JP2022011810A - 拡張モジュール、ｃｐｕモジュール、システム、及び通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バスを介して通信可能に接続された複数のモジュールを備えるシステムの性能を向上する。
【解決手段】拡張モジュール２０は、外部信号の入出力を行うインターフェース２１と、シリアルバス１及び２を介して通信する通信回路２３と、を備え、通信回路２３は、シリアルバス１を介して通信する第１のスレーブ通信機能２４と、シリアルバス２を介して通信する第２のスレーブ通信機能２５と、シリアルバス１及び２を束ねて通信する第３のスレーブ通信機能２６と、シリアルバス２を介して通信するマスタ通信機能２７とを、それぞれ有効／無効の切り替えが可能な態様で有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、拡張モジュール、ＣＰＵモジュール、システム、及び通信方法に関する。

従来、例えばＰＬＣ（Programable Logic Controller）等の、バスを介して通信可能に接続された複数のモジュールを備えるシステムが知られている。例えば特許文献１には、ＰＬＣモジュールとオプションモジュールとから成り、オプションモジュールのデータを定周期の通信によって制御機器へ送信するＰＬＣが開示されている。

特開２００３－２０２９０７号公報

バスを介して通信可能に接続された複数のモジュールを備えるシステムにおいて、例えばフィールド機器等の外部機器とのＩ／Ｏの拡張性向上など、性能の向上が望まれている。

かかる事情に鑑みてなされた本開示の目的は、バスを介して通信可能に接続された複数のモジュールを備えるシステムの性能を向上することにある。

幾つかの実施形態に係る拡張モジュールは、複数のシリアルバスに接続される拡張モジュールであって、外部信号の入出力を行うインターフェースと、第１のシリアルバス及び第２のシリアルバスを介して通信する通信回路と、を備え、前記通信回路は、前記第１のシリアルバスを介して通信する第１のスレーブ通信機能と、前記第２のシリアルバスを介して通信する第２のスレーブ通信機能と、前記第１のシリアルバス及び前記第２のシリアルバスを束ねて通信する第３のスレーブ通信機能と、前記第２のシリアルバスを介して通信するマスタ通信機能とを、それぞれ有効／無効の切り替えが可能な態様で有し、前記第１のスレーブ通信機能及び前記第３のスレーブ通信機能のそれぞれは、ＣＰＵモジュールから受信した自局宛てのコマンドに対して応答を返送し、前記ＣＰＵモジュールから受信した他局宛てのコマンドを中継し、他局から受信した応答を中継する機能を含み、前記第２のスレーブ通信機能は、前記ＣＰＵモジュール又は他局から受信した自局宛てのコマンドに対して応答を返送し、前記ＣＰＵモジュール又は他局から受信した他局宛てのコマンドを中継し、他局から受信した応答を中継する機能を含み、前記マスタ通信機能は、他局に対してコマンドを送信し、前記他局からの応答を受信する機能を含む。幾つかの実施形態に係る拡張モジュールによれば、拡張モジュールが用いられるシステムにおいて、外部機器とのＩ／Ｏの拡張性が向上する点で、性能が向上する。

一実施形態において、前記拡張モジュールは、前記第２のシリアルバスを分離する分離回路を更に備えてもよい。このように、第２のシリアルバスが分離されると、分離された一方のバスを流れるデータが他方のバスに入ってくることがないので、通信が競合したときの待ち時間を低減することができ、入出力応答を高速化できる。

一実施形態において、前記通信回路は、前記第２のスレーブ通信機能、前記第３のスレーブ通信機能、及び前記マスタ通信機能のうち、何れか１つの機能を有効にすると他の２つの機能を無効にしてもよい。このように、第２のシリアルバスを用いる複数の機能のうち、１つの機能が有効になると他の機能が無効になるので、例えば誤設定によって第２のシリアルバスを介する通信ができなくなる等の不都合の発生する蓋然性が低減する。

