JP6301027B2 - 組込み装置、通信方法及び通信プログラム - Google Patents
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Description
マスタ局が複数のスレーブ局を制御する場合、省配線を目的として、ライン型のネットワークトポロジーで、機器間が接続される。こうした産業用フィールドネットワークでは、プロトコルの種別に応じて、トークンフレームを用いたフレームの送受信が行われている。
このように、トークンフレームを用いたプロトコルでは、ある局が自局宛てトークンフレームを受信してから、次局に対してトークンフレームを送信するまでの時間が重要となる。
一般的にこのようなシステムのスレーブ局は、トークンフレームを受信すると、ASIC(Application・Specific・Integrated・Circuit)のような専用ハードウェアにより、フレームチェックシーケンス(FCS:Frame・Check・Sequence)を付与して専用フレームを生成する。そして、スレーブ局は、生成した専用フレームにより自局データを送信後、即座に次局に向けてトークンフレームを送信する。このような処理は、ソフトウェアの処理とは独立に実行される。このように、専用ハードウェアを用いることで、ソフトウェアから独立して、専用フレームを生成可能であり、同期性及びリアルタイム応答性の高いFAシステムが構築可能となる。
このように、高精度で同期性及びリアルタイム応答性の高いFAシステムを構築可能なIFNWについて、特許文献1に記載されている。
応答フレームの送信指示を受信してから前記応答フレームの送信が完了するまでの応答時間を記憶する応答時間バッファと、
第1データと前記第1データから計算されたフレームチェックシーケンスとを計算済みフレームとして記憶する計算済みバッファと、
前記送信指示を受信すると、第2データを取得して前記第2データからフレームチェックシーケンスを計算する処理を開始すると共に、前記第2データと前記第2データから計算されたフレームチェックシーケンスとを作成して前記応答フレームとして送信するフレーム送信処理が前記応答時間以内に完了するか否かを判定し、前記フレーム送信処理が前記応答時間以内に完了しないと判定した場合、前記計算済みバッファに記憶されている前記計算済みフレームを前記応答フレームとして送信する送信部とを備える。
***構成の説明***
図1は、本実施の形態に係る組込み装置100を含むIFNW400を示す図である。
マスタ局401は、IFNW400全体のネットワークを管理する局である。
ソフトウェアスレーブ局402は、本実施の形態に係る組込み装置100を搭載した局である。
ハードウェアスレーブ局403は、ハードウェアによりフレームを送受信する局である。
フレーム300は、Ethernetヘッダ302、IFNWヘッダ303、IFNWデータ304、IFNWフレームチェックシーケンス305を含む。
IFNWヘッダ303は、IFNW400で定義されるヘッダである。IFNWヘッダ303は、送信元アドレス、送信先アドレスといった情報を含む。
IFNWデータ304は、IFNW400で定義されるデータである。IFNWデータ304は、入力デバイスの状態を示すデータといった情報である。
IFNWフレームチェックシーケンス305は、Ethernetヘッダ302、IFNWヘッダ303及びIFNWデータ304の値から算出されるフレームチェックシーケンス用のフィールドである。一般的にはCRC−32が使用される。以降の処理において、フレームチェックシーケンスの算出と記載する場合は、IFNWフレームチェックシーケンス305に設定するフレームチェックシーケンスの算出を意味するものとする。
本実施の形態において、組込み装置100は、コンピュータである。組込み装置100は、CPU(Central・Processing・Unit)901、通信装置910、記憶装置920、入力デバイス930、出力デバイス940、タイマ950といったハードウェアを備える。記憶装置920は、メモリ921と補助記憶装置922とを含む。
CPU901は、プロセッシングを行うIC(Integrated・Circuit)である。CPU901は、プロセッサである。
タイマ950は、処理の経過時間を取得するために用いられる。
なお、通信プログラムプロダクトと称されるものは、「部」として説明している機能を実現するプログラムが記録された記憶媒体及び記憶装置であり、見た目の形式に関わらず、コンピュータ読み取り可能なプログラムをロードしているものである。
スレーブ受信部110のスレーブ受信処理は、受信NIC911から受信したデータを各バッファに記憶し、必要な処理を呼び出す処理である。
計算時間算出部120の計算時間算出処理は、ネットワーク初期化時に、この組込み装置100においてフレームチェックシーケンスの処理時間を算出する場合に、どの程度の処理時間がかかるかを推定する処理である。
