(57)【要約】  本発明は、マスタースレーブ方式に従ってシリアルデータバス(12)を経由したデータテレグラム(18)を受信および送信するバスパーティシパント装置(30)に関する。バスパーティシパント装置(30)は、バスパーティシパント装置(30)の一部であるスレーブユニット(36)を用いてスレーブモードにおいてデータバス(12)内でスレーブ(16)として機能するように構成されており、バスパーティシパント装置(30)は、活性化可能なマスターユニット(38)を備えることを特徴とする。特に、スレーブユニット(36)および／もしくはマスターユニット(38)を用いて、能動バスマスター(14)の機能障害に関してデータバス(12)を経由したデータテレグラム(18)の転送を監視することができる。好ましくは、監視処理の結果次第によりスレーブユニット(36)またはマスターユニット(38)を用いてマスターユニット(38)が活性化を行うことができる。本発明は、シリアルデータバス(12)を動作させるための方法に関し、かつ様々な安全上重要な装置に関する。
2017505586.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスタースレーブ方式に従ってシリアルデータバス（１２）を経由してデータテレグラム（１８）を送受信するバスパーティシパント装置（３０）であって、該バスパーティシパント装置（３０）は、バスパーティシパント装置（３０）の一部であるスレーブユニット（３６）を用いてスレーブモードにおいて前記データバス（１２）内でスレーブ（１６）として機能するように構成されている、前記バスパーティシパント装置（３０）であって、該バスパーティシパント装置（３０）は、活性化可能なマスターユニット（３８）を備えることを特徴とする、バスパーティシパント装置。
【請求項２】
前記マスターユニット（３８）を、前記スレーブユニット（３６）を用いて、前記マスターユニット（３８）を用いて、別のバスパーティシパント（１４、１６）からのメッセージを用いて、またはユーザーとの通信を用いて活性化または非活性化することができる、請求項１に記載のバスパーティシパント装置（３０）。
【請求項３】
前記スレーブユニット（３６）および／もしくは前記マスターユニット（３８）または別のバスパーティシパント（１４、１６）を用いて、能動バスマスター（１４）の機能障害に関して前記データバス（１２）を経由したデータテレグラム（１８）の転送を監視することができ、前記監視の結果次第により前記マスターユニット（３８）が活性化される、請求項１または２に記載のバスパーティシパント装置（３０）。
【請求項４】
前記シリアルデータバス（１２）のホップツーホップ動作のために構成されている、先行する請求項のいずれか一項に記載のバスパーティシパント装置（３０）。
【請求項５】
フレーム加算方式に従ってデータバス（１２）と共に動作するように構成されている、先行する請求項のいずれか一項に記載のバスパーティシパント装置（３０）。
【請求項６】
前記スレーブユニット（３６）からの切り替え信号（５０）に反応する機能切り替え装置（４０）を用いて前記データバス（１２）を接続または切断でき、この点において、特に、前記マスターユニット（３８）のマスター制御レジスタ（６０）が前記データバス（１２）との接続または切断を記録可能である、前記スレーブユニット（３６）によって制御可能な前記機能切り替え装置（４０）を備える、先行する請求項のいずれか一項に記載のバスパーティシパント装置（３０）。
【請求項７】
前記機能切り替え装置（４０）を用いて、前記データバス（１２）上で、第１の切り替えモードにおいて前記スレーブユニット（３６）を読み出しおよび書き込みのために接続することができ、第２の切り替えモードにおいて前記マスターユニット（３８）を読み出しのために接続し、前記スレーブユニット（３６）を読み出しおよび書き込みのために接続することができ、または第３の切り替えモードにおいて前記スレーブユニット（３６）および前記マスターユニット（３８）の各々を読み出しおよび書き込みのために接続することができ、特に、前記スレーブユニット（３６）および前記マスターユニット（３８）を前記データバス（１２）に直列に接続することができる、請求項６に記載のバスパーティシパント装置（３０）。
【請求項８】
前記能動バスマスター（１４、３０）の位置が変化した後に前記データバス（１２）に接続されているバスパーティシパント（１４、１６、３０）を同期するように構成されており、この点において、前記能動バスマスター（１４、３０）の位置が変化する前に前記新しいバスマスター（３８）にとって既知の同期データおよび／または前記能動バスマスター（１４、３０）の位置の変化後に測定される同期データが、このバスパーティシパントの切り替え後の新しい同期データを計算するために使用され、特に、バスパーティシパント間の伝達時間の遅延、即ち、好ましくは、隣接するバスパーティシパントからの遅延が使用される、先行する請求項のいずれか一項に記載のバスパーティシパント装置。
【請求項９】
能動バスマスター（１４）を用いて前記マスタースレーブ方式に従って動作するシリアルデータバス（１２）を動作させる方法であって、スレーブユニット（３６）およびマスターユニット（３８）を備えるバスパーティシパント装置（３０）は通信のために前記データバス（１２）に接続されており、前記マスターユニット（３８）は前記スレーブユニット（３６）もしくは前記マスターユニット（３８）によって、別のバスパーティシパントからのメッセージを用いて、またはユーザーとの通信を用いて活性化または非活性化されることを特徴とする、方法。
【請求項１０】
前記スレーブユニット（３６）および／または前記マスターユニット（３８）を用いて、前記能動バスマスター（１４）の故障に関して前記データバス（１２）を経由したデータテレグラム（１８）の伝送が監視され、前記監視の結果次第により、前記スレーブユニット（３６）またはマスターユニット（３８）によって前記マスターユニット（３８）が活性化される、請求項９に記載の方法。 
【請求項１１】
前記データテレグラム（１８）が前記データバス（１２）に接続されている各スレーブ（１６、３６）について別個の区画（２０）を有し、前記マスターユニット（３８）が前記データテレグラム（１８）の前記区画（２０）内の前記スレーブユニット（３６）に割り当てられたデータを解析し、これらのデータは、具体的には能動バスマスターから送られてくるものであり、好ましくは、前記能動バスマスターに関する情報を包含するものである、請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記データバス（１２）に接続されているスレーブ（１６、３６）が、ホップツーホップ方式を用いて受信データテレグラム（１８）を転送することにより、具体的には、前記データテレグラム（１８）を能動的に処理する前記バスマスター（１４、３８）またはスレーブ（１６、３６）に能動的転送を遂行する、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記バスマスター（１４）内の故障を検出するために、前記データバス（１２）に接続されている前記バスパーティシパント（１４、１６、３０）のうちの１つ以上による前記データテレグラム（１８）の受信および／または処理を前記データテレグラム（１８）内に示すカウンタを監視する、請求項９〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
マスターユニット（１４、３８）の前記活性化または非活性化に関して、データテレグラム（１８）からのデータを、具体的にはバスパーティシパント装置（３０）のスレーブユニット（３６）またはマスターユニット（３８）によって、前記マスターユニット（３８）内で生成されまたは前記マスターユニット（３８）内に格納されたデータと比較する、請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記能動バスマスター（１４、３０）の位置の変化前および／または前記能動バスマスター（１４、３０）の位置の変化後に決定される同期データが、この変化後に現行の同期データを計算するために使用され、具体的にはバスパーティシパント間の伝達時間の遅延が使用される、前記データバス（１２）内の前記能動バスマスター（１４、３０）の位置の変化後にバスパーティシパント（１８、１６、３０）を同期させるための、請求項９〜１４のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
エネルギーオートメーション機器、医療技術機器、プロセス技術システム、スイッチ点、パイプライン、トンネルもしくは風力発電システムを監視しおよび／もしくは制御するシステム、または輸送手段、特に複数のバスパーティシパントを伴うマスタースレーブ動作のためのシリアルデータバス（１２）を備える自動車もしくは軌道車であって、少なくとも１つのバスパーティシパントは請求項１〜７のいずれか一項に記載のバスパーティシパント装置（３０）であり、および／または請求項８〜１３に記載の方法に従って動作するように構成されていることを特徴とする、機器、システム、または手段。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバスパーティシパント装置およびバスパーティシパント装置の動作の方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
バスパーティシパント装置は、マスタースレーブ方式に従って、媒体へのアクセス制御を有するシリアルデータバスに接続することが意図されている。さらに可能性のある機能としては、ホップツーホップ方式によるアクティブディストリビューションおよびフレーム加算方式によるデータテレグラム内のデータの共同利用がある。これらの機能を有するバスパーティシパント装置の原理は公知である。冒頭に挙げた種類のバスパーティシパント装置の例は、データバスにおいてマスターまたはスレーブとして機能する装置である。データバスおよびそれに接続された装置全体、即ち、１つのマスターおよび通常は複数である少なくとも1つのスレーブを、以下では、ネットワークまたは略してネットと呼ぶ。
【０００３】
ネットワーク内では、マスターのみが、データバスを経由して、標準的な専門用語でフレームとも呼ばれるデータテレグラムを送信する。
【０００４】
フレームは、すべてのデータまたはスレーブの個別のデータを含むことができる。例えば、ホップツーホップ方式では、データバスに転送されるデータテレグラムは１つのスレーブまたは一連のスレーブによって受信され、好ましくはバスに接続されているスレーブの各々によって受信される。この過程で、スレーブはデータテレグラム内の同スレーブに割り当てられたデータパッケージセグメント（入力データ）を、同スレーブを通過するデータフローから受け取り、出力データをデータパッケージセグメントとしてデータテレグラム内に挿入することができる。各スレーブが、このように修正されたデータテレグラムを、対応する後続のスレーブに転送する。通常、すべてのスレーブが同様に挙動する。リング状に閉じていないストリング状のバスアーキテクチャ内の最後のスレーブは、その開放ポートとして知られる送信インターフェースにそれ以降のスレーブが接続されていないので、自らを最後のスレーブとして認識する。次に、データバス内の最後のスレーブは、その受信インターフェースを経由してその前のスレーブにデータテレグラムを返送する。上流のすべてのスレーブが同様に挙動する。データテレグラム１８は、このようにしてマスターに返される。このように、最後のスレーブが論理リングを閉じる。物理的には、すべてのスレーブまたはスレーブ群は直列接続されており、受動状態である。即ち、これらは、マスターによってデータバス上に転送されるデータテレグラムの範囲内でのみ、自らデータバスにデータを転送することができる。この種のフレーム加算方式では、マスターとして機能している通信パーティシパントとスレーブとして機能している通信パーティシパントとの間に機能的な違いが存在する。ここでは、スレーブとして機能している通信パーティシパントは、比較的簡単な設計によって特徴づけられている。マスターが故障すると、イニシエータが存在しないので、ネットワーク内の通信が行われない。ネットワーク全体が、事実上アイドル状態となる。
【０００５】
コスト的な理由により、現行の技術、特にイーサネット（登録商標）通信によれば、環状構造はほとんどの場合回避される。これにもかかわらず冗長通信が必要な場合は、ホップツーホップ式バスパーティシパントのチェーン内の個別の接続を非活性化することにより環状構造を分離することが可能である。しかし、このために、とりわけ伝送方向を反転させるために使用される方法は、低速であり、したがって、高速のリアルタイム通信には適していない。変形の概要については、ＩＥＣ規格６２４３９に見ることができる。通信回線の故障に関する所謂問題のないスムーズなプロトコルもまた、６２４３９−３に定義されている。このことは、可能であれば、通信の中断またはデータの消失がないことを意味し、これは切り替え時の可能な限り高速な移行を通じて達成することができる。しかし、以下の２つの形態におけるアプリケーションの機能に関しては、この定義は妥当ではない。
【０００６】
並列冗長プロトコル（Ｐａｒａｌｌｅｌ  Ｒｅｄｕｎｃａｎｃｙ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ：ＰＲＰ）は、ネットワークおよびそれらの接続を単に重複させる方法を説明している。しかし、これは非常に複雑である。
