JP6483383B2 - 車両でのイーサネットとcan通信との間の信号変換を行うプロセッサ及び信号変換方法 - Google Patents
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Description
商用のイーサネット(登録商標)を使用すると、通信速度を増加させることができると共に、低価の商用構成部品を使用することによってシステムの構成費用も低下させることができ、ECUローカルネットワークを一つの主システムバスに連結することによって配線及び連結構造を簡潔に維持することができる。
ただし、既設のCAN通信を基盤とする車両通信は今後も持続されると予想されるので、CANとイーサネット(登録商標)とが共存する状態が今後も続くと考えられる。このため、車両ネットワークでイーサネット(登録商標)とCAN通信との間のデータ変換の技術革新が要求されている(例えば、特許文献1〜3参照)。
以下の説明において使用される、構成要素に対する接尾辞“モジュール”及び“部”は、明細書の作成の容易さを考慮して付与または混用されたものであって、それ自体で互いに区別される意味または役割を有するものではない。
イーサネットの場合、一般に車両の通信速度は100Mbps(メガバイト毎秒)または1Gbps(ギガバイト毎秒)に固定されており、最大のフレームサイズは1518バイトである。これに比べて、CAN通信の場合、100kbps〜500kbps(キロバイト毎秒)の速度を有し、11ビットのID領域及び8バイトのデータ領域で構成されている。CANデータは104ビットで構成されている。また、CANメッセージは複数の信号で構成され、複数の信号を一つのメッセージにマッピングするためにデータリンク領域を有する。
さらに、イーサネットとCAN通信は、プロトコルスタックでメッセージの処理主体も異なっている。これを図1を基に説明する。図1は、一般的な車両用プロトコル構成の一例を示す図である。図1に示した車両用イーサネットのプロトコルスタックにおいて、CANメッセージは、イーサネットAVB(オーディオビデオブリッジング)でないコマンド アンド シグナル(Command&Signal)部分で担当する。すなわち、CANメッセージは、非AVB(None AVB)であって、インターネットプロトコル(IP)を用いた通信である。
図2は、CAN通信とイーサネットとの間の信号変換を行うプロセッサの構成を例示する図である。
図2に示すとおり、ネットワークの種類が変更されるとき、各ネットワークに適する形にデータフォーマットを変換する過程が“プロセッサ”で行われると仮定する。一般的な“プロセッサ”は、CAN網とイーサネット網との間で二つの方式のうちいずれか一つによるデータフォーマットを他の一つによるデータフォーマットに変換することができ、後述する図3のようなプロトコルスタック構造を有することができる。
上記の問題は、図2の(b)に示した同一のプロセッサでイーサネットとCANネットワークとの間の双方向に変換する場合にも発生し得る。すなわち、図中第1の経路の場合は、低速の小さなデータが高速の大きなデータフレームに連結される場合であるので、大きな問題は発生しない。その一方、第2の経路の場合は、高速の大きなデータが低速の小さなデータフレームに保存されなければならない場合であるので、問題が発生することが予想される
図3は、CAN網とイーサネット網との間でデータフォーマット変換を行うプロセッサのプロトコルスタック構造及びその構造でのデータの変換過程の一例を示す図である。
図3に示したとおり、プロセッサのプロトコルスタックは、CANネットワークのプロトコルスタック(図中左側)及びイーサネットのプロトコルスタック(図中右側)の構成要素を全て備えて、一つの最上層のアプリケーション階層を共有する形態で構成される。ここで、図2(b)の第1の経路、すなわち、CANデータがイーサネットによるデータフォーマットに変更される過程を見ると、CAN送受信(CANトランシーバ)階層で受信されたCANデータは、上位階層に順次上昇しながらデカプセル化(decapsulation)され、CANデータを生成したソースから目的地に伝送しようとしたデータ自体がアプリケーション階層に伝達される。伝達されたデータは、再びイーサネットプロトコルによるカプセル化(encapsulation)手順に従ってイーサネットフレームに変換され、積層された階層を通じてイーサネット網に送られる。第2の経路の場合、第1の経路と反対の順に変換が行われる。一方、図3では、フレーム変換過程でCANデータがIP階層を経てイーサネットフレームに変換されると仮定したが、本発明は、必ずしもこれに限定されるものではなく、IP階層の代わりにイーサネットAVBを経る場合(すなわち、第1’の経路及び第2’の経路)にも適用可能であることは当然である。