FCS算出部131のFCS算出処理は、送信するフレームからフレームチェックシーケンスを算出する処理である。
スレーブ送信部132のスレーブ送信処理は、送信NIC912に対し、送信するデータを通知する処理である。
開始時刻バッファ12は、フレームチェックシーケンスを算出するFCS算出部131がフレームチェックシーケンス算出処理を開始した際に、タイマ950から取得した開始時刻tsを保持するバッファである。
経過時間バッファ13は、開始時刻バッファ12に保持されているフレームチェックシーケンス算出処理の開始時刻tsから現在時刻tkまでのフレームチェックシーケンス算出処理の経過時間Tkを保持するバッファである。
計算済みバッファ14は、FCS算出部131により算出されたフレームチェックシーケンスを含む計算済みフレーム141を保持するバッファである。
計算中バッファ15は、FCS算出部131によるフレームチェックシーケンス算出処理に使用されているフレーム情報を保持するバッファである。フレーム情報はヘッダとデータのみであり、フレームチェックシーケンスは含まれていない。
推定時間バッファ16は、計算時間算出部120により算出されたフレームチェックシーケンス算出処理の処理時間である計算時間Tfを記憶するバッファである。計算時間Tfは、計算時間算出部120により推定されたフレームチェックシーケンス算出処理の処理推定時間ともいう。
受信時刻バッファ17は、スレーブ受信部110がトークンフレームである送信指示310を受信した際に、タイマ950から取得した受信時刻t0を保持するバッファである。
図4を用いて、本実施の形態に係る組込み装置100の通信方法510及び通信プログラム520による通信処理S100について説明する。
通信処理S100は、接続準備処理S110と、送信指示310を受信した際の送信処理S120とを有する。送信処理S120は、トークン受信時処理ともいう。
<接続準備処理S110>
図5を用いて、本実施の形態に係る組込み装置100の接続準備処理S110について説明する。
ステップS111において、スレーブ受信部110は、マスタ局401から受信した応答時間Tmを応答時間バッファ11に記憶する。すなわち、応答時間バッファ11には、応答フレーム320の送信指示310を受信してから応答フレーム320の送信が完了するまでの応答時間Tmが記憶される。
ステップS112において、スレーブ受信部110は、計算時間算出部120を呼び出す。
ステップS113において、計算時間算出部120は、フレームチェックシーケンス算出処理の処理時間を推定し、計算時間Tfとして推定時間バッファ16に記憶する。すなわち、計算時間算出部120は、フレームチェックシーケンスの計算にかかる計算時間Tfを算出する。計算時間算出部120は、スレーブ受信部110に処理を戻す。
ステップS114において、スレーブ受信部110はFCS算出部131を呼び出す。
ステップS115において、FCS算出部131は、入力デバイス930から初期状態を示す第1データを取得し、第1データのフレームチェックシーケンスを算出し、計算済みバッファ14に記憶する。第1データとは入力デバイス930から取得した機器の状態を表すデータであり、ここでは初期状態の入力デバイス930から取得した機器の状態を表すデータである。なお、第1データには入力デバイス930から取得したデータ自体とヘッダとが含まれるものとする。計算済みバッファ14には、第1データと第1データから計算されたフレームチェックシーケンスとが計算済みフレーム141として記憶される。
図6を用いて、本実施の形態に係る組込み装置100の送信処理S120について説明する。まず、送信処理S120の概要について説明する。
送信処理S120において、送信部130は、送信指示310を受信すると、第2データを取得して第2データからフレームチェックシーケンスを計算する処理を開始する。第2データとは現在の入力デバイス930から取得した機器の状態を表すデータである。なお、第2データには入力デバイス930から取得したデータ自体とヘッダとが含まれるものとする。
また、送信部130は、第2データからフレームチェックシーケンスを計算する処理を開始すると共に、第2データと第2データから計算されたフレームチェックシーケンスとを作成して応答フレーム320として送信するフレーム送信処理が応答時間Tm以内に完了するか否かを判定する。
送信部130は、フレーム送信処理が応答時間Tm以内に完了しないと判定した場合、計算済みバッファ14に記憶されている計算済みフレーム141を応答フレーム320として送信する。
送信部130は、フレーム送信処理が応答時間Tm以内に完了すると判定した場合、第2データと第2データから計算されたフレームチェックシーケンスとを応答フレーム320として送信すると共に、応答フレーム320を計算済みバッファ14に記憶されている計算済みフレーム141に上書きする。
