(57)【要約】【課題】感知及び／又は制御用システムの設計及び実行をするために必要な時間を最小にし、また該システムの拡張性及び規模設定性を最大にすること。【解決手段】感知及び／又は制御環境用オブジェクト指向枠組み構造は、一組の感知及び／又は制御用サブシステムと、枠組み及びインターフェースシステムと、ネットワークと、管理サーバシステムとを含む。枠組み及びインターフェースシステムは、感知及び／又は制御用エレメントと通信する信号交換モジュールと、拡張バスと、クライアントコンピュータシステムとを含む。クライアントコンピュータシステム内の枠組み供給モジュールは、信号交換モジュールを特徴づける構成化情報を引き出す。枠組み供給モジュールは、信号交換モジュールとの通信のためにハードウェアインターフェースモジュールを自動的に構成し、信号交換モジュールのハードウェア信号を対応する事象にマップする。事象は、事象識別子とデータ値とを含む。枠組み供給モジュールは、事象と管理サーバシステム内の応用ソフトウェアとを交換し、ハードウェア信号と感知及び／又は制御用エレメントを監視又は制御する信号交換モジュールとを交換する。枠組み供給モジュールは、応用ソフトウェアと、信号交換モジュールのハードウェア構成の詳細項目とを切り離す。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
感知についての演算及び制御についての演算からなるグループから選択される１つの演算に関係づけられた電気信号を搬送するために適した少なくとも１つのコンポーネントを有するハードウェアサブシステムと、
コンピュータネットワークと、
前記コンピュータネットワークに接続されたソフトウェアコンポーネントであって前記ハードウェアサブシステムに対応する応用処理を与えるソフトウェアコンポーネントと、
前記ハードウェアサブシステムと前記コンピュータネットワークとに接続された変換インターフェースであって前記電気信号に従って前記ハードウェアサブシステムと通信し、前記電気信号に対応する事象符号に従って前記ソフトウェアコンポーネントと通信する変換インターフェースとを含む、システム。
【請求項２】
前記コンピュータネットワークは、ローカルエリアネットワーク、広域ネットワーク及びインターネットからなるグループから選択される１つのネットワークを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記変換インターフェースはコンピュータシステムを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
さらに、前記ソフトウェアコンポーネントが常駐する第１のコンピュータシステムを含み、前記変換インターフェースは第２のコンピュータシステムを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記変換インターフェースは、前記ハードウェアサブシステムに接続された信号交換モジュールと、前記信号交換モジュールと前記コンピュータネットワークとに接続されたコンピュータシステムとを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記変換インターフェースは、前記ハードウェアサブシステムに接続された信号交換モジュールと、前記信号交換モジュールと前記コンピュータネットワークとに接続されたコンピュータシステムとを含み、
前記信号交換モジュールは、標準バスインターフェースにプラグイン方式で適合されたカードを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記変換インターフェースは、前記ハードウェアサブシステムに接続された信号交換モジュールと、前記信号交換モジュールと前記コンピュータネットワークとに接続されたコンピュータシステムとを含み、
前記信号交換モジュールはメザニン型バスカードを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記変換インターフェースは、前記ハードウェアサブシステムに接続された信号交換モジュールと、前記信号交換モジュールと前記コンピュータネットワークとに接続されたコンピュータシステムとを含み、
前記信号交換モジュールは工業パックモジュールを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記変換インターフェースは、前記ハードウェアサブシステムに接続された信号交換モジュールと、前記コンピュータネットワークに接続されたコンピュータシステムと、前記信号交換モジュールと前記コンピュータシステムとに接続された拡張バスとを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
さらに、前記コンピュータネットワークに接続された信号データベースであって前記信号交換モジュールに対応する構成化情報を記憶する信号データベースを含む、請求項５に記載のシステム。
【請求項１１】
さらに、前記コンピュータネットワークに接続された信号データベースであって前記信号交換モジュールと前記事象符号とに対応する構成化情報を記憶する信号データベースを含む、請求項５に記載のシステム。
【請求項１２】
さらに、前記コンピュータネットワークに接続された信号データベースであって前記変換インターフェースと前記ハードウェアサブシステムとの通信を容易にする情報を記憶する信号データベースを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
さらに、前記コンピュータネットワークに接続された信号データベースであって前記変換インターフェースと前記ハードウェアサブシステムとの通信を容易にする情報を記憶しかつ前記事象符号を記憶する信号データベースを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記変換インターフェースは、前記ハードウェアサブシステムに接続された信号交換モジュールであって前記電気信号に対応するハードウェア信号を記憶するための記憶エレメントを有する信号交換モジュールを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
さらに、前記コンピュータネットワークに接続された信号データベースであって前記信号交換モジュールに対応する構成化情報を記憶する信号データベースを含み、