上述のとおり、イーサネットは、CANに比べて大きなフレーム構造を有するので、CANメッセージ全体をイーサネットフレームのペイロードに含ませることができる。しかし、CAN1網からCAN2網にメッセージがそのまま複製される事例では、CAN1のメッセージを含むイーサネットフレームが再びCAN2フレームに変換されるとき、大きなデータフレームから小さなデータフレームに変換される過程でのデータ分割/マッピングの問題が発生し得る。また、変換時ごとに最上位階層であるアプリケーション階層まで経るので、速度面でも問題が発生する。
したがって、本発明の一実施例では、最小限のハードウェア/ソフトウェア資源で最小の変換所要時間を有するように、新たなプロセッサのプロトコルスタック構造及びこれに適用されるCANデータと関連したイーサネットシグナルのフォーマットを提案する。
図4は、本発明の一実施例に係るプロセッサのプロトコルスタック構造の一例を示す図であり、プロセッサのプロトコルスタックのアプリケーション階層の下位にそれぞれ(a)CAN処理階層が設けられた場合、(b)CAN/イーサネット変換COM階層が設けられた場合を示す。
本発明に係るプロセッサのプロトコルスタックには、アプリケーション階層の下位にCAN処理階層401が備えられる。一方、CAN処理階層とCOM/データリンク階層が一つの変換処理単位410として具現される場合、図4の(b)のとおり、CAN/イーサネット変換COM階層420を備えることもできる。
図5は、二つのCANネットワークがイーサネットを介して連結されたネットワークで本発明の一実施例に係るデータフォーマット変換が行われる過程の一例を示す図である。
図5に示すとおり、第1の経路の場合、プロセッサのプロトコルスタックでCANに対応するスタックのCOM階層までは図3に示す構成と類似しているが、その後、アプリケーション階層を経る代わりにCAN処理階層を経るという点において相違している。また、反対(第2の経路)の場合、プロトコルスタックでイーサネットに対応するスタックのコマンド アンド シグナル(Command&Signal)階層までは図3に示す構成と類似しているが、その後、アプリケーション階層を経る代わりにCAN処理階層を経るという点において相違している。このとき、具現によってCAN処理階層を経て変換されたCANデータは、COM階層とデータリンク階層を経ずに直ぐCANドライバー階層に伝達されることもある。
図6は、本発明の一実施例に係るイーサネット信号フォーマットの一例を示す図である。
図6に示したとおり、本発明に係るCANと関連したイーサネット信号フォーマットは、CANメッセージの信号のそれぞれに対応するチャンネル番号フィールド、ターゲットIDフィールド、開始ビットフィールド及びシグナルフィールドを含むことができる。すなわち、一つのCAN信号は、復元のために最大4個のフィールドを用いてイーサネット信号に変換される。
チャンネル番号(Channel Number)フィールドは、プロセッサが有している複数の(ハードウェア)CANチャンネルのうちターゲットチャンネルを意味する。本フィールドは、ネットワーク構成に応じて省略が可能である。
ターゲットIDフィールドは、マッピングされるCANメッセージのIDであって、標準(Standard)フォーマットの場合は11ビットで、拡張(Extended)フォーマットの場合は29ビットで構成することができる。
開始ビット(Start bit)フィールドは、マッピング情報であって、信号がCANメッセージにマッピングされたとき、CANメッセージでの開始位置を示す。
シグナル(Signal)フィールドはCAN信号と一致する。
以上の内容をまとめると、チャンネル番号及びターゲットIDフィールドを通じてCANメッセージが伝達されるべきターゲットチャンネル及びメッセージIDが特定されることによって、CANヘッダーを構成することができ、シグナルフィールドに含まれるシグナルが、CANメッセージ内で開始ビットフィールドが指示するビットから配置されることによって、CANメッセージを構成することができる。したがって、イーサネット信号をCANメッセージに効率的に変換することができる。
図7は、本発明の一実施例に係るイーサネット信号フォーマットが使用されるパケットのヘッダーフォーマットを説明するための図である。
図7に示したとおり、イーサネットの共用パケットのヘッダーフォーマットは、共用パケットのパケットヘッダーフォーマットと共用ストリームデータのパケットヘッダーフォーマットとに大きく区分することができる。ここで、共用パケットのパケットヘッダーフォーマットは、インターネットプロトコルを介したCANデータのカプセル化(710)に使用することができ、共用ストリームデータのパケットヘッダーフォーマットは、IEEE 1722.1標準によるCANデータのカプセル化(720)に使用することができる。