【０００７】
高可用シームレスリング（Ｈｉｇｈ  ａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ  Ｓｅａｍｌｅｓｓ  Ｒｉｎｇ：ＨＳＲ）は、冗長データをリングを経由する２つの経路上で処理する方法を説明している。しかし、このことは、すべてのスレーブの実現のための追加の手間を意味する。
【０００８】
Ｂｅｃｋｈｏｆｆ  Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ  ＧｍｂＨ社による公知の解決策は、３つのスイッチおよび４つの追加回線を経由し、追加のプロプライエタリプロトコルによって、または、例えばＥｔｈｅｒＣＡＴＡｕｔｏｍａｔｉｏｎプロトコル（ＥｔｈｅｒＣＡＴＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ：ＥＡＰ）のような標準プロトコルに基づいてマスター間の通信が行われる２つのマスターの冗長を必要とする。解決策は、Ｂｅｃｋｈｏｆｆ社のアプリケーションノートＫ９３２１−０８０９−０００４に公開されている。この解決策は、非常に複雑である。この解決策はまた、セキュリティ関連アプリケーションまたは同期型アプリケーションには不向きである。
【０００９】
特に安全機能を伴うマスタースレーブネットワークにおいては、マスターが故障した場合に、スレーブまたはネットワークが動作するシステム全体を安全状態に置くことが困難な場合がある。例えば、自動車上では、故障したマスターの機能を迅速にテイクオーバーする代替マスターが非常に重要である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の課題は、バスマスターを切り替えるためのマスタースレーブネットワークの簡潔かつ効率的な選択肢を提供することである。
【００１１】
本発明によれば、この課題は、請求項１に記載の特徴を有するバスパーティシパント装置によって解決される。バスパーティシパント装置は、シリアルデータバスに接続し、ホップツーホップ方式に従ってデータバスを経由して伝送されるデータテレグラムを受信する公知の手段を備えている。さらに、バスパーティシパント装置は、このバスパーティシパント装置の備えるスレーブユニットのうちの１つを使用するスレーブ動作においてデータバス上のスレーブとして機能するように構成されている。バスパーティシパント装置は、接続可能なマスターユニットを備えている。
【００１２】
これにより、追加のマスター冗長機能を備えていないスレーブを有するシステムと比較して、追加の接続を必要とせずにマスター冗長性が達成される。したがって、ほとんど手間を必要とせずに追加の冗長性が提供され、また既存のシステム内で、例えば既存のスレーブを本発明に係るバスパーティシパント装置で置き換えることで、容易に改良することができる。また、マスター冗長性を備えた本発明に係るバスパーティシパント装置の追加接続により、既存のシステムをアップグレードすることもできる。このように、本発明に係るマスター冗長性を備えたバスシステムは、故障発生後に継続動作する確率が高いことを意味する高故障時動作性を提供することができる。バスパーティシパント装置は、機械的に分離されたユニットとして構成することができる。
【００１３】
データテレグラムの伝送は、データバス経由でスレーブユニットを使用して監視することが好ましい。バスパーティシパント装置の備えるマスターユニットは、バスパーティシパント装置のスレーブユニットまたはマスターユニットを使用した監視の結果に依存して活性化することができる。一形態において、以前に活性であったマスターの故障を認識したときに、マスターユニットが自らを活性化し、以前のマスターを特定的に非活性化することが考えられる。いかなる場合でも、以前に活性であったマスターは、本発明に係るバスパーティシパント装置であることができ、外部バスパーティシパントによって非活性化することができる。
【００１４】
スレーブによってマスターを活性化する一利点の根拠は、マスターが複雑であるほど故障の確率が高くなることである。具体的には、マスターは本質的にソフトウェアによって制御され、スレーブは本質的にハードウェアによって制御されるので、マスターによる自己活性化とは対照的に活性化に安全なスレーブを使用することによりシステム全体の安全性が向上する。マスターおよびスレーブは、バスパーティシパント装置内で一緒に配置されている。したがって、活性化をバスパーティシパント装置内部で実行することができる。このとき、バスマスターとしてのマスターユニットの活性化はバス動作の問題からは独立しており、このことは、例えばケーブルの断線もしくは送信ユニットの故障または以前のマスターの故障などによるバスアーキテクチャの改造後の切り替え時に特に意味を持つ。このことはまた、故障に対するバス動作のセキュリティをおおいに向上させる。スレーブユニットによる専一的な監視を通じて、システムの安全性をよりさらに向上させることができる。
【００１５】
また、外部からバスパーティシパント装置のスレーブユニットへのメッセージを介して追加のマスターを活性化または非活性化することにより、これを活性化または非活性化することもできる。この目的のために、バスパーティシパント装置内でマスターユニットとスレーブユニットとの間の内部通信が、例えば共有メモリー領域を介して行われている。マスターユニットは、スレーブユニットのサブユニットとして外部バスパーティシパントに応答することができる。
【００１６】
したがって、提案されている手法によれば、スレーブ動作においてスレーブとしてのみ機能するバスパーティシパント装置は、そのスレーブ機能を放棄せずにネットワーク内のある種の管理者となる。このように、スレーブとして機能するバスパーティシパント装置は、スレーブの他の機能も実行する。具体的には、バスパーティシパント装置内のスレーブは、バスパーティシパント装置の外部のバスマスターによってデータバス上に送り出されたデータテレグラムの受信を監視する。さらに、このスレーブは、特定の設定に従ってデータテレグラムのデータフローからデータパッケージセグメントを取り出すこともできる。このスレーブは、特定の設定に従って、データテレグラム内のデータフロー内にデータパッケージセグメントを挿入することができる。例えば、バスパーティシパント装置内のスレーブユニットによるデータバスを経由したデータテレグラムの送信の監視の故に、ネットワーク内のマスターとして機能する装置の故障を認識することができる。このような状況が認識された場合、スレーブユニットを使用して、バスパーティシパント装置の備えるマスターユニットを自動的に活性化することができる。バスパーティシパント装置の動作中にこのような状況が認識されると、バスパーティシパント装置の備えるマスターユニットによって自動的に活性化を行うことができる。バスパーティシパント装置は、スレーブ動作では受動状態でありながらスレーブユニットによって活性化することができ、したがってデータバス上でまたはネットワーク内でスレーブまたはマスターのいずれかとして機能することのできるスレーブユニットおよびマスターユニットを備えているので、ここで提案されているバスパーティシパント装置はまた、以下ではハイブリッドとしても参照される。受動マスターとは、このマスターがバスから伝送されるデータを監視し、ハイブリッド内のスレーブから受信したデータを評価する動作モードを意味する。受動マスターは、このデータのすべてを監視することが好ましい。しかし、受動マスターはデータを送信することはしない。受動マスターは、好ましくは、監視を行うためにデータバスに接続されているべきである。
【００１７】
スレーブユニットを使用してマスターユニットを活性化しまたは非活性化するために、スレーブユニットは、例えば以前の能動マスターの監視エラーの結果として、例えばデータのトラフィックを監視している以前の受動マスターユニットから、これに関するコマンドを受信することができる。スレーブユニットはまた、例えばデータテレグラムの不在または予期されていなかった受信時刻に基づいて、活性化のケース自体を認識することもできる。
【００１８】
２つ以上のバスパーティシパント装置、特に同じ種類のものを、データバスに接続することができ、これらは単一のまたは多重のマスター冗長性を形成することができる。多重冗長性の場合において、マスターを切り替える際に、代替マスターのうちのいずれを使用するかを選択するインスタンスをインストールすることが好ましい。これにより、バス上のいくつかのマスターが衝突することが防止される。
【００１９】
バスパーティシパント装置は、好ましくは、バスと通信するための厳密に２つのインターフェースを有するべきである。好ましくは、同装置は、バスに対する１つもしくはいくつかのインターフェース以外には一切のインターフェースを有しない。インターフェースは、好ましくは、イーサネット（登録商標）インターフェースである。あるいは、バスパーティシパント装置をパラメータ化するための第３のインターフェース、具体的にはイーサネット（登録商標）インターフェースが考えられる。
【００２０】
バスパーティシパント装置は、データバス上で、バスオフマスターを伴うスレーブ、受動マスターを伴うスレーブ、または能動マスターを伴うスレーブのいずれかとして機能することができる。バスオフマスターとして設定されているマスターは、バスから切断されたマスターとしてみなさなければならない。バスパーティシパント装置内のマスターユニットに欠陥がある場合は、好ましくは純粋なスレーブとしての種類の動作が実行される。
【００２１】
バスパーティシパント装置は、以前のバスマスターが故障した場合に同装置の備えるマスターユニットを用いて同バスマスターの機能をテイクオーバーすることのできる、ネットワーク内の通信パーティシパントに相当する。このために必要なバス上のデータトラフィックの監視は、バスパーティシパント装置内のスレーブユニットおよび／またはバス上のデータを読み出す同装置内のマスターユニットによって行うことができる。したがって、スレーブユニットは、データバス上の制御インスタンスである。
【００２２】
別の方法として、または追加の方法として、この機能をマスターユニットがテイクオーバーすることもできる。これに対応する管理結果を、マスターユニットによってスレーブユニットに伝達することができる。
【００２３】
本特許出願内の方法はまた、従属装置の要件に対応してさらに開発することができ、その逆もまた可能であることに留意されたい。
【００２４】
バスパーティシパント装置の一実施形態において、そのスレーブユニットは、データテレグラムの入力とその直後のデータテレグラムの入力との間の期間を管理する方法、ならびに該当する期間を与えられたまたは与えることのできる限界値と比較する方法を備えている。限界値を超えた場合は、スレーブユニットを使用してマスターユニットを活性化することができる。データバスを経由したデータテレグラムの送信の管理は、ウォッチドッグの役割のように実行される。このような管理により、通常は定期的に、具体的には等時間間隔で受信されるデータテレグラムの不在に基づき、バスマスターの故障を認識することができる。
【００２５】
バスパーティシパント装置のさらなる実施形態において、この実施形態は、スレーブユニットによって制御可能な機能切り替え装置を備えている。機能切り替え装置により、マスターユニットの活性化の過程でスレーブユニットからの切り替え信号に対する反応としてデータバスからの読み出しを行うためのデータバスへの接続を行うことができる。具体的には、データバスに書き込みを行うためのマスターユニットの活性化のためにスレーブユニットを使用することもまた可能である。ここで、接続とは、データ接続の作成を意味する。機能切り替え装置は、好ましくは、スレーブユニットを使用して制御できるべきである。スレーブユニットおよびマスターユニットまでのデータバスのいろいろな種類の接続を行うことができ、したがって、バスパーティシパント装置のいろいろな動作モードを実現することができる。機能切り替え装置は、バスパーティシパント装置の内部通信経路のうちの少なくともいくつかを決定する。
【００２６】
マスターユニットの活性化が完了する以前であっても、読み出しのためにマスターユニットをデータバスに接続することができる。このとき、機能切り替え装置は、スレーブユニットの切り替え信号に対する反応として、データバスへの書き込みの可能性を含むマスターユニットの完全接続をデータバス上に生じさせる。マスターユニットがデータバスに既に接続されていない場合、スレーブユニットからの切り替え信号に対する反応として機能切り替え装置がマスターユニットをデータバスに接続する。
【００２７】
バスパーティシパント装置の一実施形態において、マスターを伴わずにスレーブユニットをデータバスに接続する第１の切り替えモードまたはスレーブユニットおよび読み出しのためのみに接続されたマスターユニットをデータバスに接続できる第２のモードのいずれか一方で、機能切り替え装置を使用することができる。さらなる第３の切り替えモードにおいて、読み出しおよび書き込みを順次行うためにスレーブユニットおよび能動マスターユニットをデータバスに接続することができる。
【００２８】
