JP2008139180A - 波形表示装置および波形表示方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シリアルバス型ネットワークに接続された各ノードのうち、異常波形の送信元ノードを特定する。
【解決手段】オシロスコープ２０Ａに入力されたシリアル信号は、入力アンプ４０にて増幅または減衰され、サンプリング回路４２にて、量子化されたサンプリングデータ４７に変換される。他方、デコード・トリガ回路４４Ａはシリアル信号４１からデータフレームを抽出する。データフレームが所定のトリガ条件を満たす場合に、デコード・トリガ回路４４Ａは、トリガ信号４３とデータフレームの送信元ノードを示すノード識別子４５とを出力し、データ処理回路４６Ａは、トリガ信号４３に応じて、サンプリングデータ４７から波形データを取得し、ノード識別子４５と波形データとを１対１に対応させてヒストリメモリ４８Ａに保存する。表示処理回路５０は、保存された波形データのノード識別子に基づき、特定のノードから送信された波形データを表示器５４に重畳して表示する。
【選択図】図３

Description

本発明は、シリアル信号の波形を取得して表示する波形表示装置および波形表示方法に関するものである。

複数のノード（端末）をシリアルバスで接続し、ノード間でシリアル信号がやりとりされるシリアルバス型のネットワークが広く利用されている（例えば特許文献１、特許文献２）。例えば車載ＬＡＮ（Local Area Network）では、エンジン、ブレーキ、トランスミッション等を制御する各制御ユニットをノードとし、これらノードをFlexRay（Daimler Chrysler AGの登録商標）やＣＡＮ（Controller Area Network）などのシリアル通信プロトコルを用いてシリアルバスに接続する。

シリアルバス型ネットワークでは、ノード間でやりとりされるシリアル信号の波形を直接観測し、波形品質（波形品位）を保つことが重要である。波形の乱れたシリアル信号はノードの異常動作の原因となるからである。

そこで、一般的に、シリアルバス型ネットワークにオシロスコープなどの波形表示装置を接続し、各ノードから入力されるシリアル信号の波形を表示して、波形品質を確認する方法がとられる。オシロスコープを用いれば、特定のトリガ条件を満たす波形を取得し（例えば特許文献３、特許文献４）、これら複数の波形を重畳して表示したアイパターンとして観測して異常波形を発見する（例えば特許文献５）ことが可能である。
特開２０００−２３１５１７号公報 特開平１１−１６１５２０号公報 特開平５−２７３２４７号公報 特開平８−３１４７６４号公報 特開２００６−２９９２９号公報

しかし、現状の波形表示方式では、異常な波形が発見された場合に、その送信元を特定するには、その波形データをシリアルデータ列に読み直し、通信プロトコルに従ってデコードし、送信元情報を読み取るという作業が必要となり、非常に面倒である。また、波形データに通信データのフレーム情報部分が含まれていない場合には、もはやその送信元を特定することは不可能である。

一方、ある特定の送信元ノードをトリガ条件とすれば、そのノードから送信される信号を取得し、重畳して表示することで、そのノードの波形品質を確認することは可能である。しかし、異常波形の送信元ノードを特定するには、トリガ条件を逐一変更し、最悪の場合、ノードの数だけ繰り返す必要があり、とりわけネットワークに多くのノードが接続されている場合には、波形品質の評価に手間と時間がかかってしまっていた。

本発明はこのような課題に鑑み、シリアルバス型ネットワークから異常波形が見つかった場合に、その異常波形の送信元ノードを特定し、異常波形の原因解明を支援する波形表示装置および波形表示方法を提供することを目的とする。

本発明による波形表示装置は、上述の課題を解決するために、入力されたシリアル信号の電圧レベルを一定のサンプリングレートでサンプリングして、量子化されたサンプリングデータを得るサンプリング手段と、シリアル信号からデータフレームを抽出し、データフレームが所定のトリガ条件を満たす場合に、トリガ信号と識別情報とを出力するデコード・トリガ手段と、出力されたトリガ信号に応じて、量子化されたサンプリングデータから波形データを取得する波形データ取得手段と、識別情報と波形データとを１対１に対応させて保存する記憶手段と、保存された波形データのうち、特定の識別情報に対応する波形データを表示する表示手段とを含むことを特徴とする。

