JP6263836B2 - 制御装置および制御方法 - Google Patents
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Description
好ましくは、送信すべきデータが生じたときに送信待ちの第3のフレームが存在しており、かつ、第3のフレームに含まれるデータの優先度が送信すべきデータの優先度より低ければ、送信部は、第2のフレームを第3のフレームより先に送信する。
まず、本実施の形態に係るPLCシステムの全体構成について説明する。図1は、本発明の実施の形態に係るPLCシステム1の全体構成を示す模式図である。
本実施の形態に係るPLCシステム1の内部バス5では、機器同士がデジチェーン接続されている。より具体的には、内部バス5は、マスター/スレーブ構成になっており、マスター側からスレーブ側へデータを送信するダウンリンク(Down Link:以下「DL」とも記す。)と、スレーブ側からマスター側へデータを送信するアップリンク(Up Link:以下「UL」とも記す。)とが対になった通信ラインからなる。なお、この通信ラインは、1チャネル(回線)であってもよいし、さらに多くのチャネルが用意されていてもよい。
次に、本実施の形態に係るPLCシステム1の一部を構成する制御装置であるリモートIO装置3のハードウェア構成について説明する。
図2を参照して、リモートIO装置3では、マスターユニット10および1つ以上のIOユニット20−1,20−2,20−3(以下「IOユニット20」と総称する場合もある。)が通信ラインである内部バス5(ダウンリンク51およびアップリンク52)を介して互いにデータ伝送可能になっている。すなわち、リモートIO装置3は、通信ラインを介して接続される複数のユニット(マスターユニット10およびIOユニット20)を含む。
図3を参照して、リモートIO装置3のマスターユニット10は、プロセッサ100と、フィールドバス制御部110と、受信部112と、送信部114と、内部バス制御部130とを含む。
図4を参照して、リモートIO装置3のIOユニット20の各々は、逆シリアル変換器(de-serializer:以下「DES部」とも称す。)212,222と、シリアル変換器(SER:serializer:以下「SER部」とも称す。)216,226と、フォワードコントローラ214,224とを含む。さらに、IOユニット20の各々は、バス250を介して互いに接続された、受信処理部230と、送信処理部240と、プロセッサ200と、共有メモリ202と、IOモジュール206と、不揮発性メモリ208とを含む。
リモートIO装置3を構成するマスターユニット10およびIOユニット20の各コンポーネントは、処理高速化の観点から、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)やFPGA(Field-Programmable Gate Array)などのハードウェアなどを実現することが好ましい。但し、一部または全部のコンポーネントをソフトウェアとして実装してもよい。例えば、図2に示す受信部210a,220aおよび送信部210b,220bに相当する部分のみをASICなどの物理的な回路を用いて実装し、その他の部分については、プロセッサがプログラムを実行することで実現してもよい。
次に、本実施の形態に係るPLCシステム1の一部を構成する制御装置であるメイン処理装置2のハードウェア構成について説明する。
図5を参照して、メイン処理装置2においても、上述のリモートIO装置3(図2参照)と同様に、CPUユニット40および1つ以上のIOユニット20−1,20−2,20−3が通信ラインである内部バス5(ダウンリンク51およびアップリンク52)を介して互いにデータ伝送可能になっている。すなわち、メイン処理装置2は、通信ラインを介して接続される複数のユニット(CPUユニット40およびIOユニット20)を含む。
図6を参照して、メイン処理装置2のCPUユニット40は、プロセッサ150と、主メモリ152と、不揮発性メモリ154と、フィールドバス制御部110と、受信部112と、送信部114と、内部バス制御部130とを含む。CPUユニット40のデータ伝送に係る基本的な構成は、上述のマスターユニット10(図2)と同様であるので、対応する部分(同一の参照符号を付している)についての説明は繰り返さない。
メイン処理装置2のIOユニット20の構成については、上述したリモートIO装置3のIOユニット20の構成(図4参照)と同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。
メイン処理装置2を構成するCPUユニット40およびIOユニット20の各コンポーネントについても、処理高速化の観点から、ASICやFPGAなどのハードウェアなどを実現することが好ましい。但し、一部または全部のコンポーネントをソフトウェアとして実装してもよい。
次に、本実施の形態に係るPLCシステム1の内部バス5上を伝送されるフレームの構造について説明する。図7は、本発明の実施の形態に係る内部バス5上を伝送されるフレーム300の構造を示す模式図である。