図8は、本発明の一実施例に係るイーサネット信号フォーマットが適用され得るIEEE 1722.1標準によるフレーム構造の一例を示す図であり、図9は、本発明の一実施例に係るイーサネット信号フォーマットが適用され得るインターネットプロトコルによるフレーム構造の一例を示す図である。
IEEE 1722.1標準によるCANデータのカプセル化には、図8に示すフレーム構造を使用することができる。ヘッダーの場合、IEEE 802.3標準によるMACヘッダーを使用することができ、本発明に係るイーサネット信号フォーマットを構成する各フィールドは、ペイロード810部分に含ませることができる。ヘッダーを構成する各フィールドの説明は、IEEE 1722.1及びIEEE 802.3標準に明示されており、ここでは、本発明の一実施例に係るイーサネット信号フォーマットが適用され得るIEEE 1722.1標準によるフレーム構造の一例を示す。
次に、インターネットプロトコルによるCANデータのカプセル化には、図9に示すフレーム構造が使用される。IPヘッダーを使用するフレームでも、本発明に係るイーサネット信号フォーマットを構成する各フィールドはペイロード910部分に含ませることができる。このとき、ペイロードには、サブタイプフィールド及びサブタイプデータフィールドをさらに含ませることもできる。サブタイプフィールドはプロトコルタイプを定義し、サブタイプデータフィールドはタイプ特定データ(type specific data)を含むことができる。
図10は、CAN信号が本発明の一実施例に係るイーサネット信号に変換される形態の一例を示す図であり、(a)は、合計36ビットサイズの9個のCAN信号を含むCANメッセージフォーマットであり、(b)は、各信号別にチャンネル番号、ターゲットID、開始ビット及びシグナルフィールドへの変換を示す。
図10において、CANメッセージに含まれる各信号は0番のターゲットチャンネルに向かい、メッセージIDは3であると仮定する。
図10(a)には、合計36ビットサイズの9個のCAN信号を含むCANメッセージフォーマットが示される。このようなCANメッセージは、本発明に係るイーサネット信号に変換される場合、図10(b)のとおり、各信号別にチャンネル番号、ターゲットID、開始ビット及びシグナルフィールドに変換される。例えば、DVDタイムアワー(DVD_timehour)シグナルは、CANメッセージで最初のビットから配置されるので、開始ビットフィールド値は0になり、DVDタイムミニット(DVD_TimeMin)シグナルは、9番目のCANメッセージで9番目のビットから配置されるので、開始ビットフィールド値は8になる。その一方、図10(b)に示した信号フォーマットが再びCANメッセージに変換される場合は、各信号が開始ビットフィールドを通じて指示される位置に順次配置されることによって、CANメッセージを復元することができる。
まず、フォーマット変換を行うプロセッサでCANネットワークからCANフレームを受信する。受信されたCANフレームは、CANプロトコルスタックの上位に伝達されることによってデカプセル化され、少なくとも一つのCAN信号を含むCANメッセージを獲得することができる。CAN処理階層では、CANメッセージに含まれる少なくとも一つのCAN信号のそれぞれに対する開始ビットを判断し、上記それぞれのCAN信号及びCAN信号に対応する開始ビットを互いに異なるフィールドに含むイーサネット信号を生成する。生成されたイーサネット信号は、再びイーサネットプロトコルスタックの下位階層に伝達されながらカプセル化され、イーサネットフレームが生成される。生成されたイーサネットフレームは、イーサネットネットワークに伝送することができる。このように伝送されたイーサネットフレームは、再び反対の過程を経てCANフレームに変換することができる。
410 変換処理単位
420 CAN/イーサネット変換COM階層
500 イーサネットネットワーク
710 インターネットプロトコルを介したCANデータのカプセル化
720 IEEE 1722.1標準によるCANデータのカプセル化
810,910 ペイロード
Claims (24)
- CAN(Control Area Network)通信とイーサネット(Ethernet(登録商標))との間の信号変換を行う方法において、
プロセッサが、
CANフレームの元のCANメッセージに含まれた複数のCAN信号のそれぞれに対応する複数の開始ビットを指定するステップと、