本発明にかかる波形表示装置によれば、上記の表示手段は、特定の識別情報に対応する波形データを重畳して表示してよい。

本発明にかかる波形表示装置によれば、シリアル信号は、シリアルバス上に接続された複数のノードから入力され、識別情報は、シリアル信号の送信元ノードを示すノード識別子を含むこととしてよい。

本発明にかかる波形表示装置によれば、表示手段は、波形データとともにデータに対応するノード識別子を表示してよい。

本発明にかかる波形表示装置によれば、デコード・トリガ手段は、１つのデータフレームに対して複数のトリガ信号を出力し、波形データ取得手段は、複数のトリガ信号に応じて、サンプリングデータから複数の波形データを取得してよい。

本発明による波形表示方法は、上述の課題を解決するために、入力されたシリアル信号の電圧レベルを一定のサンプリングレートでサンプリングして、量子化されたサンプリングデータを得るサンプリング工程と、シリアル信号からデータフレームを抽出し、データフレームが所定のトリガ条件を満たす場合に、トリガ信号と識別情報とを出力するデコード・トリガ工程と、出力したトリガ信号に応じて、量子化されたサンプリングデータから波形データを取得する波形データ取得工程と、識別情報と波形データとを１対１に対応させて保存する保存工程と、保存した波形データのうち、特定の識別情報に対応する波形データを表示する表示工程とを含むことを特徴とする。

本発明にかかる波形表示方法によれば、表示工程では、特定の識別情報に対応する波形データを重畳して表示してよい。

本発明にかかる波形表示方法によれば、シリアル信号は、シリアルバス上に接続された複数のノードから入力され、識別情報は、シリアル信号の送信元ノードを示すノード識別子を含むこととしてよい。

本発明にかかる波形表示方法によれば、表示工程では、波形データとともにデータに対応するノード識別子を表示してよい。

本発明にかかる波形表示方法によれば、デコード・トリガ工程では、１つのデータフレームに対して複数のトリガ信号を出力し、波形データ取得工程では、複数のトリガ信号に応じて、サンプリングデータから複数の波形データを取得してよい。

本発明によれば、波形データと１対１に対応して、その波形データのノード識別子を含む識別情報が保存されるため、異常波形が発見された場合に、波形データをシリアルデータ列に読み直すなどの煩雑な作業を要することなく、その異常波形の送信元ノードを特定することが容易となる。

また本発明によれば、ネットワークに多くのノードが存在する場合でも、取得した波形データに対応する識別情報は必ず保存されるため、送信ノード毎に、波形の取得・品質確認を繰り返す必要がなく、短時間のデータ取得により、ノード別の波形品質評価が遂行可能となる。

また本発明によれば、１つのデータフレームに対応するサンプリングデータから複数の波形データを取得できるため、一層短いデータ取得時間によって、波形品質の確認が可能となる。

次に添付図面を参照して本発明による波形表示装置および波形表示方法の実施例を詳細に説明する。なお、各図面において、同様の要素は同一の参照符号によって表記し、また、本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。また、信号はそれが現れる信号線の符号によって表記するものとする。

（第１の実施形態）
図１はバス型と呼ばれるシリアル通信が行われるネットワークトポロジーの例を示す図である。１つのシリアルバス１０に複数のｎ個のノード１〜ｎが接続されている。いずれのノードも、送信と受信の双方の機能を有する。

本発明による波形表示装置の実施形態であるオシロスコープ２０Ａは、各ノードから入力されるシリアル信号の波形を表示する装置である。オシロスコープ２０Ａは、ノード１〜ｎと同様にシリアルバス１０に接続されている。

