (SUPI)」と呼ばれることも多い。様々なメーカから市販されている標準コンポーネントの利用によって制御システムのコストを抑えることができる。全体としては、フィールドバスに特有のプロトコルを保証しなければならないバスマスタおよび信号ユニットにかかる手間は煩雑であり、つまりはコストが高い。

DE 299 07 909 U1により知られており差し込みカードをベースとして製造装置に組み込まれている監視システムの場合も、類似の手法がとられる。

詳細には差し込みカード各々は、マイクロプロセッサと、マイクロプロセッサと接続されておりプロセスデータを格納するためのメモリユニットと、マイクロプロセッサと接続されているセンサバスインタフェース（ＲＳ４８５）およびフィールドバスインタフェース（ＲＳ４８５）と、モデムと接続するためのサービスインタフェース（ＲＳ２３２）と、マイクロプロセッサをホストコンピュータと接続するためのインタフェース（ＩＳＡバスインタフェース）を有している。組み込まれたフィールドバスインタフェースもしくはセンサバスインタフェースはそれぞれ、ＩＳＯインタフェースとフィールドバスデータプロセッサ（ＳＰＣ ３）この例ではプロフィバスデータプロセッサを有している。

機械制御装置は選択的に、組み込まれたプロフィバスインタフェースを介して差し込みカードと接続されているか、またはＩ／Ｏボックスを介してセンサ電子ユニットと接続されている。インテリジェントセンサ電子ユニットによってそれぞれ、センサの給電、センサデータの捕捉、測定信号処理（信号フィルタリング、信号増幅等）、および簡単な信号分析（ディジタルフィルタリング、ピーク値捕捉等）を行うことができる。それゆえインテリジェントセンサ電子ユニットとは、固有のマイクロコントローラ、フィルタ、増幅器、電流給電およびセンサバスインタフェースを有するモジュールのことである。センサ電子ユニットに対し差し込みカードを介して、処理前にそのつど新たにパラメータ設定を行うことができる。これはたとえば増幅率、フィルタ値、複数の入力信号から１つの統合信号への計算処理などである。

プロフィバスインタフェースにより、監視が処理プロセスと同期合わせされる。いわゆる自動化された調整ルーチンを介して、監視システムを製造装置に簡単に組み入れることができる。自動化された調整ルーチンによってたとえば、制御装置における音声認識およびこれに付随する音声変換、センサバスにおけるセンサの識別、ならびに増幅値とフィルタ値の自動的なコンフィギュレーションなどが実行される。メモリプログラミング可能な制御装置（ＳＰＳ）の入出力側が自律的に対応づけられ、差し込みカードにおけるリアルタイム時計がホストコンピュータの時刻に自動的に合わせられる。差し込みカードによってたとえば４つまでのセンサチャネルの監視が可能となり、その際、センサバスインタフェースのための通信プロセッサによって、４６０．８ｋbaudまでのデータレートが妨害に対する高い安全性を伴って達成される。

有利には、差し込みカードのマイクロプロセッサはハミング距離４のハミングコードでデータを処理し、暗号化および復号の役割を担う。マイクロプロセッサとホストコンピュータに対するＩＳＡバスインタフェースとの間にアドレスデコーダが設けられており、これはそれ自体周知のようにＰＣにおけるアドレスとメモリのアクセスをコーディングおよびデコーディングするための役割を担う。差し込みカードの電圧供給はＩＳＡインタフェースを介して行われ、これによってホストコンピュータとの通信も行う。差し込みカードは監視の役割を担う固有のプロセッサを有しているので、ホストコンピュータのＣＰＵが計算パフォーマンスによって占有されることはない。センサ電子ユニットとの通信のために、リアルタイム対応のセンサバスプロトコルが定義されている。これによって、測定データの問い合わせならびに定義された応答時間をもつセンサの制御およびパラメータ設定が可能となる。監視データはたとえば１０ｍｓのクロックで処理され、センサデータ処理によって１ｍｓよりも短いサンプリングレートが可能となる。したがって衝突監視のために１ｍｓよりも短い応答時間を保証することができる。フィールドバスもしくはプロフィバスを介して、同期データのほかに有利にはトルク、モータ電流、軸速度といったプロセス固有の軸信号も伝送することができる。このプロトコルによってたとえば、それぞれ異なる８つの軸までの問い合わせが可能となる。

必要とされる制御データを、ダイレクトに機械制御装置の制御コアからフィールドバスを介して差し込みカードのマイクロプロセッサへ供給することができる。このケースでは固有のセンサ機構は不要であり、差し込みカードにおけるセンサバスインタフェースを省くことができる。サービスインタフェースを介して、すべての設定、ソフトウェアアップデートならびにプロセスビジュアライズを行うことができる。モデムインタフェースの設計により、テレサービス機能および遠隔診断機能を利用することができる。これによって遠隔から完全にシステムを操作可能でありパラメータ設定可能である。プロセスデータのビジュアライズを、ホストコンピュータ（制御装置、産業用ＰＣ）におけるプログラムを介して行うことができる。やはりここで欠点となるのは、フィールドバスに固有のプロトコルを保証しなければならない差し込みカードおよびセンサ電子ユニットは複雑であり、かなり高価なことである。

さらにDE 198 31 405 A1によればパーソナルコンピュータを用いた制御システムが知られており、このコンピュータは制御プラグラムを処理するために少なくとも１つのＰＣプロセッサとプログラムメモリとデータメモリを有しており、さらにこのコンピュータにはフィールドバスと接続するための通信プロセッサが設けられており、フィールドバスにはセンサおよび／またはプロセス制御用のアクチュエータを接続することができる。フィールドバスにおける通信のためにパーソナルコンピュータに差し込みカードが差し込まれており、これはデータラインと制御ラインとアドレスラインを有する内部のＰＣＩバスと接続されている。ＰＣＩバス接続および内部バスを介して、ＰＣプロセッサは差し込みカードのコンポーネントと通信を行う。

差し込みカードには通信プロセッサが配置されており、これは相応のパラメータ設定後にＰＣプロセッサにより自律的にフィールドバスにおける周期的なデータ伝送を実行するものであり、基本的にＡＳＩＣから成る。通信プロセッサはフィールドバスにおけるマスタとして、PROFIBUS DPの形式に従い周期的なデータ伝送により駆動可能であり、プロセッサデータの捕捉に際して「クロック発生器」ないしは「タイミング発生器」の機能を有している。さらにメモリが設けられており、そこにはフィールドバスに到来するプロセスデータが格納される。つまりこのメモリは目下のプロセスイメージを保持し、ＰＣプロセッサはこれをいつでもアクセスすることができる。到来するプロセスデータのポーリングまたはフィールドバスサイクルの監視の負担をＰＣプロセッサから取り除くため、監視ユニットが設けられている。監視ユニットをパラメータ設定可能なハードウェア回路によって実現できるけれども、通信プロセスプログラムの拡張によりソフトウェア解決策も可能である。ここでハードウェア回路は小さいＲＡＭとプログラミング可能なロジックコンポーネントから成る。この場合、ＲＡＭはＰＣプロセッサのアドレス空間に組み入れられており、このためダイレクトにアクセス可能である。また、ロジックコンポーネントはＲＡＭに格納されているパラメータ設定に応じて、フィールドバスにおける周期的なデータ伝送および／またはフィールドバスに到来したデータを監視する。プログラムメモリにおける制御プログラムがスタートすると、ＰＣプロセッサはＲＡＭにアクセスし、監視ユニットの機能を要求どおりに決定するためＲＡＭにおいて相応のビットをセットする。このパラメータ設定によりたとえば、どのようなケースにおいてＰＣＩバス回路およびＰＣＩバスを介してＰＣプロセッサに転送されるインタラプトを監視ユニットが生成すべきであるかが決定される。このようにして、どのようなイベントのときにＰＣプロセッサがフィールドバスに到来したデータを転送するよう制御プログラムにより指示されるべきであるかが決定される。アクティブなプロセス制御の場合には通信プロセッサはマスタとして、たとえば貫流測定変換器もしくは充填レベル測定変換器といったセンサや、タンクにおけるインレットバルブもしくはアウトレットバルブといったアクチュエータのような加入機器を絶えずポーリングし、これらの加入機器はスレーブとして動作する。あるスレーブのプロセスデータが通信プロセッサにより読み込まれると、それらのデータがメモリにおいて個々のプロセスデータのために設けられているメモリセルにエントリされることになる。監視ユニットのロジックコンポーネントはメモリアクセスのアドレスに基づき、個々のプロセスデータの変更に際してインタラプトを生成する必要があるか否かをチェックする。このチェックは簡単に行うことができる。なぜならば個々のスレーブのプロセスデータはそれぞれメモリ内の決められたメモリロケーションに格納されているからである。個々のデータの変更にあたりインタラプトを生成すべきであるならば、ロジックコンポーネントにおいて実現されているデータ比較器は、通信プロセッサによりバスに加えられるデータをロジックコンポーネントによりまえもってメモリから読み出されていた先行のプロセスデータと比較する。目下到来しているデータと先行のプロセスデータとの比較ならびにインタラプトの生成はハードウェアで実現されている監視ユニットにより実行されるので、有利にはプロセスデータの変更に対する制御システムの著しく迅速な応答が可能である。ここでもやはり欠点となるのは、フィールドバスに固有のプロトコルを保証しなければならない通信プロセッサと監視ユニットが複雑であり、したがってかなり高価なことである。

それぞれ異なる通信システムのネットワーク結合にあたり(Fast)-Ethernet伝送技術を利用することが知られている。たとえばDE 100 47 925 A1から、Ethernetフィジクスを用いた１つの通信システム内の複数のネットワーク加入機器間でリアルタイム通信するための方法が知られている。この方法によれば、マスタユニットと１つまたは複数のスレーブユニットがネットワークを介して伝送されるテレグラムによって互いに通信し合い、それらのテレグラムが等しいサンプリング時点で周期的に交換され、その際、各スレーブユニットがマスタユニットに対し共通のタイムベースで同期合わせされ、タイムスロットアクセス方式を介して複数のネットワーク加入機器間で送信モードと受信モードのためのアクセス制御が行われる。

通信システムのパフォーマンスに対する要求はオートメーションテクノロジーにおいて、たとえば駆動コンポーネントの結合などにおいて著しく高い。発生器と電力部と駆動制御部との間のデータ交換において、デッドタイムとして制御ループに入り込むデータ伝送時間は、きわめて重要な量である。このデットタイムが小さくなればなるほど、制御システムによりいっそう高いダイナミクスを達成することができる。オートメーションテクノロジーにおいてはリアルタイム条件の高精度な遵守も伝送の高い確実性も重要となるので、これらの要求を満たさない(Fast)-Ethernetにおける規格化された伝送レイヤ２（テレグラムフレームおよびアクセス方式）が、新たなテレグラムフレームと新たなアクセス制御によってまったく新たに定義され、このようにしてEthernetフィジクスがたとえば複数の駆動コンポーネント間のリアルタイム通信のためのベースとして利用される。これによれば、制御ユニットと発生器と電力部との間の通信も運動制御部に対する接続も実現できる。

同じサンプリング時点を用いて周期的なデータ交換を実現できるようにする目的で、マスタとすべてのスレーブのための１つの共通のタイムベースが形成される。マスタへのスレーブの同期合わせは、スレーブに対する時間的に定義されたマスタの特別のテレグラムならびに固有にパラメータ設定されたスレーブのタイムカウンタによって行われる。有効データをテレグラムフレーム内で転送することができ、このフレームはスレーブアドレッシングとテレグラム長情報のほか、たとえばＣＲＣチェックサムなどによるデータ完全性の保護ならびにセキュリティ関連の他のデータ領域も有している。テレグラムフレーム内のデータを、アプリケーションプロセッサだけでなく通信コンポーネントによっても評価することができ、これにより第２のトリガチャネルが実現される。利用されるEthernet標準による伝送技術によれば原則的にポイント・ツー・ポイントコネクションが可能となるけれども、(Fast)-Ethernetネットワークの場合のように、ネットワークノード（いわゆるハブ）の利用によってもネットワークを形成することができ、その際、複数のまたは各々のネットワーク加入機器がネットワークノード形成のための回路部分を有しており、これは他のマスタユニットあるいは別のスレーブユニットの方向へテレグラムを転送する役割を果たす。これによって、ネットワークノードを介して接続されたEthernetフィジクスによるポイント・ツー・ポイントコネクションを用いた階層型ネットワークを、いっそう大きいネットワークトポロジにおけるリアルタイム通信を実行するために形成することもできる。これは分散型オペレーションシステムのネットワーク形成ないしは結合のためにも適している。この場合、第１の通信システムは、マスタユニットとして複数の運動制御装置と、スレーブユニットとして少なくとも１つの制御ユニットを有しており、その際、各制御ユニットは別の通信システムのマスタユニットの役割を果たし、これはモータ制御のための少なくとも１つの電力部とこれに対応づけられた発生器システムをスレーブユニットとして有している。

