(57)【要約】本発明は、データ伝送システム（１）とデータ伝送システム（１）の加入者（３、４、５）のプロセッサ（６）との間でのデータ転送方法に関する。データ伝送システム（１）の全構成要素（２、９）は、共通の大域時間基準に対して同期されている。加入者プロセッサ（６）の駆動システム時間基準は、データ伝送システム（１）の大域時間基準に対して同期される。複雑なデータ伝送システム（１）においても大域時間基準に対する駆動システム時間基準の同期を可能にするために、加入者プロセッサ（６）の駆動システム時間基準が、少なくともデータ転送の前にデータ伝送システム（１）の大域時間基準に対して同期され、データ伝送システム（１）の大域時間基準に同期された同期クロック（２４）が、駆動システム時間基準の同期のために提供されることが提案される。この同期クロック（２４）は、ハードウェアおよび／またはソフトウェアで実現されている適切な手段（１１）によって提供される。さらに、本発明は、本発明に基づく方法を実現するためのデータ伝送システム（１）に関する。その際、同期クロック（２４）は、通信制御部（９）の適切な手段（１１）によって提供され、同期線（１２）を介してホストプロセッサ（６）に印加される。
2009530933.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
時間駆動型データ伝送システム（１）と前記データ伝送システム（１）の加入者（３、４、５）のプロセッサ（６）との間のデータ転送方法であって、前記データ伝送システム（１）の全構成要素（２、９）が、共通の大域時間基準に対して同期され、前記加入者プロセッサ（６）が、前記加入者プロセッサ上（６）で稼動する駆動システムによっても同様に利用される固有時間基準を有する、データ転送方法において、
前記加入者プロセッサ（６）の駆動システム時間基準が、少なくともデータ転送の前に、前記データ伝送システム（１）の大域時間基準に対して同期され、前記加入者（３、４、５）の通信制御部（９）によって、前記データ伝送システム（１）の大域時間基準に同期した同期クロック（２４）が前記駆動システム時間基準の同期のために提供されることを特徴とする、時間駆動型データ伝送システム（１）と前記データ伝送システム（１）の加入者（３、４、５）のプロセッサ（６）との間のデータ転送方法。
【請求項２】
前記データ伝送システム（１）の大域時間基準と前記加入者プロセッサ（６）の駆動システム時間基準との間の同期が、前記データ伝送システム（１）の駆動中にも継続的に実行されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記データ伝送システム（１）の目下の時刻が、前記同期クロック（２４）を用いて前記加入者プロセッサ（６）によって検出され、前記駆動システム時間基準が、対応して修正されることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記加入者（３、４、５）の前記通信制御部（９）が、前記同期クロック（２４）に基づいて割込みを生成し、前記割込みを介して、前記駆動システム時間基準が同期されることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記駆動システムにおいて、周期的なバス同期タスクのプロセスが、前記駆動システムのスケジューラ（２０、２１）により前記同期クロック（２４）に従って調整されることを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記駆動システムは、周期的なタイミングジェネレータ割込みルーチンにより呼び出される時間スケジューラ（２０）を含み、前記時間スケジューラ（２０）によって、前記周期的なバス同期タスクのプロセスの開始が、前記タイミングジェネレータ割込みルーチンのクロック周期に従って設定されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記駆動システムは、イベント駆動型ルーチンまたは周期的なイベント割込みルーチンにより呼び出されるイベントスケジューラ（２１）を含み、前記イベントスケジューラ（２１）によって、前記周期的なバス同期タスクのプロセスの開始およびイベント駆動型タスクのプロセスの開始が、前記同期クロック（２４）に従って設定されることを特徴とする、請求項５または請求項６に記載の方法。
【請求項８】
複数の加入者（３、４、５）と、前記加入者（３、４、５）間でのデータ伝送のためのネットワーク構造（２）とを備える時間駆動型データ伝送システム（１）であって、前記加入者（３、４、５）には、プロセッサ（６）が割り当てられており、前記データ伝送システム（１）の全構成要素（２、９）が、共通の大域時間基準に対して同期されており、各加入者（３、４、５）の加入者プロセッサ（６）は、前記加入者プロセッサ上（６）で稼動する駆動システムも同様に利用する固有時間基準を有する、時間駆動型データ伝送システム（１）において、
前記データ伝送システム（１）は、少なくとも前記データ伝送システム（１）と前記加入者プロセッサ（６）との間のデータ転送の前に前記データ伝送システム（１）の大域時間基準に対する少なくとも１つの前記加入者（３、４、５）のプロセッサ（６）の駆動システム時間基準の同期を実行する手段を有し、少なくとも１つの加入者（３、４、５）の通信制御部（９）は、前記駆動システム時間基準の同期のための、前記テータ伝送システム（１）の時間基準に同期された同期クロック（２４）を提供するための手段（１１）を有することを特徴とする、複数の加入者（３、４、５）と、前記加入者（３、４、５）間でのデータ伝送のためのネットワーク構造（２）とを備える時間駆動型データ伝送システム（１）。
【請求項９】
前記加入者（３、４、５）の前記プロセッサ（６）が、前記同期クロック（２４）を受信するための入力ピン（１３）と、前記同期クロック（２４）に対して前記駆動システム時間基準を同期させるための手段とを有することを特徴とする、請求項８に記載のデータ伝送システム（１）。
