WO2005011201A1 - マスター・スレーブ同期通信方式 - Google Patents

マスター・スレーブ同期通信方式 Download PDF

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Noboru Fujiwara
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Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki
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Definitions

  • the present invention relates to a communication method of a real-time control system that performs master-slave synchronous communication using IEEE1394.
  • the master broadcasts a data packet indicating the synchronization point of the communication cycle to all the slaves simultaneously, such as PROFIBUS-DP, and each slave determines the synchronization point at the reception timing. After detection, command data and response data are exchanged by polling (see Non-Patent Document 1, for example).
  • the notification of the synchronization point is also the force S by simultaneous broadcast from the master, then command data is transmitted from the master to each slave, and furthermore, each slave is transmitted from the synchronization point.
  • response data is transmitted after a predetermined time elapses or sequentially based on a predetermined transmission order (for example, see Non-Patent Document 2).
  • a method of performing communication with synchronization between a master and a slave is a general communication method in a real-time control system.
  • an IEEE1394-compliant network is a high-speed general-purpose network generally used in personal computers and AV equipment.
  • the transmission speed is 100 Mbps-3.2 Gbps, and extremely high-speed communication is possible compared to the maximum speed of 12 Mbps for PROFIBUS-DP and 16 Mbps for SERCOS.
  • all the nodes connected to the network support isochronous communication that operates synchronously at a specific period of 125 ⁇ s.
  • Ethernet registered trademark
  • It has no features and is expected to be applied to real-time control networks that perform master-slave synchronous communication as described above. (For example, see Patent Document 1)
  • Fig. 12 shows a communication time chart of a general communication method such as PROFIBUS-DP.
  • cl, c2, ⁇ represent the command data timings for slave # 1, slave # 2, and “”, respectively, and rl, r2, ⁇ represent slave # 1, slave # 2, ⁇ ⁇ ⁇ This indicates the timing of sending force response data.
  • a synchronization packet is broadcast at the synchronization point at the beginning of the communication cycle, and when command data is subsequently transmitted to slave # 1, slave # 1 returns response data and then to slave # 2.
  • the slave # 2 returns the response data, and the command data and the response data are exchanged by so-called polling.
  • a communication method in which synchronous packets are broadcast simultaneously has been adopted.
  • Fig. 13 shows a communication time chart of another communication method adopted in SERCOS or the like.
  • the synchronization packet is broadcast simultaneously at the synchronization point, which is the beginning of the communication cycle, as in Fig. 12, and the command data cl, c2, ... They are transmitted from the master at a time, and they may be transmitted together in one packet.
  • the response data (rl, r2, ...) is transmitted after the elapse of the predetermined timer value appropriately adjusted for each slave, and the synchronization point is reached again after the elapse of the communication cycle, and the synchronization packet is broadcast simultaneously. Communication method was taken.
  • Patent Document 1 JP 2003-008579
  • Non-patent document l PROFIBUS_DP Specification (IEC61158 Type 3)
  • Non-Patent Document 2 SERCOS Specification (IEC61491)
  • the IEEE 1394 isochronous communication is a simultaneous broadcasting method, in which it is difficult to adjust the data transmission timing to the transmission path and the transmission order cannot be guaranteed. Therefore, the conventional master-slave synchronous communication method is used. It was difficult to schedule polling and data transmission after a predetermined time from the synchronization point and in accordance with the data transmission order.
  • JP 2003-008579 cited as an embodiment, after a unique trigger packet (synchronous packet) is broadcast simultaneously by the asynchronous communication instead of the cycle start packet, the data communication of each slave is performed by the asynchronous communication. This is to secure a communication cycle that spans multiple isochronous cycles while making a transmission request to the master.In addition, the jitter of the communication cycle is further increased, and the use of isochronous communication and asynchronous communication is different. There was a problem that communication processing became complicated.
  • the present invention has been made in view of such various problems, and uses IEEE1394 to set its natural cycle as a base cycle, and synchronizes all stations with a communication cycle that is an integral multiple of the base cycle. It is an object of the present invention to provide a master-slave synchronous communication system capable of easily scheduling transmission and reception of data while taking into account.
  • the present invention provides a master configured by one master and one or more slaves based on IEEE 1394, according to the first invention described in claim 1.
  • a communication cycle set to an integral multiple of the base cycle is used as a base cycle of a natural cycle of IEEE1394 communication
  • the master and each slave have a synchronization point which is a start timing of the communication cycle.
  • the master has detection means and a base cycle counter indicating the base cycle of the current cycle from the synchronization point, and the master determines in advance to which slave the command data is transmitted for each base cycle counter value. It has an assigned transmission management table, and sends command data to each slave each time the base cycle counter is updated based on the transmission management table ,
  • Each slave is characterized in that for transmitting the response data to the master Once turned previously allocated values of basal cycle counter.
  • the data of the base station is synchronized based on the base cycle counter synchronized by all stations. Transmission and reception can be performed, and synchronous communication scheduled in base cycle units can be performed in a communication cycle longer than the base cycle.
  • the master sets an arbitrary base cycle as a synchronization point, transmits command data to each slave based on the base point cycle, and Each slave corrects the base cycle counter value at the time of receiving the command data and the base cycle counter value based on the base cycle counter value at the time of receiving the pre-allocated command data.
  • the value reaches a predetermined value, it is detected as a synchronization point.
  • the master sets an arbitrary base cycle as a synchronization point, and transmits command data to each slave based on the base point.
  • the CYCLE_TIME register value to be the next synchronization point is written in the command data
  • each slave receives the CYCLE-TIME register value to be the next synchronization point in the command data when the command data is received.
  • the base station CYCLE Modifies the current value of the base cycle counter based on the TIME register value and detects when the count value reaches a predetermined value as a synchronization point.
  • the master sets an arbitrary base cycle as a synchronization point and sets a base cycle counter value to a predetermined value.
  • the base cycle counter value at that time is transmitted to each slave, and each slave sets the base cycle counter value in its own base cycle counter, and the count value is determined in advance.
