JP5892889B2

JP5892889B2 - 通信制御装置

Info

Publication number: JP5892889B2
Application number: JP2012166824A
Authority: JP
Inventors: 信貴川口
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2012-07-27
Filing date: 2012-07-27
Publication date: 2016-03-23
Anticipated expiration: 2032-07-27
Also published as: JP2014027509A

Description

この発明は、通信バスを介して複数のノード間でデータを送信する場合に、同じ送信開始タイミングで送信するノード間で優先度に応じた調停を行う機能を有する通信制御装置に関する。

近年、車両（自動車）の制御の分野においては、車内の各種制御のＥＣＵや、センサ、スイッチ等の状態監視のＥＣＵのネットワーク化が進んでいる。

そして、この種の車両が搭載する車両用ネットワークシステムは、ＣＡＮ（ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）やＬＩＮ（ＬｏｃａｌＩｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔＮｅｔｗｏｒｋ）に代表されるシリアル通信プロトコルのネットワークで形成され、このネットワークは、例えばＣＡＮのライン型のネットワークの場合、車内のトランスミッション制御ＥＣＵ、メータ制御ＥＣＵ、ＡＢＳ制御ＥＣＵ、エンジン制御ＥＣＵ等の各ＥＣＵのノードを通信バスに接続して構築される。ここで、各ＥＣＵはマスタノードであり、マイクロコンピュータ構成のＥＣＵにより形成される。

各ノードは、各々が送信するデータに応じて予め設定された送信周期でデータを繰り返し送信し、具体的にはあるノードから１６ｍｓの送信周期であるデータを送信し、別のデータを３２ｍｓや６４ｍｓなど規定の送信周期で送信することが定められている。

しかし、この種のネットワークの場合では、１つの通信バスを使って複数のノード間でのデータ送信を行うため、あるノードと他のノードとの間でデータの送信開始タイミングが一致して競合が生じることがある。

そこで従来、各ノードが送信するデータのフレームに、そのノードの優先度を示す識別情報（ＩＤ）を設け、各ノードそれぞれにおいて、当該ノードが送信開始するタイミングと同じタイミングで他のノードから送信されたデータの識別情報の優先度が、当該ノードが送信するデータの識別情報の優先度より高いか低いかを判断する調停を行う調停手段が各ノードに設けられている。

そして、Ａ，Ｂ，Ｃの３つのノード間において、Ａノードのデータ送信が終了するタイミングでＢノードのデータ送信が開始すると、ＡノードとＢノードとの間では調停は発生せず、Ｂノードのデータ送信期間中にＣノードからデータ送信が開始し、Ｃノードの優先度がＢノードよりも低ければ、ＢノードとＣノードとの間で調停が発生する。この調停処理として、例えば図５に示すように、Ｂノードの送信終了タイミングまで、Ｃノードの送信開始タイミングが毎回遅延され、その後もＣノードのデータ送信の開始は、Ｂノードのデータ送信が終了するまで遅延されることとなる。

そのため、優先度の最も低いＣノードのデータ送信の遅延は大きくなり、３つ以上のノード間で調停が生じる場合には、優先度が最も低いノードのデータ送信の遅延は加算的に大きくなり、当該ノードの定期送信の周期性に関する精度について、高い信頼性を望むことができないという問題点がある。

そこで、上記したようにＢノードに調停負けが複数回連続して生じた場合に、Ｂノードのデータ中の優先度を高優先に変更することが考えられている（特許文献１参照）。こうすることで、調停負けのノードからのデータ送信が毎回遅延されるという不都合を解消することができる。

特開２００６−２３７８３２（段落０００７，００４０〜００４２）

ところが、上記した特許文献１のように優先度を高優先に変更する場合、各ノードのＣＰＵが送信データの優先度を示す識別情報を管理するため、ＣＰＵが管理可能な識別情報の数には限度があり、全てのノードの全てのデータの識別情報を管理することは不可能であり、管理できる識別情報が限定されることになり、限られた特定の識別情報による優先度に基づく調停負けの対応しかできないという問題点がある。また、全てのノードの全てのデータの識別情報を管理するには、ＣＰＵに処理能力の大きなものを用いたり、記憶容量の大きなメモリを備える必要があり、システムが高価になるという新たな問題が生じる。

