CN101578806B

CN101578806B - 通信装置、同步通信系统及同步通信方法

Info

Publication number: CN101578806B
Application number: CN2008800022253A
Authority: CN
Inventors: 古贺英嗣; 福田守; 佐藤辰彦
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2007-03-28
Filing date: 2008-03-26
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2028-03-26
Also published as: EP2139152B1; JPWO2008123272A1; EP2139152A1; WO2008123272A1; TW200849925A; JP4760978B2; US8223804B2; KR20090125032A; KR101410625B1; US20100008383A1; CN101578806A; EP2139152A4; TWI445377B

Abstract

本发明提供一种通信装置、方法，即使在通信装置串联连接于传输路径时，也可以使连接于各通信装置的设备同步，缩短通信周期。在第2通信装置(2)具备不经由存储装置的中转路径(260)及折返路径(261)以及它们的路径切换开关(250)，第1通信装置(1)指示从传输路径(5)至折返路径(261)的切换，计测传输路径延迟时间并通知给第2通信装置(2)，在每个通信周期发送第1通信装置的基准时间，第2通信装置通过该传输路径延迟时间和该基准时间修正自己的基准时间。另外，第1通信装置(1)在同步通信中发现新的第2通信装置(2)时，也使用通信周期的剩余时间进行传输路径延迟计测。而且，第1通信装置、第2通信装置具备检测帧开始信号缩短传送延迟的单元。

Description

通信装置、同步通信系统及同步通信方法

技术领域

本发明涉及一种连接于传输路径的所有通信装置与通信系统的基准时间同步的同步通信方法，以及使用于该方法的通信装置及其同步通信系统。

背景技术

通常在制造系统中，1台可编程控制器或计算机等控制设备与多台传感器、继电器及伺服驱动器等设备周期地进行指令数据和响应数据的交换以进行控制。各设备连接于传输路径，指令数据和响应数据的交换通过通信以一定的通信周期来进行。其中，在机床或芯片贴装机等的运动控制系统中，运动控制器通过传输路径与伺服驱动器构成控制环路。

因此，由于上述设备与通信周期同步进行动作，所以需要能以没有波动的通信周期实现指令数据和响应数据交换的同步通信系统。为了这种运动控制的高性能化，需要使伺服驱动器等从运动控制器接收的指令数据的处理开始时间同步，使其同步偏差最小化，以及尽量缩短运动控制器和伺服驱动器进行指令数据和响应数据交换的通信周期。

以往，为使连接于传输路径的所有通信装置与通信系统的基准时间同步，采用管理基准时间的通信装置针对除其以外的1个以上的通信装置通知基准时间的方法。

例如，3台通信装置并联连接在传输路径上，其中1台通信装置(第1通信装置)管理基准时间时，采用所述第1通信装置通过同时广播向剩余的2台(第2通信装置#1及第2通信装置#2)发送基准时间，所述2台第2通信装置接收该基准时间并校准装置内基准计时器的方法。

此时，所述2台第2通信装置接收第1通信装置发送的数据的时间各自不同。这是因为由于信号在传输路径上需要传播的时间(传播延迟时间)，所以依赖于传输路径的长度在到达时间上产生差异。

但是，通信装置间的传播延迟时间的差是极小的值。在这种通信系统中，所述第1通信装置在通信周期开头同时广播通信数据，接收了该通信数据的所有第2通信装置即使仅与接收时间同步进行动作，也可以实现在通信装置间同步偏差小的同步通信系统。

然而在OA领域，作为连接计算机或打印机等进行高速通信的工具，在物理层采用100BASE-T或1000BASE-T的以太网(Ethernet)(注册商标)正在普及。在基于以太网的通信系统中，通常点对点连接设备，计算机或打印机等设备连接于HUB，在通信装置间交接数据时HUB作为中转站进行传送。

对于作为中转站的HUB，通常采用具备图10-b的专利文献1所示的交换功能的交换HUB，存储转发方式作为通常的传送方式而被采用。存储转发方式采用将通信帧从头至尾全部存放于缓冲存储器实施错误校验，将结果正常的传送至连接有发送目的设备的端口的步骤。

图10-a是以太网的通信帧的格式。由前导500(7个字节)、SFD501(帧起始定界符)(Start Frame Delimiter，1个字节)、发送目的地址601(6个字节)、发送源地址602(6个字节)、类型603(2个字节)、数据620(46-1500个字节)及FCS606(帧检验序列)(Flame Check Sequence，4个字节)构成，最小帧长度从发送目的地址601至FCS606为64个字节。

如上所述，由于在存储转发方式中接收通信帧至末端之后进行传送，所以传输速度为100Mbps时，作为通信装置内的传送延迟时间至少产生接收SFD(1个字节)和最小帧长度64个字节所需的5.2μs。

在交换HUB中，作为消减该传送延迟时间的其它传送方式，还存在实装有直通交换方式的交换HUB。直通交换方式是在接收了发送目的地址601的时间开始向连接有发送目的设备的端口传送的传送方法。但是，在该方法中，作为通信装置内的传送延迟时间，也产生接收SFD(1个字节)和发送目的地址(6个字节)所需的560ns。

虽然在OA领域的以太网通信系统中，通常采用以HUB为中心并联连接通信装置的构成，但是在生产线等工业领域中，为实现省配线化多将设备串联连接于传输路径。近年，虽然因高速传输速度的特点，具有在工业领域中应用以太网技术的倾向，但是在传输路径上串联连接通信装置时，进行中转的通信装置的传送延迟时间影响性能。

图11-a是在前述的直通交换方式中串联连接进行中转的通信装置的现有系统的构成图。图中，1101是管理基准时间的第1通信装置，1102及1103是与所述通信装置1101同步进行动作的第2通信装置#1及#2。在制造系统的情况下，第1通信装置例如相当于可编程控制器或计算机，第2通信装置例如相当于伺服驱动器、传感器或继电器等。

