JP2008113457A - 多数のバスのサイクルタイムを同期させる方法と装置及び対応するバスシステム - Google Patents

Abstract

【課題】２つのバス間を同期させる技術を提供する。
【解決手段】少なくとも１つのバス加入者を有する少なくとも２つのバスを同期させる方法と装置及びバスシステムであって，その場合にバス内にベーシックサイクルのサイクルタイムが存在し，その場合に各バス内でグローバルタイムが求められ，それらグローバルタイムから，少なくとも１つの加入者を介して互いに接続されているバスのグローバルタイムの偏差が求められ，かつ個々のグローバルタイムの偏差が少なくとも１つのバス加入者へ伝達され，その場合にグローバルタイムの偏差に従って，少なくとも１つの加入者を介して接続されているバスのサイクルタイムの互いに対する適合が行われるので，これらバスはサイクルタムに関して同期されている。
【選択図】図１

Description

本発明は，少なくとも２つのバスシステム内のサイクルタイムを同期させる方法と装置及び該当するバスシステムに関する。

通信システムあるいはバスシステムを用いて制御装置，センサ技術及びアクチュエータ技術をネット化することは，近年において，最近の車両の製造において，又は特に工作機械領域における，機械製作，そしてまた自動化においても著しく増加している。その場合に機能を多数の制御装置へ分配することによりシナージー効果を得ることができる。その場合には，分配されたシステムが話題にされる。種々のステーション間の通信は，ますます，少なくとも１つのバスあるいは少なくとも１つのバスシステムを介して行われるようになってきている。バスシステム上の通信交通，アクセス機構と受信機構及びエラー処理は，プロトコルを介して調整される。

車両領域内のプロトコルとして，ＣＡＮ（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋ）が設立された。これは，事象制御されるプロトコルであって，即ちメッセージの送信のようなプロトコルアクティビティは，その起源を通信システムの外部に有する事象によって開始される。通信システムあるいはバスシステムへの一義的なアクセスは，優先順位に基づいたビットアービトレーションによって作動される。そのための前提は，各メッセージに優先順位が割り当てられていることである。ＣＡＮ−プロトコルは，極めてフレキシブルである；従って他のノード及びメッセージを付加することは，まだ自由な優先順位（ｍｅｓｓａｇｅ ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）が存在している限りにおいて，問題なく可能である。ネットワーク内で送信すべき全てのメッセージを優先順位及びその送信機ノード並びに場合によっては受信機ノードと共に集めたものは，リスト，いわゆる通信マトリクス内に格納される。

事象制御される，自発的な通信に対する代替的な解法は，純粋に時間制御される解法である。バス上の全ての通信アクティビティは，厳しく周期的である。メッセージの送信のようなプロトコルアクティビティは，バスシステム全体について有効な時間の進行によってのみ作動される。媒体へのアクセスは，送信者が排他的な送信権を有する時間領域の割当てに基づいている。このプロトコルは，比較的フレキシブルではない；新しいノードの追加は，前もって既に該当する時間領域が解放されている場合にのみ，可能である。この状況は，駆動開始前に既にメッセージ順序を決定しておくことを強制する。従って走行プランが形成されて，その走行プランは繰返しレート，冗長性，デッドラインなどに関するメッセージの要請を満足させなければならない。いわゆるバススケジュールが話題とされる。送信周期内でのメッセージの位置決めは，アプリケーションと送信時点との間の待ち時間を最小に抑えるために，メッセージ内容を形成するアプリケーションに同調されなければならない。この同調が行われない場合には，時間制御される伝達の利点（バスにおけるメッセージを送信する際の最小の待ち時間−ジッタ）が破壊されてしまう。プランニングツールには，それだけ高い要請が課せられる。この種のバスシステムは，例えばＴＴＰ／Ｃである。

特許出願ＤＥ１００００３０２Ａ１，ＤＥ１００００３０３Ａ１，ＤＥ１００００３０４Ａ１及びＤＥ１００００３０５Ａ１並びにＩＳＯ基準１１８９８−４（目下まだ草案としての）に示されている，時間制御されるＣＡＮ，いわゆるＴＴＣＡＮ（Ｔｉｍｅ Ｔｒｉｇｇｅｒｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）の解決策は，上述した時間制御される通信に基づく要請及び所定の程度の柔軟性に基づく要請を満足させる。ＴＴＣＡＮは，これを，所定の通信加入者の周期的メッセージのためのいわゆる排他的時間ウィンドウ内と，多数の通信加入者の自発的メッセージのためのいわゆるアービトレート時間ウィンドウ内に，通信サイクル（ｂａｓｉｃ ｃｙｃｌｅ）を構築することによって満たす。ＴＴＣＡＮは，大体において時間制御される周期的な通信に基づいており，その通信はメインタイムを与える加入者又はノード，いわゆるタイムマスターによって，時間基準メッセージ又は短い基準メッセージを用いてクロックされる。次の基準メッセージまでの周期は，ベーシックサイクル（ｂａｓｉｃ ｃｙｃｌｅ）と称され，予め競って可能な数の時間ウィンドウに分割される。その場合に，ローカルタイム，あるいは個々の加入者あるいはノードのローカルタイミングジェネレータと，そのタイミングジェネレータのグローバルタイムとしてのタイムマスターのタイムとが区別される。ＴＴＣＡＮに関する他の基礎と定義は，ＩＳＯ−草案１１８９８−４又は上記の従来技術から知ることができ，従って知られていることを前提として，再度明らかに説明はしない。