一実施形態において、プログラムを実行する演算回路を更に備え、前記マスタ通信機能が有効であるときに、前記演算回路は、コマンドの送信先である他局から受信した応答に対して演算処理を実行して出力値を決定してもよい。このように、拡張モジュールが演算回路を備えることによって、ＣＰＵモジュールなしに、入出力応答等の処理ができるようになる。

一実施形態において、前記マスタ通信機能が有効であるときに、前記通信回路は、前記第２のシリアルバスを介して前記出力値を他局へ送信してもよい。このように、通信回路が出力値を他局へ送信することによって、出力値を含む出力信号を他局のインターフェースを介して外部機器へ出力できるので、外部機器とのＩ／Ｏの拡張性が向上する。

幾つかの実施形態に係るＣＰＵモジュールは、複数のシリアルバスに接続されるＣＰＵモジュールであって、第１のシリアルバス及び第２のシリアルバスを介して通信する通信回路を備え、前記通信回路は、前記第１のシリアルバスを介して通信する第１のマスタ通信機能と、前記第２のシリアルバスを介して通信する第２のマスタ通信機能と、前記第１のシリアルバス及び前記第２のシリアルバスを束ねて通信する第３のマスタ通信機能とを、それぞれ有効／無効の切り替えが可能な態様で有し、前記第１のマスタ通信機能、前記第２のマスタ通信機能、及び前記第３のマスタ通信機能のそれぞれは、他局に対してコマンドを送信し、前記他局からの応答を受信する機能を含む。幾つかの実施形態に係るＣＰＵモジュールによれば、通信回路のコンフィグレーションを切り替えるだけで、複数のシリアルバスの使用形態を容易に変更可能となるので、ＣＰＵモジュールが用いられるシステムの性能が向上する。

幾つかの実施形態に係るシステムは、第１のシリアルバスと、第２のシリアルバスと、ＣＰＵモジュールと、複数の拡張モジュールと、を備えるシステムであって、前記ＣＰＵモジュール及び前記複数の拡張モジュールのそれぞれは、前記第１のシリアルバス及び前記第２のシリアルバスに接続されている。幾つかの実施形態に係るシステムによれば、複数のシリアルバスの使用可能であるので、例えば単一のシリアルバスしか使用できない構成と比較して、システムの性能が向上する。

一実施形態において、上記システムにより実行される通信方法は、１つの前記拡張モジュールが、前記第２のシリアルバスを２つに分離するステップと、前記ＣＰＵモジュールが、前記第１のシリアルバスを介して前記複数の拡張モジュールと通信するステップと、前記ＣＰＵモジュールが、分離された一方の前記第２のシリアルバスを介して、前記一方の第２のシリアルバスに接続された拡張モジュールと通信するステップと、分離された他方の前記第２のシリアルバスに接続された２つ以上の拡張モジュールが、前記他方の前記第２のシリアルバスを介して互いに通信するステップと、を含んでもよい。このように、第２のシリアルバスが分離されると、分離された一方のバスを流れるデータが他方のバスに入ってくることがないので、通信が競合したときの待ち時間を低減することができ、入出力応答を高速化できる。

一実施形態において、上記システムにより実行される通信方法は、前記ＣＰＵモジュール及び前記複数の拡張モジュールが、前記第１のシリアルバス及び前記第２のシリアルバスを束ねるステップと、前記ＣＰＵモジュール及び前記複数の拡張モジュールが、束ねられた前記第１のシリアルバス及び前記第２のシリアルバスを介して通信するステップと、を含んでもよい。このように、束ねられた複数のシリアルバスを介して通信するので、例えば単一のシリアルバスを介して通信する構成と比較して通信速度が向上する。

