JP4847955B2 - 自動タイムスタンプを備える通信コントローラ - Google Patents
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Description
本発明は、プロセス制御システムにおける、現場計器及び他のデバイスに使用する通信コントローラに関する。具体的には、本発明は、通信コントローラにおいて、データパケットの受信及び処理の遅延が小さいシステム及び方法である。
を発揮する。したがって、フィールドバス通信の効率を最大限にすることが可能なプロセス制御デバイスの開発を継続する必要がある。
本発明は、プロセス制御システムなどのネットワークにおけるデバイスによって送受信されるメッセージの自動タイムスタンプを提供する。デバイスは、送信メッセージ及び受信メッセージに付随された、選択された事象に対応する事象パルスを生成する。これらの事象パルスに対して、デバイス内部の現在時刻値がタイムスタンプ値として格納される。
<プロセス制御システムの概要>
本発明は、プロセス制御システムにおける現場計器と他のデバイスとに用いられる通信コントローラに関する。通信コントローラの用途は、メッセージとタイマ管理とのリンク層処理の大部分を実行することで、アプリケーションプロセッサもしくはCPUを解放し、アプリケーションプロセッサもしくはCPUが他の機能を実行できるようにすることである。本詳細な説明のために、ファウンデーション・フィールドバス通信プロトコルを用いるシステムを背景にして通信コントローラを説明する。ただし、通信コントローラは、パケットに基づいた通信プロトコルに対して一般的適用性を有している。
セグメント上に設けることができる。複数のリンク・マスタ・デバイスを設けることによって、リンク・アクティブ・スケジューラと第1のリンク・マスタとの双方が故障しても、第2のリンク・マスタがリンク・アクティブ・スケジューラを引き継ぐことができる。リンク・アクティブ・スケジューラがいったん機能しなくなると、リンク・マスタがリンク・アクティブ・スケジューラの機能を引き継ぐ。
図2に、メッセージをセグメント12上に送信するのに用いられる物理層プロトコルデータユニット(PhPDU)のフォーマットを示す。PhPDUは、プリアンブルと、スタート・デリミタ(SD)と、データリンク・プロトコル・データ・ユニット(DLPDU)と、エンド・デリミタ(ED)とを含んでいる。プリアンブルは、PhPDUメッセージの最初の数ビットである。フィールドバス仕様では、1〜8バイトのプリアンブルが許容されている。メッセージを受信するデバイスは、プリアンブルを用いて、到来するメッセージと同期する。図2に示すように、プリアンブルにおける最初のバイト列は、1 0 1 0 1 0 1 0となっている。
ビットの始まりで発生する。
SOM_xmtは、メッセージ送信開始であり、送信メッセージのFCバイトが検出されたときの最初のビットの始まりで発生する。
<デバイス・アーキテクチャ>
図3は、基本デバイス24における通信部のブロック図を示している。尚、基本デバイス24における通信部は、デバイス20−28の各々のアーキテクチャを代表するものである。基本デバイス24は、中央処理装置(CPU)30と、ランダム・アクセス・メモリ(RAM)32と、フラッシュ・メモリ34と、通信コントローラ36と、媒体接続装置(MAU)38とを備えている。
<通信コントローラ36>
図4は、通信コントローラ36の機能ブロック図である。本実施形態では、通信コントローラ36は、デバウンス回路42と、ディジタル位相同期回路(PLL)44と、フロントエンドステートマシン46と、受信メッセージフィルタリング48と、受信ファースト・イン・ファースト・アウト(FIFO)メモリ50と、送信ステートマシン52と、送信FIFOメモリ54と、受信/送信事象マネージャ58と、レジスタ群60と、クロック生成回路62と、発振器64と、タイマ群68と、CPUインターフェイス回路70とを備えている。
に復帰する。フロントエンドステートマシン46は、フィールドバス・セグメント12上の次の活動まで(つまり、再度RxAにてキャリア検出信号が供給されるまで)初期状態のままでいる。
継続され得る。
ー(次回定期事象トリガーは、特定時刻でメッセージを送信するために送信ステートマシン52に接続している)に用いられる。クロックレートが調節されると、ノードタイマ及びオクテットタイマは、同じレートで互いに追従するようになる。つまり、ノードタイマとオクテットタイマとを駆動するクロック信号は、共通の可変クロックから得られている。