従って自動化内，車両内あるいは他の箇所において制御装置をネット化するために，例えば上述したＣＡＮ，ＴＴＰ／Ｃ又はバイトフライト及び今説明したＴＴＣＡＮのような，一連の実時間バスシステムがある。ＣＡＮ，ＴＴＣＡＮ又はバイトフライトは，ワンチャネルバスシステムであって，それは，該当するシステムを多重化することによって冗長性を達成することができることを意味している。ＴＴＰ／Ｃは，固有のツーチャネルシステムであって，それは冗長性が常に組み込まれていることを意味している。多数のバスシステムが，サービスとしてバスに同期されたタイミングベースを提供する。初めからツーチャネル又はマルチチャネル解決として考えられているバスシステムにおいては，通常デザイン毎に同期化が強制される；代表的には，ノードあるいは加入者は２つのバス上で同時に送信を行わなければならないことによって。このことは，利点を有するが（例えば同期が常に保証されている），例えば各バスはそれ自体のために駆動されず，２つのバス上でタイムマスターは極めて制限付きでしか区別することができず，かつ２つ又は多くのバスシステムのモジュラー性はデザイン毎に存在するカップリングによって弱体化される，というような，一連の欠点も有している。

従って，説明したように，従来技術はどの視点においても最適な結果を提供できないことが明らかにされた。この状況を，以下で改良しようとしている。

ワンチャネルとして考えられているバスあるいはバスシステムにおいては，同期化は，それが必要である場合には，はっきりと実施される。以下においては，バスシステムとしてＴＴＣＡＮ−ネットワークあるいは多数のＴＴＣＡＮ−バスあるいはバスシステムとその結合を前提とし，その場合にこれは，ＴＴＣＡＮの特性が本発明に基づく対象を示す前提あるいは必要性である限りにおいて，後の本発明の対象に関して限定的であると考えるべきである。

発明の利点
本発明は，少なくとも１つのバス加入者を有する少なくとも２つのバスを同期させる方法と装置及びバスシステムに関するものであって，その場合にバス内にはベーシックサイクルのサイクルタイムが存在しており，その場合に各バス内でグローバルタイムが求められ，これらグローバルタイムから，少なくとも１つの加入者を介して互いに接続されているバスのグローバルタイムの偏差が求められ，個々のグローバルタイムの偏差が少なくとも１つのバス加入者へ伝達され，その場合にグローバルタイムの偏差に従って，少なくとも１つの加入者を介して接続されているバスのサイクルタイムの互いに対する適合が行われるので，これらバスはサイクルタイムに関して同期化されている。

好ましくは，少なくとも１つの加入者を介して接続されているバスのサイクルタイムの適合は，グローバルタイムの位相の適合によって行われる。

好ましくは，少なくとも１つの加入者を介して接続されているバスのサイクルタイムの適合は，グローバルタイムの周波数の適合によって行われる。

好ましい形態においては，サイクルタイムの位相の適合は，少なくとも１つの予め設定されたビットの値に従って行われる。

グローバルタイムの周波数を適合させるために，好ましくは，少なくとも２つの同期させるべきバス内で各々最小の時間単位（ＮＴＵ）が求められて，これら最小の時間単位が互いに関係付けられ，その場合に発生する真の比が予め設定された比と比較され，その場合に少なくとも１つの最小の時間単位は，予め設定された比が得られるように，適合される。

さらに，予め設定された比が整数であって，特に数２の倍数又は約数に相当すると，効果的である。
他の利点と好ましい形態は，明細書及び請求項の特徴から明らかにされる。

本発明は，どのようにして多数のＴＴＣＡＮ−バスの組合せからなる，エラー許容するバスシステムを形成することができるか，という一般的な可能性を記述している。特にこれは，多数のＴＴＣＡＮ−バスのグローバルタイムの同期化及び／又は多数のＴＴＣＡＮ−バスのサイクルタイムの同期化に関する機構との関連において効果的であって，それによってバスシステム全体又はネットワーク内のこれら全てのバスの互いに対する同期化を達成することができる。

実施例の説明
本発明は，どのようにして多数のＴＴＣＡＮ−バスの組合せからなる，エラー許容するバスシステムを形成することができるか，という一般的な可能性を記述している。特にこれは，多数のＴＴＣＡＮ−バスのグローバルタイムの同期化及び／又は多数のＴＴＣＡＮ−バスのサイクルタイムの同期化に関する機構との関連において効果的であって，それによってバスシステム全体又はネットワーク内のこれら全てのバスの互いに対する同期化を達成することができる。

図１は，複数の，ここでは２つの，ＴＴＣＡＮ−バスあるいはＴＴＣＡＮ−バスシステムからなる，バスシステムあるいはネットワークを示している。その中で，符号１０３Ｂ１は第１のバスを示し，符号１０３Ｂ２は第２のバスを示している。第１のバス１０３Ｂ１には２つの加入者１０１と１０２が結合されている。第２のバス１０３Ｂ２には，加入者１０５が結合されている。加入者１００は，２つのバス１０３Ｂ１と１０３Ｂ２に結合されており，２つのバスへのアクセスを有する，接続加入者又はゲートウェイコンピュータあるいはゲートウェイ加入者又はゲートウェイコントローラとして機能する。従ってＴＴＣＡＮ−バスの結合された対（ここでは１０３Ｂ１と１０３Ｂ２）は，２つのＴＴＣＡＮ−バスの組合せとして，２つのバスへのアクセスを有する少なくとも１つのゲートウェイ加入者が得られるように定められる。各々のバスへの個々の加入者の接続は，適当なインターフェイス素子を介して，例えば加入者１０１の場合にはインターフェイス素子１１０Ｂ１を介して行われる。同様に，ゲートウェイ加入者としての加入者１００は，インターフェイス素子１０４Ｂ１を介してバス１０３Ｂ１と，そしてインターフェイス素子１０４Ｂ２を介してバス１０３Ｂ２と接続されている。選択的に，２つのインターフェイス素子１０４Ｂ１と１０４Ｂ２とは異なり，バス１０３Ｂ１とバス１０３Ｂ２へ接続するための２つの端子を備えた１つのインターフェイス素子を設けることもできる。