図２は、図１に示すシリアルバス１０を流れるデータフレームフォーマットの例を示す図である。本実施形態では、車載ＬＡＮのシリアル通信プロトコルであるFlexRay（Daimler Chrysler AGの登録商標）におけるデータフレームフォーマットを利用するが、ＣＡＮその他のプロトコルを採用してもよいことは言うまでもない。図２に示すように、FlexRayにおけるデータフレーム２１は、ヘッダセグメント、ペイロードセグメントおよびトレーラーセグメントで構成されている。ヘッダセグメントは、データフレーム２１に関するフレーム情報、すなわちそのデータフレームに固有の識別情報を示し、これは、フレームの始まりを示すインジケータ２２、ノード識別子２４、後述のデータ３４の長さを示すペイロード長２６、後述のＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check; 巡回冗長検査）とともにフレームエラーの検出に用いられるヘッダＣＲＣ２８、送信元ノードからの何番目の信号であるかを示すサイクルカウント３０を含む。なお、ペイロードセグメントは、本来転送したいデータ３４が格納される。また、トレーラーセグメントには、上記のフレームエラー検出に用いられるＣＲＣ３６がある。

フレーム情報に含まれる、とりわけノード識別子２４は、データフレームの送信元ノードを特定する重要な情報である。これ以降、この送信元ノードを特定できる情報を「ノード識別子（ＩＤｘ）」と表現する。このノード識別子をトリガ条件にすることで、特定のノードからのシリアル信号に対してトリガをかけることが可能となる。

図３は図１に示すオシロスコープ２０Ａの一例を示すブロック図である。オシロスコープ２０Ａには、シリアルバス１０に接続されたノード１〜ｎのいずれかから送信されたシリアル信号が入力され、まず入力アンプ４０によって所定のゲインにより増幅もしくは減衰される。サンプリング回路４２は、入力アンプ４０から得られる増幅もしくは減衰されたシリアル信号４１の電圧レベルを一定のサンプリングレートでサンプリングして、所定の量子化レベル数、例えば８ビットからなる２５６レベルを有する量子化されたサンプリングデータ４７を得る。これは所定の量子化レベル数によってシリアル信号４１の波形を可能な限り忠実に再現するためである。一方、デコード＆トリガ回路４４Ａは、シリアル信号４１から図２に示したデータフレーム２１を抽出する。これは、もともとデジタル波形として入力されるシリアル信号４１をデコードし、所定のプロトコルに従ったデータフレームを抽出する処理である。そして、データフレーム２１が所定のトリガ条件を満たす場合に、トリガ信号４３とフレーム情報４５とを出力するデコード・トリガ手段としての役割を果たす。

ここで「トリガ条件」は、データフレーム２１から得られるあらゆる情報から選択してよい。図２のフレーム情報から選択する場合、典型的には、送信元ノードを示す特定のノード識別子２４としてよい。いかなるトリガ条件が成立する場合も、トリガ信号４３と、フレーム情報４５とがデータ処理回路に送信される。トリガ条件としてノード識別子２４が指定されていない場合であっても、トリガ信号４３の出力時は、フレーム情報４５を、データ処理回路４６Ａに送る。

データ処理回路４６Ａは、デコード＆トリガ回路４４Ａから出力されたトリガ信号４３に応じて、サンプリングデータ４７から波形データを取得する波形データ取得手段の役割を果たす。トリガ条件が、上述のように、ノード識別子２４の内容のみである場合は、そのノードから送信されたサンプリングデータ４７から、所定のタイミングで、時間軸に沿った所定の波形取得範囲の波形データを取得すればよい。

図４は１つのデータフレームに対して複数のトリガ信号が出力される場合の、シリアル信号とトリガ信号との関係を示す図である。これは、送信元ノード（ノード識別子）別の波形品質確認の時間を短縮するために行うものである。かかる場合、まず、波形データを取得する複数の送信元ノード（ノード識別子）を、あらかじめデコード＆トリガ回路４４Ａに指定する。