  • the value reaches the specified value, it is detected as a synchronization point.
  • the master detects the synchronization point based on the value of the CYCLE TIME register, and at that time, the base server detects the synchronization point. Ital counter value is set to a predetermined value, and each slave detects a synchronization point based on the CYCLE-TIME register value by the same means as the master, and at that time, the base cycle counter value can be determined in advance. Set the value to As a result, with a method different from the second, third, and fourth inventions, all stations can maintain synchronization even if the communication cycle between the master and the slave is an integral multiple of the base cycle.
  • the synchronization point is detected, and the transmission is executed in accordance with the transmission schedule registered in advance in the transmission management table in synchronization with the synchronization point. It is possible to perform transmission and reception while maintaining all-station synchronization even at integer multiples of.
  • the invention's effect is possible to perform transmission and reception while maintaining all-station synchronization even at integer multiples of.
  • a natural cycle is used as a base cycle, and a base cycle counter that counts the number of totals is synchronized by all stations, thereby realizing a communication cycle that is an integral multiple of the natural cycle. You can do it.
  • the transmission timing of the command data from the master to the slave and the transmission timing of the response data from the slave to the master are scheduled, so that real-time control using IEEE 1394 can be performed.
  • the transmission management table is configured to transmit and receive command data from the master to the slave and transmission timing of response data from the slave to the master in the same base cycle.
  • the transmission timing information By setting the transmission timing information, the communication traffic in each base cycle in the communication cycle can be scheduled by the polling method equivalent to the conventional PROFIBUS-DP shown in FIG.
  • transmission timing of response data from each slave to the master may be performed in another base cycle with a delay from reception of command data from the master to the slave.
  • Setting the transmission management table and the transmission timing information has the effect that the communication traffic in each base cycle in the communication cycle can be scheduled according to SERCOS as shown in FIG.
  • the transmission management table on the master side and the transmission timing information on the slave side are set in accordance with the desired transmission / reception timing, the desired master-slave synchronous communication can be easily performed. It is possible to realize.
  • FIG. 1 A system configuration diagram to which IEEE1394 according to a fourth embodiment is applied
  • FIG. 2 is a diagram showing an implementation example of a master transmission management table and slave transmission timing information in an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a communication timing chart according to an embodiment of the second invention.
  • FIG. 4 is a communication timing chart according to an embodiment of the third invention.
  • FIG. 6 is a flowchart of a master command transmission process according to an embodiment of the first invention.
  • FIG. 7 is a flowchart of a slave response transmission process according to an embodiment of the first invention.
  • FIG. 8 is a flowchart of a synchronous point detecting means of the slave according to the embodiment of the second invention.
  • FIG. 9 is a flowchart of a synchronization point detecting means of a slave according to an embodiment of the third invention.
  • FIG. 10 is a flowchart of a synchronous point detecting means of a slave according to an embodiment of the fourth invention.
  • FIG. 11 is a flowchart of a master and slave synchronization point detecting means according to an embodiment of the fifth invention.
  • FIG. 12 Communication timing chart showing one example of a conventional method
  • FIG. 13 is a communication timing chart showing an example of another conventional method.
  • i l, 2, '-'n (n is an integer of 1 or more)
  • the CYCLE_TIME register includes a cycle_offset section, a cycle_count section, and a second_count section as shown in FIG.
  • the cycle_offset part counts the clock of 24.576MHz of each station, and when 3072 is reached, it outputs a carry every 125 ⁇ s of the natural period.
  • cycle_count counts the carry from cycle_offset, and when it reaches 8000, that is, it issues a carry every Is.
  • Cycle_synch is a synchronization signal transmitted every natural cycle.
  • FIG. 1 shows a specific embodiment of the first invention.
  • Forces S, 1 are masters
  • 3 is an IEEE1394 transmission path.
  • the base cycle counter 13 ⁇ 4 is counting up.
  • Cycle—Synchllj is also the execution timing of the synchronization point detecting means 14j.
  • the synchronization point detection means 14j detects a synchronization point every time the base cycle counter counts up, and operates to reset the base cycle counter value to 0 if the synchronization point.
  • the values of the base cycle counters of all stations on the field network system can be counted up synchronously.
  • the master 1 has a transmission management table 130, and the command transmission processing 150 transmits a command based on the information, while each slave i has transmission timing information 23i, and each slave i has the transmission timing information 23i.
  • Response transmission processing 25i is transmitting response data based on the response data.
  • FIG. 2 shows an embodiment of the transmission management table 130 on the master side and each transmission timing information 23i on the slave side.
  • the transmission management table of the master stores the destination slave to which the command is to be transmitted for each base cycle value.
  • a base cycle value at which a command should be received from the master and a response should be returned to the master is stored.
  • FIG. 6 shows a processing flow of the command transmission processing 150 on the master side in FIG. 1 showing the embodiment of the first invention
  • FIG. 7 shows a processing flow of the response transmission processing 25i on the slave side.
  • the master command transmission process 150 is started by Cycle_synchlO for each natural cycle, and first reads the value of the base cycle counter 120 in S1000 and sets it in a variable p.
  • the process proceeds to S1004r / rape processing of S1004r, and in S1003, notification data is transmitted to the slave S [k]. In this way, every time the value of the base cycle counter 120 is updated, the operation can be performed such that the command data is transmitted to all the slaves 2i scheduled to be transmitted in the cycle.
  • the process is started at Cycle_synch for each eigencycle according to the flow of FIG. 7, and first, at S2000, the base cycle counter 13 ⁇ 4 is read and set to a variable p. Next, in S2001, the response cycle value in the transmission timing information 23i is compared with the variable p, and if they match, the response cycle is at that point in time, so the response data is transmitted. If it does not match, otherwise it is not a response cycle, so do not send response data. In this way, it is possible to operate so that response data is transmitted each time the value of the base cycle counter 13 ⁇ 4 which has been preliminarily scheduled is reached.
  • the master 1 and the slave 2i can communicate synchronously at the respective scheduled timings.