さらに，加入者１００あるいは１０１内には，内部のクロック源を有するクロックジェネレータ１１１あるいは１０６又はタイミング源１０７あるいは１１２，特にクォーツ又は発信器，特にＶＣＯ（ｖｏｌｔａｇｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）が示されている。さらに，各々のタイミングジェネレータ１０６あるいは１１１の内部には，時間検出モジュール，特に計数器又はカウンタ１０８あるいは１１３が含まれている。

各々の加入者内の，特にバスシステムへデータを入／出力するため，タイミングジェネレータから時間情報を受け取るため，及びバスあるいはバス加入者を同期させるための，制御課題と，他の，特に本発明に基づく，方法と方法ステップなどは，処理モジュールとしてのモジュール１０９あるいは１１４，特にマイクロコンピュータあるいはマイクロプロセッサ又はコントローラによって認識することができる。しかし，これらの機能性の部分又は機能性全体は，各々のインターフェイスモジュール内に直接設けることもできる。

その場合に，特にバスシステム毎に，ＴＴＣＡＮの主旨におけるタイミング基準ジェネレータとしての加入者を設けることができる。従って，この加入者，タイムマスターとしてのタイミング基準ジェネレータは，従来技術におけるのと同様に，ベーシックサイクルを予め設定する。同様に，ゲートウェイ加入者が２つのシステムのためのタイミング基準マスターとして，従って時間マスター又はタイムマスターとして機能することも可能である。従って，該当する基準加入者の，即ち各々のＴＴＣＡＮ−システムのタイムマスターの，このタイムマスターのローカルタイムを求めるタイミングジェネレータは，基準タイミングジェネレータとして有効であって，あるいは１０３Ｂ１及び／又は１０３Ｂ２に示すように，該当するバスシステムのための基準時間を設定する。即ちタイムマスターとして予め設定された基準加入者のローカルタイミングジェネレータ，例えば１０６及び／又は１１１は，従って，該当するバスあるいはバスシステム１０３Ｂ１及び／又は１０３Ｂ２のグローバルタイミングジェネレータとして有効であって，該当するバスのグローバルタイムを設定する。

従って，図１には，ゲートウェイ加入者又はゲートウェイノードを有する，結合された対のＴＴＣＡＮ−バスが示されている。この本発明に基づく結合をさらに正確に示すために，以下の本発明に基づく記述が使用される：

少なくとも２つのＴＴＣＡＮ−バスＢ１，Ｂ２は，ｉ＝１からｎ及びｎエレメントＮとして，次の特性を有する結果Ｐｉ＝（ＢＸｉ，ＢＹｉ）が得られる場合に，結合されている：
・ＢＸｉ，ＢＹｉは，全てのｉのためのＴＴＣＡＮ−バスである。
・１つのｉのために，ＢＸｉとＢＹｉはＴＴＣＡＮ−バスの結合された対を形成する。
・ＢＸ（ｉ＋１）はＢＹｉである（ｉ＝１からｎ＝１について）。
・ＢＸ１はバスＢ１であり，ＢＹｎはバス２である。

即ち，２つのＴＴＣＡＮ−バスＢ１とＢ２は，それらが結合された対の，何らかのまだ複雑なパスによって接続されている場合に，結合されている。少なくとも２つのＴＴＣＡＮ−バスのシステムは，ここでは，バスの各々２つが結合されている場合（上述した主旨において）に，エラー許容するＴＴＣＡＮ−バスとなる。従って，エラー許容するＴＴＣＡＮ−バス又はネットワークを使用する，全てのシステムアーキテクチャは検出可能である。

他の例が，図２と３に示されている。即ち，図２は３つのＴＴＣＡＮ−バス２０３Ｂ１，２０３Ｂ２及び２０３Ｂ３とバス加入者２００，２０１，２０４及び２０５を示している。その場合にバス２０３Ｂ１と２０３Ｂ２は，加入者２００によって互いに結合されており，同様にバス２０３Ｂ２と２０３Ｂ３は加入者２０１によって互いに結合されている。従って本発明の主旨において，加入者２００と２０１によってバスシステム２０３Ｂ１と２０３Ｂ２及び２０３Ｂ２と２０３Ｂ３を，結合された対として結合することによって，バスシステム２０３Ｂ１と２０３Ｂ３も上述した定義に従って，特に同期に関して，エラー許容するように接続されている。各ノードあるいは加入者が各々他のバスと冗長に結合されており，従って各加入者が各バスへの接続を有する従来の冗長なシステム，即ちバスシステム全体内の２つのバスとは異なり，ここで提案されるシステムアーキテクチャは結合された対を使用することによって，スケーリング可能なエラー許容性及びエラー許容するシステムとエラー許容しないシステムを混合することができる。

このことを，図３の例で再度説明する。そこには，４つのバス３０３Ｂ１，３０３Ｂ２，３０３Ｂ３及び３０３Ｂ４が示されている。その他に，バス加入者３０１，３０２，３００，３０４及び３０５が示されている。バス３０３Ｂ１と３０３Ｂ２は，加入者３００によって互いに結合されており，バス３０３Ｂ３と３０３Ｂ４は，加入者３０１によって結合されている。同時に，３つのバス３０３Ｂ１，３０３Ｂ２及び３０３Ｂ３が加入者３０２によって互いに結合されているので，一方ではエラー許容するシステムとエラー許容しないシステムの混合が可能になり，他方ではシステム内の所望のエラー許容性がスケーリング可能であって，即ち種々の冗長度（一重，二重，多重）で示すことができる。従ってシステム内により高い冗長度を導入することが可能であって，その場合に分離しておこうとするシステムが結合されることはない。従って，コモンモードエラー，即ち１つ又は複数のバスシステムのコモンモード誤りを削減することが可能である。

従って，ＴＴＣＡＮ内の同期機構との組合せにおいて，全ての考えられるエラー許容度を可能にする，同期された統一的な通信システムを提供することが可能である。以下においては，個々の加入者あるいはバスシステムのグローバルタイム及びサイクル時間又はサイクルタイムに関する同期化を詳細に説明する。

