JP2012038260A - バス転送システム - Google Patents

Abstract

【課題】異なったデータ転送プロトコルを同一システムバス上で実行すること。
【解決手段】例えば、ＣＰＵモジュール２１とＣＰＵモジュール２ｍは、調停サイクルにおいて共通の調停プロトコルにてアクセス権を決定し、ＣＰＵモジュール２１がアクセス権を獲得するとデータバス３を使ってメモリモジュール３０、入出力モジュール４１などとパラレルデータ転送を行う。一方、ＣＰＵモジュール２ｍがアクセス権を獲得すると、コントロールバス４Ａのリード、ライト信号線をそれぞれ兼ねるシリアルデータ信号線Ｓ１、Ｓ２を使って入出力モジュール４ｎとシリアルデータ転送を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の機能モジュールがシステムバスを介してデータ転送するバス転送システムに関する。

ＦＡ（ファクトリ・オートメーション）やＰＬＣ（プログラマブルコントローラ）等の産業用分野のシステムにおいては、図４および図５に示すような複数のＣＰＵモジュール、複数の入出力モジュールなどがシステムバス０１に接続され、このシステムバスを介して各モジュール間で相互にデータ交換を行うバス転送システムが知られている。

特開平９−７３４３０号公報

例えば、上述バス転送システムにおけるデータ転送方法の一例として、パラレルデータ転送方式があるが、パラレルデータ転送方式はそのデータ転送速度に限界が見えてきており、パラレルデータ転送よりも高速にデータ転送できるシリアルデータ転送方式を採用する気運がある。

しかしながら、上述した従来のバス転送システムは、そのシステムで取り決められた１つのプロトコル（転送サイクルにおけるデータ交換方法）を用いて、それぞれのモジュールがデータを転送しているため、異なったプロトコル（例えば、シリアル転送方式）を用いる別のモジュールがシステムバスに搭載されても互換性がなくデータ転送ができない。

このためシステムの増設などによる融通性や拡張性が乏しく、システムの性能アップを頭打ちさせているという問題がある。
ところで、一般にＰＬＣなどの制御装置は、例えば、図４のように、システムバス０１上に配置されたバスコネクタ１１（スロット）に、所定の機能を実現するためのモジュールを実装して、顧客アプリケーションに適宜対応するように構成されており、バスコネクタ１１の全てにモジュールが実装されず、未実装の箇所が残った状態で出荷されることがある。

ＰＬＣを含む制御システムでは、既設の機能を継承しつつ新たな機能を取り入れてシステムを拡張し、設備のライフサイクルを延ばしていくことが要望されている。従って、将来的にシリアルデータ転送方式を採用したモジュールを上記余ったスロットに実装して、必要最小限のリソースを使って制御システムを拡張していくことが予想される。

本発明は、このような事情を勘案してなされたもので、その目的とするところは、異なったデータ転送プロトコルを同一システムバス上で実現でき、システムの増設などによる融通性や拡張性が容易に得られる、複数プロトコルを用いたバス転送システムを提供することにある。

上記のような課題を解決する方法として、本発明は以下のように構成される。
請求項１に係る発明は、複数の局がシステムバスを介してデータ転送するバス転送システムにおいて、システムバスのアクセスサイクルを、システムバスのアクセス権を決定する調停サイクルと、アクセス権を獲得したアクセス権獲得局がデータ転送する転送サイクルとに分け、複数の局それぞれは、調停サイクルにおいて共通の調停プロトコルにてアクセス権を決定し、この調停プロトコルを経てアクセス権を獲得したアクセス権獲得局は、転送サイクルにおいて自局を含む所定の局で構成されたグループ内で規定されるデータ転送プロトコルにてデータ転送するよう構成する。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のバス転送システムにおいて、グループはパラレル転送する局で構成されたパラレル転送グループ、またはシリアル転送する局で構成されたシリアル転送グループで構成される。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載のバス転送システムにおいて、システムバスはアドレスバスを有し、シリアル転送グループは、調停サイクルにてバスアクセス権を得たマスタ局と、該マスタ局とデータを授受するスレーブ局とで構成され、マスタ局はアドレスバスにアドレスデータを出力してスレーブ局を指定し、該スレーブ局にパケットを送信してデータ転送するよう構成する。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載のバス転送システムにおいて、パケットは、スレーブ局を指定するためのアドレス部を含まないよう構成される。
請求項５に係る発明は、請求項２に記載のバス転送システムにおいて、シリアル転送にて使用されるシステムバスの信号線は、パラレル転送にて使用するシステムバスの信号線の一部で構成する。

