JP5175358B2 - Ｃａｎバスを備える通信システム、およびこのような通信システムを駆動する方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＣＡＮバスを備える通信システム、およびＣＡＮバスを備える通信システムを駆動する方法に関する。

ＣＡＮバスを用いたデータ、特にＣＡＮメッセージの伝送において、ＣＡＮバスに関する物理的プロトコルのプロトコル・オーバヘッドは、約５５％である。すなわち、各ＣＡＮメッセージのヘッダ部が、自身のユーザデータ部またはペイロード部よりも大きい。

さらに、ＣＡＮバスの最大可能シンボルレートは、現在、物理的な限定条件に基づき、特にＣＡＮバス上での非対称な遅延に基づき約１ＭＢａｕｄに制限されている。

請求項１の特徴を有する本発明に係る通信システムと、請求項１３の特徴を有する、通信システムを駆動するための本発明に係る方法とはそれぞれ、ＣＡＮバスにより接続された装置が、第１伝送モードにおいてＣＡＮデータフレームを伝送し、第２伝送モードにおいてＡＳＣ（ａｓｙｎｃｈｒｏｎｅ ｓｅｒｉｅｌｌｅ Ｋｏｍｍｕｎｉｋａｔｉｏｎ、非同期型直列通信）データフレームを伝送することに適しているという利点を有する。

本発明の特別な利点は、ＡＳＣデータフレームが、ＣＡＮデータフレームに比べてより速いバスクロックによって、ＣＡＮバスを介して伝送可能であるということである。さらにＡＳＣデータフレームは、ＣＡＮデータフレームに比べてより小さいヘッダ部を有し、従って、より大きなユーザデータ部またはペイロード部を有する。従って、本発明によれば、ＣＡＮバスのシンボルレートおよびデータ伝送レートが上げられる、または最大化される。本発明によって、特に、４ＭＢａｕｄのシンボルレートと、５５％から１０％へのプロトコル・オーバヘッドの低減が可能になる。

本発明によれば、ＣＡＮバスと、ＣＡＮバスにより接続された少なくとも２つの装置とを有する通信システムが提案される。その際、このような装置は、ＣＡＮ制御ユニットと、非同期型直列通信（ＡＳＣ）インタフェースユニットと、切り替え手段と、を有する。

各ＣＡＮ制御ユニットは、第１伝送モードにおいて、第１物理的プロトコルを用いてＣＡＮバスを介してＣＡＮデータフレームを伝送することに適している。非同期型直列通信インタフェースユニット、またはＡＳＣインタフェースユニットは、第２伝送モードにおいて、第２物理的プロトコルを用いてＣＡＮバスを介してＡＳＣデータフレームを伝送することに適している。切り替え手段は、各装置と少なくとも１つの更なる装置との間で有効な少なくとも１つの合意に従って、第１伝送モードと第２伝送モードとの間で切り替えることに適している。

さらに、ＣＡＮバスと、ＣＡＮバスにより接続された少なくとも２つの装置とを備える通信システムを駆動する方法であって、
上記方法は、
ａ）第１伝送モードにおいて第１物理的プロトコルを用いてＣＡＮバスを介してＣＡＮデータフレームを伝送することに適したＣＡＮ制御ユニットを、各装置に備える工程と、
ｂ）第２伝送モードにおいて第２物理的プロトコルを用いてＣＡＮバスを介してＡＳＣデータフレームを伝送することに適した非同期型直列通信（ＡＳＣ）インタフェースユニットを、各装置に備える工程と、
ｃ）所定数の装置間で有効な少なくとも１つの合意に従って、第１伝送モードと第２伝送モードとの間で所定数の装置を切り替える工程と、
を有する方法が提案される。

従属請求項に、請求項１で示される通信システム、および請求項１４で示される方法の好適な発展および実施形態が記載される。

本発明の好適な実施形態によれば、合意は、どの所定のタイムスロットにおいて、および／または、どの所定のイベントに従って、所定数の装置の各切り替え手段が、第１伝送モード、または第２伝送モードに切り替えるのか、について含む。