まず，どのようにして２つ又はそれより多いＴＴＣＡＮ−バス，特にレベル２（ＩＳＯ草案を参照）が，そのグローバルタイムを互いに対して同期させることができるか，という一般的な方法を説明する。この方法は，専用のハードウェアによって，適当なホスト上で遂行されるアプリケーションによって，あるいは特殊なソフトウェア層によっても実施することができる。

以下において，可能な変形例を含めた同期化の方法の遂行を説明する。１対のバスは，ここでは，上述したように２つのバスへのアクセスを有する少なくとも１つのゲートウェイコンピュータが得られる場合に，直接同期化可能と称する。さらに，一般的な前提は，同期させるべき２つのバス間に，２つのバスを直接同期可能な対，従って上述したように結合された対を介して接続する，ゲートウェイのチェーンが生じることである。同期を実施する同期化層（ハードウェア又はソフトウェア）は，以下においては，同期化レイヤーＳＬと称する。その場合に，ＳＬは，以下の説明からも明らかになるように，必ずしも各ノード上に設けられている必要はない。

１つの実施形態においては，ゲートウェイ加入者又はゲートウェイコンピュータは，同期化すべき２つのバスの少なくとも一方において，バス内の時間を等化するための時間マスターであり，そのバス内でタイムマスターである。他の実施形態として選択的に，同期化のための適当な時間適合を行うために，ゲートウェイ加入者からタイムマスターへメッセージを伝達することができる。その場合に，ゲートウェイ加入者が，同期化すべき複数のバスシステムの少なくとも１つのバスシステムのタイムマスターでもある必要はない。

初期化するために，各ＴＴＣＡＮ−バス上で，ＩＳＯ１１８９８−４とＴＴＣＡＮのための従来技術に従ってこのバスのために特殊化された初期化プロシージャが遂行される。結果として，種々のグローバルタイムと種々の実際のサイクルタイムとを有する２つ又はそれより多い互いに独立して走行するＴＴＣＡＮバスが得られる。選択的な変形例においては，システムデザインによって，２つ又はそれより多いバス上で同一のノードあるいは加入者がタイムマスターになるようにすることができる。

以下において，図４と５を用いて周波数等化と位相等化を説明し，その場合にバスの周波数と位相は互いに別々に等化可能であって，その場合に好ましい形態においては，周波数が誤っており，あるいはずれている限り位相は連続して変化されるので，まず周波数が等化される。

Ａ）２つのバス間の周波数等化
ＴＴＣＡＮ内で，グローバルタイムの速度，従って時間単位ＮＴＵの長さが，タイムマスターのタイミングジェネレータ周波数，従って特に発振器周波数又はクォーツ周波数とそのＴＵＲ（ｔｉｍｅ ｕｎｉｔ ｒａｔｉｏ）−値によって定められる。その場合にＮＴＵ（ｎｅｔｗｏｒｋ ｔｉｍｅ ｕｎｉｔ）は，各々のバスのグローバルタイムの時間単位であり，ＴＵＲは，ＩＳＯ−草案１１８９８−４に記載されているように，ＮＴＵの長さと固有のベーシック時間単位，例えばローカルのタイムジェネレータ周期，従って特にローカルの発振器周期の長さの比である。同期化層，ＳＬは，種々のバス上でＮＴＵが互いに対して予め設定された比を有するように配慮しなければならない。その場合にＳＬは，ハードウェア又はソフトウェア内で処理ユニット１０９及び／又は１１４などによって表すことができ，その場合にＳＬは，既に説明したように必ずしも全ての加入者内に内在している必要はない。

原則的に，種々のやり方が考えられる。１つのバスの周波数あるいは１つのバスのグローバルタイムの速度が設定値として選択され，かつそれに対する他方のバスの速度あるいは周波数の差が定められることによって，１つのバスを他のバスに同調させることができ，その場合に他のバスに少なくとも１つの他のバスが同調され，あるいは少なくとも２つのバスがグローバルタイムの速度，従って各々のタイムマスターのタイミングジェネレータの周波数に関して相互に接近する。さらに，適合を１つのステップで，あるいは徐々に行うことができる。各々のストラテジーは，ＳＬ，従って同期化層と，各々のアプリケーションの要請に依存する。全ての方法に，次のシェーマが共通である：
・ＳＬは，バスのために実施すべき補正を定めて，それを実際のタイムマスターへ伝達する。補正は，例えばその時の実際のＴＵＲ−値と新しく調節すべきＴＵＲ−値の比とすることができる。ＳＬがタイムマスター上で補正を定め，それによって補正値が，例えば直接新しいＴＵＲ−値になることができると，特に効果的である。
・ＳＬは，タイムマスター内で新しいＴＵＲ−値を定め，それを次のラウンドから利用する。
・このバスの他の全てのノードは，ＴＴＣＡＮ−同期を介してタイムマスターに追従する。

そのために，図４において，ブロック４００で第１のバス，例えばＢ１，例えば１０３Ｂ１のグローバルタイムが求められる。これは，時点Ｔ１でブロック４０１内で検出され，即ちキャプチャーされ，それによってブロック４０１でバスＢ１のグローバルタイムの第１のキャプチャー値が生じる。同様に時点Ｔ１で，ブロック４０４で求められた，バスＢ２，例えば１０３Ｂ２のグローバルタイムの値が，ブロック４０５で検出され，従ってキャプチャーされる。次の時点Ｔ２で，各々第１のキャプチャー値がブロック４０１あるいはブロック４０５からブロック４０２あるいはブロック４０６へシフトされて，各々のバスのグローバルタイムに関する新しい第２のキャプチャー値が，ブロック４０１あるいは４０５で検出される。ブロック４０１と４０２あるいはブロック４０５と４０６のこれら２つのキャプチャー値から，ブロック４０３あるいは４０７における差形成によって，グローバルタイムの各々の速度又は各々のバスＢ１あるいはＢ２のクロックスピードも求められる。各々のバスのグローバルタイムの速度のためのこれらの値から，その後ブロック４０９における差形成によって補正値が得られ，その補正値は観察するバスのグローバルタイムの速度の差，従って各々のクロックスピード，従ってタイミングジェネレータ速度の差を表す。上述したように，これは，例えば各々のＴＵＲ−値を介して行うこと，あるいは実施することもできる。その場合に本発明に基づく他の方法は，ブロック４０９で求められた，周波数等化に関する値を用いて，ブロック４０１で遂行される。