这里，第1通信装置的端口1(1150)与第2通信装置#1的端口1(1151)以及第2通信装置#1的端口2(1152)与第2通信装置#2的端口1(1153)串联连接。第1通信装置与第2通信装置#2交换通信数据时，第2通信装置#1进行通信数据的中转。例如，从第1通信装置向第2通信装置#2进行发送时，第1通信装置发送的数据从端口1(1151)通过第2通信装置#1内从端口2(1152)发出后，经由端口1(1153)被第2通信装置#2接收。

图11-b是表示现有系统中的通信与同步动作时间的时间图的例子。图中，S是通信装置1101为了进行系统整体的通信同步而在通信周期的开头同时广播的同步帧，CMD#1是通信装置1101向通信装置1102发送的指令帧，RSP#1是通信装置1102向通信装置1101发送的响应帧。指令帧使用于通知继电器的开/关或伺服驱动器的目标位置，响应帧使用于通知传感器的当前值或伺服驱动器的位置反馈值。CMD#2及RSP#2是分别针对通信装置1103的指令帧及响应帧，内容与CMD#1及RSP#1一样。

下面，对控制的开始时间进行说明。使第2通信装置#n与其前边的通信装置间的传输路径的传播延迟时间为Tt_n，使进行中转的通信装置内的传送延迟时间为Trpt，第2通信装置#1及#2在接收到第1通信装置发送的同步帧S的时间发生通信同步中断并进行同步动作时，因传输路径的传播延迟及传送延迟，在第2通信装置#1与#2中，在发生通信同步中断的时间上存在(Trpt+Ttr_2)的时间差。

这里，如果将通信装置内的传送延迟时间和传输路径的传播延迟时间合在一起称为传输路径延迟时间，则第2通信装置#n接收到第1通信装置发送的同步帧S的传输路径延迟时间#n由下式表示。但是，这里假定在所有的通信装置中Trpt为相同值。

传输路径延迟时间#n：

Tdly_n = (n - 1) Trpt + Σ_{i = 1}^{n} Ttr_i

因此，为使多个第2通信装置或者与第2通信装置连接的设备同步进行动作，各第2通信装置所具备的基准时间必须是由传输路径延迟时间修正第1通信装置所具备的基准时间后的时间。

作为计测传输路径延迟时间的例子，具有分别测定与管理基准时间的通信装置之间的折返延迟时间(数据往返所需的时间)，以去程及回程所需时间相等为前提计测出至各通信装置的延迟时间的方法。

图9是专利文献2所引用的现有通信系统的例子，在图9中n台通信装置1001～1005串联连接于传输路径1012。在这种构成中，为使各通信装置的时刻同步，首先第1通信装置1001对第2通信装置1002发送2次测定用数据，第2通信装置1002通过分别在输入端及输出端折返该测定用数据，来测定传播延迟时间Tab(≈Tba)及装置内传送延迟时间TB1(≈TB2)。

其后，第1通信装置同样向第3通信装置1003发送测定数据，测定延迟时间Tbc(≈Tcb)及TC1(≈TC2)。同样，第1通信装置1001在测定出至第n通信装置1005的延迟时间后，向各通信装置通知延迟时间，各通信装置根据第1通信装置1001通知的延迟时间修正其时刻与基准时间同步。

但是，在图9所示的通信系统中，由于在通信装置内于去程及回程通过不同的内部存储器，所以去程的延迟时间与回程的延迟时间的差成为延迟时间的误差。

而且，由于所述传输路径延迟时间在第1通信装置向第2通信装置#n发送指令帧时或第2通信装置#n向第1通信装置发送响应帧时都同样发生，所以第1通信装置与第2通信装置#n交换指令帧及响应帧时的响应时间作为无用时间产生前式2倍的时间。

例如，在连接有10台第2通信装置的通信系统的情况下，在第10台通信装置中仅传送延迟时间就产生无用时间10.08μs。因而，如果10台所有的第2通信装置进行合计，则仅传送延迟时间就是50.4μs，在进行100μs级的通信周期的情况下，成为占据通信周期的大多半。结果，由于无法缩短通信周期，所以即使利用高速通信也无法提高运动控制的性能。

专利文献1：日本国特表2000-503828(第39页，图4)

专利文献2：日本国特开平10-142361号公报(第6页，图4)

发明内容

本发明是基于上述问题而进行的，目的在于提供一种通信装置、同步通信系统及同步通信方法，即使在通信装置串联连接于传输路径时，也能计测延迟时间修正各从动装置的基准时间以基准时间为基础指定控制周期的开始时间并进行同步，并且消减通信装置的传送延迟实现通信周期尽可能小的同步通信。

为解决上述问题，本发明是如下构成的。

方案1所述的发明涉及一种通信装置，其具备：通信控制部，连接于传输路径控制收发的数据；及主CPU，与所述通信控制部连接，根据所述通信控制部接收的数据和内置的连接装置信息存储部的数据执行运算处理生成发送数据，发送给所述通信控制部，其特征在于，

所述通信控制部具备：2组将逻辑信号转换为电信号的PHY部、2组连接于所述PHY部输入所述PHY部接收的数据的RxFIFO部(接收先入先出部)及2组连接于所述PHY部向所述PHY部输出接收的数据的TxFIFO部(发送先入先出部)；SFD检测部，在所述RxFIFO部的前边，检测出由一个所述PHY部接收的数据中紧接着前导的SFD(帧开始信号)后，立即从另一个所述PHY部向传输路径传送接收的数据；及LINK部，内置有在预先设定的时间产生中断信号的装置内基准计时器，

并且分别通过中转路径连接2组所述RxFIFO部和所述TxFIFO部，2条所述中转路径与所述LINK部分别连接，

所述LINK部发送同步修正对象指定帧、传输路径延迟计测帧及同步帧。

另外，方案2所述的发明涉及一种通信装置，其具备：通信控制部，连接于传输路径控制收发的数据；及主CPU，与所述通信控制部连接，根据所述通信控制部接收的数据和内置的自站信息存储部的数据执行运算处理生成发送数据，发送给所述通信控制部，其特征在于，

