JP7225740B2

JP7225740B2 - 中継装置

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Publication number: JP7225740B2
Application number: JP2018225693A
Authority: JP
Inventors: 芳史加来; 慎也石橋
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2018-11-30
Filing date: 2018-11-30
Publication date: 2023-02-21
Anticipated expiration: 2038-11-30
Also published as: DE102019218248A1; US11297007B2; JP2020088819A; US20200177523A1

Description

本開示は、中継装置に関する。

例えば、下記特許文献１には、複数のポートを備えると共に、ポートからポートへのフレームの中継を行う、中継装置としてのスイッチ装置が記載されている。

特開２０１５－１７０９３３号公報

例えば、イーサネットにおける中継装置（即ち、スイッチ）としては、ポートの状態を、中継禁止状態と中継可能状態とに、択一的に設定可能なものがある。尚、イーサネットは登録商標である。中継禁止状態は、シャットダウン状態とも呼ばれる。中継禁止状態のポートについては、少なくとも当該ポートからの通信データの転送出力が禁止される。一方、中継可能状態は、通信データの中継（即ち、送受信）が許可された状態であり、換言すると、中継禁止状態に設定されていない状態である。

ここで、発明者の詳細な検討の結果、下記の課題が見出された。
中継装置の構成としては、「受信した通信データの宛先のポートが、中継禁止状態の場合には、その受信したフレームをバッファに貯留し、その後、宛先のポートが中継可能状態に設定されたら、その貯留された通信データの転送出力を開始する」という構成が考えられる。尚、ここで言う宛先のポートとは、宛先の装置が接続されているポートのことである。また、イーサネットでは、装置間で送受信されるフレームが、上記通信データに相当する。

しかし、上記構成の場合、上記バッファに貯留されてから転送される通信データは、宛先のポートが中継禁止状態の場合に発生した通信データであり、宛先の装置にとって期待外の通信データである可能性が高い。

なぜなら、中継装置の各ポートは、そのポートに接続されている装置が通信データを用いる処理（以下、通信関連処理）を正常に行える状態になった後に、中継禁止状態から中継可能状態に設定されると考えられる。このため、宛先のポートが中継禁止状態の場合に発生した通信データは、宛先の装置において通信関連処理を正常に行える準備が整う前の通信データであり、宛先の装置にとっては、期待外の通信データ、換言すれば、不適切な通信データであると考えられる。

よって、上記構成では、宛先の装置に期待外の通信データが届けられてしまい、その結果、宛先の装置の動作として、期待外の動作を招く可能性がある。
そこで、本開示の１つの局面は、不適切な通信データの転送を抑制可能な中継装置を提供する。

本開示の１つの態様による中継装置は、通信データを送受信するための複数のポート（Ｐ１～Ｐ３）と、中継処理部（１１）と、設定部（１７）と、を備える。
中継処理部は、複数のポートのうち、何れかのポートから受信した通信データを、複数のポートのうち、当該通信データの宛先の装置が接続されているポートである宛先ポートから送信する、中継処理を行う。設定部は、外部装置（５）からの指示により、複数の各ポートを、通信データの中継が禁止された中継禁止状態と、通信データの中継が許可された中継可能状態との、何れかに設定する。

そして更に、中継処理部は、複数のポートの何れかから受信した通信データの宛先ポートが、中継禁止状態に設定されている場合には、その受信した通信データを、保存することなく破棄する。

このような構成によれば、宛先ポートが中継禁止状態の場合に受信した通信データを、宛先ポートから送信することが無くなるため、宛先の装置に不適切な通信データを転送してしまうことを抑制することができる。

また更に、中継処理部は、複数のポートのうち、中継禁止状態に設定されているポートから通信データを受信した場合に、その受信した通信データを、中継せずに破棄するように構成されても良い。この構成によれば、不適切な通信データの転送を抑制する効果が高まる。

実施形態の電子制御装置及びスイッチの構成を示すブロック図である。スイッチの設定部が行う第１設定処理のフローチャートである。スイッチの設定部が行う第２設定処理のフローチャートである。スイッチの設定部が行う第３設定処理のフローチャートである。スイッチの中継処理部が行う処理のフローチャートである。作用例を説明するための説明図である。

以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
［１．構成］
図１に示す実施形態の電子制御装置（以下、ＥＣＵ）１は、例えば車両に搭載される。そして、ＥＣＵ１は、車両に搭載された他の装置同士の通信を中継する中継装置としてのスイッチ３と、当該ＥＣＵ１の動作を制御するための処理及びスイッチ３の設定に関する処理を実行するマイクロコンピュータ（以下、マイコン）５と、を備える。尚、ＥＣＵは、「Electronic Control Unit」の略である。

