JP7312210B2 - ゲートウェイ装置、車載ネットワークシステム、転送方法及びプログラム - Google Patents
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Description
載ネットワークと呼ばれる。車載ネットワークには、多数の規格が存在する。その中でも最も主流な車載ネットワークの一つに、ISO11898-1で規定されているCAN(Controller Area Network)という規格が存在する。CANでは、有線伝送路(通信路)
であるバスに接続されている各ECU(ノード)が、フレーム(メッセージ)を送受信する。またCANでは、送信先や送信元を指す識別子は存在せず、送信ノードはフレーム毎にID(CAN-ID)を付けて送信し(つまりバスに信号を送出し)、各受信ノードは予め定められたCAN-IDのメッセージのみを受信する(つまりバスから信号を読み取る)。また、より多くの情報を伝送するための規格として、IEEE802.3で規定されているEthernet(登録商標)という規格が存在する。Ethernet(登録商標)のフレーム(メッセージ)は、送信先や送信元を指す情報をヘッダに含む。Ethernet(登録商標)では、1フレームで送信できる最大データ量がCANより大きい。
、第2通信プロトコルは、Ethernet(登録商標)プロトコルであり、第1種フレームは、CAN-IDを含み、前記データをデータフィールドに含むデータフレームであり、第2種フレームは、Ethernet(登録商標)ヘッダとペイロードとを含むEthernet(登録商標)フレームであり、前記送信部は、第2種フレームの第2ネットワークへの前記送信を、前記ケーブルへの当該第2種フレームの送出により行うこととしても良い。なお、第2種フレーム(Eフレーム)には、複数の各第1種フレーム(CANフレーム)のデータ(データフィールドの内容)の他に例えばCANーID等といった各第1種フレームの各種内容を包含させても良い。このゲートウェイ装置でフレームの中継がなされることにより、例えばEthernet(登録商標)インタフェースしか有さないE-ECUが、バス(CANバス)に接続されたC-ECUが送信した情報(データ)を効率的に取得できるようになり得る。
以下、本発明の実施の形態として、車載ネットワークでデータの授受を行う複数の電子制御ユニット(ECU)とゲートウェイとを含む車載ネットワークシステム10について、図面を用いて説明する。
図1は、実施の形態1に係る車載ネットワークシステム10の全体構成を示す。
キ600b、ドア開閉センサ600c、及び、ウィンドウ開閉センサ600d)と、ケーブル(Ethernet(登録商標)ケーブル)20a~20dと、バス(CANバス)30a、30bとを含んで構成される。バス30a、30bは第1ネットワークの伝送路であり、Ethernet(登録商標)ケーブル20a~20dは第2ネットワークの伝送路である。
図2は、本実施の形態に係る車載ネットワークの概略構成を示す。
第1ネットワークでは、C-ECU500a~500d等がCANプロトコルに従ってフレームの授受を行う。CANプロトコルにおけるフレームには、データフレーム、リモートフレーム、オーバーロードフレーム及びエラーフレームがあるが、ここでは、主にデータフレームに注目して説明する。図3は、第1ネットワークで送受信されるデータフレーム(CANフレーム)のフォーマットを示す。図3の(a)は標準フォーマットである。標準フォーマットにおいては、データフレームは、SOF(Start Of Frame)、ID(CAN-ID)、RTR(Remote Transmission Request)、IDE(Identifier Extension)、予約ビット「r」、サイズ、データ、CRC(Cyclic Redundancy Check)シーケンス、CRCデリミタ「DEL」、ACK(Acknowledgement)スロット、ACKデリミ
タ「DEL」、及び、EOF(End Of Frame)で構成される。ここで、IDフィールドの内容としてのID(CAN-ID)は、データの種類を示す識別子であり、メッセージIDとも称される。なお、CANでは、複数のノードが同時に送信を開始した場合、このCAN-IDが小さい値を持つフレームを優先する通信調停がなされる。サイズは、後続するデータフィールド(データ)の長さを示すDLC(Data Length Code)である。データ(データフィールドの内容)の仕様については、CANプロトコルで規定されておらず、車載ネットワークシステム10において定められる。従って、車両の車種、製造者(製造メーカ)等に依存した仕様となり得る。図3の(b)は拡張フォーマットである。本実施の形態では第1ネットワークで標準フォーマットが用いられることとして説明するが、第1ネットワークにおいて拡張フォーマットが用いられる場合には、11ビットのIDフィールドのベースID(CAN-IDの一部)と、18ビットの拡張ID(CAN-IDの残部)とを合わせた29ビットをCAN-IDと扱えば良い。