并且分别通过中转路径连接2组所述RxFIFO部和所述TxFIFO部，2条所述中转路径与所述LINK部分别连接，并分别在2条所述中转路径上插入路径切换开关，同时在中转路径上分别连接折返路径的一端，所述路径切换开关进行在切断自己的中转路径时连接于所述折返路径的另一端的切换动作，而且2个路径切换开关的所述切换动作同时进行，

所述LINK部通常不使所述路径切换开关进行所述切换动作构成将由一个PHY部接收的数据传送给另一个PHY部的中转路径，但是接收同步修正对象指定帧后，通过所述路径切换开关的所述切换动作构成折返由PHY部接收的数据的折返路径，

接收同步修正对象指定帧后如果接收到规定次数的传输路径延迟计测帧，则通过所述路径切换开关再次构成所述中转路径，

接收方案1所述的通信装置发送的同步帧后，进行所述装置内基准计时器的修正与通信系统的基准时间同步。

另外，方案3所述的发明涉及一种同步通信系统，其构成为具备方案1所述的第1通信装置及1个以上的方案2所述的第2通信装置，所述第1通信装置及第2通信装置以规定的通信周期进行通信，其特征在于，

构成为使各通信装置的2个PHY部中的一个PHY部连接于一个其它通信装置的PHY部，使另一个PHY部连接于另一个其它通信装置的PHY部，

所述第1通信装置个别计测出到所述第2通信装置的传输路径延迟时间，向第2通信装置个别通知所述传输路径延迟时间，按通信周期发送通信系统的基准时间的当前值，

所述第2通信装置通过被通知的所述传输路径延迟时间修正已接收的所述基准时间的当前值并设定于自己的装置内基准计时器。

另外，方案4所述的发明的特征为，在方案3所述的同步通信系统中，所述第1通信装置将中断输出时间存放于所述同步帧并发送给所述第2通信装置，所述第2通信装置将接收的所述中断输出时间设定于自己的装置内基准计时器，在该计时器值达到所述中断输出时间时输出同步中断信号。

另外，方案5所述的发明的特征为，在方案3所述的同步通信系统中，所述第1通信装置在开始包括发送针对所述第2通信装置的同步帧及指令帧、接收来自所述第2通信装置的响应帧的一定通信周期内的同步通信后，

所述第1通信装置在与所述第2通信装置的同步通信中检测出新连接到该同步通信系统的所述第2通信装置时，在通信周期内实施规定的通信后的剩余时间内，计测所述第1通信装置至相关第2通信装置的传输路径延迟时间，向相关第2通信装置通知所述传输路径延迟时间。

另外，方案6所述的发明提供一种同步通信方法，是在传输路径上连接有1个如权利要求1所述的第1通信装置及1个以上的如权利要求2所述的第2通信装置的通信系统内通信装置进行同步通信的同步通信方法，所述1个第1通信装置及所述1个以上的所述第2通信装置分别具有控制收发数据的通信控制部和根据该通信控制部接收的数据执行运算处理生成发送数据的主CPU部，其特征在于，

所述第1通信装置，具备：依照预先存放于连接装置信息存储部的所述第2通信装置的信息指定所述第2通信装置中的一个为同步修正对象通信装置的步骤；在向该同步修正对象通信装置发送传输路径延迟计测帧的同时储存发送时刻的步骤；在接收到来自所述同步修正对象通信装置的折返数据时储存接收时刻，在未接收到折返数据时在所述连接装置信息存储部追记延迟计测失败的步骤；根据所述发送时刻及所述接收时刻计算出传输路径延迟时间向所述连接装置信息存储部追记的步骤；及向所述同步修正对象通信装置通知所述计算出的传输路径延迟时间的步骤，在针对存放于所述连接装置信息存储部的所有第2通信装置反复进行上述所有步骤后，开始同步通信。

另外，方案7所述的发明的特征为，在方案6所述的发明中，在所述同步通信中，所述第1通信装置实施包括发送针对所述第2通信装置的同步帧及指令帧、接收来自所述第2通信装置的响应帧的规定通信后，

具备：检验来自在所述连接装置信息存储部存放有延迟计测失败的第2通信装置的响应的步骤；如果没有响应则等待通信周期结束再次进行同步通信的步骤；如果有响应则计算出传输路径延迟计测时间，检验在所述通信周期的剩余时间内能否实现传输路径延迟计测的步骤；如果在剩余时间内无法实现传输路径延迟计测则等待所述通信周期结束再次进行同步通信的步骤；如果在剩余时间内可实现传输路径延迟计测则指定同步修正对象通信装置的步骤；在向该同步修正对象通信装置发送传输路径延迟计测帧的同时储存发送时刻的步骤；在接收到来自所述同步修正对象通信装置的折返数据时储存接收时刻，在未接收到折返数据时等待所述通信周期结束再次进行同步通信的步骤；根据所述发送时刻及所述接收时刻计算出传输路径延迟时间向所述连接装置信息存储部追记的步骤；向所述同步修正对象通信装置通知所述计算出的传输路径延迟时间的步骤；及等待所述通信周期结束再次进行同步通信的步骤。

另外，方案8所述的发明的特征为，在方案7所述的发明中，所述传输路径延迟计测时间用存放于所述连接装置信息存储部的传输路径延迟时间的最大值、进行所述延迟计测的次数及由回路构成决定的通信装置内的中转时间来计算。

另外，方案9所述的发明的特征为，在方案6或方案7所述的发明中，所述第2通信装置在所述第1通信装置指定的同步修正对象通信装置为自站时，通过将路径切换开关设定为向接收源折返的步骤、从所述第1通信装置接收所述传输路径延迟计测帧在被通知了传输路径延迟时间时将所述路径切换开关连接于中转目标的步骤、以及根据所述传输路径延迟时间和所述第1通信装置发送的同步帧中所存放的基准时间修正装置内基准计时器的步骤，使基准时间和装置内基准计时器同步。