前記変換インターフェースは、さらに、前記信号データベースから構成化情報を引き出し、前記信号交換モジュールと前記ハードウェアサブシステムとの通信を容易にするインターフェースモジュールを作成するために接続された構成化モジュールを含む、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
さらに、前記コンピュータネットワークに接続された信号データベースであって前記信号交換モジュールに対応する構成化情報を記憶する信号データベースを含み、
前記変換インターフェースは、さらに、
前記信号データベースから構成化情報を引き出し、前記信号交換モジュールと前記ハードウェアサブシステムとの通信を容易にするインターフェースモジュールを作成するために接続された構成化モジュールと、
前記電気信号と前記事象符号との間のマップを作るために接続された事象符号化復号化モジュールとを含む、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１７】
さらに、前記コンピュータネットワークに接続された信号データベースであって前記信号交換モジュールに対応する構成化情報を記憶する信号データベースを含み、
前記変換インターフェースは、さらに、
前記信号データベースから構成化情報を引き出し、前記信号交換モジュールと前記ハードウェアサブシステムとの通信を容易にするインターフェースモジュールを作成するために接続された構成化モジュールと、
前記電気信号と前記事象符号との間のマップを作るために接続された事象符号化復号化モジュールと、
前記ソフトウェアコンポーネントとの事象に基づく通信を管理するために接続されたプロセス間通信モジュールとを含む、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１８】
さらに、前記コンピュータネットワークに接続された信号データベースであって前記信号交換モジュールに対応する構成化情報を記憶する信号データベースを含み、
前記変換インターフェースは、さらに、
局所メモリと、
前記信号データベースから構成化情報を引き出し、前記信号交換モジュールと前記ハードウェアサブシステムとの通信を容易にするインターフェースモジュールを作成するために接続された構成化情報と、
前記電気信号と前記事象符号との間のマップを作るために接続された事象符号化復号化モジュールと、
前記ソフトウェアコンポーネントとの事象に基づく通信を管理するために接続されたプロセス間通信モジュールと、
前記記憶エレメントを前記局所メモリ内のアドレスに関係づけるメモリマッピングモジュールとを含む、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１９】
さらに、前記コンピュータネットワークに接続された信号データベースであって前記ハードウェアサブシステムに対応する構成化情報を有する信号データベースを含む、請求項１４に記載のシステム。
【請求項２０】
さらに、前記コンピュータネットワークに接続された信号データベースであって前記ハードウェアサブシステムと前記事象符号を前記電気信号に関係づける事象符号定義とに対応する構成化情報を有する信号データベースを含む、請求項１４に記載のシステム。
【請求項２１】
複数のハードウェアサブシステムであって各ハードウェアサブシステムが、感知についての演算及び制御についての演算からなるグループから選択される１つの演算に関係づけられた電気信号を搬送するために接続された少なくとも１つのコンポーネントを含む複数のハードウェアサブシステムと、
コンピュータネットワークと、
前記コンピュータネットワークに接続された一組のソフトウェアコンポーネントであって前記複数のハードウェアサブシステムに対応する応用処理を与える一組のソフトウェアコンポーネントと、
一組の変換インターフェースであって各変換インターフェースが、少なくとも１つの前記ハードウェアサブシステムと前記コンピュータネットワークとに接続され、前記ハードウェアサブシステムに関係づけられた前記電気信号に従って接続された各ハードウェアサブシステムと通信し、ハードウェアサブシステムに各事象符号が関係づけられた電気信号に対応するような複数の事象符号に従って前記一組のソフトウェアコンポーネントと通信する一組の変換インターフェースとを含む、システム。
【請求項２２】
前記コンピュータネットワークは、ローカルエリアネットワーク、広域ネットワーク及びインターネットからなるグループから選択される１つのネットワークを含む、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
さらに、前記一組のソフトウェアコンポーネントが常駐するコンピュータシステムを含む、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２４】
さらに、前記ソフトウェアコンポーネントが常駐する第１のコンピュータシステムを含み、前記変換インターフェースは第２のコンピュータシステムを含む、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２５】
さらに、前記コンピュータネットワークに接続された信号データベースであって各変換インターフェースとこれに接続された前記ハードウェアサブシステムとの通信を容易にする構成化情報を記憶する信号データベースを含む、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２６】
さらに、前記コンピュータネットワークに接続された信号データベースであって各変換インターフェースとこれに接続された前記ハードウェアサブシステムとの通信を容易にする構成化情報を記憶し、複数の事象符号定義を記憶する信号データベースを含む、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２７】
感知信号及び制御信号からなるグループから選択される１つの信号に各電気信号が対応する一組の電気信号を搬送するために適した応用ソフトウェアプログラム、信号データベース、変換インターフェース及びハードウェアサブシステムを含むシステムを構成するための方法であって、
前記ハードウェアサブシステムと通信可能の変換インターフェースハードウェア構成を定義する一組の信号データベース項目を作成するステップと、
前記信号データベースから変換インターフェースハードウェア構成化情報を引き出すステップと、
前記引き出されたハードウェア構成化情報を用いて、前記電気信号に従って前記変換インターフェースと前記ハードウェアサブシステムとの通信を容易にするソフトウェアインターフェースを作成するステップとを含む、方法。
【請求項２８】