【請求項１０】
同期手段が、請求項２〜請求項７のいずれかに記載の方法を実行するために構成されていることを特徴とする、請求項９に記載のデータ伝送システム（１）。
【請求項１１】
複数の加入者（３、４、５）と、前記加入者（３、４、５）間でのデータ伝送のためのネットワーク構造（２）とを備える時間駆動型データ伝送システム（１）の加入者（３；４；５）であって、前記加入者（３；４；５）には、プロセッサ（６）が割り当てられており、前記データ伝送システム（１）の全構成要素（２、９）が、共通の大域時間基準に対して同期されており、前記加入者プロセッサ（６）は、前記加入者プロセッサ上（６）で稼動する駆動システムも同様に利用する固有時間基準を有する、時間駆動型データ伝送システム（１）の加入者（３；４；５）において、
前記加入者（３；４；５）は、少なくとも前記データ伝送システム（１）と前記加入者プロセッサ（６）との間のデータ転送の前に前記データ伝送システム（１）の大域時間基準に対する加入者プロセッサ（６）の駆動システム時間基準の同期を実行する手段を有し、前記加入者（３；４；５）の通信制御部（９）は、前記駆動システム時間基準の同期ための、前記テータ伝送システム（１）の時間基準に同期された同期クロック（２４）を提供するための手段（１１）を有することを特徴とする、複数の加入者（３、４、５）と、前記加入者（３、４、５）間でのデータ伝送のためのネットワーク構造（２）と、を備える時間駆動型データ伝送システム（１）の加入者（３；４；５）。
【請求項１２】
前記加入者（３；４；５）は、請求項２〜請求項７のいずれかに記載の方法を実行するための手段を有することを特徴とする、請求項１１に記載の加入者（３；４；５）。
【請求項１３】
複数の加入者（３、４、５）と、前記加入者（３、４、５）間でのデータ伝送のためのネットワーク構造（２）とを備える時間駆動型データ伝送システム（１）の加入者（３；４；５）の通信制御部（９）であって、前記加入者（３；４；５）には、プロセッサ（６）が割り当てられており、前記データ伝送システム（１）の全構成要素（２、９）は、前記通信制御部（９）を含めて、共通の大域時間基準に対して同期されており、前記通信制御部（９）は、前記加入者プロセッサ上（６）で稼動する駆動システムの固有時間基準に対して同期されている、時間駆動型データ伝送システム（１）の加入者（３；４；５）の通信制御部（９）において、
前記通信制御部（９）は、前記駆動システム時間基準の同期のための、前記テータ伝送システム（１）の時間基準に同期された同期クロック（２４）を提供するための手段（１１）を有し、前記加入者（３；４；５）は、少なくとも前記データ伝送システム（１）と前記加入者プロセッサ（６）との間のデータ転送の前に前記データ伝送システム（１）の大域時間基準に対して加入者プロセッサ（６）の駆動システム時間基準を同期させる手段を有することを特徴とする、複数の加入者（３、４、５）と、前記加入者（３、４、５）間でのデータ伝送のためのネットワーク構造（２）と、を備える時間駆動型データ伝送システム（１）の加入者（３；４；５）の通信制御部（９）。
【請求項１４】
前記通信制御部（９）は、請求項２〜請求項７のいずれかに記載の方法を実行するための手段を有することを特徴とする、請求項１３に記載の通信制御部（９）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、時間駆動型データ伝送システムと、データ伝送システムの加入者のプロセッサとの間でのデータ転送方法に関する。その際、データ伝送システムの全構成要素は、共通の大域時間基準に対して同期される。加入者プロセッサは、加入者プロセッサ上で駆動する駆動システムによっても同様に利用される固有時間基準を有する。さらに、本発明は、特許請求の範囲に記載の請求項１０の概念に基づく、複数の加入者と、加入者間でのデータ伝送のためのネットワーク構造と備えるデータ伝送システムに関する。さらに、本発明は、特許請求の範囲に記載の請求項１４の概念に基づく、データ伝送システムの加入者に関する。最後に、本発明は、特許請求の範囲に記載の請求項１６の概念に基づく、データ伝送システムの加入者の通信制御部にも関する。
【背景技術】
【０００２】
バスシステムの形態等の通信システムまたは通信接続を利用した、制御装置、センサおよびアクチュエータのネットワーク化は、近年、近代的な車両において、機械工学、特に工作機械分野において、さらにオートメーション化領域においても急激に増加している。その際、機能を複数の制御装置に分散させて相乗効果を達成することが可能である。すなわち、ここでは（機能）分散型システムが関わっている。
【０００３】
このようなデータ伝送システムの異なる加入者装置の間での通信は、ますますバスシステムを介して行われている。バスシステムにおける通信、アクセスおよび受信メカニズム、並びにエラー処理はプロトコルを介して制御される。ここでの公知のプロトコルとして、たとえば、現在ＦｌｅｘＲａｙプロトコル仕様バージョン２．１に基づく、ＦｌｅｘＲａｙプロトコルが挙げられる。ＦｌｅｘＲａｙプロトコルにおいて、特に車両に組み込むための、高速で、確定的でフォールト・トレラントなバスシステムが関わっている。ＦｌｅｘＲａｙプロトコルは、時分配多重アクセス（Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ；ＴＤＭＡ）の方法に基づいて機能する。その際、加入者または伝送されるメッセージには、固定のタイムスロットが割り当てられている。固定のタイムスロットにおいて、加入者または伝送されるメッセージは、通信接続の排他的使用権を持つ。タイムスロットは設定された伝送サイクルで繰り返されるので、メッセージがバスを介して伝送される時点が事前に正確に予告され、バス使用権の取得も確定的に行われる。
【０００４】
