JP5539593B2 - 事象制御型バス通信においてグローバル時間情報を提供するための方法及び装置 - Google Patents

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Description

本発明は、CANバスシステムの加入者局内での利用のための装置であって、CANバスシステムの他の加入者局との事象制御型データ交換の際にグローバル時間情報を提供又は処理するよう構成された上記装置、及び、この種の加入者局で構成されるバスシステムに関する。
例えば、国際規格ISO11898−1〜3からは、バスシステムの加入者間でデータを交換するための事象制御方式の方法を含む「コントローラ・エリア・ネットワーク」(CAN:Controller Area Network)が知られている。利用される媒体アクセス制御方法は、ビットごとのアービトレーションに基づいている。ビットごとのアービトレーションの場合は、複数の加入者局が同時に、バスシステムのチャネルを介してデータを伝送しようと試みることが可能であり、これにより、データ伝送が妨げられることはない。加入者局は、チャネルを介したビットの送信の際に、当該チャネルの論理的状態(0又は1)を定めることが出来る。送信されるビットの値が、チャネルの定められた論理的状態と一致しない場合には、加入者局はチャネルへのアクセスを終了する。
ビットごとのアービトレーションによって、チャネルを介した、データフレームの破壊されない伝送が達成される。これにより、CANの良好な実時間性能が得られる。
例えば、国際規格ISO11898−4からは、「タイム・トリガ型CAN」(TTCAN:Time Triggered CAN)と呼ばれるCANの拡張版が知られている。TTCANプロトコル仕様によれば、所謂システムマトリックス(System−Matrix)において、連続する複数の基本サイクルを有するタイムスロット構造が定められ、基本サイクルはさらに、その連なりが定期的に繰り返されるタイムスロット(「時間枠」又は「time slot」とも呼ばれることが多い)で構成される。その際に、どのメッセージにも、従って送信加入者局にも、それによりメッセージを伝送すべき特定のタイムスロットが割り当てられうる。タイムスロットにおいて、競合しておりアービトレーションにより調整される複数の加入者局のアクセスが許可されるという可能性も生まれる。TTCANの場合、チャネルへのアクセスは、少なくとも部分的に、時間制御方式の方法により調整される。
TTCANでは、TTCANレベル1(TTCAN Level 1)とTTCANレベル2(TTCAN Level 2)とで区別される。この2つのケースでは、基準メッセージによりその都度導入される基本サイクルが連続する通信が行われる。この2つのレベルの違いは、レベル2では、基準メッセージが、グローバル時間情報又はグローバルタイム(Global Time)の同期化のための情報を含むことである。即ち、TTCANは、時間マスタによって、加入者局にグローバル時間情報が提供されうるという点で卓越している。同期化のための定められた手続きによって、全加入者局が統一的なグローバル時間情報を利用するようになる。
TTCANレベル2に対応したCANコントローラは、ハードウェア内でグローバルタイムの同期を取って精度管理し時間測定及び時間報知を可能にする回路(カウンタ、演算ユニット、制御ユニット)を有する。
TTCANプロトコルは、CAN通信が以前に定められた固定の時間枠を遵守することを保証する監視機能も有する。時間枠内でエラーが生じた場合には、時間基準が無効として示される。深刻なエラーの場合には、CAN通信を設定することが可能である。
特定の用途において、バス通信の時間制御は可能ではなく、又は少なくとも有益ではなく、又はシステムマトリックスの作成コストが正当化出来ないほど高い。それにも関わらず、TTCANレベル2により提供されるようなグローバル時間情報が、例えば、加入者局内で実行されるアルゴリズムで上記時間情報を利用しうるために、望まれている。
従来技術で公知の方法は、あらゆる点で満足がいく結果を提供しない。
本発明の課題は、CANバスシステムの加入者局内での使用のための改造された通信装置であって、TTCANレベル2からのグローバル時間情報を提供するという利点を保持すると同時に、今日の技術レベルではTTCANの場合に必要とされる時間制御又は完全なシステムマトリックスの作成を必ずしも必要としない上記通信装置を提供することである。
これに関して、本発明に係る装置内でTTCANレベル2のグローバルタイムを提示するための、TTCANコントローラで公知のハードウェアが、通常の事象制御型CAN通信のためにも利用されるという点で卓越するTTCANコントローラの更なる開発について記載される。本課題は、独立請求項1の特徴を備えた本装置によって解決される。