各ネットワーク加入機器内部のFast Ethernet電力ドライバおよび場合によってはネットワークノードを介して、個々のプロトコルコンポーネントにテレグラムが到達し、これらのコンポーネントはテレグラムプロトコルを処理し、そこではタイムスロットアクセス方式が実現される。プロトコルコンポーネントがスレーブアプリケーションのマイクロプロセッサ（本来の電力部）とは独立している場合、テレグラムフレームのコントロールビットによってスレーブ内の特定のアプリケーションイベントがトリガされ、その際、そのスレーブのマイクロプロセッサおよび対応するソフトウェアは必要とされない。これはセキュリティ関連の用途（たとえば緊急時オフ等）のために要求されるような第２のトリガチャネルに対応する。

さらにDE 100 04 425 A1によれば、複数のネットワーク加入機器たとえばセンサおよびアクチュエータの設けられたネットワークが知られており、それらの加入機器はデータ伝送のためネットワークを介して互いに接続されている。時刻同期合わせに関する精度を向上させる目的で、第１のテレグラムには送信時間遅延のぶんだけ訂正された第１のネットワーク加入機器の時刻が含まれており、第２の加入機器は、第１のテレグラム受信以降の時間遅延を測定し、第１のテレグラムを介して受信した時刻を実行時間と受信時間遅延のぶんだけ訂正するよう構成されている。さらに第２のネットワーク加入機器は、第３のネットワーク加入機器に対し同期合わせのため第２のテレグラムを送信するように構成されている。この第２のテレグラムには、伝播時間および第１のテレグラムの受信と第２のテレグラムの送信との間の遅延時間のぶんだけ訂正されて受信した時刻が含まれており、したがってそのつど訂正された時刻を加入機器から加入機器へと繰り返し転送することができるようになる。

さらにこの場合、１つのテレグラムの伝播時間の開始と終了をそれぞれ、テレグラム始端から一定間隔をもつ特徴的なテレグラムフィールドが第１のネットワーク加入機器におけるメディアインデペンデントインタフェースを離れた時点もしくは第２のネットワーク加入機器におけるメディアインデペンデントインタフェースに到来した時点とすることができる。その際に有利であるのは、送信時間遅延、伝播時間ならびに受信時間遅延の測定が個々のテレグラムの長さに左右されないことである。ネットワークコンポーネントがEthernet，Fast-EthernetまたはGigabit-Ethernetの仕様を満たすならば、有利には特徴的なテレグラムフィールドとしてTypeフィールドを利用することができる。ネットワーク加入機器たとえばフィールド機器に、別のネットワークコンポーネントを接続するための複数のポートたとえば４つのポートを設けることができる。その際、ポートを加入機器内部のプロセッサバスと接続するためのインタフェースいわゆるマイクロプロセッサインタフェースと、制御ユニットいわゆるスイッチコントロールユニットを設けることができ、このスイッチコントロールユニットはポートとマイクロプロセッサインタフェースとの間のテレグラム経路管理を行う。このことの利点は、ネットワーク加入機器たとえばフィールド機器を、フィールドバスのユーザにとって慣用のようにライン構造ないしはリニア構造で結線できることである。スター型構造であると必要となってしまう別個のスイッチが省かれる。スイッチ機能をネットワーク加入機器に統合することの利点は、Ethernetの場合には殊にＣＳＭＡ／ＣＤアクセス制御を非アクティブ状態にできることであり、ネットワークが決定論的な特性を得ることである。このようにしてネットワーク加入機器およびネットワークの適用領域が、リアルタイム特性の要求される適用事例に拡張される。様々なフィジクスならびに様々なプロトコルをもつ複数のネットワーク領域を結合するためのゲートウェイは不要である。

ネットワーク加入機器における適用事例固有の回路部分との通信はマイクロプロセッサバスを介して行われ、このマイクロプロセッサバスにはＲＡＭ、マイクロプロセッサおよびマイクロプロセッサインタフェースが接続されている。マイクロプロセッサの役割は、アプリケーションプログラムおよび通信機能の実行たとえばＴＣＰ／ＩＰの処理である。さらに別の役割として、外部のＲＡＭ内におけるそれぞれ異なる優先順位をもつテレグラムの送受信リストの管理を挙げることができる。

通信インタフェースのＡＳＩＣにはさらに４つのEthernetコントローラが組み込まれている。このEthernetコントローラは各々、マルチプレクサとＤＭＡ２コントローラとも呼ばれるＤＭＡコントロールとマイクロプロセッサインタフェースを介して、完全に受信したテレグラムのデータバイトをＲＡＭ内の受信リストにエントリする。マイクロプロセッサはこの受信リストにアクセスし、受信データをアプリケーションプログラムに応じて評価する。マイクロプロセッサインタフェースは、Ethernetコントローラとマイクロプロセッサバスとの間の基本的なインタフェースを成している。マイクロプロセッサインタフェースは、ＤＭＡコントローラもしくはＲＡＭに対するＤＭＡコントローラを介して行われる書き込みアクセスおよび読み出しアクセスを制御または調停する。両方のＤＭＡコントローラから同時にＤＭＡ要求が出された場合、マイクロプロセッサインタフェースは両方のＤＭＡチャネルのアクセス権に関して判定を下す。マイクロプロセッサインタフェースを介してさらにマイクロプロセッサによりパラメータレジスタが書き込まれる。この場合、パラメータレジスタはネットワーク加入機器の通信インタフェースを作動させるために必要とされる。トランスミットコントロール Transmit-Control と呼ばれるEthernetコントローラの装置には、テレグラムの送信や反復、送信中断等の役割を担う制御機構が含まれている。この制御機構は、内部のコントローラクロックと送信クロックとの間のインタフェースを成す。優先順位の低いテレグラムと優先順位の高いテレグラムのためのトランスミットステータス情報 Transmit-Status-Information を記憶するために、トランスミットステータスレジスタがそれぞれ装置に設けられている。１つのテレグラムが誤りなくポートを介して送信されたならば、対応するインタラプトが生成される。メディアインデペンデントインタフェース（Media Independent Interface MII）が７層モデルによるレイヤ２のＭＡＣサブレイヤすなわちデータリンクレイヤに組み込まれる。これは物理的なデータ伝送のためのコンポーネントに対するインタフェースを成す。さらにメディアインデペンデントインタフェースにはトランスミットファンクションブロック Transmit-Function-Block ならびにレシーブファンクションブロック Receive-Function-Block が含まれている。さらにＭＡＣコントロールブロック、アドレスフィルタ、スタティスティクスカウンタならびにホストインタフェースが組み込まれている。メディアインデペンデントインタフェースを介して、制御データおよびコンフィギュレーションデータをコンポーネントに伝送することができ、ステータス情報をそこから読み出すことができる。

分散型オートメーションシステムの場合、たとえば駆動技術の分野においては、特定の時点で特定のデータが（すなわちリアルタイム性が重要となるデータが）そのために定められている加入機器のところに到来しなければならず、受信側によって処理されなければならない。JEC 61491, EN61491 SERCOS interface 技術抄録 (http:// www.ser-cos.de/deutsch/index deutsch.htm)によれば、分散型オートメーションシステムにおいてリアルタイム性にとって重要な上述の形式のデータトラフィックを効果的に保証することができる。さらにオートメーション技術において、タイミング制御ないしはクロック制御される等距離特性の同期通信システムが知られており、これについてはたとえばDE 101 40 861 A1にデータネットワーク間のデータ伝送システムおよびデータ伝送方法に関して記載されている。詳しくは、第１のデータネットワークは少なくとも１つの第１の伝送サイクルでデータを伝送するための第１の手段を有しており、この場合、第１のデータサイクルはリアルタイム性にとって重要なデータを伝送するための第１の領域と、リアルタイム性にとって重要でないデータを伝送するための第２の領域とに分割されている。第２のデータネットワークには、少なくとも１つの第２の伝送サイクルでデータを伝送するための第２の手段が設けられており、この場合、第２のデータサイクルはリアルタイム性にとって重要なデータを伝送するための第３の領域と、リアルタイム性にとって重要でないデータを伝送するための第４の領域とに分割されている。さらに、同じ通信プロトコルまたは異なる通信プロトコルを用いるデータネットワークを結合するために、たとえばEthernetデータネットワーク殊にアイソクロンリアルタイムEthernet通信システムとPROFIBUSデータネットワークとの結合、あるいはアイソクロンリアルタイムEthernetデータネットワークとSERCOSデータネットワークおよび／またはFIREWIREデータネットワークとの結合、あるいはPROFIBUSデータネットワークおよび／またはFIREWIREデータネットワークとSERCOSデータネットワークとの結合のために、第１の領域におけるリアルタイム性にとって重要なデータを第３の領域に伝送するための結合ユニット（ルータ）が設けられている。

リアルタイム性にとって重要なデータを一方のデータネットワークから他方のデータネットワークへ伝送できるという性能は、周期的な同期テレグラムを一方のデータネットワークのタイミング発生器から他方のデータネットワークへ伝送するために利用され、これによって他方のデータネットワークにおいてもこの周期的な同期テレグラムを用いてローカルの相対時計を同期合わせすることができる。この目的で、それぞれ異なるデータネットワークがそれぞれ固有のタイミング発生器を備えている。複数のデータネットワークに及ぶタイミング同期に基づきデータネットワークの加入機器各々において、システム全体にわたり一義的な時刻を表示する相対時計を実現することができる。したがってこのような基本メカニズムをベースとして、２つの通信システムにおけるイベントを統一的な時間の合意によって捉えることができ、もしくは時間に関連するスイッチイベントを固有のデータネットワークまたは他のデータネットワークにおいてトリガすることができる。相対時計の精度は１つの伝送サイクルの精度に少なくとも相応する。この場合、ルータを別個の機器として構成することもできるし、複数のデータネットワークのうちの１つにおける加入機器に統合された構成部分とすることもできる。ここではデータネットワーク間において必要に応じて制御される非周期的な通信たとえばリモートプロシージャコールRemote Procedure Call (RPC)も可能であり、その際、所有権のあるプロトコルおよび／またはオープンなプロトコルを利用して相応の通信を行うことができる。

オートメーションコンポーネント（たとえば制御装置、駆動装置など）は一般に、周期的にタイミング制御される通信システムに対するインタフェースを利用することができる。オートメーションコンポーネントの実行レベル（Fast-cycleたとえば駆動装置の制御、回転数およびトルクの調整）は通信サイクルに同期合わせされており、これによって通信タイミングが設定される。オートメーションコンポーネントにおいてゆっくりと実行される他のアルゴリズム（Slow-cycleたとえば温度調整）も、もっとゆっくりとしたサイクルで十分ではあるけれども、やはりこの通信タイミングによって他のコンポーネント（たとえばファン、ポンプのためのバイナリスイッチ）と通信することができる。システム内のすべての情報を伝送するためにただ１つの通信タイミングしか使用しないことで、伝送区間の帯域幅に対し高い要求が生じる。したがってシステムコンポーネントは各プロセスレベルもしくはオートメーションレベルのために、ただ１つの通信システムもしくは通信サイクル（Fast-cycle）だけを利用し、このサイクル内で関連するすべての情報が伝送される。スローサイクルSlow-cycleにおいてのみ必要とされるデータは、帯域幅に対する要求を制限する目的で、たとえば付加的なプロトコルを介してランクづけして伝送することができる。

DE 101 47 421 A1によれば、スイッチング可能なデータネットワークにおける第１の加入機器をスイッチング可能なデータネットワークにおける第２の加入機器により制御する方法が知られており、この場合、制御回路はスイッチング可能なデータネットワークを介して閉じられる。この目的で、スイッチング可能なデータネットワークにおける各加入機器間の通信が、１つまたは複数のポイント・ツゥー・ポイントコネクションを介して互いに同期した伝送サイクルで行われる。その際、実際値と目標値もしくは調整量をデータネットワークを介して通信するために、伝送サイクルにおけるリアルタイム対応領域が利用され、制御に必要とされるデータテレグラムの通信が決められた時間窓内で行われる。さらにスイッチング可能なデータネットワークを介してコンダクタンスないしはガイド値を伝送することも可能であり、これはデータネットワークにおける複数の加入機器のうちの１つによりデータネットワークにおける１つまたは複数の加入機器のために生成される。たとえばこれを、装置における軸の実際値すなわちいわゆるマスタ軸の実際値とすることができる。この実際値に基づき該当する加入機器によりコンダクタンスが生成され、これはいわゆるスレーブ軸の制御に利用される。この種の制御の機能たとえばメモリプログラミング可能な制御、モーションコントロール制御あるいは数値制御を、駆動装置に統合することも可能である。