另外，方案10所述的发明的特征为，在方案6或方案7所述的同步通信方法中，所述第2通信装置储存针对自站发送的同步修正对象指定帧中所存放的进行延迟计测的次数，在接收到该延迟计测次数+1次传输路径延迟计测帧后将所述路径切换开关连接于中转目标，接收传输路径延迟计测帧后储存传输路径延迟计测帧中所存放的传输路径延迟时间，根据所述传输路径延迟时间和其后接收的同步帧中所存放的基准时间的当前值修正装置内基准计时器。

根据方案1、方案2、方案3、方案6或方案9所述的发明，在第2通信装置的中转路径上实装路径切换开关，第1通信装置仅通过控制该切换开关便能容易地精度良好地计测针对各第2通信装置的传输路径延迟时间，能够向各第2通信装置通知该检测结果及同步通信系统的基准时间。而且，由于第2通信装置通过该传输路径延迟时间和基准时间来修正自己的基准时间，所以能够利用与第1通信装置的基准时间同步的基准时间。

根据方案4所述的发明，由于第2通信装置可在预先设定的时间产生中断信号，所以所有连接于第2通信装置的设备能够在同一时间开始处理指令帧所包含的指令数据。

根据方案5、方案7或方案9所述的发明，针对通信系统正在以一定的通信周期进行同步通信时新连接的第2通信装置，第1通信装置不会扰乱该同步通信的通信周期，计测传输路径延迟时间并进行通知，可以使该第2通信装置进行同步通信。

另外，根据方案8所述的发明，第1通信装置可针对新连接的第2通信装置估算用于计测传输路径延迟时间的时间。

根据方案10所述的发明，第1通信装置针对各个第2通信装置计测多次传输路径延迟时间，可获得精度更高的传输路径延迟时间。

另外，根据方案1或方案2所述的发明，由于在各通信装置所具备的2个RxFIFO部的前边具备SFD检测部，在中转路径上一律不进行紧接在所述接收数据的帧开始信号之后的数据的监测，所以可仅在检测出紧接在前导之后的正确的SFD时，向中转路径交送数据。另外，尤其在需要串联连接的系统中与直通交换方式一样可消除不需要的错误数据的中转，并且能够更加高速地仅将所需的数据中转。结果，例如串联连接10台通信装置时的传送延迟时间与现有的直通交换方式相比，可从50.4μs缩短至7.2μs。

附图说明

图1是表示应用本发明方法的通信装置的构成的框图。

图2是连接装置信息存储部的构成例。

图3是自站信息存储部的构成例。

图4是应用本发明的通信系统的例子。

图5是表示本发明的第1通信装置的延迟计测步骤的流程图。

图6是表示本发明的第2通信装置的延迟计测步骤的流程图。

图7是表示本发明的第1通信装置在同步通信中的延迟计测步骤的流程图。

图8是本发明的通信的数据格式的例子，(8-a)是同步修正对象指定帧，(8-b)是传输路径延迟计测帧，(8-c)是同步帧，(8-d)是指令帧，(8-e)是响应帧。

图9是现有通信系统的构成。

图10是标准的通信帧及通信装置的构成，(10-a)是标准的通信帧的构成，(10-b)是标准的通信装置的构成。

图11是现有通信系统的构成及时间图，(11-a)是现有通信系统的构成，(11-b)是现有通信系统的时间图。

图12是本发明的通信同步的时间图。

符号说明

1-本发明的第1通信装置；2-本发明的第2通信装置#1；3-本发明的第2通信装置#2；4-本发明的第2通信装置#3；5-传输路径；10、20-主CPU部；100、200-通信控制部；11-连接装置信息存储部；1110-第2通信装置的可连接台数存放区域；1102-第2通信装置#1；111-第2通信装置#1的信息存储部；1111-第2通信装置#1的地址存放区域；1112-第2通信装置#1的传输路径延迟计测完成/失败信息存放区域；1113-第2通信装置#1的传输路径延迟时间存放区域；1103-第2通信装置#2；112-第2通信装置#2的信息存储部；1121-第2通信装置#2的地址存放区域；1122-第2通信装置#2的传输路径延迟计测完成/失败信息存放区域；1123-第2通信装置#2的传输路径延迟时间存放区域；11n-第2通信装置#n的信息存储部；11n1-第2通信装置#n的地址存放区域；11n2-第2通信装置#n的传输路径延迟计测完成/失败信息存放区域；11n3-第2通信装置#n的传输路径延迟时间存放区域；21-自站信息存储部；211-延迟计测次数存放区域；212-传输路径延迟时间存放区域；213-基准时间存放区域；110、210-PHY部；115、215-SFD检测部；116、216-接收信号；117、217-传送许可信号；118、218-中断信号；120、220-TxFIFO部；130、230-RxFIFO部；140、240-LINK部；141、241-装置内基准计时器；250-路径切换开关；160、260-中转路径；261-折返路径；500-前导；501-SFD(帧开始标志)；601-发送目的地址；602-发送源地址；603-数据类型；604-数据长度；605-延迟计测次数；606-FCS；615-传输路径延迟时间；616-基准时间的当前值；617-中断输出时间；618-指令数据；619-响应数据；620-数据；1001、1101-现有的第1通信装置；1002-现有的第2通信装置；1003-现有的第3通信装置；1004-现有的第n-1通信装置；1005-现有的第n通信装置；1012-现有的传输路径；1150、1151、1153-端口1；1152、1154-端口2。

具体实施方式

以下，根据附图对本发明方法的具体实施例进行说明。以下，在不同的图中具有相同元件符号的元件表示相同的内容。

实施例

图1是表示本发明的通信装置的构成的框图。

图1中第1通信装置1和第2通信装置2通过传输路径5串联连接。第1通信装置1在LINK部140内部具备用于管理通信系统的基准时间的装置内基准计时器141，第2通信装置2在LINK部240内部具备用于与通信系统的基准时间同步的装置内基准计时器241。