次に、指定したノード識別子を有するデータフレームがデコード＆トリガ回路４４Ａに入力されると、データ処理回路４６Ａにて波形取得を実行する。その際、トリガポイントとしては、１つのデータフレーム内で、バイトデータ毎に区切りビットなどがある場合には、その区切りビットを指定してよい。

図４では、所定のビット毎（例えば８ビット毎）にトリガ信号を出力することとしている。したがって、図４に示すように、１つのデータフレームに対して、複数個のトリガポイントが存在する。これらのトリガポイントに対応するタイミングで、データ処理回路４６Ａは、サンプリングデータ４７から、時間軸に沿った所定の波形取得範囲の、複数の波形データを取得する。トリガ条件は、このように所定のビット毎としてもよいし、信号の立ち上がりエッジや立下りエッジ等としてもよい。

トリガポイントにおいて波形データを取得すると、対応するフレーム情報（少なくともノード識別子）は必ず保存される。したがって、トリガ条件を特定のノード識別子としなくても、ノード毎の波形データを、波形データの保存後に遡って表示することができる。また、トリガ条件を特定のノード識別子としてノード毎に波形データの取得・品質確認を繰り返す必要がなく、短時間のデータ取得により、ノード別の波形品質評価が遂行可能となる。

図３のヒストリメモリ４８Ａは、デコード＆トリガ回路４４Ａからデータ処理回路４６Ａを経て得られるフレーム情報と、データ処理回路４６Ａにて取得される波形データとを、１対１に対応させて保存する記憶手段である。図５は図３に示すヒストリメモリ４８Ａに保存される情報の例を示す図である。トリガ信号４３とともにデータ処理回路４６Ａに送られたフレーム情報４５（図５ではフレーム情報ｆ１〜ｆｘと表記）と、これらフレーム情報を有するシリアルデータを基に生成されたサンプリングデータ４７から取得された波形データＤ１〜Ｄｘとが、１対１に対応して保存されている。

図６は、図３に示すヒストリメモリ４８Ａに保存される情報の他の例を示す図であり、ここでは、フレーム情報として、各ノード１〜ｎのノード識別子ＩＤ１〜ＩＤｎが用いられている。したがって、ノード識別子ＩＤ１〜ＩＤｎと、各ノード１〜ｎから送信されたシリアルデータを基に生成されたサンプリングデータ４７から取得された波形データＤ１１・・、Ｄ２１・・、Ｄｎｘとが、１対１に対応して保存されている。

図３の表示処理回路５０は、図５または図６に示す、ヒストリメモリ４８Ａに保存された波形データのうち、特定のフレーム情報（またはノード識別子）に対応する波形データを表示する表示手段である。これにより、波形データ取得後、過去にさかのぼって、取得した波形を参照することができる。表示処理回路５０は、表示すべき波形データを、ヒストリメモリ４８Ａからデータ処理回路４６Ａを経て受信し、表示メモリ５２に一時保存したうえで、液晶モニタなどの表示器５４に出力する。また表示処理回路５０は、ヒストリメモリ４８Ａに保存された複数の波形データのうち、任意のデータを表示させることができる。

図７は、フレーム情報として各ノード１〜ｎのノード識別子ＩＤ１〜ＩＤｎが用いられている場合に、ノード別に波形データを表示器５４に表示する様子を示す図である。例えばノード１の波形データを表示するときは、図６に示すヒストリメモリ４８Ａに保存されている波形データのうち、ノード識別子ＩＤ１に対応して保存されている波形データＤ１１、Ｄ１２、Ｄ１３〜・・を、表示処理回路５０が表示メモリに一時的に保存し、表示器５４に表示すればよい。これは図７の識別子ＩＤ１で示す波形データの表示である。ノード２〜ｎの波形データをノード別に表示する場合も、同様の処理にて表示可能である。図７に示すように、表示処理回路５０は、表示器５４に、特定のフレーム情報（ノード識別子）に対応する波形データを重畳して表示することが可能である。