入出力ステーションを制御ユニットへ結合することほか、複数の加入機器のうちの１つにおいて相対時計を生成することもできる。相対時計はマスタ時計により生成されてネットワーク内で周期的に配布され、これはそのデータネットワークに関与するすべての加入機器が等しく調節された時刻を利用できるようにする役割を果たす。この場合、同期伝送サイクルにより、および／または複数のタイムスロットへの伝送サイクルの分割により、相対時計のためのタイムベースが与えられている。このような共通の時刻に基づき、イベントをタイムスタンプとともに捕捉することができ（たとえばディジタルＩ／０の検出）、もしくはスイッチング過程（たとえばディジタル／アナログ出力のスイッチング）に対応するタイムスタンプを設けることができ、スイッチング出力をこの共通の相対時刻に基づき実行することができる。リアルタイム通信においては場合によっては複数の通信サイクルが存在し、これは様々な「クオリティ・オブ・サービスquality of Services」を実現するためであり、たとえばこれには以下のようなものがある：並行コネクション（バスを介したコンダクタンス）、時間的にクリティカルな軸に対する目標回転数インタフェース／目標位置インタフェース、Ｉ／Ｏインタフェース、高速Ｉ／Ｏカップリングのための１ｍｓサイクル、または時間的にクリティカルな軸（周波数変換器、簡単なポジショニング軸）、アプリケーションデータたとえば緊急時オフ制御、分散されたシフトレジスタ（生産経過）、分散型システムにおける駆動制御（たとえば駆動形式）、穿孔自動装置における新たな穿孔指示の設定値（穿孔深さ）などのための４ｍｓサイクル、あるいはプロジェクティングデータおよびプロジェクティングイベントまたはエラー処理および診断に関するデータおよびルーチンのための非同期サイクルおよび／またはイベント制御型サイクル。

実質的に規定可能な通信特性、下方のミリ秒領域での応答時間ならびに低い通信ノードコストをもちEthernetをベースとする通信システムを産業オートメーションのために構築する方法を提供する目的で、DE 100 55 066 A1によればさらに、加入機器（オートメーション機器）間で多方向の交換を行うための方法が知られている。この方法によれば、送信されたEthernetデータパケット（テレグラム）のサイズに応じて、これが複数の小さいパケット（ショートテレグラム）に分解され、これらに対しそれぞれ少なくとも１つの制御情報が加えられ、小さいパケットは複数のサイクルでそれらのターゲットに向かって伝送され、場合によってはそこにおいて制御情報を利用してもとのEthernetデータパケットとなるようまとめられる。その際、ショートテレグラムよりも大きい長さをもつすべてのテレグラムが分解され、すべてのショートテレグラムは一定に調整された等しいサイズをもつ。制御情報からは、ショートテレグラムのソースとターゲット、分解されたテレグラムであるのか分解されていないテレグラムであるのか、いくつのショートテレグラムに分解されたのか、ならびにショートテレグラムの連続番号を取り出すことができる。この場合、インダストリアルドメインスイッチ（Industrial Domain Switch IDS）に対し１つの加入機器（たとえばオートメーション機器）を割り当て可能であり、加入機器はEthernet接続を介してＩＤＳと接続されており、これらの加入機器間で多方向の情報交換を行うために、ＩＤＳはEthernetコンフォーマルな接続を介してネットワークとして構築されていて、各ＩＤＳは所定の周期的な制御機構に従い時間的に規定されて送信権を受け取る。送信権設定は、システムスタートもしくはリスタート（パワーオンまたはリセット）時にマネージメントテレグラムを用いマネージメント機能を介して各ＩＤＳ間で取り決められ、その際にＩＤＳはそれがマネージメントテレグラムであることを識別する。ＩＤＳの制御ロジック全体を、高度に集積された電子コンポートに統合することができる。

これまで説明してきた従来技術の評価から明らかなようにオートメーション技術においては、個々の機器間の通信のために様々なインタフェースがそれらの物理特性ならびに伝送プロトコルによって定義されて国際規格に入れられるか、または産業標準として確立される。それらのシステムは一般にフィールドバスシステムと呼ばれ、これにはEthernetベースのテクノロジーも含まれている。インタフェースは専用の通信コントローラの形式であり、部分的にＣＰＵとともに集積回路（通信プロセッサ）として構成されている。これについてはたとえばDE 198 31 405 (ASIC: ASPC2), DE 299 07 909 (ASIC: SPC3), DE 199 28 517 C2 (ASIC: SUPI), DE 100 04 425 A1を参照されたい。また、インタフェース全体が交換可能なモジュールとして構成されていることも多く、このモジュールはたとえばプラグコネクタ、物理インタフェース、専用通信コントローラ、メモリを備えたマイクロプロセッサ、ならびにオートメーション機器のＣＰＵに対する伝達ロジック通常はデュアルポートメモリから成る。このモジュールは特有の伝送プロトコルを正確に実現するものであり、これに基づきモジュールを全体的に特別に開発しなければならない。

一般に通信プロセッサにはそれぞれ、特有のフィールドバスシステムのためのただ１つの特別な専用通信コントローラだけしか含まれておらず、他方、このような専用通信コントローラを複数含む回路も存在しており、これについてはたとえば、ＣＡＮ標準準拠の通信コントローラおよびEthernet標準準拠の通信コントローラに関するアメリカ合衆国特許出願09/780,979に記載されている。この場合には通常、通信特有に設計された一連の高価なコンポーネントを備えたハードウェアコンポーネントおよびソフトウェアコンポーネントたとえばハブおよびラインドライバ、Ethernetコントローラ、メディアインデペンデントインタフェースなどが必要であり、これは他のネットワーク（公共のデータネットワーク、他のＬＡＮまたはホストシステム）とのコネクションのために用いられ、また、フィールドバスインタフェースもしくはセンサバスインタフェースたとえばマスタプロトコルチップもしくはスレーブプロトコルチップを備えたシリアルペリフェラルインタフェースなどが必要とされ、さらにフィールドバス特有のプロトコルにおいて、相応のネットワークアクセスコントロールたとえばCSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection)、トークンパッシング（権限マークとしてのビットパターン）またはTCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol)の変換が必要とされる。

しかしながらこの種の回路または通信インタフェースを特別なフィールドバスに依存することなく、それに基づき通信機能の快適な固有の整合の実現を目的として開発することはほとんど留意されていない。通信コントローラによって通常、一般的なＳＰＳ機能コンポーネントの通信のためにそれぞれ特有のフィールドバスシステムだけが実現されており、その際にたとえば駆動装置は、高速で決定論的でありジッタのない通信コネクションを介して互いに同期合わせられる。このことは通信コントローラにおける特定のデータまたはイベントの検出を介して行われ、通信コントローラは後段に接続されたＣＰＵに対しインタラプトを介して、ポジションの測定あるいは操作量の送出など同期駆動機能を実行するよう指示する。この方法の欠点は、インタラプトにより特定の時間にわたり阻止されるオペレーションシステムを利用する場合には殊に、ＣＰＵのインタラプトレイテンシ時間が同期合わせの精度に決定的に関与することである。したがって実際には、リアルタイムで駆動可能なオートメーションシステムのための低コストの方法および通信インタフェースが欠けている。このようなオートメーションシステムとは、固有のたとえば自動的に整合可能なインタラクティブな通信を保証するものであり、あるいは容易な交換を実現するものであり、ないしは付加的なハードウェア機能モジュールや複雑なインタフェース整合を用いなくとも、高速かつ経済的に要求の高いオートメーションソリューションを確立するリアルタイム駆動可能なオートメーションシステムのための機能コンポーネントを実現するものである。このことが殊に重要である理由は、通信産業やコンピュータ産業はオートメーション技術および駆動技術の分野において殊に、きわめて進歩的であり開発の盛んな産業とみなせるからであり、それらにおいては急速な向上および簡素化が取り上げられて実践に移されるからである。

したがって本発明の課題は、オープンなオートメーションシステムにおけるバス加入機器のデータ通信方法において、任意のバス加入機器の接続が固有のインタラクティブな通信によって実現されるようにすることである。さらに本発明の課題は、機器の一部分の交換あるいは自動的な高精度の同期合わせを実現することである。

本発明によればこの課題は請求項１により解決される。

このためにデータ通信方法、たとえば通信コントローラを介して上位の制御装置と共働する分散制御装置を備えたオープンなオートメーションシステムの、シリアルデータバスを介して互いに通信を行うバス加入機器を結合するためのデータ通信方法が用いられる。この場合、
−通信コントローラは、任意にプログラミング可能な少なくとも１つの通信ＡＬＵにより構成されている。
−通信ＡＬＵの１つの命令コードに複数の命令がコーディングされていて、この命令コードは特別な通信機能に合わせて最適化されている。
−特別な通信機能を実行する複数の論理機能ブロックが通信ＡＬＵ内にパラレルに配置されている。
これにより通信機能は固定的にまえもって与えられるのではなく、任意にプログラミング可能でありかつ通信機能に合わせて最適化された通信ＡＬＵをベースとして構成されていて、１つのシステムクロック内で複数の命令を実行可能であり、それぞれ異なるネットワーク間の移行を実現することができる。

本発明による方法によって、簡単なやり方で「ほぼ決定論的な」通信コントローラの構造が可能となる。その際、通信コントローラは１つまたは複数の任意にプログラミング可能な通信ＡＬＵ（Arithmetik and Logic Unit）として構築され、これは通信タスクに合わせて最適化された命令セットとハードウェアアーキテクチャを有している。このようにすることで本発明による解決手段に関して以下の利点が得られる：
−この種の回路の開発、製造および販売を、特別なフィールドバスシステム／Ethernetに左右されることなく行うことができる。フィールドバス／Ethernet仕様内および殊にリアルタイムEthernet仕様内での拡張あるいはまったく新たなフィールドバスシステムの実装をソフトウェアアップデートで行うことができ、新たな回路を必要としない。
１つの回路内に２つまたはそれよりも多くの通信インタフェースが設けられている場合、個々のフィールドバス／Ethernetシステムはソフトウェアのロードにより決定され、したがってそれらをまったくフレキシブルに組み合わせることができる。

さらに本発明によれば上述の課題は請求項９により解決される。このためにデータ通信装置たとえば分散制御装置を備えたオープンなオートメーションシステムの、シリアルデータバスを介して互いに通信を行うバス加入機器を結合するためのデータ通信装置が用いられる。これには、
−通信コントローラが設けられており、この通信コントローラは上位の制御装置と共働し、任意にプログラミング可能な少なくとも１つの通信ＡＬＵを有している。
−複数の命令がコーディングされており通信機能に合わせて最適化されている命令コードが設けられている。
−特別な通信機能を実行する少なくとも２つの論理機能ブロックが通信ＡＬＵ内にパラレルに配置されている。
これにより通信機能は固定的にまえもって与えられるのではなく、任意にプログラミング可能でありかつ通信機能に合わせて最適化された少なくとも１つの通信ＡＬＵをベースとして構成されていて、１つのシステムクロック内で複数の命令を実行可能であり、それぞれ異なるネットワーク間の移行を実現することができる。

同様に固定的に配線されたロジックが対応する従来技術によるＦＰＧＡ（Field programmable Gate Array）またはその一部分のプログラミングによる専用の通信コントローラの構造と比べて、本発明による装置は上述の利点を有している。さらに慣用のＡＬＵとは異なり、命令は１つのクロックでパラレルに実行される。この目的で本発明によれば、対応する論理機能ブロックがＡＬＵ内にパラレルに配置されており、これらは同時に命令コードを処理することができ、それによってたとえば１００ＭＨｚ Ethernetのような高いボーレートであっても、必要とされる機能を実現することができる。

