JP4860620B2 - 低遅延のデータパケット受信及び処理 - 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。
本発明は、ネットワーク上のデバイスに用いられる通信コントローラであって、通信媒体上で受信したメッセージを処理する。通信コントローラは、データキューと、受信メッセージオブジェクトのキューとを含んでいる。データキューは、通信媒体上で受信した複数のメッセージを格納する。受信メッセージは、好ましくは、受信データメモリの書込ポインタ位置に書き込まれ、受信データメモリの読込ポインタ位置から読み込まれる。また、通信コントローラは、複数の受信メッセージオブジェクトを含んでいる。各受信メッセージオブジェクトは、データキューにおける、対応するメッセージに関する情報を格納している。
<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。
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。
活動開始(SOA)は、キャリア検出信号が有効になり、キャリア検出信号が少なくとも1ビット時間、もしくは2ビット時間(おおよそ16〜32μ秒)の間、安定したのちに発生する。この時間は、メッセージを受信するデバイスの内部クロックに対して、いつキャリア検出が有効になるかに依存する。キャリア検出信号が安定したのちに活動開始(SOA)が発生することによって、デバイスの通信コントローラは、プリアンブルの前半で起こる可能性が非常に高いノイズ異常を無視できる。追加時間は、ビット境界との同期に用いられ、それによりセグメント12上の短いノイズバーストが活動として誤解釈される可能性が排除される。送信メッセージの場合、送信イネーブルがいったん有効になると(つまり、PhPDUのプリアンブルがセグメント12へ送出されると)、SOAが発生する。
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。
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、受信先入れ先出し(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、送信ドライバ回路56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。
RxA線が無効になることで、フロントエンドステートマシン46は初期状態に復帰する。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。
セグメント12から情報のパケットを受信しているときに、データパケットを受信FIFOメモリ50に待機させることで、ソフトウェア遅延が発生する。データパケット自体に加え、通信コントローラ36は、受信状態(例えば、パケットのバイトがネットワークから依然として受信中であるか否かという状態)に関する情報を保持しなければならない。通信コントローラ36は、多数のデータのパケットを受信FIFO50に待機させる能力があるため、データパケットを受信状態に関連する情報と関連付けることができることが不可欠である。通信コントロールシステムのハードウェアは、一般的に、例えば、CPU30におけるソフトウェアによって外部から提供される、データパケットを受信状態に関連する情報と関連付けるという必要な動作を模擬するように設計され得る。
Claims (20)
- 通信媒体上で受信した複数のメッセージを処理する通信コントローラであって、
該通信コントローラは、
前記通信媒体から受信された前記複数のメッセージが書き込まれるデータキューを格納する受信データメモリであって、前記複数のメッセージの各々が、書込ポインタ位置の前記受信データメモリに書き込まれ、読込ポインタ位置の前記受信データメモリから読み込まれる、受信データメモリと、
該受信データメモリに格納された前記複数のメッセージに関連する情報を格納する複数の受信メッセージオブジェクトのための空間を含む受信メッセージオブジェクトキューであって、前記複数の受信メッセージオブジェクトの各々が前記受信データメモリに格納された前記複数のメッセージの各々に対応している、受信メッセージオブジェクトキューと
を備え、
前記情報は、前記メッセージの事象データと、前記メッセージの受信状態に関連している属性とを含んでいる
ことを特徴とする通信コントローラ。 - 請求項1に記載の通信コントローラであって、
前記情報は、オーバーフローと、アンダーフローと、データ準備完了と、終了位置と、有効フラグとを含む一群から選択可能である
ことを特徴とする通信コントローラ。 - 請求項1または請求項2に記載の通信コントローラであって、さらに、
前記受信データメモリにおける前記複数のメッセージのうちの有効なメッセージを、前記複数の受信メッセージオブジェクトのうちの対応する受信メッセージオブジェクトに関連付けるメッセージキューマネージャを備えている
ことを特徴とする通信コントローラ。 - 請求項3に記載の通信コントローラであって、
前記有効なメッセージが前記通信媒体から受信されると、前記書込ポインタの値が、前記対応する受信メッセージオブジェクトにおける終了位置の値に継続的に転送される
ことを特徴とする通信コントローラ。 - 請求項4に記載の通信コントローラであって、