前記変換インターフェースは一組の信号交換エレメントを含み、前記ハードウェア構成は、前記変換インターフェース内の信号交換エレメントであって各信号交換エレメントが前記ハードウェアサブシステムに接続された信号交換エレメントの構成を表す、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記一組の信号データベース項目を作成するステップは、さらに、一組の事象符号定義であって各事象符号定義が電気信号に対応する事象符号を特定する事象符号定義の作成を含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
さらに、前記電気信号に従って前記ハードウェアサブシステムと通信し、前記変換インターフェースハードウェア構成に対応する事象符号に従って前記応用ソフトウェアプログラムと通信するステップを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】
感知信号及び制御信号からなるグループから選択される１つの信号に対応する電気信号を搬送するために適した応用ソフトウェアプログラム、コンピュータネットワーク、変換インターフェース及びハードウェアサブシステムを含むシステムにおいて、感知についての演算及び制御についての演算からなるグループから選択される１つの演算を実行する方法であって、
前記変換インターフェースに前記電気信号を受けるステップと、
前記電気信号に対応する事象符号を決定するステップと、
前記事象符号を前記コンピュータネットワークを通して前記応用ソフトウェアプログラムに伝えるステップとを含む、方法。
【請求項３２】
前記コンピュータネットワークは、ローカルエリアネットワーク、広域ネットワーク及びインターネットからなるグループから選択される１つのネットワークを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
さらに、前記電気信号の値に対応する事象値を決定するステップと、前記事象値を前記コンピュータネットワークを通して前記応用ソフトウェアプログラムに伝えるステップとを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
感知信号及び制御信号からなるグループから選択される１つの信号に各電気信号が対応する複数の電気信号を搬送するために適した応用ソフトウェアプログラム、コンピュータネットワーク、変換インターフェース及びハードウェアサブシステムを含むシステムにおいて、感知についての演算及び制御についての演算からなるグループから選択される１つの演算を実行する方法であって、
前記応用ソフトウェアプログラムからの事象についての符号を前記コンピュータネットワークを通して前記変換インターフェースに受けるステップと、
前記事象についての符号が対応する電気信号を決定するステップと、
前記決定された電気信号を前記ハードウェアサブシステムに伝えるステップとを含む、方法。
【請求項３５】
前記コンピュータネットワークは、ローカルエリアネットワーク、広域ネットワーク及びインターネットからなるグループから選択される１つのネットワークを含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
さらに、前記事象符号に関係づけられた事象値を前記変換インターフェースに受けるステップと、
前記事象値に基づいて電気信号値を決定するステップとを含む、請求項３４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
関連出願
本願は、２０００年９月２０日に出願された米国特許仮出願第６０／２３３，９２４号、名称「ソフトウェア駆動系（ソフトウェアドライバ）用のオブジェクト指向型枠組み（フレームワーク）構造」を基礎として優先権を主張するものである。
【０００２】
米国政府機関との契約についての陳述
本発明は、米国政府契約番号Ｎ０００１９−９８−Ｃ−００１２、「ＭＫ　ＩＩＩ　武器システム訓練機（Ｗｅａｐｏｎｓ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　Ｔｒａｉｎｅｒ）」の下での研究段階において構想され、実戦用に纏められ、及び／又は構築され、検証されたものである。米国政府は、本願について一定の権利を有する。
【０００３】
発明の背景
技術分野
本発明は、一般に、感知及び／又は制御用システムの内部及び／又は該システム間の通信処理に関する。本発明は、特に、応用処理を行う応用ソフトウェアすなわちアプリケーションソフトウェアがその技術的な展開及び規模設定性（スケーラビリティ）を容易に調整するように前記ソフトウェアが内部的（ローカル）及び／又は遠隔的（リモート）な感知及び／又は制御用サブシステムと通信する、オブジェクト指向型枠組み（フレームワーク）の構造に関する。
【０００４】
背景技術の説明
感知及び／又は制御用システムは、模擬実験（シミュレーション）、工業的自動操作（マニュファクチュアリング・オートメーション）、工業制御、工程監視（プロセスモニタリング）及び／又は遠隔的位置感知のような広範囲の環境や状況で用いられる。そのようなシステムは、典型的には、特定の環境や状況に関係づけられた複数の要求条件すなわち要求条件セットに従って、特定の複数のハードウェアエレメント（ハードウェア要素）を統合する。与えられた各感知及び／又は制御用システムは該システムの固有的特徴に関して前記環境や状況に適するように設計されており、各システムの適応性は前記環境や状況外には及ばない。その点について、例えば、飛行模擬実験（フライトシミュレーション）用のシステムやエレメントは、石油精製処理用の監視システムではほとんど有用でなかろう。
【０００５】
感知及び／又は制御用システムは、典型的には、該システムの特定のハードウェア設計に関して特有の応用処理すなわち応用ソフトウェアの設計に依存する。与えられた感知及び／又は制御用システムのためのハードウェア設計が完了すると、応用ソフトウェア設計が進められる。感知及び／又は制御用システム内のソフトウェアエレメント（ソフトウェア要素）は、該システムのハードウェアの構成（ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）又は機構（ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ）に密接に結びつけられる。したがって、ソフトウェアエレメントを、異なる感知及び／又は制御用システムにまたがって利用又は再利用することができる範囲は極端に制限される。このような制限の結果として、感知及び／又は制御用システムを開発及び実行するために必要な時間は望外に長く、また前記時間に関連して、その費用も望外に高い。