本発明は、安価な構成により、調停負けが生じたノードからのデータ送信を、予め設定された送信周期で送信できるようにすることを目的とする。

上記した目的を達成するために、本発明の通信制御装置は、通信バスと、優先度を示す識別情報を有するデータを、予め複数設定された送信周期で前記通信バスを介してそれぞれ送信する複数のノードと、前記各ノードに設けられ、当該ノードが送信開始するタイミングと同じタイミングで他の前記ノードから送信されたデータの前記識別情報による前記優先度の高低に基づいて調停の勝ち負けの判断を行う調停手段とを備える通信制御装置において、前記各ノードを管理するノード管理手段と、前記通信バス上における当該データ送信の送信終了から次回のデータ送信の送信開始までのインターバル期間が、予め定められた所定時間以上となるノードを検出し、そのインターバル期間中の前記各ノードからの送信データが存在しない空白期間の周期を導出する導出手段とを備え、前記ノード管理手段は、前記調停の発生した前記ノード間で調停負けとなった前記ノードのデータ送信における送信開始から送信終了までの送信期間が、前記導出手段により導出された前記空白期間内に当てはまるように、前記調停負けとなったノードに対して送信の開始タイミングを通知することを特徴としている（請求項１）。

請求項１に係る発明によれば、ノード間での調停が生じると、導出手段により、通信バス上における当該データ送信の送信終了から次回のデータ送信の送信開始までのインターバル期間が、予め定められた所定時間以上となるノードが検出され、そのインターバル期間中の各ノードからの送信データが存在しない空白期間の周期が導出され、ノード管理手段により、調停負けとなったノードのデータ送信における送信開始から送信終了までの送信期間が、導出された空白期間内に当てはまるように、調停負けとなったノードに対してデータ送信の開始タイミングが通知される。そのため、調停負けしたノードは、調停後の次回以降のいずれかで、本来の送信開始タイミングから調停の必要のないタイミングで送信を行うことができ、その後も予め設定された送信周期でのデータ送信が可能となる。

したがって、従来のように、処理能力の大きなＣＰＵや容量の大きなメモリを備える必要がなく、安価な構成により、調停負けが生じたノードからのデータ送信を予め設定された送信周期で送信することができ、調停の生じたノード間で新たに調停が発生することを防止でき、各ノードの定期送信における周期性の精度に関して高信頼性を望むことが可能になる。

本発明に係る通信制御装置の一実施形態のブロック図である。図１の一部のブロック図である。一実施形態の動作説明用フローチャートである。一実施形態の動作説明図である。従来例の動作説明図である。

つぎに、本発明をより詳細に説明するため、本発明の一実施形態について、図１ないし図４を参照して詳述する。

図１は本実施形態の通信制御装置を搭載した車両１のＣＡＮ（ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）システムを示し、車内のＡノード２ａ、Ｂノード２ｂ、Ｃノード２ｃ、…が通信バス３に接続されるとともに、各ノード２ａ，２ｂ，２ｃ，…を管理するマイクロコンピュータ構成のＥＣＵにより形成された管理ノード４が通信バス3に接続され、ネットワークで構築されている。各ノード２ａ，２ｂ，２ｃ，…は、いずれもゲートウェイノードではなく、安価なマイクロコンピュータ構成のＥＣＵにより形成された汎用のノードであり、いずれもマスタノードとして動作する。なお、各ノード２ａ，２ｂ，２ｃ，…のＥＣＵは、具体的には、車内のトランスミッション制御ＥＣＵ、メータ制御ＥＣＵ、ＡＢＳ制御ＥＣＵ、エンジン制御ＥＣＵ等であり、１０個を超えるノードが設けられている。