上記の課題は、本発明に基づいて、TTCANコントローラが、通常の事象制御方式でCAN通信が行われる特別な駆動状態に置かれる一方で、グローバルタイムを提示するためのハードウェアが、TTCANレベル2の場合のように動作することによって解決される。
このことには、CANネットワーク内の全てのノードに、自動的に同期化され精度管理される時間基準が提供されるという利点がある。その際に、ソフトウェア内での演算コストが発生せず、特に有利である。
しかしながら、ISO11898−4に従ったTTCANプロトコルレベル2とは異なって、CAM通信が時間制御方式で行われることが必要ではない。即ち、それに伴う完全なシステムマトリックスを作成するためのコストが必要ではない。本方法は、物理的な、技術的な、又は他の基本条件により時間制御型通信が構築されない場合にも利用することが可能である。
さらに有利に、既にTTCANレベル2に対応したTTCANコントローラ内では、例えば本発明に係る方法の開発、設計、及び、当該方法を利用可能とするための追加的コストが小さい。
以下では、本発明が図面を用いて紹介され、より詳細に解説される。
複数のバス加入者101〜105を有するバスシステム100を示す。各加入者101〜105は、独自の時間基準106〜110を有する。 同期化方法を示す本発明に係る装置の状態図の一部を示す。 マスタ・スレーブ(Master−Slave)挙動を示す本発明に係る装置の状態図の一部を示す。
以下では、本発明に係る方法及び装置の実施例が記載される。この具体例は実現を解説するために使用されるが、本発明の思想の範囲を限定するものではない。
図1は、複数のバス加入者101〜105を有するバスシステム100を示す。その際に、各加入者は101〜105は、独自の時間基準106〜110を有し、上記時間基準106〜110は、一方では、時計、カウンタ、クロックジェネレータのような内部手段によって伝送され又は外部から各加入者へと伝送されうる。各ローカル時間基準lZ1〜lZ4は、特に、例えば16ビットまでカウントするカウンタであって、HWリセット(HW−Reset)にのみ影響を受けてもよい上記カウンタであってもよい。ローカル時間基準は、ここでは、各ノード又は加入者102〜105内に実装される。その際に、タイミングジェネレータである加入者101は、露出されたポジションを有する。その時間基準は、グローバル時間基準106として、グローバル時間gZで示され、タイミングジェネレータ101内に実装され又は外部から当該タイミングジェネレータへと伝送される。グローバル時間gZは原則的に各ノード内で、ローカル時間基準107〜110又はローカル時間lZ(lZ1〜lZ4)及びオフセット(Offset)OS1〜OS4で構成される。タイミングジェネレータ101でのこのオフセットOsgは、通常では0に等しい(Osg=0)。全ての他のノードは、OSgが0に等しくない場合には、ローカル時間lZ(lZ1〜lZ4)並びにローカルオフセットOS1〜OS4及びOSgから、グローバル時間gZへの自身の視点を形成する。OSgが0ではないケースは、例えば、グローバル時間gZが外部からタイミングジェネレータ101へと伝送され、このタイミングジェネレータ101が追加的に、独自の時間基準106を含む場合に発生する。その場合には、タイミングジェネレータも、グローバル時間gZで測定され、gZと時間基準106とが、場合によっては一致しない。ローカルオフセットは、基準メッセージの送信時点(SOF、Start of Frame、スタートオブフレーム)でのローカル時間と、当該基準メッセージでタイミングジェネレータにより伝送されるグローバル時間と、の間の差分である。
その限りにおいて、本方法は、TTCAN内でグローバル時間情報を提供するための通常の方法に対応している。
上記の課題を解決し、従来技術に対して目指される利点を達成するために、TTCAN仕様に対する以下の相違が新たに導入される。
CANメッセージは、自動的に時間制御方式により送信されるのではなく、ホストコントローラ内のソフトウェアによって要求される場合に、時間制御方式により送信される。このことは、基準メッセージについても該当する。ホストコントローラに要求するよう促すために、例えば、時間制御型の割り込みが利用される。この要求は、例えば、ソフトウェア内での演算の特定の結果が存在するというような、特定の事象に依存していてもよい。予め定められた特定のメッセージ又はリモートフレームの受信は、この要求を引き起こし得る。送信される基準メッセージの形式は、規格ISO11898−4、5.3.3章の定義に従う。