基准时间是同步通信系统开始其动作等的基准，是在各通信周期的开头存放于同步帧并从第1通信装置发送至各第2通信装置的信息。

例如，各第2通信装置使自己的基准时间递减，在该值变为预先设定的中断输出时间时，输出中断信号。同步通信系统通过利用该中断信号，能够全部以相同时间开始处理。本例中虽然在LINK部内部实装有装置内基准计时器，但是也可以在LINK部外部作为专用的计时器进行实装。

第1通信装置1具备：通信控制部100，控制收发数据；及主CPU部10，根据通信控制部100接收的数据执行运算处理生成发送数据。

主CPU部10具备连接装置信息存储部11，储存连接于传输路径的其它通信装置的信息。

通信控制部100具备：PHY部(别名，也称为第1层或物理层(PhysicalLayer))110，连接于传输路径，为了向该传输路径送出数据将逻辑信号转换为电信号；LINK部140，与PHY部110进行数据的收发；RxFIFO部130，保持PHY部110接收的数据；及TxFIFO部120，保持来自LINK部140及RxFIFO部130的发送数据。各自2个PHY部110、RxFIFO部130及TxFIFO部120如图1所示，构成将一个PHY部110接收的数据传送给另一个PHY部110的2个系统的中转路径160。

即，通过中转路径160，一个PHY部110接收的数据被直接从另一个PHY部传送给其它通信装置。另外，在PHY部110和RxFIFO部130之间具备SFD检测部115，监测接收的数据的紧接着前导的SFD。SFD是指如果由十六进制来表示则为“5D”的1个字节的帧开始标志。

如果SFD检测部115正确地检测出SFD，则使PHY部110输出的接收信号116经由RxFIFO130和TxFIFO120，立即作为传送许可信号117向另一个PHY部110输出，同时使接收的数据经由RxFIFO130传送给TxFIFO120。

接到该传送许可信号的PHY部110立即向传输路径5传送从TxFIFO120传送来的接收数据。

该传送许可信号和接收数据在结束相关帧的传送时或相关帧因传输出错等中断时，不向RxFIFO130输出。也就是说，此后直到正确地检测出下一次SFD，将一直停止从PHY部110向传输路径5传送接收的数据。

另外，PHY部不限于进行逻辑信号与电信号的交换的部件，也可以是进行逻辑信号与光信号的交换的部件，或者也可以是进行逻辑信号与电波信号的交换的部件。

图2是图1所示的第1通信装置1的连接装置信息存储部11的构成例。

在连接装置信息存储部11中具备：可连接台数存放区域1110，存放连接于第1通信装置1的1个以上的第2通信装置#1、#2～#n的可连接台数(图2中为n台)；及第2通信装置的信息存储部111、112～11n，存放该可连接台数n这么多数量的各第2通信装置的信息。

而且，在该各信息存储部111、112～11n中分别具备：通信装置各自的地址存放区域1111、1121～11n1；传输路径延迟计测完成/失败信息存放区域1112、 1122～11n2；及可得到传输路径延迟计测的结果的传输路径延迟时间存放区域1113、1123～11n3。

另外，第2通信装置的可连接台数是实现的应用系统所需的台数，通过未图示的工程工具等预先写入可连接台数存放区域1110。同样，用于特定第2通信装置的地址也预先写入地址存放区域1111、1121～11n1。

接下来，返回图1，第2通信装置2具备：通信控制部200，控制收发数据；及主CPU部20，根据通信控制部200接收的数据执行运算处理，生成发送数据。

另外，主CPU部20具备储存自站信息的自站信息存储部21，而且，通信控制部200具备：PHY部210，连接于传输路径将逻辑信号转换为实际的电信号；LINK部240，与PHY部210进行数据的收发；RxFIFO部230，保持PHY部210接收的数据；及TxFIFO部220，保持来自LINK部240及RxFIFO部230的发送数据。各自2个PHY部210、RxFIFO部230及TxFIFO部220在路径切换开关250连接于中转路径260时，构成将一个PHY部210接收的数据传送给另一个PHY部210的2个系统的中转路径260。

另一方面，在路径切换开关250连接于折返路径261时，构成将一个PHY部210接收的数据折返给同一个PHY部210的传送路径。折返路径261如后所述，在计测第1通信装置至相关第2通信装置的传输路径延迟时间时使用。另外，路径切换开关250在同一时间将接收数据的路径及后述的传送许可信号的路径连接于中转路径260侧或折返路径261侧。

当路径切换开关250连接于通常动作时的中转路径260时，2个系统的中转路径各包括1个RxFIFO230及TxFIFO220。

当路径切换开关250连接于折返路径261时也各包括1个RxFIFO230及TxFIFO220。

总之，被传送的数据都必将分别通过1次RxFIFO230及TxFIFO220。另外，在PHY部210和RxFIFO部230之间具有SFD检测部215，监测接收的数据的紧接在前导之后的SFD。

如果SFD检测部215正确地检测出SFD，则使PHY部210输出的接收信号216经由RxFIFO230和TxFIFO220，立即作为传送许可信号217向另一个PHY部210输出，同时使接收的数据经由RxFIFO230传送给TxFIFO220。

接到该传送许可信号的PHY部210立即向传输路径5传送从TxFIFO220传送来的接收数据。

该传送许可信号和接收数据在结束相关帧的传送时或相关帧因传输出错等中断时，不向RxFIFO230输出。也就是说，此后直到正确地检测出下一次SFD，一直停止从PHY部210向传输路径5传送接收的数据。