  • FIG. 3 is a communication timing chart when the transmission and reception management table and the transmission timing information are scheduled so that transmission and reception are completed within the same base cycle.
  • FIG. 4 is a communication timing chart when scheduling is performed such that a response is transmitted after a certain base cycle in the transmission / reception management table and transmission timing information.
  • the synchronization point detecting means 14j which synchronizes the updating of the base cycle counter 13 ⁇ 4, is executed.
  • An example will be described.
  • the synchronization point itself is detected individually for each master 1 and each slave 2i, and the result is reflected in the base cycle counter value 13 ⁇ 4 of each station. In the cycle, the same discrimination result must be obtained for all stations.
  • the base cycle counter 13 ⁇ 4 value becomes 0 at this synchronization point, and thereafter, every time the base cycle elapses, that is, every time a Cycle_synch event l lj occurs, the base cycle counter 13 ⁇ 4 value is counted up, and after a predetermined communication cycle elapses At the next synchronization point, the base cycle counter 1 ⁇ is explained as returning the value to 0 again.
  • the transition of the base cycle counter 1 3 ⁇ 4 value is not limited to this. Not even. Further, the base cycle counter value at the synchronization point does not necessarily need to be 0 as long as it is a predetermined value.
  • the synchronization point detection means is a force activated by the cycle_synch event l lj for each natural period.
  • each slave 2i will be described with reference to FIG. 8.
  • S3000 it is determined whether or not command data has been received from the master 1 during the previous base station. If so, it is known that the last base cycle was the command cycle in the transmission timing information 23i, so the value of the command cycle value + 1 is set as the base cycle counter value this time. If there is no reception, the base cycle counter 12j is simply counted up in S3005. Next, if the base cycle counter value updated for wraparound determination in S3002 is equal to or greater than the total number of cycles in the transmission timing information 23i, the count value is reset to 0 in S3003, and then the synchronization point is reached. The processing at the synchronization point detection required in S3004 can be performed.
  • a third invention which is another method of the synchronization point detection processing 14j will be described.
  • the synchronization point detection means is activated for each cycle-synch event l lj for each natural period, and the base cycle counter 120 counts up and determines whether the value is simply 0. Just fine.
  • the command data transmitted from the master to the slave according to the transmission management table includes the master's CYCLE TIME register value at the next synchronization point. So that
  • each slave 2i it is determined whether or not command data has been received from the master 1 during the previous base cycle. If there is, take out the CYCLE_TIME register value to be the next synchronization point in the command data received in S4001.
  • the difference between the current cycle_count value of the CYCLE_TIME register and the cycle_count value of the next synchronization point CYCLE_TIME register in the command data is calculated.
  • the remainder of the result obtained by dividing ⁇ (the total number of cycles in the slave transmission timing information 23i) -1 (the difference) ⁇ by (the total number of cycles in the slave transmission timing information 23i) is obtained.
  • a fourth invention which is another method of the synchronization point detection processing 14j will be described.
  • the synchronization point detection means is activated for each Cycle_synch event l lj for each specific period, and the base cycle counter 120 counts up and it is sufficient to determine whether the value is simply 0. .
  • the command data transmitted from the master to the slave in accordance with the transmission management table includes the base cycle counter value of the master at that time.
  • each slave 2i it is determined whether or not command data has been received from the master 1 during the previous base cycle. If there is, the base cycle value + 1 included in the command data is set in the base cycle counter of the slave. If there is no reception, the base cycle counter 1 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ is simply counted up in S5005. Next, if the base cycle counter value updated for wrap-around determination in S5002 is equal to or greater than the total number of cycles in the transmission timing information 23i, the counter is counted in S5003 After resetting the default value to 0, since it is a synchronization point, the necessary processing at synchronization point detection in S5004 can be performed.
  • a fifth invention which is another method of the synchronization point detection processing 14j will be described with reference to FIG.
  • the synchronization point detection processing 140 of the master 1 is based on the fact that the synchronization point detection means is activated at each cycle of the Cycle_synch event l lj First, in S6000, the CYCLE_TIME register
  • the cycle_count value is divisible by the total number of base cycles required for the communication cycle. If it is divisible, it is determined to be a synchronization point, the base cycle counter value is set to 0 in S6001, and the necessary synchronization point detection processing is performed in S6002. If it is not divisible, it is determined that it is not a synchronization point, and the base cycle counter is counted up in S6003. Instead of counting up the base cycle, a remainder obtained by dividing the cycle_count value of the CYCLE-TIME register by the total number of base cycles required for the communication cycle may be set in the base cycle counter.
  • a synchronization point can be detected by the same means as the master based on the CYCLE-TIME register value of each slave.
  • a real-time control system in which the master 1 shown in Fig. 1 is the controller and the slave 2i is a device controlled by the controller at regular intervals, master-slave synchronization is performed using IEEE1394 for communication between the master and the slave. It is possible to build a real-time control system that can communicate.
  • a master is a motion controller and a slave is a motor drive device such as a servo drive or an inverter drive.