伝送ラインを介してビットシリアルに伝送可能なデータのデータ処理装置自体についてはDE 4220258 C2から知られている。この場合、データはまえもって定められたデータ伝達プロトコルに従いシリアルで伝送され、伝送前にインタフェース内でデータワードとしてパラレルに利用可能であり、もしくは伝送後にパラレルなデータワードとして再構築可能であり、１つのシステムクロックのビットクロック内で複数の命令が実行される。詳しくは、それぞれまえもって定められた伝送プトロコルに対して整合させるためにビット処理ユニットが設けられており、このユニットは選択的に駆動制御可能な複数の変換素子から成り、これらの変換素子はそれぞれのプロトコル取り決めに従い個々のデータビットを処理し、これらの変換素子は１つの制御機構によってコーディネートされる。ビット処理ユニットは、シーケンシャルに相前後して続くデータビットに対する少なくとも１つの比較器を有しており、この比較器の出力信号が上述の制御機構に送出される。さらに伝送ラインとビット処理ユニットとの間に結合素子が配置されており、これはデコーディングユニットとして、あるいは送出すべきデータのためのコーディングユニットとして構成されている。通信プロセスを時間的に重ね合って実行しなければならないときに作業速度を高めるために、ビット処理ユニットと、結合素子と、切替可能であり制御機構を介して選択的にアクティブにすることのできる２つの作業メモリが、内部バスに接続されている。

さらに、それぞれまえもって定められているプロトコル構造に依存してビット列シーケンスを変更するために、処理ユニットにおける複数の変換素子のうちの１つがビット交換装置として構成されている。それぞれ異なる順序のビットの重みを有するプロトコルの場合には殊に、１つのデータワード内に配置されたビットがワード中央で鏡像となるようビット交換装置が構成されている。ビット処理ユニットにおける変換装置の１つはソーティング装置として構成されており、これによってシリアルビットを１つのデータワードの任意の位置に挿入することができる。たとえば１Ｍｂｉｔ／ｓの領域とすることのできる十分に高い処理速度を確保する目的で、変換素子は実質的に回路技術的に実現されている。

これとは異なり本発明による装置の場合、フレキシブルな命令セットならびに対応する論理機能ブロックが設けられていることから、それよりも著しく高いシステムクロックたとえば１００ＭＨｚのシステムクロックで、ならびにイベント制御型で、複数のサブタスクをパラレルに解決することができ、それによってプロトコルに左右されることなく高い処理速度が達成される。つまりDE 42 20 258 C2によれば従来技術の場合のように、データリンクレイヤ（レイヤ２）におけるデータ伝送のために特別な通信ソリューションが開発されており、その際、パラメータのコンフィギュレーションやネットワークマネージメントといったそれよりも上のネットワーク階層やアプリケーションに近いサービスが考慮されていない。IEEE 802.11に準拠したオフィスおよび家庭での適用事例の場合には、ネットワーク負荷が高まったときにデータ伝送がいったん中断しテレグラムを繰り返さなければならないか否かは、一般に重要ではない。オートメーション技術の場合、個々の加入機器との周期的なデータ交換が保証されなければならず、すなわち規定時間内に決められたデータ量が伝送されなければならない。

本発明による解決手段によれば時間的にクリティカルなデータの伝送も保証されるので、高いサービス品質（Quality of Service QoS）が可能となるし、さらにネットワークマイグレーションたとえば１００倍に及ぶいっそう高速なEthernet環境へのＣＡＮバスのマイグレーションが可能となる。さらに有利には、新たな機器の初期化やエラーのある機器の交換をプラグ＆プレイで実現することができ、フレキシブルな通信メカニズムにより数多くの適用事例やシステムアーキテクチャに簡単に投入することができる。アプリケーションデータを変換しなければならないゲートウェイすなわちアプリケーションレイヤのサービスを他のアプリケーションレイヤに変換する装置（ビット指向データの場合には殊にこれにより著しく煩雑になる）は、本発明による解決手段によれば不要である。バスシステムとネットワークとの間の接続は本発明による解決手段によればデータリンクレイヤにおける変換により行われ、これによってたとえばＣＡＮメッセージをEthernetメッセージに変換することができる。それというのも、さらに上のプロトコル（アプリケーションレイヤ）は同一だからである。たとえば本発明による解決手段によれば、マスタ／スレーブシステムのみならず、双方向で通過させる少なくとも部分的に非階層構造のネットワークアーキテクチャを必要とする分散制御を実現することもできる。

さらに本発明によれば上述の課題は請求項１４により解決される。

このためフレキシブルな通信構造を備えた装置たとえばオートメーション装置が用いられ、これには、
−少なくとも１つの任意にプログラミング可能な通信コントローラが設けられており、この通信コントローラは上位の制御装置と共働する。
−この通信コントローラに統合されている少なくとも１つの任意にプログラミング可能な通信ＡＬＵと、
−識別コード、制御データ、受信データおよび送信データを伝送するため信号ラインを介して通信コントローラと接続されている交換可能な物理インタフェースが設けられている。これにより上述の物理インタフェースを交換することができる。

本発明によるオートメーション装置によって、簡単なやり方で「ほぼ決定論的な」通信コントローラの構造が可能となる。その際、通信コントローラは１つまたは複数の任意にプログラミング可能な通信ＡＬＵ（Arithmetik and Logic Unit）として構築され、これは通信タスクに合わせて最適化された命令セットとハードウェアアーキテクチャを有している。このようにすることで本発明による解決手段に関して以下の利点が得られる：
−交換可能なモジュールとして物理インタフェースが著しく小さくかつ安価になり、これは送信ラインと受信ラインといくつかの制御ラインだけによって、オートメーション装置における任意にプログラミング可能な通信コントローラと接続されている。これとは異なり、さもなければ一般的なデュアルポートメモリ結合におけるデータラインバスとアドレスラインバスと制御ラインバスのために約４０本の信号ラインが必要とされ、デュアルポートメモリ結合には著しく高い周波数の信号が含まれており、接続が数ｃｍに制限される。
−信号ラインが僅かであることから、交換可能な物理インタフェースをフレキシブルな接続を介してオートメーション装置内のあらゆる任意の個所に取り付けることができる。

さらに本発明によれば上述の課題は請求項１９により解決される。このためにデータ通信方法たとえばフレキシブルな通信構造を備えた装置たとえばオートメーション装置のコンフィギュレーション方法が用いられる。この装置には、少なくとも１つの通信コントローラ、この通信コントローラに統合された少なくとも１つの通信ＡＬＵおよび少なくとも１つの物理インタフェースが設けられている。この場合、
−通信機能が固定的にまえもって与えられているのではなく、任意にプログラミング可能であり通信機能に合わせて最適化されているＡＬＵをベースとして構成されている。
−スタートフェーズ中、物理インタフェースは信号ラインを介して識別コードを通信コントローラへ送信する。
通信コントローラは自律的に適正なコンフィギュレーションを実行し、対応するソフトウェアを通信ＡＬＵにロードする。

このようにすることで本発明による解決手段に関して以下の利点が得られる：
−交換可能な物理インタフェース回路を備えたこの種のオートメーション装置の開発、製造および販売を、特別なフィールドバスシステムに依存することなく行うことができる。
フィールドバス仕様内の拡張あるいはまったく新たなフィールドバスシステムの実装をソフトウェアアップデートで行うことができ、新たなインタフェース回路を必要としない。
２つまたはそれよりも多くの通信インタフェースが設けられている場合には殊に、個々のフィールドバスシステムはソフトウェアのロードにより決定され、したがってそれらをまったくフレキシブルに選択することができる。

さらに本発明によれば上述の課題は請求項２０により解決される。このためにデータ通信方法たとえば分散型制御装置を備えたオープンなオートメーションシステムの、シリアルデータバスを介して互いに通信を行うバス加入機器の同期合わせ方法が用いられる。その際、分散型制御装置は「ほぼ決定論的な」通信コントローラを有しており、この通信コントローラは少なくとも１つの任意にプログラミング可能な通信ＡＬＵを介して、後段に接続された制御装置と共働する。この場合、
−通信コントローラは特定のデータまたはイベントの発生を検出する。
−通信ＡＬＵは同期合わせされた制御機能を実行する。
−各同期時点の間に測定値および調整値が後段に接続された制御装置と交換される。
これにより、後段に接続された制御装置のインタラプトレイテンシタイムが制御機能のダイレクトな同期合わせに関与しなくなる。

本発明による上述の方法によれば、モジュール構造を維持しながらクロック同期された等間隔のバスを介した通信を、最短のサイクル時間で高度に精確なシーケンスを制御するために簡単なやり方で行えるようになる。制御および通信のソリューションは本発明によれば「ほぼ決定論的な」通信コントローラに基づくものであり、この通信コントローラは任意にプログラミング可能な１つまたは複数の通信ＡＬＵ（Arithmetik and Logic Unit）によって構成されており、これは通信タスクに合わせて最適化された命令セットおよびハードウェアアーキテクチャを有する。このようにすることで本発明による解決手段に関して以下の利点が得られる：
−この種の回路の開発、製造および販売を、特別なフィールドバスシステムに依存することなく行うことができる。
−フィールドバス仕様内の拡張あるいはまったく新たなフィールドバスシステムの実装をソフトウェアアップデートで行うことができ、新たな回路を必要としない。
−１つの回路内に２つまたはそれよりも多くの通信インタフェースが設けられている場合には殊に、個々のフィールドバスシステムはソフトウェアのロードにより決定され、したがってそれらをまったくフレキシブルに選定することができる。
−本発明による制御ソリューションと通信ソリューションの組み合わせは、リアルタイム性にとって重要な要求を満たすにもかかわらず僅かなコストで実現することができ、一貫したプログラミングおよび共通のデータ保持（すべての呼称はシステム全体にわたり自動的に既知であり一義的である）の結果、これによって将来の補足のためになお十分なフリースペースが提供され、たとえばパラレル化されたサブルーチンに対するシーケンスの挿入、要求に応じたディジタル入／出力の駆動が可能となり、さらに選択的に単独でまたは相互に様々な関係で軸を扱うことができるようになる。

さらに本発明によれば上述の課題は請求項２１により解決される。このためにデータ通信方法たとえば分散型制御装置を備えたオープンなオートメーションシステムの、シリアルデータバスを介して互いに通信を行うバス加入機器の同期合わせ方法が用いられる。その際、分散制御装置は「ほぼ決定論的な」通信コントローラを有しており、この通信コントローラは少なくとも１つの任意にプログラミング可能な通信ＡＬＵを介して後段に接続された制御装置と共働する。この場合、
−周期的に実行される制御機能のスタート時点に、同期合わせされたローカルタイムが記憶される。
−前回のスタート時点で記憶された時間との差分形成により、サイクル時間がローカルタイムに基づき測定される。
−現在のサイクル時間の増加または低減により、ローカルタイムに関して一定にかつ固定的な位相関係でサイクル時間が保持される。
これによりサイクル全体がサイクル時間についてもその位相についてもローカルタイムに同期合わせされる。

「ほぼ決定論的な」通信コントローラにより後段に接続された制御装置を用いずに制御機能のダイレクトな同期合わせが行われる請求項２０記載の方法と対比して、請求項２１記載の方法によれば、記憶されているローカルタイムに従い制御機能のそのつどのスタートとの同期合わせが実行される。これら双方の方法によれば、後段に接続された制御装置のインタラプトレイテンシタイムが制御機能の同期合わせに関与せず、その際、２番目の方法によればローカルタイム運用のためにいくらか高めのハードウェアコストが必要である。

さらに本発明によれば上述の課題は請求項２４により解決される。このためにデータ通信装置たとえば分散型制御装置を備えたオープンなオートメーションシステムの、シリアルデータバスを介して互いに通信を行う加入機器の同期合わせ装置が用いられる。この場合、
−「ほぼ決定論的な」通信コントローラが設けられており、この通信コントローラは少なくとも１つの任意にプログラミング可能な通信ＡＬＵを有している。
−通信コントローラの後段に接続された制御装置が設けられている。
−通信ＡＬＵにおける時間を測定および記憶する手段を備えた少なくとも１つの論理機能ブロックが設けられている。
このようにして通信コントローラによって、後段に接続された制御装置を用いずに制御機能のダイレクトな同期合わせが行われ、または記憶されているローカルタイムに従い制御機能のスタートごとに同期合わせが行われる。

本発明による装置により得られる利点とは、基本的なハードウェア整合を行う必要なく２つの高性能の方法を利用できることである。このことは、「ほぼ決定論的な」通信コントローラにインタフェースプログラミングを経て組み込まれた簡単にパラメータ設定可能な動作パラメータに基づいている。

請求項１５記載の本発明の実施形態によれば、任意にプログラミング可能な複数の通信コントローラが通信プロセッサに含まれている。

本発明のこの実施形態により得られる利点とは、従来技術とは異なり各チャネルごとに交換モジュールにおいて必要とされるマイクロプロセッサおよびそれに対応するインフラストラクチャたとえば記憶装置やデュアルポートメモリが省略されることである。

請求項１６記載の本発明の１つの有利な実施形態によれば、物理インタフェースがライン接続におけるプリント回路として構成されている。

本発明のこの実施形態により得られる利点とは、物理インタフェースの寸法が小さくなることから、これをプリント回路としてライン端子の受け渡しプラグのところにじかに実装可能なことである。