第２の切り替えモードは、読み出しを行うためにマスターユニットをデータバスに接続することを可能とする。このようにすれば、マスターユニットはバスマスターとしての機能をテイクオーバーせずにデータバス上のデータトラフィックを持続的にリッスンすることができる。このようにすれば、受動マスターは能動バスマスターと共有する利用可能なデータを保持することができるので、ほとんど問題を起こすことなくマスターの切り替えを実行することができる。特に、マスターはその状態に関するデータを送信する。これにより、最先端技術によるネットワーク内の冗長マスターが存在する場合には必要となるであろうところの、標準データバスとは異なる経路を経由したマスターの直接接続を不要とすることができる。
【００２９】
マスターの切り替えに続いて、新しいマスターに対するデータバス上のバスパーティシパントの配列が変化する。マスターの切り替え後の新しいマスターからその他のバスパーティシパントまでの伝搬時間が変わるので、パーティシパントを相互に再同期する必要がある。個別のパーティシパント間の伝搬時間は、あらかじめ決定したうえで格納することができる。別の方法としてまたは追加的方法として、これらを動作中に決定することもできる。この既知のデータを使用して、新しいマスターとその他のパーティシパントとの間の伝搬時間の遅延を計算することができる。個別のバスパーティシパント間の伝搬時間は、１つのパーティシパントと新しいマスターとの間の伝搬時間を求めるような方法で加算することができる。これらの値の計算を利用して、より迅速にマスターの切り替えを完了することができる。具体的には、マスターまでの新しい伝搬時間は、マスターの切り替え以前に既に計算またはパラメータ化されている。このような再同期に続いて、公知の方法を使用して伝搬時間の等化を実行することができる。具体的には、これには、数ナノ秒の同期遅延が考慮されている。同期は、バスパーティシパントが（具体的には能動バスマスターが）データバスに基準時刻を書き込み、その他のバスパーティシパントが各々の時刻を受信時刻と該当する伝搬時間とを加算したものに調節するようにして実行することができる。
【００３０】
また、スレーブユニットは、順方向および逆方向での送受信を行うようにデータバスに接続することができ、または接続可能とすることができる。このことは、少なくとも、バスパーティシパント装置がリングを形成するように閉じずに配置されている該当するストリングでは、ストリングアーキテクチャのバス上のバスパーティシパント装置の動作に関して有益な場合がある。しかし、場合によってはパーティシパントの故障により切断される可能性があるので、この種のパーティシパント装置をリング状のアーキテクチャに含めることが便利な場合がある。このとき、結果として生じるストリングアーキテクチャ内で動作を継続することができる。スレーブは、この目的のための２組の送信ポートおよび受信ポートを有することができる。バスパーティシパント装置上の２つのインターフェースは各々、スレーブユニット上の送信ポートおよび受信ポートにそれぞれ接続することができ、または接続可能とすることができる。
【００３１】
このとき、スレーブは、バスパーティシパント装置上のインターフェースの各々の上で送受信ができるので、バスパーティシパント装置からのデータの送信は、順方向または逆方向のいずれの方向でも行うことができる。その結果、非リング状のバスアーキテクチャ内のバスを経由して両方向で、バスパーティシパント装置からデータテレグラムを送信することが可能である。
【００３２】
スレーブユニットのみがバスに接続されている（本出願では「切り替えられている」という言葉もまた使用される）場合（第１の切り替えモード）、バスパーティシパント装置上の機能切り替え装置は、好ましくは、データテレグラムがスレーブを経由して進行するような方法で接続されるべきである。これらデータテレグラムが順方向に進行する場合、バスパーティシパント装置上の受信インターフェースとして動作するインターフェースからスレーブユニット上の内部受信ポートへ、スレーブの中をスレーブユニット上の内部送信ポートへと進行し、そこから送信インターフェースとして機能するバスパーティシパント装置上のインターフェースへと進行することができる。バスの動作方向を切り替えるためにデータテレグラムをバスパーティシパント装置の中を逆方向に進行させる場合は、機能切り替え装置は、以前は受信インターフェースとして動作していたバスパーティシパント装置上のインターフェースをスレーブユニット上の送信ポートと相互接続し、バスパーティシパント装置上の送信ポートをスレーブユニット上の受信ポートと相互接続することができる。次に、順方向において送信インターフェースとして機能するバスパーティシパント装置上のインターフェースからデータテレグラムを受信することができ、スレーブユニット上の受信ポートへと進行させ、さらにスレーブを経由して最終的に順方向において受信インターフェースとして機能するバスパーティシパント装置上のインターフェースへと進行させることができる。
【００３３】
読み出しを行うために受動マスターユニットもまたバスに接続されている場合（第２の切り替えモード）、受動マスターは、バスパーティシパント装置を通過するデータフロー上の任意のタップポイントをアクセスすることができる。この目的のために、マスターユニット上の内部受信ポートがタップポイントに接続されている。
【００３４】
バスパーティシパント装置が能動バスマスターとして動作する場合（第３の切り替えモード）、機能切り替え装置の第１の切り替えの変形において、バスパーティシパント装置を通過するデータフローに関して、パーティシパント装置の２つのインターフェースの１つがスレーブユニット上の１つの送信ポートおよび１つの受信ポートにそれぞれ接続されており、これらのポートのうちの１つが能動状態であり、１つが受動状態である。スレーブユニットは、第２の組の送信ポートおよび受信ポートを介してマスターユニットに接続されており、したがって、データバスからマスターユニットへとデータを転送し、マスターユニットからデータバスへとデータを通過させることができる。この形態は、閉鎖リングとして実現されているデータバス上の動作に特に最適である。
【００３５】
第３の切り替えモードの別の方法の切り替え形態において、バスパーティシパント装置を通過するデータテレグラムの伝送方向に関して、スレーブユニットおよびマスターユニットを内部的に直列接続することができる。この形態は、開放リングまたはストリング上での動作に特に最適である。バスパーティシパント装置がこの方向で動作する場合、データテレグラムをマスターユニットからスレーブユニットへと送信することができる。このデータはスレーブユニット上の受信ポートで受信され、スレーブユニットを通過した後にその送信ポートを経由して、送信インターフェースとして動作するバスパーティシパント装置上のインターフェースへと進行する。次に、このデータはデータバス上のストリング部分を通ってその開放端部へと進行し、そこからバスパーティシパント装置へと返送され、以前は送信インターフェースとして動作したインターフェースが今度は受信インターフェースとして動作する。したがって、この切り替え形態内のスイッチのうちの１つは、反対方向から到着するデータについて、そのスレーブユニットのみが、反対方向での受信インターフェースとして動作しているインターフェースからこの時点でバスパーティシパント装置上の送信インターフェースとして動作しているインターフェースにデータを伝達するさらなる伝送に関与することを意味する。これは、データバス上のバスパーティシパント装置とデータバスの第２の端部との間の第２のストリング区画に接続されている。この端部では、データは本来の伝送方向でバスパーティシパント装置に返送され、この時点では受信インターフェースとして動作している、このデータを最後に送信したバスパーティシパント装置に到着する。データはそこからマスターユニット上の受信ポートに伝達され、特にここで処理される。スレーブユニットは、指定された機能の実現を可能とするために、２組の送信ポートおよび受信ポート（メディア冗長性）を有する。
【００３６】
一形態において、スレーブユニットおよびマスターユニットは各々、２組の受信ポートおよび送信ポートを有することができる。したがって、マスターユニットおよびスレーブユニット上の１つの受信ポートおよび１つの送信ポートの各々をバスパーティシパント装置上の各インターフェースに接続することができる。内部的には、マスターユニットおよびスレーブユニットは、残りの内部ポートを介して両方向に接続されている。したがって、順方向に転送するかあるいは逆方向に転送するか、送受信にマスターユニットおよびスレーブユニット上のどのポートを使用するか、およびマスターユニットとスレーブユニットとの間の内部通信をどの方向で進行させるべきかを決定することができる。マスターの第２のインターフェースの一利点は、リング内の切断部が通常動作時に送信インターフェースとして機能するマスターインターフェースに近い場合の、バスパーティシパント間の伝搬時間に関する情報の再利用である。
本発明は、特に、高可用性が要求される機器に使用することができる。
ここに供せられる説明の個別の態様は、以下に簡潔にまとめることができる。
【００３７】
１．切り替え論理回路を有する標準的なマスターおよび標準的なスレーブの構成要素を備えたマスター冗長性の実現のためのハイブリッドの使用。
【００３８】
２．監視機能を有するローカルスレーブによる故障した能動マスターの監視および確実なハードウェア遮断。
【００３９】
３．能動マスターの故障後のローカルスレーブによる受動マスターの活性化。
【００４０】
４．バス自体の情報フローから切り替えに関する情報が取得される。
【００４１】
５．能動マスターのローカルスレーブが基準クロックとしての役割を果たすことができる。機能切り替え装置内の切り替え論理回路が、マスターの切り替え後であっても追加の取り組みを必要とせずにネットワーク内のパーティシパントが同期したままであることを確実にする。
【００４２】
図面を使用しながら、本発明の例示的な実施形態の説明を以下に記す。すべての図中、相互に対応するオブジェクトまたは要素には同一の参照番号が記されている。
【００４３】
この例示的な実施形態およびその他の例示的な実施形態を、本発明を限定するものとして理解すべきではない。むしろ、本開示の範囲内での変更および修正が当然可能であり、特に、例えば一般的もしくは具体的な説明の段落で記述されまたは請求項および／もしくは図面内に包含され、および組み合わせ可能な特徴により新たな主題または新たな方法のステップもしくは方法のステップの順序につながる、個別の特徴および／もしくは要素ならびに／または方法のステップの変形もしくは組み合わせによる課題の解決策に関する専門家によって認識できる形態および組み合わせが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
以下の図面が示されている。
【図１】データバスを介して通信可能に接続されているバスパーティシパントを有するネットワーク。
【図２】データバスを経由してフレーム加算方式に従って伝送されるデータテレグラムのレイアウト。
【図３】本明細書内で提案されている、マスターユニットおよびスレーブユニットを備える種類のバスパーティシパント装置。
【図４】通信パーティシパントとして機能する少なくとも２つのバスパーティシパント装置および図３によるバスパーティシパント間の伝搬時間を有する、図１によるネットワーク。
【図５】さらなる詳細を伴い、特に、バスパーティシパント装置の備える、スレーブのメディア冗長性を備えていない機能切り替え装置を伴う、図３によるバスパーティシパント装置。
【図６】図５とは異なる切り替え状況の機能切り替え装置。
【図７】スレーブユニットが２組の受信ポートおよび送信ポートを有し、スレーブユニットが順方向および逆方向のデータテレグラムを通過させるように接続されており、マスターユニットが読み出しのために接続されている、図３によるバスパーティシパント装置。
【図８】スレーブユニットが一方向に送受信するように接続されている、図７によるバスパーティシパント装置。
【図９】スレーブユニットおよびマスターユニットが順方向および逆方向に送受信するように接続されている、図７によるバスパーティシパント装置。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
図１中の描写は、バスパーティシパントがデータバス１２を介して相互に通信可能に接続されており、その１つがバスマスター（マスター）１４として機能し、その他がスレーブとして機能する、最新技術によるネットワーク１０を簡潔な様式で概略的に示している。マスター１４およびスレーブ１６はまた、描写内でこれらをさらに区別するために、「Ｍ」ならびに／または「Ｓ１」、「Ｓ２」、「Ｓ３」、および「Ｓ４」の記号で示されている。マスター１４から送信されスレーブ１６によって受信されるデータテレグラム１８を使用した通信が、以下に簡略的にバス１２としても参照されるデータバス１２を経由して行われる。
【００４６】
図２中の描写は、以下に簡略的にテレグラム１８としても参照されるデータテレグラム１８のレイアウトを簡略的な様式で概略的に示している。フレーム加算方式によってバス１２を経由して転送されるテレグラム１８の構造は、原理的には公知であるので、これに関しては専門家の文献を参照することができる。テレグラム１８は、バス１２に接続されている各スレーブ１６についてスレーブ１６に明確に割り当てられた区画２０を含んでいる。さらに、テレグラム１８はまた、接続されているスレーブ１６のサブセットに関する区画２０のみを含むことができる。最低限、各テレグラムは、厳密に１つのスレーブ１６に関して厳密に１つの区画２０を含む。データテレグラムはまた、制御情報を含むこともできる。
