JP5080448B2 - ２つのバスシステムを同期する方法および装置、並びに２つのバスシステムから成る構成 - Google Patents

Description

本発明は、２つのバスシステムを同期する方法および装置、並びに特許請求の範囲に記載の概念に基づいて基準メッセージによる時間制御が行われる２つのバスシステムから成る当該構成に関する。

バスシステムにおいて、タイムトリガ型通信の枠内で基本サイクルを生成する基準メッセージは、例えばFｌｅｘRａｙ またはＴＴＣＡＮにおいて使用されている。近年、近代的な自動車の組み立てまたは機械工学、特に工作機械分野で、およびオートメーション化領域において、制御装置、センサおよびアクチュエータのネットワーク化が急激に増加しているため、この種のバスシステムは必要不可欠である。その場合、機能を複数の制御装置に分散させて相乗効果を狙うことが可能である。

このように機能を割り当てられたシステムの様々なステーション間の通信は、ますます１つのバスシステム、または複数の結合されたバスシステムを介して行われるようになっている。バスシステムでの通信、アクセスおよび受信機構、並びにエラー処理はプロトコルを介して制御されている。例えば自動車分野で確立されたプロトコルとして、ＣＡＮプロトコルが挙げられる。ＣＡＮプロトコルはイベントドリブン型プロトコルで、メッセージ送信等のプロトコルを利用した処理は、通信システム、つまりバスシステムの外部に起因するイベントによって開始される。つまりここでは、特に外部のイベントによっても開始される、イベントドリブン型バスシステムに関わっている。そのため、ＣＡＮプロトコルは非常に柔軟性があり、新たな加入者（追加ノード）（Ｔｅｉｌｎｅｈｍｅｒ）やメッセージの追加は、何の問題もなく可能である。

イベントドリブン型の自発的な通信に対する別のアプローチは、純粋なタイムトリガ型アプローチである。バスでのあらゆる通信活動は厳密に周期的である。メッセージ送信等のプロトコルを利用した処理は、バスシステム全体で有効な時間を進行させることによってのみ開始される。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刻領域の配分に基づいている。プロトコルには比較的柔軟性がない。つまり、新たなノードの追加は前もって対応する時刻領域が空けられた場合に限り可能である。そのため、メッセージの順序は通信開始の前にすでに設定される。その際、繰り返しレート、リダンダンシーおよびデッドライン等に関するメッセージの要請を満たすべき通信スケジュールが作成される。その際メッセージの時間的な位置付けは、アプリケーションから送信時点までの待ち時間を最小限に抑えるため、送信周期内にメッセージ内容を作成するアプリケーションに合わせて調整されなければならない。この調整がなければ、バスにおけるメッセージ送信時の待ち時間ジッタを最小に抑えるという、タイムトリガ型伝送の利点は台無しになるであろう。従って、純粋なタイムトリガ型アプローチにおいては、綿密なスケジュール設計が求められる。

２００３年（国際標準化会議 ＩＳＯ／ＴＣ２２／ＳＣ３）のＩＳＯ１１８９８−４標準規格、いわゆるＴＴＣＡＮにおいて示された、タイムトリガ型ＣＡＮの解決案は、上述のタイムトリガ型通信への要請や、ある程度の柔軟性に対する要請に応えるものである。つまりＴＴＣＡＮは通信サイクルの構築によってこれらの要請に応える。通信サイクルの構築とは、タイミングジェネレータまたはタイムマスタによって基準メッセージを送信して基本サイクルを構築することである。この基本サイクルは特定の通信加入者による周期的メッセージのための排他的タイムウィンドウと複数の通信加入者による自発的メッセージのための調停（アービトレート：ａｒｂｉｔｒｉｅｒｅｎｄ）タイムウィンドウに分割される。

従って、以下では少なくとも２つのＴＴＣＡＮバスシステムまたはネットワークの同期のみに関わるのではなく、他の上述のＦｌｅｘＲａｙ等、比較可能なバスシステム、つまり種類が異なる混合バスシステムの同期も同様に保障するものである。

このようなシステムにおいて、通信サイクルは上述のとおり基本サイクルによって決定される。つまり、少なくとも予め設定された時間間隔でバスシステムを介して基準メッセージを繰り返し伝送する、タイミングジェネレータまたは第１加入者によって決定されるのである。その際、時間情報がトリガ情報に割り当てられたタイムマークに達すると、基準メッセージが時間的なトリガ情報によって生成される。ＴＴＣＡＮでの時間情報として、ローカルタイム、つまりタイミングジェネレータまたはタイムマスタのローカル時計および基準メッセージによって設定されている、サイクル時間等が挙げられる。この時間情報、つまりＴＴＣＡＮのサイクル時間がある特定のタイムマークに達すると、このタイムマークに到達した際には常に、個々の基準メッセージを開始するためにトリガが生成される。これにより、バスシステムのタイムマスタは基本サイクルに従ってバスシステムの時間を設定する。基本サイクルが遅れた場合、例えばＴＴＣＡＮプロトコルは、基準メッセージに１ビット設定して通信を遅らせるようにする。このような遅延は、ＴＴＣＡＮにおいてイベント同期タイムトリガ型通信オプション（Ｅｖｅｎｔ−Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｄ−Ｔｉｍｅ−Ｔｒｉｇｇｅｒｅｄ−Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ−Ｏｐｔｉｏｎ）が使用される場合など、ＴＴＣＡＮバス等を特に外部のタイムベースのフェーズに合わせて同期するために必要不可欠である。