図6は、ゲートウェイ100の構成図である。ゲートウェイ100は、図6に示すように、C通信部110aと、C通信部110bと、E通信部120と、転送ルール保持部130と、転送制御部140とを含んで構成される。これらの各構成要素は、ゲートウェイ100における通信回路、メモリ、デジタル回路、メモリに格納されたプログラムを実行するプロセッサ等により実現される。
サブネットワークを表すアドレスであっても良い。
図10及び図11は、ゲートウェイ100におけるCANフレームの転送に係る転送処理シーケンスの具体例を示す。この図10及び図11の転送処理シーケンスは、ゲートウェイ100のC通信部110a、転送制御部140、C通信部110b、及び、E通信部120の連携による転送処理を表している。ここで、CANフレームの転送は、受信したCANフレームと同一のCANフレームのCANバスへの送信、或いは、受信した1つ又は複数のCANフレームのCANフレーム情報を包含したEフレームの送信である。以下、第1ネットワークのCANバス1(バス30a)から受信したCANフレームをCANバス2(バス30b)又は第2ネットワーク(Eネットワーク)へ転送する場合のゲートウェイ100における転送処理について、図10及び図11に即して説明する。この転送処理は、ゲートウェイ100が、CANバスからCANフレームを受信した場合に開始される。
実施の形態1に係る車載ネットワークシステム10では、互いに通信プロトコルの異なる第1ネットワークと第2ネットワークとを含む車載ネットワークにおいて、ゲートウェイ100が、C-ECUがCANバスに送信したCANフレームを受信した場合に、一定条件下でE-ECUを宛先としてそのCANフレームのデータ等の情報(CANフレーム情報)を送信することで、フレームの転送を行う。そしてゲートウェイ100は、転送に際して、同じE-ECUを宛先とする、受信した複数のCANフレームに係るCANフレーム情報を包含し、ONにしたCANフラグを含むEフレームを、そのE-ECUに送信する。これにより、伝送効率が高まり得る。また、ゲートウェイ100は、特定IDを有するCANフレームを受信した場合はそのCANフレームに係るCANフレーム情報を含むEフレームを即座に特定のE-ECUへと送信することで、フレームの転送を行う。これにより特定IDを有するCANフレーム等の内容を迅速にE-ECUに伝達することが可能となる。即ち、車載ネットワークシステム10では、情報の伝送効率を高めるためにフレームの情報の伝達に遅延が生じ得る転送方式を用いるが、例えば重要なCANフレームのCAN-IDを特定IDとして定めておくことにより、重要な情報はC-ECUからE-ECUへ迅速に伝達されるようになる。
以下、実施の形態1で示した車載ネットワークシステム10(図1参照)におけるゲートウェイ100を一部変形した例について説明する。
本実施の形態に係る車載ネットワークシステムは、実施の形態1で示した車載ネットワークシステム10におけるゲートウェイ100(図6参照)と同様の構成を有するゲートウェイ100aを備える。但し、ゲートウェイ100aにおける転送制御部140の機能は、ゲートウェイ100における転送制御部140の機能と部分的に異なる。なお、本実施の形態に係る車載ネットワークシステムにおいて、実施の形態1で示したものと同様の構成要素については、実施の形態1と同じ符号を用い、説明を適宜省略する。また、本実施の形態に係る車載ネットワークシステムは、ここで特に説明しない点については、実施の形態1で示した車載ネットワークシステム10と同様である。
実施の形態2に係る車載ネットワークシステムでは、ゲートウェイ100aが、第1ネットワークのバスから受信したCANフレームに基づいて宛先に拘わらず複数のCANフレームに係るCANフレーム情報を包含したEフレームを第2ネットワークに送信する。これにより、ある程度伝送効率が高まり得る。
以上のように、本発明に係る技術の例示として実施の形態1、2を説明した。しかしながら、本発明に係る技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略等を行った実施の形態にも適用可能である。例えば、以下のような変形例も本発明の一実施態様に含まれる。