【００４７】
マスター１４から送信されたテレグラム１８は、バス１２に接続されている各スレーブ１６によって受信される。各スレーブ１６は同スレーブを通過して流れるデータフローから同スレーブに宛てられた区画２０内の入力データを抽出し、同スレーブの出力データを同スレーブの区画２０の所定の部分内に複製する。次に、必要に応じてこのように修正されたテレグラム１８は、次のスレーブに伝達され（ホップツーホップ方式）または返送される。後者については、下記の例で説明する。
【００４８】
図３中の描写は、本明細書内で提示されている方法によるバスパーティシパント装置３０の実施形態を簡略的な様式で概略的に示している。バスパーティシパント装置３０は図１によるシリアルデータバス１２上で動作するように意図され構成されており、そのために、このようなデータバス１２に接続する手段ならびにデータバスを経由してホップツーホップ方式に従って伝送されるデータテレグラム１８を受信する手段を備えている。
【００４９】
言及されている手段は、インターフェース３２およびインターフェース３４である。しかし、データバス１２を経由してホップツーホップ法に従って伝送されるデータテレグラム１８を受信する手段には、バスパーティシパント装置３６の備えるスレーブユニット３６（「Ｓ」の記号で示す）もまた含まれる。マスター１４が正常に機能しているとき、即ち、通常動作において、データバス１８上のバスパーティシパント装置３０は、スレーブユニット３６を用いてスレーブ１６（図１）として機能する。スレーブユニット３６に加え、バスパーティシパント装置３０はまた、活性化することのできるマスターユニット３８（「Ｍ」の記号で示す）をも備えている。
【００５０】
データバス１２上のバスパーティシパント装置３０は、その通常動作においてスレーブユニット３６を用いてスレーブ１６として機能し、データバス１２を経由したデータテレグラム１８の送信を監視することができる。
【００５１】
監視の結果次第では、スレーブユニット３６を用いてバスパーティシパント装置３０の備えるマスターユニット３８を活性化することができる。監視の結果次第では、動作中にこのような活性化を行うことができる。このような活性化が行われた後、データバス１２のマスターとして機能しスレーブユニット３６と直列接続されているマスターユニット３８を有するバス１２上のバスパーティシパント装置３０は、スレーブ１６として機能し続ける。
【００５２】
バスパーティシパント装置３０は、このようにデータバス１２上で、バスオフマスターを伴うスレーブ１６として、受動マスター１４を伴うスレーブ１６として、または能動マスター１４を伴うスレーブ１６として機能することができるので、バスパーティシパント装置３０はまた、以下において時折ただ単にハイブリッド（「Ｈ」の記号）として簡略的に参照されることもある。スレーブユニット３６および／またはマスターユニット３８をデータバス１２に接続するために、バスパーティシパント装置３０（ハイブリッド３０）は、 以下に簡略的に機能切り替え装置４０（記号としては「ＦＷ」）として時折参照されることもある機能切り替えユニット４０を備えている。
【００５３】
図４中の描写は、本質的には図１中の描写の繰り返しなので、そこでの説明が参照される。ネットワーク１０は、図１中の描写とは対照的に、２つの図３によるバスパーティシパント装置３０、即ち第１および第２のハイブリッド３０を備えている。ハイブリッド３０のうちの一方が、例えば対応する構成に基づいて、バス１２上でマスター１４（記号としては「Ｈ（Ｍ）」）として機能する。他方のハイブリッド３０は、バス１２上でスレーブ（記号としては「Ｈ（Ｓ４）」）として機能する。通常動作において、能動マスター１４として機能しているハイブリッド３０はバス１２上で「通常の」マスター１４（図１）のように動作し、通常は、他の通信パーティシパントはこれを通常のマスター１４と区別できない。通常動作時にスレーブとして機能するハイブリッド３０は、バス１２上で他のすべての通信パーティシパントには「通常の」スレーブとして見え、したがって、これもまた通常のスレーブ１６とは区別がつかない。バス１２上のハイブリッド３０の数は、原理的には制約がない。さらには、バス１２上に２つのハイブリッド３０を接続することもまた、必ずしも必要ではない。マスターの機能もまた、原理的には、「通常の」マスター１４（図１）が引き受けることができる。少なくとも１つのハイブリッド３０がバス１２に接続されているので、マスター１４またはマスターとして機能しているハイブリッド３０のうちの１つが故障または誤動作した場合、ハイブリッド３０のうちのマスターユニット３８が冗長マスター１４として利用可能である。エラーが発生した場合にはハイブリッド３０、即ちそのマスター３８がマスター機能を引き継ぐので、ネットワーク１０の継続的な動作が保証される。
【００５４】
初期にはスレーブ１６として（のみ）機能するバス１２上のハイブリッド３０は、その他の通信パーティシパントにはトランスペアレントな方法でデータバス１２を経由したデータテレグラム１８の送信を監視する。さらに、図５中の描写は、図３によるハイブリッド３０を、追加的な詳細と共に示している。
【００５５】
スレーブユニット３６は、初期には、それ自体は原理的に公知のスレーブコントローラ４２（「ｓｔａｎｄａｒｄ  ｓｌａｖｅ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ：標準的なスレーブコントローラ」の記号として「ＳＳＣ」）ならびにそれ自体は原理的に公知のスレーブスタック４４（「ｓｔａｎｄａｒｄ  ｓｌａｖｅ  ｓｔａｃｋ：標準的なスレーブスタック」の記号として「ＳＳＳ」）を備えている。したがって、ハイブリッド３０によって（スレーブ１６としての機能において）受信されるテレグラム１８からのデータのテイクオーバーならびにこのようなテレグラム１８へのデータのハンドオーバーが可能である。このことは、スレーブユニット３６を出入りする二重ブロック矢印によって描写内に図示されている。
【００５６】
スレーブユニット３６のそれぞれの機能は、このために提供されているものの別個に図示されてはいないスレーブユニット３６のメモリー内にロードされている制御プログラム４６（記号としては「ＳＡｐｐ」）によって決定される。スレーブの制御プログラム４６（アプリケーション４６）が、バスパーティシパント装置３０のスレーブ機能を決定する。制御プログラム４６は、テレグラム１８から入力データとしてテイクオーバーすべきデータにアクセスし、テレグラム１８に出力データとしてハンドオーバーすべきデータを提供することができる。
【００５７】
「通常の」スレーブ１６とは対照的に、ハイブリッド３０のスレーブユニット３６は、以下に制御ユニット４８として簡略的に時折参照されることもあるマスター制御ユニット４８（「Ｍａｓｔｅｒ−Ｓｔｅｕｅｒｅｉｎｈｅｉｔ」の記号として「ＭＳＥ」）を備えている。前述のスレーブユニット３６によるバス１２を経由したテレグラム１８の送信の監視は、このマスター制御ユニット４８を用いて行われる。監視の結果次第により、制御ユニット４８を用いて機能切り替え装置４０が活性化の意義の範囲内で制御されているとき、制御ユニット４８を用いて、したがって制御ユニット４８を備えるスレーブユニット３６によって、バスパーティシパント装置３０の備えるマスターユニット３８が活性化される。このような活性化を行うために、制御ユニット４８は、活性化をもたらし、または少なくとも始動する切り替え信号５０を生成する。
【００５８】
バス１２はハイブリッド３０内をインターフェース３２からインターフェース３４まで延びており、バス１２は機能切り替え装置４０の中を通って延びている。図示の実施形態におけるデータバス１２は、機能切り替え装置内を、第１、第２、および第３の切り替えモード間で切り替えることのできる４つのスイッチＳａ、Ｓｂ、Ｓｃ、およびＳｄを経由して延びている。
【００５９】
図示の機能切り替え装置４０の実施形態を用いて、バス１２をマスターがバスから分離されているスレーブユニット３６のみに接続し（マスターがバスオフ状態である第１の切り替えモード）、読み出しのみのための受動マスターユニット３８およびスレーブ３６に接続し（第２の切り替えモード）、またはスレーブユニット３６ならびに順次の読み出しおよび書き込みのための能動マスター３８に同時に接続する（第３の切り替えモード）ことができる。したがって、機能切り替え装置４０は、少なくとも３つの切り替えモード、即ち、第１、第２、および第３の切り替えモードを有する。
【００６０】
第１の切り替えモードにおいて、バス１２にはハイブリッド３０のスレーブユニット３６のみが接続されており、マスターはバスオフ状態に切り替えられている。スレーブ動作において、通常動作では、バスパーティシパント装置３０はスレーブ専用として動作する。リング状のデータバス上での標準的な動作方向について、バスパーティシパント装置のインターフェース３２および３４は、各々１つの機能のみ、即ち、送信インターフェースとしてまたは受信インターフェースとしての機能のみを有する。
【００６１】
第２の切り替えモードにおいて、ハイブリッド３０のマスターユニット３８はバス１２に受動的に接続されており、即ち、読み出しのためにデータバスに接続されている。したがって、マスターユニット３８は、データバス１２上のトラフィックを読み出すことができる。したがって、能動バスマスター１４と少なくとも部分的に、好ましくは少なくともほぼ同じ情報状態をもたらすデータを受信することができる。能動バスマスターは、その状態に関する情報を伴うデータを送信することができる。リング状のデータバス上での標準的な動作方向について、バスパーティシパント装置のインターフェース３２および３４は、各々１つの機能のみ、即ち、送信インターフェースとしてまたは受信インターフェースとしての機能のみを有する。
【００６２】
第３の切り替えモードにおいて、スレーブユニット３６は読み出しおよび書き込みのためにバス１２に接続されており、ハイブリッド３０の能動マスターユニット３８は読み出しのみのためにバス１２上のスレーブユニット３６に直列に接続されている。バスパーティシパント装置のインターフェース３２および３４は各々、送信インターフェースまたは受信インターフェースとして動作できるので、バスパーティシパント装置の双方向動作が可能である。
【００６３】
図５中の描写は、スレーブユニット３６およびマスターユニット３８がバス１２に直列接続されている第３の切り替えモードにある機能切り替え装置４０を示している。このように、スレーブユニット３６およびマスターユニット３８は、両方のユニット３６および３８が入力テレグラム１８を受信できるように、インターフェース３２、３４を介してデータバス１２に接続されている。スレーブユニット３６は、受信したテレグラム１８を転送することができる。マスターユニット３８は、独自のテレグラム１８を送信することができる。ここでは、それぞれのユニット３６、３８のインターフェース３２との接続を介して受信が行われる。それぞれのユニット３６、３８のインターフェース３４との接続を介して転送または送信が行われる。このことは、図５中に記号で示す機能切り替え装置４０の切り替え状態に対応する。
【００６４】
第２の切り替えモードにおいて、スレーブユニット３６およびマスターユニット３８は、両方のユニット３６および３８が入力テレグラム１８を受信できるように、データバス１２、即ち、インターフェース３２、３４に接続されている。スレーブユニット３６が受信テレグラム１８を転送できる一方で、マスターユニット３８自体は送信することができない。スレーブユニット３６はインターフェース３２、３４に接続されている一方で、マスターユニット３８はインターフェース３２にのみ接続されている。機能切り替え装置４０の状態によりハイブリッド３０のユニット３６、３８のうちの一方がインターフェース３２、３４のうちの一方に接続されているので、それぞれのインターフェース３２、３４はそれぞれのユニット３６、３８まで接続されている。この目的のために、機能切り替え装置４０のスイッチが対応する切り替え設定に設定されている。
【００６５】
第２の切り替えモードでのスレーブユニット３６およびマスターユニット３８の直列切り替えにおいて、ハイブリッド３０のスレーブユニット３６のみならずマスターユニット３８もが、バス１２を経由して伝送される各テレグラム１８を受信する。したがって、マスターユニット３８もまた、謂わば、バス１２上のデータトラフィックをヒア（ｈｅａｒ）する。バスマスター１４は、例えばその状態に関するデータなどの、特定のデータを送信することができる。したがって、その結果、受動マスターは、現行のバスマスター１４と部分的に同じかまたは少なくともほぼ同じで、好ましくは常に同じデータへのアクセスを有する。これにより、バスマスター１４が故障した場合に、マスターユニット３８がほとんど問題なくバスマスター１４の機能を確実にテイクオーバーすることができる。
【００６６】