ステップS121において、スレーブ受信部110は、受信NIC911を介してトークンフレームである送信指示310を受信する。スレーブ受信部110は、送信指示310を受信すると、FCS算出部131を呼び出す。FCS算出部131は、第2データをフレーム情報として計算中バッファ15に記憶すると共に、第2データのフレームチェックシーケンス算出処理を開始する。また、FCS算出部131は、第2データのフレームチェックシーケンス算出処理を開始した開始時刻tsを開始時刻バッファ12に記憶する。
ステップS122において、FCS算出部131は、タイマ950から取得した現在時刻tkと、開始時刻バッファ12に保持されている開始時刻tsとの差分を経過時間Tkとして経過時間バッファ13に保持する。FCS算出部131は、スレーブ送信部132を呼び出す。
ここで、図7を用いて、ステップS123及びステップS124において、スレーブ送信部132が応答時間Tm内にフレーム送信処理が間に合うか否かを判定する処理について説明する。応答時間Tm内にフレーム送信処理が間に合うとは応答時間Tm内にフレーム送信処理が完了することであり、応答時間Tm内にフレーム送信処理が間に合わないとは応答時間Tm内にフレーム送信処理が完了しないことである。
ステップS123において、スレーブ送信部132は、経過時間バッファ13に記憶されている経過時間Tkと、推定時間バッファ16に記憶されている計算時間Tfとの差分を必要残り時間Thとして算出する。また、スレーブ送信部132は、応答時間Tmから、受信時刻t0から開始時刻tsまでの受信後時間T0と経過時間Tkとを減算し、減算結果を許容時間Tmsとする。スレーブ送信部132は、必要残り時間Thと、許容時間Tmsとに基づいて、フレーム送信処理が応答時間Tm内に終了するか否かを判定する。すなわち、スレーブ送信部132は、必要残り時間Thと許容時間Tmsとに基づいて、応答時間Tm内にフレーム応答が間に合うか否かを判定する。
具体的には、スレーブ送信部132は、許容時間Tmsと必要残り時間Thとを比較し、必要残り時間Thが許容時間Tms以下の場合は、応答時間Tm内にフレーム応答が間に合うと判定する。
応答時間Tm内にフレーム応答が間に合わない場合、すなわちステップS124でNOの場合は、ステップS127に進む。
ステップS126において、スレーブ送信部132は、計算済みバッファ14に記憶されている計算済みフレーム141を送信する。すなわち、スレーブ送信部132は、計算済みバッファ14に記憶されている第2データに、算出したフレームチェックシーケンスを付与し、応答フレーム320として送信NIC912に渡す。その後、送信完了後定常処理S130に移行する。
図8を用いて、本実施の形態に係る組込み装置100の送信完了後定常処理S130について説明する。まず、送信完了後定常処理S130の概要について説明する。
送信部130は、応答フレーム320の送信が完了した後、第3データからフレームチェックシーケンスを計算し、第3データと第3データから計算されたフレームチェックシーケンスとを計算済みバッファ14に記憶されている計算済みフレーム141に上書きする。第3データとは送信完了後定常処理S130を開始した際に入力デバイス930から取得した機器の状態を表すデータである。なお、第3データには入力デバイス930から取得したデータ自体とヘッダとが含まれるものとする。
S141において、FCS算出部131は、第3データを計算中バッファ15に記憶する。第3データとは、送信先情報から生成されるフレームのヘッダ(Ethernetヘッダ302およびIFNWヘッダ303)と、入力デバイス930から取得されるフレームのデータ(IFNWデータ304)である。
S142において、FCS算出部131は、タイマ950から、フレームチェックシーケンス算出処理の開始時の開始時刻tsを開始時刻バッファ12に記憶する。
S143において、FCS算出部131は、計算中バッファ15に記憶された第3データを用いて、フレームチェックシーケンス算出処理を実行する。
S144において、FCS算出部131は、フレームチェックシーケンスの計算完了後、計算中バッファ15のヘッダ及びデータ、すなわち第3データを計算済みバッファ14に記憶する。また、FCS算出部131は、計算後のフレームチェックシーケンスも計算済みバッファ14に記憶する。すなわち、FCS算出部131は、第3データと第3データから計算されたフレームチェックシーケンスとを計算済みフレーム141として計算済みバッファ14に記憶する。
なお、本実施の形態では、フレームチェックシーケンスの算出処理がオーバヘッドとなる場合に着目した。しかし、本実施の形態は、フレームチェックシーケンスの算出処理以外の処理がオーバヘッドとなった場合でも、適用することができる。この場合、組込み装置がオーバヘッドとなる処理の処理時間の推定を行い、本実施の形態と同様に送信処理を実行することで、本実施の形態を適用可能となる。フレームチェックシーケンスの算出処理以外の処理がオーバヘッドとなる場合の具体例は、入力デバイスの取込み処理が遅い場合などである。また、本実施の形態では、応答時間に間に合わない場合に前回値といった計算済みフレームを送信したが、ネットワークプロトコルの仕様によっては、プロトコル仕様として正しいフレームを送信してもよい。プロトコル仕様として正しいフレームの具体例は、無効なフレームを意味するNULLフレームである。