広義の意味のものと扱われることとしても良い。また、CANプロトコルにおけるデータフレームは、標準IDフォーマットの他、拡張IDフォーマットであっても良い。また、Ethernet(登録商標)フレームは、例えばEthernet(登録商標)バージョン2のフレームであっても良いし、IEEE802.3で規定されたフレームであっても良い。また、Ethernet(登録商標)プロトコルは、IEEE802.1に係るEthernet(登録商標)AVB(Audio Video Bridging)、或いは、IEEE802.1に係るEthernet(登録商標)TSN(Time Sensitive Networking)、E
thernet(登録商標)/IP(Industrial Protocol)、EtherCAT(登録
商標)(Ethernet(登録商標) for Control Automation Technology)等の派生的なプロトコルを包含する広義の意味のものと扱われることとしても良い。また、第1ネットワークは、第1通信プロトコルに従ってバスで第1種フレーム(例えばCANフレーム等)の伝送が行われるものであり、第2ネットワークは、第1通信プロトコルとは異なる第2通信プロトコルに従って第2種フレーム(例えばEフレーム等)の伝送が行われるものであることとしても良い。この場合において、第1通信プロトコルは、例えばCANプロトコルであるが、CANプロトコルに限られず、例えばLIN(Local Interconnect Network)、MOST(登録商標)(Media Oriented Systems Transport)、FlexRay(登録商標)等であっても良い。また、第2通信プロトコルは、例えばEthernet(登録商標)プロトコルであるが、Ethernet(登録商標)プロトコルに限られず、例えばブローダーリーチプロトコルであっても良い。この第1ネットワークと第2ネットワークとを含む車載ネットワークにより、第1ネットワークに接続された第1種電子制御ユニット(例えばC-ECU)が送信した情報が、第2ネットワークに接続された第2種電子制御ユニット(例えばE-ECU)に伝達され得る。なお、上記実施の形態で示したEthernet(登録商標)は、CANに対して通信速度が速い。この点で、第2通信プロトコルは、第1通信プロトコルに対して通信速度が速い各種プロトコルであることとしても良い。また、上記実施の形態では、第2種フレーム(例えばEフレーム)が、その第2種フレームのペイロードに、第2ネットワークに伝送されるべき第1種フレーム(例えばCANフレーム)のデータ等(例えばCANフレーム情報)を含むか否かを判別するための識別フラグ(例えばCANフラグ)を有することとしたが、その識別フラグは、第2種フレームのヘッダに含まれることとしても良い。例えば、ゲートウェイ100は、CANフラグを、Eフレームのヘッダ内に含ませることとしても良い。これにより、Eフレームのヘッダの参照だけで、ペイロードにCANフレーム情報を含んでいるか否かが判別でき、例えば、Eフレームのペイロードを暗号化しているような場合においては、処理の簡略化(復号の省略等)が可能となり得る。例えば、Eフレームのヘッダ内の宛先MACアドレスにおけるグローバルMACアドレスか否かを識別するビットをCANフラグとして用いること(例えばローカルMACアドレスを示す値をCANフラグがONであると扱うこと)としても良い。また、例えば、Eフレームのヘッダ内のタイプのフィールドにCANフラグを設けることとしても良い。また、例えば、ゲートウェイ100は、CANフラグを、Eフレームのヘッダ内とペイロード内との両方に含ませることとしても良い。
ても良い。システムLSIは、複数の構成部を1個のチップ上に集積して製造された超多機能LSIであり、具体的には、マイクロプロセッサ、ROM、RAM等を含んで構成されるコンピュータシステムである。前記RAMには、コンピュータプログラムが記録されている。前記マイクロプロセッサが、前記コンピュータプログラムに従って動作することにより、システムLSIは、その機能を達成する。また、上記各装置を構成する構成要素の各部は、個別に1チップ化されていても良いし、一部又は全部を含むように1チップ化されても良い。また、ここでは、システムLSIとしたが、集積度の違いにより、IC、LSI、スーパーLSI、ウルトラLSIと呼称されることもある。また、集積回路化の手法はLSIに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現しても良い。LSI製造後に、プログラムすることが可能なFPGA(Field Programmable Gate Array)
や、LSI内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用しても良い。さらには、半導体技術の進歩又は派生する別技術によりLSIに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行っても良い。バイオ技術の適用等が可能性としてあり得る。