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Abstract

通信周期の同期点にジッタが生じない、局数（通信負荷）に応じて通信周期を長くすることができ、同期点から所定時間後にデータを送信するように送信スケジューリングが可能なマスタ・スレーブ同期通信方式を提供する。 　ＩＥＥＥ１３９４通信の固有周期を基底サイクルとしてその整数倍に設定された通信周期を持ち、各局は通信周期の開始タイミングである同期点の検出手段と、現サイクルが該同期点から何番目の基底サイクルであるかを示す基底サイクルカウンタ（同期点検出後、カウンタ値は全局で同じ値を持つ）を持ち、マスターは該基底サイクルカウンタ値毎にあらかじめ割り付けられた送信管理テーブルに基いて各スレーブへ指令を送信し、各スレーブは応答を送信する基底サイクルカウンタ値を設定した送信タイミング情報に基いてマスターへ応答データを送信する。

Description

明 細
マスター 'スレーブ同期通信方式
技術分野
[0001] 本発明は、 IEEE1394を使ってマスタ、 'スレーブ同期通信を行うリアルタイム制御 システムの通信方式に関する。 背景技術
[0002] 従来のマスタ一'スレーブ同期通信方式では、 PROFIBUS—DPのように通信周期 の同期点を知らせるデータパケットをマスターが全スレーブに一斉放送し、各スレー ブはその受信タイミングで同期点を検出し、その後ポーリングによって指令データと 応答データの交換を行っている（例えば、非特許文献 1参照）。
[0003] また、 SERCOS (登録商標）のように同期点の通知は同じくマスターからの一斉放 送による力 S、その後マスターから指令データが各スレーブに送信され、さらに各スレ ーブが同期点からの所定の時間経過後、あるいは所定の送信順序に基づき順次応 答データを送信していくものもある (例えば、非特許文献 2参照)。
[0004] こうしたマスター 'スレーブ間で同期をとつて通信を行う方式はリアルタイム制御シス テムでは一般的な通信方式である。
[0005] 一方 IEEE1394準拠ネットワークはパソコンや AV機器などで一般的な高速の汎用 ネットワークである。伝送速度は 100Mbps— 3. 2Gbpsであり、 PROFIBUS— DPの 最速 12Mbps、 SERCOSの最速 16Mbpsなどと比較すると極めて高速な通信が可 能である。なおかつネットワークに接続された全ノードが 125 μ sの固有周期で同期を とって動作するァイソクロナス通信をサポートしてレ、る点で、同じく汎用 ·高速の汎用 ネットワークであるイーサネット（登録商標）などに無い特徴を備えており、上述のよう なマスター 'スレーブ同期通信を行うリアルタイム制御用ネットワークへの応用が期待 されている。 （例えば、特許文献 1参照）
[0006] 図 12は PROFIBUS—DPなどで一般的な通信方式の通信タイムチャートを示して いる。図 12において、 cl、 c2、 · · ·はそれぞれスレーブ # 1、スレーブ # 2、 ' "あて の指令データタイミングを表しており、 rl、r2、 · · ·はスレーブ # 1、スレーブ # 2、 · · · 力 の応答データ送信タイミングを表している。図 12に示す通り通信周期先頭である 同期点にて同期パケットが一斉放送され、それに引続きスレーブ # 1へ指令データ が送信されるとスレーブ # 1が応答データを返信し、次にスレーブ # 2へ指令データ が送信されるとスレーブ # 2が応答データを返信するとレ、うように、レ、わゆるポーリン グにて指令データと応答データの授受を行い、再び通信周期経過後に同期点を迎 えて同期パケットが一斉放送されるという通信方法がとられていた。
[0007] また図 13は SERCOSなどで採用されてレ、る別の通信方式の通信タイムチャートを 示している。図 13に示す通り、通信周期先頭である同期点にて同期パケットが一斉 放送される点は図 12と同様であり、それに引続き各スレーブに送信される指令デー タ cl、 c2、 · · ·がマスターからまとまったタイミングで送信され、それらは 1パケットにま とめられて送信されることもある。その後スレーブごとに適切に調整された所定のタイ マー値経過後応答データ (rl、 r2、 · · ·）が送信されていき、再び通信周期経過後に 同期点を迎えて同期パケットが一斉放送されるという通信方法がとられていた。
[0008] このように、従来のマスター 'スレーブ同期通信方式では、毎通信周期の同期点毎 に同期パケットを一斉放送して全局の同期を確保する、という手段がとられていた。
[0009] 特許文献 1 :特開 2003— 008579
非特許文献 l : PROFIBUS_DP Specification (IEC61158 Type 3)
非特許文献 2 : SERCOS Specification (IEC61491)
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0010] し力しながら、従来のマスター 'スレーブ同期通信方式ではマスターから精度良く毎 回の同期点ごとに同期パケットを一斉放送して各スレーブに通知する動作が必要で ある。これに対応する形で IEEE1394準拠ネットワークのァイソクロナス通信を適用し ようとした場合、固有周期毎に編集され一斉送信されるサイクルスタートパケットがこ れにもつとも近い同期点通知手段となるが、このパケットは送信タイミング精度を保証 しておらず、同期点にジッタが生じるという問題があった。
[0011] また、スレーブの数が多くなるなどして通信周期を固有周期より長くとる必要があつ ても、固有周期は固定であって変更できないという問題も抱えていた。 [0012] さらに、 IEEE1394のァイソクロナス通信は一斉放送でかつ伝送路へのデータ送 信タイミングの調整が困難で送信順序の保証もできない通信方式のため、従来のマ スター'スレーブ同期通信方式で行われるポーリングや、同期点からの所定時間後 やデータ送信順序に従ったデータの送信スケジューリングが困難であった。
[0013] 実施例として引用した特開 2003—008579の場合、サイクルスタートパケットに代え て独自のトリガパケット（同期パケット）をァイソクロナス通信で一斉放送した後、各スレ ーブのデータ通信はァシンクロナス通信でマスターに対して送信要求を行ないなが ら複数アイソクロナスサイクルにまたがった通信周期を確保するものであり、通信周期 のジッタは更に大きなものとなる上にアイソクロナス通信とァシンクロナス通信を使い 分けるため、各局の通信処理が複雑になるという問題まであった。