本開示によれば、バスを介して通信可能に接続された複数のモジュールを備えるシステムの性能が向上する。

比較例に係るＰＬＣの第１例を示すブロック図である。 比較例に係るＰＬＣの第２例を示すブロック図である。 比較例に係るＰＬＣの第３例を示すブロック図である。 比較例に係るＰＬＣの通信スケジュールの例を示す図である。 本開示の一実施形態に係るシステムの構成例を示すブロック図である。 本開示の一実施形態に係るシステムの拡張モジュール間通信モードのコンフィグレーションの例を示す図である。 本開示の一実施形態に係るシステムが拡張モジュール間通信モードに設定して通信を開始する動作例を示すフローチャートである。 本開示の一実施形態に係るシステムの拡張モジュール間通信の動作例を示すフローチャートである。 本開示の一実施形態に係るシステムにおいて、通常通信又は高速通信の動作例を示すフローチャートである。 本開示の一実施形態に係るシステムの高速通信モードのコンフィグレーションの例を示す図である。 本開示の一実施形態に係るシステムが高速通信モードに設定して通信を開始する動作例を示すフローチャートである。 本開示の一実施形態に係るシステムのＩ／Ｏ通信モードのコンフィグレーションの他の例を示す図である。 本開示の一実施形態に係るシステムのコンフィグレーションの変形例を示す図である。

（比較例）
最初に比較例に係るＰＬＣについて説明し、その問題点について述べる。

ＰＬＣのバスは大きく２つに分類される。具体的には、例えば図１に示すパラレルバス型と、図２に示すシリアルバス型が知られている。また、ＰＬＣの拡張モジュールとして、汎用のモジュールの他に、例えば図３に示すように専用外部インターフェースと専用演算回路を備えた特殊拡張モジュールが用いられる場合がある。特殊拡張モジュールは、パラレルバス型及びシリアルバス型の両方で使用され得る。

・パラレルバス型
図１に示すように、パラレルバス型では、一般的にベースモジュール上にＣＰＵモジュール及び拡張モジュールが実装される。各モジュールは、ベースモジュール上に配線されたパラレルバスで接続される。ＣＰＵモジュールが通信マスタとなり、パラレルバスを介して拡張モジュールへリード／ライトアクセスを行う。パラレルバスは、双方向に通信可能なバスである。

・シリアルバス型
図２に示すように、シリアルバス型では、一般的にベースモジュールが不要で、隣り合ったモジュール同士がシリアルバスで接続される。ＣＰＵモジュールが通信マスタとなって、拡張モジュールへコマンドを送信する。自局宛てのコマンドを受け取った拡張モジュールは、ＣＰＵモジュールへ応答を返送する。シリアルバスは、片方向のバスであり、コマンドと応答は決まった方向へ伝送される。各拡張モジュールは、他局宛てのコマンドと応答を受け取ると、それを次の拡張モジュールへ送信する。このようにして、コマンドと応答が伝送される。

・特殊拡張モジュール
通常、入出力応答の処理は、ＣＰＵモジュールが入力モジュールから入力値を読み出し、ＣＰＵモジュールで処理を行った後に出力モジュールへ出力値を書き込むことで実行される。一方、特定の高速アプリケーションにおいて、例えば汎用の拡張モジュールを使用する等の従来の方法では、応答時間の要求を満たせない場合がある。その場合、図３に示すように、専用外部インターフェースと専用演算回路を備えた特殊拡張モジュールを使用し、ＣＰＵモジュールを介さずに特殊拡張モジュール内で入出力応答の処理を行うことで、応答時間の高速化が図られる。

（比較例の問題点）
・パラレルバス型
パラレルバスはマルチドロップ型の回路トポロジである。このため、アクセス中はバス全体が占有されてしまい、１つのアクセスが終了するまでは次のアクセスを開始することができない。また、パラレルバスに接続されるモジュール数が増えると、信号波形が乱れやすくなるので、転送速度を上げることが困難である。

・シリアルバス型
シリアルバスは、ｐｏｉｎｔ－ｔｏ－ｐｏｉｎｔ型の回路トポロジである。このため、シリアルバスに接続されるモジュール数に関係なく安定した信号波形が得られるので、転送速度を上げやすい。また、パラレルバスと比較すると、転送される信号数も少ない。これらの理由により、近年ではシリアルバスが採用される傾向がある。また、シリアルバスは、パラレルバスのようにアクセス中にバス全体が占有されることがない。このため、シリアルバス上で一度に複数のコマンドと応答を送受信することで、パラレルバスよりもバスの使用効率を上げることができる。