更なる別の好適な実施形態によれば、合意は、どの所定のタイムスロットにおいて、および／または、どの所定のイベントに従って、所定数の装置の各切り替え手段が、第２伝送モードに切り替えるのか、かつ、装置のうちのどれが、１つまたは複数の後続のタイムスロットにおいて排他的送信権を有するのか、について示す。

更なる別の好適な実施形態によれば、合意は、少なくとも部分的に、各装置に格納可能な制御プログラムの一部として、および／または、少なくとも部分的に、ＣＡＮバスを介して伝送可能な合意メッセージの一部として構成される。

更なる別の好適な発展によれば、第２伝送モードにおいて、特にＣデータフレームとしてのデータフレームの伝送のためのタイムスロットが予め決定され、当該タイムスロットにおいて、少なくとも１つの各装置、所定数の装置または全装置が、送信できる、または受信できる。

特に、第２伝送モードにおいて、ＴＴＣＡＮにおいて定義されるタイムスロットが、データフレームの伝送のために予め決定される。第２伝送モードでの予め定められるタイムスロットの形成によって、有利に、ＣＡＮバスに対する、保証された応答時間を獲得することが可能になる。

更なる別の好適な実施形態によれば、合意は、ＴＴＣＡＮにおいて定義される少なくとも１つのタイムスロットとして構成される、または、ＴＴＣＡＮにおいて定義される少なくとも１つのタイムスロットに組み込まれる。

更なる別の好適な実施形態によれば、第２伝送モードは、前記第１伝送モードに対して優先される。

本発明の更なる別の好適な発展によれば、第２伝送モードにおいて第２物理的プロトコルを用いる送信用装置は、ＣＡＮバス上での非対称な遅延を予防するために、所定数の受信用装置へのポイントツーポイント接続、またはポイントツーマルチポイント接続を形成することに適している。

更なる別の好適な実施形態によれば、ＣＡＮ制御ユニットは、第１伝送モードにおいて第１バスクロックによりＣＡＮバスを介してＣＡＮデータフレームを伝送し、ＡＳＣインタフェースユニットは、第２伝送モードにおいて第２バスクロックによりＣＡＮバスを介してＡＳＣデータフレームを伝送し、第２バスクロックは、第１クロックよりも速い。

更なる別の好適な実施形態によれば、第２バスクロックは、２〜１０の間の倍数、好適には５〜１０の間の倍数、特に好適には８〜１０の間の倍数の分だけ、第１バスクロックよりも速い。

更なる別の好適な実施形態によれば、ＣＡＮデータフレームおよびＡＳＣデータフレームはそれぞれ、ヘッダ部とユーザデータ部とを有し、ＡＳＣデータフレームのヘッダ部は、ＣＡＮデータフレームのヘッダ部よりも小さい。

更なる別の好適な実施形態によれば、ＡＳＣデータフレームのヘッダ部は、２〜５の間の倍数、好適には３〜５の間の倍数、特に好適には特に４〜５の間の倍数の分だけ、ＣＡＮデータフレームのヘッダ部よりも小さい。

更なる別の好適な発展によれば、ＣＡＮバスにより接続された少なくとも２つの装置は、検査装置および少なくとも１つの制御装置、または少なくとも２つの制御装置を含む。

本発明の実施形態が図面に示されており、以下の記載においてより詳細に解説される。
本発明に係る通信システムの第１実施形態のブロック図である。 本発明に係る通信システムの第２実施形態のブロック図である。 ＡＳＣデータフレームの実施形態のブロック図である。 ＣＡＮデータフレームの実施形態のブロック図である。 本発明に係る方法の実施形態のフローチャートである。