[0014] 本発明はこのような様々な問題点に鑑みてなされたものであり、 IEEE1394を適用 して、その固有周期を基底サイクルとし、該基底サイクルの整数倍の通信周期で全 局の同期を取りながら、容易にデータの送受信スケジューリングが可能なマスター'ス レーブ同期通信方式を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0015] 本発明は上記目的を達成するために、請求項 1に示す第 1の発明のように、 IEEE 1394をベースにした 1台のマスターと 1台または複数台のスレーブにより構成される マスタ一'スレーブ通信方式において、 IEEE1394通信の固有周期を基底サイクノレ として該基底サイクルの整数倍に設定された通信周期を持ち、前記マスター、各スレ ーブは前記通信周期の開始タイミングである同期点の検出手段と、現サイクルが該 同期点から何番目の基底サイクルであるかを示す基底サイクルカウンタを持ち、前記 マスターは該基底サイクルカウンタ値毎にどのスレーブに対して指令データを送信す るかあらかじめ割り付けられた送信管理テーブルを持ち、該送信管理テーブルを元 に基底サイクルカウンタが更新される毎に各スレーブに指令データを送信し、前記各 スレーブは該基底サイクルカウンタのあらかじめ割り付けられた値になったらマスター に応答データを送信することを特徴とするものである。
[0016] このようになっているため、全局で同期のとれた基底サイクルカウンタを元にデータ の 送受信を実行することができ、基底サイクル以上の通信周期で、基底サイクル単位で スケジューリングされた同期通信を行うことができる。
[0017] 前記同期点の検出手段として、請求項 2に示す第 2の発明のように、前記マスター では任意の基底サイクルを同期点に定め、それに基き各スレーブに指令データを送 信し、前記各スレーブでは指令データを受信した際の基底サイクルカウンタ値とあら 力、じめ割り付けられた指令データを受信した時の基底サイクルカウンタ値を元に基底 サイクルカウンタ現在値を修正し、そのカウント値があらかじめ決められた値になった 時を同期点として検出するものである。結果、マスタ'スレーブ間の通信周期が基底 サイクルの整数倍でも、全ての局が同期を保つことが可能である。
[0018] 前記同期点の別の検出手段として、請求項 3に示す第 3の発明のように、前記マス ターでは任意の基底サイクルを同期点に定め、それに基き各スレーブに指令データ を送信する際に、該指令データ中に次回同期点となる CYCLE_TIMEレジスタ値 を書き込むものとし、前記各スレーブでは指令データを受信した際に該指令データ 中の次回同期点となる CYCLE— TIMEレジスタ値と現在の自局 CYCLE— TIME レジスタ値を元に基底サイクルカウンタ現在値を修正し、そのカウント値があらかじめ 決められた値になった時を同期点として検出するものである。結果、第 2の発明とは 別の方法で、マスタ'スレーブ間の通信周期が基底サイクルの整数倍でも、全ての局 が同期を保つことが可能である。
[0019] 前記同期点の検出手段として、請求項 4に示す第 4の発明のように、前記マスター では任意の基底サイクルを同期点に定め、基底サイクルカウンタ値をあらかじめ決め られた値にセットし、各スレーブへ指令を送信する時にその時の基底サイクルカウン タ値を前記各スレーブに送信し、前記各スレーブでは該基底サイクルカウンタ値を自 局の基底サイクルカウンタに設定し、そのカウント値があらかじめ決められた値になつ た時を同期点として検出する。結果、第 2、第 3の発明とは別の方法で、マスタ'スレ ーブ間の通信周期が基底サイクルの整数倍でも、全ての局が同期を保つことが可能 である。
[0020] 前記同期点の検出手段として、請求項 5に示す第 5の発明のように、前記マスター では同期点を CYCLE TIMEレジスタ値を元に同期点を検出し、その時に基底サ イタルカウンタ値をあらかじめ決められた値にセットし、前記各スレーブでは CYCLE —TIMEレジスタ値を元にマスターと同じ手段で同期点を検出し、その時に該基底 サイクルカウンタ値をあら力じめ決められた値にセットする。結果、第 2、第 3、第 4の 発明とは別の方法で、マスタ'スレーブ間の通信周期が基底サイクルの整数倍でも、 全ての局が同期を保つことが可能である。
[0021] このように同期点を検出し、その同期点に同期して、送信管理テーブルにあらかじ め登録された送信スケジュールに従って送信を実行することにより、マスタ'スレーブ 間の通信周期が基底サイクルの整数倍でも全局同期を保った送受信が可能となる。 発明の効果
[0022] 以上述べたように、本発明の方法によれば、固有周期を基底サイクルとし、そのサ イタル数をカウントする基底サイクルカウンタを全局で同期させ、固有周期の整数倍 の通信周期を実現する事ができる。また、その同期のとれた基底サイクルカウンタ値 を元にマスターからスレーブへの指令データおよびスレーブからマスターへの応答デ ータの送信タイミングのスケジュールを行うことにより、 IEEE 1394を適用したリアルタ ィム制御システムにおいて、固有周期の整数倍の通信周期で全局の同期を取りなが ら、データ送信が可能なマスター 'スレーブ同期通信方式を提供することすることがで きるという効果がある。
[0023] たとえば、図 3に記載の方法のように、マスターからスレーブへの指令データと該ス レーブからマスターへの応答データの送信タイミングを対にして同じ基底サイクルで 授受させるように送信管理テーブル、送信タイミング情報を設定すれば、通信周期内 の各基底サイクルにおける通信トラフィックを図 12に示す従来技術の PROFIBUS— DP相当のポーリング方式のスケジューリングを行わせることができるという効果がある
[0024] たとえば、図 4に記載の方法のように、各スレーブからマスターへの応答データの送 信タイミングをマスターからスレーブへの指令データ受信から遅延をおいた別の基底 サイクルで行わせるように送信管理テーブル、送信タイミング情報を設定すれば、通 信周期内の各基底サイクルにおける通信トラフィックを図 13のように SERCOS相当 のスケジューリングを行わせることもできるという効果がある。 [0025] 図 3、 4に示す事例以外にも、マスター側の送信管理テーブル、スレーブ側の送信 タイミング情報を、所望の送受信タイミングにあわせて設定すれば、所望のマスター · スレーブ同期通信を容易に実現することが可能である。