次に、本実施の形態に係る優先度に応じたデータ伝送に係る構成について説明する。図8は、本発明の実施の形態に係るIOユニット20のフォワードコントローラのより具体的な構成を示す模式図である。
基本的には、「低優先」フレームまたは「中優先」フレームの送信中に、「高優先」フレームの受信または生成が生じると、あるいは、「低優先」フレームの送信中に、「中優先」フレームまたは「高優先」フレームの受信または生成が生じると、当該送信中のフレームを予め定められたブロックまで送信した上でその送信が中断され、続いてより優先の高いフレームの送信が開始される。
図9〜図11は、本発明の実施の形態に係る優先度に応じたデータ伝送の処理例を示す模式図である。図9〜図11は、いずれも「低優先」のフレームを送信中に、「高優先」のフレームが受信または生成された例を示す。これらの処理例においては、「高優先」のフレームが優先的に送信され、先に送信中であった「低優先」のフレームは、「高優先」のフレームの送信完了後に、その送信が再開される。
次に、上述の図9〜図11に示すようなフレームの割り込みが生じた場合のフレームの構造について説明する。
上述の図9〜図11においては、送信が中断された先行のフレームについて、割込フレームの送信が完了した後に、その送信を再開する処理例について例示した。一方で、これらのフレームを用いて通信するアプリケーションには、データを正しく受信できなかった場合に、そのデータを再送するための処理が組み込まれている。そのため、内部バス5上のデータ伝送処理において、送信が中断された先行のフレームの未送信部分を破棄しても、最終的なアプリケーションでの処理への影響度は少ない場合がある。以下、このような送信中断されたフレームの未送信部分を破棄する場合の処理例について説明する。
図8を参照して説明したように、「低優先」および「中優先」のフレームは、通常Que272または282へ格納され、「高優先」のフレームは、高優先Que274または284へ格納される。そのため、先に、「低優先」または「中優先」のフレームが通常Que272または282へ格納されていたとしても、後続の「高優先」のフレームを、先に、次段のIOユニット20へ送信することもできる。すなわち、相対的に優先度の低いフレームを追い越して、後続のフレームを送信することもできる。以下、このような相対的に優先度の高いフレームの追い越し処理の処理例について説明する。
上述の処理例においては、優先度が異なるフレーム間の送信順序について説明したが、以下では、同じ優先度のフレームが競合した場合の処理について説明する。優先度が同じであれば、原則として、先入れ先出し(FIFO)のルールに従う。すなわち、いずれかのQueにより早く格納されたフレームほど先に送信される。
上述の説明においては、IOユニット20の内部でデータを生成する場合の処理について言及したが、マスターユニット10またはCPUユニット40の内部でデータを生成する場合についても、同様の処理が実行される。
次に、上述したような優先度に応じたデータ伝送に係る処理手順について説明する。図19は、本発明の実施の形態に係る優先度に応じたデータ伝送の処理手順を示すフローチャートである。図19に示す各ステップは、基本的には、フォワードコントローラ214または224のアービトレータ260(図8)によって実行される。
次に、上述したような優先度に応じたデータ伝送の適用例について説明する。
本実施の形態に係る内部バス5においては、典型的には、以下のような転送方式が可能である。
基本的な思想として、マスター制御部は、アップリンクを介したスレーブ制御部からのデータ送信が完了すると、アップリンクを非アクティブ化するための指令を、ダウンリンクを介してスレーブ制御部へ送信する。スレーブ制御部は、この指令に従ってアップリンクを非アクティブ化することで、データ伝送に係る消費電力を低減できる。また、マスター制御部は、スレーブ制御部からデータを取得したい場合には、アップリンクをアクティブ化するための指令を、ダウンリンクを介してスレーブ制御部へ送信する。スレーブ制御部は、この指令に従ってアップリンクをアクティブ化することで、データをマスター制御部へ送信できる。このように、スレーブ制御部は、マスター制御部からの指令に従って、データ伝送に必要な期間のみアクティブ化されるので、不要な電力消費を回避できる。
以下の説明では、上述の基本的思想をリモートIO装置3の内部バス5に適用した例について説明する。すなわち、ダウンリンク51については、常にアクティブに維持する一方で、アップリンク52(図2に示す受信部220aおよび送信部220b)については、通信n必要な期間に限ってアクティブにする。
本実施の形態によれば、通信ラインを介したデータ伝送を優先度に応じてより効率的に行うことができる。すなわち、機器同士がデジチェーン接続されている構成において、優先度の高い(レイテンシをより小さくすることが要求される)フレームを送信したとしても、先行のフレームが転送中であれば、優先度の高いフレームの送信速度は、先行のフレームの転送処理によって律速されてしまう。これに対して、本実施の形態によれば、優先度の高いフレームは、先行の優先度の低いフレームの送信完了を待つことなく、そのフレームを追い越して転送されるので、レイテンシを小さくすることができる。