そして、各ノード２ａ，２ｂ，２ｃ，…には異なるＩＤ（識別情報）が割り当てられており、各ノード２ａ，２ｂ，２ｃ，…は定期的に発生する定期フレームのほかに不定期に発生するイベントフレームに送信側のＩＤ（＝ａ，ｂ，ｃ，…）を付して送信する。通信バス３は、ＣＡＮ−ＨとＣＡＮ−Ｌとのツイストペア線からなる共有バスであり、ＣＡＮ−ＨとＣＡＮ−Ｌとの間の電位差を切り替えてレベル変化する。具体的には、そのレベルがＣＡＮ−ＨとＣＡＮ−Ｌとの間に電位差が生じないリセッシブレベル（ビット“１”）とリセッシブレベルよりも優位なその間に電位差が生ずるドミナントレベル（ビット“０”）とのいずれかに切り替わるようになっている。

各２ａ，２ｂ，２ｃ，…は同じ構成を有し、図２にＡノード２ａを例示し、以下においてＡノード２ａの構成および機能について代表して詳細に説明する。

図２に示すように、Ａノード２ａは、中央演算処理装置であるＣＰＵ１０、及び、通信バス３に接続するバスインターフェースである送受信スロットル１１を備えている。そして、ＣＰＵ１０は、ＲＡＭ１２、ＲＯＭ１３およびコントローラ１４を内蔵し、ＲＡＭ１２はＣＰＵ１０の演算中の情報や演算結果を格納し、ＲＯＭ１３は、ＣＰＵ１０が使用するプログラムを格納するとともに、Ａノード２ａが受信すべき他のノード２ｂ，２ｃ，…からのデータ固有の識別情報（ＩＤ）を格納する。コントローラ１４は、通信データを格納するレジスタを有し、設定した識別情報（ＩＤ）と通信バス３上のデータ中の識別情報（ＩＤ）とを照合し、照合結果が一致である場合に、その通信バス３上のデータを受信してレジスタに格納する。

また、ＣＰＵ１０は、ＣＡＮの通信プロトコルに準じて作成されＲＯＭ１３に格納されたプログラムに従ってコントローラ１４を制御し、通信バス３を介したデータフレームの送受信制御を行う。このとき、ＣＰＵ１０は、通信バス３を介してＡノード２ａの出力データを他のノード２ｂ，２ｃ，…に対して送信すべくデジタル化し、また、他のノード２ｂ，２ｃ，…から通信バス３を介して受信した入力データをデコードし、受信データの内容に応じ自身での制御を実行する。また、送受信スロットル１１は、コントローラ１４により制御され、他のノード２ｂ，２ｃ，…にデータを送信するとともに、Ａノード２ａに送信されてきたデータを受信する。

Ａノード２ａ（Ｂノード２ｂ、Ｃノード２ｃ，…）が通信バス３へ向けて送信するデータは、所定のフォーマットに基づくデータフレームにより構成されている。このデータフレームとは、少なくとも、先頭から順に、フレームの始まり（送信開始）を示すスタートオブフレーム（ＳＯＦ：ＳｔａｒｔＯｆＦｒａｍｅ）と、データの種類を区別するために各データ固有の識別情報であるＩＤを示すＩＤフィールドとを備えた構成となっている。

ＳＯＦは、常にＣＡＮ−ＨとＣＡＮ−Ｌとの間に電位差が生ずるドミナントレベル（ビット“０”）の１ビットデータである。また、ＩＤフィールドは、高優先のデータほどＭＳＢからドミナントレベルのビットが多く継続し、低優先のデータほどＭＳＢにより近くにリセッシブレベルが現れる１１ビット，２９ビットのデータである。