有利には請求項１８に記載されているように、通信プロセッサはアプリケーションも伝送プロトコルも処理する。

今日のマイクロプロセッサは、アプリケーションも伝送プロトコルも処理できる性能を有している。したがって有利なことに、第２のマイクロプロセッサならびにそれに対応するインフラストラクチャが交換モジュールにおいて省略される。

図面を参照しながら説明する以下の本発明の有利な実施形態の記載には、その他の利点や詳細な点が示されている。

図１は、任意にプログラミング可能な通信コントローラを備えた通信プロセッサのブロック回路図である。

図２は、図１に示した通信プロセッサのための任意にプログラミング可能な通信コントローラのブロック回路図である。

図３は、本発明による命令コードに関する一例を示す図である。

図４は、本発明によるフレキシブルな通信構造を備えたオートメーション機器のブロック回路図である。

図５は、駆動機能のダイレクトな同期合わせを行う実施形態を示すブロック回路図である。

図６は、駆動機能のスタートごとにシステム時間の記憶が行われる第２の実施形態を示すブロック回路図である。

図７は、図６の実施形態に関してＰＷＭサイクルがローカルのシステム時間に同期合わせされる様子を示すタイムチャートである。

オートメーション技術においては数年来、異種および同種のネットワーク間で通信可能な標準化された通信サービスおよびプロトコルを利用して様々な通信システムが適用されてきた。最下位レベルには、たとえばセンサ−アクチュエータバスシステムまたはバックプレーンシステム（たとえば市販の標準支持レールに取り付け可能なモジュール型入出力機器）が配置されており、中位レベルには、機械を制御するために「埋め込まれた」ネットワーク（これによりプログラミング可能な制御装置、複合的な電気的および液圧的駆動機器、入出力機器、データ捕捉機器またはマンマシンインタフェースが接続される）が、さらに最上位レベルには工場オートメーションのためのネットワークが配置されている。本発明による解決手段によれば通信関係に関して統一的な論理的ネットワークが設けられるので、あとで説明する慣用の通信ネットワークの技術と（コンピュータ）データネットワークとの間で明確な境界をもはや引くことはできない。

通信技術においては連続的なデータ流の伝達が、たとえば音声通信あるいはビデオ通信が一般に、ＬＡＮ（Local Area Network）、ＭＡＮ（Metropolitan Area Network）またはＷＡＮ（Wide Area Network）といったパケット交換型通信ネットワークを介して行われる。また、ＡＤＳＬ技術（Asymmetrie Digital Subscriber Line 非対称型ＤＳＬデータ伝送方式）が利用されることも多くなっている。さらにＡＤＳＬ技術とならんで他のＤＳＬ技術も一般に利用されており、たとえばＨＤＳＬ（= High Data Rate Digital Subscriber Line）、ＳＤＳＬ（= Single Line Digital Subscriber Line）、ＭＤＳＬ（= Multirate Digital Subscriber Line）、ＲＡＤＳＬ（Low Rate Adaptive Digital Subscriber Line ）ならびにＶＤＳＬ（= Very High Rate Digital Subscriber Line）も一般に利用されており、これらは各々適用事例に合わせて最適化されていて、ｘＤＳＬ伝送技術という概念でまとめられるものである。通信はまったく異なる帯域幅のコネクションを介して行われ、つまりたとえば５６ｋｂｉｔのアナログ接続または６４ｋｂｉｔのＩＳＤＮまたはＤＳＬまたはＬＡＮで接続されているかぎり１００Ｍｂｉｔのツイストペアラインを介して、あるいは２Ｍｂｉｔまたはそれ以上の選択接続線を介して、あるいは標準ラインＸ．２５を介して行われる。これに応じて多数のインタフェース装置が知られており、たとえば
・ＩＳＤＮ Ｓ₀インタフェース
・ＰＣＩバスに対するＬＡＮインタフェースＦＥ（プログラムメモリ付き）
・１０／１００Ｍｂｉｔ Ethernetまたはトークンリングとしての外部ＬＡＮインタフェースＬＡＮ（プログラムメモリ付き）
・ＷＡＮインタフェースＷＡＮ：２Ｍｂｉｔ／ｓまでのX.21, V.35, G.703/704
が知られている。 .
この場合、ユーザのすべてのインタラクションすなわち対話がイベントによりユーザとダイアログサーバとの間のダイアログに供給され、その際、ダイアログ制御装置ＤＥにはセッションＩＤがアクセス権として格納されている。ダイアログサーバのハードウェアコンセプトを、世界規模のネットワークオペレーションにおいて発展し続ける多種多様な接続規格に整合させなければならない。選択的にＢＮＣ接続、ＡＵＩ接続、ＬＷＬ接続またはツイストペア接続を備え特別に整合されたＬＡＮモジュールにより、ダイアログサーバがローカルのトークンリングネットワークおよびEthernetネットワークと接続される。広いトラフィックネットワーク（たとえばＩＳＤＮ，Ｘ．２５）および標準ラインに対するアクセスは、部分的にマルチチャネルのＷＡＮアダプタ（S₀, U_P0, U_KO, X.21, V.24, V.35）によって行われる。最適なパフォーマンスのために、アクティブなＷＡＮアダプタを使用することができる。ＩＳＤＮ領域においては、プロトコルDSS1, 1TR6, Nl-1ならびにFetex 150を利用することができる。

図１に示されている本発明による解決手段によれば、インタフェースは任意にプログラミング可能な通信コントローラＫＣとして構成されている。本発明によれば通信コントローラＫＣは３つの通信ＡＬＵから成り、これらについては図２に詳しく示されている。すなわち、
・受信処理ＡＬＵ（ＲＰＡ）、これは伝送レートに従い受信したビットもしくはニブル（バイトの半分）のシリアルデータ流をデコーディングし、パラレル表現（たとえばバイト、ワードまたはダブルワード）に変換する役割をもつ。
・送信処理ＡＬＵ（ＴＰＡ）、これはパラレル表現のデータをコーディングしてビットもしくはニブルのシリアルデータ流を生成し、適正な伝送レートでラインに送出する役割をもつ。

−プロトコル実行ＡＬＵ（ＰＥＡ）、これは関連し合うデータパケットの送信経過および受信経過を制御する。

たとえば１００ＭＨｚ Ethernetといった高いボーレートの場合でも必要とされる機能を実現できるようにする目的で、本発明による解決手段は以下の要求を満たす。
・通信ＡＬＵであるＲＰＡとＴＰＡは複数の命令をパラレルに実行することができる。この目的で本発明によれば、幅の広い命令コードＢＣ（図３参照）たとえば６４ｂｉｔが使用され、そこには複数の命令（図３参照、７つの上位ビット、演算、条件、ジャンプ）がコーディングされている。これをたとえば論理演算、プログラミングジャンプ、フラグＦにおけるビットのセットおよびリセット、カウンタの増分および減分、データの転送、専用の機能レジスタの操作などとすることができる。慣用のＡＬＵとは異なり、これらの命令は１つのクロックでパラレルに実行される。この目的で本発明によれば、対応する論理機能ブロックが通信ＡＬＵ内にパラレルに配置されており、同時に命令コードＢＣを処理することができる。
・通信ＡＬＵのＲＰＡとＴＰＡは専用の機能レジスタを利用することができ、これらも処理すべきデータに対しパラレルに作用する。詳しくは以下のとおりである：
−シフトレジスタＦＩ、シフトによりこれに対し自動的にシリアルデータが入力され、あるいはそこから出力され、任意のポジションにおけるビットの挿入および消去を行うことができる。
−シリアルデータを自動的に計数していくカウンタＺおよび等しいときにビットをセットする比較レジスタ
−比較レジスタＶ、これはシリアルデータを所定のビットパターンと比較し、等しければフラグＦにビットがセットされる。
−ＣＲＣジェネレータＣＲＣ、これはビットシリアルデータから自動的にＣＲＣ多項式を計算する。
・通信ＡＬＵ ＰＥＡは、慣用のＡＬＵとは異なり多数の特別なイベントをハードウェアによりパラレルに監視する。これをたとえば以下のものとすることができる：
−ＲＰＡからもしくはＴＰＡないしは上位のＣＰＵへの特定のデータの引き渡し
−時間の経過
−特定のカウンタ計数状態への到達、あるいは
−特定の状態ビットのセット。

１つのイベントまたは所定の複数のイベントの組み合わせが発生すると、通信ＡＬＵ ＰＥＡは１つのシステムクロック内でそのイベントに割り当てられたプログラムコード部分の処理により応答する。
・さらに通信ＡＬＵ ＰＥＡは１つのシステムクロック内で以下のことを実行できる：
−ローカルのデュアルポートメモリＤＰＭからのデータ読み出し
−それらの処理
−通信ＡＬＵ ＴＰＡへの引き渡し
もしくは通信ＡＬＵ ＲＰＡによる
−それらの受け取り
−それらの処理
−ローカルのデュアルポートメモリＤＰＭへのそれらの格納。
・ローカルのデュアルポートメモリＤＰＭへのアクセスは２つのレジスタを介して２重にインデクシングされて行われる。その目的は、通信技術において一般的なデータ構造にダイレクトに１つのシステムクロック内でアクセスできるようにするためである。

通信ＡＬＵであるＰＥＡとＲＰＡもしくはＴＰＡとの間のインタフェースは本発明によれば、到来データもしくは送出データをバッファリングする目的でＦＩＦＯとして構成されている。

通信コントローラＫＣと上位の制御装置ＣＰＵとの間のインタフェースは本発明によれば、大きなデータ量を高速に伝送するためのＤＭＡコントローラＤＭＡとして、ステータス変数を導くためのデュアルポートメモリＤＰＭとして、および同期合わせのための共通のレジスタセットＳＲとして構成されている。
・本発明によれば、通信ＡＬＵであるＰＥＡ，ＲＰＡもしくはＴＰＡを互いに同期合わせする目的で、共通のレジスタＳＲのセットが設けられており、これに対し通信ＡＬＵのＰＥＡ，ＲＰＡもしくはＴＰＡは書き込みを行えるし、そこから読み出すことができる。
・この共通のレジスタＳＲに対し上位の制御装置ＣＰＵも、通信ステータスをモニタリングもしくは制御する目的でアクセスすることができる。

Ethernetプロトコルにおいてソフトウェアで実現されている通信ＡＬＵ ＴＰＡにおける別の機能は以下のとおりである：送信すべきバイトのマッピング、半二重モードにおける衝突の検出およびバックオフアルゴリズムの実行、送信プロセス終了後の通信ＡＬＵ ＰＥＡへの伝送ステータス情報の提供、２つのテレグラム間の休止時間であるインタパケットギャップ（Inter-Packet-Gap IPG）の保持、プリアンブル、スタートオフフレームデリミタ（Start-Off-Frame-Delimeter SFD）およびパラメータ化可能な冗長巡回チェックワード（Cyclic-Redundancy-Check-Wort CRC）による送信データの補足、テレグラム長が６０byteよりも小さければパッドバイトPad-Byteによるテレグラムの充填、ならびに要求に応じた送信プロセスの中断。

通信ＡＬＵ ＲＰＡのさらに別の機能は以下のとおりである：通信ＡＬＵ ＰＥＡへの受信バイトの提供、スタートオブフレームデリミタStart-Of-Frame-DelimeterおよびＶＬＡＮ（Virtuell-LAN）フレームの識別、テレグラム中の長さフィールドおよびＣＲＣワードのチェック、受信プロセス終了後通信ＡＬＵ ＰＥＡへの受信ステータス情報の提供、ならびにテレグラムにおけるプリアンブルとスタートオブフレームデリミタの除去。

これら通信ＡＬＵにおけるＰＥＡ，ＲＰＡもしくはＴＰＡは上位の制御装置ＣＰＵと共働し、この上位の制御装置ＣＰＵを回路に統合することもできるし外部に配置しておくこともできる。上位の制御装置ＣＰＵが統合されている場合、回路は通信機能を実行し、その場合、外部の制御装置（ホストシステム）への結合のためデュアルポートメモリＤＰＭＨを有しており、あるいは回路は通信のほかアプリケーション全体を実行し、その場合、外部メモリおよび周辺コンポーネントの接続のため内部システムバスを拡張バスＥＢとして用いる。有利には、アドレスバスラインとデータバスラインと制御バスラインとに接続されたホスト制御装置ＨＣを備えたホストインタフェース装置が設けられており、これはメモリおよび周辺コンポーネントを接続するための拡張バスＥＢとさらに別の上位の制御装置を接続するためのデュアルポートメモリＤＰＭＨとの間で切替可能である。この場合、両方の動作モードについて同じ信号を利用させ、それをソフトウェアで切り替えさせる。その際、通信ＡＬＵにおけるＲＰＡ，ＴＰＡ，ＰＥＡのレジスタセットＳＲとデュアルポートメモリＤＰＭを進行中のオペレーションに対しパラレルに上位の制御装置（ＣＰＵ）から読み出したり書き込んだりすることができ、これによって産業上のリアルタイムEthernetソリューションがネットワークサイクルおよびマイクロ秒領域の精度で可能となり、このために専用のハードウェアコンポーネントあるいはＡＳＩＣによる支援は不要である。このことはリアルタイム伝送の最適化および整合についてもあてはまり、たとえばアプリケーション、システムおよび通信アーキテクチャの要求に対する適合についてもあてはまるので、マネージメントレベルからフィールドレベルに至るまで一貫したデータアクセスが保証される。