Claims (8)
- 制御システムの少なくとも一部を構成する制御装置であって、
通信ラインを介してデジチェーン接続される複数のユニットを備え、
前記複数のユニットの各々は、
制御部と、
前記通信ラインを介して、当該通信ラインにおいて前段に位置するユニットからフレームとして送信されるデータを受信するための受信部と、
前記通信ラインを介して、当該通信ラインにおいて後段に位置するユニットへフレームとしてデータを送信するための送信部と、
前記後段に位置するユニットへ送信すべきデータを生成する生成部とを含み、
各フレームは、1または複数のブロックから構成されるとともに、その中に含まれるデータの優先度を示す情報を含み、
前記複数のユニットの各々は、さらに
前記受信部により受信された第1の優先度をもつフレームを格納する第1のバッファと、
前記受信部により受信された前記第1の優先度より高い第2の優先度をもつフレームを格納する第2のバッファと、
前記生成部により生成された第3の優先度をもつフレームを格納する第3のバッファと、
前記生成部により生成された前記第3の優先度より高い第4の優先度をもつフレームを格納する第4のバッファと、
前記第1のバッファ、前記第2のバッファ、前記第3のバッファ、前記第4のバッファに格納されているフレームの送信順序を裁定するアービトレータとを含み、
前記アービトレータは、前記送信部が第1のフレームを送信中に、前記受信部または前記生成部においてより優先度の高い送信すべきデータが生じると、前記送信部に、送信中の第1のフレームを予め定められたブロックまで送信させた後に、当該送信すべきデータを含む第2のフレームを送信させ、
前記送信される第2のフレームには、当該第2のフレームの開始を示すコードが付加される、制御装置。 - 前記アービトレータは、前記送信部に、前記第2のフレームの送信が完了するまで、前記第1のフレームのうち未送信の部分の送信を中断させる、請求項1に記載の制御装置。
- 前記アービトレータは、前記送信部に、前記第1のフレームのうち未送信の部分を破棄させる、請求項1に記載の制御装置。
- 前記アービトレータは、前記送信すべきデータが生じたときに送信待ちの第3のフレームが存在しており、かつ、前記第3のフレームに含まれるデータの優先度が前記送信すべきデータの優先度より低ければ、前記送信部に、前記第2のフレームを前記第3のフレームより先に送信させる、請求項1〜3のいずれか1項に記載の制御装置。
- 前記アービトレータは、前記送信すべきデータが生じたときに送信待ちの第3のフレームが存在しており、かつ、前記第3のフレームに含まれるデータの優先度が前記送信すべきデータの優先度と同等であれば、前記送信部に、前記第3のフレームを送信させ、その後に前記第2のフレームを送信させる、請求項1〜4のいずれか1項に記載の制御装置。
- 前記複数のユニットの各々は、前記受信部で受信されたフレームに含まれるデータおよび前記生成部が生成したデータの少なくとも一方について、対象のデータに含まれる優先度を示す情報に基づいて、当該データを格納するバッファを決定する判断部とをさらに含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の制御装置。
- 前記生成部は、データ種別に応じて、生成するデータに優先度を示す情報を付加する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の制御装置。
- 通信ラインを介してデジチェーン接続される複数のユニットを含む制御装置を少なくとも一部として構成される制御システムにおける制御方法であって、
前記複数のユニットのうち第1のユニットが、前記通信ラインを介して、当該通信ラインにおいて前段に位置するユニットからフレームとして送信されるデータを受信するステップを含み、各フレームは、1または複数のブロックから構成されるとともに、その中に含まれるデータの優先度を示す情報を含み、前記データを受信するステップは、受信されたフレームの優先度に応じて、当該フレームを第1のバッファまたは第2のバッファに格納するステップを含み、
前記第1のユニットが、前記通信ラインを介して、当該通信ラインにおいて後段に位置するユニットへフレームとしてデータを送信するステップと、
前記第1のユニットが他のユニットへ送信すべきデータを生成するステップとを含み、データを生成するステップは、生成されたフレームの優先度に応じて、当該フレームを第3のバッファまたは第4のバッファに格納するステップを含み、
前記第1のユニットがフレームを他のユニットへ送信中に、より優先度の高い送信すべきデータが生じると、送信中の第1のフレームを予め定められたブロックまで送信した後に、当該送信すべきデータを含む第2のフレームを送信するステップとを含み、
前記送信される第2のフレームには、当該第2のフレームの開始を示すコードが付加される、制御方法。
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