また、ＩＤフィールド以降のデータフレームの構成として、例えば、当該データの長さを示すデータ長コード（ＤＬＣ：ＤａｔａＬｅｎｇｔｈＣｏｄｅ）と、トランスミッションの位置や車速情報などのデータ自体の内容を示すフィールドと、伝送エラーをチェックするためのＣＲＣ（ＣｙｃｌｉｃＲｅｄｕｎｄａｎｃｙＣｈｅｃｋ）フィールドと、正常に受信が完了したことを確認するためのフィールドと、フレームの終わりを示すエンドオブフレーム（ＥＯＦ：ＥｎｄＯｆＦｒａｍｅ）とを備えている。

各ノード２ａ，２ｂ，２ｃ，…は、それぞれ定期或いは不定期にデータを通信バス３に向けて送信するが、通信バス３に他のデータが流れていない状態ではデータ送信を開始することができる一方、他の１以上のノードから同時にデータの送信が開始されたときは送信優先順位に従ってデータ送信を行い、他のノードからのデータ送信が行われているときはコントローラ１４による調停処理が行われる。なお、コントローラ１４が本発明における調停手段に相当する。

各ノード２ａ，２ｂ，２ｃ，…からのデータの定期送信を行う場合、各ノード２ａ，２ｂ，２ｃ…はそれぞれ、データフレームの１ビット目のＳＯＦ（ビット“０”）から通信バス３への送信を開始し、次のＩＤフィールドをＭＳＢから順に通信バス３へ送信する。両ノード２ａ，２ｂはそれぞれ、少なくとも自己の送受信スロットル１１から通信バス３に対してデータフレームの送信を行うと、その送信毎に通信バス３に流れた送信結果（送信ビット）を監視し、各ノード２ａ，２ｂ，２ｃ，…が送信すべきであるとして生成した所望のデータフレームの各ビットと、実際に通信バス３に流れたデータフレームの各ビットとを比較することにより、自ら送出した所望のデータフレームが通信バス３に送信されてその送信が成功したか否かを判別する。

そして、例えばＡノード２ａとＢノード２ｂからのデータの定期送信が同じタイミングで開始される場合に調停処理が行われる。具体的には、両ノード２ａ，２ｂは、いずれもビット“０”のＳＯＦを最初に送信するので、自己のデータフレームのＳＯＦに関しその送信が成功したと判別し、続いてＩＤフィールドの送信をそのＭＳＢから順に行うが、この送信過程で、例えばＡノード２ａが送信する所望のＩＤフィールドのビットが“０”であるときに、通信バス３に実際に流れるデータの監視結果がビット“０”であると、Ａノード２ａではデータ送信に関して調停に勝った（送信成功）と判断し、以後のデータフレームの送信を継続する一方、Ｂノード２ｂが送信する所望のＩＤフィールドのビットが“１”であるときに、実際に通信バス３に流れたデータの監視結果がビット“０”であると、Ｂノード２ｂではデータ送信に関して調停に負けたと判断し、このようにして両ノード２ａ，２ｂにおいて両者間での調停の勝ち負けの判断が行われる。また、３つ以上のノード２ａ，２ｂ，２ｃ，…間でデータの定期送信が同じタイミングで開始される場合にも、これと同様にして調停の勝ち負けの判断が行われる。

このように、３つ以上のノード間でデータの定期送信が同じタイミングで開始されると、各ノード２ａ，２ｂ，２ｃ，…を管理する管理ノード４でも通信バス３上の各ノードが送信するＩＤフィールドの所望ビットが監視され、各ノード２ａ，２ｂ，２ｃ，…の調停の勝ち負けの判断が行われ、管理ノード４により一定期間にわたり通信バス３上のリセッシブレベル期間が監視されることによって、通信バス３上における当該データ送信の送信終了から次回のデータ送信の送信開始までのインターバル期間が、予め定められた所定時間以上となるノードが検出されるとともに、そのインターバル期間中の各ノード２ａ，２ｂ，２ｃ，…からの送信データが存在しない空白期間の周期が導出され、調停の発生したノード間で調停負けとなったノードのデータ送信における送信開始から送信終了までの送信期間が導出された空白期間内に当てはまるように、調停負けとなったノードに対して定期送信の開始タイミングが不定期送信であるイベント送信により通知される。なお、管理ノード４によりインターバル期間および該当するノードを検出する上記一定期間は、例えば各ノード２ａ，２ｂ，２ｃ，…に対して予め定められた送信周期の最小公倍数とすることが望ましい。