つまり、タイムトリガ型ネットワークまたは上述のＴＴＣＡＮ等のバスシステムまたはＦｌｅｘＲａｙが、通信を外部のタイムベースのフェーズ、例えば更なる別のタイムトリガ型ネットワークまたはバスシステム等のフェーズに合わせて同期する可能性を最も提供するのである。従来では、種類の異なる様々なバスシステムが混在する同期は行われていないが、ホストコントローラに複数の処理を要請する方法が最も利用されている。まずホストは、対応するビット／ビットフィールドを基準メッセージに設定して、または定められたメッセージを送信して、すべてのノードまたは加入者に、通信サイクル終了後に時間間隔、いわゆるタイムギャップが挿入されることを知らせなければならない。それに引き続き、ホストＣＰＵはタイムギャップが開始するまで待たなければならない。次の基準メッセージは、タイムトリガの生成により同期されて開始されるのである。

このような公知の方法においては、常にホストコントローラまたはプロセッサによる介入があり、複数のネットワークまたはバスシステムを同期する際少なくとも１つの加入者プロセッサの負荷が非常に大きくなり、ソフトウェアの待ち時間にある程度左右されるという短所がある。

従って、本発明の課題は、複数の独立した、通信モジュールとしてのプロトコルコントローラとそれに割り当てられたバスシステムを、通常必要な加入者プロセッサによるアクセスに拠らず、共通のタイムベースに合わせて同期するための一般的な方法を記述することにある。つまり、バスシステムの同期は使用するプロセッサから直接の制御されることなく、ソフトウェア待ち時間に左右されずに行われるのである。

本発明は、少なくとも２つのバスシステムを同期する装置と方法に関する。装置においては、第１バスシステム用の第１通信モジュールと第２バスシステム用の第２通信モジュールが設けられ、第１トリガ情報があり、第１トリガ情報を用いて第１バスシステムの第１通信モジュール内でトリガ信号が生成される。本発明の利点として、第１通信モジュールと第２通信モジュールが接続されているため第１トリガ情報が第２通信モジュールに伝送され、第１トリガ情報に基づいて時間情報値が求められ、この時間情報値は第２バスシステムの第２タイムマークと比較され、時間差が求められ、次の基準メッセージが第２バスシステムにおいて第２タイムマークと時間差に応じて生成される。

従って、本発明においては、プロセッサ、ホストまたは加入者のアクセスを必要とせずに、複数の独立したプロトコルコントローラまたは上述の通信モジュールを、第１バスシステムの共通のタイムベースに合わせて同期する一般的な方法または装置が可能である。つまり、本発明による同期は、使用される加入者のプロセッサまたはホストに直接制御されることなく、ソフトウェア待ち時間にも左右されずに行われるのである。つまり、本発明の目的に適して、ネットワーク化された制御装置、オートメーション技術、若しくは自動車技術における制御装置構成、または複数の独立したタイムトリガ型バスシステムを互いに接続するその他の領域において、データの不一致または古いデータの伝送を回避するため、共通のタイムベース、特に共通のグローバルタイムを有する少なくとも２つのバスシステムまたはネットワークが使用されている。従って、同時に割込み、つまり中断要請が生成されたり、または、（物理的に離れている）独立したバスシステムまたはネットワークの、複数の加入者のタスクが同時に実行されたりすることが起こりうる。この問題に対し、本発明による方法は自動的な修正または同期によって、タイムベースの厳密な調整を可能にする。

その際、本発明の利点として、第１通信モジュールは第１バスシステムのタイムマスタに相当し、第１時間情報が第１トリガ情報に割り当てられた第１タイムマークに達した場合に、第１トリガ情報によって開始されて、トリガ信号を予め設定された時間間隔で繰り返し伝送するように構成されている。

さらに本発明の利点は、第１記憶領域、特に、トリガ情報に応じて生成される第２時間情報値を保存するレジスタが、第２通信モジュールに設けられている点にある。同様に、第２記憶領域が、特に、第２バスシステムの第２タイムマークを保存するレジスタとして設けられている。さらに、第３記憶領域が、特に、時間情報値とタイムマークに基づいて発生する時間差を保存するレジスタとして設けられている。

その際、通信モジュールのタイムマスタ機能またはスレーブ機能の割り当てに関して複数の機器構成が構想される。第１の形態においては、例えば、第２通信モジュールは第２バスシステムのタイムマスタに相当し、第２時間情報が第２タイムマークと時間差との和に達した場合、次の基準メッセージを第２バスシステム内で生成するように構成されている。ここでは、時間差が正の値であるか、または負の値であるかに応じて基本サイクルの延長や短縮が起こり、また、和という概念は時間差が負の値の際に差の算出も含むと理解すべきものである。このことは、本願の他の更なる実施形態の場合にも該当する。これに対して、第１バスシステムの通信モジュールはタイムマスタ、潜在的タイムマスタまたはタイムスレーブに相当しうる。

第２の形態において、第２通信モジュールは第２バスシステムのスレーブに相当することが構想されている。つまり、第２通信モジュールはタイムマスタではなく、第２トリガ情報を第２バスシステムのタイムマスタである第３通信モジュールに伝送するように構成されている。本発明の利点として、第２ネットワークの第２通信モジュールは、対応する時間情報、つまり時間差を含む予め決められたメッセージを、第２バスシステムのタイムマスタである第３通信モジュールに送信する。

本発明による装置において、本発明の利点として、第１通信モジュールと第２通信モジュールは直通の接続路を介して、上述の第１トリガ情報が第２通信モジュールのレジスタに直接書き込まれるように接続している。さらにこの直接的な接続は、二地点間接続として実現されており、また特に、直列接続として実現されている。このトリガ線、つまり第１通信モジュールと第２通信モジュールとの間の接続は、カスケードリング状接続、つまり環状の接続として、または特に複数の通信モジュールの場合は複数の二地点間接続としてのスター状接続としても実現することが可能である。