いずれか一方を介して、解除もしくは停止され得る。送信応答タイマがいったん0に到達もしくは失効すると、IRQが生成される。送信応答タイマは、IRQが認識されるまで0のままとなる。IRQがハイのままであると、発生するさらなるメッセージ事象は、このIRQが認識されるまで送信応答タイマに作用しない。
通信コントローラ36は、正確な時刻の検出値が維持され、正確な時刻の検出値が通信コントローラ36及びCPU30、さらにセグメント12に接続された他のデバイス内で使用され得るように、事象の自動タイムスタンプを実行する。図1に図示するように、プロセス制御システム10は、セグメント12に動的に接続されたデバイス20〜28の間で常に送受信されるメッセージを有している。前述したように、物理層では、各メッセージは、物理層プロトコルデータユニット(PhPDU)を構成している。時刻情報を必要とするPhPDUの受信及び送信に付随される特定の事象がある。本発明では、特定の事象の発生時にセグメントタイマ群のスナップショットを取得することで、通信コントローラ36内で自動タイムスタンプが発生する。
KHz(2μ秒)の調節可能なクロックレートに基づいている。
SOAが実際に発生したときに、ソフトウェアが時刻を計算することにも問題があるであろう。それは、プリアンブルのバイトの数が不明であるからである。メッセージ開始(SOM)事象にて、つまり、受信DLPDUの開始が検出された時点にてIRQが生成される可能性がある。しかし、プリアンブルは、最小1バイトから最大8バイトであるので、ソフトウェアが計算する時刻値は、256マイクロ秒から2048マイクロ秒までの範囲に及ぶ可能性がある。
図5に示されているのは、可変クロック生成回路62、クロック周波数調節レジスタ60A、可変リンクタイマオフセットレジスタ60B、データリンク時刻オフセットレジスタ60C、次回機能ブロック実行時刻レジスタ60D、次回定期事象レジスタ60E、残り時間レジスタ60F、スナップショットレジスタ60G〜60J、加算器90,92、減算器94、比較器96,98である。
く単調増加タイマである。オクテットタイマ68Bの重要な用途の1つは、次回定期事象トリガーを生成することである。
れている。
PhPDU事象の自動タイムスタンプによれば、EOM IRQもしくはEOT IRQのいずれか一方にまず応答したのちに、ソフトウェアに現在時刻を判定させる必要がある場合に必要とされるソフトウェアの待ち行列が不要となる。さらに、自動タイムスタンプ機能によれば、非同期事象の現在時刻を取得するSOAタイムスタンプを双方の時間基準で生成することができる。
Claims (23)
- 通信媒体上で通信を行うデバイスであって、
該デバイスは、
前記通信媒体上でメッセージの受信及び送信を行う媒体接続装置(MAU)と、
受信されたメッセージに含まれるデータを処理するとともに、送信されるメッセージに含まれるデータを生成する中央処理装置(CPU)と、
前記MAUと前記CPUとを接続し、互いに異なる時間基準の複数のタイマを備え、受信メッセージ及び送信メッセージに関連する事象に対応する事象パルスを生成するとともに、該事象パルスに応じて、前記複数のタイマから複数のタイムスタンプ値を取得し、取得した複数のタイムスタンプ値を格納する通信コントローラと
を備えることを特徴とするデバイス。 - 請求項1記載のデバイスであって、
前記通信コントローラは、格納されたタイムスタンプ値を送信中のメッセージに挿入する
ことを特徴とするデバイス。 - 請求項2記載のデバイスであって、
前記事象パルスは、メッセージ開始事象パルスを含み、
前記メッセージに挿入された前記格納されたタイムスタンプ値の1つは、前記メッセージ開始事象パルスが発生したときにおける前記デバイスのローカル時刻を表す
ことを特徴とするデバイス。 - 請求項2記載のデバイスであって、
前記通信コントローラは、どのような種類のメッセージが送信中であるのかを検出し、該メッセージの種類に基づいて、前記タイムスタンプ値を挿入するための前記メッセージ内の位置を選択する
ことを特徴とするデバイス。 - 請求項1記載のデバイスであって、
前記事象パルスは、受信メッセージが終了したときに前記通信コントローラによって生成されるメッセージ終了事象パルスを含んでいる
ことを特徴とするデバイス。 - 請求項1記載のデバイスであって、
前記事象パルスは、送信メッセージが終了したときに前記通信コントローラによって生成される送信終了事象パルスを含んでいる