【０００６】
前記システムについての応用ソフトウェア設計は、該システムのハードウェア設計に依存する。このため、一般に、システムの変更又は更新（アップグレード）を行うことは、時間を要しかつ高価な応用ソフトウェアの変更や修正、再編集（再コンパイル）、プログラム誤りの除去（デバッギング）を行わずしては不可能である。それゆえ、現存の感知及び／又は制御用システムでは、技術的な展開を、融通性をもって効率的かつ適切に調整することができない。
【０００７】
応用ソフトウェアが感知及び／又は制御用システムのハードウェア構成に依存することは、該システムの規模設定性の向上を非常に困難なものにさせている。与えられた感知及び／又は制御用システムに、１以上の内部的又は遠隔的なサブシステムを加えるためには、応用ソフトウェアについて、一般に、時間及び費用を要する手順である高価な変更修正、再コンパイル及びデバッギングを必要とする。
【０００８】
感知及び／又は制御用システムの設計及び実行をするために必要な時間を最小にし、また該システムの拡張性及び規模設定性を最大にする感知及び／又は制御用システムの構造が必要である。
【０００９】
【発明の概要】
一実施形態において、感知及び／又は制御を行う環境や状況（以下「感知及び／又は制御環境」という。）に適したオブジェクト指向枠組み（フレームワーク）構造は、信号データベースとコンピュータネットワークとに接続された管理サーバシステムと、前記コンピュータネットワークと一組の感知及び／又は制御用サブシステムとに接続された枠組み及びインターフェースシステムとを含む。各感知及び／又は制御用サブシステムは、前記管理サーバシステム内で実行する応用ソフトウェアの指示の下での、与えられた感知及び／又は制御環境内でのアナログ、デジタル、シリアル又は他のタイプの信号の取得処理及び／又は分散処理のために適した感知及び／又は制御用エレメントを含むことができる。
【００１０】
枠組み及びインターフェースシステムは、一組の電気的インターフェース装置と、枠組み供給モジュールを備えるクライアントコンピュータシステムとを含むことができる。各電気的インターフェース装置は、拡張バスに接続された１以上の信号交換モジュールを含むことができる。信号交換モジュールは、特定の感知及び／又は制御用サブシステムと信号を交換するための電気回路を含むことができる。拡張バスは、信号交換モジュールと前記クライアントコンピュータシステムとの通信用のデータ経路を提供する。
【００１１】
信号交換モジュールは、感知及び／又は制御用サブシステムのエレメントからの電気信号を受け、信号の処理や調整、形式変換及び／又は局所処理を実行し、対応するハードウェア信号又はデータ信号を１以上の計数器（レジスタ）又は記憶エレメントに記憶するようにしてもよい。信号交換モジュールは、同様に、クライアントコンピュータシステムからのハードウェア信号又はデータ信号を受け、要求された各変換又は処理を実行し、対応する電気信号を感知及び／又は制御用サブシステムのエレメントに配信するようにしてもよい。感知及び／又は制御用サブシステムとの通信を行う際に用いる、与えられた一組の信号交換モジュールは、感知及び／又は制御用サブシステムに関係づけられたハードウェア構成を代理する。
【００１２】
クライアントコンピュータシステム内では、枠組み供給モジュールは、応用ソフトウェアとハードウェア構成の詳細項目とを分離するように、応用ソフトウェアと信号交換モジュールとの通信を管理する。特に、枠組み供給モジュールと応用ソフトウェアとの通信は事象（ｅｖｅｎｔ）に基づき、該事象は、事象識別子（ｅｖｅｎｔ　ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）と一組の関連データ値とを含むことができる。
【００１３】
一実施形態において、枠組み供給モジュールは、構成化及び初期化モジュールと、メモリマッピングモジュールと、事象符号化（コード化）／暗号化（エンコード化）モジュール（以下「事象符号化暗号化モジュール」という。）と、プロセス間通信（ｉｎｔｅｒ−ｐｒｏｃｅｓｓ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ、以下「ＩＰＣ」という。）モジュールと、スケジューリングモジュールとを含む。構成化及び初期化モジュールは、信号データベースからの構成化情報を引き出し、前記枠組み供給モジュールが接続される信号交換モジュールとの通信のためにハードウェアインターフェースモジュールを自動的に作成するようにしてもよい。前記構成化情報は、信号交換モジュールの位置、特性及び通信能力を記述又は定義するようにしてもよい。
【００１４】
事象符号化暗号化モジュールは、ハードウェアインターフェースモジュールが該モジュールに関係づけられた信号交換モジュールから受けるデータ信号を、応用ソフトウェアに向けられた事象に暗号化するようにしてもよい。同様に、前記事象符号化暗号化モジュールは、適当なハードウェアインターフェースモジュールが前記データ信号を配信した後、応用ソフトウェアから受けた事象を、特定の信号交換モジュールに向けられたデータ信号に復号化（デコード化）するようにしてもよい。ＩＰＣモジュールは、前記枠組み供給モジュールと応用ソフトウェアとの、事象に基づく通信を管理するようにしてもよい。
【００１５】
本発明によれば、前記応用ソフトウェアすなわち応用プログラムは、事象を受け、適当な又は要求された１以上の演算を実行することができる。前記応用プログラムは、受けた事象に応答した他の事象すなわち応答事象を作成し、この応答事象を前記クライアントコンピュータシステムに送るようにしてもよい。前記枠組み供給モジュールは、その後、前記応答事象を復号化（デコード化）し、データ信号を適当な信号交換モジュールに送るか又は発するようにしてもよい。したがって、応用プログラムは、与えられた事象に信号交換モジュールが関係づけられているという明らかな認識がなくても、感知及び／又は制御演算を実行する。前記枠組み供給モジュールは、応用ソフトウェアとハードウェア構成の詳細項目とを分離するものであってもよい。
【００１６】