図9を用いて、本実施の形態の変形例に係る組込み装置100の構成について説明する。
図9に示すように、組込み装置100は、処理回路909、通信装置910、入力デバイス930、出力デバイス940といったハードウェアを備える。
しかし、フレーム応答が間に合うか否かの判定に、フレームチェックシーケンス算出処理の完了後から応答フレームを送信するまでの送信必要時間Taを考慮してもよい。つまり、図10に示すように、スレーブ送信部は、必要残り時間Thと送信必要時間Taとを加算した必要時間Tyと許容時間Tmsとを比較して、応答時間Tm内にフレーム応答が間に合うか否かを判定してもよい。このような判定方法とすることにより、より精度の高い判定を行うことができる。
以上のように、本実施の形態に係る組込み装置100によれば、ソフトウェアスレーブ局が応答フレームを送信する際、フレームチェックシーケンス算出処理が指定された応答時間に間に合わない場合であっても、一定時間内に正しいフレームを送信することができる。よって、組込み装置100によれば、他のハードウェアスレーブ局の周期性に影響を与えることなく、ネットワーク全体の応答性を保つことができる。
本実施の形態では、主に、実施の形態1と異なる点について説明する。
実施の形態1では、組込み装置100は、送信指示310の受信のたびにフレーム送信処理が応答時間Tmに間に合うか否かを判定している。この場合、ユーザはどの程度の遅れでソフトウェアスレーブ局が応答フレーム320を送信できるのかわからない。そこで、本実施の形態では、応答時間Tmが設定された段階で、どの程度の遅延でソフトウェアスレーブ局が応答フレーム320を送信できるかをユーザに通知する組込み装置100aについて説明する。
図11を用いて、本実施の形態に係る組込み装置100aの構成について説明する。
本実施の形態において、実施の形態1と同様の機能を有する構成部には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
出力端子960は外部に対し、ソフトウェアスレーブ局402の内部状態を通知するための端子である。なお、内部状態には、どの程度の遅延でソフトウェアスレーブ局が応答フレーム320を送信できるかを示す送信間隔Iが含まれる。
表示機970は、ソフトウェアスレーブ局402の内部状態を表示する。
図12を用いて、本実施の形態に係る接続準備処理S110aについて説明する。
接続準備処理S110aは、実施の形態1で説明した接続準備処理S110に加え、ステップS113とステップS114との間に、送信間隔算出部140によるステップS113aからステップS113cを有する。
送信間隔算出部140は、推定時間バッファ16に記憶されている計算時間Tfと、応答時間バッファ11に記憶されている応答時間Tmとから、組込み装置100aがどの程度の周期で入力デバイス930からデータを取り込めるかを推定する。すなわち、送信間隔算出部140は、応答時間Tmと計算時間Tfとを用いて、フレーム送信処理を完了するまでに受信する送信指示310の数を送信間隔Iとして算出する。
ステップS111からステップS113までの処理は、実施の形態1の図5のステップS111からステップS113までと同様である。
ステップS113aにおいて、スレーブ受信部110は、送信間隔算出部140を呼び出す。
応答時間Tmが15秒、フレームチェックシーケンス算出処理の計算時間Tfが10秒、それ以外の送信処理時間Ttが10秒であるとする。この場合、フレームチェックシーケンス算出処理とそれ以外の送信処理時間Ttとで20秒となり、応答時間が15秒であるため、フレーム送信処理は応答時間Tm以内に間に合わない。そこで、送信間隔算出部140は、応答時間Tmと送信処理時間Ttとの差分が5秒であり、計算時間Tfが10秒であるため、2回の送信処理S120で最新の応答フレーム320のフレーム送信処理が完了すると判定する。すなわち、応答時間Tmの15秒のうち、フレームチェックシーケンス算出処理は5秒実施した後途中で打ち切り、10秒で前回のフレームの送信を行う。直後に送信指示310を受信した場合、5秒でフレームチェックシーケンス算出処理を完了し、今度は最新の応答フレーム320の送信が可能となる。つまり、入力デバイス930のデータを送信する応答フレーム320のフレーム送信処理を完了するまで受信する送信指示310の数は2回である。このように、上記の具体例であれば1回前の入力デバイス930のデータを使用可能ということがわかる。よって、送信間隔算出部140は、送信間隔Iを2として算出する。