例において，周波数等化を再度明らかにする。２つのバスＢ１とＢ２がある。同期化ストラテジーは，Ｂ２がＮＴＵの長さをＢ１上で有効な長さに適合させなければならないことである。最も簡単な場合においては，両者は名目的に同一の長さである。Ｂ２の実際のタイムマスターのアプリケーション（ＳＬ）は，バスＢ１への直接のアクセスを有しており，かつＢ１とＢ２のために同一のタイミングジェネレータあるいは同一のクロック源あるいはタイミング源，従って同一の発振器又はクォーツが使用される。その場合に２つのバスＢ１とＢ２のＮＴＵは，バスＢ１に関するこのノード又は加入者のＴＵＲ−値が，バスＢ２に関するこの加入者又はノードのＴＵＲ−値と等しい場合に，正確に等しい長さである。従ってＳＬは，Ｂ１に関するＴＵＲ−値をＢ２に関するＴＵＲ−値として使用しなければならない。

２つのバスのＮＴＵが，互いに対して任意の比を有する場合に，この状況を原理的に等しく処理することができる。好ましくはハードウェアにおいては，その場合に比あるいはその逆数が整数であり，特に好ましい形態においては２乗である場合に，それが容易に実現される。

２つのバスのために同一のタイミングジェネレータあるいは同一のタイミング源が使用されない場合には，２つのバスのグローバルタイムの差を２回又はもっと頻繁に，あるいは周期的に相前後して測定し，差の観察された変化と差の名目上の変化との比較から，補正係数を計算する可能性がある。この可能性は，実際のタイムマスターがそれ自体２つのバスへのアクセスを持たない場合でも，与えられている。選択的に，ＳＬは１つのバス上のベーシックサイクルの長さを他のバスの単位において測定し，それに基づいて補正値を定めることができる。

Ｂ）位相等化
位相等化するために，ＳＬは２つのバス上のグローバルタイムの間の位相差を測定し，２つのバスの各々について調節すべき飛躍あるいは補正値を定める。このことは，好ましくはＴＴＣＡＮのストップウォッチレジスタを使用して行うことができる。

ＳＬは，２つのバスの２つの実際のタイムマスターに，各々調節すべき飛躍あるいは補正値を伝達する。飛躍を調節しなければならないタイムマスターは，次の基準メッセージ内で予め設定されたビット，具体的にはＴＴＣＡＮの場合には不連続ビットをセットし，それに応じた量だけそのグローバルタイムをシフトする。それによってその後該当するタイムマスターのタイム基準メッセージあるいは基準メッセージが適合された時点で送信される。場合によっては少なくとも２つのバス上で，この１つ又は複数の基準メッセージが成功裏に送信された後に，少なくとも２つのバスは互いに対して同期されている。

この位相等化が，図５に示されている。その場合にブロック５００あるいは５０４において２つのバスのグローバルタイムが求められて，ブロック５０１あるいは５０５で検出され，従ってキャプチャーされる。その場合にキャプチャーは，各々同じ時点Ｔ１で行われる。２つのキャプチャー値は直接ブロック５０９の差形成へ供給され，その場合に２つのバスの単純なキャプチャー値によって位相差，従ってクロック位相，クロック源位相又はタイミング源位相の差を求めることができる。他の，本発明に基づく方法が，その後ブロック５１０で遂行される。

特に２つより多いバスにおいては，このように２つのバスを対で同期化する際に飛躍あるいは補正が２つのバスの一方だけで行われ，即ち２つのバスの一方がグローバルタイムのためのマスターの役割を果たすと，効果的である。即ち第１のバス上のグローバルタイムは変化せず，第２のバス上のグローバルタイムが飛躍し，あるいは変化する。この場合においては，２つより多いバスを逐次対の同期化を介して互いに同期させることができ，１つの対の同期化が他の対に，特に複雑な影響を有することはない。

これを，例において説明する。システム内に５つのバスＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５がある。同期可能あるいは結合された対は，（Ｂ１，Ｂ２），（Ｂ１，Ｂ３），（Ｂ２，Ｂ４），（Ｂ３，Ｂ５）である。Ｂ１がＢ２とＢ３のためのマスターであり，Ｂ２がＢ４のため，そしてＢ３がＢ５のためのマスターである場合には，２つのラウンドの内部における対の同期化（Ｂ２とＢ３がまずＢ１に同期され，その後Ｂ４がＢ２に，そしてＢ５がＢ３に同期される）が，システムワイドの同期化をもたらす。

同一のシステム内で，マスター原理なしの同期化も実施することができる。その場合にはもちろん，ＳＬは，一度同期化されたバスが同期化されたままであること，即ち１つのバス上の変化は，このバスに同期されている全てのバス上でも行われることを，保証しなければならない。

さらに，同期化すべきバスのタイムマスターが，該当するパートナーバスのグローバルタイムへの直接のアクセスを有していると，効果的である（しかし必要ではない）。この場合においては，ＳＬは，１つのバスの潜在的なタイムマスターだけに合わせることができ，即ち調節すべき飛躍の高さに関するＳＬの伝達は，省かれ，あるいは極めて単純になる。

ＮＴＵ，従って同期化すべきバス上のグローバルタイムの時間単位が等しい必要はない。しかし，２つの結合されているバス間で（名目上の）ＮＴＵが，整数の係数（特に好ましくは２乗）だけ異なっている場合に，特に簡単かつ有用である。