バスマスター１４としてバス１２上のデータトラフィックをオーバーヒアするのみならずテレグラム１８を送受信するために、マスターユニット３８は、それ自体は公知であるイーサネット（登録商標）コントローラ（「Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｅｔｈｅｒｎｅｔ−Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ：標準的なイーサネット（登録商標）コントローラ」の記号として「ＳＥｔｈＣ」）ならびに同様にそれ自体は公知であるマスタースタック５４（「Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｍａｓｔｅｒ  Ｓｔａｃｋ：標準的なマスタースタック」の記号として「ＳＭＳ」）を備えている。マスターユニット３８のそれぞれの機能は、別個に図示されてはいないこの目的のためのマスターユニット３８のメモリー内にロードされている制御プログラム５６（記号としては「ＭＡｐｐ」）によって決定される。ハイブリッド３０がバス１２上のマスター１４として（もまた）動作する場合、制御プログラム５６（アプリケーション５６）はそれぞれのテレグラム１８を送信する。テレグラム１８を受信すると、ハイブリッド３０はスレーブ１６によってテレグラム１８に入力されたデータを解析する。第２の切り替えモードにおいて、バス１２上のハイブリッド３０はスレーブ１４としてのみ機能し、その場合、マスターユニット３８がバス１２上のデータトラフィックをオーバーヒアすることを可能とする機能切り替え装置４０の切り替え設定の結果、アプリケーション５６がオーバーヒアされたテレグラム１８内にスレーブ１６が入力したデータを解析する。
【００６７】
図５中に、機能切り替え装置とマスターユニット３８との間の二重ブロック矢印によってマスターユニットに出入りするデータ伝送が図示されている。
【００６８】
マスター制御ユニット４８は、既に言及したスレーブユニット３６によるバス１２を経由したテレグラム１８の送信を監視する手段として機能する。ここで、制御ユニット４８は、データテレグラム１８の受信とその直後のデータテレグラム１８の受信との間の時間間隔を監視する手段として、およびそれぞれの時間間隔を事前設定されている、またはすることのできる閾値と比較する手段として機能する。間隔が閾値を超えた場合、制御ユニット４８を用いて、したがって制御ユニット４８を備えるスレーブユニット３６を用いて、ハイブリッド３０の内部切り替えおよびローカルマスターユニット３８の活性化を行うことができる。このように、制御ユニット４８はウォッチドッグとして機能する。
【００６９】
したがって、それぞれの時間間隔を閾値と比較するために考慮される一手段としては、例えば、各テレグラム１８の受信時に閾値に対応する開始値に設定され、開始される減衰カウンタであってもよく、このとき、その値の終了は閾値を超えたことを示す。このようにすれば、スレーブユニット３６は、そのマスター制御ユニット４８を用いて、それぞれのバスマスター１４がバス１２上にテレグラム１８を定期的に供給するか否かを監視することができる。バスマスター１４が故障するか、またはテレグラム１８の定期的な送信を妨げる別の故障が発生した場合、これは制御ユニット４８によって自動的に検出される。閾値を超えたことの検出に反応して、切り替え信号５０が自動的に発行され、切り替えが行われる。
【００７０】
マスターユニット３８がテレグラム１８を能動的に送信することを可能とするために、マスターユニット３８はインターフェース３２およびインターフェース３４まで接続されている。このとき、機能切り替え装置４０は、図５中の描写に示す切り替え状態（第３の切り替えモード）にある。マスターユニット３８が送信権を有さず受動マスター１４としてバス１２上のデータトラフィックをオーバーヒアするのみ（第２の切り替えモード）である限り、図５に示す中位の切り替え設定に反して、例えばそこに「Ｓｃ」および「Ｓｄ」の記号で印すスイッチは、低位の切り替え位置にある（したがって、スレーブ３６によって受信され、場合によってはそこで修正される各テレグラム１８は、マスターユニット３８およびインターフェース３４に同時に到着する）。同様に、図５に示す上位の切り替え位置に反して、「Ｓａ」と印されたスイッチは中位の切り替え位置にある（したがって、マスターユニット３８はインターフェース３４にまで接続されていない）。
【００７１】
この結果である機能切り替え装置４０の切り替え設定（第２の切り替えモード）を図６中の描写に示す。ここで、図５および図６中の機能切り替え装置４０の描写ならびにそこに簡単なスイッチとして示す切り替え要素は、通信経路、考え得る切り替え処理、および（スイッチの）状態を図示する目的の象徴的な描写としてのみ理解されるべきであることもまた、指摘しておかなければならない。
【００７２】
制御ユニット４８によって判定される監視結果が状態の変化を意味する場合は、制御ユニット４８はマスターユニット３８にそこでの必要な状態の変化、即ち、現行の受動状態でありバス１２を経由して伝送されるテレグラム１８の単なるオーバーヒアリングからバスマスター１４としての機能をテイクオーバーする能動状態への状態変化を直接通知する。さらに、制御ユニット４８は、機能切り替え装置４０を切り替える切り替え信号５０を生成する。
【００７３】
このために、ハイブリッド３０は、具体的にはスレーブユニット３６およびマスターユニット３８にアクセス可能なレジスタまたはメモリー領域の形態の、スレーブユニット３６とマスターユニット３８との間の直接通信を可能とする通信手段５８を有する。象徴的に（但し、一切のさらなる一般的適用性を放棄することなく）、通信手段５８は、図５中の描写の中に、ＩＫＭ（「Ｉｎｔｅｒｎｅｓ  Ｋｏｍｍｕｎｉｋａｔｉｏｎｓｍｉｔｔｅｌ」（ｉｎｔｅｒｎａｌ  ｍｅａｎｓ  ｏｆ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ：内部通信手段））と印されている。もっとも簡単な場合、通信手段５８は、１ビットのメモリーセル（フラッグ）である。あるいは、これは従来型のアクセス制御で実現されるメールボックスであってもよい。また、原理的には、通信手段５８は、分散メモリー領域、即ち、スレーブユニット３６の部分の上にあるメモリー領域およびマスターユニット３８の部分の上にあるメモリー領域であってもよい。メモリーの内容または個別のメモリー領域は、所定のパターンに従って、および具体的には上位ユニットによって、一方から他方へと相互に定期的に複製しあうこともできる。
【００７４】
以下の説明は（既述の通り、一切のさらなる一般的適用性を放棄することなく）、スレーブユニット３６およびマスターユニット３８の両方にアクセス可能なメモリー領域の形態を有する内部通信手段５８の例について継続する。マスターユニット３８を活性化するために、制御ユニット４８は、マスターユニット３８によって定期的に監視されるマスター制御レジスタ６０内に所定の値を書き込む。所定の値（例えば「１」）が、現行の受動状態から能動状態への切り替えが必要であること、およびマスターユニット３８がバス１２上のバスマスター１４としての機能をテイクオーバーするべきであることを、マスターユニット３８に合図する。
【００７５】
マスター制御レジスタ６０の状態の定期的監視の過程で、マスターユニット３８がバスマスター１４としての機能の引き継ぎのリクエストを検出次第、マスターユニット３８は内部的な切り替えを行い、この時点からはバス１２上でマスター１４として機能する。インターフェース３４までの接続、したがってマスターユニット３８がバス１２にテレグラム１８を能動的に供給できる可能性は、機能切り替え装置４０の切り替えの結果として起こる。バス１２上のデータトラフィックの現行の受動的なオーバーヒアリングの結果、将来的にバスマスター１４として機能することとなるマスターユニット３８は、この切り替えに必要なデータを有する。現行の受動マスターの活性化自体についてはマスター切り替えまたはマスター冗長性というキーワードによって公知であり、この点については追加的な説明は必要ないと思われ、関連する従来技術の参照がなされる。
【００７６】
ハイブリッド３０の備えるマスターユニット３８との通信の選択肢について、下記に説明する。ここでは、初期の問題はマスターユニット３８が受動状態であるか、またはマスターユニット３８がバス１２上でバスマスター１４として機能するかではない。以下の説明はバス１２に接続されている追加の通信パーティシパントについても言及しており、追加のハイブリッド３０および同ハイブリッドの備えるスレーブユニット３６との通信を行うことができるので、通信の対象となるマスターユニット３８と同じハイブリッド３０に属するスレーブユニット３６はローカルスレーブユニット３６として指定されており、追加のハイブリッド３０の備えるスレーブユニット３６の形態の遠隔通信パーティシパントは遠隔スレーブユニット３６として指定されている。
【００７７】
バス１２上の受動／能動マスターユニット３８はその他の通信パーティシパントには見えていないので、能動／受動マスターユニット３８へのデータの送信について、伝送されるこれらのデータは、１つ以上のプロセスデータオブジェクト（ｐｒｏｃｅｓｓ  ｄａｔａ  ｏｂｊｅｃｔｓ：ＰＤＯ）またはサービスデータオブジェクト（ｓｅｒｖｉｃｅ  ｄａｔａ  ｏｂｊｅｃｔｓ：ＳＤＯ）の交換手段による通信の範囲内で、ハイブリッド３０のローカルスレーブユニット３６に対してアドレス指定されると規定することができる。このために、ローカルスレーブユニット３６は入力プロセスデータオブジェクトまたはサービスデータオブジェクトを解析し、マスターユニット３８のためのデータをマスターユニット３８のメモリーのアドレス領域に直接転送し、またはそこからデータを読み出してそのデータをバス１２に転送する。これらのデータは、バスオフ／能動／受動などの、受動／能動マスターに対するコマンドであるかもしれない。受動／能動マスターはまた、スレーブユニット３６を経由して、バスオフ／能動／受動といったマスター状態などの状態情報および／または１つ以上のエラーカウンタ情報をも転送することができる。ユーザーまたはアプリケーションによる保守目的の手動接続または切断もまた、特別モードにおいて可能である。
【００７８】
多くの場合、ローカルスレーブユニット３６は、受動／能動マスターユニット３８へのアクセスゲートまたはリレーとして機能する。ここではＰＤＯ通信またはＳＤＯ通信が使用されているので、本質的に、ハイブリッド３０のスレーブユニット３６およびマスターユニット３８は、具体的には共有メモリー領域を経由してバックグラウンドで通信する、「通常の」スレーブ１６または「通常の」マスター１４のように実行することができる。マスターユニット３８はまた、別の種類の内部通信、具体的には、従来型の内部バスシステム、または例えばマスターユニット３８およびスレーブユニット３６のパラレルデータポートのような直接接続を介して、スレーブユニット３６に結合させることもできる。
【００７９】
バスパーティシパント装置３０は、スレーブユニット３６が、バス１２を経由したデータテレグラム１８の伝送の監視の範囲内で、（上述の通りに）前記バスパーティシパント装置３０の備えるマスターユニット３８を活性化するのみならず、能動マスターユニット３８を非活性化することもできると規定する。これは、切断スレーブユニット３６と同じバスパーティシパント装置３０内に配置することのできるマスターユニット３８であってもよいが、データバス１２を介して接続されているマスター１４であってもよい。これにより、先述に提案したバスパーティシパント装置３０、および特に同装置３０の備えるスレーブユニット３６が、さらに広い範囲で、バス１２上のコントローラとなる。下記にスレーブユニット３６およびマスターユニット３８の双方を、同一のバスパーティシパント装置３０の備えるユニット３６、３８として言及するとき、これ以降、それぞれのユニット３６、３８を、ハイブリッドユニット３６、３８と呼ぶ。したがって、マスターユニット３８を発端として、ハイブリッドスレーブユニット３６は、マスターユニット３８もまた属する同じバスパーティシパント装置３０の備えるスレーブユニット３６である。
【００８０】
マスターユニット３８が依然としてテレグラム１８を定期的に送信し続けているとき、ハイブリッドスレーブユニット３６による能動マスターユニット３８の自動的な活性化の考え得る一シナリオが起こるが、例えばこれらのテレグラム１８は、高頻度のエラーを呈する。ハイブリッドスレーブユニット３６は、バスを経由したデータテレグラム１８の伝送を監視するときにこのような状況を検出し、ハイブリッドマスターユニット３８を受動状態とすることができる。自動的な受動化は、マスター制御ユニット４８および同ユニット４８によって生成される切り替え信号５０によって行われる。少なくともマスターユニット３８上のインターフェース３４を介した切り替えが終了した結果である機能切り替え装置４０の切り替え状態の故に、マスターユニット３８からのテレグラム１８はバス１２に到着できなくなる。上述のテレグラム１８の不在は、バス１２に接続されている追加のハイブリッド３０のスレーブユニット３６によって検出される。次に、このユニットがそのハイブリッドマスターユニット３８を活性化するので、次に後者がバスマスター１４としての機能をテイクオーバーする。
【００８１】
マスターユニット３８の自動的な受動化と同時に、マスター制御レジスタ６０もまた制御ユニット４８によって然るべく設定することができる。マスターユニット３８が少なくともマスター制御レジスタ６０の解析が可能な範囲で依然として動作可能である場合、マスターユニット３８の状態の整然とした切り替えを、制御プログラム５６よりも上位のマスターユニット３８のソフトウェアシステムの機能性の範囲内で、このような方法で行うことができる。
【００８２】