バスシステムにおいてメッセージ伝送のための帯域幅を最適に利用するため、ＦｌｅｘＲａｙは、サイクルを静的部分および動的部分に分割する。その際、固定のタイムスロットは、バスサイクルの先頭にある静的部分に存在する。動的部分では、タイムスロットが動的に設定される。動的部分においては、短時間、すなわち少なくとも１つのミニスロットの間に、排他的バス使用権が与えられる。ミニスロット内でバスアクセスが行われる場合に限り、タイムスロットは必要な時間だけ延長される。従って、帯域幅は、実際に必要とされる場合に使用される。その際、ＦｌｅｘＲａｙは、１つまたは２つの物理的に異なる線を介して、最大１０Ｍｂｉｔ／ｓのデータ伝送速度で通信する。しかし当然のことながら、ＦｌｅｘＲａｙは、データ伝送速度が遅い場合でも駆動されることが可能である。その際、２つのチャネルは、特にＯＳＩ（Ｏｐｅｎ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）階層モデルの物理層に相当する。２つのチャネルは、主として冗長的でフォールト・トレラントなメッセージ伝送に役立つ。しかし、異なるメッセージも伝送可能であり、その場合データ伝送速度は２倍の速さになることが予想される。接続線を介して伝送される信号が、両線を介して伝送される２つの信号の差異から生成することも同様に構想可能である。物理層は、（複数の）接続線を介する（１つまたは複数の）信号の電気的または光学的伝送、または他の経路での伝送を可能にするように、実現されている。
【０００５】
同期機能を実現し、２つのメッセージ間に短い間隔を入れてデータスループットを最適化するために、通信ネットワークの加入者は、共通の時間基準、大域的な時間を必要とする。時刻同期のために、サイクルの静的部分において同期メッセージが伝送される。その際、ＦｌｅｘＲａｙ仕様に応じた特別なアルゴリズムによって、加入者のローカル時計は、全ローカル時計が仮想的な大域時間に同期して稼動するように修正される。
【０００６】
データ伝送システムの加入者には、加入者プロセッサまたはホストプロセッサと称されるプロセッサが割り当てられている。このプロセッサ上で、コンピュータプログラムが駆動する。コンピュータプログラムにより、加入者は、開ループ制御機能および／または閉ループ制御機能等の、独自に割り当てられた機能を実現することが可能になる。独自の機能を実現するため、ホストプロセッサは、センサ等のデータ伝送システムの他の加入者によりネットワーク構造を介して受信されたデータを引き続き処理することが可能である。同様に、ホストプロセッサは、データ伝送システムのネットワーク構造を介して、データ伝送システムの他の加入者に、独自の機能実現の枠組みにおいて生成したデータ、例えば、アクチュエータの駆動データの送信を促すことが可能である。
【０００７】
ホストプロセッサ上では、加入者の機能を実現するためのコンピュータプログラムの異なるプロセスおよびタスクのシーケンスを調整し、制御する駆動システムが駆動している。従来技術に基づいて、公知のホストプロセッサは、通常水晶振動子等として構成されホストプロセッサのクロック信号を提供する、固有の内部または外部クロックジェネレータを有している。クロック信号は、大域時間基準に対するデータ伝送システムの同期等のために利用される他の外部クロック信号からは独立している。駆動システム、ならびに、ホストプロセッサ上で稼動するコンピュータプログラムまたはコンピュータプログラムのプロセッサおよびタスクは、内部または外部クロックジェネレータのクロック信号に対して同期されている。
【０００８】
ホストプロセッサの内部および外部クロックジェネレータは、固有時間基準を有する独立したクロック信号である。固有時間基準は、データ伝送システムの全構成要素が同期されている大域時間基準から独立している。すなわち、データ伝送システムの加入者のホストプロセッサは、互いに同期して作動せず、データ伝送システムに関しても同期して作動しない。この理由から、データ伝送システムと、ホストプロセッサとの間のデータの転送のために、通常では、記憶要素が設けられている。記憶要素へは、ホストプロセッサによる更なる処理のためにデータ伝送システムを介して到着したデータ、または、データ伝送システムを介する転送のためにホストプロセッサにより提供されたデータが書き込まれる。記憶要素からは、そこ（記憶要素）で格納されたデータが必要な場合に、更なる処理のためにホストプロセッサにより取得されるか、または、ネットワーク構造を介する伝送のためにデータ伝送システムの通信制御部により取得される。記憶要素におけるデータ格納、および記憶要素からの呼び出しは、異なるクロック時間に基づいて行われるので、データ伝送システムとホストプロセッサと間の同期が欠如しているために、比較的長い待ち時間が生じる。さらに、データ伝送の適時性、および、記憶要素へのデータ格納および記憶要素からのデータ取得の際の同時性または準同時性が、全く保障されていない。
【０００９】
ホストプロセッサとデータ伝送システムとの間でのデータ転送における時間差は、特に、イベント駆動型データ伝送にとっては短所となる。なぜならば、データ伝送、およびそれに続くホストプロセッサにおける伝送されるデータの処理は、この場合特定のイベントが起きた結果であり、通常では、このイベントへの応答として、特定の期間内に特定の機能を起動する必要があるからである。ホストプロセッサとデータ伝送システムとの間で同期が欠如しているために、イベントに対する応答としての加入者の機能が、比較的遅れて起動される、または、完全に遅れて起動されることになる。
【００１０】
従来技術では、データ伝送システムと加入者のホストプロセッサとの間での各データ伝送の前に、以下の工程を行うことによって、特に毎回、データ伝送システムの大域時間基準に対して駆動システム時間基準を同期させることが公知である。
ａ）データ伝送システムの目下のバスクロックに関する、ホストプロセッサと通信制御部との間での問い合わせ
ｂ）駆動システム時間基準との偏差および必要な修正値の検出
ｃ）時間基準の修正
【００１１】