図面の簡単な説明
[0026] [図 1]第 4の発明の実施例となる IEEE1394を適用したシステム構成図
[図 2]本発明の実施例中、マスター送信管理テーブルとスレーブ送信タイミング情報 の実装例を示す図
[図 3]第 2の発明の実施例となる通信タイミングチャート
[図 4]第 3の発明の実施例となる通信タイミングチャート
[図 5]IEEE1394の CYCLE— TIMEレジスタ
[図 6]第 1の発明の実施例となるマスター指令送信処理フローチャート
[図 7]第 1の発明の実施例となるスレーブ応答送信処理フローチャート
[図 8]第 2の発明の実施例となるスレーブの同期点検出手段フローチャート
[図 9]第 3の発明の実施例となるスレーブの同期点検出手段フローチャート
[図 10]第 4の発明の実施例となるスレーブの同期点検出手段フローチャート
[図 11]第 5の発明の実施例となるマスターおよびスレーブの同期点検出手段フロー チャート
[図 12]従来の方法の 1例を示す通信タイミングチャート
[図 13]従来の他の方法の例を示す通信タイミングチャート
符号の説明
[0027] 1 マスター
2i スレーブ
3 IEEE 1394伝送路
10j CYCLE— TIMEレジスタ
1 lj Cycle― syncn
12j 基底サイクルカウンタ
130 送信管理テーブル
14j 同期点検出手段 150 指令送信処理
23i 送信タイミング情報
25i 応答送信処理
ci--- スレーブ #iあての指令データ
ri--- スレーブ #iからの応答データ
ただし、
i=l、 2、 '-'n (nは 1以上の整数)
j = 0、 1、 2、 ·'·η(ηは 1以上の整数）
発明を実施するための最良の形態
[0028] 以下、本発明の具体的実施例について、図に基づいて説明する。
実施例 1
[0029] まず、以下の説明の中で出てくる、 IEEE1394スタンダードにて規定された機能名 、信号名について説明しておく。 CYCLE_TIMEレジスタは図 5に示すように cycle_offset部、 cycle_count部、 second_count部から構成される。 cycle_offset部は各局 の 24.576MHzのクロックをカウントし、 3072になると、つまり固有周期の 125 μ s毎 にキャリーを出す。 cycle_countは cycle_offsetからのキャリーをカウントし、 8000になる と、つまり Is毎にキャリーを出す。 Cycle_synchは固有周期 毎に発信される 同期信号である。
[0030] 図 1に第 1の発明の具体的実施例を示す力 S、 1はマスター、 2i(i=l、 2、 ·'·η)はス レーブ、 3は IEEE1394の伝送路となっている。また 10j(j = 0、 1、 ·'·η)はマスター および各スレーブ内の時計部にあたる CYCLE— TIMEレジスタであり、ここ力ら同 期信号である Cycle— Synchlljが固有周期毎に発信され、基底サイクルカウンタ 1 ¾をカウントアップしている。さらに、 Cycle— Synchlljは同期点検出手段 14jの実 行タイミングともなってレ、る。
[0031] 同期点検出手段 14jはこれにより、基底サイクルカウンタのカウントアップ毎に同期 点の検出を行い、同期点であれば基底サイクルカウンタ値を 0にリセットするよう動作 する。このことにより、フィールドネットワークシステム上の全局の基底サイクルカウンタ の値が同期をとつてカウントアップできるようになる。 [0032] その他にマスター 1は送信管理テーブル 130を保有し、その情報に基づき指令送 信処理 150が指令を送信し、一方各スレーブ iはおのおのの送信タイミング情報 23i を保有し、それらの情報に基づいて応答送信処理 25iが応答データを送信している。
[0033] 図 2は前記マスター側の送信管理テーブル 130と、スレーブ側の各送信タイミング 情報 23iの実施例を示してレ、る。マスターの送信管理テーブルには各基底サイクノレ 値毎に指令が送信されるべき送信先スレーブが記憶されている。また、スレーブの送 信タイミング情報には、マスターから指令を受信すべき、また、マスターに応答を返信 すべき基底サイクル値が記憶されてレ、る。
[0034] 図 6は第 1の発明の実施例を示す図 1中のマスター側の指令送信処理 150の処理 フローを示し、図 7はスレーブ側応答送信処理 25iの処理フローを示している。これら の図を用いて、以下、第 1の発明の送受信について順を追って説明する。
[0035] マスター指令送信処理 150は図 6に示すように、固有周期毎の Cycle_synchl lO にて起動され、はじめに S1000で基底サイクルカウンタ 120の値を読出し変数 pにセ ットする。次に S1001でマスター送信管理テーブル 130中のサイクルカウンタ値が変 数 Pに対応した列データである送信指令数を変数 qにセットし、対応する送信先スレ ーブナンバーのリストデータを配列 S [k] (k = 0、 1、 · · ·、 q-1)にセットする。そして S 1002力ら S1004r の/レープ処理に移り、 S1003にてスレーブ S [k]宛てに旨令デ ータを送信する。このようにして、基底サイクルカウンタ 120値が更新されるたびに、 そのサイクル内で送信するようスケジューリングされている全スレーブ 2iに指令データ を送信するよう動作することができる。
[0036] 一方スレーブ側応答送信処理 25iでは図 7のフローに沿い、固有周期毎の Cycle _synchにて起動され、はじめに S2000にて基底サイクルカウンタ 1¾を読出し変数 pにセットする。次に S2001にて、送信タイミング情報 23i中の応答サイクル値と変数 pを比較し、一致していればその時点で応答サイクルとなっているので応答データを 送信する。一致してレ、なければ応答サイクルではなレ、ので応答データを送信しなレ、。 このようにして、あら力、じめスケジューリングされている基底サイクルカウンタ 1¾値に なるたびに応答データを送信するよう動作することができる。