本発明によれば、従来のシステムバスの一部の信号線に複数の機能を兼ねさせて、複数のバス転送プロトコルが共存できるようにしたので、バス転送システムの性能の向上や、ライフサイクルの延長を図ることができる。

本発明のバス転送システムに係るデータ転送を示すタイムチャート 本発明のバス転送システムを採用したＰＬＣの構成を示す外観図 図１に係るシステムバス上のデータの流れを示す図 一般的なＰＬＣの構成例を示す外観図 図４に係るシステムバス上のデータの流れを示す図

以下各図において同一の符号は同一もしくは相当部分を示している。
図２は本発明に係るバス転送システムの一例を採用したＰＬＣの外観図である。
１０は、ＣＰＵモジュール２０（２１，２２，・・・２ｍ）、メモリモジュール３０、入出力モジュール４０（４１，２２，・・・４ｎ）が搭載されるベースボードである。１１は、ベースボード１０に設けられ、各モジュール２０、３０、４０それぞれをベースボード１０に接続するためのバスコネクタである。

これらモジュールがデータを転送するためのシステムバス０１Ａは、調停バス１、アドレスバス２、データバス３、コントロールバス４Ａにて構成されている。このコントロールバス４Ａではリード信号線ＲＤ＊が後述のシリアルデータ信号線Ｓ１を兼ね、同じくライト信号線ＷＴ＊が後述のシリアルデータ信号線Ｓ２を兼ねている。

図３は、システムバス０１Ａ上の転送データの流れを示す概念図である。ＣＰＵモジュール２１はデータバス３を使ってメモリモジュール３０および入出力モジュール４１とパラレルデータ転送を行う。ＣＰＵモジュール２ｍはシリアルデータ信号Ｓ１，Ｓ２を使って、入出力モジュール４ｎとシリアルデータ転送を行う。なお、図３には図２にて示した全モジュールは記載されていない。

図１は、図３で示したように、ＣＰＵモジュール２０などのマスタモジュールがメモリモジュール３０や入出力モジュール４０などのスレーブモジュールにアクセスするときのタイムチャートである。ＣＰＵモジュール２０はシステムバス０１Ａを介してスレーブモジュールと交信しながら、ユーザアプリケーションを所定の周期毎に実行し機器を制御するよう構成されている。

図１において、Ｔａｒｂは調停サイクル、Ｔｔｒｆは転送サイクル、ＢＳＫはバスクロックである。ＡＲＢ＊（＊は負論理信号であることを示す）は調停の開始を示す調停開始信号、ＡＲＢｉｄ＊はバスアクセス権を獲得するための優先度を示す調停ＩＤバス信号であり、ＢＳＹ＊は所定のモジュールがバスを使用していることを示すビジー信号である。ＡＤはアドレスバス（アドレスバス信号）であり、ＤＴはデータバス（データバス信号）である。またＲＤ＊はリード信号、ＷＴ＊はライト信号である。なお、リード信号ＲＤ＊は後述のシリアルデータ信号Ｓ１を兼ね、同じくライト信号ＷＴ＊は後述のシリアルデータ信号Ｓ２を兼ねている。ＲＤＹ＊はデータバスＤＴに対してデータの準備ができたことを示すレディ信号である。

また、ＣＰＵモジュール２１には調停ＩＤとして“１”（Ｍ１と称す）が、ＣＰＵモジュール２２には調停ＩＤとして“２”（Ｍ２と称す）が、ＣＰＵモジュール２ｍには調停ＩＤとして“ｍ”（Ｍｍと称す）が割り当てられている。