データ転送の前の毎回の駆動システム時間基準の同期は、時間および計算の負荷が掛かる。特に、工程ａ）およびｂ）は、同期のために多大な時間および計算を必要とする。
【００１２】
独国特許出願公開１０３４０１６５号明細書において、センサおよびアクチュエータをバスシステムに接続するための方法および装置が公知である。ここでは、バスシステムの時間クロックによって、センサまたはアクチュエータにおける信号処理の複数の位相のうちの少なくとも１つの位相を同期させることが提案される。センサまたはアクチュエータが、バスシステムの大域時間基準に対して同期されることが特に提案される。この独国特許出願公開１０３４０１６５号明細書で公知のセンサおよびアクチュエータは、バス通信へ加入する際に経由する、ロジックを有している。さらに、公知のセンサおよびアクチュエータは、異なる速度のクロックにおけるセンサ信号処理のための手段を有している。しかし、センサおよびアクチュエータは、独自に割り当てられた機能を実現するための、プロセッサ上で稼動する駆動システムを備えたプロセッサを有しない。センサおよびアクチュエータにおいては、最も簡単で基本的な形態の、データ伝送システムの加入者が関わっている。加入者は、比較的簡単な方法でデータ伝送システムに接続され、大域時間基準に対して同期されることが可能である。
【００１３】
駆動システム、特に、マルチタスク対応型駆動システムが稼動するホストプロセッサ等を備える複雑な加入者の場合、データ伝送システムへのホストプロセッサの接続、および駆動システム時間基準とデータ伝送システムの大域時間基準のとの間の同期には、本質的に、より負荷が掛かり、より複雑である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
記載された従来技術から出発して、本発明の課題は、加入者が比較的費用が掛かり複雑に構成されている場合に、すなわち、加入者が特に、駆動システムが駆動可能なプロセッサを有する場合に、データ伝送システムの大域時間基準に対する、駆動システム時間基準の容易かつ信頼性の高い同期が可能であるように、データ伝送システムの加入者のプロセッサとデータ伝送システムとの間でのデータ転送を構成し、発展させることにある。全体的に、本発明によって、ホストプロセッサとデータ伝送システムとの間でのデータ転送の待ち時間が低減され、データ転送の適時性および同時性が明らかに向上させられる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本課題を解決するために、加入者プロセッサの駆動システム時間基準が、少なくともデータ転送の前にデータ伝送システムの大域時間基準に対して同期され、加入者の通信制御部によって、データ伝送システムの大域時間基準に同期された同期クロックが駆動システム時間基準の同期のために提供されることが、冒頭で挙げた形態の方法に基づいて提案される。
【００１６】
本発明は、すなわち、例えばＦｌｅｘＲａｙプロトコル、ＴＴＣＡＮ（Ｔｉｍｅ  Ｔｒｉｇｇｅｒｅｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）プロトコル、ＴＴＰ／Ｃ（Ｔｉｍｅ  Ｔｒｉｇｇｅｒｅｄ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ  Ｃｌａｓｓ  Ｃ）プロトコル、または任意の他の時間駆動型プロトコル等に従ってデータが伝送される、時間制御型データシステムに基づいている。以下では、本発明がＦｌｅｘＲａｙプロトコルを用いて例示的に解説されるが、本発明は、ＦｌｅｘＲａｙプロトコルまたはＦｌｅｘＲａｙデータ伝送システムに限定されるものではなく、他の時間駆動型プロトコルまたは時間駆動型データ伝送システムにおいても容易に使用されることが可能である。
【００１７】
本発明の重要な態様は、通常のようなソフトウェア実行を介してではなく外部のハードウェアユニットによって、データ伝送システムの大域時間基準に対してホストプロセッサの駆動システムの時間基準が同期されることである。これは、通常では、レジスタ内の時間情報の読出し、時間情報と目下の時間基準との比較、修正値の検出、および、駆動システムの時間基準の本来の調整のための、対応するレジスタへの修正値の書き込みを介して、行われる。これにより、目下の時間基準の問い合わせ、および、データ伝送システムの時間基準に対する駆動システム時間基準の同期が必要かどうかに関する検証のための、従来技術では周期的に反復される負荷が不要になる。
【００１８】
データ伝送システムは、通信制御部を介してデータ伝送システムのネットワーク構造の通信接続に接続されている複数の加入者を含んでいる。ネットワーク構造という概念には、パッシブな構成要素も、アクティブな構成要素も含まれている。例として、接続線、パッシブスター、アクティブスター、レベル変換器、送受信ユニット等が挙げられる。ネットワーク構造は、他の加入者への転送のために信号に符号化されたデータをデータバスへと転送する送信加入者の符号化ユニットと、ネットワーク構造または接続線から転送された信号を受信する受信加入者の復号化ユニットとの間に延びている。
【００１９】
データ伝送システムのいくつかの加入者には、ホストプロセッサとも呼ばれる少なくとも１つの加入者プロセッサがそれぞれ割り当てられている。ホストプロセッサ上では、特にマルチタスク対応型駆動システムとして構成された駆動システムが稼動する。
【００２０】
本発明に基づいて、データ伝送システムの大域時間基準に対して加入者の処理機能の一部のみを同期させるのではなく、駆動システム全体およびそれに伴いホストプロセッサ上で駆動する全処理機能、プロセスおよびタスクも、データ伝送システムの大域時間基準に対して同期させることが提案される。ホストプロセッサの駆動システム時間基準と、データ伝送システムの大域時間基準との間の同期が、少なくともホストプロセッサとデータ伝送システムとの間のデータ転送の前に行われる。
【００２１】