Ｃ）周波数シフトによる位相等化
点Ｂ）で今説明した，位相等化に関する機構の代わりに，速度の長期的な変化によって（これに関してはＡ）も参照），位相等化を達成する可能性もある。原理的なやり方は，点Ａ）で２つのバス間の周波数等化において説明したのと，全く同じである。しかしこの場合においては，目的は，適合すべきバスのＮＴＵをそこの目標値に正確に適合させることではなく，このＮＴＵを幾分延長し，あるいは短縮することであり，それによって適合すべき時計あるいはタイミングジェネレータが幾分低速又は高速で増分されて，従って比較的長い時間にわたって位相等化が達成される。

Ｄ）同期化された状態の維持
Ｂ）又はＣ）におけるような位相等化の後に，同期化された状態を維持する種々の可能性がある。一方では，観察される位相が所定の値を上回るとすぐに，位相等化を繰り返すことによって，他方では，点Ａ）におけるように，周波数の適合によって。さらに，２つの可能性の組合せがある。点Ａ）における方法においては，周波数適合は典型的に，マスターバスにおける対応する周波数変化よりも１ラウンド遅れて行われるので，関与するバスの周波数が極めて正確に一致している場合でも，差における蓄積がもたらされる。この場合においては，時々，所望に，特に予め設定された，正確に一致しない周波数によって，小さい位相等化又は補償を行わなければならない。

適切なＴＴＣＡＮ−インターフェイスの使用は，デバッグインスツルメントによって表示することができる。バスモニタリングを介して，バス上の行動を分析することもできる。

以下で，同期化するための一般的な方法を，特に，２つ又はそれより多いＴＴＣＡＮ−バスがそのサイクル時間（ｃｙｃｌｅ ｔｉｍｅ）をどのようにして互いに同期させることができるかについて，説明する。ここでも，この方法は，専用のハードウェアによって，適当なホスト上で遂行されるアプリケーションによって，あるいは特殊なソフトウェア層によって実施することができる。

以下においては，可能な変形例を含めて，方法の遂行を説明し，その場合にグローバルタイムの同期化の場合と同一の前提と定義，従って２つのバスへのアクセスを有する少なくとも１つのゲートウェイコンピュータが存在する場合に，直接の同期が可能であること，及び同期化すべき２つのバス間に，直接同期化可能な，結合された対を介して２つのバスを結合するゲートウェイのチェーンが存在することが，当てはまる。ここでも，同期化はハードウェア又はソフトウェア内で同期化層によって行われ，その同期化層は同期化を実施し，かつ以下においてはサイクルタイムに関する同期化レイヤーＳＬＺと称する。ここでも，ＳＬＺは，必ずしも各ノード上に設けられている必要はない。まずここで，点ＡＺ）において再び２つのバス間の周波数等化を扱わなければならない。

ＡＺ）２つのバス間の周波数等化
周波数等化は，ＴＴＣＡＮ−レベル２内でだけ，プロトコル機構を介して可能である。もちろん，タイムマスターがレベル−２駆動で駆動されれば，十分である。他のノードのためには，これは不要である。そこでは等化は，前に説明した，グローバルタイムについての該当する等化のように，遂行され，従って同一のネットワーク内でグローバルタイムも同期化される場合には，これと無関係にすることはできない。

ＴＴＣＡＮ−レベル２内で，サイクルタイムの速度，従って単位時間ＮＴＵＺの長さが，既にグローバルタイムについて説明したように，タイミングジェネレータ，特にタイムマスターの発振器の周波数とそのＴＵＲ−値によって定められる。ＳＬＺは，種々のバス上のＮＴＵＺが互いに対して予め設定された比を有するように配慮しなければならない。その場合にＮＴＵＺは，上述したＮＴＵと等しくても，異なっていてもよい。

原則的に，種々のやり方が考えられる。ここでも１つのバスを他のバスに同調させ，ありは２つ又はもっと多いバスが相互に接近するようにすることができる。さらに，適合は，１つのステップで，あるいは徐々に行うことができる。各々のストラテジーは，ＳＬＺとアプリケーションの要請に依存する。特に，グローバルタイムの同期とサイクルタイムの同期は，例えば同一のソフトウェアレイヤーによって，従って同一の同期化層ＳＬによって実施することができ，それは好ましい形態においては次のことを意味する：
ＳＬ＝ＳＬＺ

サイクルタイムの枠内の周波数等化に関する全ての方法に，次のシェーマが共通である：
・ＳＬＺは，バスのために実施すべき補正を定め，それを実際のタイムマスターへ伝達する。補正は，例えば，そのときの実際のＴＵＲ−値と新しく調節すべきＴＵＲ−値の比とすることができる。特にここでも，ＳＬＺがタイムマスター上で補正を定めると，効果的である。その場合には，補正値は例えばＴＵＲ−値とすることができる。
・ＳＬＺは，タイムマスター内で新しいＴＵＲ−値を定めて，それを次のラウンドから利用する。
・このバスの全ての他のノードは，ＴＴＣＡＮ−同期を介してタイムマスターに追従する。

方法を，図４を用いて再び説明することができ，その場合にシーケンスはほぼ同一であるが，グローバルタイムではなく，サイクルタイム，従ってグローバル時間ではなく，サイクル時間で行われる。従ってここでは図４についての上述した説明を参照するように示唆し，改めて詳細に説明はしない。

再び例：
２つのバスＢ１，Ｂ２がある。同期化ストラテジーは，Ｂ２がＮＴＵＺの長さをＢ１上で有効な長さに適合させなければならないことである。最も簡単な場合においては，両者は名目上等しい長さである。Ｂ２の実際のタイムマスターのアプリケーション（ＳＬＺ）は，バスＢ１への直接のアクセスを有しており，バスＢ１とＢ２のために同一の発振器が使用される。その場合に２つのバスＢ１とＢ２のＮＴＵＺは，Ｂ１に関するこのノードのＴＵＲ−値が，Ｂ２に関するこのノードのＴＵＲ−値と等しい場合に，正確に同一の長さである。従ってＳＬＺは，Ｂ１に関するＴＵＲ−値をＢ２に関するＴＵＲ−値として使用しなければならない。