20a~20d ケーブル
30a、30b バス(CANバス)
90 サーバ
91 外部ネットワーク
100、100a ゲートウェイ
110a、110b C通信部
111a、111b、121 受信部
112a、112b、122 送信部
120 E通信部
130 転送ルール保持部
140 転送制御部
141 判定部
142 フレーム構築部
200a~200c 電子制御ユニット(E-ECU)
300a IVI
300b リアカメラ
300c レーダ
400 ネットワークハブ(E-HUB)
500a~500d 電子制御ユニット(C-ECU)
600a エンジン
600b ブレーキ
600c ドア開閉センサ
600d ウィンドウ開閉センサ
Claims (13)
- 第1通信プロトコルに従って第1種フレームの伝送が行われる第1ネットワークと、第2通信プロトコルに従って第2種フレームの伝送が行われる第2ネットワークとに接続されるゲートウェイ装置であって、
第1ネットワーク及び第2ネットワークは車載ネットワークであり、
第1種フレームは、データの内容を表す識別子を含み、
第2通信プロトコルは、前記第1通信プロトコルに対して通信速度の速いプロトコルであり、
前記ゲートウェイ装置は、
前記第1ネットワークから第1種フレームを逐次受信する受信部と、
前記受信部により受信された第1種フレームについて当該第1種フレームのデータが第2ネットワークに送信されるべきか否かを判定する判定部と、
前記判定部により第2ネットワークに送信されるべきと判定された複数の第1種フレームそれぞれのデータを包含する第2種フレームを構築するフレーム構築部と、
前記第2種フレームを第2ネットワークに送信する送信部とを備え、
前記フレーム構築部は、前記判定部により第2ネットワークに送信されるべきと判定された複数の第1種フレームそれぞれの前記データを、前記複数の第1種フレームのそれぞれに含まれる識別子に基づいて優先順位を決定し、前記優先順位に従った順序で、第2種フレーム内に配置して、第2種フレームを構築する
ゲートウェイ装置。 - 前記フレーム構築部は、前記判定部により第2ネットワークに送信されるべきと判定された複数の第1種フレームそれぞれの前記データを、前記複数の第1種フレームのそれぞれに含まれる識別子の値の小さい順に第2種フレーム内に配置して、第2種フレームを構築する
請求項1記載のゲートウェイ装置。 - 前記判定部は、前記受信部により受信された第1種フレームの識別子に基づいて、当該第1種フレームの前記データが第2ネットワークに送信されるべきか否かを判定する
請求項1記載のゲートウェイ装置。 - 前記送信部は、時刻の計時により時間に係る所定条件が成立した際に、第2種フレームの前記送信を行う
請求項1記載のゲートウェイ装置。 - 前記送信部は、前記受信部により受信された第1種フレームの識別子が特定識別子である場合には、前記特定識別子を有する当該第1種フレームの前記データを包含する第2種フレームを第2ネットワークに優先して送信する
請求項1記載のゲートウェイ装置。 - 前記特定識別子は、前記受信部により受信された第1種フレームの識別子が前記第1種フレームの前記データが重要であることを示す、
請求項5記載のゲートウェイ装置。 - 前記送信部は、前記特定識別子を有する第1種フレームの前記データを包含する第2種フレームを送信する際に、
前記判定部により第2ネットワークに送信されるべきと判定されて未だ送信されていない、前記特定識別子を有さない第1種フレームの前記データを、当該第2種フレーム内に包含して送信する、又は、前記判定部により第2ネットワークに送信されるべきと判定されて未だ送信されていない、前記特定識別子を有さない第1種フレームの前記データを包含する、別の第2種フレームを送信する
請求項5記載のゲートウェイ装置。 - 前記特定識別子は、前記第1種フレームのデータが、前記第1ネットワークと前記第2ネットワークとを含む車両ネットワークシステムが搭載された車両の走行制御における異常を通知する内容であることを表す識別子である、
請求項5から7のいずれか一項に記載のゲートウェイ装置。 - 前記特定識別子は、前記第1種フレームのデータが、前記第1ネットワークと前記第2ネットワークとを含む車両ネットワークシステムが搭載された車両の走行制御に関する内容であることを表す識別子である、
請求項5から7のいずれか一項に記載のゲートウェイ装置。 - 前記ゲートウェイ装置は、第2ネットワークを構成するEthernet(登録商標)ケーブルと接続され、
第1通信プロトコルは、CAN(Controller Area Network)プロトコルであり、
第2通信プロトコルは、Ethernet(登録商標)プロトコルであり、
第1種フレームは、CAN-IDを含み、前記データをデータフィールドに含むデータフレームであり、