最後に、加入者の通信制御部が、データ伝送システムの大域時間基準に同期された同期クロック信号を提供することが、本発明に基づいて提案される。データ伝送システムの構成要素としての通信制御部は、駆動システム時間基準の同期のための同期クロックが提供される際の手段も有している。当然のことながら、同期クロックを生成するための手段も、通信制御部の外部の任意の箇所に配置されていることが可能である。例えば、加入者のマイクロコントローラ内に手段を配置することが構想可能である。同期クロックは、データ伝送システムの大域時間基準に同期しており、データ伝送システムの大域時間基準に対して、データ伝送システムの構成要素としての通信制御部が同様に同期されている。駆動システム時間基準は、通信制御部の同期クロックに対して同期される。この方法で、ホストプロセッサおよびホストプロセッサ上で稼動する駆動システムを備えた加入者が比較的複雑に、複合的に構成されている場合も、簡単で信頼性が高い方法で、データ伝送システムの大域時間基準に対して駆動システム時間基準が同期されることが可能である。従って、ホストプロセッサの処理クロック、特に、データがホストプロセッサによりデータ伝送システムのために提供され、データ伝送システムにより取得される際に用いられる作動クロックが、データ伝送システムのクロックに対して調整されることが可能である。この方法で、待ち時間が低減され、データ伝送システムにおける適時性および同時性が向上されることが可能である。
【００２２】
データ伝送システムの大域時間基準に対する駆動システム時間基準の同期は、通信制御部により提供された同期クロックを用いたスケジューラによる起動によって行われる。これは、特に、ホストプロセッサ上で稼動する駆動システムのバス同期タスクのスケジューラを呼び出すための割込みを開始させることによって起こる。従来技術で必要であるように駆動システムの時間基準の訂正が必要か否かについての決定は、本発明の場合省略されることが可能である。
【００２３】
加入者の通信制御部に設けられた、同期クロックを提供するための手段によって、データバス同期クロックが、駆動システムの同期のために提供される。これにより、同期のために必要な負荷が著しく低減される。さらに、例えばホストプロセッサおよびホストプロセッサ上で稼動する駆動システムを備えた複雑で負荷が掛かる加入者を、データ伝送システムの大域な時間基準に対して同期させることも可能である。本発明によって、背景技術に対して、特に以下の長所が生じる。
ａ）大域時間基準に対して駆動システム時間基準を同期させるために必要なソフトウェアの省略
ｂ）同期の精度の向上
ｃ）追跡時間の低減（時間基準の主要な調整は、一回で実行されることが可能ではなく、複数のクロックに分散される必要がある。その際、本発明に基づいて、クロック数が低減されることが可能である）、および、
ｄ）大域時間基準を問い合わせるために必要な、ホストプロセッサと通信制御部との間の通信の省略
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
バスシステム形態等の通信システムまたは通信接続を利用した、制御装置、センサおよびアクチュエータのネットワーク化は、近年、近代的な車両において、機械工学、特に工作機械分野において、さらにオートメーション化領域においても急激に増加している。その際、機能を複数の制御装置に分散させて相乗効果を達成することが可能である。すなわち、ここでは（機能）分散型システムが関わっている。
【００２５】
このようなデータ伝送システムの異なる加入者装置の間での通信は、ますますバスシステムを介して行われている。バスシステムにおける通信、アクセスおよび受信メカニズム、並びにエラー処理はプロトコルを介して制御される。ここでの公知のプロトコルとして、たとえば、現在ＦｌｅｘＲａｙプロトコル仕様バージョン２．１に基づく、ＦｌｅｘＲａｙプロトコルが挙げられる。ＦｌｅｘＲａｙプロトコルにおいて、特に車両に組み込むための、高速で、確定的でフォールト・トレラントなバスシステムが関わっている。ＦｌｅｘＲａｙプロトコルは、時分配多重アクセス（Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ；ＴＤＭＡ）の方法に基づいて機能する。その際、加入者または伝送されるメッセージには、固定のタイムスロットが割り当てられている。固定のタイムスロットにおいて、加入者または伝送されるメッセージは、通信接続の排他的使用権を持つ。タイムスロットは設定された伝送サイクルで繰り返されるので、メッセージがバスを介して伝送される時点が事前に正確に予告され、バス使用権の取得も確定的に行われる。ＦｌｅｘＲａｙは、１つまたは２つの物理的に異なる線を介して、最大１０Ｍｂｉｔ／ｓのデータ伝送速度で通信する。しかし当然のことながら、ＦｌｅｘＲａｙは、データ伝送速度が遅い場合でも駆動されることが可能である。その際、２つのチャネルは、特にＯＳＩ（Ｏｐｅｎ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）階層モデルの物理層に相当する。２つのチャネルは、主として冗長的でフォールト・トレラントなメッセージ伝送に役立つ。しかし、異なるメッセージも伝送可能であり、その場合データ伝送速度は２倍の速さになることが予想される。伝送される信号は、線を介して伝送される２つの信号の差異から、差異信号として生成することも構想可能である。物理層を介する信号伝送は、電気的に、光学的に、または任意の他の形態で行われることが可能である。
【００２６】
同期機能を実現し、２つのメッセージ間に短い間隔を入れてデータスループットを最適化するために、通信ネットワークの加入者は、共通の時間基準、すなわち、大域的な時間を必要とする。時刻同期のために、サイクルの静的部分において同期メッセージが伝送される。その際、ＦｌｅｘＲａｙ仕様に応じた特別なアルゴリズムによって、加入者のローカル時計は、全ローカル時計が仮想的な大域時間に同期して稼動するように修正される。
【００２７】
