JP5155793B2 - バス間中継装置 - Google Patents

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Description

本発明は、複数のシリアルバス間でデータを中継して伝送するバス間中継装置に関するものである。
一般に、データを直列伝送するシリアルバスでは送信用と受信用との双方向の伝送路を設けてある。また、シリアルバスを用いてデータを伝送するにあたっては、データの送信元であるマスタ局とデータの送信元であるスレーブ局との間で同期を取る必要がある。そのため、特許文献1に記載の技術では、データとは別にクロック信号を伝送している。特許文献1に記載の技術のようにクロック信号をデータとは別に送信せずに、同期を取るのに必要なタイミングパルスを送信用の伝送路を通してデータとともに伝送する場合もある。
ところで、複数のシリアルバスを設け、マスタ局が接続されるシリアルバスとは異なるシリアルバスにスレーブ局を接続する場合がある。このような構成では、シリアルバス間でデータの授受を可能にするバス間中継装置を設ける必要がある。
ここで、マスタ局が接続されたシリアルバスとスレーブ局が接続されたシリアルバスとが近距離に配置されている場合には、両シリアルバスを1台のバス間中継装置に接続することが可能であるが、両シリアルバスが遠方に離れて配置されている場合には、各シリアルバスにそれぞれバス間中継装置を接続し、中継伝送線を用いて2台のバス間中継装置の間でデータ伝送を行うことになる。
さらに、データを授受しようとするマスタ局とスレーブ局とがそれぞれ接続されたシリアルバスとは別のシリアルバスに接続されたバス間中継装置をデータの伝送経路に介在させる場合もある。たとえば、マスタ局が接続されているシリアルバスとスレーブ局が接続されているシリアルバスとにそれぞれバス間中継装置を接続するとともに、各バス間中継装置と別のシリアルバスに接続した別のバス間中継装置との間をそれぞれ中継伝送線を介して接続するのである。この構成により、データを授受しようとするマスタ局とスレーブ局とがそれぞれ接続されたシリアルバスに接続したバス間中継装置の間で、別のシリアルバスに接続したバス間中継装置を介在させてデータを転送することが可能になる。
ところで、バス間中継装置を介してデータを転送するシリアルバスのビットレートが互いに異なる場合や、バス間中継装置の間を接続する中継伝送線のビットレートがシリアルバスのビットレートとは異なる場合がある。とくに、シリアルバスは比較的短いから高品質で高価な伝送線を用いることができるからビットレートを大きくとることができるのに対して、中継伝送線は比較的長いから安価な伝送線を用いることになり、結果的に、中継伝送線のビットレートがシリアルバスのビットレートよりも小さくなることが多い。
このように、バス間中継装置が中継する送信元と送信先との伝送路のビットレートが異なる場合には、バス間中継装置においてビットレートの差異を吸収してデータを転送することが必要になる。この種の動作を可能にするには、バス間中継装置にデータバッファを設けておき、送信元からのすべてのデータをデータバッファに一旦保存し、データの受信が終了した後に、送信先のビットレートに合わせてデータの送出を開始することが考えられる。
特許第3269530号公報
上述したように、送信元からのすべてのデータをデータバッファに一旦保存した後にデータバッファから送信先にデータを送出する技術を採用すると、バス間中継装置をすべてのデータが通過するのに要する時間は、送信元からのすべてのデータをデータバッファに保存するのに要する時間と、データバッファから送信先にすべてのデータを送出するのに要する時間と、バス間中継装置での内部処理による遅延時間との総和になる。
とくに、ビットレートの小さい伝送路から大きい伝送路へのデータを中継する際には、仮に、バス間中継装置において送信元からのデータの受信を開始した直後から送信先へのデータの送信を開始したとすると、送信元側の伝送路から受信するデータ量が送信先側の伝送路へ送出するデータ量に追いつかず、送信先へのデータを連続的に送信することができずにデータの送信の中断が繰り返されることになる。この場合、ビットレートの大きい方においては、バス間中継装置がデータの送信を開始してから終了するまではリンクを開放することができないから、トラフィックが停滞することになり、結果的にデータの伝送効率が低下するという問題が生じる。
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、送信元と送信先のビットレートとの差を吸収し、しかもデータの伝送効率を低下させないバス間中継装置を提供することにある。