しかしながら、バスの使用効率を上げたとしても、例えば優先度の高い通信と低い通信が混在する場合は、優先度の高い通信の時間的要求を満たせない場合がある。これに対して、例えば図４に示すように、通信をスケジューリングすることによって、優先度毎に時間帯を分ける方法（すなわち、時分割）が用いられ得るが、例えばＣＰＵモジュールでのスケジュール管理が煩雑になる等の不都合が生じ得る。

・特殊拡張モジュール
特殊拡張モジュール内での入出力応答の処理に使用できるＩ／Ｏは、当該特殊拡張モジュール自体に備えられた専用外部インターフェースに接続されるＩ／Ｏだけである。このため、Ｉ／Ｏの点数を増やしたい場合には、専用の特殊拡張モジュールを新規に開発する必要があり、外部機器とのＩ／Ｏの拡張性に乏しい。

（本開示のシステム）
本開示の目的は、上述の問題点に鑑み、バスを介して通信可能に接続された複数のモジュールを備えるシステムにおいて、外部機器とのＩ／Ｏの拡張性を向上することである。以下、本開示の一実施形態に係るシステムについて添付図面を参照して説明する。

図５に示すように、システムＡは、複数のシリアルバス１、２と、ＣＰＵモジュール１０と、複数の拡張モジュール２０、３０、４０、５０、６０と、を備える。システムＡが備えるシリアルバスの数は２以上であればよい。また、システムＡが備える拡張モジュールの数は１以上であればよい。ＣＰＵモジュール１０及び複数の拡張モジュール２０～６０は、第１のシリアルバス１及び第２のシリアルバス２に接続されている。システムＡは、例えばＰＬＣ又はデータロガー等として機能する。

シリアルバス１は、ダウンストリーム１ａ及びアップストリーム１ｂを含む。

シリアルバス２は、ダウンストリーム２ａ及びアップストリーム２ｂを含む。

ＣＰＵモジュール１０は、演算回路１１と、マスタ通信回路１２と、を有する。

演算回路１１は、任意の制御プログラムを実行するプロセッサと、当該プロセッサがアクセス可能なメモリと、を含んでもよい。プロセッサは、例えばＭＣＵ（Micro Controller Unit）又はＭＰＵ（Micro Processor Unit）等であるが、これらに限られない。或いは、演算回路１１は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）又はＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等の論理回路を含んでもよい。

マスタ通信回路１２は、シリアルバス１及び２を介して通信を行う通信回路を含む。詳細には、マスタ通信回路１２は、シリアルバス１及び２を介して拡張モジュール２０～６０へ読み書きを行う通信回路を含む。本実施形態において、マスタ通信回路１２は、マスタ通信機能［０］１３、マスタ通信機能［１］１４、及びマスタ通信機能［０，１］１５を、それぞれ有効／無効の切り替えが可能な態様で有する。

マスタ通信機能［０］１３は、シリアルバス１を用いたチャネルにおいて、拡張モジュール２０～６０へ読み書きを行う機能である。

詳細には、マスタ通信機能［０］１３は、シリアルバス１を用いたチャネルを介して通信する機能、他局に対してコマンドを送信する機能、及び、他局からの応答を受信する機能を含む。

マスタ通信機能［１］１４は、シリアルバス２を用いたチャネルを介して通信する機能である。

詳細には、マスタ通信機能［１］１４は、シリアルバス２を用いたチャネルを介して通信する機能、他局に対してコマンドを送信する機能、及び、他局からの応答を受信する機能を含む。

マスタ通信機能［０，１］１５は、シリアルバス１及び２を束ねたチャネルにおいて、拡張モジュール２０～６０へ読み書きを行う機能である。

詳細には、マスタ通信機能［０，１］１５は、シリアルバス１及び２を束ねたチャネルを介して通信する機能、他局に対してコマンドを送信する機能、及び、他局からの応答を受信する機能を含む。