本発明は、以下では、ＦｌｅｘＲａｙプロトコルを用いて詳細に解説される。当然のことながら、本方法は、ＴＴＣＡＮ（Ｔｉｍｅ  Ｔｒｉｇｇｅｒｅｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）またはＴＴＰ／Ｃ（Ｔｉｍｅ  Ｔｒｉｇｇｅｒｅｄ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ  Ｃｌａｓｓ  Ｃ）等の、時間駆動型データ伝送のための任意の他のプロトコルのためにも使用されることが可能である。
【００２８】
図１では、ＦｌｅｘＲａｙプロトコル、特にＦｌｅｘＲａｙ仕様バージョン２．１に基づいて信号に符号化されたデータを伝送するための、本発明の一実施形態に基づくデータ伝送システムが、全体像として符号１で示されている。データ伝送システム１は、ネットワーク構造２を含んでいる。ネットワーク構造２は、多少とも複雑に構成されていることが可能であり、パッシブな構成要素（供給線、チョーク、抵抗器、パッシブスター等）および／またはアクティブな構成要素（送受信ユニット、通信制御部、アクティブスター等）を含むことが可能である。ネットワーク構造には、複数の加入者３、４、５が接続されており、その際加入者３、４、５は、「データ伝送システム」という概念の本発明の基礎を成す定義に基づいて、部分的にデータ伝送システム１に属し、部分的にデータ伝送システム１の外部に存在する。データ伝送システム１の外部に存在するものには、特に、ホストプロセッサ６とも称される、加入者３、４、５のプロセッサ６が該当する。ホストプロセッサ６では、プロセッサ６上で同様に稼動するコンピュータプログラムのプロセスおよび／またはタスクを調整する駆動システムがそれぞれ駆動している。
【００２９】
ホストプロセッサ６上でのコンピュータプログラムの実行によって、対応する加入者３、４、５は、独自に割り当てられた機能を実現することが可能である。この機能は、例えば、車両の駆動輪におけるブレーキ介入の制御であることが可能である。ブレーキ介入の開ループ制御および／または閉ループ制御のために、例えば、車両の車輪速度、車両速度、ヨーレートおよびその他等の異なる駆動変数が、加入者３、４、５の入力接続７を介してホストプロセッサ６に提供される。加入者３、４、５に割り当てられた機能を実現するための、ホストプロセッサ６上でのコンピュータプログラム実行の枠組みにおいて、例えば、油圧ブレーキシリンダ、または車輪プレーキを作動させるための電動機のために駆動信号が生成され、加入者３、４、５の出力接続８を介して操作部に提供される。
【００３０】
ホストプロセッサ６とは異なり、加入者３、４、５の通信制御部９は、本発明の一実施形態に基づくデータ伝送システム１に割り当てられている。通信制御部９を介して、ホストプロセッサ６によりコンピュータプログラム実行の枠組みにおいて提供されたデータが、他の加入者へのデータ伝送のために、ネットワーク構造２に転送される。この目的のため、ホストプロセッサ６によりデータ線１０を介して獲得されたデータは、最初に、ＦｌｅｘＲａｙプロトコル仕様バージョン２．１等の、利用されるプロトコル仕様に基づく正しいフォーマットに整えられる必要がある。（記載されていない）バスドライバを介して、フォーマット化されたデータは、その後、データ伝送のためにネットワーク２に転送される。同様に、通信制御部９によって、ネットワーク２を介して伝送されたデータが取得され、データ線１０を介して、更なる処理のためにホストプロセッサ６へと転送される。
【００３１】
データ伝送システム１の全構成要素は、上記のように、共通の時間基準に対して、すなわち、データ伝送システム１の大域時間基準に対して同期される。このことは、異なる加入者３、４、５によるデータ伝送のための、衝突および待ち時間のないネットワーク構造２への確定的なアクセスを実現するために必要である。
【００３２】
ホストプロセッサ６も同様に、所定のクロックレートで作動する。従来技術で公知のデータ伝送システムの場合、異なる加入者３、４、５のホストプロセッサ６のクロックレートは、完全に互いに独立しており、さらに、データ伝送システム１のクロックレートに対しても独立している。ホストプロセッサ６、またはホストプロセッサ６上で稼動する駆動システムが、データ伝送システム１の大域時間基準から独立していることは、一方の駆動システムと他方のデータ伝送システム１とが並行して、互いに接点がなく関わり合わずに作動する限り、それほど重要なことではない。しかし、データ伝送システム１とホストプロセッサ６の駆動システムとの間に接点がある瞬間においては、例えば、通信制御部９とホストプロセッサ６との間でのデータ転送の際には、同期の欠如が重大な短所となる。特に、通信制御部９またはホストプロセッサ６によるデータ提供、およびホストプロセッサ６または通信制御部９によるデータの取得は、互いに調整されていない。これにより、システム全体で待ち時間が発生する。さらに、データ伝送システム１の２つの異なる加入者のホストプロセッサ６間でのデータ伝送の適時性および同時性が保障されることが不可能である。
【００３３】
この理由により、データ伝送システム１の大域時間基準に対して、加入者３、４、５のホストプロセッサ６の駆動システムの時間基準を同期させることが、本発明に基づいて提案される。この目的のため、加入者３、４、５の通信制御部９内に、データ伝送システム１の大域時間基準に同期された同期クロックを提供するための手段１１が設けられている。同期クロックは、同期線１２を介して、ホストプロセッサ６に印加される。ホストプロセッサ６は、入力ピン１３を有している。入力ピン１３には、同期線１２が接続されており、通信制御部９の手段１１の同期クロックが、入力ピン１３に印加される。
【００３４】
従来とは異なり、ホストプロセッサ６は、もはや、クロック信号がデータ伝送システム１の時間基準から完全に独立している内部または外部クロックジェネレータからではなく、むしろ、通信制御部９に追加的に設けられた手段１１から、駆動システムの時間基準が定義される際に基盤となる、独自のクロック信号を獲得する。その際、手段１１は、ホストプロセッサ６のクロックジェネレータとして機能し、ホストプロセッサ６に、駆動システム時間基準の同期のための同期クロックを提供する。同期クロックは、データ伝送システム１の大域時間基準に対して同期して稼動する。