請求項1の発明は、複数のシリアルバスにそれぞれ接続されるとともに中継伝送線を介して互いに接続されることにより、異なるシリアルバスの間において中継伝送線を介してデータの転送を可能にするバス間中継装置であって、シリアルバスが接続される1個のインターフェイスおよび中継伝送線が接続される少なくとも1個のインターフェイスと、インターフェイス間に介在しいずれかのインターフェイスにおいて受信したデータを一時的に保存した後に他のインターフェイスに送出させるデータバッファと、送信元と送信先とのビットレートを検出するビットレート検出部と、送信元から受信しているデータ数を検出するデータ数解析部と、データバッファにデータを保存する時間を制御する転送開始制御部とを有し、転送開始制御部は、ビットレート検出部により検出した送信元と送信先とのビットレートとデータ数解析部で検出したデータ数とに基づいて送信先へのデータを連続的に送信可能になる待ち時間を定め、データバッファへのデータの保存を開始した後に待ち時間が経過するとデータの送出を開始させることを特徴とする。
請求項2の発明では、請求項1の発明において、前記転送開始制御部は、前記ビットレート検出部により検出した送信先のビットレートが送信元のビットレートよりも大きいときに、前記データ数解析部により検出したデータ数のデータを送信元から前記データバッファに取り込むのに要する時間と、内部の処理時間と、データの送信先のビットレートにより決まる余裕時間との総和から、データ数解析部により検出したデータ数のデータをデータバッファから送信先に送出するのに要する時間を減算した時間を、前記待ち時間とすることを特徴とする。
請求項3の発明では、請求項1又は2の発明において、前記データはコマンドの種類によりデータ数が定められており、前記データ数解析部はコマンドの種類からデータ数を求めることを特徴とする。
請求項1の発明の構成によれば、送信元側の伝送路と送信先側の伝送路とのビットレートが異なる場合に、両者のビットレートの差を吸収して伝送効率の低下を抑制することを可能にし、とくに、送信元側の伝送路のビットレートに比べて送信先側の伝送路のビットレートが大きい場合に、送信先側の伝送路におけるデータの停滞を抑制することが可能になる。
具体的には、送信元側と送信先側との伝送路のビットレートを比較するとともに、送信元側の伝送路から受信したデータ数をデータ数解析部で検出し、送信元側からデータを受信した後に送信先側へのデータを連続的に送信可能になるまでの待ち時間をビットレートとデータ数とに応じて決定するのであり、送信元側からデータを受信してデータバッファにデータの保存を開始してから待ち時間が経過すると送信先側へのデータの送出を開始するのであって、送信元側からのデータをデータバッファに保存している途中からデータの送出を開始することになる。
その結果、送信元側からのすべてのデータをデータバッファに保存した後にデータの送出を開始する場合に比較すると、データの送出を開始するまでの時間が短縮され、伝送時間の短縮になる。また、送信先側の伝送路が送信元側の伝送路よりもビットレートが大きい場合に、データバッファにデータを保存せずにデータの送出を開始する場合に比較すると、送信先側の伝送路を占有する時間を短縮することができ、送信先側の伝送路の利用効率を高めることができる。
請求項2の発明の構成によれば、待ち時間をほぼ最小にすることができ、データバッファを介在させているにもかかわらずデータの中継に要する時間が短くなるとともに、送信元側よりもビットレートの大きい伝送路を送信先側に用いている場合に、送信先側の伝送路の占有時間をほぼ最小にすることができ、送信先側の伝送路を他のデータの伝送に有効利用することができる。
請求項3の発明の構成によれば、コマンドの種類によりデータ数が定められているから、コマンドを受信するだけで待ち時間を容易に決定することができる。すなわち、コマンドの種類に応じた待ち時間をデータテーブルなどに登録しておくことで、待ち時間の演算を行うことなく、待ち時間を自動的い調節することができる。
本実施形態において説明するバス間中継装置EXは、たとえば図2に示す形態で用いられる。図2に示す例では、3系統のシリアルバスB1,B2,B3を用いる例を示している。
シリアルバスB1には、マイクロコンピュータを備えるCPUユニットDaと、CPUユニットDaと外部装置との間のインターフェイスとなる入出力ユニットDbとがデバイスとして接続される。シリアルバスB1は、たとえば、プログラマブルロジックコントローラの基本ベースユニットのバスに相当する。このシリアルバスB1には、2台のCPUユニットDaが接続されており、CPUユニットDaはマスタ装置として機能する。また、入出力ユニットDbはスレーブ装置として機能する。他のシリアルバスB2,B3には、スレーブ装置となる入出力インターフェイスDbが接続される。
さらに、各シリアルバスB1,B2,B3には、それぞれバス間中継装置E1,E2,E3が接続され、各一対のバス間中継装置E1,E2,E3の間は中継伝送線L1,L2を介して接続されている。ここに、各シリアルバスB1,B2,B3のビットレートはそれぞれ200Mbpsであり、中継伝送線L1,L2のビットレートはそれぞれ150Mbpsと100Mbpsであるものとする。