前記複数のCAN信号及び前記複数のCAN信号のそれぞれに対応する前記複数の開始ビットを互いに異なるフィールドに含むイーサネットフレームのイーサネット信号を生成するステップと、を含み、
前記複数の開始ビットのそれぞれは、対応する前記CAN信号が前記元のCANメッセージにマッピングされる時に、前記元のCANメッセージに含まれた前記複数のCAN信号の中で前記対応するCAN信号の開始位置を示すことを特徴とする車両でのイーサネットとCAN通信との間の信号変換方法。 - 前記プロセッサが、
CANネットワークからCANフレームを受信するステップと、
前記CANフレームをデカプセル化して前記元のCANメッセージを獲得するステップと、
前記イーサネット信号をカプセル化してイーサネットフレームを生成するステップと、
前記生成されたイーサネットフレームをイーサネットネットワークに伝送するステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の車両でのイーサネットとCAN通信との間の信号変換方法。 - 前記開始ビットを判断するステップ及び前記イーサネット信号を生成するステップは、
アプリケーション階層の下位に位置するCAN処理階層で行われることを特徴とする請求項1に記載の車両でのイーサネットとCAN通信との間の信号変換方法。 - 前記イーサネット信号は、
前記元のCANメッセージのIDに対応するフィールド及び前記元のCANメッセージのターゲットチャンネルを指示するフィールドをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の車両でのイーサネットとCAN通信との間の信号変換方法。 - 前記元のCANメッセージのIDに対応するフィールド及び前記元のCANメッセージのターゲットチャンネルを指示するフィールドは、
前記複数のCAN信号のそれぞれごとに前記イーサネット信号に含まれることを特徴とする請求項4に記載の車両でのイーサネットとCAN通信との間の信号変換方法。 - 前記イーサネット信号は、
前記イーサネットフレームのペイロードに含まれることを特徴とする請求項2に記載の車両でのイーサネットとCAN通信との間の信号変換方法。 - CAN(Control Area Network)通信とイーサネット(登録商標)との間の信号変換を行う方法において、
プロセッサが、
複数のCAN信号の中の一つにそれぞれ対応する複数の開始ビットフィールド及び複数の信号フィールドを含むイーサネットフレームのイーサネット信号を獲得するステップと、
前記複数の信号フィールドに含まれた前記複数のCAN信号のそれぞれを、それに対応する前記複数の開始ビットフィールドの一つによって指示される位置に配置して、CANフレームのCANメッセージを生成するステップと、を含み、
前記複数の開始ビットフィールドのそれぞれは、対応するCAN信号が元のCANメッセージにマッピングされる時に、前記元のCANメッセージに含まれる前記複数のCAN信号の中で前記対応するCAN信号の開始位置を示すことを特徴とする車両でのイーサネットとCAN通信との間の信号変換方法。 - 前記プロセッサが、
イーサネットネットワークからイーサネットフレームを受信するステップと、
前記イーサネットフレームをデカプセル化するステップと、
前記元のCANメッセージをカプセル化してCANフレームを生成するステップと、
前記生成されたCANフレームをCANネットワークに伝送するステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項7に記載の車両でのイーサネットとCAN通信との間の信号変換方法。 - 前記CANメッセージを生成するステップは、
アプリケーション階層の下位に位置するCAN処理階層で行われることを特徴とする請求項7に記載の車両でのイーサネットとCAN通信との間の信号変換方法。 - 前記イーサネット信号は、
前記CANメッセージのIDに対応するフィールド、及び前記CANメッセージのターゲットチャンネルを指示するフィールドをさらに含むことを特徴とする請求項7に記載の車両でのイーサネットとCAN通信との間の信号変換方法。 - 前記CANメッセージのIDに対応するフィールド及び前記CANメッセージのターゲットチャンネルを指示するフィールドは、
前記複数のCAN信号のそれぞれごとに前記イーサネット信号に含まれることを特徴とする請求項10に記載の車両でのイーサネットとCAN通信との間の信号変換方法。 - 前記イーサネット信号は、
前記イーサネットフレームのペイロードに含まれることを特徴とする請求項8に記載の車両でのイーサネットとCAN通信との間の信号変換方法。 - CAN(Control Area Network)通信とイーサネット(登録商標)との間の信号変換を行うプロセッサにおいて、