基準メッセージの受信者は、TTCANレベル2について提示される規格に従って構想されるように、この基準メッセージを評価する。即ち、基準メッセージ内に含まれる「Master_Ref_Mark」は、システム全体のグローバル時間の基盤である。エラー処理は、以下でマスタ状態での「error level」の挙動との関連で記載されるように、TTCAN規格からは逸脱して行われる。
加入者局のマスタ状態は、規格に従ったTTCANでは、3つの下位ベクタ、即ち、「error level」、「sync_mode」、及び「master−slave_mode」で構成される6ビットベクタにより記述される。以下では、本発明に係る加入者局内での可能な状態及び状態移行が記載され、その際に、マスタ状態ベクタの変数は、他の値、例えば、「error level」のために1ビットだけ含む5ビットも取ることが可能であろう。
1)Sync_Mode:
図2には、下位ベクタ「sync_mode」の状態及び状態移行を処理する本発明に係る同期化制御ユニットが示される。ISO11898−4に従った従来技術に対して、状態「In_Gap」が除外される。基準メッセージ内の場合により存在する「Next_is_Gap」ビットであって、タイミングジェネレータが、TTCAN時間スキーム内での次の基本サイクルの開始を、規定されたイベントに対して同期させる予定であり、従って、厳密に周期的な通信の進行とずれが生じうることを、タイミングジェネレータが通常それによりシグナリングする上記「Next_is_Gap」ビットは、本発明に係る加入者局からは無視される。なぜならば、いずれにせよ、厳密な周期的な進行は存在しないからである。代替的に、「Next_is_Gap」ビットが常に、固定値、例えば0により送信されることを定めることが可能であり、このことは、基準メッセージの受信時に検査されうる。いずれの場合にも、ISO11898−4、9.4.2章に記載される制御ユニットは、図2に示されるバリエーションへと簡素化される。
ハードウェアのリセット後又はエラー状態S3でのシステム起動の際には、「sync_mode」は、値「Sync_Off」を取る。TS0により示されるこの移行は常に優先される。ローカル時間の初期化の終了後及びローカル時間のリセット後に、モード「Synchronizing」への移行TS1が行われる。この状態では、ISO11898−4、8.2章と同様に、全ての潜在的なタイミングジェネレータが基準メッセージを送信し、このようにして、現在アクティブなタイミングジェネレータを確認する。このアクティブなタイミングジェネレータは、更なる別の基準メッセージを送信し、この更なる別の基準メッセージの受信後に、場合によっては、「Next_is_Gap」ビット及び/又は「Disc_Bit」の具体な値の検査が行われて、加入者局が、移行TS2ごとに、状態「In_Schedule」に変化する。
ハードウェアのリセット後又はエラー状態S3でのシステム起動の際には、「sync_mode」は、値「Sync_Off」を取る。TSにより示されるこの移行は常に優先される。ローカル時間の初期化の終了後及びローカル時間のリセット後に、モード「Synchronizing」への移行TSが行われる。この状態では、ISO11898−4、8.2章と同様に、全ての潜在的なタイミングジェネレータが基準メッセージを送信し、このようにして、現在アクティブなタイミングジェネレータを確認する。このアクティブなタイミングジェネレータは、更なる別の基準メッセージを送信し、この更なる別の基準メッセージの受信後に、場合によっては、「Next_is_Gap」ビット及び/又は「Disc_Bit」の具体な値の検査が行われて、加入者局が、移行TSごとに、状態「In_Schedule」に変化する。

本発明に係る加入者局では、このエラー条件が省略される。なぜならば、バス通信のための時間枠が設けられないからである。この理由から、本発明に係る加入者局では、ISO11898−4に規定された、エラー状態S3への移行をもたらす2つのエラー条件「CAN_Bus_Off」及び「Watch_Trigger_Reached」が利用される。どのエラー条件も存在しない場合には、加入者局はエラー状態S0にある。加入者局は、2つのエラー状態のみ取りうるため、「error level」を示すためには、1個のビットで十分である。しかしながら、規格に従ったTTCANにおけるように、2ビットベクタを利用することも可能である。「Watch_Trigger」のための時間マークとして、定数、例えば、0xFF00 NTUが利用されうる。