【００３５】
本発明の一実施形態に基づくデータ伝送システム１は、ホストプロセッサ６と加入者３、４、５の通信制御部９との間でのデータ転送の際の待ち時間が、最小値に低減されることが可能である、という長所を持っている。さらに、データは、適時かつ同時に、少なくともほとんど同時に転送されることが可能である。データ伝送システム１の大域時間基準に対する駆動システム時間基準の同期の詳細は、以下、図２〜図４を用いて解説される。
【００３６】
近代的な駆動システムの場合、アプリケーションまたはコンピュータプログラムが、複数のタスクに対して分散される。これらのタスクは、ホストプロセッサ６上でほとんど同時に駆動する。その際、各タスクは、少なくとも異なる状態に、すなわち、「ｓｕｓｐｅｎｄ（一時停止）」、「ｒｅａｄｙ（作動可能）」および「ａｃｔｉｖｅ（実行中）」になることが可能である。「ｒｅａｄｙ」は、これらのタスク実行のための準備が整っていることを意味する。それに対して「ｓｕｓｐｅｎｄ」は、これらのタスクの実行が目下において許可されていないことを意味する。「ａｃｔｉｖｅ」状態では、タスクに、ホストプロセッサ６の計算能力全体が排他的に割り当てられている。図２は、従来技術で公知である、タスク作動のための基本概念を示している。通常では、タスクは、１つまたは複数のスケジューラ２０、２１によって「ｒｅａｄｙ」状態にされる。示される実施形態において、コンピュータプログラムの、周期的に作動されるタスクのための時間スケジューラ（Ｔｉｍｅ−Ｓｃｈｅｄｕｌｅｒ）２０、およびイベント駆動型タスクの作動のためのイベントスケジューラ（Ｅｖｅｎｔ−Ｓｃｈｅｄｕｌｅｒ）２１が設けられている。どのタスクに対して、ホストプロセッサ６の計算能力が割り当てられるのかについては、ディスパッチャ２２が決定する。各スケジューラの実行には、ディスパッチャの実行が関連づけられている。すなわち、ディスパッチャ２２は、どのタスクをどの時点で「ａｃｔｉｖｅ」状態にするのかについて決定する。
【００３７】
従来技術で公知のホストプロセッサ６のタイミングジェネレータ（Ｔｉｍｅｒ）が、符号２３で示されている。タイミングジェネレータ２３は、時間スケジューラ２０に起動信号２４を提供する。さらに、公知のホストプロセッサ６は、アナログ／デジタル変換器の「ポートＡ」接続２５および「Ａ／Ｄ」接続２６の形態をした、異なる入力接続７を有している。この入力接続口２５、２６において、特定の時点ｔに起こるイベント２７、２８が発生するまたは割り当てられることが可能である。イベント２７、２８には、特定のタスクが割り当てられている。特定のタスクは、イベントスケジューラ２１によって「ｒｅａｄｙ」状態にされる。ディスパッチャ２２は、所定の時点に同様に、予定されたイベント駆動型タスクを「ａｃｔｉｖｅ」状態に切り替える。ディスパッチャ２２の出力口２２では、どのように、ホストプロセッサの計算能力が、異なるタスクに割り当てられるのかについて検出可能である。
【００３８】
図３では、本発明の第１実施形態に基づく、ホストプロセッサ６におけるタスク作動のための基本概念が示されている。公知の基本概念との根本的な相違は、通信制御部９の手段１１が、タイミングジェネレータとして機能し、同期線１２を介して時間スケジューラ２０に同期クロック２４を提供することにある。同期クロック２４は、データ伝送システム１の大域時間基準に同期されている（通信制御部９の時間基準に対しても同期している）。これにより、時間スケジューラ２０が、駆動システムにおいて最も速く反復されるタスク（２ｍｓ等）の時間枠において、異なるタスクを「ｒｅａｄｙ」状態に切り替える。図３において「動的に」または「静的に」に示されているイベント駆動型タスク自体が、時間スケジューラ２０により、駆動システムにおいて最も頻繁に反復されるタスク（２ｍｓ等）の所定の時間クロックにおいて、「ｒｅａｄｙ」状態に切り替えられることが可能である。その際、最も頻繁に反復されるタスク（２ｍｓ等）の反復レートに相当し、クロック信号２４またはデータ伝送システムの大域時間基準に同期されている時間クロックにおいて、予定されているタスク全体が、引き続いてディスパッチャ２２によって「ａｃｔｉｖｅ」状態に切り替えられることが特に重要である。図３で示される実施形態において、イベントスケジューラ２１は、イベント駆動型タスクを「ｒｅａｄｙ」状態に切り替える役目を果たす。
【００３９】
これに対し図４に示される実施形態では、周期的なタスクが、時間スケジューラ２０を介して調整され、バス同期タスクが、イベントスケジューラ２１を介して調整される。本実施形態において、通信制御部９とホストプロセッサ６のイベントスケジューラ２１とを繋ぐ接続線２９が設けられている。線２９を介して、通信制御部９は、イベントスケジューラ２１に時点ｔを通知する。時点ｔにおいて、イベント駆動型タスクは、例えば「動的に」または例えば「静的に」開始される必要がある。イベント駆動型タスクは、同期クロック２４に同期されて開始するバス同期タスクである。「動的な」バス同期タスクは、例えば２１０μｓごとに、すなわち例えば、駆動システムにおけるタスクの最も短い反復レートに対応する時間クロック（２ｍｓ等）の間にも、データ伝送システム１の大域時間基準といずれにせよ同期して、例えば車輪速度を読み込み、転送するためのタスクに相当する。図４に示される実施形態の場合に、バス同期イベント駆動型タスクは、すなわち、周期的タスク（２ｍｓ等）の最も短い反復レートの時間クロックにおいてのみではなく、その間にも（例えば２１０μｓ後に）開始されることが可能である。
【００４０】