マイコン５は、ＣＰＵ７と、例えばＲＡＭ又はＲＯＭ等の半導体メモリ（以下、メモリ）９と、を備える。マイコン５の各機能は、ＣＰＵ７が非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、メモリ９が、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。また、このプログラムが実行されることで、プログラムに対応する方法が実行される。また、マイコン５が担う機能の一部又は全部は、一つあるいは複数のハードウェアを用いて実現されても良い。例えば、上記機能がハードウェアである電子回路によって実現される場合、その電子回路は、デジタル回路、又はアナログ回路、あるいはこれらの組合せによって実現されても良い。

スイッチ３は、例えばイーサネットのスイッチとして構成されている。このため、スイッチ３は、イーサネットの規格に基づいた通信データの中継を行う。以下では、中継対象の通信データを、フレームと言う。

スイッチ３は、フレームを送受信するための複数のポートＰ１～Ｐ３を備える。本実施形態では、３つのポートＰ１～Ｐ３が備えられているが、ポートの数は２又は４以上であっても良い。そして、スイッチ３の各ポートＰ１～Ｐ３には、通信ラインＬ１～Ｌ３がそれぞれ接続されている。また、符号の付与は省略しているが、各通信ラインＬ１～Ｌ３には、他の装置として、１つ以上のＥＣＵが接続されている。尚、各通信ラインＬ１～Ｌ３には、他の１つ以上のスイッチを介して他の１つ以上のＥＣＵが接続される場合もある。

更に、スイッチ３は、中継処理部１１と、設定部１７と、を備える。
中継処理部１１は、ポートＰ１～Ｐ３に入力されるフレームを受信する（即ち、取り込む）ための入力部１３と、転送対象のフレームをポートＰ１～Ｐ３の何れかに出力して送信するための出力部１５と、を備える。

そして、中継処理部１１は、ポートＰ１～Ｐ３のうちの何れかから受信したフレーム（以下、受信フレーム）を、ポートＰ１～Ｐ３のうち、当該受信フレームの宛先の装置が接続されているポート（以下、宛先ポート）から送信する、中継処理を少なくとも行う。

例えば、中継処理部１１は、各ポートＰ１～Ｐ３について、そのポートの先に接続されている装置（即ち、ＥＣＵ）のアドレスが記録されたルーティングテーブル（例えば、ＭＡＣアドレステーブル）を備える。そして、中継処理部１１は、受信フレームに含まれている宛先アドレスと上記ルーティングテーブルとに基づいて、宛先ポートを特定し、その特定した宛先ポートから受信フレームを送信する。宛先アドレスは、宛先の装置のアドレスであり、ＭＡＣアドレスが用いられて良い。

設定部１７は、ポートＰ１～Ｐ３の各々を、中継禁止状態と中継可能状態との、何れかに設定する処理を行う。中継禁止状態は、フレームの中継が禁止された状態であり、シャットダウン状態とも呼ばれる。既述したように、中継禁止状態のポートについては、少なくとも当該ポートからのフレームの転送出力が禁止される。また、中継可能状態は、フレームの中継が許可された通常の状態であり、換言すると、中継禁止状態に設定されていない状態である。

尚、設定部１７が行う処理内容については、図２～図４に基づき後で説明する。
［２．処理］
［２－１．設定部が行う第１設定処理］
スイッチ３の設定部１７が行う第１設定処理について、図２のフローチャートを用いて説明する。

例えばＥＣＵ１に電源が投入されると、マイコン５及びスイッチ３が起動する。尚、マイコン５及びスイッチ３の起動は、ＥＣＵ１が起動することに相当する。
そして、スイッチ３が起動すると、設定部１７は、図２の第１設定処理を開始し、Ｓ１１０にて、ポートＰ１～Ｐ３の全てを、初期状態として、中継禁止状態に設定する。その後、設定部１７は、当該第１設定処理を終了する。