ハイブリッドマスターユニット３８を自動的に受動化することができることに基づくスレーブユニット３６によるデータテレグラム１８の伝送の監視の別の選択肢は、所謂作動カウンタ（working counter）、即ち、バスマスター１４が送信したテレグラム１８がバス１２に接続されているスレーブ１６の群のすべてに到達したかを監視するカウンタの監視である。具体的には、作動カウンタは、バスパーティシパントを通過するときのデータテレグラムの処理を記録するために、フレーム加算方式で使用される。この目的で、作動カウンタの値が変更される。作動カウンタの状態によって１つ以上のエラーが示される場合、スレーブユニット３６はその能動ハイブリッドマスターユニット３８を自動的に受動化することができ、この場合、起動される受動化に関してエラーの数が閾値を越えなければならないと規定することができる。次に、バスマスターの資格の別のマスターユニット３８への引き渡しが、上述の通りに行われる。作動カウンタの監視は、具体的には、バスパーティシパント装置のスレーブユニットまたはマスターユニット内のプログラムの実行の監視において公知のように、ウォッチドッグの方法で行うことができる。
【００８３】
追加的にまたは別の方法として、バス１２上のデータトラフィックの継続的なオーバーヒアリングに基づく、受動マスターユニット３８によって生成されたデータを解析する選択肢もある。通常は、スレーブ１６から受信された同じデータに基づいて、ならびに同一の制御プログラムまたは試験プログラム５６に基づいて、能動マスターユニット３８および受動マスターユニット３８は同じデータを生成すると予想すべきである。能動マスターユニット３８によって生成されるデータは、少なくとも部分的には、後者によってバス１２上に発行されるテレグラム１８内に見いだされる。受動マスターユニット３８のハイブリッドスレーブユニット３６は、テレグラム１８と共に受信されたデータをそのハイブリッドマスターユニット３８によって生成されたデータと自動的に比較することができる。エラーが発生した場合、特にエラーの量および／または頻度において規定された閾値を超えた場合、それぞれのスレーブユニット３６は、そのハイブリッドマスターユニット３８を自動的に受動化することができる。ここでもまた、バスマスターの資格の別のマスターユニット３８への引き渡しが、上述の通りに行われる。
【００８４】
図７は、相互に独立して切り替えることのできる、ハイブリッドＨのスレーブユニット３６上の２つの別個のスレーブインターフェースを示している。これにより、データバスのリング配線が可能となる。具体的には、しかし排他的ではなく、可用性の要求度が低い場合、線形配線を実現することもでき、分岐を有することもできる。
【００８５】
マスター１４、３８およびスレーブ１６、３６におけるアプリケーションの同期処理に関して、これらのローカルクロックは相互に同期していなければならない。ローカルクロックは、ネットワーク内のスレーブの各々の中で従来通りに構成されている。同期に関しては、選択されたクロック（基準クロック）の時刻が、マスター１４、３８によって少なくとも１つの、しかし好ましくはすべてのスレーブ１６、３６に送信される。このクロックは、能動マスターユニット３８のローカルスレーブ３６内で実現される。その他のクロックのばらつきはそれぞれのスレーブ１６、３６によってハードウェア内で測定でき、能動マスターによって読み出して補償することができ、その過程で伝送によって生じる経時的遅延が検出され、オフセットされる。これらの遅延は、データバス１２上のパーティシパントの位置に依存し、変更が発生した場合には調節することができる。
【００８６】
代替マスターの活性化を通じ、同マスターによって管理されるスレーブの順序が変更される。したがって、マスターの切り替えの最中またはその後に、位置に依存する遅延を再計算することが提案される。このようにすれば、既存の同期を継続することができ、時間のかかる再同期を回避することができる。
【００８７】
図４に示すリング構造のデータバスにおいて、両方向での遅延時間は各々以下を含んでいる。
Ｈ（Ｍ）とＳ１との間：７００ｎｓ
Ｓ１とＳ２との間：５００ｎｓ
Ｓ２とＳ３との間：３００ｎｓ
Ｓ３とＨ（Ｓ４）との間：６００ｎｓ
Ｈ（Ｓ４）とＨ（Ｍ）との間：２００ｎｓ
【００８８】
例において、ハイブリッドＨ（Ｍ）とスレーブＳ２との間の遅延時間は、７００＋５００ｎｓである。スレーブ２における受信時刻は、Ｈ（Ｍ）のハイブリッド３０のスレーブ３６から送信された時刻と比較して１２００ｎｓ補正される。例えば、マスターＨ（Ｍ）が完全に故障したことによりリングが分断された場合、新しいマスターＨ（Ｓ４）が経路Ｈ（Ｓ４）、Ｓ３、Ｓ２を経由してスレーブ２と連絡を取る。その結果、この時点での遅延は、６００＋３００である。したがって、スレーブ２における受信時刻は９００ｎｓ補正される。新しい遅延時間は、既に分かっている遅延の加算により決定される。受動マスターは、受動フェーズの間に既に切り替えが発生した場合に必要なこの計算を行うことができる。好ましくは、マスターの切り替え後、まず補正が行われ、それに続いて再同期が行われる。
【００８９】
再同期について上記に説明したばかりの方法では、遅延時間が分かっている必要がある。同期の再決定は、パラメータ化または動的計算によって行うことができる。動的計算では、同期しようとするユニットの受信時刻の差がバスパーティシパントの直列配置内の後続のユニットの受信時刻の差から減算され、その結果が２分割される。この方法は公知であり、ここではさらに論じない。ほとんどの場合、スレーブには受信時刻のタイムスタンプを使用する方法が既に組み込まれている。しかし、ハイブリッドＨ（Ｍ）の受信インターフェースとして機能するインターフェースでは、リングが開放されている場合、通常、これは標準的な構成要素では対応されていない。したがって、この機能は、追加的な装置（例えばタイマー）を用いて実現することができる。多くのスレーブが、この処理に対応したハードウェアを既に備えている。
【００９０】
図７は、マスターユニット３８、スレーブユニット３６、および機能切り替え装置４０を備えるバスパーティシパント装置３０を示している。機能切り替え装置は、スレーブユニット３６およびマスターユニット３８の内部ポートＴｓ１、Ｒｓ１、Ｔｓ２、Ｒｓ２、Ｔｍ１、Ｒｍ１間ならびにバスパーティシパント装置３０のインターフェース３２および３４との切り替え接続を行う。この接続は、バスパーティシパント装置３０の第１および第２の切り替えモードに対応する。
【００９１】
能動マスターによって送信されたデータは、受信インターフェースとして動作するインターフェース３２上でハイブリッドに到達する。次に、データは、機能切り替え装置４０を経由してスレーブユニット３６に転送される。これらデータは、そこでＴｓ２に到達し、送信インターフェースとして動作するインターフェース３４を経由して、次に他のスレーブ、好ましくは次のスレーブから開始してバスの物理的な端部のスレーブまですべてのスレーブを通過するために、ハイブリッド３０から出発する。したがって、データは後続のスレーブの第１の開放ポートで返送され、インターフェース３４で再度バスパーティシパント装置３０に到達する。そこで、データは機能切り替え装置４０によってスレーブユニット３６のＲｓ２、Ｔｓ１およびＴｉｎを経由してマスターの方向に向かってその次のスレーブに転送される。
【００９２】
マスターユニット３８もまた、スレーブユニット３６が受信したデータを受信する。図７において、マスターユニット３８の受信ポートＲｍ１は、例えばバスパーティシパント装置３０のインターフェース３４に接続されており、このインターフェース３４は同時にスレーブユニット３６の受信ポートＲｓ２に接続されている。この例において、インターフェース３４はバスパーティシパント装置３０の受信インターフェースとして動作するので、マスターユニット３８もまた受信されたデータを受信する。スレーブユニット３６はその送信ポートＴｓ１を経由して受信データを内部的に伝送し、インターフェース３２を経由してデータを送信する。スレーブユニット３６は、図示の切り替えにおいて、２組の送受信ポートＴｓ１、Ｒｓ１、Ｔｓ２、Ｒｓ２を用いて、バスパーティシパント装置３０のインターフェース３２と３４との間でデータテレグラムを双方向に転送することができる。このためにポートＴｓ１およびＲｓ１はインターフェース３２に接続されているので、スレーブユニット３６はこのインターフェース３２上で送信および受信の両方を行うことができる。このことは、インターフェース３４に関してもポートＴｓ２およびＲｓ２に同様に適用される。このように、バスパーティシパント装置３０は、データバス１２で可能性のある両方の動作方向でホップツーホップ方式に従って、スレーブとして動作することができる。スレーブユニット３６は、データを単に通過させることもでき、またはこれらをさらに処理することもできる。この処理は、ポートＴｓ１、Ｒｓ１、Ｔｓ２、Ｒｓ２間で破線矢印によって示されている。インターフェース３２上でデータテレグラムを受信できる使用法において、マスターユニット３８の入力ポートＲｍ１は、図７中の描写とは異なって、インターフェース３２およびスレーブユニット３６の受信ポートＲｓ１と接続することができる。しかし、データがスレーブユニット３６によって処理された後に、マスターユニット３８がこれを受信することもまた考え得る。
【００９３】
図８は図７にも示したバスパーティシパント装置３０を示しているが、ここでは、機能切り替え装置４０が、バスパーティシパント装置３０のスレーブユニット３６、マスターユニット３８、ならびにインターフェース３２および３４の内部ポート間の異なる切り替え接続を行う。この相互接続は、特に閉鎖リング上での動作について、バスパーティシパント装置３０の第３の切り替えモードに対応し、このことは、システムがエラーを発生させずに動作している場合に好ましい。マスターユニット３８はバスマスターとして動作し、Ｔｍ１からスレーブユニット３６にデータを送信する。データはそこから他のスレーブに送信され、最後の開放ポートから以前のすべてのスレーブおよびスレーブユニット３６のＴｓ１を経由して再度マスターユニット３８のＲｍ１に返送される。マスターはマスターユニット３８によって送信されたメッセージを受信するバスパーティシパントのチェーンの始点および終点に位置しているので、バスパーティシパント装置３０の第２のインターフェース３２は内部的に空けたままにしておくことができる。
【００９４】
インターフェース３４は、スレーブユニット３６の送信ポートＴｓ２および受信ポートＲｓ２に接続されている。このように、インターフェース３４は、送信ならびに受信を行うように構成されている。スレーブユニット３６およびマスターユニット３８は、内部的にはポートＴｍ１とＲｓ１との接続およびＴｓ２とＲｍ２との接続を経由して双方向通信を行うように連結されている。このように、スレーブユニット３６は、スレーブユニット３６が受信したデータおよび／もしくはさらに処理したデータをマスターユニット３８に転送することができ、または後者からデータを受信し、それらをインターフェース３４に転送することができる。スレーブユニット３６は、データを単に通過させることもでき、またはこれらをさらに処理することもできる。この処理は、ポートＴｓ１、Ｒｓ１、Ｔｓ２、Ｒｓ２間で破線矢印によって表示されている。
【００９５】
図９は図８にも示したバスパーティシパント装置３０を示しているが、ここでは、機能切り替え装置４０が、バスパーティシパント装置３０のスレーブユニット３６およびマスターユニット３８の内部ポートＴｓ１、Ｒｓ１、Ｔｓ２、Ｒｓ２、Ｔｍ１、Ｒｍ１間ならびにインターフェース３２およびインターフェース３４との異なる相互接続を行う。図示の相互接続は、ストリングまたは開放リングとして構成されたデータバス１２上のバスパーティシパント装置の動作に特に好適である。マスターユニット３８およびスレーブユニット３６は図８のようにインターフェース３２および３４と相互接続されているが、返送されるすべてのデータテレグラム１８がマスターユニット３８のポートＲｍ１に辿り着くわけではない点が異なる。スレーブユニット３６の送信ポートＴｓ１は送信インターフェースとして機能するインターフェース３２に接続されているので、データテレグラム１８はデータバスのストランドの接続区間のスレーブに転送される。返送データテレグラム１８のみが、このとき受信インターフェースとして動作するインターフェース３２を経由してマスターユニット３８の受信ポートＲｍ１に到達する。この相互接続は、開放リングまたはストランドで動作するときのバスパーティシパント装置３０の第３の切り替えモードに好適である。このようなアーキテクチャは意図的である場合もあるが、例えば、通常動作ではホップツーホップ方式でデータテレグラム１８を転送するスレーブ１４またはバスパーティシパント装置３０の故障が原因で、データバス１２のリングアーキテクチャの分断によって形成される場合もある。ケーブルの断線も同様の結果を招く場合がある。マスターユニット３８からスレーブユニット３６を経由してデータテレグラム１８を送信することができ、データは、マスターユニット３８のポートＴｍ１からスレーブユニット３６のポートＲｓ１へ、破線で示すスレーブユニット３６の中を通る接続を経由してその送信ポートＴｓ２へ、およびそこからインターフェース３４を経由し、図示していないバスパーティシパントを経由してストランドの一方の端部まで通過する。データは最後のバスパーティシパントから反対方向に送信され、再度バスパーティシパント装置３０に到着する。バスパーティシパント装置３０がストランドの他方の端部に位置する場合、データテレグラムはここで終了し、あるいは既に通過した第１のストランド区画から反対方向にある第２のストランド区画に転送される。ここで、データテレグラム１８はインターフェース３４およびスレーブユニット３６内の受信ポートＲｓ２を経由して通過し、この受信ポートＲｓ２が破線で示す内部接続を経由して、インターフェース３２に接続されている送信ポートＴｓ１にデータを伝送する。データテレグラムはそこから第２のストランド区画の端部まで通過し、最後のバスパーティシパントによって返送され、最終的にバスパーティシパント装置３０に再度到着する。ここからマスターユニット３８の受信ポートＲｍ１を経由してデータが読み出される。このようにすれば、バスパーティシパント装置は、ストランド状のバスアーキテクチャのすべてのバスパーティシパントからフィードバック、特に接続されているバスパーティシパントに関するエラーの検出および／またはバスパーティシパント間の伝達時間の測定に関するフィードバックを受信することができる。後者の情報は、他のバスパーティシパントを同期するためにマスターユニット３８によって使用することができる。例えば、新しい同期データを伴うリフレッシュ用（refresher）テレグラムをバスパーティシパントに送信することができる。同期データは、例えば、格納されている伝達時間および／またはマスターユニット３８がバスパーティシパントからのフィードバックから計算した伝達時間から計算することができる。