第2種フレームは、Ethernet(登録商標)ヘッダとペイロードとを含むEthernet(登録商標)フレームであり、
前記送信部は、第2種フレームの第2ネットワークへの前記送信を、前記ケーブルへの当該第2種フレームの送出により行う、
請求項5から9のいずれか1項に記載のゲートウェイ装置。 - 第1通信プロトコルに従って第1種フレームの伝送が行われる第1ネットワークと、第2通信プロトコルに従って第2種フレームの伝送が行われる第2ネットワークとを含む車載ネットワークシステムであって、
第1ネットワーク及び第2ネットワークは車載ネットワークであり、
第1種フレームは、データの内容を表す識別子を含み、
第2通信プロトコルは、前記第1通信プロトコルに対して通信速度の速いプロトコルであり、
前記車載ネットワークシステムは、
前記第1ネットワークに接続された複数の第1種電子制御ユニットと、
第2ネットワークに接続された第2種電子制御ユニットと、
前記第1ネットワークと第2ネットワークに接続されたゲートウェイ装置とを備え、
前記ゲートウェイ装置は、
前記第1ネットワークから第1種フレームを逐次受信する受信部と、
前記受信部により受信された第1種フレームについて当該第1種フレームのデータが第2ネットワークに送信されるべきか否かを判定する判定部と、
前記判定部により第2ネットワークに送信されるべきと判定された複数の第1種フレームそれぞれのデータを包含する第2種フレームを構築するフレーム構築部と、
前記第2種フレームを第2ネットワークに送信する送信部とを備え、
前記フレーム構築部は、前記判定部により第2ネットワークに送信されるべきと判定された複数の第1種フレームそれぞれの前記データを、前記複数の第1種フレームのそれぞれに含まれる識別子に基づいて優先順位を決定し、前記優先順位に従った順序で、第2種フレーム内に配置して、第2種フレームを構築する
車載ネットワークシステム。 - 第1通信プロトコルに従って第1種フレームの伝送が行われる第1ネットワークと、第2通信プロトコルに従って第2種フレームの伝送が行われる第2ネットワークとに接続されたゲートウェイ装置で用いられる転送方法であって、
第1ネットワーク及び第2ネットワークは車載ネットワークであり、
第1種フレームは、データの内容を表す識別子を含み、
第2通信プロトコルは、前記第1通信プロトコルに対して通信速度の速いプロトコルであり、
前記転送方法は、
前記第1ネットワークから第1種フレームを逐次受信する受信ステップと、
前記受信ステップで受信された第1種フレームについて当該第1種フレームのデータが第2ネットワークに送信されるべきか否かを判定する判定ステップと、
前記判定ステップで第2ネットワークに送信されるべきと判定された複数の第1種フレームそれぞれのデータを包含する第2種フレームを構築するフレーム構築ステップと、
前記第2種フレームを第2ネットワークに送信する送信ステップとを含み、
前記フレーム構築ステップは、前記判定ステップにより第2ネットワークに送信されるべきと判定された複数の第1種フレームそれぞれの前記データを、前記複数の第1種フレームのそれぞれに含まれる識別子に基づいて優先順位を決定し、前記優先順位に従った順序で、第2種フレーム内に配置して、第2種フレームを構築する
転送方法。 - 第1通信プロトコルに従って第1種フレームの伝送が行われる第1ネットワークと、第2通信プロトコルに従って第2種フレームの伝送が行われる第2ネットワークとに接続される、マイクロプロセッサを含むゲートウェイ装置に所定転送処理を実行させるためのプログラムであって、
第1ネットワーク及び第2ネットワークは車載ネットワークであり、
第1種フレームは、データの内容を表す識別子を含み、
第2通信プロトコルは、前記第1通信プロトコルに対して通信速度の速いプロトコルであり、
前記所定転送処理は、
前記第1ネットワークから第1種フレームを逐次受信する受信ステップと、
前記受信ステップで受信された第1種フレームについて当該第1種フレームのデータが第2ネットワークに送信されるべきか否かを判定する判定ステップと、
前記判定ステップで第2ネットワークに送信されるべきと判定された複数の第1種フレームそれぞれのデータを包含する第2種フレームを構築するフレーム構築ステップと、
前記第2種フレームを第2ネットワークに送信する送信ステップとを含み、
前記フレーム構築ステップは、前記判定ステップにより第2ネットワークに送信されるべきと判定された複数の第1種フレームそれぞれの前記データを、前記複数の第1種フレームのそれぞれに含まれる識別子に基づいて優先順位を決定し、前記優先順位に従った順序で、第2種フレーム内に配置して、第2種フレームを構築する
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