[0037] このように、フィールドネットワークシステム内で同期をとつてカウントされている基底 サイクルカウンタ 12j値に従いマスター 1、スレーブ 2iがそれぞれスケジューリングされ たタイミングで同期をとつて通信を行うことができるのである。
[0038] 図 3は送受信管理テーブル、送信タイミング情報に、同一基底サイクル内で送受信 を完了するようにスケジューリングした場合の通信タイミングチャートである。マスター 側送信管理テーブル 130とスレーブ側送信タイミング情報 23iを適切に設定し、例え ばマスター送信管理テーブル 130内のサイクルカウンタ値 0列の送信先スレーブ No .を # 1、 # 2、サイクルカウンタ値 1列の送信先スレーブ No. 3を # 3、 # 4とし、スレ ーブ # 1、スレーブ # 2内送信タイミング情報 23iの各応答サイクル値を 0にセットし、 スレーブ # 3、スレーブ # 4内送信タイミング情報 23iの各応答サイクル値を 1にセット すれば、基底サイクルカウンタ 1¾値 0ではスレーブ # 1とスレーブ # 2に対す指令デ ータが送信され、逆にスレーブ # 1とスレーブ # 2からの応答データが返信され、以 下同様に同じ基底サイクル内で任意のスレーブ 2iの指令データと応答データを対に して授受させること力 Sできる。
[0039] 図 4は送受信管理テーブル、送信タイミング情報に、ある基底サイクル送れて応答 を送信するようにスケジューリングした場合の通信タイミングチャートである。マスター 側送信管理テーブル 130とスレーブ側送信タイミング情報 23iを適切に設定し、例え ばマスター送信管理テーブル 130内のサイクルカウンタ値 0列の送信先スレーブ No .を # 1、 # 2、サイクルカウンタ値 1列の送信先スレーブ No. 3を # 3、 # 4とし、スレ ーブ # 1、スレーブ # 2内送信タイミング情報 23iの各応答サイクル値を 4にセットし、 スレーブ # 3、スレーブ # 4内送信タイミング情報 23iの各応答サイクル値を 5にセット すれば、基底サイクルカウンタ 1¾値 0ではスレーブ # 1とスレーブ # 2に対する指令 データが送信されるがスレーブ # 1とスレーブ # 2からの応答データは 4サイクル遅れ て基底サイクルカウンタ 1 ¾値 4で返信され、同様にスレーブ # 3とスレーブ # 4の指 令データは基底サイクルカウンタ 1¾値 1で送信され、その応答データは 4サイクル遅 れて基底サイクルカウンタ 1¾値 5で送信されるようにスケジューリングさせることがで きる。
実施例 2
[0040] 次に基底サイクルカウンタ 1¾更新の同期をとつている、同期点検出手段 14jの実 施例について説明する。当然のことであるが、同期点の検出自体はマスター 1、各ス レーブ 2i個別に行われその結果は各局の基底サイクルカウンタ値 1 ¾に反映されるこ とになるが、その同期点となるサイクルは全局同一の判別結果が得られなければなら なレ、。本実施例ではこの同期点では基底サイクルカウンタ 1 ¾値が 0となり、以後基底 サイクル経過毎、即ち Cycle_synchイベント l lj発生毎に基底サイクルカウンタ 1¾ 値カ^ずつカウントアップされ、所定の通信周期経過後の次回同期点でふたたび基 底サイクルカウンタ 1 ¾値が 0に戻るものとして説明してある力 基底サイクルカウンタ 1 ¾値の推移はこれに限るものでなぐ例えばカウントダウンを行ってもかまわないこと はいうまでもない。また、同期点での基底サイクルカウンタ値は、ある決められた値で あれば、必ずしも 0である必要もない。
[0041] 同期点検出手段 14jの具体的な方法のひとつである第 2の発明を説明する。マスタ 一 1の同期点検出処理 140は同期点検出手段は固有周期毎の Cy cle_synchィべ ント l ljに起動される力 基底サイクルカウンタ 120のカウントアップ処理とその値が単 に 0であるかどうか判定すればょレ、。
[0042] 一方各スレーブ 2iでの処理は図 8に沿って説明するが、まず S3000で前回基底サ イタル中にマスター 1からの指令データ受信があつたかどうか判定する。あれば前回 基底サイクルが送信タイミング情報 23i中の指令サイクルであったことがわかるので、 今回基底サイクルカウンタ値として指令サイクル値 + 1の値をセットする。受信がなけ れば S3005にて単に基底サイクルカウンタ 12jをカウントアップする。次に S3002に てラップアラウンドの判定のため更新した基底サイクルカウンタ値が送信タイミング情 報 23i中の全サイクル数以上であれば、 S3003にてカウント値を 0にセットしなおした 後、同期点なので S3004にて必要となる同期点検出時処理を行うことができる。 実施例 3
[0043] 同期点検出処理 14jの他の方法となる第 3の発明を説明する。マスター 1の同期点 検出処理 140は同期点検出手段は固有周期毎の Cycle— synchイベント l lj毎に起 動され、基底サイクルカウンタ 120のカウントアップとその値が単に 0であるかどうか判 定すればよい。なお、送信管理テーブルに従ってマスターからスレーブへ送信される 指令データには、次回の同期点でのマスターの CYCLE TIMEレジスタ値を含め るようにする。
[0044] —方各スレーブ 2iでの処理は図 9に沿って説明するが、まず S4000で前回基底サ イクノレ中にマスター 1からの指令データ受信があつたかどうか判定する。あれば S400 1にて受信した指令データ中に次回同期点となる CYCLE_TIMEレジスタ値を取り 出す。次に S4002にて現在の CYCLE_TIMEレジスタの cycle_count値と、指令 データ中の次回同期点 CYCLE_TIMEレジスタの cycle_count値との差をとる。 そして S4003にて { (スレーブ送信タイミング情報 23i中の全サイクル数)一 (前記の差 ) }を (スレーブ送信タイミング情報 23i中の全サイクル数)で割った結果の剰余を求め 今回基底サイクルカウンタ値としてセットする。例えば受信した次回同期点 CYCLE _TIMEレジスタの cycle_count値が 45、現 CYCLE_TIMEレジスタの cycle_c ount値力 S43、全サイクル数が 6であった場合には、 { 6_ (45_43) } ÷ 6 = 4÷ 6の剰 余： 4となり、この値: 4を基底サイクルカウンタにセットすることになる。受信がなけれ ば S4007にて単に基底サイクルカウンタ 12jをカウントアップする。次に S4004にて ラップアラウンドの判定のため更新した基底サイクルカウンタ値が送信タイミング情報 23i中の全サイクル数以上であれば、 S4005にてカウント値を 0にセットしなおした後 、同期点なので S4006にて必要となる同期点検出時処理を行うことができる。