２つのバスのＮＴＵＲが互いに対して任意の比を有する場合に，状況を原理的に等しく取り扱うことができる。ここでもハードウェア内では，比あるいは逆数が整数であり，特に２乗である場合に，効果的である。２つのバスのために同一のタイミングジェネレータ，特に発振器が使用されない場合には，ここでも，２つのバスのグローバルタイムの差を少なくとも２回あるいは周期的に相前後して測定し，差の観察された変化と差の名目上の変化の間の比較から補正値を定める，上述した可能性がある。この可能性は，ここでも，実際のタイムマスターが２つのバスへのアクセスを持たない場合にも，同様に与えられている。選択的に，ＳＬＺは一方のバスに基づくベーシックサイクルの長さを他方のバスの単位において測定し，それに基づいて補正値を定めることができる。

ＢＺ）位相等化
・ＳＬＺは，ここでも２つのバス上の２つの時間の間の位相差を測定して，２つのバスの各々について調節すべき飛躍あるいは変化を定める。ＳＬＺは，２つのバスの２つの実際のタイムマスターに，各々調節すべき飛躍を伝達する。
・飛躍を調節しなければならないタイムマスターは，ここでも予め設定されたビット，ここでは特にＴＴＣＡＮのＮｅｘｔ＿ｉｓ＿Ｇａｐ＿Ｂｉｔ（ＩＳＯ草案を参照）を基準メッセージ内にセットする。そのタイムマスターは，ローカルＳＬＺから次のベーシックサイクル（ｂａｓｉｃ ｃｙｃｌｅ）のスタート時点を得る。
・必要に応じて，２つのバス上でこの基準メッセージあるいは複数のメッセージが成功裏に送信された後に，２つのバスのサイクルタイム位相は互いに対して同期されている。

このことは，ここでも図５を用いて既に説明したように示すことができ，その場合に，グローバルタイムの代わりにサイクルタイムが使用され，かつＮｅｘｔ＿ｉｓ＿Ｇａｐ＿Ｂｉｔが使用される。この所望の位相は，ここでは０とすることができ，即ち２つのバス上でベーシックサイクルは同じ時点で開始される。しかしこれは，必ずしも必要ではない。ＮＴＵＺ，従ってサイクルタイムの時間単位が同期すべきバス上で等しいことは，必要ではない。しかし，２つの結合されたバスの間の（名目上の）ＮＴＵＺが，整数の係数，特に好ましくは２乗だけ異なっている場合に，特に簡単かつ有用である。

さらに，同期すべきバスのサイクル長さが等しいことは，必要ではない。当然ながら，提案された方法は，２つのバスの（名目上の）サイクル長さが互いに対して，大きすぎない自然数を使用する，合理数の比にある場合に，特に有用である。というのは，その場合には規則的に容易に追認可能な形式で固定の位相を話題にすることができるからである。例：バスＢ１上では２つの（名目上の）サイクルが遂行され，他のバスＢ２上では３つのサイクルが遂行される。その場合にＢ１上の２つ全てのサイクル（Ｂ２上の３つのサイクル）において，Ｂ１とＢ２の間に論理的に固定の位相長さが存在する。

この場合に，特に，２つより多いバスにおいて，２つのバスをこのように対で同期させる場合に，２つのバスの１つのバス上だけで飛躍が行われ，即ち２つのバスの１つがサイクルタイムの位相のためのマスターの役割を果たすと，効果的である。即ち第１のバス上のベーシックサイクルの順序は変わらず，第２のバス上では，ギャップ，従って２つのベーシックサイクル間に隙間が挿入され，そのギャップはまさに，所望の位相が調節されるような大きさである。この場合においては，２つより多いバスを対の同期化を介して問題なく逐次互いに同期させることができ，１つの対の同期化が他の対に，特に複雑な影響を有することはない。

例：
５つのバス，Ｂ１からＢ５がある。同期可能な対は（Ｂ１，Ｂ２），（Ｂ１，Ｂ３），（Ｂ２，Ｂ４），（Ｂ３，Ｂ５）である。Ｂ１がＢ２とＢ３のためのマスターで，Ｂ２はＢ４のためのマスター，そしてＢ３がＢ５のためのマスターである場合には，対で同期化することにより（まずＢ２とＢ３をＢ１に同期させ，その後Ｂ４をＢ２に，そしてＢ５をＢ３に同期させる），２つのラウンドの内部でシステムワイドの同期化がもたらされる。

同じシステムにおいて，マスター原理なしで同期化を実施することもできる。その場合にはもちろん，ＳＬＺは，一度同期化されたバスは同期化されたままであること，即ち１つのバス上の飛躍あるいは補正は，そのバスに同期されている全てのバス上でも行われることを，保証しなければならない。

さらに，同期化すべきバスのタイムマスターが，該当するパートナーバスへの直接のアクセスを有すると，効果的である（しかし必要ではない）。この場合においては，ＳＬＺはバスの潜在的なタイムマスターにだけ合わせることができ，即ち調節すべき飛躍あるいは調節すべき補正の高さに関するＳＬＺの伝達は省かれ，あるいは極めて単純になる。

ＣＺ）周波数シフトによる位相等化
ここでも，今回点ＢＺ）における機構に対して選択的に，点ＡＺ）におけるような速度の長期間の変化によって位相等化を達成する可能性がある。原理的なやり方は，点ＡＺ）におけるのと全く同じである。しかしこの場合における目的は，適合すべきバスのＮＴＵＺをそこの目標値に正確に適合させることではなく，このＮＴＵＺを幾分延長あるいは短縮して，それによって適合すべき時計が幾分低速又は高速で増分され，従って比較的長い時間にわたって位相等化が行われるようにすることである。