拡張モジュール２０は、例えば、基本的なデジタル入力モジュール、デジタル出力モジュール、アナログ入力モジュール、アナログ出力モジュール、又は一般的にＰＬＣ（Programable Logic Controller）で使用される高機能なモジュール（例えば、サブＣＰＵモジュール、通信モジュール、又は位置決めモジュール等）であるが、これらに限られない。拡張モジュール２０は、外部インターフェース２１と、演算回路２２と、マスタ／スレーブ通信回路２３と、分離回路２８と、を備える。

外部インターフェース２１は、例えばフィールド機器等の外部機器への入出力を行うインターフェースを含む。外部インターフェース２１を介して、単純な入出力信号の他、外部通信の信号が入出力されてもよい。

演算回路２２は、任意のプログラムを実行することによって拡張モジュール２０内での演算を実行するプロセッサと、当該プロセッサがアクセス可能なメモリと、を含んでもよい。プロセッサは、例えばＭＣＵ又はＭＰＵ等であるが、これらに限られない。或いは、演算回路２２は、ＡＳＩＣ又はＦＰＧＡ等の論理回路を含んでもよい。

マスタ／スレーブ通信回路２３は、ＣＰＵモジュール又は他の拡張モジュール３０～６０との間で通信を行う通信回路を含む。マスタ／スレーブ通信回路２３は、スレーブ通信機能［０］２４、スレーブ通信機能［１］２５、スレーブ通信機能［０，１］２６、及びマスタ通信機能［１］２７を、それぞれ有効／無効の切り替えが可能な態様で有する。

スレーブ通信機能［０］２４は、シリアルバス１を用いたチャネルにおいて、ＣＰＵモジュール１０から自局宛ての読み書きへ応答し、他局宛てのコマンドと応答を次のモジュールへ送信する機能である。

詳細には、スレーブ通信機能［０］２４は、シリアルバス１を用いたチャネルを介して通信する機能、ＣＰＵモジュール１０から受信した自局宛てのコマンドに対して応答を返送する機能、ＣＰＵモジュール１０から受信した他局宛てのコマンドを中継する機能、及び、他局から受信した応答を中継する機能を含む。

スレーブ通信機能［１］２５は、シリアルバス２を用いたチャネルにおいて、ＣＰＵモジュール１０又は他の拡張モジュール３０～６０から自局宛ての読み書きへ応答し、他局宛てのコマンドと応答を次のモジュールへ送信する機能である。

詳細には、スレーブ通信機能［１］２５は、シリアルバス２を用いたチャネルを介して通信する機能、ＣＰＵモジュール１０又は他局から受信した自局宛てのコマンドに対して応答を返送する機能、ＣＰＵモジュール１０又は他局から受信した他局宛てのコマンドを中継する機能、及び、他局から受信した応答を中継する機能を含む。

スレーブ通信機能［０，１］２６は、シリアルバス１及び２を束ねたチャネルにおいて、ＣＰＵモジュール１０から自局宛ての読み書きへ応答し、他局宛てのコマンドと応答を次のモジュールへ送信する機能である。

詳細には、スレーブ通信機能［０，１］２６は、シリアルバス１及び２を束ねたチャネルを介して通信する機能、ＣＰＵモジュール１０から受信した自局宛てのコマンドに対して応答を返送する機能、ＣＰＵモジュール１０から受信した他局宛てのコマンドを中継する機能、及び、他局から受信した応答を中継する機能を含む。

マスタ通信機能［１］２７は、シリアルバス２を用いたチャネルにおいて、他の拡張モジュール３０～６０へ読み書きを行う機能である。

詳細には、マスタ通信機能［１］２７は、シリアルバス２を用いたチャネルを介して通信する機能、他局に対してコマンドを送信する機能、及び、他局からの応答を受信する機能を含む。

また、マスタ／スレーブ通信回路２３は、上記４つの機能のうち、通信に用いるシリアルバスが共通する複数の機能が同時に有効とならないように制御する。例えば、マスタ／スレーブ通信回路２３は、通信にシリアルバス１を用いるスレーブ通信機能［０］２４及びスレーブ通信機能［０，１］２６のうち、何れか１つの機能を有効にすると他の機能を無効にする。また例えば、マスタ／スレーブ通信回路２３は、通信にシリアルバス２を用いるスレーブ通信機能［１］２５、スレーブ通信機能［０，１］２６、及びマスタ通信機能［１］２７のうち、何れか１つの機能を有効にすると他の機能を無効にする。