前記受信データメモリは、前記読込ポインタが前記有効な受信メッセージに対応する前記受信メッセージオブジェクトにおける前記終了位置の値と同一の値を有するときに、前記有効なメッセージに対応する前記受信メッセージオブジェクトにアンダーフロー属性を設定する
ことを特徴とする通信コントローラ。 - 請求項2に記載の通信コントローラであって、
前記受信データメモリは、該受信データメモリが容量限度に近づいたときに、全ての受信メッセージオブジェクトにデータ準備完了属性を設定する
ことを特徴とする通信コントローラ。 - 請求項1または請求項2に記載の通信コントローラであって、
前記書込ポインタ及び前記読込ポインタは、読込処理中及び書込処理中に記憶位置を変更し、先入れ先出し(FIFO)キューとして前記データキューを実行する
ことを特徴とする通信コントローラ。 - 請求項1〜7のいずれかに記載の通信コントローラであって、
前記複数の受信メッセージオブジェクトの各々が前記受信メッセージオブジェクトキューに加えられた順序と同じ順序で前記複数のメッセージの各々が前記受信データメモリに加えられる
ことを特徴とする通信コントローラ。 - 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格納されたデータの処理と、送信されるメッセージに格納されるデータの生成とを行う中央処理装置(CPU)と、
前記MAUと前記CPUとを接続する、請求項1乃至請求項8のいずれかに記載の通信コントローラと
を備えている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のデバイスによって受信された複数のメッセージを処理する方法であって、
該方法は、
前記プロセス制御ネットワークから前記複数のメッセージを受信することと、
前記複数のメッセージに関連する情報を格納する複数の受信メッセージオブジェクトを受信メッセージオブジェクトキューに格納することと、
データキューを格納する受信データメモリに前記複数のメッセージを書き込むことと
を含み、
前記情報は、前記複数のメッセージの各々の事象データと、前記複数のメッセージの各々の受信状態に関連している属性とを含んでいる
ことを特徴とする方法。 - 請求項10に記載の方法であって、
前記情報は、オーバーフローと、アンダーフローと、データ準備完了と、終了位置と、有効フラグとを含む一群から選択される
ことを特徴とする方法。 - 請求項10または請求項11に記載の方法であって、
前記複数のメッセージを書き込むことは、
前記受信メッセージオブジェクトキューにおける第1の取得可能な受信メッセージオブジェクトに有効フラグを設定することと、
前記受信データメモリにおける書込ポインタ位置を判定することと、
前記書込ポインタ位置で始まる前記受信データメモリに前記複数のメッセージの各々を書き込むことと、
前記複数のメッセージの各々が前記受信データメモリに書き込まれるまで前記書込ポインタ位置をインクリメントすることと
を含んでいることを特徴とする方法。 - 請求項11または請求項12に記載の方法であって、さらに、
前記受信データメモリがほぼ満杯の場合に、前記受信メッセージオブジェクトにデータ準備完了属性を設定すること
を含んでいることを特徴とする方法。 - 請求項13に記載の方法であって、さらに、
前記プロセス制御ネットワークから前記複数のメッセージの1つを受信中に、前記受信データメモリが満杯になると、オーバーフロー属性を前記受信メッセージオブジェクトに設定すること
を含んでいることを特徴とする方法。 - 請求項12に記載の方法であって、さらに、
前記複数のメッセージの各々が前記プロセス制御ネットワークから受信されると、前記書込ポインタの値を前記受信メッセージオブジェクトにおける終了位置属性に転送すること
を含んでいることを特徴とする方法。 - 請求項10に記載の方法であって、さらに、
前記複数の受信メッセージオブジェクトの各々を更新すること
を含んでいることを特徴とする方法。 - 請求項16に記載の方法であって、
受信メッセージオブジェクトを更新することは、
メッセージ割込要求(IRQs)と、メッセージエラーと、メッセージ状態と、受信データメモリ情報とを含む前記複数の受信メッセージオブジェクトの各々に保持された複数の属性を更新すること
を含んでいることを特徴とする方法。 - 請求項10に記載の方法であって、さらに、
前記複数のメッセージを先入れ先出し(FIFO)の順序で中央処理装置(CPU)に供給すること
を含んでいることを特徴とする方法。 - 請求項18に記載の方法であって、
前記複数のメッセージをCPUに供給することは、
前記受信メッセージオブジェクトキューの前部に受信メッセージオブジェクトの有効フラグを設定することと、
前記受信データメモリにおける読込ポインタ位置を判定することと、
前記読込ポインタ位置で始まる前記メッセージを前記CPUに転送することと、
前記メッセージが前記CPUに転送されるまで前記読込ポインタ位置をインクリメントすることと、
前記受信メッセージオブジェクトキューから前記受信メッセージオブジェクトを削除することと
を含んでいることを特徴とする方法。 - 請求項19に記載の方法であって、さらに、
前記読込ポインタが前記受信メッセージオブジェクトにおける終了位置属性と同一の値を有しているときに、前記受信メッセージオブジェクトにアンダーフロー属性を設定すること
を含んでいることを特徴とする方法。
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