ＤＺ）同期された状態の維持
ＢＺ）又はＣＺ）におけるような位相等化の後に，グローバルタイムの同期の点Ｄ）において既に説明したように，同期された状態を維持するための種々の可能性がある：
・観察される位相が所定の値を上回るとすぐに，位相等化を繰り返す。
・ＡＺ）あるいはＡ）におけるような周波数の適合，あるいは２つの可能性の組合せ。

ＡＺ）又はＡ）においては周波数適合は典型的に，マスターバスにおける該当する周波数変化より１ラウンド遅れて行われるので，関与しているバスの周波数が極めて正確に一致している場合でも，差の蓄積がもたらされる可能性がある。この場合においては，時々，意識的に正確に一致しない周波数による小さい位相等化又は補正を行わなければならない。使用は，グローバルタイムを同期化する場合のように，デバッグインスツルメントを介して表示することができ，あるいはバス上の行動がバスモニタリングによって分析される。

以下，図面に示す図を用いて，本発明を詳細に説明する。
ゲートウェイ加入者として機能する加入者による２つのＴＴＣＡＮ−バスシステムの結合を示している。 結合された対による３つのＴＴＣＡＮ−バスシステムの結合を示している。 スケーリング可能な許容度を表示するために種々の加入者による４つのＴＴＣＡＮ−バスの結合を示している。 ２つのＴＴＣＡＮ−バスあるいはＴＴＣＡＮ−バスシステム間で周波数等化するためのフローチャートを示している。 ２つのＴＴＣＡＮ−バスあるいはＴＴＣＡＮ−バスシステムの位相等化を示すフローチャートである。

Claims (9)

1. 少なくとも１つのバス加入者（１０１，１０２，１０５）を有する少なくとも２つのバス（１０３Ｂ１、１０３Ｂ２）の同期化方法であって，
   その場合に，前記バス内にベーシックサイクルのサイクルタイムが存在し，その場合に各バス内でグローバルタイムが求められ，前記各グローバルタイムから，少なくとも１つの加入者（１００）を介して互いに接続されているバスのグローバルタイムの偏差が求められ，かつ個々のグローバルタイムの偏差が少なくとも１つのバス加入者へ伝達され，その場合に前記グローバルタイムの偏差に従って，少なくとも１つの加入者を介して接続されているバスのサイクルタイムの互いに対する適合が行われて，前記各バスがサイクルタイムに関して互いに同期されている，
   ことを特徴とする少なくとも２つのバスの同期化方法。
2. 前記少なくとも１つの加入者を介して接続されているバスのサイクルタイムの適合は，グローバルタイムの位相の適合によって行われる，ことを特徴とする請求項１に記載の少なくとも２つのバスの同期化方法。
3. 前記少なくとも１つの加入者を介して接続されているバスのサイクルタイムの適合は，グローバルタイムの周波数の適合によって行われる，ことを特徴とする請求項１に記載の少なくとも２つのバスの同期化方法。
4. 前記グローバルタイムの位相の適合は，少なくとも１つの予め設定されたビットの値に従って実施される，ことを特徴とする請求項２に記載の少なくとも２つのバスの同期化方法。
5. 前記グローバルタイムの周波数を適合させるために，少なくとも２つの同期させるべきバス内で各々の最小の時間単位（ＮＴＵＺ）が求められ，前記各最小の時間単位が互いに関係付けられ，その場合に発生する真の比が予め設定された比と比較され，その場合に少なくとも１つの最小の時間単位は，予め設定された比が得られるように適合される，ことを特徴とする請求項３に記載の少なくとも２つのバスの同期化方法。
6. 前記予め設定された比は，整数であり，特に数２の倍数又は約数に相当する，ことを特徴とする請求項５に記載の少なくとも２つのバスの同期化方法。
7. 少なくとも１つのバス加入者を有する少なくとも２つのバスを同期させる装置であって，
   その場合に，前記バス内にベーシックサイクルのサイクルタイムが存在し，その場合に前記各バス内でグローバルタイムを求めて，前記各グローバルタイムから，少なくとも１つの加入者を介して互いに接続されているバスのグローバルタイムの偏差を求め，個々のグローバルタイムの偏差を少なくとも１つのバス加入者へ伝達する第１の手段を有し，
   その場合に，グローバルタイムの偏差に従って，少なくとも１つの加入者を介して接続されているバスのサイクルタイムの互いに対する適合を行う第２の手段を有し，前記各バスはサイクルタイムに関して同期されている，
   ことを特徴とする少なくとも２つのバスの同期化装置。
8. 前記第１と前記第２の手段は，少なくとも１つの加入者内に含まれている同期化層内に設けられている，ことを特徴とする請求項７に記載の少なくとも２つのバスの同期化装置。
9. 少なくとも２つのデータバスからなるバスシステムであって，その場合に第１のデータバスは第１の数の加入者を有し，第２のデータバスは第２の数の加入者を有している，前記バスシステムにおいて，
   前記データバスとして，少なくとも２つのバスが使用され，その場合に少なくとも２つのバスの２つが少なくとも１つの接続加入者と同時に接続されているように，接続加入者としての少なくとも１つの加入者が含まれており，かつ各バスのためにタイムマスター機能を行使する加入者が含まれており，その場合にタイムマスター機能を有する加入者によってサイクルタイムを有するベーシックサイクルが予め定められ，その場合に２つより多いバスを有するバスシステムにおいては，これらバスは，各々少なくとも２つのバスが少なくとも１つの共通の接続加入者を有するように接続されており，かつバスシステム内に同期化手段が含まれており，前記同期化手段は各バス内でグローバルタイムを求め，個々のグローバルタイムの偏差をタイムマスター機能を有する加入者へ伝達し，その場合にタイムマスター機能を有する加入者が各々のサイクルタイムの適合を行う，
   ことを特徴とするバスシステム。
   

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