このような、管理ノード４による空白期間の導出処理が本発明における導出手段に相当し、管理ノード４による各ノード２ａ，２ｂ，２ｃ，…の管理および上記した通知処理が本発明におけるノード管理手段に相当する。

各ノード２ａ，２ｂ，２ｃ，…のうち、優先度の最も低いノードは調停負けとなり、調停負けとなった当該ノードに対して、管理ノード４から上記した定期送信の開始タイミングがイベント送信による通知されると、当該調停負けしたノードではコントローラ１４により、調停後の次回以降のいずれかで、本来の送信開始タイミングから調停の必要のないタイミングで送信が行われ、その後も調停が生じることなく予め設定された送信周期でデータの定期送信が実行される。

つぎに、各ノード２ａ，２ｂ，２ｃ，…間で調停生じた場合の調停処理の手順について、図３のフローチャートを用いて説明する。

図３に示すように、管理ノード４により通信バス３上の各ノードが送信するＩＤフィールドの所望ビットが監視され（ステップＳ１）、各ノード２ａ，２ｂ，２ｃ，…の調停の勝ち負けの判断が行われる。そして、管理ノード４により、通信バス３上における当該データ送信の送信終了から次回のデータ送信の送信開始までのインターバル期間が、予め定められた所定時間以上となるノードが検出されるとともに、そのインターバル期間中の各ノード２ａ，２ｂ，２ｃ，…からの送信データが存在しない空白期間およびその周期が導出される（ステップＳ２）。

続いて、調停負けとなった当該ノードの負け回数が予め定められた所定の回数Ｎｔｈよりも多いか否かの判定がなされ（ステップＳ３）、この判定結果がＮＯであれば、何らかのノイズ等の要因により各ノード２ａ，２ｂ，２ｃ，…間のデータの送信開始タイミングが同じになったもので、調停処理を行う必要性がないと判断できるため、上記したステップＳ１の処理に戻る。一方、ステップＳ３の判定結果がＹＥＳであれば、調停処理を行う必要性があると判断できることから、次のステップＳ４に移行して、調停負けとなったノードに対して、データ送信における送信開始から送信終了までの送信期間が、ステップＳ２で導出された空白期間内に当てはまるように、管理ノード４から定期送信の開始タイミングがイベント送信により通知される（ステップＳ４）。

一方、管理ノード４から定期送信の開始タイミングがイベント送信により通知された調停負けとなったノードでは、コントローラ１４により、調停後の次回以降のいずれかで、本来の送信開始タイミングから調停の必要のないタイミングで定期送信が行われ（ステップＳ５）、以後も調停が生じることなく予め設定された送信周期での定期送信が行われる。そして、車両１のイグニッションスイッチがオフされるなどにより、通信バス３上に各ノード２ａ，２ｂ，２ｃ，…からの送信データが存在しなくなって通信が終了したかどうかの判断がなされ（ステップＳ６）、この判定結果がＮＯであれば上記したステップＳ１に戻り、ＹＥＳであれば動作は終了する。

このような調停処理により、図４に示すように、例えばＡ，Ｂ，Ｃの３つのノード２ａ，２ｂ，２ｃ間で調停が生じた場合について説明する。いま、Ａノード２ａの送信周期Ｃ１を例えば１６ｍｓ、Ｂ，Ｃノード２ｂ，２ｃの送信周期Ｃ２をともに３２ｍｓとし、各ノード２ａ，２ｂ，２ｃのデータフレーム中の識別情報（ＩＤ＝ａ，ｂ，ｃ）に基づく優先度がＡノード２ａ、Ｂノード２ｂ、Ｃノード２ｃの順に高いとものとし、図５の場合と同様に、Ａノード２ａのデータ送信が終了するタイミングでＢノード２ｂのデータ送信が開始すれば両ノード２ａ，２ｂ間では調停は発生せず、Ｂノード２ｂのデータ送信期間中にＣノード２ｃからデータ送信が開始すると、Ｂノード２ｂとＣノード２ｃとの間で調停が発生する。