同様に、本発明の利点として、少なくとも２つのバスシステムを同期する装置を備えた、少なくとも２つのバスシステムから成る構成であって、上述のとおり、第１バスシステムに接続される第１通信モジュールと第２バスシステムに接続される第２通信モジュールが設けられており、第１通信モジュールに第１トリガ情報があり、第１トリガ情報を用いて第１バスシステム内でトリガ信号が生成されており、第１通信モジュールと第２通信モジュールは、第１トリガ情報が第２通信モジュールへ伝送されように接続されており、第２通信モジュールは、第１トリガ情報に基づいて時間情報値が求められ、時間情報値が第２バスシステムの第２タイムマークと比較され、時間差が求められ、第２バスシステム内で次の基準メッセージが第２タイムマークと時間差に応じて生成されるように構成されている。

同様に、本発明の利点として、少なくとも２つのバスシステムを同期する方法であって、第１バスシステムにおいてトリガ信号が第１トリガ情報によって生成されており、第１トリガ情報が第２バスシステムに伝送され、第１トリガ情報に基づいて時間情報値が求められ、時間情報値が第２バスシステムの第２タイムマークと比較され、時間差が求められ、第２バスシステムにおいて次の基準メッセージが第２タイムマークと時間差に応じて生成される。

その際、本発明の利点として、第１時間情報が第１トリガ情報に割り当てられた第１タイムマークに達した場合に、第１トリガ情報によってトリガ信号の伝送が開始されて、トリガ信号が第１バスシステムにおいて予め設定された時間間隔で繰り返し伝送される。

さらに、本発明の利点として、第２時間情報が、第２タイムマークと（第１）トリガ情報に基づいて求められる時間差との和に達した場合に、第２バスシステムの次の基準メッセージが生成される。

本発明の更なる別の利点や有利な実施形態は、本発明の詳細な記述および特許請求の範囲から明らかとなろう。

以下、実施形態の例を挙げながら本発明の詳細を解説する。

図１は、２つのバスシステム３２０、３２１およびバスシステム間を繋ぐゲートウェイとしての装置から成る構成を示している。バスシステム３２０は、双方向の接続１０６または１０７を介してバスシステムに接続されている、加入者またはノード１０２および１０３を有する。また、加入者１０４、１０５を有し、双方向のインタフェイス１０８および１０９を介してこれら加入者と接続している、第２バスシステム３２１を示している。

符号１００はゲートウェイ機能を持つ加入者であり、ゲートウエイを介してバスシステム３２０および３２１は互いに接続している。その際ゲートウェイ機能を持つ加入者は、双方向のインタフェイス１１０を介してバスシステム３２０と、双方向のインタフェイス１１１を介してバスシステム３２１と接続している。符号３０１および３０２は通信モジュールを示し、第１通信モジュール３０１はバスシステム３２０と接続されている、つまりバスシステム３２０のために投入されている。さらに、第２通信モジュール３０２はバスシステム３２１と接続されている、つまりバスシステム３２１を管轄とする。直列および／または並列接続であることが可能な接続１０１を介して、通信モジュール３０１および３０２はゲートウェイ機能を持つ加入者１００において互いに接続している。

発明の詳細な説明の導入部ですでに述べたとおり、様々な伝送技術や様々な形態のバスシステムが複数存在する。従って、同種のまたは種類が異なる複数のバスシステムが互いに接続されなければならない。その際、バスインタフェイスユニット、つまりゲートウェイが用いられる。このゲートウェイは、同種のまたは種類が異なる、様々なバスシステム間を繋ぐインターフェイスユニットであり、メッセージ等の情報または本発明の一実施形態においてはトリガ情報等の情報も、１つのバスシステムから複数のバスシステムに伝送される。プロセッサインタフェイス、つまり加入者個々のプロセッサを介して情報が交換されるのであれば、加入者自体に伝送される情報にさらにこのデータ交換が加わって、プロセッサ負荷が非常に大きくなる。また、それに伴い新たな伝送構造が生じ、状況によってはデータ伝送速度が比較的遅くなるであろう。このようなプロセッサ負荷を回避するため、本発明の一実施形態による構成および対応する方法、並びに構成に含まれる装置に基づき、上述の本発明の利点の実現を達成する。

その際、本発明の一実施形態によるシステム構成を複数構想することが可能である。例えば、第１の機器構成では自動的な同期のために、対応する基準メッセージを送信して、割り当てられているバスシステムまたはネットワークのグローバルタイムを制御するタイムマスタ、例えばここでは通信モジュール３０２が使用される。一方、第１通信コントローラ、例えばゲートウェイ機能を持つ加入者１００の通信モジュール３０１はタイムマスタまたはスレーブとしても構成され、ゲートウェイマスタまたはマスタネットワークの機能を引き継ぐ。第２通信モジュール３０２および第２バスシステム３２１は、第１バスシステム３２０に同期され、第１バスシステムのグローバルタイムを引き継ぐ。

第２の機器構成においては、少なくとも１つの更なる別のバスシステムによって、同期の際に参照されるバスシステムの加入者、ここではタイムマスタまたはスレーブとしての通信モジュール３０１が投入される。この構成において、第２通信モジュール３０２は第２機器構成に応じて同様にスレーブとして構成される。バスシステム、ここではバスシステム３２１のグローバルタイムを調整するため、対応するメッセージを第２バスシステムのタイムマスタ、つまりバスシステム３２１に接続している第３通信加入者または通信モジュールに送り、求められた時間差を伝送しなければならない。つまり、第２通信モジュール３０２のスレーブ機器構成において、情報は、バスシステム３２１の本来のタイムマスタだけに伝送されるのである。その後、第２バスシステムのタイムマスタ（第３通信モジュール）はバス３２１の基準メッセージを送信して、後に続く通信サイクル、特にタイムマークが最新に更新された基本サイクルを開始する。