本発明に係る加入者局では、記載したように、2つのエラー条件S0及びS3のみが存在する。S3では、時間基準が無効として示され、同期化制御ユニット及びマスタ・スレーブ制御ユニットがリセットされる。ISO11898−4に従ったTTCANのための従来技術とは異なって、エラー状態S3では、CAN通信が停止されず、次の有効な基準メッセージが、S3からS0へと切り替わるようにすることが構想される。
3)Master−Slave_Mode:
図3には、下位ベクタ「master−slave_mode」の状態及び状態移行を処理する本発明に係るマスタ・スレーブ制御ユニットが示される。マスタ・スレーブ制御ユニットは、本発明に係る加入者局では引き続き、ISO11898−4、9.4.3章に記載されるように機能する。しかしながら、エラー状態S2により引き起こされる状態変化は省略される。
ハードウェアのリセット後又はエラー状態S3でのシステム起動の際には、「master−slave_mode」は、値「Master_Off」を取る。この場合、TM0で示されるこの移行は常に優先される。より分かり易いように、エラー状態S3に基づき他の状態から状態「Master_Off」へと導く移行TM6、TM7、及びTM8が明示的に示される。バス上で基準メッセージが読み出され次第、「Master_Off」状態から、更なる別の状態への3つの移行TM1、TM2、及びTM3が導かれる。該当する加入者局が潜在的なタイミングジェネレータではない場合には、当該加入者局は、TM1を介して状態「Slave」へと移る。該当する加入者局が、潜在的なタイミングジェネレータであり、独自の基準メッセージのアドレス又は優先順位を有さない基準メッセージを読出した場合には、他の潜在的なタイミングジェネレータが勝ち、TM2を介して状態「Backup_Master」へと移る。この他のタイミングジェネレータが、潜在的なタイミングジェネレータであり(自身により送信された)独自のアドレス又は優先順位を有する基準メッセージを読出した場合には、このタイミングジェネレータは、TM3を介して状態「Current_Master」へと移る。「Backup_Master」と「Current_Master」との間の変更は、TM4及びTM5を介して、それぞれより高い優先順位(TM5)基準メッセージ又は同等の優先順位(TM4)の基準メッセージを読出した際に行われる。
有利に、本発明に係る装置は、本発明に係る挙動と、規格ISO11898−4に準拠するTTCANの挙動との間で設定可能又は切り替え可能である点で優れている。本装置は、そのために、媒体アクセス制御方法の所望のモードが、そこで選択されうる格納領域又は設定レジスタを有する。即ち、本装置は任意に、従来技術によるTTCAN駆動と、グローバル時間情報を用いる本発明に係る事象制御型駆動との間で切り替え可能である。本発明に係るモードへの切り替えの際には、TTCAN駆動のために設けられた制御ユニット及びハードウェア装置を引き続き利用することが可能であるが、その場合には全ての可能な値が取れるわけではない。
以上、記載された実施例を有する提示された発明によって、従来技術に対して改善された、CANバスシステムのための有利な通信方法であって、TTCANからのグローバル時間の利点を保持し、従来技術ではTTCANの場合に必要な時間制御を必ずしも必要としない上記通信方法を提供するという技術的課題のための解決策が示される。

Claims (15)

  1. CANバスシステム(100)の加入者(101−105)間でメッセージによりデータを交換するための装置であって、
    前記加入者(101−105)は、独自の時間基準(106−110)を有し、
    タイミングジェネレータとして機能する第1の加入者(101)は、前記第1の加入者の前記時間基準(106)に関する第1の時間情報を含む、予め設定可能な識別子を有する基準メッセージ(RN)を、前記CANバスシステム(100)を介して伝送し、
    少なくとも第2の前記加入者(102−105)は、自身の時間基準(107−110)を用いて、前記第1の加入者の前記第1の時間情報に従って、独自の第2の時間情報(lZ1〜lZ4)を、前記第1の時間情報と前記第2の時間情報との差分(OS1−OS4)から補正値が定められるように形成し、従って、タイミングジェネレータとしての前記第1の加入者の前記第1の時間情報から、前記CANバスシステムのためのグローバル時間(gZ)が得られる、前記装置において、
    前記基準メッセージ(RN)は、固定のタイムスロットも無く繰り返し伝送され、前記CANバスシステムの前記加入者間の前記メッセージの前記交換は、事象制御方式により、CAN規格で公知のアービトレーション方法に従って行われることを特徴とする、装置。