ここに、各伝送路(シリアルバスB1,B2,B3と中継伝送線L1,L2)においてクロック信号の1周期で1ビットのデータを伝送するものとすれば、ビットレートの数値はクロック周波数と一致する。また、中継伝送線L1,L2は、たとえば、それぞれ3mと10mのものを用いる。
シリアルバスB1,B2,B3および中継伝送線L1,L2を伝送されるパケットは、図3に示すように、送信元ID、送信先ID、コマンド/レスポンス、アドレス/データ、FCS(Frame Check Sequence)により構成される。コマンド/レスポンスは、送信元から送信するコマンドと、送信先から受信するレスポンスとに対応するフィールドであり、アドレス/データは、コマンドに付加するデータやレスポンスに付加されるアドレスに対応するフィールドである。このフィールドは可変長であり、コマンドの種類によりビット数が決まっている。
バス間中継装置E1,E2,E3は、図1に示すように、中継伝送線L1,L2を接続する2個の接続用コネクタ11,12と、シリアルバスB1,B2,B3に接続される入力部13aおよび出力部13bを備える。また、各接続用コネクタ11,12に対応する入力部11a,12aおよび出力部11b,12bを備える。各入力部11a,12a,13aおよび各出力部11b,12b,13bは、それぞれ中継伝送線L1,L2、シリアスバスB1,B2,B3との間のインターフェイスとして機能する。各入力部11a,12a,13aと各出力部11b,12b,13bとの間には、それぞれデータバッファ14a,14bが設けられる。
データバッファ14aは、各入力部11a,12a,13aで受信したデータを一時的に保持し、出力部11bと出力部13bとのいずれかに出力する機能を有する。また、データバッファ14bは、入力部11aと入力部13aとのいずれかから受信したデータを一時的に保持し、出力部12bに出力する機能を有する。したがって、入力部12aで受信したデータは出力部11b,13bのいずれかに出力することができ、入力部11aで受信したデータは12b,13bのいずれかに出力することができ、入力部13aで受信したデータは出力部11b,12bのいずれかに出力することができる。
図示例では、2個のデータバッファ14a,14bを記載しているが、データバッファ14a,14bの個数は必須ではなく、各入力部11a,12a,13aと各出力部11b,12b,13bの間に個別に設けて6個としたり、各入力部11a,12a,13aに個別に設けるか各出力部11b,12b,13bに個別に設けて3個としたり、各入力部11a,12a,13aおよび各出力部11b,12b,13bに共通して設けて1個としたりすることが可能である。
ところで、バス間中継装置E1,E2,E3には、伝送中継線L1,L2から受信したパケットのデータ数を検出するデータ数解析部15が設けられている。データ数解析部15は、受信したパケットからコマンドを抽出し、コマンドの種類に応じたデータ数に換算する機能を有する。つまり、上述したように、コマンドに応じてデータ数が決まっているから、コマンドがわかればデータ数を求めることができる。したがって、コマンドとデータ数とを対応付けたデータテーブルをデータ数解析部15に設けておき、パケットからコマンドを抽出するとともにデータテーブルと照合することによりデータ数を求めるのである。
また、バス間中継装置E1,E2,E3には、接続される伝送路(シリアルバスB1,B2,B3と中継伝送線L1,L2)のビットレートを設定可能なビットレート設定部16が設けられる。ビットレート設定部16は、スイッチを用いて構成され、バス間中継装置E1,E2,E3に接続された伝送路(シリアルバスB1,B2,B3と中継伝送線L1,L2)のビットレートに応じて利用者により操作される。図示例では、ビットレート設定部16は、接続用コネクタ11に対してビットレートの指示を行う。すなわち、中継伝送線L2のビットレートを設定する。ビットレート設定部16で設定されたビットレートは転送開始制御部18にも通知される。
一方、接続用コネクタ12に接続された中継伝送線L1のビットレートは、ビットレート判定部17により検出される。ビットレート判定部17では、中継伝送線17を構成する複数本の線路のうちの1本を伝送されるビットレート報知用の信号によりビットレートを検出する。ビットレート判定部17で検出されたビットレートは転送開始制御部18に通知される。すなわち、ビットレート設定部16とビットレート判定部17とにより伝送路のビットレートを知ることができるから、本実施形態では、ビットレート設定部16とビットレート判定部17とがビットレート検出部として機能する。