つまり、通信モジュール３０１および３０２はそれぞれ、対応するバスシステム３２０または３２１のタイムマスタとして構成されることが可能であるが、機器構成において記述したとおり、これらはスレーブ機能のみを有し、それぞれのバスシステムの本来のタイムマスタから情報を受け取る、または本来のタイムマスタへ情報を伝達することも可能である。

図２は、ゲートウェイモジュールまたはゲートウェイ装置をさらに詳細に示している。特に、タイムトリガ型でないバスシステムおよび対応する通信モジュール、並びに図１に図示する接続１０１等、通信モジュール間の接続を制御する更なる別のモジュールが加わって拡張されている。

図２中で、通信モジュール３０１および３０２はタイムトリガ型バスシステムである。例えば、符号３０５は、通常のＣＡＮバス等のタイムトリガ型でないシステムのための通信モジュールに相当する。タイムトリガ型システムのための通信モジュールは、タイムトリガ型でないシステムのための通信モジュールと一点差線で分けて示されている。図２に例として挙げるゲートウェイには、タイムトリガ型バスシステムのための通信モジュールおよびタイムトリガ型でないバスシステムのための通信モジュールが両方含まれているが、これは純粋に例として理解されるべきである。従って、本発明の一実施形態によるゲートウェイ構成は、タイムトリガ型バスシステムだけが接続され、タイムトリガ型バスシステムのための通信モジュールだけを含んでいる（図２では一点差線より上に図示）図１に基づいて構想される。図２に示す通信モジュールはそれぞれ、対応するバスシステム３２０、３２１および３２５に接続するための送信出力部（ＴＸ３１、ＴＸ３２〜ＴＸ３ｎ、ｎは自然数）および受信入力部（ＲＸ３１、ＲＸ３２およびＲＸ３ｎ、ｎは自然数）を有する。さらに、符号５００はデータ統合ユニット、ＤＩＵ（Ｄａｔａ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ Ｕｎｉｔ）である。

すべての通信モジュールおよびデータ統合ユニット５００は、すべての通信モジュールおよびデータ統合ユニット５００を環状に接続する伝送路Ｖを介して接続している。このようにしてカスケードリング状接続が設けられ、ゲートウェイ内での高速の直接的な伝達または通信モジュールのデータ通信が可能となる。さらに、通信モジュールは伝送路Ｖを介して、カスケード出力部を通ってカスケード入力部に接続されている。従って、通信モジュール３０１はカスケード出力部（ＣＯ１）を介して、（通信モジュール３０２の）カスケート入力部（ＣＩ２）を介して通信モジュール３０２と接続している。同様に、バスシステム３０２はカスケード出力部（ＣＯ２）を介して、さらにカスケート入力部（ＣＩｎ）を介してバスシステム３０５と接続しており、バスシステム３０５はカスケード出力部（ＣＯＮ）を介して、さらにカスケード入力部（ＣＩＳ）を介して通信モジュール５００と接続している。このような接続路Ｖはスター状接続等としても構想可能である。つまり、通常データ伝送において、つまり、ゲートウェイ内の通信モジュール間でデータおよび／またはメッセージまたは情報を伝送する際には、無数の読込みおよび書込み操作を行う必要があるが、これは通常ホストプロセッサを介して処理されなければならない。その際、通常、ここでは図示されていないホストＣＰＵを通信モジュール３０１、３０２および３０５と接続するＣＰＵバス４０３が使用される。しかしこのことによって、ホストＣＰＵ、つまり加入者の負荷が非常に大きくなり、データ伝送が遅くなるであろう。この問題を改善するために、ここではカスケードリング状の伝送路Ｖが設けられ、ホストに負荷をかけない通信モジュール間の迅速な情報伝送が可能となる。つまり、データ伝送のために、ゲートウェイ内で通信モジュールを接続する第２のデータ経路Ｖが設けられている。このように、第１データ経路、つまりＣＰＵバス４０３の設定可能なデータおよび／またはメッセージは、通常のデータ経路に従ってホストＣＰＵに負荷をかけることなく、追加的な第２データ経路Ｖを介して直接伝達されるのである。この第２データ経路の制御は、制御装置３０９を介して行われる。ここで、第２データ経路の制御とは、第２データ経路Ｖを介する、データおよび／またはメッセージの伝送または伝達、並びに特に、この伝送路Ｖを介する、設定可能なデータおよび／またはメッセージの選択または設定のことである。また、制御装置３０９は、特に状態機械（Ｚｕｓｔａｎｄｓｍａｓｃｈｉｎｅ）、または状態オートマトン（Ｚｕｓｔａｎｄｓａｕｔｏｍａｔ）として構成される。状態機械は、すなわち、有限状態機械（Ｆｉｎｉｔ−Ｓｔａｔｅ−Ｍａｃｈｉｎｅ：ＦＳＭ）であり、状態オートマトンは、有限オートマトン（ｅｎｄｌｉｃｈｅｒ Ａｕｔｏｍａｔ）、または有限状態機械のことである。この、特に、状態機械、または状態オートマトンとしての制御装置３０９は、通信モジュール自体の内部に配置されるまたは通信モジュールに割り当てられる、かつその外部に設置されることが可能である。特にこの制御装置は、実施形態においては通信モジュール内ではなく、加入者、つまりホスト内に含まれることも可能である。本発明の利点は、この第２の追加的なデータ経路、伝送路Ｖを介して、複数の通信モジュールをゲートウェイに、特にカスケート状に相互結合できる点にある。ゲートウェイ有限状態機械３０９は出力部３１０、３１１および３１２を介して、第２伝送路Ｖにおける伝送を制御する。伝送路Ｖ内では、通信モジュール間で伝達すべきデータまたはメッセージが特にビットプレーンで設定される一方、どの通信モジュールが他のどの通信モジュールに何を伝送するかが設定される。つまり、書込み選択信号（ＷＲＳ）または読込み選択信号（ＲＤＳ）を介して、バッファ３０６，３０７および３０８からデータが選択される、かつデータがバッファに書き込まれるのである。これにより、相互に連結された通信モジュールは、第２データ経路Ｖを介して、データおよび／またはメッセージをすべての通信モジュール間で高速伝送することが可能になる。特に、１つのメッセージが１つの通信モジュールから他の複数の通信モジュールへ同時に伝送されることも可能である。さらに、メッセージを既存のメッセージから新たに編成し、特定の目的のために伝送することも可能である。このゲートウェイ機能の制御、つまり、どのメッセージがどのバスから他のどのバスへ直接的なデータ経路Ｖを介して伝達されるかについての制御は、上述のゲートウェイ制御装置３０９、つまり、ゲートウェイ有限状態機械を介して行われる。その際ゲートウェイ有限状態機械は、ハードウェアにおいて固有の状態機械（Ｓｔａｔｅ−Ｍａｃｈｉｎｅ）として構成されているか、またはソフトウェアにおいて特にホスト内で稼動し、上述の特別なレジスタ、例えば通信リクエストレジスタまたは通信マスクレジスタ等を介して、同様に通信モジュールに含まれるブロック３０６、３０７および３０８にアクセスする。このように、本発明の利点は、データまたはメッセージの高速伝送および高い柔軟性、特にバス接続数の自由な編成およびゲートウェイの組み立ておよび構成に関する高い柔軟性が可能となる点にある。