実施例 4
[0045] 同期点検出処理 14jの他の方法となる第 4の発明を説明する。マスター 1の同期点 検出処理 140は同期点検出手段は固有周期毎の Cycle_synchイベント l lj毎に起 動され、基底サイクルカウンタ 120のカウントアップとその値が単に 0であるかどうか判 定すればよい。なお、送信管理テーブルに従ってマスターからスレーブへ送信される 指令データには、その時のマスターの基底サイクルカウンタ値を含めるようにする。
[0046] 一方各スレーブ 2iでの処理は図 10に沿って説明するが、まず S5000で前回基底 サイクル中にマスター 1からの指令データ受信があつたかどうか判定する。あれば該 指令データに含まれる基底サイクル値 + 1の値を該スレーブの基底サイクルカウンタ にセットする。受信がなければ S5005にて単に基底サイクルカウンタ 1 ¾をカウントァ ップする。次に S5002にてラップアラウンドの判定のため更新した基底サイクルカウ ンタ値が送信タイミング情報 23i中の全サイクル数以上であれば、 S5003にてカウン ト値を 0にセットしなおした後、同期点なので S5004にて必要となる同期点検出時処 理を行うことができる。
実施例 5
[0047] 同期点検出処理 14jの他の方法となる第 5の発明を、図 11に沿って説明する。マス ター 1の同期点検出処理 140は同期点検出手段は固有周期毎の Cycle_synchィ ベント l lj毎に起動される力 まず、 S6000で CYCLE_TIMEレジスタの
cycle_count値が通信周期に必要な基底サイクルの全サイクル数で割り切れるかどう か判定する。割り切れれば、同期点と判定し、 S6001にて基底サイクルカウンタ値を 0にセットし、 S6002にて必要な同期点検出時処理を行う。割り切れなければ、同期 点でないと判定し S6003にて基底サイクルカウンタをカウントアップする。なお、基底 サイクルをカウントアップするかわりに、 CYCLE— TIMEレジスタの cycle_count値を 通信周期に必要な基底サイクルの全サイクル数で割った剰余を基底サイクルカウン タにセットしてもよい。
[0048] 前記各スレーブでは各スレーブの CYCLE— TIMEレジスタ値を元にマスターと同 じ手段で同期点を検出することができる。
産業上の利用可能性
[0049] こうして、図 1に示すマスター 1をコントローラとし、スレーブ 2iをコントローラにより定 周期で制御される機器としたリアルタイム制御システムにおいて、マスター 'スレーブ 間の通信に IEEE1394を使用してマスター 'スレーブ同期通信可能なリアルタイム制 御システムを構築することが可能となる。具体的な一例としてマスターがモーションコ ントローラ、スレーブがサーボドライブ、インバータドライブなどのモータードライブ装 置などからなるモーション制御システムがある。

Claims

請求の範囲
[1] IEEE1394をベースにした 1台のマスターと 1台または複数台のスレーブにより構成 されるマスター 'スレーブ通信方式において、 IEEE1394通信の固有周期を基底サ イタルとしてその整数倍に設定された通信周期を持ち、前記マスター、各スレーブは 前記通信周期の開始タイミングである同期点の検出手段と、現サイクルが該同期点 から何番目の基底サイクルであるかを示す基底サイクルカウンタを持ち、前記マスタ 一は該基底サイクルカウンタ値毎にどのスレーブに対して指令データを送信するか あらかじめ割り付けられた送信管理テーブルを持ち、該送信管理テーブルを元に基 底サイクルカウンタが更新される毎に各スレーブに指令データを送信し、前記各スレ 一ブは該基底サイクルカウンタのあら力じめ割り付けられた値になったらマスターに 応答データを送信することを特徴とするマスター 'スレーブ同期通信方式。
[2] 前記同期点の検出手段として、前記マスターでは任意の基底サイクルを同期点に定 め、それに基き各スレーブに指令データを送信し、前記各スレーブでは指令データ を受信した際の基底サイクルカウンタ値とあらかじめ割り付けられた指令データを受 信した時の基底サイクルカウンタ値を元に基底サイクルカウンタ現在値を修正し、そ のカウント値があらかじめ決められた値になった時を同期点として検出することを特徴 とする請求項 1に記載のマスター 'スレーブ同期通信方式。
[3] 前記同期点の検出手段として、前記マスターでは任意の基底サイクルを同期点に定 め、それに基き各スレーブに指令データを送信する際に、該指令データ中に次回同 期点となる CYCLE_TIMEレジスタ値を書き込むものとし、前記各スレーブでは指 令データを受信した際に該指令データ中の次回同期点となる CYCLE_TIMEレジ スタ値と現在の自局 CYCLE_TIMEレジスタ値を元に基底サイクルカウンタ現在値 を修正し、そのカウント値があら力^め決められた値になった時を同期点として検出 することを特徴とする請求項 1に記載のマスター 'スレーブ同期通信方式。
[4] 前記同期点の検出手段として、前記マスターでは任意の基底サイクルを同期点に定 め、基底サイクルカウンタ値をあらかじめ決められた値にセットし、各スレーブへ指令 を送信する時にその時の基底サイクルカウンタ値を前記各スレーブに送信し、前記 各スレーブでは該基底サイクルカウンタ値を自局の基底サイクルカウンタに設定し、 そのカウント値があらかじめ決められた値になった時を同期点として検出することを特 徴とする請求項 1に記載のマスター 'スレーブ同期通信方式。
[5] 前記同期点の検出手段として、前記マスターでは CYCLE— TIMEレジスタ値を元 に同期点を検出し、その時に基底サイクルカウンタ値をあら力、じめ決められた値にセ ットし、前記各スレーブでは CYCLE_TIMEレジスタ値を元にマスターと同じ手段で 同期点を検出し、その時に該基底サイクルカウンタ値をあらかじめ決められた値にセ ットすることを特徴とする請求項 1に記載のマスター 'スレーブ同期通信方式。
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