図面において、同じ符号は、同じ構成要素、または機能が同じ構成要素を示す。

図１では、本発明に係る通信システム１０の第１実施形態のブロック図が示されている。

通信システム１０は、ＣＡＮバス２０と、ＣＡＮバスにより接続された少なくとも２つの装置３０、４０と、切り替え手段３３と、を有する。

ＣＡＮバス２０により接続された少なくとも２つの装置３０、４０は、好適に、検査装置および少なくとも１つの制御装置、または少なくとも２つの制御装置を含む。検査装置は、例えば工場内に設けられる。制御装置は、好適に車両内に設けられる。

図１および図２において符号３０および４０は、例えば、同一に構成された２つの制御装置を示す。明確にするために、それぞれ第１制御装置３０のみを詳細に記載するが、第２制御装置４０にも同様のことが当てはまる。

第１制御装置３０は、ＣＡＮ制御ユニット３１と、非同期型直列通信（ＡＳＣ）インタフェースユニット３２と、切り替え手段３３と、を有する。切り替え手段３３とＣＡＮ制御ユニット３１とは、第１線Ｌ１によって接続されている。さらに、ＣＡＮ制御ユニット３１は、第１伝送モードにおいて、第１物理的プロトコルを用いてＣＡＮバス２０を介してＣＡＮデータフレームＣを伝送するように構成される。このために、ＣＡＮ制御ユニット３１は、ＣＡＮデータフレームＣを、第１線Ｌ１を介して切り替え手段３３へと伝送し、この切り替え手段３３は、受信されたＣＡＮデータフレームＣを、ＣＡＮバス２０を介して第２制御装置４０へと伝送することが可能である。ＣＡＮ制御ユニット３１への受信装置についても、対応することが当てはまる。

非同期型直列通信（ＡＳＣ）インタフェースユニット３２、またはＡＳＣインタフェースユニット３２は、第２線Ｌ２によって、切り替え手段３３と接続されている。ＡＳＣインタフェースユニット３２は、第２伝送モードにおいて、第２物理的プロトコルを用いてＣＡＮバス２０を介してＡＳＣデータフレームＡを伝送するように構成される。さらに、ＡＳＣインタフェースユニット３２は、第２線Ｌ２を介して、ＡＳＣデータフレームＡの伝送のために切り替え手段３３と接続されている。

切り替え手段３３は、第１制御装置３０と、少なくとも１つの更なる装置、すなわち図１および２の例によれば第２制御装置４０と、の間で有効な少なくとも１つの合意Ｖに従って、第１伝送モードと第２伝送モードとの間で切り替えるように構成される。

その際、合意Ｖは好適に、どの所定のタイムスロットにおいて、および／または、どの所定のイベントに従って、所定数の装置、例えば図１および２に記載の２つの制御装置３０、４０の各切り替え手段３３が、第１伝送モード、または第２伝送モードに切り替えるのかについて含む。

さらに、合意Ｖは、どの所定のタイムスロットにおいて、および／または、どの所定のイベントに従って、２つの制御装置３０、４０の各切り替え手段３３が第２伝送モードに切り替えるのか、かつ、制御装置３０、４０のうちのどれが、１つ以上の後続のタイムスロットにおいて排他的送信権を有するのかについて示すことが可能である。

特に、合意Ｖは、ＴＴＣＡＮにおいて定義される少なくとも１つのタイムスロットとしも形成されてもよく、または、ＴＴＣＡＮにおいて定義される少なくとも１つのタイムスロットに組み込まれてもよい。ＴＴＣＡＮとは、「タイムトリガーＣＡＮ」（“Ｔｉｍｅ−Ｔｒｉｇｇｅｒｅｄ−Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ−Ｏｎ−ＣＡＮ”）のことである。ＴＴＣＡＮはＣＡＮバス上に設定され、より高位のプロトコルレベルを介して、実時間制御を可能にする。

さらに、第２伝送モードは、好適に第１伝送モードに対して優先される。すなわち、各切り替え手段３３は、予め決定可能な設定に従って常に、技術的な限定条件が許容する限り、第２伝送モードに切り替えられる。