ハードウェア構成の変更は、信号データベースのオブジェクト又はテーブルに映し出されるか又は表示されるものであってもよい。前記枠組み供給モジュールは、対応する応用ソフトウェアの変更や修正、デバッギング及び検証を必要とすることなく、変更されたハードウェア構成との通信を容易にするハードウェアインターフェースモジュールを自動的に作成するものであってもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、当業者が実施をすることができる程度に、以下に説明する。以下に説明する一般的原理は、各請求項に記載された発明の精神及び範囲を逸脱しない範囲において、以下に記載の実施例以外の実施形態及びその応用に適用することができる。本発明は、以下の実施形態や実施例に限定されるものではなく、本願明細書に開示された原理及び特徴と矛盾しない最も広い範囲とすることができる。
【００１８】
本発明は、感知及び／又は制御用システムのためのオブジェクト指向型枠組み（フレームワーク）構造を含む。本発明に係るこの構造は、拡張可能かつ規模設定可能の感知及び／又は制御用システムの効率的かつ費用効果の大きな設計及び実行を容易にする。本発明を、実質的にすべてのタイプの内部的及び／又は遠隔的な感知及び／又は制御を行う環境や状況（以下「感知及び／又は制御環境」という。）に適用することができることは、当業者であれば容易に理解される。
【００１９】
図１に、本発明の一実施形態に従うオブジェクト指向型感知及び／又は制御用枠組み構造１００のブロック図を示す。一実施形態において、オブジェクト指向型感知及び／又は制御用の枠組み構造１００は、応用ソフトウェアプログラム５３０（以下「応用ソフトウェア」という。）及び他のソフトウェアエレメント５４０が常駐することができる管理サーバシステム５００と、管理サーバシステム５００に関係づけられた少なくとも１つの信号データベース４００と、少なくとも１つの枠組み及びインターフェースシステム２００であって該システムに関係づけられた一組の感知及び／又は制御用サブシステム１２０を有する少なくとも１つの枠組み及びインターフェースシステム２００と、コンピュータネットワーク１１０とを含む。
【００２０】
管理サーバシステム５００は、コンピュータネットワーク１１０によって１以上の枠組み及びインターフェースシステム２００に接続される。コンピュータネットワーク１１０は、インターネット、広域ネットワーク（以下「ＷＡＮ」という。）及び／又はローカルエリアネットワーク（以下「ＬＡＮ」という。）を含む実質的にすべてのタイプのネットワークの少なくとも１つのネットワークを含む。当業者であれば、コンピュータネットワーク１１０が、１以上のネットワーク及び／又は情報移送プロトコル（情報移送通信規約）に従って支援及び／又は通信するために体系化された種々のタイプのネットワークエレメント（すなわちネットワーク要素）を含むものであることは、容易に理解される。管理サーバシステム５００は、前記接続形態に代えて、コンピュータネットワーク１１０を省略又は迂回するような方法で直接１以上の枠組み及びインターフェースシステム２００に接続されるようにしてもよい。
【００２１】
一実施形態において、与えられたすべての枠組み及びインターフェースシステム２００は、対応する感知及び／又は制御用サブシステム１２０に接続される。感知及び／又は制御用サブシステム１２０は、特定の環境内で信号収集及び／又は信号分配をする種々のタイプの感知及び／又は制御用エレメントを含む。そのような信号として、該信号が対応する感知及び／又は制御用エレメントによって支援された通信形式（通信フォーマット）及び通信規約（プロトコル）に従ってアナログ、デジタル、シリアル又は他のタイプの信号とすることができる。感知及び／又は制御用サブシステムのエレメントとして、当業者が容易に理解することができる方法で有線方式、無線方式、電気光学方式、光ファイバ方式及び／又は光学エレメント（光学要素）方式のものを含むことができる。感知用エレメントとして、例えば、スイッチ、温度センサ、圧力センサ、振動センサ、位置又は姿勢センサ、移動センサ、加速度計、マイクロフォン又はハイドロフォン、および種々のタイプのアクチュエータ（動作器や駆動器）からのフィードバック（帰還）を含む。制御用エレメントとして、光源（例えばランプ及び／又はＬＥＤ）、デジタル又はアナログ計器、温度調節器（サーモスタット）、油圧制御器、モータ制御器、機関制御器、変換器（トランスデューサ）、拡声器（スピーカ）、警報計、ステッピングモータ（パルスモータ）及び種々のタイプのアクチュエータ（動作器や駆動器）を含む。枠組み及びインターフェースシステム２００と感知及び／又は制御用サブシステム１２０との間の境界を組み合わせる信号タイプの例を、表１に示す。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
一実施形態において、与えられたすべての感知及び／又は制御用サブシステム１２０及び／又は該サブシステムの特定の感知及び／又は制御用エレメントは、管理サーバシステム５００内で実行する１以上の応用ソフトウェアプログラム５３０によって監視され、管理され、及び／又は制御される。感知及び／又は制御用サブシステム１２０と管理サーバシステム５００との通信は、以下に説明するように、枠組み及びインターフェースシステム２００を介して行われる。
【００２４】
管理サーバシステム５００それ自体は、当業者が容易に理解される仕方で、処理装置、一組の入力装置、表示装置、データ記憶装置、ネットワークインターフェース装置及びメモリの少なくとも１つを必要とするコンピュータを含むことができる。オペレーティングシステムは、管理サーバのメモリ内で、当業者であれば容易に理解される方法で種々のハードウェア及び／又はソフトウェアのリソース（資源）への接続（アクセス）を管理する。前記オペレーティングシステムについて、与えられたすべての感知及び／又は制御環境に関係づけられた時間要求に従って実時間又は非実時間の処理をするオペレーティングシステムとすることができることは、当業者であれば容易に理解される。
【００２５】
応用ソフトウェア５３０は、管理サーバのメモリ内及び／又はデータ記憶装置内に常駐するプログラム命令（ｐｒｏｇｒａｍ　ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）を含むことができる。特定の応用ソフトウェアプログラム５３０は、典型的には、特定の感知及び／又は制御環境に関係づけられている。本発明に係る管理サーバシステム５００へのネットワークに基づくアクセスは、１又は複数の応用プログラム５３０によって、複数の感知及び／又は制御環境を監視及び／又は管理することを容易にする。当業者であれば、これに代えて、例えばフェイルセイフ又は高信頼性の感知及び／又は制御演算を容易にする複数の管理サーバシステム５００を備えるものであってもよい。
【００２６】