CANフレームの元のCANメッセージに含まれた複数のCAN信号のそれぞれに対応する複数の開始ビットを指定し、前記複数のCAN信号及び前記複数のCAN信号のそれぞれに対応する前記複数の開始ビットを互いに異なるフィールドに含むイーサネットフレームのイーサネット信号を生成するCAN処理モジュールを含み、
前記複数の開始ビットのそれぞれは、対応する前記CAN信号が前記元のCANメッセージにマッピングされる時に、前記元のCANメッセージに含まれた前記複数のCAN信号の中で前記対応するCAN信号の開始位置を示すことを特徴とする車両でのイーサネットとCAN通信との間の信号変換を行うプロセッサ。 - CANネットワークからCANフレームを受信して、前記CANフレームをデカプセル化して前記元のCANメッセージを獲得するCANモジュールと、
前記イーサネット信号をカプセル化してイーサネットフレームを生成し、前記生成されたイーサネットフレームをイーサネットネットワークに伝送するイーサネットモジュールと、をさらに含むことを特徴とする請求項13に記載の車両でのイーサネットとCAN通信との間の信号変換を行うプロセッサ。 - 前記CAN処理モジュールは、
プロトコルスタックでアプリケーション階層の下位に位置することを特徴とする請求項13に記載の車両でのイーサネットとCAN通信との間の信号変換を行うプロセッサ。 - 前記イーサネット信号は、
前記元のCANメッセージのIDに対応するフィールド及び前記元のCANメッセージのターゲットチャンネルを指示するフィールドをさらに含むことを特徴とする請求項13に記載の車両でのイーサネットとCAN通信との間の信号変換を行うプロセッサ。 - 前記元のCANメッセージのIDに対応するフィールド及び前記元のCANメッセージのターゲットチャンネルを指示するフィールドは、
前記複数のCAN信号のそれぞれごとに前記イーサネット信号に含まれることを特徴とする請求項16に記載の車両でのイーサネットとCAN通信との間の信号変換を行うプロセッサ。 - 前記イーサネット信号は、
前記イーサネットフレームのペイロードに含まれることを特徴とする請求項14に記載の車両でのイーサネットとCAN通信との間の信号変換を行うプロセッサ。 - CAN(Control Area Network)通信とイーサネット(登録商標)との間の信号変換を行うプロセッサにおいて、
複数のCAN信号の中の一つにそれぞれ対応する複数の開始ビットフィールド及び複数の信号フィールドを含むイーサネットフレームのイーサネット信号を獲得し、前記複数の信号フィールドに含まれた前記複数のCAN信号のそれぞれを、それに対応する前記複数の開始ビットフィールドの一つによって指示される位置に配置して、CANフレームのCANメッセージを生成するCAN処理モジュールを含み、
前記複数の開始ビットフィールドのそれぞれは、対応するCAN信号が元のCANメッセージにマッピングされる時に、前記元のCANメッセージに含まれる前記複数のCAN信号の中で前記対応するCAN信号の開始位置を示すことを特徴とする車両でのイーサネットとCAN通信との間の信号変換を行うプロセッサ。 - イーサネットネットワークからイーサネットフレームを受信し、前記イーサネットフレームをデカプセル化するイーサネットモジュールと、
前記元のCANメッセージをカプセル化してCANフレームを生成し、前記生成されたCANフレームをCANネットワークに伝送するCANモジュールと、をさらに含むことを特徴とする請求項19に記載の車両でのイーサネットとCAN通信との間の信号変換を行うプロセッサ。 - 前記CAN処理モジュールは、
プロトコルスタックでアプリケーション階層の下位に位置することを特徴とする請求項19に記載の車両でのイーサネットとCAN通信との間の信号変換を行うプロセッサ。 - 前記イーサネット信号は、
前記CANメッセージのIDに対応するフィールド、及び前記CANメッセージのターゲットチャンネルを指示するフィールドをさらに含むことを特徴とする請求項19に記載の車両でのイーサネットとCAN通信との間の信号変換を行うプロセッサ。 - 前記CANメッセージのIDに対応するフィールド及び前記CANメッセージのターゲットチャンネルを指示するフィールドは、
前記複数のCAN信号のそれぞれごとに前記イーサネット信号に含まれることを特徴とする請求項22に記載の車両でのイーサネットとCAN通信との間の信号変換を行うプロセッサ。 - 前記イーサネット信号は、
前記イーサネットフレームのペイロードに含まれることを特徴とする請求項20に記載の車両でのイーサネットとCAN通信との間の信号変換を行うプロセッサ。
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