【符号の説明】
【００９６】
１０  ネットワーク
１２  バス
１４  マスター
１６  スレーブ
１８  データテレグラム
２０  区画
３０  ハイブリッド
３２  インターフェース
３４  インターフェース
３６  スレーブユニット
３８  マスターユニット
４０  機能切り替えユニット
４２  スレーブコントローラ
４４  スレーブスタック
４６  制御プログラム
４８  マスター制御ユニット
５０  切り替え信号
５４  マスタースタック
５６  制御プログラム
５８  通信手段
６０  マスター制御レジスタ
Ｈ  ハイブリッド
Ｒｍ１  受信ポート
Ｒｓ１  受信ポート
Ｒｓ２  受信ポート
Ｔｍ１  受信ポート
Ｔｓ１  送信ポート
Ｔｓ２  送信ポート
Ｓ１  スレーブ
Ｓ２  スレーブ
Ｓ３  スレーブ
Ｓ４  スレーブ
Ｓａ  スイッチ
Ｓｂ  スイッチ
Ｓｃ  スイッチ
Ｓｄ  スイッチ
【図１】
2017505586.tif 000003
【図２】
2017505586.tif 000004
【図３】
2017505586.tif 000005
【図４】
2017505586.tif 000006
【図５】
2017505586.tif 000007
【図６】
2017505586.tif 000008
【図７】
2017505586.tif 000009
【図８】
2017505586.tif 000010
【図９】
2017505586.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成28年8月3日(2016.8.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスター／スレーブ方法によりデータテレグラム（１８）をシリアルデータバス（１２）経由で送受信するためのバスパーティシパントデバイス（３０）であって、前記バスパーティシパントデバイス（３０）は、
マスターユニット（３８）と、
スレーブスタック(ＳＳＳ)と、スレーブコントローラ(ＳＳＣ)と、マスターユニット(４８)と、を備えたスレーブユニット（３６）と、
前記スレーブユニット（３６）により制御可能な機能チェンジャ（４０）と、
前記マスターユニット（３８）とスレーブユニット（３６）との間の直接通信のための内部通信手段（５８）と、を備え、
前記バスパーティシパントデバイス（３０）の前記マスターユニット（３８）は、前記バスパーティシパントデバイス（３０）の前記マスターユニット（３８）による前のマスターユニットの機能を引き受けるために必要な前記データバス（１２）上のデータトラフィックのモニタリングを行うために構成されており、
前記スレーブユニット（３６）および読み取りの目的のみで活性化されている前記マスターユニット（３８）は、第２のスイッチングモードで前記データバス（１２）に切り替え可能であり、
モニタリング出力は前記マスターユニット（３８）から前記スレーブユニット（３６）に通信可能であり、
前記データバス（１２）へのまたは前記データバス（１２）からの切り替えは、前記スレーブユニット（３６）からの切り替え信号（５０）に対する反応として、機能チェンジャー（４０）によって行うことが可能であり、
前記バスパーティシパントデバイス（３０）の前記マスターユニット（３８）は、前記データバス（１２）上のデータテレグラムに基づき前記バスパーティシパントデバイス（３０）の前記スレーブユニット（３６）によってモニタリング、活性化、不活性化が可能であることを特徴とする、バスパーティシパントデバイス（３０）。
【請求項２】
前記バスパーティシパントデバイス（３０）は、内部通信手段（５８）を経由した前記マスターユニット（３８）と前記スレーブユニット（３６）間の直接通信のために構成されており、
前記バスパーティシパントデバイス（３０）は、
前記スレーブユニット（３６）および前記マスターユニット（３８）によってアクセス可能なストレージエリア、
従来型のバスシステム、または
パラレルデータポートとの直接接続
を介して通信がより行われるように構成されている、請求項１に記載のバスパーティシパントデバイス（３０）。
【請求項３】
バスパーティシパントデバイス（３０）が機能チェンジャー（４０）によって以下の切替モードの間の切り替えが可能なことを特徴とするものであり、
スレーブユニット（３６）はマスターユニット（３８）無しの第１の切替モードにおいてデータバス（１２）に切り替えられ、
スレーブユニット（３６）は活性化されているマスターユニット（３８）有りの第２の切替モードにおいてデータバス（１２）に読み取り専用に切り替えられ、また
スレーブユニット（３６）と活性化されたマスターユニット（３８）は第３の切替モードにおいて順次データバス（１２）に読み書き両用に切り替えられる、請求項１または２に記載のバスパーティシパントデバイス（３０）。
【請求項４】
マスターユニット（４８）が、機能チェンジャー（４０）および内部通信ユニット（５８）に接続されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のバスパーティシパントデバイス（３０）。
【請求項５】
機能チェンジャー（４０）によってスレーブユニット（３６）の以下の内部ポート、
スレーブの第１送信ポート（Ｔｓ１）、
スレーブの第１受信ポート（Ｒｓ１）、
スレーブの第２送信ポート（Ｔｓ２）、
スレーブの第２受信ポート（Ｒｓ２）、
マスターユニット（３８）の以下の内部ポート、
マスターの送信ポート（Ｔｍ１）、
マスターの受信ポート（Ｒｍ１）、および
バスパーティシパントデバイス（３０）のインターフェース（３２）と（３４）の切り替えが可能であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のバスパーティシパントデバイス（３０）。
【請求項６】
第１のスイッチングモードにおいて、マスターユニット（３８）はデータバス（１２）から切り離されており、バスパーティシパントデバイス（３０）はスレーブとして機能するように構成されており、
そこではスレーブユニット（３６）は送受信ポートを２重に備えており、また
そこでは機能チェンジャー（４０）が切り替えられており、
スレーブユニット（３６）の送信ポート（Ｔｓ１)は
バスパーティシパントデバイス（３０）のインターフェース（３２）と接続されており、またスレーブユニット（３６）のスレーブＲｓ１の第１受信ポート（Ｒｓ１）はバスパーティシパントデバイス（３０）のインターフェース（３２）と接続されており、スレーブユニット（３６）の第２送信ポート（Ｔｓ２）はバスパーティシパントデバイス（３０）のインターフェース（３４）と接続されており、スレーブユニット（３６）のスレーブの第２受信ポート（Ｒｓ２）はバスパーティシパントデバイス（３０）のインターフェース（３４）と接続されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のバスパーティシパントデバイス（３０）。
【請求項７】
スレーブユニット（３６）が送受信ポートを２重に備えていることを特徴とし、
第２の切替モードにおいては、受動マスターユニット（３８）は読み取り専用にのみデータバス（１２）に切り替え可能であり、スレーブユニット（３６）はデータバス（１２）に切り替え可能であり、
そこでは機能チェンジャー（４０）が切り替えられており、それによって
マスターユニット（３８）の受信ポート（Ｒｍ１）は
バスパーティシパントデバイス（３０）のインターフェース（３４）に接続され、また
マスターユニット（３６）の第１送信ポート（Ｔｓ１）は
バスパーティシパントデバイス（３０）のインターフェース（３２）に接続され、
スレーブユニット（３６）の第１受信ポート（Ｒｓ１）は
バスパーティシパントデバイス（３０）のインターフェース（３２）に接続され、 
スレーブユニット（３６）の第２送信ポート（Ｔｓ２）は
バスパーティシパントデバイス（３０）のインターフェース（３４）に接続され、また
スレーブユニット（３６）の第２受信ポート（Ｒｓ２)は
バスパーティシパントデバイス（３０）のインターフェース（３４）に接続されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載のバスパーティシパントデバイス（３０）。
【請求項８】
スレーブユニット（３６）が送受信ポートを２重に備えており、システムが正常に作動しているときは、機能チェンジャー（４０）が第３の切替モードに切り替えられることを特徴としており、それによって
活性化されたマスターユニット（３８）の送信ポート（Ｔｍ１）は 
スレーブユニット（３６）の第１受信ポート（Ｒｓ１）に接続されており、また
活性化されたマスターユニット（３８）の受信ポート（Ｒｍ１）は
スレーブユニット（３６）の第１送信ポート（Ｔｓ１)に接続されており、また
スレーブユニット（３６）の第２送信ポート（Ｔｓ２)は
バスパーティシパントデバイス（３０）のインターフェース（３４）に接続されており、また
スレーブユニット（３６）の第２受信ポート（Ｒｓ２)は
バスパーティシパントデバイス（３０）のインターフェース（３４）に接続されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載のバスパーティシパントデバイス（３０）。
【請求項９】
スレーブユニット（３６）が２重の送受信ポートを備えていること、そこでは第３の切替モードにおいて、スレーブユニット（３６）と活性化されたマスターユニット（３８）が読み書き両用に同時にまた直列にデータバス（１２）に切り替え可能であり、
そこでは、機能チェンジャー（４０）がバスパーティシパントデバイス（３０）の作動のためにオープンリングに構成されたデータバス（１２）に切り替えられており、それによってローカル活性化マスターユニット（３８）の送信ポート（Tm1)が
スレーブユニット（３６）の第１受信ポート（Ｒｓ１）に接続され、
活性化されたマスターユニット（３８）の受信ポート（Ｒｍ１）はバスパーティシパントデバイス（３０）のインターフェース（３２）に接続され、また
スレーブユニット（３６）の第１送信ポート（Ｔｓ１)は
バスパーティシパントデバイス（３０）のインターフェース（３２）に接続され、また
スレーブユニット（３６）の第２送信ポート（Ｔｓ２)は
バスパーティシパントデバイス（３０）のインターフェース（３４）に接続され、また
スレーブユニット（３６）のスレーブの受信ポート（Ｒｓ２）はバスパーティシパントデバイス（３０）のインターフェース（３４）に接続されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のバスパーティシパントデバイス（３０）。
【請求項１０】
マスター／スレーブ方法によって作動されるシリアルデータバス（１２）を稼働させる方法であり、第１のバスパーティシパントデバイス（３０）と第２のバスパーティシパントデバイス（３０）がデータバス（１２）に接続されており、またそれぞれが請求項１に記載のバスパーティシパントデバイス（３０）であることを特徴としており、
そこでは第１のバスパーティシパントデバイス（３０）が活性化されたマスターユニット（３８）を含み、第２のバスパーティシパントデバイス（３０）が受動的なマスターユニット（３８）を含み、また
その方法が、
a1. 第１のバスパーティシパントデバイス（３０）のスレーブユニット（３６）はデータバス（１２）上のデータ電報（１８）の送信のモニタリングの結果、第１のバスパーティシパントデバイス（３０）の活性化されたマスターユニット（３８）を不活性化し、
a2. 第２のバスパーティシパントデバイス（３０）のスレーブユニット（３６）はデータバス（１２）上のデータに基づいて第１のバスパーティシパントデバイス（３０）内の活性化されたマスターユニット（３８）をモニタし、
b1. 誤作動が生じた場合は、第１のバスパーティシパントデバイス（３０）のスレーブユニット（３６）は、以後マスターユニット（３８）からは電報（１８）がバス(１２)に到達しないように機能チェンジャー（４０）によって第１のバスパーティシパントデバイス（３０）の活性化されたマスターユニット（３８）を第１の切替モードに切り替え、また