［２－２．設定部が行う第２設定処理］
次に、スイッチ３の設定部１７が行う第２設定処理について、図３のフローチャートを用いて説明する。

スイッチ３には、外部装置に相当するマイコン５から、少なくとも、ポートＰ１～Ｐ３毎の状態設定指示が与えられるようになっている。状態設定指示は、対象のポートを示すと共に、当該状態設定指示が示すポート（以下、指定ポート）について、シャットダウンと、ポート正常化との、何れか一方を示す。シャットダウンとは、指定ポートを中継禁止状態（即ち、シャットダウン状態）にすることを意味する。ポート正常化とは、指定ポートを中継可能状態にすることを意味する。そして、マイコン５からの状態設定指示は、スイッチ３において、設定部１７に与えられる。

設定部１７は、マイコン５からの状態設定指示が与えられると、図３の第２設定処理を開始する。
図３に示すように、設定部１７は、第２設定処理を開始すると、Ｓ２１０にて、マイコン５からの状態設定指示が、ポート正常化を示す指示か否かを判定する。そして、設定部１７は、状態設定指示がポート正常化を示す指示であると判定した場合には、Ｓ２２０にて、状態設定指示が示すポート（即ち、指定ポート）を中継可能状態に設定し、その後、当該第２設定処理を終了する。

また、設定部１７は、上記Ｓ２１０にて、状態設定指示がポート正常化を示す指示ではないと判定した場合、即ち、状態設定指示がシャットダウンを示す指示であった場合には、Ｓ２３０に進む。そして、設定部１７は、Ｓ２３０では、指定ポートを中継禁止状態に設定し、その後、当該第２設定処理を終了する。

つまり、設定部１７は、マイコン５からの指示により、各ポートＰ１～Ｐ３を、中継禁止状態と中継可能状態との何れかに設定する。
また、マイコン５は、起動すると、通信ラインＬ１～Ｌ３のそれぞれについて、通信の実施準備が整ったか否かを判定する、具体的には、通信ラインＬ１～Ｌ３のそれぞれについて、その通信ラインに接続されている全てのＥＣＵが、通信に関連する処理、例えばフレーム中のデータを用いる処理を、正常に行える状態になったか否かを判定する。例えば、マイコン５は、起動してから、通信ラインＬ１～Ｌ３のそれぞれについて、予め設定された待ち時間が経過したか否かを判定することにより、通信の実施準備が整ったか否かを判定するように構成されて良い。そして、マイコン５は、通信の実施準備が整ったと判定した通信ラインがあると、その通信ラインに対応するポートについての状態設定指示として、ポート正常化を示す状態設定指示を、スイッチ３に出力する。

よって、スイッチ３のポートＰ１～Ｐ３は、通信の実施準備が整ったと判定された通信ラインに対応するものから順に、初期状態としての中継禁止状態から、通常状態としての中継可能状態に変更される。

［２－３．設定部が行う第３設定処理］
次に、スイッチ３の設定部１７が行う第３設定処理について、図４のフローチャートを用いて説明する。

設定部１７は、図３の第２設定処理によって、全てのポートＰ１～Ｐ３を中継可能状態に設定した後、図４の第３設定処理を、例えば一定時間毎に実施する。
図４に示すように、設定部１７は、第３設定処理を開始すると、Ｓ３１０にて、ポートＰ１～Ｐ３毎について、通信不能な障害（以下、通信障害）が生じているか否かを判定する。

Ｓ３１０での判定としては、例えば、受信フレームに関するエラーが所定回数連続して発生したか否かの判定が、実施されて良い。つまり、受信フレームに関するエラーが所定回数連続して発生した場合に、通信障害が生じていると判定されて良い。受信フレームに関するエラーは、受信フレームが正常でないことであり、例えば、受信フレームについての誤り検出でエラーが検出されたことや、受信フレームのサイズ又は構成内容が規格外であること等で良い。また、Ｓ３１０での判定としては、例えば、上記エラーの発生回数が所定値以上になったか否かの判定や、上記エラーが発生した回数の正常受信回数に対する割合が所定値以上になったか否かの判定等が、実施されて良い。よって、例えば、ポート自体が故障していたり、ポートに接続されている通信ラインが故障していたり、通信ラインに接続されている装置（即ち、ＥＣＵ）が故障していたりした場合に、通信障害が生じていると判定される。

設定部１７は、上記Ｓ３１０にて、ポートＰ１～Ｐ３の何れかについて、通信障害が生じていると判定した場合には、Ｓ３２０に進み、通信障害が生じていると判定したポートを、中継禁止状態に設定する。そして、その後、当該第３設定処理を終了する。