さらに、第２伝送モードにおいて第２物理的プロトコルを用いる送信装置、例えば第１制御装置３０は、ＣＡＮバス２０上での非対称な遅延を防止するために、所定数の受信用装置への、例えば、第２制御装置４０および更なる制御装置（図示せず）へのポイントツーポイント接続、または、ポイントツーマルチ接続を構成するために適している、または構成される。

好適に、ＣＡＮ制御ユニット３１は、第１伝送モードにおいて、第１バスクロックによりＣＡＮバス２０を介してＣＡＮデータフレームＣを伝送する。さらに、ＡＳＣインタフェースユニット３２は、第２伝送モードにおいて、第２バスクロックによりＣＡＮバス２０を介してＡＳＣデータフレームＡを伝送する。第２バスクロックは、好適に、第１バスクロックよりも速い。特に、第２バスクロックは、２〜１０の間の倍数、好適には５〜１０の間の倍数、特に好適には８〜１０の間の倍数の分だけ、第１バスクロックよりも速い。

図２は、本発明に係る通信システム１０の第２実施形態のブロック図を示している。図２に記載の通信システム１０の第２実施形態は、バスシステム２０と各切り替え手段３３との間に、ドライバ装置３５、および、インタフェース装置または通信インタフェース３６が配置されていることで特に、図１に記載の通信システム１０の第１実施形態と異なる。ドライバ装置３５は、第３線Ｌ３によって切り替え手段３３と接続され、さらに第４線Ｌ４によってインタフェース装置３６と接続されている。インタフェース装置３６はさらに、ＣＡＮバス２０によって、第２制御装置４０および／または更なる別の制御装置（図示せず）と、または、検査装置（図示せず）と接続されている。

ドライバ装置３５は、特に、所望のレベルでのインタフェース装置３６への双方向接続を可能にするＣＡＮドライバとして構成される。

切り替え手段３３は、特に、プログラム制御されるインタフェース切り替え器として、または、ＣＡＮ制御ユニット３１とＡＳＣインタフェースユニット３２との間の切り替えを可能にするマルチプレクサとしても構成される。さらに、図２によれば、合意Ｖは、少なくとも部分的に、各制御装置３０、４０に、すなわち図２の例では第１制御装置３０に格納可能な制御プログラムＳＰの一部として、および／または、少なくとも部分的に、ＣＡＮバス２０を介して伝送可能な合意メッセージＶＮの一部として構成されてもよい。制御プログラムＳＰを格納するために、例えば、メモリ装置３４が各制御装置３０に組み込まれている。メモリ装置３４は、例えば、ＲＡＭメモリまたはＥＥＰＲＯＭメモリとして構成される。

図３ａは、ＡＳＣデータフレームＡの実施形態のブロック図を示し、図３ｂは、ＣＡＮデータフレームＣの実施形態のブロック図を示す。ＣＡＮデータフレームＣおよびＡＳＣデータフレームＡはそれぞれ、ヘッダ部ＣＨ、ＡＨと、ユーザデータ部ＣＬ、ＡＬと、を有する。ＡＳＣデータフレームＡのヘッダ部ＡＨは、ＣＡＮデータフレームＣのヘッダ部ＣＨよりも小さい。これにより、ＡＳＣデータフレームＡのユーザデータ部ＡＬが、ＣＡＮデータフレームＣのユーザデータ部ＣＬよりも大きいということが可能になる。従って、本発明によれば、ＣＡＮバス２０を介するＡＳＣデータフレームの伝送が可能になることによって、データ伝送レートの向上が達成される。

好適に、ＡＳＣデータフレームＡのヘッダ部ＡＨは、２〜５の倍数、好適には３〜５の間の倍数、特に好適には４〜５の間の倍数の分だけ、ＣＡＮデータフレームＣのヘッダ部ＣＨよりも小さい。

図４には、ＣＡＮバス２０と、ＣＡＮバス２０により接続された少なくとも２つの装置３０、４０、特に制御装置と、を備える通信システム１０を駆動するための本発明にかかる方法の実施形態のフローチャートが示されている。