図１に示されているように本発明による装置はデータスイッチＤＳも有しており、これはたとえば３２ｂｉｔの制御装置ＣＰＵおよび他の通信ＡＬＵであるＰＥＡ（図１には４つの別個の通信コントローラＫＣが描かれている）をメモリＳＰ、内部周辺機器ＰＥ、ならびにホスト制御装置ＨＣに対応づけられたデュアルポートメモリＤＰＭＨと接続する。データスイッチＤＳにより、データに対するマスタポートの同時アクセスがそれぞれ異なるスレーブポート（この実施例では２つ）を介して可能となることから、他の通信プロセッサにおいて知られている１つの共通のバスの「ボトルネック」が回避される。

図４に示したフレキシブルな通信構造を備えたオートメーション機器の本発明による解決手段の場合、オートメーション機器ＡＧのベースボードは少なくとも１つの、図示の実施例では４つの任意にコンフィギュレーション可能な通信コントローラＫＣを備えた通信プロセッサＫＣを有している。本発明によれば、少なくとも１つの任意にプログラミング可能な通信ＡＬＵのＫＡが通信コントローラＫＣに組み込まれている。通信ＡＬＵにおけるＫＡの役割は既述のように、伝送レートに従い受信したビットもしくはニブル（バイトの半分）のシリアルデータ流をデコーディングし、パラレル表現（たとえばバイト、ワードまたはダブルワード）に変換し、および／またはパラレル表現のデータをビットもしくはニブルのシリアルデータ流にコーディングし、適正な伝送レートでラインに送出し、および／または関連するデータパケットの送信経過と受信経過を制御することである。

さらにオートメーション機器ＡＧのベースボードには少なくとも１つの、図示の実施例では４つの、信号ラインＩＣ，ＳＴ，ＥＤ，ＳＤを介して通信コントローラＫＣと接続されている交換可能な物理インタフェースＰＳが含まれており、このインタフェースを介してそれぞれ識別コード、制御データ、受信データならびに送信データが伝送される。図4に示されているように通信プロセッサＫＰはデータスイッチＤＳも有しており、これはたとえば３２ｂｉｔの制御装置ＣＰＵおよび通信コントローラＫＣ（図4には４つの別個の通信コントローラＫＣが描かれている）をメモリＳＰ、内部周辺機器ＰＥ、ならびにホスト制御装置ＨＣと接続する。ホスト制御装置ＨＣは、外部のメモリと周辺コンポーネントを接続するための拡張バスＥＢと、別の上位の制御装置を接続するためのデュアルポートメモリＤＰＭＨとの間で切替可能である。したがって既述のようにデータスイッチＤＳにより、データに対するマスタポート（この実施例では２つ）の同時アクセスがそれぞれ異なるスレーブポート（この実施例では３つ）を介して可能となることから、他のバスコントローラにおいて知られている１つの共通のバスの「ボトルネック」が回避される。これにより、メモリとデュアルポートメモリＤＰＭＨを進行中のオペレーションに対しパラレルに読み出したり書き込んだりすることができるので、産業上のリアルタイムEthernetソリューションがネットワークサイクルおよびマイクロ秒領域の精度で可能となり、このために専用のハードウェアコンポーネントあるいはＡＳＩＣによる支援は不要である。このことはリアルタイム伝送の最適化および整合についてもあてはまり、たとえばアプリケーション、システムおよび通信アーキテクチャの要求に対する適合についてもあてはまるので、マネージメントレベルからフィールドレベルに至るまで一貫したデータアクセスが保証される。

つまり本発明によれば、通信機能がまえもって固定的に定められているのではなく、任意にプログラミング可能であり通信機能に合わせて最適化された通信ＡＬＵのＫＡをベースとして構成されている。通信コントローラＫＣはスタートフェーズ中、物理インタフェースＰＳの識別コードを読み込み、ついで通信ＡＬＵのＫＡを適切にコンフィギュレーションし、対応するファームウェアを自律的ないしは自動的にロードする。さらに通信プロセッサＫＰには任意にプログラミング可能な複数の通信チャネルが含まれており、これにより通信標準における任意の組み合わせを実現することができる。有利な構成によれば、通信プロセッサＫＰは任意にプログラミング可能な複数の通信コントローラＫＣをベースとして、通信プロトコルのほかアプリケーションを実行することもできる。本発明によれば物理インタフェースＰＳは、固有のインテリジェンスまたはコントローラの機能を備えていない独立した交換可能なモジュールとして構成されており、これはスタートフェーズ中に識別コードを任意にプログラミング可能な通信コントローラＫＣに登録し、適切なコンフィギュレーションと対応するファームウェアをロードする権限を与える。たとえば本発明による解決手段によれば、マスタ／スレーブシステムのみならず、双方向で通過させる少なくとも部分的に非階層構造のネットワークアーキテクチャを必要とする分散制御を実現することもできる。

図５に示されている「ほぼ決定論的な」通信プロセッサＫＰに関する本発明による解決手段によれば、この通信プロセッサは少なくとも１つの、図示の実施例では３つの任意にプログラミング可能なコントローラＫＣを有しており、これらは３つの通信ＡＬＵすなわちＲＰＡ，ＴＰＡ，ＰＥＡをそれぞれ備えている。第１の通信ＡＬＵであるＲＰＡの役割は既述のように、伝送レートに従い受信したビットもしくはニブル（バイトの半分）のシリアルデータ流をデコーディングし、パラレル表現（たとえばバイト、ワードまたはダブルワード）に変換することであり、第２の通信ＡＬＵであるＴＰＡの役割は既述のように、パラレル表現のデータをビットもしくはニブルのシリアルデータ流にコーディングし、適正な伝送レートでラインに送出することであり、第３の通信ＡＬＵであるＰＥＡの役割は既述のように、関連するデータパケットの送信経過と受信経過を制御することである。

図５に示した実施形態の場合、パルス幅変調段ＰＷＭを備えた通信コントローラＫＣはモータ出力段を駆動制御する役割をもち、エンコーダロジックＥＬはポジション実際値を読み込む役割、サンプル＆ホールド段ＳＨならびにアナログ／ディジタル変換器ＡＤは相電圧とモータ電流を測定する役割をもつ。その際、たとえばポジション、モータ電圧およびモータ電流もしくは相電圧が通信コントローラＫＣと駆動部との間で伝送される。

図５に示されているように通信コントローラＫＣにはデータスイッチＤＳも含まれており、これはたとえばその後段に接続された３２ｂｉｔ制御装置ＣＰＵと通信ＡＬＵであるＫＣをメモリＳＰおよび内部周辺装置ＰＥと接続する。通信ＡＬＵのＲＰＡとＴＰＡは複数の命令をパラレルに実行することができる。すでに述べたようにこの目的で幅の広い命令コードＢＣたとえば６４ｂｉｔの命令コードを利用することができ、そこに複数の命令がコーディングされている。これをたとえば論理演算、プログラミングジャンプ、ビットのセットおよびリセット、カウンタの増分および減分、データの転送、専用の機能レジスタの操作などとすることができる。慣用のＡＬＵとは異なり、これらの命令は１つのクロックでパラレルに実行される。相応に通信ＡＬＵ ＰＥＡは、慣用のＡＬＵとは異なり多数の特別なイベントをハードウェアでパラレルに監視する。これをたとえば以下のものとすることができる：
−通信ＡＬＵ ＲＰＡからもしくは通信ＡＬＵ ＴＰＡないしは後段に接続された制御装置ＣＰＵへの特定のデータの引き渡し
−時間の経過
−特定のカウンタ計数状態への到達、あるいは
−特定の状態ビットのセット。

１つのイベントまたは所定の複数のイベントの組み合わせが発生すると、通信ＡＬＵ ＰＥＡは１つのシステムクロック内でそのイベントに割り当てられたプログラムコード部分の処理により応答する。

さらに通信ＡＬＵ ＰＥＡは１つのシステムクロック内で以下のことを実行できる：
−ローカルメモリＳＲからのデータ読み出し
−それらの処理および通信ＡＬＵ ＴＰＡへの引き渡し
もしくは通信ＡＬＵ ＲＰＡによる
−それらの受け取り
−それらの処理およびローカルメモリＳＲへの格納。

ローカルメモリＳＲへのアクセスは２つのレジスタを介して２重にインデクシングされて行われる。その目的は、通信技術において一般的なデータ構造にダイレクトに１つのシステムクロック内でアクセスできるようにするためである。したがってすでに述べたようにデータスイッチＤＳにより、データに対するマスタポート（この実施例では２つ）の同時アクセスがそれぞれ異なるスレーブポート（この実施例では３つ）を介して可能となることから、他の通信プロセッサＫＰにおいて知られている１つの共通のバスの「ボトルネック」が回避される。これにより、進行中のオペレーションに対しパラレルなメモリの読み出しおよび書き込みを行うことができるので、産業上のリアルタイムEthernetソリューションがネットワークサイクルおよびマイクロ秒領域の精度で可能となり、このために専用のハードウェアコンポーネントあるいはＡＳＩＣによる支援は不要である。このことはリアルタイム伝送の最適化および整合についてもあてはまり、たとえばアプリケーション、システムおよび通信アーキテクチャの要求に対する適合についてもあてはまるので、マネージメントレベルからフィールドレベルに至るまで一貫したデータアクセスが保証される。

つまり本発明によれば、通信機能があらかじめ固定的に決められているのではなく、任意にプログラミング可能であり通信機能に合わせて最適化された通信ＡＬＵ ＫＡをベースとして構成されている。通信プロセッサＫＰはスタートフェーズ中、通信コントローラＫＣを適切にコンフィギュレーションし、対応するファームウェアを自律的にロードする。さらに通信プロセッサＫＰには任意にプログラミング可能な複数の通信コントローラＫＣが含まれており、これにより通信標準における任意の組み合わせを実現することができる。

有利な構成によれば、通信プロセッサＫＰは任意にプログラミング可能な複数の通信コントローラＫＣをベースとして、通信プロトコルのほかアプリケーションを実行することもできる。本発明によれば図５に示した実施形態の場合、任意にプログラミング可能な通信ＡＬＵのＲＰＡ，ＴＰＡ，ＰＥＡは完全に決定論的に動作し、後段に接続されている制御装置ＣＰＵを用いなくても同期合わせされた駆動機能を自律的に実行する。各同期時点の間で、２つのエンコーダロジックＥＬを介して、あるいはサンプル＆ホールド回路ＳＨとＡ／Ｄ変換器ＡＤを介して伝送される測定値（ポジションまたはモータ電流ないしは相電圧）が交換され、もしくはＰＷＭ変調器ＰＷＭを介して伝送される調整値が後段に接続されたＣＰＵと交換され、これによってそれらのインタラプトレイテンシタイムが駆動機能の同期合わせに関与しなくなる。つまり本発明によれば、高速で決定論的かつジッタのない通信コネクション殊にリアルタイムEthernetコネクションたとえばPROFINET, POWERLINK, SERCOS-3, EtherCATに合わせた駆動機能たとえばポジション測定あるいは調整量出力のダイレクトな同期合わせが実現される。