また、調停ＩＤは数値の小さい方が優先度が高い。この例の場合、調停ＩＤ“Ｍ１”を有するＣＰＵモジュール２１が最優先でバスアクセス権を得ることができる。
まず、時点ｔ１１〜ｔ１４までのリードアクセスについて説明する。このリードアクセスはＣＰＵモジュール２１が入出力モジュール４１をアクセスする際、パラレルデータ転送プロトコルにてデータを転送している例である。

ＣＰＵモジュール２０はビジー信号ＢＳＹ＊が非アクティブになったことを検出すると、調停開始信号ＡＲＢ＊をアクティブにするとともに調停ＩＤを出力する。ＣＰＵモジュール２０はバス上に出力された調停ＩＤを読むことが可能になっており、その値が自モジュールの調停ＩＤより優先度が大きい値のとき、自モジュールの調停ＩＤの出力を引き下げる。このように優先度の低いマスタモジュールが調停ＩＤを引き下げることにより、一番優先度の高いマスタモジュールの調停ＩＤがバス上に残ることになる。この場合、調停開始から４クロック目で調停ＩＤ’Ｍ１’を出力したＣＰＵモジュール２１がバスアクセス権を獲得している。なお、調停開始からバスアクセス権獲得までに４クロックかけているが、これは、調停ＩＤを引き下げたＣＰＵモジュールの出力信号がディセーブルするまでのライムラグを考慮してのことである。

このようにしてバスアクセス権を獲得したＣＰＵモジュール２１はビジー信号ＢＳＹ＊をアクティブにし、転送サイクルに入る。この転送サイクルＴｔｒｆでＣＰＵモジュール２１は、パラレル転送を行う入出力モジュール４１を指定するためのアドレス“０ｘ１０００”をアドレス信号ＡＤとして出力し、リード信号ＲＤ＊をアクティブにする。入出力モジュール４１はアドレスが自モジュールと一致したことを検出すると、データ信号ＤＴとしてデータを出力し、レディ信号ＲＤＹ＊をアクティブにする。ＣＰＵモジュール２１は、レディ信号ＲＤＹ＊がアクティブになったことで、データ信号ＤＴとして出力されたデータを取り込み、ビジー信号ＢＳＹ＊を非アクティブして、パラレルデータ転送サイクルを終了する。

続いて、時点ｔ２１からｔ２４までのバスアクセス期間について説明する。ここでは、ＣＰＵモジュール２ｍおよび入出力モジュール４ｎが、それぞれ前述のリード信号線ＲＤ＊をシリアルデータ信号線Ｓ１とし、同じくライト信号線ＷＴ＊をシリアルデータ信号線Ｓ２とし、シリアルデータ転送を行う例を示している。

時点ｔ２１からｔ２２までの調停サイクルＴａｒｂにおいては、ＣＰＵモジュール２ｍが、バスアクセス権を得ている。バスアクセス権を得たＣＰＵモジュール２ｍは直ちにビジー信号ＢＳＹ＊をアクティブ“Ｌ”にし、シリアルデータの転送サイクルＴｔｒｆに入る。

この時点ｔ２２にて、ＣＰＵモジュール２ｍは引き続き、入出力モジュール４ｎを指定するため，“０ｘＦ０００”をアドレス信号ＡＤとして出力する。
アドレス“０ｘＦ０００”により指定された入出力モジュール４ｎは、シリアルデータ転送の準備態勢に入る。

ＣＰＵモジュール２ｍは引き続き、リードアクセスとするかライトアクセスとするかのコマンドを、入出力モジュール４ｎに送信する。
このコマンドに応じ、以後、リードアクセスの場合は入出力モジュール４ｎからＣＰＵモジュール２ｍへ、ライトアクセスの場合はＣＰＵモジュール２ｍから入出力モジュール４ｎへデータ転送が行われる。

そして、時点ｔ２３にてシリアルデータ転送の電文の終端部を受信した受信側のモジュールがレディ信号ＲＤＹ＊を出力する。ＣＰＵモジュール２ｍは、時点ｔ２４にビジー信号ＢＳＹ＊を非アクティブ“Ｈ”にする。このようにしてシリアルデータの転送サイクルＴｔｒｆが終了する。