另外，在图1中，虽然仅第2通信装置2实装有路径切换开关250，但是不用说也可以在第1通信装置1上也实装路径切换开关250，使两者的回路构成相同。

图3是图1的自站信息存储部21的构成例。在自站信息存储部21中具备：延迟计测次数存放区域211，存放针对自站发送的同步修正对象指定帧中所存放的延迟计测次数605(图8-a)；传输路径延迟时间存放区域212，存放传输路径延迟计测帧中所存放的传输路径延迟时间615(图8-b)；及基准时间存放区域213，是存放同步帧中所存放的基准时间的当前值616(图8-c)的区域。

图4是应用本发明的通信系统的例子。

在本例中4台通信装置串联连接于传输路径。管理基准时间的是第1通信装置1，第2通信装置#1～#3(2～4)由与图1的第2通信装置2一样的框图构成，与第1通信装置1的基准时间同步。

虽然在本例中连接为使第1通信装置1位于传输路径的末端，但是如图1中所说明，由于第1通信装置1也实装有中转功能，所以也可以连接于传输路径的中途。

图5是表示本发明的传输路径延迟时间的计测步骤的第1通信装置的流程图，是主CPU10执行的。该流程图是固定周期通信开始前的图，关于固定周期通信开始后的流程图则在后面说明。

第1通信装置1(图1)在步骤S101中，将预先存放于连接装置信息存储部11的第2通信装置#1～#n(图2)中的1台指定为同步修正对象通信装置(以下，称为“对象通信装置”)，向该第2通信装置发送存放有延迟计测次数的同步修正对象指定帧(图8-a)。

之后，在步骤S102中，向对象通信装置发送传输路径延迟计测帧(图8-b)，同时储存其发送的时刻。

之后，在步骤S 103中，当接收到由对象通信装置折返来的传输路径延迟计测帧时进入步骤S104，未接收到时进入步骤S105，在连接装置信息存储部11存放延迟计测失败并进入步骤S110。

所谓的延迟计测已失败意味着虽然针对由图2所示的可连接台数存放区域1110判断理应存在的第2通信装置发送了传输路径延迟计测帧，但是未接收到折返数据等等。未接收到的判断通过未图示的计时器的计时已到等来进行。

当接收到由对象通信装置折返来的传输路径延迟计测帧时，在步骤S104中储存折返接收时刻，之后在步骤S106中根据传输路径延迟计测帧的发送时刻和折返接收时刻计算出传输路径延迟时间，存放在位于连接装置信息存储部11的相关对象通信装置的信息存储部内的传输路径延迟时间存放区域1113～11n3中。

这里，对传输路径延迟时间的计算方法进行说明。如图1的第2通信装置2的框图所记载，在路径切换开关250设定于通常动作时的中转路径260时以及用于同步延迟计测而设定于折返路径261时，由于被传送的数据分别通过1次SFD检测部、RxFIFO及TxFIFO，并且RxFIFO部立即向TxFIFO部传送接收的数据，TxFIFO部立即向传输路径发送数据，所以可以认为去程、回程的延迟时间没有差别。

因而，使发送传输路径延迟计测帧的时刻为Ts，使接收折返数据的时刻为Tr时，传输路径的传输路径延迟时间可通过(Tr-Ts)/2来计算。

之后，在步骤S107中检验是否按延迟计测次数发送了传输路径延迟计测帧，如果未发送则反复进行步骤S102至步骤S106。如果已发送则在步骤S108中，例如计算出平均值等的最佳传输路径延迟时间，并存放在位于连接装置信息存储部11的相关对象通信装置的信息存储部内的传输路径延迟时间存放区域1113～11n3中，在步骤S109中，向对象的第2通信装置发送在传输路径延迟时间615存放有最佳传输路径延迟时间的传输路径延迟计测帧(图8-b)。

在步骤S110中检验针对存放于连接装置信息存储部11的可连接台数数量的第2通信装置是否已完成传输路径延迟计测，未完成时在步骤S112中更新对象通信装置并进入步骤S101，以下反复进行步骤S101至步骤S110。完成时在步骤S111中针对所有的第2通信装置发送同步帧(图8-c)。

图6是在本发明的传输路径延迟时间的计测中表示第2通信装置进行的处理步骤的流程图，是主CPU20执行的。

第2通信装置2(图1)在步骤S301中接收发给自站的同步修正对象指定帧，在步骤S302中将接收的同步修正对象指定帧中所存放的延迟计测次数存放于自站信息存储部21的延迟计测次数存放区域211(图3)，在步骤S303中通过路径切换开关250(图1)设定于折返路径261(图1)。

在步骤S304中，等待接收传输路径延迟计测帧，接收后在步骤S305中将传输路径延迟计测帧(图8-b)中所存放的传输路径延迟时间615存放于自站信息存储部21的传输路径延迟时间存放区域212(图3)。由于该传输路径延迟时间被覆写，所以最后接收的值为有效。

而且，在步骤S306中，检验是否已接收延迟计测次数+1次传输路径延迟计测帧(图8-b)，未接收延迟计测次数+1次时返回步骤S304。已接收延迟计测次数+1次时进入步骤S307，将路径切换开关250(图1)连接于中转路径260(图1)设定为通常动作时的构成。

之后在步骤S308中等待接收同步帧(图8-c)，最后在步骤S309中根据接收的同步帧中所存放的基准时间和传输路径延迟时间修正装置内基准计时器241(图1)。

该修正例如像图12所示的实施例那样，通过将装置内基准计时器241改写为从基准时间减去传输路径延迟时间的值来进行。另外，在使所述装置内基准计时器为正计时的情况下，变成改写为基准时间加上传输路径延迟时间的值。

图7表示在未连接有连接信息存储部11的可连接台数1110(图2)数量的第2通信装置的状态下，在第1通信装置1(图1)以一定的通信周期已开始同步通信时，计测新连接了第2通信装置2(图1)时的传输路径延迟时间的步骤。基于该步骤的处理是主CPU10执行的。