これに対する代案として駆動装置がローカルタイムを扱うこともでき、このローカルタイムは通信コネクションを介して他の駆動装置におけるローカルタイムとともに、オートメーション装置内で共通のシステムタイムに同期合わせされる。この場合、決められた規定の時点で個々の駆動装置において同期合わせされる機能たとえばポジション測定またはモータ電流出力をアクティブにすることができる。きわめて困難であるのは、そのために必要とされる機能が周期的に実行され、サイクル全体をそのサイクル時間と位相中にローカルタイムに同期合わせしなければならないことである。図６に示されている実施形態によれば図５に示した実施形態と異なり付加的にローカル時計Ｕが配置されており、さらに通信ＡＬＵ ＲＰＡ，ＴＰＡ，ＰＥＡの接続経路中にそれぞれラッチＬが配置されている。周期的に進行する制御機能のスタート時点において、同期合わせされたローカルタイムがラッチＬに記憶され、前回のスタート時点においてラッチＬに記憶されている時間との差分形成によりローカル時計Ｕの時間に基づきサイクル時間が測定され、ついで現在のサイクル時間の増加または減少によりこれがローカルタイムと関連させて一定にかつ決められた位相関係に維持される。図７のタイムチャートからすぐにわかるように、これによってサイクル全体がそのサイクル時間においても位相においてもローカルタイムに同期合わせされる。つまり本発明によれば、周期的な駆動機能たとえばポジション測定または調整量出力をローカルのシステムタイムにダイレクトに同期合わせできるようになり、このローカルのシステムタイムは適切なプロトコルたとえばIEEE 1588により、オートメーションシステム内で同期動作に合わせて追従制御される。

本発明による解決手段の構成をオートメーション技術における適用殊に駆動機能について説明してきたけれども（バーコードシステム、識別システム、インテリジェントＥＡ、ローコスト駆動装置、ＳＰＳまたはマシンターミナルのための汎用的な通信プラットフォームを含む）、本発明による方法および装置を相応のネットワーク移行部を備えた他のメッセージネットワークにも適用することができる。標準制御機能および安全機能のインテリジェントな関連づけにより、標準機能も安全機能も反作用なく１つのシステムにおいて組み合わせることができる。システムのモジュール性によりユーザに対し、いつでも簡単に拡張可能なオーダーメードのソリューションのための大きなフレキシビリティが提供され、これによってさらにマイグレーションも可能となる。その理由は、本発明によるコンセプトがメッセージネットワークまたはシステム／施設（交換型コネクションについても含む）において先を見越して構築されているからであり、本発明や基本コンセプトを変更することなく個々の状況や接続状態に合わせることができるからである。たとえば本発明による方法によれば、ネットワークに任意に組み入れることのできるバス加入機器を低コストで構築することができ、そのようなバス加入機器は任意の無線ネットワークまたは有線ネットワークないしは通信ネットワーク（たとえばUTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network）を介して個々にインタラクティブな通信を行う。ネットワークマネージメントサービスにおいてその際に進行する反復的なプロセスたとえばダイアログに関するプロセスには、有用と思われるすべてのダイアログ要素（たとえば加入機器の初期化、コンフィギュレーション、スタートおよびストップまたはプログラム、通信プロトコル）が含まれており、それらのダイアログ要素は適切に格納されており、たとえば構造が均一でなくても使用することができ、通信ネットワーク内の加入機器やダイアログサーバも含めてダイアログモニタリングも可能である。したがってたとえばバス加入機器各々におけるデータ、パラメータ、機能をいかなる場所からでもインターネットを介して行うことができ、機器に依存しないエラー処理も可能である。さらに有利には、新たな機器の初期化やエラーのある機器の交換をプラグ＆プレイで実現することができ、フレキシブルな通信メカニズムにより数多くの適用事例やシステムアーキテクチャに簡単に投入することができる。たとえば本発明による解決手段によれば、マスタ／スレーブシステムのみならず、双方向で通過させる少なくとも部分的に非階層構造のネットワークアーキテクチャを必要とする分散制御を実現することもできる。たとえば本発明の実施形態によれば、TCP/IPおよびSPX/IPXのルーティング機能（LCR Least Cost Routerとも称する）のためにダイアログサーバにおいて初期化を行うことなどができる。

任意にプログラミング可能な通信コントローラを備えた通信プロセッサのブロック回路図 図１に示した通信プロセッサのための任意にプログラミング可能な通信コントローラのブロック回路図 本発明による命令コードに関する一例を示す図 本発明によるフレキシブルな通信構造を備えたオートメーション機器のブロック回路図 駆動機能のダイレクトな同期合わせを行う実施形態を示すブロック回路図 駆動機能のスタートごとにシステム時間の記憶が行われる第２の実施形態を示すブロック回路図 図６の実施形態に関してＰＷＭサイクルがローカルのシステム時間に同期合わせされる様子を示すタイムチャート

Claims (25)