なお、本発明に係る複数のデータ転送プロトコルを混在するバス転送システムは、従来のパラレル転送プロトコルを用いるアドレス空間を０ｘ００００から０ｘＥＦＦＦに割付し、新たなプロトコルとしてシリアル転送プロコルを用いるアドレス空間を０ｘＦ０００から０ｘＦＦＦＦに割り付けている。すなわち、アドレス空間を２つに分け、使用する転送プロコルを区分している。

以上説明したように、本発明は、システムバスのアクセスサイクルを、システムバスのアクセス権を決定する調停サイクルと、バスアクセス権を獲得した局がデータ転送する転送サイクルとに分けている。また、調停サイクルにおいてはバスアクセスを要求するマスタモジュールに対してバスアクセス権を共通の調停プロトコルにて決定する。その後の転送サイクルにおいては、パラレル転送方式を使ってデータ転送するモジュール間ではパラレル転送を行い、シリアル転送方式を使ってデータ転送するモジュール間ではシリアル転送を行う。

また、シリアル転送の際、調停サイクルにてバスアクセス権を得たマスタモジュールは、アドレスバスにアドレスデータを出力して送信先のスレーブモジュールを指定し、該スレーブ局に向けてパケットを送信する。従って、このパケットにはスレーブモジュールを指定するためのアドレス（ヘッダ）が必要ない。入出力モジュールなどのスレーブモジュールが扱うデータ量は数バイトから数十バイトで済むことが多く、比較的少ないため、パケットのヘッダを削減してデータ転送することは制御データの転送効率を飛躍的に向上することができ、更なる高速化も望める。

０１Ａ システムバス
１ 調停バス
２ アドレスバス
３ データバス
４Ａ コントロールバス
ＡＲＢ＊ 調停開始信号線、または調停開始信号
ＡＲＢｉｄ＊ 調停ＩＤバス、または調停ＩＤバス信号
ＢＳＹ＊ ビジー信号線、またはビジー信号
ＡＤ アドレス信号
ＤＴ データ信号
ＲＤ＊ リード信号線、またはリード信号
ＷＴ＊ ライト信号線、またはライト信号
Ｓ１、Ｓ２ シリアルデータ信号線、またはシリアルデータ信号
ＲＤＹ＊ レディ信号線、またはレディ信号
１０ ベースボード
１１ バスコネクタ
２０（２１、２２、・・・、２ｍ） ＣＰＵモジュール
３０ メモリモジュール
４０（４１、４２、・・・、４ｎ） 入出力モジュール

Claims (5)

1. 複数の局がシステムバスを介してデータ転送するバス転送システムにおいて、
   前記システムバスのアクセスサイクルを、前記システムバスのアクセス権を決定する調停サイクルと、前記アクセス権を獲得したアクセス権獲得局がデータ転送する転送サイクルとに分け、
   前記複数の局それぞれは、前記調停サイクルにおいて共通の調停プロトコルにて前記アクセス権を決定し、
   この調停プロトコルを経て前記アクセス権を獲得した前記アクセス権獲得局は、前記転送サイクルにおいて自局を含む所定の複数の局で構成されたグループ内のデータ転送プロトコルにてデータ転送することを特徴とするバス転送システム。
2. 請求項１に記載のバス転送システムにおいて、
   前記グループはパラレル転送する局で構成されたパラレル転送グループ、またはシリアル転送する局で構成されたシリアル転送グループであることを特徴とするバス転送システム。
3. 請求項２に記載のバス転送システムにおいて、
   前記システムバスはアドレスバスを有し、
   前記シリアル転送グループは、前記調停サイクルにてバスアクセス権を得たマスタ局と、該マスタ局とデータを授受するスレーブ局とで構成され、
   前記マスタ局は前記アドレスバスにアドレスデータを出力して前記スレーブ局を指定し、該スレーブ局にパケットを送信してデータ転送することを特徴とするバス転送システム。
4. 請求項３に記載のバス転送システムにおいて、
   前記パケットは、前記スレーブ局を指定するためのアドレス部を含まないことを特徴とするバス転送システム。
5. 請求項２に記載のバス転送システムにおいて、
   前記シリアル転送にて使用される前記システムバスの信号線は、前記パラレル転送にて使用する前記システムバスの信号線の一部であることを特徴とするバス転送システム。