以下では、本発明にかかる方法を、図４のブロック図を用いて、図１のブロック図を参照しながら記載する。図４に記載の本発明にかかる方法の実施形態は、以下の処理ステップＳ１〜Ｓ３を有する。

処理ステップＳ１：
各装置３０、４０に、ＣＡＮ制御ユニット３１が備えられる。ＣＡＮ制御ユニット３１は、第１伝送モードにおいて、第１物理的プロトコルによりＣＡＮバス２０を介してＣＡＮデータフレームＣを伝送するように構成される。

処理ステップＳ２：
各装置３０、４０に、非同期型直列通信（ＡＳＣ）インタフェースユニット３２が備えられる。非同期型直列通信（ＡＳＣ）インタフェースユニット３２は、第１伝送モードにおいて、第２物理的プロトコルのよりＣＡＮバス２０を介してＡＳＣデータフレームＡを伝送するように構成される。

処理ステップＳ３：
所定数の装置３０、４０が、所定数の装置３０、４０間で有効な少なくとも１つの合意Ｖに従って、第１伝送モードと第２伝送モードとの間で切り替えられる。

以上、本発明が好適な実施形態を用いて記載されてきたが、本発明はこれに限定されず、多様なやり方で変更可能である。例えば、本発明に係る通信システムを、車両内のみならず、飛行機または宇宙探査機内にも配置することが構想可能である。

Claims (14)