1. 通信コントローラ（ＫＣ）を介して上位の制御装置（ＣＰＵ）と共働する分散制御装置を備えたオープンなオートメーションシステムの、シリアルデータバスを介して互いに通信を行うバス加入機器を結合するためのデータ通信方法において、
   前記通信コントローラ（ＫＣ）は、任意にプログラミング可能な少なくとも３つの通信ＡＬＵ（ＲＰＡ，ＴＰＡ，ＰＥＡ）により構成されており、
   該通信ＡＬＵ（ＲＰＡ，ＴＰＡ）の第１通信ＡＬＵ（ＲＰＡ）および第２通信ＡＬＵ（ＴＰＡ）の１つの命令コードに複数の命令がコーディングされていて、該命令コードは特別な通信機能に合わせて最適化されており、
   前記の第１通信ＡＬＵ（ＲＰＡ）および第２通信ＡＬＵ（ＴＰＡ）に複数の論理機能ブロック（Ｚ，Ｖ，ＣＲＣ）がパラレルに配置されており、該論理機能ブロックは特別な通信機能を実行し、
   これにより該通信機能は固定的にまえもって与えられるのではなく、任意にプログラミング可能でありかつ通信機能に合わせて最適化された通信ＡＬＵ（ＲＰＡ，ＴＰＡ，ＰＥＡ）をベースとして構成されており、
   ただし当該の構成は、
   前記第１の通信ＡＬＵ（ＲＰＡ）が、ビットまたはニブルを用いたシリアルデータストリームの受信およびデコーディングに合わせて、ならびにバイト、ワードまたはダブルワード表現への当該のシリアルデータのパラレル変換に合わせて最適化され、
   前記第２の通信ＡＬＵ（ＴＰＡ）が、バイト、ワード、ダブルワード表現をビットまたはニブルを用いたシリアルデータへのシリアル変換に合わせて、ならびに当該のシリアルデータのコーディングおよび送信に合わせて最適化され、さらに
   前記第３の通信ＡＬＵ（ＰＥＡ）が、監視ロジックを有しており、当該の監視ロジックは、発生し得る複数のイベントおよびそれらの組み合わせを同時に監視しかつイベントが発生した場合には１つのシステムクロック内で対応するプログラムコードをスタートさせる
   ことによって行われ、
   １つのシステムクロック内で複数の命令を実行可能であり、それぞれ異なるネットワーク間の移行を実現可能であることを特徴とする、
   データ通信方法。
2. 請求項１記載の方法において、
   前記の通信機能が、第１段階の第１通信ＡＬＵ（ＲＰＡ）および第２通信ＡＬＵ（ＴＰＡ）と、また第２段階の第３通信ＡＬＵ（ＰＥＡ）とに分けられることによって通信が２段階で行われることを特徴とする方法。
3. 請求項１記載の方法において、
   前記の上位の制御装置（ＣＰＵ）が１つまたは複数の通信ＡＬＵ（ＲＰＡ，ＴＰＡ，ＰＥＡ）とともに１つの回路に統合されており、
   該回路は外部の制御装置（ホストシステム）への結合のためデュアルポートメモリ（ＤＰＭＨ）を有しており、または
   前記の回路の上位の制御装置（ＣＰＵ）が、すべてのアプリケーションを実行し、該回路は外部のメモリと周辺コンポーネントとを接続するため、内部バスシステムを拡張バス（ＥＢ）として用い、
   両方の動作モードのために同一の信号が用いられ、ソフトウェアによって切り替えられることを特徴とする方法。
4. 請求項１記載の方法において、
   複数のバイトを含む命令コード（ＢＣ）が用いられ、
   該命令コード（ＢＣ）には複数の命令がコーディングされており、
   該命令は１つのシステムクロックでパラレルに実行されることを特徴とする方法。
5. 請求項１記載の方法において、
   前記の複数の命令では、論理演算、プログラムジャンプ、ビットのセットおよびリセット、カウンタの増分および減分、データの転送、専用機能レジスタの操作がコーディングされることを特徴とする方法。
6. 請求項１記載の方法において、
   前記第３の通信ＡＬＵ（ＰＥＡ）は、
   前記第１の通信ＡＬＵ（ＲＰＡ）からの、
   もしくは前記第２の通信ＡＬＵ（ＴＰＡ）への、ないしは
   上位の制御装置（ＣＰＵ）への
   特定のデータの転送、時間の経過、特定のカウンタ計数状態への到達、または特定の状態ビットのセットをパラレルに監視することを特徴とする方法。
7. 請求項１記載の方法において、
   前記少なくとも３つの通信ＡＬＵ（ＲＰＡ，ＴＰＡ，ＰＥＡ）は、シリアル／パラレル変換またはパラレル／シリアル変換のために共通のレジスタセット（ＳＲ）を介して他の通信ＡＬＵと接続されており、
   該共通のレジスタ（ＳＲ）に対しすべてが同時に書き込み読み出しアクセス可能であり、書き込み時には最後の値が有効となることを特徴とする方法。
8. 請求項７記載の方法において、
   前記レジスタセット（ＳＲ）および前記通信ＡＬＵ（ＲＰＡ，ＴＰＡ，ＰＥＡ）のデュアルポートメモリ（ＤＰＭ）は、上位の制御装置（ＣＰＵ）の進行中の動作に対しパラレルに読み出し書き込み可能であることを特徴とする方法。
9. 請求項３または７記載の方法において、
   少なくとも１つの通信ＡＬＵ（ＲＰＡ，ＴＰＡ，ＰＥＡ）から成る通信コントローラ（ＫＣ）は、ＤＭＡコントローラ（ＤＭＡ）、デュアルポートメモリ（ＤＰＭＨ）および共通のレジスタ（ＳＲ）を介して上位の制御装置（ＣＰＵ）と接続されていることを特徴とする方法。
10. 分散制御装置を備えたオープンなオートメーションシステムの、シリアルデータバスを介して互いに通信を行うバス加入機器を結合するためのデータ通信装置において、
    通信コントローラ（ＫＣ）が設けられており、該通信コントローラ（ＫＣ）は上位の制御装置（ＣＰＵ）と共働し、任意にプログラミング可能な少なくとも３つの通信ＡＬＵ（ＲＰＡ，ＴＰＡ，ＰＥＡ）を有しており、
    複数の命令がコーディングされかつ通信機能に合わせて最適化されている命令コードが設けられており、
    特別な通信機能を実行する少なくとも２つの論理機能ブロック（Ｚ，Ｖ，ＣＲＣ）が通信ＡＬＵ（ＲＰＡ，ＴＰＡ，ＰＥＡ）内にパラレルに配置されており、
    これにより前記通信機能は、固定的にまえもって与えられるのではなく、任意にプログラミング可能でありかつ通信機能に合わせて最適化された少なくとも１つの通信ＡＬＵ（ＲＰＡ，ＴＰＡ，ＰＥＡ）をベースとして構成されており、
    ただし当該の構成は、
    前記第１の通信ＡＬＵ（ＲＰＡ）が、ビットまたはニブルを用いたシリアルデータストリームの受信およびデコーディングに合わせて、ならびにバイト、ワードまたはダブルワード表現への当該のシリアルデータのパラレル変換に合わせて最適化され、
    前記第２の通信ＡＬＵ（ＴＰＡ）が、バイト、ワード、ダブルワード表現をビットまたはニブルを用いたシリアルデータへのシリアル変換に合わせて、ならびに当該のシリアルデータのコーディングおよび送信に合わせて最適化され、さらに
    前記第３の通信ＡＬＵ（ＰＥＡ）が、監視ロジックを有しており、当該の監視ロジックは、発生し得る複数のイベントおよびそれらの組み合わせを同時に監視しかつイベントが発生した場合には１つのシステムクロック内で対応するプログラムコードをスタートさせる
    ことによって行われており、
    １つのシステムクロック内で複数の命令を実行可能であり、それぞれ異なるネットワーク間の移行を実現可能であることを特徴とする、
    データ通信装置。
11. 請求項１０記載の装置において、
    １〜３２ｂｉｔ幅までのデータのシリアル／パラレル変換もしくはパラレル／シリアル変換およびそのコーディングとデコーディングのために、パラレルに配置された前記論理機能ブロックは、少なくとも１つの書き込みレジスタ（ＦＩ）、少なくとも１つのカウンタ（Ｚ）および少なくとも１つの比較器（Ｖ）を有しており、
    該論理機能ブロックはシリアルデータを評価し、まえもって定められた値に依存してフラグ（Ｆ）のステータスビットをセットし、さらに
    前記論理機能ブロックは少なくとも１つのＣＲＣジェネレータ（ＣＲＣ）を有しており、該ＣＲＣジェネレータは前記通信ＡＬＵ（ＲＰＡ，ＴＰＡ，ＰＥＡ）の命令に応じてシリアルデータをＣＲＣ多項式の計算に取り込むことを特徴とする装置。
12. 請求項１０記載の装置において、
    前記通信ＡＬＵ（ＲＰＡ，ＴＰＡ，ＰＥＡ）は、
    シリアル／パラレル変換またはパラレル／シリアル変換のためにＦＩＦＯを介して、さらに付加的に命令レジスタおよびステータスレジスタを介して、別の通信ＡＬＵ（ＲＰＡ，ＴＰＡ，ＰＥＡ）と接続されているか、または
    別の通信ＡＬＵ（ＲＰＡ，ＴＰＡ，ＰＥＡ）は共通のレジスタ（ＳＲ）を介して接続されており、該共通のレジスタ（ＳＲ）に対しすべてが同時に書き込み読み出しアクセス可能であり、書き込み時には最後の値が有効となることを特徴とする装置。
13. 請求項１０記載の装置において、
    前記少なくとも３つの通信ＡＬＵ（ＲＰＡ，ＴＰＡ，ＰＥＡ）の少なくとも１つはＤＭＡコントローラ（ＤＭＡ）および／またはデュアルポートメモリ（ＤＰＭＨ）を介して、上位の制御装置（ＣＰＵ）と接続されていることを特徴とする装置。
14. 請求項１０または１３記載の装置において、
    アドレスバスラインとデータバスラインと制御バスラインとに接続されたホスト制御装置（ＨＣ）を備えたホストインタフェース装置が設けられており、
    該ホストインタフェース装置は、メモリおよび周辺コンポーネントを接続するための拡張バス（ＥＢ）と、さらに別の上位の制御装置を接続するためのデュアルポートメモリ（ＤＰＭＨ）との間で切替可能であることを特徴とする装置。
15. フレキシブルな通信構造を備えた装置において、
    当該の装置には
    通信プロセッサ（ＫＰ）と、
    少なくとも１つの任意にプログラミング可能な通信コントローラ（ＫＣ）とが設けられており、
    該通信コントローラ（ＫＣ）は上位の制御装置と共働し、
    前記の通信プロセッサ（ＫＰ）に前記の少なくとも１つの通信コントローラ（ＫＣ）が含まれており、
    前記の装置にはさらに
    前記の通信コントローラ（ＫＣ）に統合されている少なくとも３つの任意にプログラミング可能な通信ＡＬＵ（ＫＡ）と、
    識別コード（ＩＣ）、制御データ（ＳＴ）、受信データ（ＥＤ）および送信データ（ＳＤ）を伝送するため信号ラインを介して前記通信コントローラ（ＫＣ）と接続されている交換可能な物理インタフェース（ＰＳ）とが設けられており、これにより該物理インタフェース（ＰＳ）は交換可能であり、
    ただし
    第１の通信ＡＬＵ（ＲＰＡ）は、ビットまたはニブルを用いたシリアルデータストリームの受信およびデコーディングに合わせて、ならびにバイト、ワードまたはダブルワード表現への当該のシリアルデータのパラレル変換に合わせて最適化されており、
    第２の通信ＡＬＵ（ＴＰＡ）と、バイト、ワード、ダブルワード表現をビットまたはニブルを用いたシリアルデータへのシリアル変換に合わせて、ならびに当該のシリアルデータのコーディングおよび送信に合わせて最適化されており、さらに
    第３の通信ＡＬＵ（ＰＥＡ）は、監視ロジックを有しており、当該の監視ロジックは、発生し得る複数のイベントおよびそれらの組み合わせを同時に監視しかつイベントが発生した場合には１つのシステムクロック内で対応するプログラムコードをスタートさせる
    ことを特徴とする装置。
16. 請求項１５記載の装置において、
    前記物理インタフェース（ＰＳ）は、通信ネットワークの接続プラグを備えたプリント回路として構成されていることを特徴とする装置。
17. 請求項１５記載の装置において、
    前記物理インタフェース（ＰＳ）は、通信ネットワークの接続プラグとともに集積ユニットとして構成されていることを特徴とする装置。
18. 請求項１５記載の装置において、
    前記通信プロセッサ（ＫＰ）はアプリケーションも伝送プロトコルも処理することを特徴とする装置。
19. 請求項１５から１８までのいずれか１項に記載の装置において、
    当該の装置はオートメーション装置であることを特徴とする装置。
20. 少なくとも１つの通信コントローラ（ＫＣ）、該通信コントローラ（ＫＣ）に統合された少なくとも３つの通信ＡＬＵ（ＫＡ）および少なくとも１つの物理インタフェース（ＰＳ）を備えたオートメーション装置のコンフィギュレーション方法において、
    通信機能が固定的にまえもって与えられているのではなく、任意にプログラミング可能でありかつ通信機能に合わせて最適化されているＡＬＵ（ＫＡ）をベースとして構成されており、
    ただし当該の構成は、
    第１の通信ＡＬＵ（ＲＰＡ）が、ビットまたはニブルを用いたシリアルデータストリームの受信およびデコーディングに合わせて、ならびにバイト、ワードまたはダブルワード表現への当該のシリアルデータのパラレル変換に合わせて最適化され、
    第２の通信ＡＬＵ（ＴＰＡ）が、バイト、ワード、ダブルワード表現をビットまたはニブルを用いたシリアルデータへのシリアル変換に合わせて、ならびに当該のシリアルデータのコーディングおよび送信に合わせて最適化され、さらに
    第３の通信ＡＬＵ（ＰＥＡ）が、監視ロジックを有しており、当該の監視ロジックは、発生し得る複数のイベントおよびそれらの組み合わせを同時に監視しかつイベントが発生した場合には１つのシステムクロック内で対応するプログラムコードをスタートさせる
    ことによって行われており、
    スタートフェーズ中、前記物理インタフェース（ＰＳ）は信号ライン（ＩＣ）を介して識別コードを前記通信コントローラ（ＫＣ）に送信し、
    該通信コントローラ（ＫＣ）は自律的に適正なコンフィギュレーションを実行し、対応するソフトウェアを前記通信ＡＬＵ（ＫＡ）にロードすることを特徴とする方法。
21. 分散型制御装置が設けられており、該分散型制御装置は「ほぼ決定論的な」通信コントローラ（ＫＣ）を有しており、該通信コントローラ（ＫＣ）は少なくとも３つの任意にプログラミング可能な通信ＡＬＵ（ＲＰＡ，ＴＰＡ，ＰＥＡ）を介して後段に接続された制御装置（ＣＰＵ）と共働する、分散型制御装置を備えたオートメーションシステムの、シリアルデータバスを介して互いに通信を行うバス加入機器の同期合わせ方法において、
    当該の共働は、
    前記第１の通信ＡＬＵ（ＲＰＡ）が、ビットまたはニブルを用いたシリアルデータストリームの受信およびデコーディングに合わせて、ならびにバイト、ワードまたはダブルワード表現への当該のシリアルデータのパラレル変換に合わせて最適化され、
    前記第２の通信ＡＬＵ（ＴＰＡ）が、バイト、ワード、ダブルワード表現をビットまたはニブルを用いたシリアルデータへのシリアル変換に合わせて、ならびに当該のシリアルデータのコーディングおよび送信に合わせて最適化され、さらに
    前記第３の通信ＡＬＵ（ＰＥＡ）が、監視ロジックを有しており、当該の監視ロジックは、発生し得る複数のイベントおよびそれらの組み合わせを同時に監視しかつイベントが発生した場合には１つのシステムクロック内で対応するプログラムコードをスタートさせることによって行われ、
    前記通信コントローラ（ＫＣ）は特定のデータまたはイベントの発生を検出し、
    前記通信ＡＬＵ（ＲＰＡ，ＴＰＡ，ＰＥＡ）は同期合わせされた制御機能を実行し、
    同期時点の間に測定値および調整値が後段に接続された制御装置（ＣＰＵ）と交換され、これにより後段に接続された制御装置（ＣＰＵ）のインタラプトレイテンシタイムが、制御機能のダイレクトな同期合わせに関与しなくなることを特徴とする方法。
22. 分散型制御装置を備えたオートメーションシステムの、シリアルデータバスを介して互いに通信を行うバス加入機器の同期合わせ方法であって、
    該オートメーションシステムには、分散型制御装置が設けられており、
    該分散型制御装置は「ほぼ決定論的な」通信コントローラ（ＫＣ）を有しており、
    該通信コントローラ（ＫＣ）は少なくとも３つの任意にプログラミング可能な通信ＡＬＵ（ＲＰＡ，ＴＰＡ，ＰＥＡ）を介して後段に接続された制御装置（ＣＰＵ）と共働し、
    ただし当該の共働は、
    前記第１の通信ＡＬＵ（ＲＰＡ）が、ビットまたはニブルを用いたシリアルデータストリームの受信およびデコーディングに合わせて、ならびにバイト、ワードまたはダブルワード表現への当該のシリアルデータのパラレル変換に合わせて最適化され、
    前記第２の通信ＡＬＵ（ＴＰＡ）が、バイト、ワード、ダブルワード表現をビットまたはニブルを用いたシリアルデータへのシリアル変換に合わせて、ならびに当該のシリアルデータのコーディングおよび送信に合わせて最適化され、さらに
    前記第３の通信ＡＬＵ（ＰＥＡ）が、監視ロジックを有しており、当該の監視ロジックは、発生し得る複数のイベントおよびそれらの組み合わせを同時に監視しかつイベントが発生した場合には１つのシステムクロック内で対応するプログラムコードをスタートさせることによって行われる、
    分散型制御装置を備えたオートメーションシステムの、シリアルデータバスを介して互いに通信を行うバス加入機器の同期合わせ方法において、
    周期的に実行される制御機能のスタート時点に、同期合わせされたローカルタイム（Ｌ）が記憶され、
    前回のスタート時点で記憶された時間との差分形成により、サイクル時間がローカルタイム（Ｕ）に基づき測定され、
    現在のサイクル時間の増減により、ローカルタイムに関して一定にかつ固定的な位相関係でサイクル時間が保持され、これによりサイクル全体がサイクル時間についてもその位相についてもローカルタイムに同期合わせされることを特徴とする方法。
23. 請求項２１記載の方法において、
    駆動機能が、高速の決定論的かつジッタのない通信コネクションに合わせてダイレクトに同期合わせされることを特徴とする方法。
24. 請求項２２記載の方法において、
    周期的な駆動機能がローカルのシステムタイムにダイレクトに同期合わせされ、
    該ローカルのシステムタイムは標準化されたプロトコルにより、オートメーションシステム内で同期動作に合わせて追従制御されることを特徴とする方法。
25. 分散型制御装置を備えたオートメーションシステムの、シリアルデータバスを介して互いに通信を行うバス加入機器の同期合わせ装置において、
    「ほぼ決定論的な」通信コントローラ（ＫＣ）が設けられており、
    該通信コントローラ（ＫＣ）は少なくとも３つの任意にプログラミング可能な通信ＡＬＵ（ＲＰＡ，ＴＰＡ，ＰＥＡ）を有しており、ただし
    第１の通信ＡＬＵ（ＲＰＡ）は、ビットまたはニブルを用いたシリアルデータストリームの受信およびデコーディングに合わせて、ならびにバイト、ワードまたはダブルワード表現への当該のシリアルデータのパラレル変換に合わせて最適化され、
    第２の通信ＡＬＵ（ＴＰＡ）は、バイト、ワード、ダブルワード表現をビットまたはニブルを用いたシリアルデータへのシリアル変換に合わせて、ならびに当該のシリアルデータのコーディングおよび送信に合わせて最適化され、さらに
    第３の通信ＡＬＵ（ＰＥＡ）は、監視ロジックを有しており、当該の監視ロジックは、発生し得る複数のイベントおよびそれらの組み合わせを同時に監視しかつイベントが発生した場合には１つのシステムクロック内で対応するプログラムコードをスタートさせ、
    前記の同期合わせ装置は、さらに
    該通信コントローラ（ＫＣ）の後段に接続された制御装置（ＣＰＵ）と、
    前記通信ＡＬＵ（ＲＰＡ，ＴＰＡ，ＰＥＡ）における時間を測定および記憶する手段を備えた少なくとも１つの論理機能ブロックとが設けられており、
    前記通信コントローラ（ＫＣ）によって、後段に接続された制御装置（ＣＰＵ）を用いずに制御機能のダイレクトな同期合わせが行われるか、または記憶されているローカルタイムに従い制御機能のスタート各々との同期合わせが行われることを特徴とする装置。

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