転送開始制御部18は、上述したデータ数解析部15で求めたデータ数と、ビットレート設定部16で設定した中継伝送線L2のビットレートと、ビットレート判定部17で判定した中継伝送線L1のビットレートとに基づいてデータバッファ14a,14bからデータを送出するタイミングである待ち時間を決める。つまり、ビットレートの小さいほうの中継伝送線からビットレートの大きいほうの中継伝送線へのデータを中継する際に、転送開始制御部18では、ビットレートの小さいほうの中継伝送線から受信したデータのデータバッファ14aへの保存を開始してから、ビットレートの大きいほうの中継伝送線にデータを絶え間なく連続して送出することが可能になるまでの時間を待ち時間とし、ビットレートの小さいほうの中継伝送線からデータの受信を開始した時点から、待ち時間が経過した後にデータの送出を開始させる。
データ数解析部15と転送開始制御部18とをまとめた動作を図4に示す。データ数解析部15は、受信したパケットにおいて、コマンド/レスポンスを抽出し(S1)、コマンド/レスポンスに含まれるコマンドの種類からデータ長を求める(S2)。こうしてデータ数解析部15において求めたデータ数に従って転送開始制御部18では、各データ長に応じた待ち時間を算出する(S3,S4)。
以下では、図2に示す構成において、バス間中継装置E2に着目し、中継伝送線L1と中継伝送線L2との間でデータを中継する場合の動作を説明する。図示する構成では、中継伝送線L1を介してバス間中継装置E1が接続され、中継伝送線L2を介してバス間中継装置E3が接続されている。中継伝送線L1は接続用コネクタ11に接続され、中継伝送線L2は接続用コネクタ12に接続されているものとする。
ここで、中継伝送線L1のビットレートは150Mbpsであり、中継伝送線L2のビットレートは100Mbpsであるから、ビットレート設定部16において、接続用コネクタ11に対して150Mbpsと設定する。接続用コネクタ11についてビットレート設定部16を用いてビットレートを設定しているのは、送信先側の伝送路のビットレートは信号がなければ検出できないからである。一方、ビットレート判定部17では中継伝送線L2の複数本の信号線のうちの1本の信号を通して伝送されるビットレート報知用の信号を用いて中継伝送線L2のビットレートを100Mbpsと判定する。本実施形態では、ビットレート判定部17におけるビットレートの判定を簡便に行うためにビットレート報知用の信号を用いているが、クロック信号の周波数を検出する方法などによりビットレートを検出してもよい。
ここでは、1パケットのデータ長が10バイトになる場合と20バイトになる場合とがあり、どちらのデータ長が選択されるかはコマンドの種類によって決まるものとする。この場合、1パケットを伝送するのに要する時間は、伝送路のビットレートに応じて表1のように変化する。なお、1バイトは8ビットとして計算している。
Figure 0005155793
ところで、バス間中継装置E2の内部でデータが滞留する時間を最小にするには、送信元からデータの取り込みを開始してからすべてのデータの取り込みが完了するまでの時間Tsと、送信先へのデータの送り出しを開始してからすべてのデータの送り出しが完了するまでの時間Tdと、バス間中継装置E2の内部での処理時間tdと、送信先へ送り出す際の余裕時間(セッションの開始などに要する時間)T1とを用いて、データバッファ14aにデータの保存を開始してから送出を開始するまでの待ち時間Tを以下のように設定する。
T=Ts+td+T1−Td
ここに、余裕時間T1は、たとえば送信先の伝送路における1バイトの伝送時間などとする。また、時間Tsと時間Tdとは、データのビット数/ビットレートで表される。
また、バス間中継装置E2が送信元である中継伝送線L2からデータの受信を開始した後に、送信先である中継伝送線L1へのデータの送出を終了するまでの遅延時間Ttは、送信先へのデータを送出する時間Tdと待ち時間Tとを用いて、Tt=T+Tdと表すことができる。
本実施形態では、データのビット数が10バイト(80ビット)と20バイト(160ビット)との2種類の場合を例示しており、ビットレートが送信元(中継伝送線L2)において100Mbps、送信先(中継伝送線L1)において150Mbpsであるから、表1に示したように、Ts=800ns(1600ns)になり、Td=533ns(1066ns)になる。また、上述のように送信先の伝送路(中継伝送線L1)における1バイトの伝送時間を余裕時間T1としているから、T1=53.3nsになる。ここに、内部での処理時間td=5nsとすれば、上述の例における待ち時間Tは、10バイトの場合には、800+5+53.3−533≒325〔ns〕になり、20バイトの場合には、1600+5+53.3−1066≒592〔ns〕になる。
本発明では、ビットレートの小さい伝送路から大きい伝送路にデータを転送する場合を対象としており、図2に示す例では、各伝送路のビットレートには100Mbps、150Mbps、200Mbpsの3種類があるから、本実施形態で扱うビットレートの組み合わせは、150Mbps→200Mbps、100Mbps→200Mbps、100Mbps→150Mbpsの3種類になり、また、コマンドに応じたデータ長は10バイトと20バイトとの2種類であるから、結果的に表2のような6種類の組み合わせが得られる。