本発明によって、ホストプロセッサ６による、またはホストプロセッサ６上で駆動するコンピュータプログラムの形態をしたアプリケーションによるアクセスが確定的に行われることが、保障されている。本発明の一実施形態に基づいて、ネットワーク構造２（例えばデータバス）に接続されている加入者３、４、５のホストプロセッサ６の駆動システムの時間基準が、データバスの時間基準に対して同期される。その際、同期は、駆動システム（スケジューラ）を起動するための、通信制御部のバス同期クロックを提供することによって行われる。特に、ソフトウェアの追加的な負荷はもはや必要ではなく、従来技術で必要であったような、以下の形態の問い合わせが完全に省略されることが可能である。
−データ伝送システムの時間基準の問い合わせ
−加入者プロセッサの駆動システムは、データ伝送システムの時間基準に同期されて駆動しているか
−データ伝送システムの時間基準によって同期されて駆動するために、加入者プロセッサの時間基準は、いつ修正される必要があるのか
【００４１】
通信制御部９の追加的な回路部１１を介して、時間スケジューラ２０のためのクロックが提供される。回路部１１の内部構成によって、クロックがデータバスのクロックに同期されることが保障される。回路部１１は、ソフトウェア、ハードウェア、またはソフトウェアとハードウェアの組み合わせによって、通信制御部９内に、または通信制御部９の、ステートマシン（Ｓｔａｔｅ  Ｍａｃｈｉｎｅ）の形態等をしたプロセッサ内に、実現されることが可能である。これにより例えば、スケジューラ２０、２１の制御のためにデータバスのクロックと同期クロック２４との比率を変更し、任意に設定することが可能である。比率の調整は、例えば通信制御部９内のレジスタの書き込みによって行われることが可能である、または、他の適切な形態で行われることが可能である。
【００４２】
通常では、時間スケジューラ２０の呼び出しは、タイミングジェネレータ２３の周期的な割込みルーチンにおいて行われる（図２参照）。この呼び出しは、これ以降（図３、図４参照）、追加的な回路部１１の同期クロック２４によって開始される割込みルーチンにおいて行われる。本発明の一実施形態に基づく方法を実現するために、特に、以下の工程が必要である。
−データバスのクロックに対する同期クロック２４の比率を決定するための、回路部１１の初期化
−割込みルーチンのためのホストプロセッサ６の初期化
−回路部１１におけるクロック生成の開始、および、
−割込みルーチンにおけるスケジューラ２０、２１の呼び出し
【００４３】
必要な場合、時間スケジューラ２０およびバス周期の共通の開始時点が、ソフトウェアによって、または、通信制御部割込みを介して獲得されることが可能である。ソフトウェアを用いて実現する際には、通信制御部９へ、ホストプロセッサ６の標準インタフェースが、バス時間に関する情報を提供するという状況が最大限に利用される。その際の長所は、ホストプロセッサ６のハードウェアに関する拡張が不要なことである。しかし、通信制御部９とホストプロセッサ６との間の通信負荷がさらに高くなる、という短所がある。バス周期の開始によって起動される通信制御部割込みを用いて実現する際には、ホストプロセッサ６のハードウェアに関する拡張が不要であることは、同様に有利である。しかし、追加的な割込みルーチンが処理される必要がある、という短所がある。
【００４４】
通信制御部９がデータバスのクロックを提供する場合に、追加的な回路部１１は、通信制御部９の外部にも配置されることが可能である。回路部１１は、（図示されていない）更なる別のタイミングジェネレータも含むことが可能である。（図示されていない）更なる別のタイミングジェネレータは、データバスおよびそれに伴い大域時間基準が一時的に使用不可の際に、代わりに同期クロックを提供する。このために、回路部１１は、バス同期タスクと、タイミングジェネレータにより制御されるタスクとの間の確実な切り替えを保障する必要がある。情報（例えば、レジスタ値、入力ピン１３等）がスケジューラ２０、２１およびバス周期の共通の開始時点を保障するために追加して提供されるように、回路部１１を拡張することも構想可能である。バス同期タスクの開始は、時間スケジューラ２０を介して、またはイベントスケジューラ２１を介して行われることが可能である。バス同期タスクの開始が時間スケジューラ２０を介して行われる場合、タスクの計画が駆動システムを介して行われるという長所がある。さらに、更なる別のコード、および追加的な割込み呼び出しが不要である。しかし、タスクの開始時点が、任意に選択されることが不可能である（時間枠はタスクのクロックによって設定されている）、という短所がある。さらに、バス周期に対して時間スケジューラ２０を同期させるために（開始時点）、追加的な負荷が必要となる。バス同期タスクの開始がイベントスケジューラによって行われる場合、タスクの開始時点が（タスクのクロックの間でも）任意に選択されることが可能である、という長所がある。しかし、追加的な割込みルーチンが必要という短所がある。
【００４５】
本発明を実現するために、初期化ソフトウェアの変更が必要である。この変更は、初期化コードの解析によって検出可能であり、製造段階で証明可能である。同様に、ホストプロセッサ６および／または通信制御部９の設計が、上記の方法で変更される必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】好適な実施形態に基づく、本発明の一実施形態に基づくデータ伝送システムを示している。
【図２】従来技術に基づく加入者のホストプロセッサ上の駆動システムによりタスクを作動させるための基本原理を示している。
【図３】本発明の第１の好適な実施形態に基づく、従来技術の加入者のホストプロセッサ上の駆動システムによりタスクを作動させるための基本原理を示している。
【図４】本発明の第２の好適な実施形態に基づく、従来技術の加入者のホストプロセッサ上の駆動システムによりタスクを作動させるための基本原理を示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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