  2. 媒体アクセス制御方法の設定のために前記装置内に設けられた格納領域又はレジスタへと、予め設定された値を記録することにより、前記CANバスシステムの前記加入者間の前記メッセージの前記交換が、前記CAN規格のTTCAN拡張版で公知の方法に従った時間制御型駆動へと切り替えられうることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
  3. 前記装置内で前記グローバル時間を定め、場合によっては提供するために、カウンタと、演算ユニットと、制御ユニットと、を備えた回路がハードウェア内に設けられることを特徴とする、請求項1又は2に記載の装置。
  4. 前記格納領域又はレジスタへの書き込みにより選択される前記媒体アクセス制御方法に従って、前記制御ユニットの状態間での修正された移行条件が適用されることを特徴とする、請求項3に記載の装置。
  5. 前記装置に、前記タイミングジェネレータの機能を引き継ぐ機会を割り当てるために、前記装置内にはレジスタが設けられることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の装置。
  6. 前記タイミングジェネレータの前記機能を引き継ぐ機会の割り当ての際には、前記装置は、再起動後又はリセット後に、基準メッセージの送信試行を行うことを特徴とする、請求項5に記載の装置。
  7. 予め設定可能な又は予め設定された時間の間、基準メッセージの受信が行われない場合には、事象制御型モードにおいて、前記装置は再起動を行うことを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載の装置。
  8. 前記装置は、前記タイミングジェネレータの前記機能を実行しない場合には、前記定められた補正値に従って自身の時間基準を調整することを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項に記載の装置。
  9. CANバスシステム(100)の加入者(101−105)間でメッセージによりデータを交換するための方法であって、
    前記加入者(101−105)は、独自の時間基準(106−110)を有し、
    タイミングジェネレータとして機能する第1の加入者(101)は、前記第1の加入者の前記時間基準(106)に関する第1の時間情報を含む、予め設定可能な識別子を有する基準メッセージ(RN)を、前記CANバスシステム(100)を介して伝送し、
    少なくとも第2の前記加入者(102−105)は、自身の時間基準(107−110)を用いて、前記第1の加入者の前記第1の時間情報に従って、独自の第2の時間情報(lZ1〜lZ4)を、前記第1の時間情報と前記第2の時間情報との差分(OS1−OS4)から補正値が定められるように形成し、従って、タイミングジェネレータとしての前記第1の加入者の前記第1の時間情報から、前記CANバスシステムのためのグローバル時間(gZ)が得られる、前記方法において、
    前記基準メッセージ(RN)は、固定のタイムスロットも無く繰り返し伝送され、前記CANバスシステムの前記加入者間の前記メッセージの前記交換は、事象制御方式により、CAN規格で公知のアービトレーション方法に従って行われることを特徴とする、方法。
  10. 媒体アクセス制御方法の設定のために設けられた格納領域又はレジスタへと、予め設定された値を記録することにより、前記CANバスシステムの前記加入者間の前記メッセージの前記交換が、前記CAN規格のTTCAN拡張版で公知の方法に従った時間制御型駆動へと切り替えられうることを特徴とする、請求項9に記載の方法。
  11. 前記格納領域又はレジスタへの書き込みにより選択される媒体アクセス制御方法に従って、制御ユニットの状態間での修正された移行条件が適用されることを特徴とする、請求項10に記載の方法。
  12. 前記タイミングジェネレータの機能を引き継ぐ機会が、適切な設定によって、複数のバス加入者に割り当てられうることを特徴とする、請求項9〜11のいずれかに記載の方法。
  13. 前記タイミングジェネレータの前記機能を引き継ぐ機会が割り当てられたバス加入者は、再起動後又はリセット後に、基準メッセージの送信試行を行うことを特徴とする、請求項12に記載の方法。
  14. 予め設定可能な又は予め設定された時間の間、基準メッセージが届かない場合には、事象制御型モードにおいて、バス加入者は再起動を行うことを特徴とする、請求項9〜13のいずれか1項に記載の方法。
  15. 前記タイミングジェネレータの前記機能を実行しないバス加入者は、各前記定められた補正値に従って自身の時間基準を調整することを特徴とする、請求項9〜14のいずれか1項に記載の方法。
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