従来の感知及び／又は制御についての構造では、感知及び／又は制御用エレメントと監視及び／又は制御ソフトウェアとの通信は、特定のハードウェア構成に従って変更不可能に結びつけられている。これと極めて対照的に、本発明によれば、応用ソフトウェア５３０についてハードウェア構成の詳細項目に依存する範囲が顕著に低減されるように、ハードウェアとソフトウェアとの通信処理を一般化して管理する自己構成化型ハードウェア抽象化層が提供される。一実施形態において、枠組み及びインターフェースシステム２００は、以下に詳しく説明するように、信号データベース４００に関連して、前記した抽象化層を提供するために１以上の感知及び／又は制御用サブシステム１２０と応用ソフトウェア５３０とについての構成化及び通信インターフェースとして機能する。
【００２７】
図２に、本発明に係る実施形態に従う枠組み及びインターフェースシステム２００のブロック図を示す。図示の実施形態においては、枠組み及びインターフェースシステム２００は、一組の電気的インターフェース装置２１０と、枠組み供給モジュール３３０を有するクライアントコンピュータシステム３００とを含む。各電気的インターフェース装置２１０は、感知及び／又は制御用サブシステム１２０と、管理サーバシステム５００に接続されるクライアントコンピュータシステム３００とに接続される。
【００２８】
クライアントコンピュータシステム３００は、当業者であれば容易に理解される仕方で、処理装置を有するコンピュータと、一組の入力装置と、表示装置と、データ記憶装置と、ネットワークインターフェース装置と、メモリとを含む。メモリ内に常駐するオペレーティングシステムが、クライアントコンピュータシステム３００内の種々のハードウェア及び／又はソフトウェアのリソースへのアクセスを管理することは、当業者であれば容易に理解される。オペレーティングシステムは、与えられたすべての感知及び／又は制御用サブシステム１２０に関係づけられた時間処理要求に従って実時間又は非実時間の処理をするオペレーティングシステムとしてもよいことは、当業者であれば容易に理解される。枠組み供給モジュール３３０は、メモリ内及び／又はデータ記憶装置内に常駐するプログラム命令を含む。枠組み供給モジュール３３０の機能について、以下に詳しく説明する。
【００２９】
一実施形態において、電気的インターフェース装置２１０は、１以上の拡張バス２１２と、該拡張バスに接続される一組の信号交換モジュール２１４とを含む。信号交換モジュール２１４は、拡張バスに常駐するか、又は従来の方法により拡張バス２１２にプラグイン方式で取り付けられる中二階型バスカード（すなわちメザニン型バスカード）に常駐する。信号交換モジュール２１４が常駐する、与えられたすべての拡張バスカードは、それ自体がキャリアボードに取り付けられる。キャリアボードは、当業者であれば容易に理解される仕方で、エンクロージャ内に取り付けられるラック内に取り付けられる。これに代えて又はさらに、与えられた電気的インターフェース装置２１０の１以上の部分は、クライアントコンピュータシステム３００内に取り付けられるようにしてもよい。
【００３０】
与えられたすべての信号交換モジュール２１４は、一組の感知及び／又は制御用サブシステムのエレメントに対応し、アナログ及び／又はデジタルの信号を交換するための電気回路を含む。信号交換モジュール２１４は、当業者であれば容易に理解される仕方で、アナログからデジタルへ（以下「Ａ／Ｄ」という。）及び／又はデジタルからアナログへ（以下「Ｄ／Ａ」という。）の変換用電気回路と、信号調整及び／又は処理回路、割り込み管理回路、及び／又は１以上のレジスタ又はデータ記憶エレメントを含む。信号交換モジュール２１４は、さらに、信号交換モジュール２１４及びその支援された演算モードを特定及び／又は記述する情報を記憶する、書換え可能の読み取り専用メモリ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ、以下「ＰＲＯＭ」という。）を含む。信号交換モジュール２１４は、当業者であれば容易に理解される仕方で、例えば工業パック（Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ｐａｃｋ、以下「ＩＰ」という。）モジュールを用いて実行される。
【００３１】
拡張バス２１２は、１以上の信号交換モジュール２１４とクライアントコンピュータシステム３００との通信を容易にする一組のデータ経路を提供する。拡張バス２１２は、バーサモジュラーユーロカード（以下「ＶＭＥ」という。）型バス又はペリフェラルコンポーネントインターコネクト（以下「ＰＣＩ」という。）のような、既知のバス方式定義に従って実行されるすべてのタイプのバスを実質的に含む。
【００３２】
信号交換モジュール２１４は、感知及び／又は制御用サブシステムのエレメントからの電気信号を受け、受けた信号について要求されたすべての信号処理又は信号調整、形式片間及び／又は局所処理を実行し、１以上の対応するハードウェア信号又はデータ信号をレジスタ、記憶エレメント又はメモリに記憶する。信号交換モジュール２１４が接続される拡張バス２１２は、そのようなデータ信号をクライアントコンピュータシステム３００へ伝送すること又はそのようなデータ信号をクライアントコンピュータシステム３００によって検索することを容易にする。同様に、クライアントコンピュータシステム３００は１以上のデータ信号を信号交換モジュール２１４へ伝送する。信号交換モジュール２１４は、データ信号についての要求されたすべての信号変換演算を実行すること及び／又は対応する電気信号を感知及び／又は制御用サブシステムのエレメントへ配信することを行う。
【００３３】
クライアントコンピュータシステム３００内では、枠組み供給モジュール３３０は、応用ソフトウェア５３０と信号交換モジュール２１４との間で行われる情報交換を管理する。枠組み供給モジュール３３０と信号交換モジュール２１４との通信は、ハードウェア信号又はデータ信号の交換を含む。与えられたすべてのデータ信号は、特定の信号交換モジュール２１４に直接対応する。さらに、与えられたすべてのデータ信号の交換は、該データ信号が関係づけられる信号交換モジュール２１４が実行されることに依存して行われる。
【００３４】
これと対照的に、枠組み供給モジュール３３０と応用ソフトウェア５３０との通信は、事象（ｅｖｅｎｔ）の交換を含む。本発明に関して、事象は、感知及び／又は制御用サブシステム１２０を監視又は管理する目的のための応用ソフトウェア５３０について意義又は関連を有する状況又は出来事に対応する。一実施形態において、事象は、事象識別子（ｅｖｅｎｔ　ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）と、該事象識別子に関係づけられた一組のデータ値とを含む。以下に詳しく説明するように、本発明にあっては、融通性又は適応性を有するように事象識別子とデータ値とを関係づける。事象識別子を用いることにより、応用ソフトウェア５３０と信号交換モジュールの構成及び通信詳細項目との関係が好都合に切り離される。