同步通信是指第1通信装置针对各第2通信装置设定传输路径延迟时间，在发送1次同步帧后，第1通信装置和第2通信装置以预先决定的一定通信周期所进行的通信。

在该同步通信中，以一定的通信周期进行第1通信装置针对各第2通信装置发送同步帧、发送指令帧、接收来自各第2通信装置的响应帧等通信。

在同步通信开始的状态下，第1通信装置1在到达通信周期开始时间时，便在步骤S201中针对连接装置信息存储部11中所存放的所有第2通信装置#1～#n(图2)(可连接台数1110中所存放的台数数量)开始同步通信。

同步通信完成后，在步骤S202中检验是否从在连接装置信息存储部11记录有延迟计测失败的第2通信装置中的任意一个接收到响应，如果未接收到则进入步骤S208等待通信周期的结束，进入步骤S201。

如果已接收则进入步骤S203，比较通信周期的剩余时间和传输路径延迟计测所花费的时间，检验传输路径延迟计测能否在通信周期剩余时间内完成。

此时，传输路径延迟时间使用由式1所示的计算公式利用连接装置信息存储部11中所存放的传输路径延迟时间的最大值Tmax_dly(从第1通信装置至离其最远的第2通信装置的传输路径延迟时间)、进行延迟计测的次数Ncnt及由回路构成决定的通信装置内的中转时间Trpt求得的值。

传输路径延迟计测时间＝

(2×Tmax_dly+Trpt)×(Ncnt+1)+α····(式1)

另外，式1是以在已完成传输路径延迟时间计测的第2通信装置中，新连接在从第1通信装置观察连接于最远位置的第2通信装置上的第2通信装置为对象的。另外，α是在第1通信装置中图7所示的流程图的处理所花费的时间，与Tmax_dly或Trpt无关，例如意味着计算出平均值等所花费的时间。

通过S203的检验判定为不可能时进入步骤S208，通过S203的检验判定为可能时进入步骤S204。另外，在S208中，也可以在未图示的显示器等上显示无法计测传输路径延迟时间的意思。

在步骤S204中，向已接收响应的记录为延迟计测失败的第2通信装置(以下，称为“对象通信装置”)发送存放有延迟计测次数605的同步修正对象指定帧(图8-a)。

之后，在步骤S205中向对象通信装置发送传输路径延迟计测帧(图8-b)，同时储存其发送的时刻。

之后在步骤S206中，当接收到由对象通信装置折返来的传输路径延迟计测帧时进入步骤S207。未接收到时进入步骤S208。

当接收到由对象通信装置折返来的传输路径延迟计测帧时，在步骤S207中储存接收到折返数据的时刻，之后在步骤S209中根据发送传输路径延迟计测帧的时刻和接收折返数据的时刻计算出传输路径延迟时间，存放在位于连接装置信息存储部11的相关对象通信装置的信息存储部内的传输路径延迟时间存放区域1113～11n3。传输路径延迟时间的计算方法与图5的情况相同。

如图1的第2通信装置的框图所记载，在路径切换开关250设定于通常动作时的中转路径260时以及用于同步延迟计测而设定于折返路径261时，由于分别通过1次RxFIFO及TxFIFO，并且RxFIFO部立即向TxFIFO部传送接收的数据，TxFIFO部立即向传输路径发送数据，所以可以认为去程、回程的延迟时间没有差别。

因而，使发送传输路径延迟计测帧的时刻为Ts，使接收传输路径延迟计测帧的时刻为Tr时，该传输路径的传输路径延迟时间可通过(Tr-Ts)/2来计算。

之后，在步骤S210中检验是否按延迟计测次数发送了传输路径延迟计测帧，如果未发送则反复进行步骤S205至步骤S209。如果已发送则在步骤S211中，例如计算出平均值等的最佳传输路径延迟时间，并存放在位于连接装置信息存储部11的相关对象通信装置的信息存储部内的传输路径延迟时间存放区域1113～11n3中，在步骤S212中向对象的第2通信装置发送在传输路径延迟时间615存放有最佳传输路径延迟时间的传输路径延迟计测帧(图8-b)，在步骤S213中等待通信周期结束，返回步骤S201。反复进行以上的步骤。

另外，在步骤S202中，只要检验接收的响应帧中所包含的响应数据是否是来自同步通信出错连续发生的第2通信装置的响应数据，则即使针对在同步通信中暂时脱离并再次连接的第2通信装置，也能够以与图7所示的步骤相同的步骤计测传输路径延迟时间。

图8是第1通信装置1(图1)发送或接收的同步修正对象指定帧(图8-a)、传输路径延迟计测帧(图8-b)、同步帧(图8-c)、指令帧(图8-d)及响应帧(图8-e)的例子。

5个数据同样具有前导500、SFD(Start Frame Delimiter)501、发送目的地址601、发送源地址602、数据类型603，数据长度604以及检测发送数据的错误的FCS(Flame Check Sequence)606。在本例中，通过数据类型603来识别5个数据。

另外，数据并不限于上述5个种类，可以适当根据应用等的需要追加不同构成的帧。

图8-a是第1通信装置针对作为计测延迟时间的对象的第2通信装置(同步修正对象通信装置)发送的同步修正对象指定帧的例子。在发送目的地址601存放同步修正对象通信装置的各自的地址。该地址存放在连接装置信息存储部11的第2通信装置1～n的信息存储部111～11n(图2)中。

图8-b是第1通信装置针对同步修正对象通信装置发送的传输路径延迟计测帧的例子。第1次发送时在传输路径延迟时间615中存放0，第m次发送时存放第m-1次计测的结果，并发送给同步修正对象通信装置。在进行了预先设定的延迟计测次数次计测后，第1通信装置计算出上述的计测结果的最大值、平均值或在平均值上加上宽余时间的值等的最佳传输路径延迟时间，存放于传输路径延迟时间615，发送给同步修正对象通信装置。