以上のように、本実施の形態に係る組込み装置100aによれば、FAシステム稼働時のシステム状態の把握を容易にすることができる。また、FAシステム構築時の設計情報として、送信間隔Iを活用することができる。
なお、上記の実施の形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。
Claims (7)
- 複数の通信機器を有するネットワークシステムに含まれる通信機器に組み込まれた組込み装置において、
予め定められた応答時間であって、他の通信機器から送信された送信指示を受信してから前記送信指示に対する応答フレームの送信が完了するまでの応答時間を記憶する応答時間バッファと、
第1データと前記第1データから計算されたフレームチェックシーケンスとを計算済みフレームとして記憶する計算済みバッファと、
前記送信指示を受信すると、第2データを取得して前記第2データからフレームチェックシーケンスを計算する処理を開始すると共に、前記第2データと前記第2データから計算されたフレームチェックシーケンスとを作成して前記応答フレームとして送信するフレーム送信処理が前記応答時間以内に完了するか否かを判定し、前記フレーム送信処理が前記応答時間以内に完了しないと判定した場合、前記計算済みバッファに記憶されている前記計算済みフレームを前記応答フレームとして送信する送信部と
を備える組込み装置。 - 前記送信部は、
前記フレーム送信処理が前記応答時間以内に完了すると判定した場合、前記第2データと前記第2データから計算されたフレームチェックシーケンスとを前記応答フレームとして送信すると共に、前記応答フレームを前記計算済みバッファに記憶されている前記計算済みフレームに上書きする請求項1に記載の組込み装置。 - 前記送信部は、
前記応答フレームの送信が完了した後、第3データからフレームチェックシーケンスを計算し、前記第3データと前記第3データから計算されたフレームチェックシーケンスとを前記計算済みバッファに記憶されている前記計算済みフレームに上書きする請求項1または2に記載の組込み装置。 - 前記組込み装置は、
フレームチェックシーケンスの計算にかかる計算時間を算出する計算時間算出部を備え、
前記送信部は、
前記計算時間を用いて、前記応答フレームの送信が前記応答時間以内に完了するか否かを判定する請求項1から3のいずれか1項に記載の組込み装置。 - 前記組込み装置は、さらに、
前記応答時間と前記計算時間とを用いて、前記フレーム送信処理を完了するまでに受信する送信指示の数を送信間隔として算出する送信間隔算出部と、
前記送信間隔を外部に出力する出力装置と
を備える請求項4に記載の組込み装置。 - 複数の通信機器を有するネットワークシステムに含まれる通信機器に組み込まれた組込み装置の通信方法において、
CPUが、予め定められた応答時間であって、他の通信機器から送信された送信指示を受信してから前記送信指示に対する応答フレームの送信が完了するまでの応答時間を応答時間バッファに記憶し、
CPUが、第1データと前記第1データから計算されたフレームチェックシーケンスとを計算済みフレームとして計算済みバッファに記憶し、
CPUが、送信指示を受信すると、第2データを取得して前記第2データからフレームチェックシーケンスを計算する処理を開始すると共に、前記第2データと前記第2データから計算されたフレームチェックシーケンスとを作成して前記応答フレームとして送信するフレーム送信処理が前記応答時間以内に完了するか否かを判定し、前記フレーム送信処理が前記応答時間以内に完了しないと判定した場合、前記計算済みバッファに記憶されている前記計算済みフレームを前記応答フレームとして送信する通信方法。 - 複数の通信機器を有するネットワークシステムに含まれる通信機器に組み込まれたコンピュータである組込み装置の通信プログラムにおいて、
予め定められた応答時間であって、他の通信機器から送信された送信指示を受信してから前記送信指示に対する応答フレームの送信が完了するまでの応答時間を応答時間バッファに記憶すると共に、第1データと前記第1データから計算されたフレームチェックシーケンスとを計算済みフレームとして計算済みバッファに記憶する接続準備処理と、
前記送信指示を受信すると、第2データを取得して前記第2データからフレームチェックシーケンスを計算する処理を開始すると共に、前記第2データと前記第2データから計算されたフレームチェックシーケンスとを作成して前記応答フレームとして送信するフレーム送信処理が前記応答時間以内に完了するか否かを判定し、前記フレーム送信処理が前記応答時間以内に完了しないと判定した場合、前記計算済みバッファに記憶されている前記計算済みフレームを前記応答フレームとして送信する送信処理と
を前記組込み装置に実行させる通信プログラム。
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