或いは、マスタ／スレーブ通信回路２３は、スレーブ通信機能［０］２４及びスレーブ通信機能［１］２５を有効にすると他の機能を無効にしてもよい。またマスタ／スレーブ通信回路２３は、スレーブ通信機能［０］２４及びマスタ通信機能［１］２７を有効にすると他の機能を無効にしてもよい。またマスタ／スレーブ通信回路２３は、スレーブ通信機能［０，１］２６を有効にすると他の機能を無効にしてもよい。

分離回路２８は、隣接する１つのモジュールとの間でシリアルバス２を論理的に分離する回路を含む。本実施形態において、分離回路２８がＯＮになると、拡張モジュール２０のアップストリーム側（図５では左側）、すなわちＣＰＵモジュール１０側でシリアルバス２が論理的に分離される。かかる状態において、拡張モジュール２０と、ＣＰＵモジュール１０側に隣接する他のモジュール（図５ではＣＰＵモジュール１０）との間で、シリアルバス２を介する通信が行われない。一方、分離回路２８がＯＦＦになると、拡張モジュール２０のアップストリーム側でシリアルバス２が論理的に接続される。なお、分離回路２８によって、拡張モジュール２０のアップストリーム側ではなくダウンストリーム側（図５では右側）、すなわちＣＰＵモジュール１０とは反対側で、シリアルバスが論理的に分離／接続される実施形態も実現可能である。

拡張モジュール３０～６０は、それぞれ拡張モジュール２０と同様の構成及び機能を有する。当該同様の構成及び機能については、拡張モジュール２０の構成及び機能と同一の名称とし、符号を変えて表記する。例えば、拡張モジュール３０、４０、５０、及び６０が備える「外部インターフェース」は、それぞれ外部インターフェース３１、４１、５１、及び６１と表記する。

次に、本開示の一実施形態に係るシステムＡの動作について説明する。本開示の一実施形態に係るシステムＡは、拡張モジュール間通信モード及び高速通信モードを含む、複数のモードで動作可能である。以下、各モードについて説明する。

（拡張モジュール間通信モード）
まず、拡張モジュール間通信モードについて説明する。拡張モジュール間通信モードでは、シリアルバス１を用いて通常通信が行われ、２つに分離されたシリアルバス２の一方を用いて通常通信が行われ、他方を用いて拡張モジュール間通信が行われる。通常通信では、ＣＰＵモジュール１０がマスタとなり、他のモジュールがスレーブとなる。拡張モジュール間通信では、特定の拡張モジュールがマスタとなり、他の拡張モジュールがスレーブとなる。

図６を参照して、システムＡを拡張モジュール間通信モードで動作させるためのコンフィグレーションの例について説明する。本例では、拡張モジュール間通信において拡張モジュール５０がマスタとなり、拡張モジュール４０及び６０がスレーブとなる。拡張モジュール４０には、外部機器からの入力信号が入力される。拡張モジュール６０は、出力信号を外部機器へ出力する。

・ＣＰＵモジュールのマスタ通信回路のコンフィグレーション
ＣＰＵモジュール１０のマスタ通信回路１２は、マスタ通信機能［０］１３及びマスタ通信機能［１］１４を有効にし、他の機能（マスタ通信機能［０，１］１５）を無効にする。図６においては説明の簡便のため、無効とされた機能の図示を省略した。

・拡張モジュールのマスタ／スレーブ通信回路のコンフィグレーション
拡張モジュール５０のマスタ／スレーブ通信回路５３は、スレーブ通信機能［０］５４及びマスタ通信機能［１］５７を有効にし、他の機能（スレーブ通信機能［１］５５及びスレーブ通信機能［０，１］５６）を無効にする。また、その他の拡張モジュール２０、３０、４０、及び６０のマスタ／スレーブ通信回路２３、３３、４３、及び６３は、スレーブ通信機能［０］２４、３４、４４、及び６４、並びにスレーブ通信機能［１］２５、３５、４５、及び６５をそれぞれ有効にし、他の機能（スレーブ通信機能［０，１］２６、３６、４６、及び６６、並びにマスタ通信機能［１］２７、３７、４７、及び６７）を無効にする。図６においては説明の簡便のため、無効とされた機能の図示を省略した。