さらにオプションとして、データ統合ユニットとしてのモジュール、ＤＩＵ５００が示されている。これは、入力部ＣＩＳ（インタフェイスのカスケード入力部）と出力部ＣＯＳ（インタフェイスのカスケード出力部）を介して、データ経路Ｖに結合されている。さらに、インタフェイスモジュールＤＩＵ５００は入力部ＣＩＳを介して出力部ＣＯＮと、また出力部ＣＯＳを介して入力部ＣＩ１またはＣＩ（ｎ＋１）と接続している。これにより任意で、複数の通信モジュールおよび任意の数のＤＩＵ５００をゲートウェイに相互連結することが可能である。その際、図に示すように、特に環状に、それぞれカスケード出力部からカスケード入力部に接続される。ＣＰＵバス３１３は第２制御装置、つまりＤＩＵ５００のための制御装置４０１を結合するため、総合バス４０３への更なる別の接続３１３ａが加わって拡張されている。この制御装置４０１は、制御装置３０９と同様に、状態機械（Ｚｕｓｔａｎｄｓｍａｓｃｈｉｎｅ）、または状態オートマトン（Ｚｕｓｔａｎｄｓａｕｔｏｍａｔ）でありうる。状態機械は、すなわち、有限状態機械（Ｆｉｎｉｔ−Ｓｔａｔｅ−Ｍａｃｈｉｎｅ：ＦＳＭ）であり、状態オートマトンは、有限オートマトン（ｅｎｄｌｉｃｈｅｒ Ａｕｔｏｍａｔ）、または有限状態機械のことである。特に、状態機械、または状態オートマトンとしての制御装置４０１は、ＤＩＵ５００自体に配置されるまたは割り当てられる、かつその外部に設置されることが可能である。特に、実施形態においては、ホスト機能を持つ加入者内に含まれることが可能である。

更なる実施形態において、制御装置は直接通信モジュールに、例えば通信モジュール３０１または３０５内に配置されている。図で示すように、制御装置３０９と４０１を離しても利点はあるが、無理に分ける必要はない。制御装置３０９および４０１は１つの制御装置に統合されていることが可能であり、その位置または配置に関しては上述の通りである。このＤＩＵ５００を介して更なるデータ、特にゲートウェイに関する外部データが、伝送路Ｖの中へ、また伝送のため通信モジュールへ結合される。

伝送路Ｖに関する上述の利点や使用方法は、ゲートウェイにおいて統合された、すべての通信モジュールおよびデータ統合ユニットに関わっている。しかし、先に述べたように、古いデータ、同時の割込みおよび同時のタスク処理等のデータの不一致に関する問題を回避するため、特にタイムトリガ型のバス、つまりその通信モジュールを自動的に同期する必要がある。同様に、カスケードリング状接続、つまり伝送路Ｖにおいても、同期の枠内でホストコンピュータの負荷が回避されなければならない。そのために、トリガ接続構造６００が示されている。さらに、対応する通信モジュールのトリガ出力部（タイムマーク割込み出力）ＴＭＩＯ１またはＴＭＩＯ２はそれぞれ、接続６０１または６０２を介して、他の通信モジュールの入力部と、ここではＴＴＣＡＮに関連してストップウォッチ入力部（ストップウォッチトリガ入力）ＳＷＴＩ１またはＳＷＴＩ２と接続している。この接続は環状接続、またスター構造としても構成される。特に、接続６０１および６０２は二地点間接続として、また本発明の利点であるが、直列ビット線、特にシングルのビット線として実現されている。つまり、タイムトリガ型バスシステム（ここではバスシステム３２０および３２１）の同期は、ゲートウェイに含まれ、対応するバスシステムに割り当てられた、内部に追加的に同期構成またはトリガ回線構成６００が設けられている通信モジュール（ここでは通信モジュール３０１および３０２）を用いて行われる。この同期構成６００が、以下の図３に示すタイムトリガ型バスシステムの同期を可能にするのである。