図８は異常波形が含まれるアイパターンを示す図である。図７にて説明したように、本実施形態によれば、特定のノード識別子に対応する波形データを重畳して表示することが可能であるため、異常な波形データ６０を発見した場合に、それがどのノードから送信されたものか、容易に判断することが可能である。

また、全ヒストリデータを重畳して表示させる際に、フレーム情報毎に色を変えて表示してもよい。これにより、異常波形をより容易に認識・特定することができる。

さらに、図９に示すように、表示処理回路５０は、波形データ６０とともにそのデータに対応するノード識別子（図９における識別子ＩＤ４）を表示してもよい。これにより、発見された異常波形の送信元ノードの特定が、さらに明確になる。

（第２の実施形態）
図１０は本発明の他の実施例を示すブロック図であり、図３のオシロスコープの変形例である。図４と異なる点のみ説明すると、図１０のオシロスコープ２０Ｂには、専らフレーム情報を格納するためのフレーム情報メモリ７０が設けられている。デコード＆トリガ回路４４Ｂは、シリアル信号４１から図２に示すデータフレーム２１を抽出した結果、データフレーム２１が所定のトリガ条件を満たす場合に、トリガ信号４３とフレーム情報４５とを出力するが、フレーム情報４５は、データ処理回路４６Ｂでなく、フレーム情報メモリ７０に出力・保存する。データ処理回路４６Ｂは、トリガ信号４３を受信すると、サンプリングデータ４７のみをヒストリメモリ４８Ｂに保存する。この場合、表示処理回路５０がヒストリメモリ４８Ｂの波形データとフレーム情報メモリ７０のフレーム情報とを関連させて処理することで、図３と同様に、特定のフレーム情報の波形のみを選択して表示させたり、表示した波形のフレーム情報を表示させたりすることができる。この場合は、ヒストリメモリ４８Ｂの内容は、波形データのみである。

本実施形態のように、フレーム情報と波形データとを別々のメモリ４８Ｂ、７０に保存してもよい。フレーム情報と波形データとが１対１に対応していれば、特定のフレーム情報を有する波形データを表示するという本発明の目的は達成されるからである。

（比較例）
図１１は、本発明との比較例を示すブロック図である。図３との相違点のみ説明すると、図１１のオシロスコープ２０Ｃに含まれるデコード＆トリガ回路４４Ｃは、トリガ信号４３しか出力せず、図３のデコード＆トリガ回路４４Ａがトリガ信号４３とともにフレーム情報４５も出力するのと著しく異なる。図１２は、図１１に示すオシロスコープが表示可能な波形データを示す図である。図１１のオシロスコープ２０Ｃのデータ処理回路４６Ｃがヒストリメモリ４８Ｃに保存するのは、トリガ信号４３に応じて取得した、図１２に示す波形データＤ１〜Ｄｘであり、これらの波形データがいずれのノードから到来したかという情報は不明である。したがって、図１２に示すように、表示器５４にアイパターンとして重畳して表示し、異常波形データ８０を発見することは可能であるが、かかる異常波形データがいずれのノードから到来したものであるかは不明であり、推測に頼らざるを得ない。

また、特定のノードから到来するシリアル信号の波形品質を調べるために、トリガ条件として、特定のノード識別子を設定した場合、ノード数だけ、波形の取得・表示を繰り返す必要があり、手間と時間がかかってしまうという欠点がある。一方、本発明にはかかる欠点は見られない。