1. ａ）ＣＡＮバス（２０）と、
   ｂ）前記ＣＡＮバス（２０）により接続された少なくとも２つの装置（３０、４０）と、
   を備える通信システム（１０）であって、
   装置（３０、４０）は、
   ｂ１）第１伝送モードにおいて第１物理的プロトコルを用いて前記ＣＡＮバス（２０）を介してＣＡＮデータフレーム（Ｃ）を伝送することに適した、ＣＡＮ制御ユニット（３１）と、
   ｂ２）第２伝送モードにおいて第２物理的プロトコルを用いて前記ＣＡＮバス（２０）を介してＡＳＣデータフレーム（Ａ）を伝送することに適した、非同期型直列通信（ＡＳＣ）インタフェースユニット（３２）と、
   ｂ３）前記装置（３０）と少なくとも１つの更なる装置（４０）との間で有効な少なくとも１つの合意（Ｖ）に従って、前記第１伝送モードと前記第２伝送モードとの間で切り替えることに適した、切り替え手段（３３）と、
   を有する通信システム（１０）。
2. 前記合意（Ｖ）は、どの所定のタイムスロットにおいて、および／または、どの所定のイベントに従って、所定数の装置（３０、４０）の各前記切り替え手段（３３）が、前記第１伝送モード、または前記第２伝送モードに切り替えるのかについて含むことを特徴とする、請求項１に記載の通信システム。
3. 前記合意（Ｖ）は、どの所定のタイムスロットにおいて、および／または、どの所定のイベントに従って、所定数の装置（３０、４０）の各前記切り替え手段（３３）が、前記第２伝送モードに切り替えるのか、かつ、前記装置（３０、４０）のうちのどれが、１つまたは複数の後続のタイムスロットにおいて排他的送信権を有するのかについて示すことを特徴とする、請求項２に記載の通信システム。
4. 前記合意（Ｖ）は、少なくとも部分的に、各前記装置（３０、４０）に格納可能な制御プログラム（ＳＰ）の一部として、および／または、少なくとも部分的に、前記ＣＡＮバス（２０）を介して伝送可能な合意メッセージ（ＶＮ）の一部として構成されることを特徴とする、請求項１、請求項２または請求項３に記載の通信システム。
5. 前記合意（Ｖ）は、ＴＴＣＡＮにおいて定義される少なくとも１つのタイムスロットとして形成される、または、ＴＴＣＡＮにおいて定義される少なくとも１つのタイムスロットに組み込まれる、請求項１、請求項２または請求項３に記載の通信システム。
6. 前記第２伝送モードは、前記第１伝送モードに対して優先されることを特徴とする、請求項１、または請求項２〜請求項５のいずれか１項に記載の通信システム。
7. 前記第２伝送モードにおいて前記第２物理的プロトコルを用いる送信用装置（３０、４０）は、前記ＣＡＮバス（２０）上での非対称な遅延を予防するために、所定数の受信用装置（３０、４０）へのポイントツーポイント接続、またはポイントツーマルチポイント接続を形成することに適していることを特徴とする、請求項１、または請求項２〜請求項６のいずれか１項に記載の通信システム。
8. 前記ＣＡＮ制御ユニット（３１）は、前記第１伝送モードにおいて第１バスクロックにより前記ＣＡＮバス（２０）を介してＣＡＮデータフレーム（Ｃ）を伝送し、前記ＡＳＣインタフェースユニット（３２）は、前記第２伝送モードにおいて第２バスクロックにより前記ＣＡＮバス（２０）を介して前記ＡＳＣデータフレーム（Ａ）を伝送し、前記第２バスクロックは、前記第１クロックよりも速いことを特徴とする、請求項１、または請求項２〜請求項７のいずれか１項に記載の通信システム。
9. 前記第２バスクロックは、２〜１０の間の倍数、好適には５〜１０の間の倍数、特に好適には８〜１０の間の倍数の分だけ、前記第１バスクロックよりも速いことを特徴とする、請求項８の通信システム。
10. ＣＡＮデータフレーム（Ｃ）およびＡＳＣデータフレーム（Ａ）はそれぞれ、ヘッダ部（ＣＨ；ＡＨ）とユーザデータ部（ＣＬ、ＡＬ）とを有し、前記ＡＳＣデータフレーム（Ａ）の前記ヘッダ部（ＡＨ）は、前記ＣＡＮデータフレーム（Ｃ）の前記ヘッダ部（ＣＨ）よりも小さいことを特徴とする、請求項１、または請求項２〜請求項９のいずれか１項に記載の通信システム。
11. 前記ＡＳＣデータフレーム（Ａ）の前記ヘッダ部（ＡＨ）は、２〜５の間の倍数、好適には３〜５の間の倍数、特に好適には４〜５の間の倍数の分だけ、前記ＣＡＮデータフレーム（Ｃ）の前記ヘッダ部（ＣＨ）よりも小さいことを特徴とする、請求項１０に記載の通信システム。
12. 前記ＣＡＮバス（２０）により接続された前記少なくとも２つの装置（３０、４０）は、検査装置および少なくとも１つの制御装置、または少なくとも２つの制御装置を含むことを特徴とする、請求項１、または請求項２〜請求項１１のいずれか１項に記載の通信システム。
13. 前記第２伝送モードにおいてＡＳＣデータフレーム（Ａ）の前記伝送のためのタイムスロットが予め決定され、前記タイムスロットにおいて、少なくとも１つの各装置（３０、４０）、または所定数の前記装置（３０、４０）が送信できる、または受信できることを特徴とする、請求項１、請求項２または請求項３に記載の通信システム。
14. ＣＡＮバス（２０）と、前記ＣＡＮバス（２０）により接続された少なくとも２つの装置（３０、４０）を備える通信システム（１０）を駆動する方法であって、
    前記方法は、
    ａ）第１伝送モードにおいて第１物理的プロトコルを用いて前記ＣＡＮバス（２０）を介してＣＡＮデータフレーム（Ｃ）を伝送することに適したＣＡＮ制御ユニット（３１）を、各前記装置（３０、４０）に備える工程と、
    ｂ）第２伝送モードにおいて第２物理的プロトコルを用いて前記ＣＡＮバス（２０）を介してＡＳＣデータフレーム（Ａ）を伝送することに適した非同期型直列通信（ＡＳＣ）インタフェースユニット（３２）を、各前記装置（３０、４０）に備える工程と、
    ｃ）前記所定数の前記装置（３０、４０）間で有効な少なくとも１つの合意に従って、前記第１伝送モードと前記第２伝送モードとの間で所定数の装置（３０、４０）を切り替える工程と、
    を有する方法。

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