図３は新たに、接続６０１を介して直接結合する通信モジュール３０１および３０２を示している。符号３２０および３２１は少なくとも２つのタイムトリガ型バスシステムを示し、通信モジュールは送信出力部ＴＸ３１またはＴＸ３２および受信入力部ＲＸ３１またはＲＸ３２を介して、タイムトリガ型バスシステムに双方向に接続している。第１通信モジュールにおいて、ブロック２０２内に第１トリガ情報ＴＭＩ１があり、このトリガ情報によって第１バスシステム３２０でトリガ信号が生成される。これは、通信モジュール自体によって行われるが、その際通信モジュールが第１バスシステムのタイムマスタであるかは問題ではないため、タイムマスタ機能を有するその他の加入者によっても行われる。第１トリガ情報は、例えばタイムマークＴＭ１が記憶領域内２００（特にレジスタ内）にある第１バスシステムのサイクル時間としての第１時間情報ＣＴ１がタイムマークＴＭ１に達すると、タイムマーク割込みＴＭＩ１に達し、第１トリガ情報が生成される。第１バスシステムのサイクル時間は、第１通信モジュール３０１がタイムマスタまたはスレーブであるかに応じて設定される。タイムマスタである場合、通信モジュールの固有時間はすでに、バスシステム３２０のグローバルタイムに応じて、直接的にサイクル時間として設定されている。通信モジュール３０１がスレーブである場合、正確なサイクル時間を獲得するために、まず固有時間をバスシステムのグローバルタイムに合わせて修正しなければならない。

第１トリガ情報ＴＭＩ１があると、この第１トリガ情報は接続６０１経由で出力部ＴＭＩＯ１を介して通信モジュール３０２の入力部ＳＷＴＩ２へ伝送され、例えばそこでレジスタに書き込まれる。つまり、このプロセスは、レジスタ値（つまり第１バスシステムのタイムマークＴＭ１）が、プロトコルコントローラ（つまりマスタネットワークまたはマスタシステムの通信モジュール）で設定され、タイムベース（つまり通信モジュール内の第１バスシステムのサイクル時間ＣＴ１）と比較されることに関連している。両値が一致している場合、割込み、つまりタイムマーク割込みＴＭＩ１が生成される。上述のとおり、割込みは更なる別のプロトコルコントローラへ、つまり同期されるバスシステムの通信モジュール３０２へと出力部ＳＷＴＩ２に伝送される。その間、最新時点の測定が開始される。その際、バスシステム３２１、つまり第２バスシステムではグローバルタイムが使用され、グローバルタイムからサイクル時間が求められる。このタイムベース（第２バスシステムのサイクル時間）は第１トリガ情報ＴＭＩ１に応じて獲得され、そこから対応する測定値ＣＴ２Ｍｅｓｓが、つまり時間情報値が求められる。時間情報値は同様にレジスタに、ここでは特に記憶領域２０４に書き込まれる、または伝送される。この時間情報値ＣＴ２Ｍｅｓｓは第２バスシステムのタイムマーク（特に、更なる別の設定されたレジスタ値ＴＭ２）と比較される。この第２バスシステムのタイムマークＴＭ２は、予定された割込み時点に相当する。この比較は比較手段２０６を介して、特に差の算出によって行われる。これに基づき、時間情報値ＣＴ２Ｍｅｓｓと記憶領域２０５（特にレジスタ２０５）のタイムマークＴＭ２との時間差ＴＤが発生する。この求められた時間差は例えば記憶領域２０７（特にレジスタ）に書き込まれ、結合手段２０８を介してタイムマークＴＭ２と結合される。この結合は、特に時間差ＴＤの符号に従って、和（加算）または差を算出する。しかし、調整された同期タイムマーク^TM２Syncをブロック２０９に従って獲得するために、時間係数または時間指数に作用し、乗算または除算を介して結合することも想定可能である。時間情報ＣＴ２が、時間差ＴＤと本来のタイムマークＴＭ２に基づいて生じる、この調整されたタイムマーク^TM２Syncに達すると間もなく、ブロック２１０（Ｓｔａｒｔ Ｏｆ Ｃｙｃｌｅ−新通信サイクルの開始）に従って、バスシステム３２１において次の基準メッセージが、バスシステム３２０に同期されて生成される。同期時点としては、基本サイクルまたはマトリクスサイクルのどの任意の時点も使用することができる。

つまり、ネットワークまたはバスシステムの同期は、タイムギャップを挿入せずにタイムトリガを遅らせるだけでは起こらないのである。さらに、最適なタイムトリガとの、測定された、または算出された偏差に相当する差分値ＴＤが、正の値または負の値として、同期されるバスシステムの通信モジュールのレジスタに書き込まれる。そして、対応する遅延が活性化される、つまり、新ＳＯＣ値ＳＯＣ２が調整されたタイムマーク^TM２Syncによって生成されるのである。サイクル時間、つまり通信サイクルの最新時刻が結合に達すると（特に、タイムマークと時間差、つまり差分値との和に達すると）、通信モジュールは次の基準メッセージを開始する。この後、後続の基準メッセージがすべて、対応する調整されたタイムマーク^TM２Syncに送信されるか、またはこのプロセスは１度だけ起こり、次の基準メッセージは通常のタイムマークＴＭ２と共に再び送信される。１つの通信サイクルにおいて２つのネットワークを互いに同期させるには両ネットワーク間の時間のずれが大きすぎ、そこに存在しない通信に基づいてタイムギャップを挿入することが不可能な場合は、２つの方向において、つまり通信サイクルの延長および短縮において、時間差の限界として効果を持つ最大値を、特にレジスタを介して構成して設定し、使用することが可能である。その後、両ネットワークの同期は段階的に行われる。