本発明は、シリアル信号の波形を取得して表示する波形表示装置および波形表示方法に適用可能である。

バス型シリアル通信ネットワークトポロジーの例を示す図である。 図１に示すシリアルバスを流れるデータフレームフォーマットの例を示す図である。 本発明による波形表示装置の実施形態を示す、図１のオシロスコープのブロック図である。 １つのデータフレームに対して複数のトリガ信号が出力される場合の、シリアル信号とトリガ信号との関係を示す図である。 図３に示すヒストリメモリに保存される情報の例を示す図である。 図３に示すヒストリメモリに保存される情報の他の例を示す図である。 フレーム情報として各ノードのノード識別子が用いられている場合に、ノード別に波形データを表示する様子を示す図である。 異常波形が含まれるアイパターンを示す図である。 図３に示す表示処理回路が波形データとともにそのデータに対応するノード識別子を表示する図である。 本発明による波形表示装置の他の実施形態を示すブロック図である。 本発明との比較例を示すブロック図である。 図１１に示すオシロスコープが表示可能な波形データを示す図である。

符号の説明

１０ シリアルバス
２０Ａ、２０Ｂ オシロスコープ
４２ サンプリング回路
４４Ａ、４４Ｂ デコード＆トリガ回路
４６Ａ、４６Ｂ データ処理回路
４８Ａ、４８Ｂ ヒストリメモリ
５０ 表示処理回路

Claims (10)

1. 入力されたシリアル信号の電圧レベルを一定のサンプリングレートでサンプリングして、量子化されたサンプリングデータを得るサンプリング手段と、
   前記シリアル信号からデータフレームを抽出し、該データフレームが所定のトリガ条件を満たす場合に、トリガ信号と該データフレームの識別情報とを出力するデコード・トリガ手段と、
   該出力されたトリガ信号に応じて前記サンプリングデータから波形データを取得する波形データ取得手段と、
   前記識別情報と波形データとを１対１に対応させて保存する記憶手段と、
   該保存された波形データのうち、特定の識別情報に対応する波形データを表示する表示手段とを含むことを特徴とする波形表示装置。
2. 前記表示手段は、前記特定の識別情報に対応する波形データを重畳して表示することを特徴とする請求項１に記載の波形表示装置。
3. 前記シリアル信号は、シリアルバス上に接続された複数のノードから入力され、
   前記識別情報は、前記シリアル信号の送信元ノードを示すノード識別子を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の波形表示装置。
4. 前記表示手段は、波形データとともに該波形データに対応するノード識別子を表示することを特徴とする請求項３に記載の波形表示装置。
5. 前記デコード・トリガ手段は、１つのデータフレームに対して複数のトリガ信号を出力し、
   前記波形データ取得手段は、前記複数のトリガ信号に応じて、前記サンプリングデータから複数の波形データを取得することを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の波形表示装置。
6. 入力されたシリアル信号の電圧レベルを一定のサンプリングレートでサンプリングして、量子化されたサンプリングデータを得るサンプリング工程と、
   前記シリアル信号からデータフレームを抽出し、該データフレームが所定のトリガ条件を満たす場合に、トリガ信号と該データフレームの識別情報とを出力するデコード・トリガ工程と、
   該出力したトリガ信号に応じて前記サンプリングデータから波形データを取得する波形データ取得工程と、
   前記識別情報と波形データとを１対１に対応させて保存する保存工程と、
   該保存した波形データのうち、特定の識別情報に対応する波形データを表示する表示工程とを含むことを特徴とする波形表示方法。
7. 前記表示工程では、前記特定の識別情報に対応する波形データを重畳して表示することを特徴とする請求項６に記載の波形表示方法。
8. 前記シリアル信号は、シリアルバス上に接続された複数のノードから入力され、
   前記識別情報は、前記シリアル信号の送信元ノードを示すノード識別子を含むことを特徴とする請求項６または７に記載の波形表示方法。
9. 前記表示工程では、波形データとともに該データに対応するノード識別子を表示することを特徴とする請求項８に記載の波形表示方法。
10. 前記デコード・トリガ工程では、１つのデータフレームに対して複数のトリガ信号を出力し、
    前記波形データ取得工程では、前記複数のトリガ信号に応じて、前記サンプリングデータから複数の波形データを取得することを特徴とする請求項６から９までのいずれかに記載の波形表示方法。

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