Figure 0005155793
表2において「従来」として記載した時間は、送信元からのすべてのデータをデータバッファ14a,14bに一旦保存してから送信先に送出する場合のデータバッファ14a,14bでのデータの滞留時間であり、実質的に送信元からデータの取り込みを開始してからすべてのデータの取り込みが完了するまでの時間Tsに相当する。ここでは、内部の処理時間や余裕時間は無視している。表2によれば、「本発明」の技術を採用した場合に、「従来」の技術を採用する場合に比較して大幅に待ち時間Tを短縮できることがわかる。
上述のように、送信元の伝送路(中継伝送線L2)からデータを受信した時点より、送信元と送信先との伝送路のビットレートに応じた待ち時間が経過した後に、送信先の伝送路(中継伝送路L1)へのデータの送出を開始することにより、すべてのデータをデータバッファ14a,14bに保存してから送信先にデータを送出する場合に比較してデータの待ち時間を短縮することができ、「従来」の構成に比較して、ビットレートの高いほうの伝送路を占有する時間を短縮することができる。すなわち、データの転送効率を向上させることができる。
なお、図1に示すバス間中継装置E1,E2,E3の構成では、接続用コネクタ11に接続される伝送路(中継伝送線L1)のビットレートが、接続用コネクタ12に接続される伝送路(中継伝送線L2)のビットレートよりも大きい場合の動作に関連する構成のみを記載しているが、上述した接続用コネクタ11,12に対して適用したビットレート設定部16およびビットレート判定部17を用いる技術は、各入力部11a,12a,13aおよび各出力部11b,12b,13bに対しても同様の構成が適用される。
なお、上述の実施形態において、データ数解析部15ではコマンドの種類によってデータ数を取得しているが、パケット内にデータ数を示す情報を含めておき、この情報をデータ数解析部15において抽出することによりデータ数を取得するなど、他の技術を用いてデータ数を取得するようにしてもよい。
実施形態を示すブロック図である。 同上を用いたシステムの構成例を示す構成図である。 同上に用いるパケットの構成例を示す図である。 同上における要部の動作説明図である。
符号の説明
11a,12a,13a 入力部(インターフェイス)
11b,12b,13b 出力部(インターフェイス)
14a,14b データバッファ
15 データ数解析部
16 ビットレート設定部(ビットレート検出部)
17 ビットレート判定部(ビットレート検出部)
18 転送開始制御部
B1,B2,B3 シリアルバス
E1,E2,E3 バス間中継装置
L1,L2 中継伝送線

Claims (3)

  1. 複数のシリアルバスにそれぞれ接続されるとともに中継伝送線を介して互いに接続されることにより、異なるシリアルバスの間において中継伝送線を介してデータの転送を可能にするバス間中継装置であって、シリアルバスが接続される1個のインターフェイスおよび中継伝送線が接続される少なくとも1個のインターフェイスと、インターフェイス間に介在しいずれかのインターフェイスにおいて受信したデータを一時的に保存した後に他のインターフェイスに送出させるデータバッファと、送信元と送信先とのビットレートを検出するビットレート検出部と、送信元から受信しているデータ数を検出するデータ数解析部と、データバッファにデータを保存する時間を制御する転送開始制御部とを有し、転送開始制御部は、ビットレート検出部により検出した送信元と送信先とのビットレートとデータ数解析部で検出したデータ数とに基づいて送信先へのデータを連続的に送信可能になる待ち時間を定め、データバッファへのデータの保存を開始した後に待ち時間が経過するとデータの送出を開始させることを特徴とするバス間中継装置。
  2. 前記転送開始制御部は、前記ビットレート検出部により検出した送信先のビットレートが送信元のビットレートよりも大きいときに、前記データ数解析部により検出したデータ数のデータを送信元から前記データバッファに取り込むのに要する時間と、内部の処理時間と、データの送信先のビットレートにより決まる余裕時間との総和から、データ数解析部により検出したデータ数のデータをデータバッファから送信先に送出するのに要する時間を減算した時間を、前記待ち時間とすることを特徴とする請求項1記載のバス間中継装置。
  3. 前記データはコマンドの種類によりデータ数が定められており、前記データ数解析部はコマンドの種類からデータ数を求めることを特徴とする請求項1又は2記載のバス間中継装置。
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