つまり、求められた時間差ＴＤは次の通信サイクルにおいて自動的に対応するタイムマークに結合され、特に最適の場合加算され(時間差の符号と状況によって減算され)、遅延が活性化される。その後、サイクル時間ＣＴ２が特にタイムマークＴＭ２と時間差ＴＤとの和に、つまり同期マーク^TM２Syncに一致する場合、通信モジュールは次の基準メッセージを生成する。スレーブバスシステムの通信モジュールがタイムマスタではない場合、時間差、または新しい同期マーク^TM２Syncがタイムマスタに伝送され、その後、タイムマスタは次の通信サイクルの開始時点における偏差を修正、または調整する。

ここで、図４ａと図４ｂと図４ｃとから成る図４を用いて、再度同期過程の例を示す。図４ａは、対応する基準メッセージＲＮ１〜ＲＮ４によって開始される、４段階の基本サイクルの流れＢＺ１〜ＢＺ４を示している。その際、基準メッセージは一定の時間間隔をおいて繰り返し伝達される。そのため、基本サイクルＢＺ１，ＢＺ２およびＢＺ４、特にＢＺ３はすべて同じ長さである。図４ｂにおいて、図４ａの第１バスシステムの同期時点ＳＹＮＣ１に合わせて同期が起きており、これによって基本サイクルＢＺ３は短縮される。基本サイクルＢＺ１およびＢＺ２は、基準メッセージＲＮ１およびＲＮ２によって開始され、本来の長さがある。基本サイクル３の基準メッセージＲＮ３は、通常設定されている通りに基本サイクル３を開始する。しかし、時間差ＴＤとタイムマークＴＭ２とに基づき求められる対応するタイムマーク、またはタイムマーク値^TM２Syncによって、基本サイクル４が明らかに早く開始するように、次の基準メッセージＲＮＳが生成される。つまり、基本サイクル２における図４ａのネットワークのタイムマークＴＭＩの生成により、第２ネットワーク（図４ｂ）の通信モジュールにおいて、図４ｂのネットワークの同期マークＳＹＮＣ／ＭＥＳＳ１において求められる測定されたタイムマークと予定された同期マークとに基づいて計算されるタイムマーク値^TM２Syncと、タイムマーク^TM２Syncに基づくサイクル開始情報ＳＯＣ２とによって、基本サイクル４が明らかに早く開始するように次の基準メッセージが生成される。従って、基本サイクル３はＢＺ３Ｓに短縮される。これに引き続き、基本サイクル４、および基準メッセージＲＮ５によって開始される通常の基本サイクル５が開始する。

図４ｃは再び、基準メッセージＲＮ１およびＲＮ２により開始される、通常の２つの第１基本サイクルＢＺ１およびＢＺ２を示している。基準メッセージＲＮ３も設定可能な、ここではＲＮ１およびＲＮ２と同じ時間間隔で開始される。後続の基準メッセージＲＮＬは、新サイクル開始情報ＳＯＣ２が遅く生成されるため、対応するタイムマークまたはＴＤとＴＭ２に基づくタイムマーク値^TM２Syncによって、図４ａに示すより遅く開始される。つまり、基本サイクル４、ＢＺ４は基準メッセージＲＮＬによって遅く開始されるのである。そのため、基本サイクル３はＢＺ３Ｌに延長される、または新基本サイクルＢＺ４は図４ｃに示すように遅く開始される。このように、２つのタイムトリガ型バスシステムの簡単で自動的な同期が特にゲートウェイを介して可能である。

２つ以上のバスシステムまたはネットワークを互いに同期する場合、１つのバスシステムは、他のすべてのバスシステムまたはネットワークがそれに合わせて同期するマスタバスシステムに相当する。同期のために第１信号は、つまりマスタネットワークの第１トリガ情報ＴＭＩ１は他のすべての同期されるバスシステムの入力部ＳＷＴ１に伝達される。

このように同期は両方向（早める・遅らせる）で可能であり、スレーブバスシステムにおいてタイムマスタを使用する際にも、ホストコンピュータによるアクセスなしに、また待ち時間に左右されずに実行される。複数の独立したバスシステムにおいて、特別なメッセージが送られることなく、割込みまたはタスクが同時に生成されることがある。ネットワークの同期は、使用するデータ率や通信サイクルに関係なく、通信サイクルの関係が互いに整数の倍数にあるという条件が整うと行われる。

以下、図を用いて本発明の詳細を解説する。
図１：２つのバスシステムから成る構成および２つのバスシステム間のゲートウェイとしての装置の構成を示す図である。
図２：本発明によるバスシステム間のゲートウェイとしての装置を示す図である。
図３：本発明による２つのバスシステムの同期に関するブロック図である。
図４：基準メッセージおよびバスシステム同期のための遅延を示す信号フローチャートである。

Claims (15)