b2. 第２のバスパーティシパントデバイス（３０）のスレーブユニット（３６）がモニタリングの結果によって第２のバスパーティシパントデバイス（３０）を含むマスターユニット（３８）の活性化に影響を及ぼすようなプロセスを含むことを特徴とする、方法。
【請求項１１】
スレーブユニット（３６）がデータ電報（１８）が到達しない場合または予想しないときに到達した場合に自動的に識別するように構成されていることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
バスパーティシパントデバイス（３０）のスレーブユニット（３６）が、データバス（１２）を経由するデータ電報（１８）の送達をモニタすることにより、マスターユニット（３８）が規則的に電報（１８）を送達すること、また電報（１８）か高レベルの誤りを含むことを認識すること、およびそのような場合にはスレーブユニット（３６）が第１のバスパーティシパントデバイス（３０）のマスターユニットを不動態化すること、すなわち誤操作の頻度および／または数量が異常であることの閾値を超えたことを認識することを特徴とする、請求項１０または１１に記載の方法。
【請求項１３】
バスパーティシパントデバイス（３０）が機能チェンジャー（４０）によって以下の３つの切替モードの間の切り替えることを特徴とする方法であり、
第１の切替モードにおいては、スレーブユニット（３６）はマスターユニット（３８）無しの第１の切替モードにおいてデータバス（１２）に切り替えられ、
第２の切替モードにおいては、スレーブユニット（３６）はマスターユニット（３８）有りのデータバス（１２）に読み取り専用に切り替えられ、また
第３の切替モードにおいては、スレーブユニット（３６）とマスターユニット（３８）は順次データバス（１２）に読み書き両用に切り替えられることが可能な、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
マスターユニット（４８）により決定されたモニタリングの結果がマスターユニット（３８）のステータスチェンジ、スレーブユニット（３６）から構成されるマスターユニット（４８）がマスターユニット（３８）にそこで必要とされるステータスチェンジ、すなわちそれまでの受動的なステータスであって単にデータバス（１２）を経由して送達される電報（１８）を聴くだけから、バスマスター（１４）の機能を推定し、マスターユニット（４８）が機能チェンジャー（４０）を切り替えるための切替信号（５０）を作成する能動的なステータスへの変更を直接知らせることを意味すること特徴とする、請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
マスターユニット（４８）がマスターユニット（３８）を活性化する活性化活動の予定値をマスターコントロールレジスター（６０）に書き込み、一方マスターコントロールレジスター（６０）はマスターユニット（３８）によって定期的にモニタされることを特徴とする、請求項１０〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
受動および能動マスターユニット（３８）に送達されるべきデータは１つまたは複数のプロセスデータオブジェクト（ＰＯＤ）またはサービスデータオブジェクト（ＳＤＯ）によってバスパーティシパントデバイス（３０）のローカルスレーブユニット（３６）宛に送られることを特徴とし、
そこではローカルスレーブユニット（３６）は受信するプロセスデータオブジェクト（ＰＯＤ）またはサービスデータオブジェクト（ＳＤＯ）を検討し、そこに含まれているマスターユニット（３８）宛てのデータを
マスターユニット（３８）のストレージエリアの住所に直送するか、
またはそこからデータバス（１２）に転送する、請求項１０〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
マスターユニット（３８）が外部のバスパーティシパントによってスレーブユニット（３６）のサブグループとして扱われており、そこではスレーブユニット（３６）が受動おおび能動的マスターユニット（３８）へのリレーとして機能することを特徴とする、請求項１０〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
マスターの変化の発生前、発生中または発生後にバスパーティシパント（１８，１６、３０）を同期させるために、マスターユニット（３８）が新しいマスターユニット（３８）とその他のパーティシパント間の時間的な遅れを計算し、使用してバスパーティシパントを同調させることを特徴とする、請求項１０〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の少なくとも１つのバスパーティシパントデバイス（３０）を含んでおり、および／または請求項１０〜１８のいずれか一項に記載の方法で稼働されるように構成されることを特徴とする、エネルギーオートメーションデバイス。
【請求項２０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の少なくとも１つのバスパーティシパントデバイス（３０）を含んでおり、および／または請求項１０〜１８のいずれか一項に記載の方法で稼働されるように構成されたことを特徴とする、医療デバイス。
【請求項２１】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の少なくとも１つのバスパーティシパントデバイス（３０）を含んでおり、および／または請求項１０〜１８のいずれか一項に記載の方法で稼働されるように構成されたことを特徴とする、プロセスプラント。
【請求項２２】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の少なくとも１つのバスパーティシパントデバイス（３０）を含んでおり、および／または請求項１０〜１８のいずれか一項に記載の方法で稼働されるように構成されたことを特徴とする、レールスイッチをモニタおよび／または制御するためのシステム。
【請求項２３】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の少なくとも１つのバスパーティシパントデバイス（３０）を含んでおり、および／または請求項１０〜１８のいずれか一項に記載の方法で稼働されるように構成されたことを特徴とする、パイプライン。
【請求項２４】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の少なくとも１つのバスパーティシパントデバイス（３０）を含んでおり、および／または請求項１０〜１８のいずれか一項に記載の方法で稼働されるように構成されたことを特徴とする、トンネル。
【請求項２５】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の少なくとも１つのバスパーティシパントデバイス（３０）を含んでおり、および／または請求項１０〜１８のいずれか一項に記載の方法で稼働されるように構成されたことを特徴とする、風力発電プラント。
【請求項２６】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の少なくとも１つのバスパーティシパントデバイス（３０）を含んでおり、および／または請求項１０〜１８のいずれか一項に記載の方法で稼働されるように構成されたことを特徴とする、複数のバスパーティシパントを備えるマスター・スレーブ作動のためのシリアルデータバス（１２）を有する輸送手段。
【請求項２７】
請求項２６に従う自動車。
【請求項２８】
請求項２６に従う鉄道車両。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
Ｂｅｃｋｈｏｆｆ  Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ  ＧｍｂＨ社による公知の解決策は、３つのスイッチおよび４つの追加回線を経由し、追加のプロプライエタリプロトコルによって、または、例えばＥｔｈｅｒＣＡＴＡｕｔｏｍａｔｉｏｎプロトコル（ＥｔｈｅｒＣＡＴＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ：ＥＡＰ）のような標準プロトコルに基づいてマスター間の通信が行われる２つのマスターの冗長を必要とする。解決策は、Ｂｅｃｋｈｏｆｆ社のアプリケーションノートＫ９３２１−０８０９−０００４に公開されている。この解決策は、非常に複雑である。この解決策はまた、セキュリティ関連アプリケーションまたは同期型アプリケーションには不向きである。
米国特許出願第２０１１／００２９６８７Ａ１号には、ネットワークを介してフレームを送るマスター、代替マスター、フレームにデータを書き込むソースノード、およびフレームからデータを抽出するデスティネーションノードを備えた通信ネットワークが記載されている。
米国特許第５，７５１，２２０号には、マスターがネットワークの同期を提供するマスタースレーブ方式のネットワークが開示されている。ネットワークには、マスターに切り替えることのできる代替マスターの機能を備えるスレーブが存在する。
米国特許出願第２００９／０２３５００１号には、主たる能動マスター、少なくとも１つのスレーブ、および初期に非活性である代替マスターを備えるマスタースレーブ方式のデータバスが開示されている。通信システムを再構成することができ、代替マスターを活性化することができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
データテレグラムの伝送は、データバス経由でスレーブユニットを使用して監視することが好ましい。バスパーティシパント装置の備えるマスターユニットは、バスパーティシパント装置のスレーブユニットを使用した監視の結果に依存して活性化することができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
一形態において、スレーブユニットおよびマスターユニットは各々、２組の受信ポートおよび送信ポートを有することができる。したがって、マスターユニットおよびスレーブユニット上の１つの受信ポートおよび１つの送信ポートの各々をバスパーティシパント装置上の各インターフェースに接続することができる。内部的には、マスターユニットおよびスレーブユニットは、残りの内部ポートを介して両方向に接続されている。したがって、順方向に転送するかあるいは逆方向に転送するか、送受信にマスターユニットおよびスレーブユニット上のどのポートを使用するか、およびマスターユニットとスレーブユニットとの間の内部通信をどの方向で進行させるべきかを決定することができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７７】
バス１２上の受動／能動マスターユニット３８はその他の通信パーティシパントには見えていないので、能動／受動マスターユニット３８へのデータの送信について、伝送されるこれらのデータは、１つ以上のプロセスデータオブジェクト（ｐｒｏｃｅｓｓ  ｄａｔａ  ｏｂｊｅｃｔｓ：ＰＤＯ）またはサービスデータオブジェクト（ｓｅｒｖｉｃｅ  ｄａｔａ  ｏｂｊｅｃｔｓ：ＳＤＯ）の交換手段による通信の範囲内で、ハイブリッド３０のローカルスレーブユニット３６に対してアドレス指定されると規定することができる。このために、ローカルスレーブユニット３６は入力プロセスデータオブジェクトまたはサービスデータオブジェクトを解析し、マスターユニット３８のためのデータをマスターユニット３８のメモリーのアドレス領域に直接転送し、またはそこからデータを読み出してそのデータをバス１２に転送する。これらのデータは、バスオフ／能動／受動などの、受動／能動マスターに対するコマンドであるかもしれない。受動／能動マスターはまた、スレーブユニット３６を経由して、バスオフ／能動／受動といったマスター状態などの状態情報および／または１つ以上のエラーカウンタ情報をも転送することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７９】
バスパーティシパント装置３０は、スレーブユニット３６が、バス１２を経由したデータテレグラム１８の伝送の監視の範囲内で、（上述の通りに）前記バスパーティシパント装置３０の備えるマスターユニット３８を活性化するのみならず、能動マスターユニット３８を非活性化することもできると規定する。これは、切断スレーブユニット３６と同じバスパーティシパント装置３０内に配置することのできるマスターユニット３８であってもよい。これにより、先述に提案したバスパーティシパント装置３０、および特に同装置３０の備えるスレーブユニット３６が、さらに広い範囲で（訳者注１６）、バス１２上のコントローラとなる。下記にスレーブユニット３６およびマスターユニット３８の双方を、同一のバスパーティシパント装置３０の備えるユニット３６、３８として言及するとき、これ以降、それぞれのユニット３６、３８を、ハイブリッドユニット３６、３８と呼ぶ。したがって、マスターユニット３８を発端として、ハイブリッドスレーブユニット３６は、マスターユニット３８もまた属する同じバスパーティシパント装置３０の備えるスレーブユニット３６である。
【国際調査報告】
2017505586.tif 000012
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