【００３５】
図３に、本発明の一実施例に従う枠組み供給モジュール３３０、及び該モジュールと信号交換モジュールハードウェアとのインターフェース接続形態の機能的ブロック図を示す。一実施形態において、枠組み供給モジュール３３０は、構成化及び初期化モジュール３３２を有するオブジェクト指向型ソフトウェア枠組みと、メモリマッピングモジュール３３４と、事象符号化復号化モジュール３３６と、プロセス間通信モジュール３３８と、スケジューリングモジュール３４０と含み、それぞれは、以下に説明するように、枠組み供給モジュールの中心的な機能性を提供する。枠組み供給モジュール３３０は、さらに、対応する信号交換モジュール２１４と通信する１以上のハードウェアインターフェースモジュール３５０を含むことができる。以下に詳しく説明するように、構成化及び初期化モジュール３３２は、ハードウェアへの依存性を調整する又は考慮し、これによって枠組み供給モジュール３３０に拡張性を有する機能性を与えるように、ハードウェアインターフェースモジュール３５０を自動的に作成する。
【００３６】
構成化及び初期化モジュール３３２は、初期化モードの間、枠組み供給モジュール３３０が接続される電気的インターフェース装置２１０内で１以上の信号交換モジュール２１４を記述する構成化情報を信号データベース４００から引き出すために作動する。構成化及び初期化モジュール３３２は、引き出された構成化情報を用いて信号交換モジュール２１４と通信するためにハードウェアインターフェースモジュール３５０を構築又は作成する。
【００３７】
特に、構成化及び初期化モジュール３３２は、与えられた信号交換モジュール２１４に関係づけられた前記した情報を引き出すことによって、ハードウェアインターフェースモジュール３５０の１以上の部分を作成し、信号データベース４００から引き出された特定の構成化情報をパラメータとして前記した実行可能のファイルに送るために、一組の実行可能のファイルを始動又は呼び出す。そのようなパラメータとして、以下に挙げるものを含むことができる。すなわち、（ａ）信号交換モジュール２１４がいかなる位置に物理的に及び／又は論理的に常駐するかを独自に特定する１以上の位置識別子、（ｂ）ポート番号、１以上の割り込み定義、及び／又は、記憶エレメントの識別子及び／又は記述を含む信号交換モジュール２１４のための通信インターフェース定義、（ｃ）信号交換モジュール２１４が交換する各データ信号のためのデータ信号識別子、（ｄ）前記したような各データ信号に関係づけられた、数字及び／又は文字のような事象識別子、及び／又は（ｅ）製造業者名及び型番のような他の情報を、パラメータとすることができる。
【００３８】
図４に、ＩＰモジュールとして用いられる信号交換モジュール２１４のための典型的な構成化情報を特定する一組の信号データベースオブジェクト又はテーブル４０２、４０４、４０６、４０８を示す。一般に、信号データベース４００は、ハードウェア／ソフトウェアとの境界を定義するオブジェクト又は構造を含む。そのようなオブジェクト又は構造は、各信号交換モジュール２１４の特性を記述又は詳述するパラメータ又は属性を含む。そのようなパラメータは、信号交換モジュール２１４が、パラメータに対応する特定のデータ信号を交換するためにどのようにアクセスされるかを特定し、また、そのようなデータ信号と事象識別子との間のマッピングを特定する。与えられたすべての信号データベースオブジェクト又はテーブル４０２、４０４、４０６、４０８内の特定のパラメータ値は、例えば１以上のハードウェア記述ファイルで特定された情報の引き出しによって、自動的に決定される。一実施形態において、信号データベース４００は、管理サーバシステム５００に関係づけられたデータ記憶領域内に常駐する。信号データベース４００の１以上の部分は、これに代えて、当業者であれば容易に理解される方法により、クライアントコンピュータシステム３００上又はネットワーク結合記憶（以下「ＮＡＳ」という。）装置内のような他の実施形態においていずれかの位置に常駐するようにしてもよい。
【００３９】
図１から図３を参照するに、メモリマッピングモジュール３３４は、信号交換モジュールの記憶位置がローカルアドレスとして枠組み供給モジュール３３０に現れるように、各信号交換モジュール２１４に関係づけられたレジスタ及び／又は記憶アドレス空間を、クライアントコンピュータシステムのメモリ装置又はメモリ領域内のアドレスにマップをする。事象符号化／復号化モジュール３３６は、システムの演算の間、信号交換モジュール２１４から受けたデータ信号を、応用ソフトウェア５３０に向けられた対応する事象に復号化（デコード化）する。事象符号化／復号化モジュール３３６は、さらに、応用ソフトウェア５３０から受けた事象を、適当な信号交換モジュール２１４に向けられたデータ信号に変換する。この後、１以上のハードウェアインターフェースモジュール３５０は、サブシステム制御を実施するために、そのようなデータ信号を前記信号交換モジュールに配信する。一実施形態において、事象は、事象識別子と、該事象識別子に対応するデータ信号を表す１以上のデータ値とを含む。
【００４０】
ＩＰＣモジュール３３８は、枠組み供給モジュール３３０と応用ソフトウェア５３０との通信を管理する。一実施形態において、ＩＰＣモジュール３３８は、システムの演算の間、応用ソフトウェア５３０に事象を送り、また、応用ソフトウェア５３０から事象を受ける。スケジューリングモジュール３４０は、応用ソフトウェア５３０との通信を容易にするために、枠組み供給モジュール３３０内で周期的又は非周期的にデータ収集演算を監督又は実行する。
【００４１】
与えられたすべての信号交換モジュール２１４によって出力された各データ信号は、信号データベース４００内の事象識別子に関係づけられる。応用ソフトウェア５３０は、データ信号を直接受けるというよりはむしろ事象受けに応答するといえる。事象受けによって、応用ソフトウェア５３０は、事象に対応して作動すること及び／又は他の事象を作成して該事象を枠組み供給モジュール３３０に戻すことを行うことによって応答する。与えられたすべての電気的インターフェース装置２１０の基礎的ハードウェアは、応用ソフトウェア５３０に即応的すなわちトランスペアレントである。換言すれば、応用ソフトウェア５３０は、事象の作成に導かれた信号交換モジュール２１４がいずれのモジュールであるか否か又はいかなるタイプのモジュールであるか否かを認識することを必要とせず、そのような事象の受けに応じて適切に作動するのみである。例えば、コックピットシミュレーションシステムにおいて操作者がスイッチをオン位置に移動させた場合、この操作は事象番号が５であるとして符号化される。応用ソフトウェア５３０に比較して、スイッチのオン位置への移動を検出された信号交換モジュール２１４は、重要ではない又は必要ではなかろう。