1. 少なくとも２つのバスシステムを同期する装置であって、
   第１バスシステム用の第１通信モジュールと第２バスシステム用の第２通信モジュールが設けられており、
   前記第１通信モジュール内に第１トリガ情報（ＴＭI１）があり、前記第１トリガ情報を用いて前記第１バスシステム内でトリガ信号（ＴＳ）が生成される装置において、
   前記装置は、前記第１通信モジュールと前記第２通信モジュールがトリガ接続構造（６００）を介して接続され、前記第１トリガ情報が割り込みの形態で前記トリガ接続構造（６００）を介して前記第２通信モジュールへ伝送されるように構成されており、
   前記第２通信モジュールは、前記第１トリガ情報に基づいて時間情報値（ＣＴ２Ｍｅｓｓ）が求められ、
   前記時間情報値が前記第２バスシステムの第２タイムマーク（ＴＭ２）と比較され、時間差（ＴＤ）が求められ、
   前記第２バスシステム内で次の基準メッセージ（ＲＮ）が前記第２タイムマークと時間差（ＴＤ）に応じて生成されるように構成されていることを特徴とする、
   少なくとも２つのバスシステムを同期する装置。
2. 前記第１通信モジュールは、第１バスシステムのタイムマスタ、潜在的なタイムマスタまたはスレーブに相当し、
   第１時間情報（ＣＴ１）が前記第１トリガ情報（ＴＭＩ１）に割り当てられた第１タイムマーク（ＴＭ１）に達した場合に、
   前記第１トリガ情報（ＴＭＩ１）によって前記トリガ信号（ＴＳ）の伝送が開始されて、
   前記トリガ信号（ＴＳ）が予め設定された時間間隔で繰り返し伝送されるように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記第２通信モジュール内に、第２時間情報値（ＣＴ２Ｍｅｓｓ）が保存される第１記憶領域が設けられることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
4. 前記第２タイムマーク（ＴＭ２）が保存される第２記憶領域が設けられることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
5. 前記時間差（ＴＤ）が保存される第３記憶領域が設けられることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
6. 記憶領域がレジスタとして設けられることを特徴とする、請求項３から請求項５のいずれかに記載の装置。
7. 前記第２通信モジュールは、前記第２バスシステムのタイムマスタに相当し、
   第２時間情報（ＣＴ２）が前記第２タイムマーク（ＴＭ２）と時間差（ＴＤ）との和に達した場合に、
   第２バスシステムで次の基準メッセージを生成するように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
8. 第２通信モジュールは第２バスシステム内のスレーブに相当し、
   第２時間情報(ＣＴ２)が前記第２タイムマーク（ＴＭ２）と時間差（ＴＤ）にとの和に達した場合に、
   第２トリガ情報（ＴＭＩ２）が、第２バスシステム内のタイムマスタである第３通信モジュールへ伝送されるように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
9. 前記第１通信モジュールと前記第２通信モジュールが直通の接続路を介して接続されており、
   前記第１トリガ情報（ＴＭＩ１）が、前記第２通信モジュールのレジスタに直接書き込まれるように接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
10. 前記直通の接続路が、二地点間接続として実現されていることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
11. 前記直通の接続路が、直列ビット線として実現されていることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
12. 少なくとも２つのバスシステムを同期する装置を備えた、少なくとも２つのバスシステムから成る構成であって、
    第１バスシステムに接続される第１通信モジュールと第２バスシステムに接続される第２通信モジュールが設けられており、
    前記第１通信モジュール内に第１トリガ情報（ＴＭＩ１）があり、前記第一トリガ情報を用いて前記第１バスシステム内でトリガ信号(ＴＳ)が生成される構成において、
    前記第１通信モジュールと前記第２通信モジュールは、前記第１トリガ情報（ＴＭＩ１）が割り込みの形態で前記トリガ接続構造（６００）を介して前記第２通信モジュールへ伝送されるように前記トリガ接続構造（６００）を介して接続されており、
    前記第２通信モジュールは、前記第１トリガ情報(ＴＭＩ１)に基づいて時間情報値（ＣＴ２Ｍｅｓｓ）が求められ、
    前記時間情報値が前記第２バスシステムの第２タイムマーク（ＴＭ２）と比較され、時間差（ＴＤ）が求められ、
    前記第２バスシステム内で次の基準メッセージ(ＲＮ)が前記第２タイムマーク（ＴＭ２）と前記時間差(ＴＤ)に応じて生成されるように構成されていることを特徴とする、
    少なくとも２つのバスシステムを同期する装置を備えた、少なくとも２つのバスシステムから成る構成。
13. 少なくとも２つのバスシステムを同期する方法において、
    第１バスシステムに内でトリガ信号（ＴＳ）が第１トリガ情報（ＴＭＩ１）を用いて生成されており、
    前記第１トリガ情報（ＴＭＩ１）が割り込みの形態で前記トリガ接続構造（６００）を介して第２バスシステムへ伝送され、
    前記第１トリガ情報（ＴＭＩ１）に基づいて時間情報値（ＣＴ２Ｍｅｓｓ）が求められ、
    前記時間情報値が前記第２バスシステムの第２タイムマーク(ＴＭ２)と比較され、時間差（ＴＤ）が求められ、
    前記第２バスシステム内で次の基準メッセージ（ＲＮ）が前記第２タイムマーク（ＴＭ２）と前記時間差（ＴＤ）に応じて生成されることを特徴とする、
    少なくとも２つのバスシステムを同期する方法。
14. 第１時間情報（ＣＴ１）が前記第１トリガ情報（ＴＭ１）に割り当てられた第１タイムマークに達した場合に、
    前記第１トリガ情報（ＴＭＩ１）によって前記トリガ信号（ＴＳ）の伝送が開始されて、
    前記トリガ信号（ＴＳ）が、前記第１バスシステムにおいて予め設定された時間間隔で繰り返し伝送されることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
15. 第２時間情報（ＣＴ２）が前記第２タイムマーク（ＴＭ２）と時間差（ＴＤ）との和に達した場合に、
    前記第２バスシステムの次の基準メッセージ（ＲＮ）が、第２トリガ情報（ＴＭＩ２）によって生成されることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。

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