图8-c表示本发明中使用的同步帧的构成例。基准时间的当前值616存放同步帧发送时的装置内基准计时器141(图1)的值。中断输出时间617是设定各第2通信装置针对主CPU20(图1)输出中断信号的时间的项，主CPU10(图1)通过LINK140(图1)写入。

中断输出时间例如设定为，离第1通信装置最远的第2通信装置接收指令帧，开始处理指令帧中所包含的指令数据的时间。

或者，有时中断输出时间也设定为，第1通信装置向所有的第2通信装置发送指令帧，最后接收到该指令帧的第2通信装置能够开始处理该指令帧中所包含的指令数据的时间。

图8-d是第1通信装置针对第2通信装置发送的指令帧。通常，第2通信装置与在中断输出时间输出的中断信号同步，开始指令数据618的处理。

图8-e是第1通信装置从第2通信装置接收的响应帧。通常，第2通信装置从第1通信装置接收指令帧后，发送该响应帧。

图12是表示构成通信系统的所述第1通信装置及1个以上的第2通信装置分别使内置的装置内基准计时器141及241(图1)同步的情况的例子。从第1通信装置发送同步帧S后，第2通信装置#1最先接收该帧。

接收了该帧的第2通信装置#1通过用从同步帧中所存放的基准时间的当前值616(图8-c)减去预先计测的第1通信装置至第2通信装置#1的传输路径延迟时间Tdly_1后的值来更新装置内基准计时器241，变为与第1通信装置内的装置内基准计时器141的当前值相同。接下来接收了该同步帧的第2通信装置#2也同样根据预先计测的第1通信装置1至第2通信装置#2的传输路径延迟时间Tdly_2和基准时间的当前值616来更新装置内基准计时器241。

由此，第1通信装置内的装置内基准计时器141与第2通信装置#1及#2内的装置内基准计时器241计时为同一时刻。另外，由于在同步帧中所存放的中断输出时间617与第2通信装置#1及#2内的装置内基准计时器241的值一致时输出中断信号，所以各通信装置可以在同一时刻针对主CPU输出每个通信同步的中断。

另外，虽然各通信装置的装置内基准计时器分别以未图示的各自的时钟为基础进行动作，但是可以忽略时钟频率的个体差别。这是因为与每个通信周期修正的基准时间相比非常小。

如此，根据本发明，即使在所有的各通信装置串联连接于传输路径时，也可以在同一中断时间开始处理在同一通信周期中所被给予的指令数据，同时能够缩短该通信周期。

因此，能够有利于提高作为第2通信装置具备多个伺服放大器、继电器及传感器等的运动控制系统的控制性能。

Claims

1.一种通信装置，其具备：通信控制部，连接于传输路径控制收发的数据；及主CPU，与所述通信控制部连接，根据所述通信控制部接收的数据和内置的连接装置信息存储部的数据执行运算处理生成发送数据，发送给所述通信控制部，其特征在于，

2.一种通信装置，其具备：通信控制部，连接于传输路径控制收发的数据；及主CPU，与所述通信控制部连接，根据所述通信控制部接收的数据和内置的自站信息存储部的数据执行运算处理生成发送数据，发送给所述通信控制部，其特征在于，

接收权利要求1所述的通信装置发送的同步帧后，进行所述装置内基准计时器的修正与通信系统的基准时间同步。

3.一种同步通信系统，其构成为具备权利要求1所述的第1通信装置及1个以上的权利要求2所述的第2通信装置，所述第1通信装置及第2通信装置以规定的通信周期进行通信，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的同步通信系统，其特征在于，

所述第1通信装置将中断输出时间存放于所述同步帧并发送给所述第2通信装置，所述第2通信装置将接收的所述中断输出时间设定于自己的装置内基准计时器，在该计时器值达到所述中断输出时间时输出同步中断信号。

5.根据权利要求3所述的同步通信系统，其特征在于，

所述第1通信装置在开始包括发送针对所述第2通信装置的同步帧及指令帧、接收来自所述第2通信装置的响应帧的一定通信周期内的同步通信后，

6.一种同步通信方法，是在传输路径上连接有1个如权利要求1所述的第1通信装置及1个以上的如权利要求2所述的第2通信装置的通信系统内通信装置进行同步通信的同步通信方法，所述1个第1通信装置及所述1个以上的所述第2通信装置分别具有控制收发数据的通信控制部和根据该通信控制部接收的数据执行运算处理生成发送数据的主CPU部，其特征在于，

7.根据权利要求6所述的同步通信方法，其特征在于，

在所述同步通信中，所述第1通信装置实施包括发送针对所述第2通信装置的同步帧及指令帧、接收来自所述第2通信装置的响应帧的规定通信后，

8.根据权利要求7所述的同步通信方法，其特征在于，

所述传输路径延迟计测时间用存放于所述连接装置信息存储部的传输路径延迟时间的最大值、进行所述延迟计测的次数及由回路构成决定的通信装置内的中转时间来计算。

9.根据权利要求6或7所述的同步通信方法，其特征在于，

所述第2通信装置在所述第1通信装置指定的同步修正对象通信装置为自站时，通过将路径切换开关设定为向接收源折返的步骤、从所述第1通信装置接收所述传输路径延迟计测帧在被通知了传输路径延迟时间时将所述路径切换开关连接于中转目标的步骤、以及根据所述传输路径延迟时间和所述第1通信装置发送的同步帧中所存放的基准时间修正装置内基准计时器的步骤，使基准时间和装置内基准计时器同步。

10.根据权利要求6或7所述的同步通信方法，其特征在于，

所述第2通信装置储存针对自站发送的同步修正对象指定帧中所存放的进行延迟计测的次数，在接收到该延迟计测次数+1次传输路径延迟计测帧后将所述路径切换开关连接于中转目标，接收传输路径延迟计测帧后储存传输路径延迟计测帧中所存放的传输路径延迟时间，根据所述传输路径延迟时间和其后接收的同步帧中所存放的基准时间的当前值修正装置内基准计时器。