また、設定部１７は、上記Ｓ３１０にて、全てのポートＰ１～Ｐ３について通信障害が生じていないと判定した場合には、そのまま当該第３設定処理を終了する。
つまり、設定部１７は、ポートＰ１～Ｐ３のうち、通信障害が生じていると判定したポートを、動的に中継禁止状態に設定する。通信障害には、例えば、ポート自体の異常と、ポートが接続されている通信ラインの異常と、通信ラインに接続されている装置（即ち、ＥＣＵ）異常とが、含まれる。

［２－４．中継処理部が行う処理］
次に、スイッチ３の中継処理部１１が行う処理について、図５のフローチャートを用いて説明する。

中継処理部１１は、ポートＰ１～Ｐ３の何れかからフレームを受信した場合に、図５に示す処理を行う。
図５に示すように、中継処理部１１は、フレームを受信すると、Ｓ４１０にて、フレームを受信したポート（以下、受信ポート）が中継禁止状態に設定されているか否かを判定する。そして、中継処理部１１は、受信ポートが中継禁止状態に設定されていると判定した場合には、Ｓ４２０にて、受信フレームを中継せずに破棄し、その後、当該図５の処理を終了する。

つまり、中継処理部１１は、中継禁止状態に設定されているポートからフレームを受信した場合には、受信フレームを中継せずに直ちに破棄する。ここで言う破棄とは、受信フレームを保存せずに消去するということである。

また、中継処理部１１は、上記Ｓ４１０にて、受信ポートが中継禁止状態に設定されていないと判定した場合、即ち、受信ポートが中継可能状態に設定されている場合には、Ｓ４３０に進む。

中継処理部１１は、Ｓ４３０では、受信フレームの宛先ポートを前述の手順で特定し、その特定した宛先ポートが中継禁止状態に設定されているか否かを判定する。そして、中継処理部１１は、宛先ポートが中継禁止状態に設定されていると判定した場合には、Ｓ４４０にて、上記Ｓ４２０と同様に受信フレームを破棄し、その後、当該図５の処理を終了する。

つまり、中継処理部１１は、受信フレームの宛先ポートが中継禁止状態に設定されている場合には、受信フレームをスイッチ３内に保存することなく直ちに破棄する。
また、中継処理部１１は、上記Ｓ４３０にて、宛先ポートが中継禁止状態に設定されていないと判定した場合、即ち、受信ポートと宛先ポートとが中継可能状態に設定されている場合には、Ｓ４５０に進む。中継処理部１１は、Ｓ４５０では、受信フレームについて前述の中継処理を行う。つまり、受信フレームを宛先ポートから送信する。そして、その後、当該図５の処理を終了する。

［３．作用例］
例えば、スイッチ３において、図６に示すように、ポートＰ２が中継禁止状態に設定されており、ポートＰ１，Ｐ３が中継可能状態に設定されているとする。

そして、図６のような設定状態のときに、ポートＰ１から、ポートＰ２に接続されたＥＣＵを宛先とするフレームが受信されたとする。
この場合、スイッチ３では、図５のＳ４３０にて、受信フレームの宛先ポート（即ち、ポートＰ２）が中継禁止状態に設定されていると判定されるため、受信フレームは保存されずに破棄される。尚、この場合の受信フレームは、例えば、入力部１３に一旦取り込まれ、入力部１３から出力部１５に移される前に破棄されて良い。

また、スイッチ３において、中継禁止状態に設定されているポートＰ２からフレームが受信されたとする。
この場合、スイッチ３では、図５のＳ４１０にて、受信ポート（即ち、ポートＰ２）が中継禁止状態に設定されていると判定されるため、受信フレームは中継されずに破棄される。尚、この場合の受信フレームは、入力部１３に取り込まれてから破棄されても良いし、入力部１３に取り込まれることなく破棄されても良い。

［４．効果］
以上詳述した第１実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（４ａ）スイッチ３の中継処理部１１は、中継可能状態のポートから受信したフレームの宛先ポートが中継禁止状態に設定されている場合には、受信フレームをスイッチ３内に保存することなく破棄する。このため、宛先ポートが中継禁止状態の場合に受信したフレームを、その後に中継可能状態に設定変更された宛先ポートから送信することが無くなる。よって、このスイッチ３によれば、各ポートＰ１～Ｐ３が任意のタイミングで中継禁止状態から中継可能状態に設定されることにより、そのタイミングから通常のフレーム中継を行えるようになる。そして、このスイッチ３によれば、宛先の装置が通信に関する処理を正常に行える状態になる前に他の装置から送信された不適切なフレームが、その宛先の装置に転送されてしまうことを抑制することができる。前述の通り、スイッチ３の各ポートＰ１～Ｐ３は、そのポートに接続されている全てのＥＣＵが通信に関連する処理を正常に行える状態になってから、中継禁止状態から中継可能状態に変更されるからである。