【００４２】
本発明に係る構造１００は、応用ソフトウェア５３０と信号交換モジュールハードウェア構成との間の依存性を取り除く。信号交換モジュール２１４の構成が変わるたびに応用ソフトウェア５３０を変更する必要がなく、応用ソフトウェアの再コンパイル、検証及びデバッギング処理に要する時間を取り除く。例えば、新たな信号交換モジュール２１５は、電気的インターフェース装置２１０にプラグイン方式で接続され、信号データベース４００は、図４に示す詳細内容に類似する方法により、新たな信号交換モジュール２１５を記述するために更新する。特に、新たな信号交換モジュール２１５に対応する信号データベースオブジェクト４０２、４０４、４０６、４０８は、信号データベース更新処理の部分として作成又は具体化される。その後、構成化及び初期化モジュール３３２は、初期化又は更新のルーチンを実質的に実行し、信号データベース４００からの情報を引き出し、新たな信号交換モジュール２１５と通信するための新たなハードウェアインターフェースモジュール３５５を作成する。本発明に係る構造１００は、さらに、類似する方法により、応用ソフトウェアの変更なくハードウェアデバッギング及びエラー訂正を提供する。
【００４３】
本発明に係る構造１００にあっては、感知及び／又は制御用システムの文書化及びハードウェア配置のソフトウェア設計への翻訳を提供するために必要な仕事が顕著に低減される。信号データベース４００は、ハードウェア／ソフトウェア境界を定義するために必要なインターフェース文書を含む。技術者が外部ハードウェアの電気回路を分析したとき、ハードウェア設計が信号データベース４００に取り込まれる。ソフトウェア境界文書は、信号データベース内容の印刷出力によって提供される。
【００４４】
ソフトウェア技術者は、典型的には、ハードウェア設計に特有の符号（コード）を作成するためにソフトウェア境界文書に頼る。これと対照的に、管理サーバシステム５００は、信号データベース４００に取り込まれたハードウェア設計に基づいて及び／又は従って事象を処理するために、オブジェクト又はコードを自動的に作成する応用オブジェクト作成器５４０を含む。本発明は、応用ソフトウェア開発に関係づけられた時間及び費用を顕著に低減する。当業者であれば、応用オブジェクト作成器５４０は、管理サーバシステム５００上又は内に常駐する及び／又は実行する必要がなく、信号データベース４００にアクセスする他のコンピュータシステム上に常駐及び／又は実行することが、容易に理解される。
【００４５】
本発明に係る構造１００は、あらゆるタイプの局所的又は分配された感知及び／又は制御環境に実質的に適用することができる。本発明に係る構造１００は、さらに、容易に規模を変更することができる。本発明にあっては、複数の枠組み及びインターフェースシステム２００を含むことができ、該システムに関係づけられた信号交換モジュール２１４は、信号データベース４００に記述される。さらに、本発明に係る構造１００はネットワークに基づく及び／又はインターネットに基づくことができるので、本発明にあっては、応用ソフトウェア５３０と、世界の種々の地域に配置された感知及び／又は制御用サブシステム１２０との通信が極めて容易に行われる。
【００４６】
本発明に係る構造１００が適用される感知及び／又は制御環境の例として、以下のものを挙げることができる。すなわち、前記環境の例として、大きな設備規模を有する石油精製制御システム、大きな設備規模を有する発電制御システムと、一つの位置で模擬訓練をするためのパイロット用コックピットシミュレータ及び他の位置で模擬訓練をするための乗務員用機室シミュレータを有する分配された飛行模擬訓練室と、推進、航行、レーダ、音響及び／又は火災用制御サブシステムを含む統合型海軍軍用船模擬システムと、推進、航行、レーダ及び／又は積荷保持用の制御及び感知サブシステムを含む統合型商用船模擬システムと、複数の水中ハイドロフォンサブシステムを含む沿岸防衛システムとを挙げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の一実施例に従って組織された感知及び／又は制御を行う環境や状況のためのオブジェクト指向型枠組み構造のブロック図。
【図２】
本発明の一実施例に従う枠組み及びインターフェースシステムのブロック図。
【図３】
本発明の一実施例に従う枠組み供給モジュール３３０、及び該モジュールと信号交換モジュールハードウェアとのインターフェース接続形態を示す機能的ブロック図。
【図４】
ＩＰモジュールとして用いられる信号交換モジュールのための典型的な構成化情報を特定する、信号データベースのオブジェクト組又はテーブル組を示す図。
【符号の説明】
１００　構造
１１０　コンピュータネットワーク
１２０　感知及び／又は制御用サブシステム
２００　枠組み及びインターフェースシステム
２１０　電気的インターフェース装置
２１２　拡張バス
２１４　信号交換モジュール
３００　クライアントコンピュータシステム
３３０　枠組み供給モジュール
３３２　構成化及び初期化モジュール
３３４　メモリマッピングモジュール
３３６　事象符号化復号化モジュール
３３８　プロセス間通信モジュール
３４０　スケジューリングモジュール
３５０　ハードウェアインターフェースモジュール
４００　信号データベース
４０２、４０４、４０６、４０８　信号データベースオブジェクト又はテーブル
５００　管理サーバシステム
５３０　応用ソフトウェアプログラム
５４０　ソフトウェアエレメント
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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2004510365.tif 000034
【国際調査報告】
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2004510365.tif 000036
2004510365.tif 000037
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