・拡張モジュールの分離回路のコンフィグレーション
拡張モジュール４０の分離回路４８は、動作状態をＯＮに設定し、シリアルバス２を拡張モジュール３０と４０との間で論理的に分離する。また、その他の拡張モジュール２０、３０、５０、及び６０の分離回路２８、３８、５８、及び６８は、動作状態をＯＦＦに設定し、それぞれシリアルバス２に接続する。図６においては説明の簡便のため、動作状態がＯＦＦである分離回路２８、３８、５８、及び６８の図示を省略した。

上記のコンフィグレーションにより、シリアルバス１を用いて通常通信用のチャネルが形成される。シリアルバス１を用いた通常通信用のチャネルは、シリアルバス２から独立して使用可能である。また、分離されたシリアルバス２の一方（ここでは、ＣＰＵモジュール１０から拡張モジュール３０までの部分）を用いて通常通信用のチャネルが形成される。分離されたシリアルバス２の当該一方を用いた通常通信用のチャネルは、シリアルバス１から独立して使用可能である。また、分離されたシリアルバス２の他方（ここでは、拡張モジュール４０から６０までの部分）を用いて拡張モジュール間通信用のチャネルが形成される。分離されたシリアルバス２の当該他方を用いた拡張モジュール間通信用のチャネルは、通常通信用のチャネルから独立して使用可能である。

図７を参照して、システムＡを拡張モジュール間通信モードに設定して通信を開始する動作例について説明する。

ステップＳ１００：ＣＰＵモジュール１０のマスタ通信回路１２がコンフィグレーションを実施する。具体的には、図６に示す例においてマスタ通信回路１２は、マスタ通信機能［０］１３及びマスタ通信機能［１］１４を有効にし、他の機能（マスタ通信機能［０，１］１５）を無効にする。

ステップＳ１０１：拡張モジュール２０～６０のマスタ／スレーブ通信回路２３～６３が、それぞれコンフィグレーションを実施する。具体的には、図６に示す例において拡張モジュール５０のマスタ／スレーブ通信回路５３が、スレーブ通信機能［０］５４及びマスタ通信機能［１］５７を有効にし、他の機能（スレーブ通信機能［１］５５及びスレーブ通信機能［０，１］５６）を無効にする。また、その他の拡張モジュール２０、３０、４０、及び６０のマスタ／スレーブ通信回路２３、３３、４３、及び６３が、スレーブ通信機能［０］２４、３４、４４、及び６４、並びにスレーブ通信機能［１］２５、３５、４５、及び６５をそれぞれ有効にし、他の機能（スレーブ通信機能［０，１］２６、３６、４６、及び６６、並びにマスタ通信機能［１］２７、３７、４７、及び６７）を無効にする。

ステップＳ１０２：拡張モジュール２０～６０の分離回路２８～６８が、それぞれコンフィグレーションを実施する。具体的には、図６に示す例において拡張モジュール４０の分離回路４８が、動作状態をＯＮに設定し、シリアルバス２を拡張モジュール３０と４０との間で論理的に分離する。また、その他の拡張モジュール２０、３０、５０、及び６０の分離回路２８、３８、５８、及び６８が、それぞれ動作状態をＯＦＦに設定してシリアルバス２に接続する。

ステップＳ１０３：システムＡが、シリアルバス１を用いた通常通信、分離されたシリアルバス２の一方（ここでは、ＣＰＵモジュール１０から拡張モジュール３０までの部分）を用いた通常通信、及び、分離されたシリアルバス２の他方（ここでは、拡張モジュール４０から６０までの部分）を用いた拡張モジュール間通信を開始する。