ことを特徴とするデバイス。 - 請求項1記載のデバイスであって、
前記事象パルスは、受信メッセージの復号が開始されたときに前記通信コントローラによって生成される活動開始事象パルスを含んでいる
ことを特徴とするデバイス。 - 請求項1記載のデバイスであって、
前記複数のタイマは、
第1時刻値を提供する第1タイマと、
前記第1時刻値よりも分解能が高い第2時刻値を提供する第2タイマと
を備えることを特徴とするデバイス。 - 請求項8記載のデバイスであって、
前記第1タイマは、前記第1時刻値としてノード時刻を提供するノードタイマである
ことを特徴とするデバイス。 - 請求項9記載のデバイスであって、
前記通信コントローラは、前記ノード時刻に基づいて、データリンク時刻とリンク予定時刻とを取得する
ことを特徴とするデバイス。 - 請求項10記載のデバイスであって、
前記通信コントローラは、前記事象パルスに応じたタイムスタンプ値として、前記ノード時刻と、前記データリンク時刻と、前記リンク予定時刻とをレジスタに格納する
ことを特徴とするデバイス。 - 請求項8記載のデバイスであって、
前記第2タイマは、前記第2時刻値としてオクテット時刻を生成するオクテットタイマである
ことを特徴とするデバイス。 - ネットワーク上のデバイス間で交換されるメッセージにタイムスタンプを行う方法であって、
該方法は、
ネットワーク上でメッセージの送信及び受信を行うことと、
第1クロックレートで変化する第1タイマ値を生成することと、
前記第1クロックレートよりも高い第2クロックレートで変化する第2タイマ値を生成することと、
送信メッセージ及び受信メッセージに関連する、選択された事象に対応する事象パルスを生成することと、
前記事象パルスの1つが生成されたときに前記第1タイマ値を表す第1タイムスタンプ値を格納することと
前記事象パルスの1つが生成されたときに前記第2タイマ値を表す第2タイムスタンプ値を格納することと
を含むことを特徴とする方法。 - 請求項13記載の方法であって、
前記第1タイマ値は、前記ネットワーク上のデバイスの時刻の検出値を表し、
前記第2タイマ値は、前記デバイスの時間間隔を表す
ことを特徴とする方法。 - 請求項14記載の方法であって、
前記第1クロックレート及び前記第2クロックレートは、可変、かつ同期している
ことを特徴とする方法。 - 請求項13記載の方法であって、さらに、
送信中のメッセージに前記第1タイムスタンプ値を挿入することを含む
ことを特徴とする方法。 - 請求項16記載の方法であって、
前記事象パルスは、メッセージ開始事象パルスを含み、
前記メッセージに挿入された前記第1タイムスタンプ値は、前記メッセージ開始事象パルスが発生したときにおける前記デバイスのローカル時刻を表す
ことを特徴とする方法。 - 請求項16記載の方法であって、さらに、
どのような種類のメッセージが送信中であるのか検出することと、
前記メッセージの種類に基づいて前記タイムスタンプ値を挿入するための前記メッセージ内の位置を選択することと
を含むことを特徴とする方法。 - 請求項13記載のデバイスであって、
前記事象パルスは、受信メッセージが終了したときに生成されるメッセージ終了事象パルスを含む
ことを特徴とするデバイス。 - 請求項13記載のデバイスであって、
前記事象パルスは、送信メッセージが終了したときに生成される送信終了事象パルスを含む
ことを特徴とするデバイス。 - 請求項13記載のデバイスであって、
前記事象パルスは、受信メッセージの復号が開始されたときに生成される活動開始事象パルスを含む
ことを特徴とするデバイス。 - プロセス制御ネットワーク上でデバイスによって送信されるメッセージ及び受信されるメッセージにタイムスタンプを行う方法であって、
該方法は、
各デバイスにて、互いに異なる時間基準のローカル時刻とノード時刻とを生成することと、
前記メッセージに関連する事象が発生するときに事象パルスを生成することと、
事象パルスが発生するときに、前記ローカル時刻及び前記ノード時刻に対応する複数のタイムスタンプ値をスナップショットレジスタに転送することと
を含むことを特徴とする方法。 - 請求項22記載の方法であって、
前記事象パルスは、メッセージ終了(EOM)パルスと、送信終了(EOT)パルスと、活動開始(SOA)パルスと、送信開始(SOT)パルスとを含む
ことを特徴とする方法。
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