すると、管理ノード４により、例えば送信周期の長い定期送信のある回の送信終了から次回の送信開始までのインターバル期間Ｔｉｎが、予め定められた所定時間（Ｔｔ）を超えるＢノード２ｂが検出され、Ｂノード２ｂのインターバル期間Ｔｉｎ中の各ノード２ａ，２ｂ，２ｃからの送信データが存在しない空白期間ΔＴおよびその周期Ｃδ（ここでは、Ｃδ＝Ｃ２）が導出され、調停負けとなったＣノード２ｃのデータ送信における送信開始から送信終了までの送信期間が導出された空白期間ΔＴ内に当てはまるように、調停負けとなったノードに対して定期送信の開始タイミングがイベント送信により通知され、Ｃノード２ｃでは、調停後の次回以降のいずれかで、本来の送信開始タイミングから調停の必要のないタイミングで送信が開始されて本来の送信周期Ｃ２（＝３２ｍｓ）での定期送信が行われる。

したがって、上記した実施形態によれば、調停負けとなったノードにおいて、調停後の次回以降のいずれかで、本来の送信開始タイミングから調停の必要のないタイミングで送信を開始でき、その後も予め設定された送信周期でデータの送信を行うことができ、従来のように、送信開始の遅延が加算的に大きくなることもなく、本来の送信開始タイミングから調停の必要のないタイミングで送信を開始して予め設定された送信周期で定期送信を行うことが可能になる。

また、従来のように、処理能力の大きなＣＰＵや容量の大きなメモリを備える必要がなく、安価な構成により、調停負けが生じたノードからのデータ送信を予め設定された送信周期で送信することができ、調停の生じたノード間で新たに調停が発生することを防止でき、各ノードの定期送信における周期性の精度に関して高信頼性を望むことが可能になる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行なうことが可能であり、例えば、各ノード２ａ，２ｂ，２ｃ，…の構成は図２の構成に限るものではなく、通信バス３に接続されるノードの個数等もどのようであってもよい。

また、上記した実施形態では、ＣＡＮのネットワークに適用した例を用いて説明したが、ＣＳＭＡ／ＣＤ方式の通信システムにも本発明を適用することができる。また、車両に搭載された通信システムに止まらず、車両以外の通信システムにも本発明を適用することが可能である。

２ａ，２ｂ，２ｃ，… ノード
３通信バス
４管理ノード（ノード管理手段、導出手段）
１０ＣＰＵ
１４コントローラ（調停手段）
ΔT 空白期間
Ｃδ 周期

Claims

通信バスと、優先度を示す識別情報を有するデータを、予め複数設定された送信周期で前記通信バスを介してそれぞれ送信する複数のノードと、前記各ノードに設けられ、当該ノードが送信開始するタイミングと同じタイミングで他の前記ノードから送信されたデータの前記識別情報による前記優先度の高低に基づいて調停の勝ち負けの判断を行う調停手段とを備える通信制御装置において、
前記各ノードを管理するノード管理手段と、
前記通信バス上における当該データ送信の送信終了から次回のデータ送信の送信開始までのインターバル期間が、予め定められた所定時間以上となるノードを検出し、そのインターバル期間中の前記各ノードからの送信データが存在しない空白期間の周期を導出する導出手段とを備え、
前記ノード管理手段は、
前記調停の発生した前記ノード間で調停負けとなった前記ノードのデータ送信における送信開始から送信終了までの送信期間が、前記導出手段により導出された前記空白期間内に当てはまるように、前記調停負けとなったノードに対して送信の開始タイミングを通知することを特徴とする通信制御装置。