（４ｂ）また、スイッチ３の中継処理部１１は、中継禁止状態に設定されているポートからフレームを受信した場合には、受信フレームを中継せずに直ちに破棄する。このため、不適切なフレームの転送抑制効果が高い。

（４ｃ）また、スイッチ３の設定部１７は、スイッチ３の起動時に、ポートＰ１～Ｐ３の全てを、初期状態として中継禁止状態に設定する。このため、車載通信システムを構成するのに好ましいスイッチ３が実現される。

比較例として、民生用のスイッチであれば、不特定多数のデバイスが接続され、どのような通信が行われるかも定まっていないことから、つなげることを優先する思想となっている。よって、可能な限りフレームを中継するために、起動直後から、受信フレームの中継を行うように構成される。これに対して、車載通信システムの場合には、スイッチ３を介して通信するＥＣＵは定まっており、その全てのＥＣＵが通信に関連する処理を正常に行える状態になるまでは、スイッチ３のポートＰ１～Ｐ３を中継禁止状態にしておきたいという要望がある。そして、この要望を本実施形態のスイッチ３によれば満たすことが可能となる。

（４ｄ）スイッチ３の設定部１７は、ポートＰ１～Ｐ３毎について通信障害が生じているか否かを判定し、通信障害が生じていると判定したポートを、動的に中継可能状態から中継禁止状態に設定する。このため、通信障害が生じているポートからのフレーム送信であって、無駄になる可能性が高いフレーム送信が行われなくなる。また、通信障害が生じているポートからの受信フレームも直ちに破棄されて転送が行われない。つまり、正常でない可能性が高いフレームの中継を、未然に防止することができる。よって、車載通信システムで実施される制御内容の信頼性を効率的に向上させることができる。

［５．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

例えば、スイッチ３が適用される通信システムのプロトコルは、イーサネット以外のプロトコルであっても良い。また、上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしても良い。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしても良い。また、上記実施形態の構成の一部を省略しても良い。

また、上述したスイッチの他、当該スイッチを構成要素とする通信システム、当該スイッチとしてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、通信データの中継方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。

３…スイッチ、５…マイコン、１１…中継処理部、１７…設定部、Ｐ１～Ｐ３…ポート。

Claims

通信データを送受信するための複数のポート（Ｐ１～Ｐ３）と、
前記複数のポートのうち、何れかのポートから受信した通信データを、前記複数のポートのうち、当該通信データの宛先の装置が接続されているポートである宛先ポートから送信する、中継処理を行うように構成された中継処理部（１１）と、
外部装置（５）からの指示により、前記複数のポートのそれぞれを、通信データの中継が禁止された中継禁止状態と、通信データの中継が許可された中継可能状態との、何れかに設定するように構成された設定部（１７）と、を備え、
前記中継処理部は、前記受信した通信データの前記宛先ポートが、前記設定部により前記中継禁止状態に設定されている場合には、前記受信した通信データを、保存することなく破棄する（Ｓ４４０）ように構成され、
前記複数のポートのそれぞれは、複数の通信ラインのうち、当該ポートに対応する通信ラインを介して複数の装置と接続されるように構成され、
前記設定部は、前記複数のポートのそれぞれを、当該ポートに対応する前記通信ラインに接続されている前記複数の装置の全てが通信データを用いる処理を正常に実行可能な状態になったことに基づく前記指示により、前記中継禁止状態から前記中継可能状態に設定するように構成されている、
中継装置。
請求項１に記載の中継装置であって、
前記中継処理部は、
前記複数のポートのうち、前記中継禁止状態に設定されているポートから通信データを受信した場合には、前記受信した通信データを、中継せずに破棄する（Ｓ４２０）ように構成されている、
中継装置。
請求項１又は請求項２に記載の中継装置であって、
前記設定部は、
当該中継装置の起動時に、前記複数のポートの全てを、初期状態として、前記中継禁止状態に設定する（Ｓ１１０）ように構成されている、
中継装置。
請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の中継装置であって、
前記設定部は、
前記複数のポート毎について、通信不能な障害が生じているか否かを判定し、前記障害が生じていると判定したポートを、前記中継禁止状態に設定する（Ｓ３１０，Ｓ３２０）ように構成されている、
中継装置。