図８を参照して、拡張モジュール間通信モードにおけるシステムＡの拡張モジュール間通信の動作例について説明する。

ステップＳ２００：図６に示す例において拡張モジュール４０が、外部インターフェース４１を介して入力された入力信号４９から入力値を取得する。

ステップＳ２０１：拡張モジュール５０が、拡張モジュール４０から入力値を読み出す。具体的には、図６に示す例において拡張モジュール５０のマスタ／スレーブ通信回路５３が、マスタ通信機能［１］５７によって、シリアルバス２のアップストリーム２ｂを介して読み出しのコマンド７４を拡張モジュール４０へ送信する。拡張モジュール４０のマスタ／スレーブ通信回路４３が、スレーブ通信機能［１］４５によって、シリアルバス２のダウンストリーム２ａを介して応答７５を返送する。

ステップＳ２０２：拡張モジュール５０が、演算回路５２で入出力応答処理の演算を行い、出力値を決定する。

ステップＳ２０３：拡張モジュール５０が、拡張モジュール６０へ出力値を書き込む。具体的には、図６に示す例において拡張モジュール５０のマスタ／スレーブ通信回路５３が、マスタ通信機能［１］５７によって、シリアルバス２のダウンストリーム２ａを介して書き込みのコマンド７６を拡張モジュール６０へ送信する。拡張モジュール６０のマスタ／スレーブ通信回路６３が、スレーブ通信機能［１］６５によって、シリアルバス２のアップストリーム２ｂを介して応答７７を返送する。

ステップＳ２０４：拡張モジュール６０が、外部インターフェース６１を介して、出力値を含む出力信号６９（図６参照）を出力する。

図９を参照して、拡張モジュール間通信モードにおけるシステムＡの通常通信の動作例について説明する。

ステップＳ３００：ＣＰＵモジュール１０が、拡張モジュール宛てにコマンドを送信する。具体的には、図６に示す例においてＣＰＵモジュール１０のマスタ通信回路１２が、マスタ通信機能［０］１３によって、シリアルバス１のダウンストリーム１ａを介してコマンド７０を拡張モジュール４０へ送信する。また、マスタ通信回路１２が、マスタ通信機能［１］１４によって、シリアルバス２のダウンストリーム２ａを介してコマンド７２を拡張モジュール３０へ送信する。

ステップＳ３０１：コマンドを受信した拡張モジュールが、応答を返送する。具体的には、図６に示す例において拡張モジュール４０のマスタ／スレーブ通信回路４３が、スレーブ通信機能［０］４４によって、シリアルバス１のアップストリーム１ｂを介して応答７１を返送する。また、拡張モジュール３０のマスタ／スレーブ通信回路３３が、スレーブ通信機能［１］３５によって、シリアルバス２のアップストリーム２ｂを介して応答７３を返送する。

（高速通信モード）
次に、高速通信モードについて説明する。高速通信モードでは、シリアルバス１及び２を束ねたチャネルを介して高速通信が行われる。詳細には、シリアルバス１及び２を束ねたチャネルのダウンストリームとして、シリアルバス１のダウンストリーム１ａ及びシリアルバス２のダウンストリーム２ａが用いられる。シリアルバス１及び２を束ねたチャネルのアップストリームとして、シリアルバス１のアップストリーム１ｂ及びシリアルバス２のアップストリーム２ｂが用いられる。したがって、高速通信では、上述した通常通信と比較して、ダウンストリーム及びアップストリームそれぞれのビット幅が２倍になる。高速通信では、ＣＰＵモジュール１０がマスタとなり、他のモジュールがスレーブとなる。

図１０を参照して、システムＡを高速通信モードで動作させるためのコンフィグレーションの例について説明する。本例では、ＣＰＵモジュール１０がマスタとなり、拡張モジュール２０～６０がスレーブとなる。

・ＣＰＵモジュールのマスタ通信回路のコンフィグレーション
ＣＰＵモジュール１０のマスタ通信回路１２は、マスタ通信機能［０，１］１５を有効にし、他の機能（マスタ通信機能［０］１３及びマスタ通信機能［１］１４）を無効にする。図１０においては説明の簡便のため、無効とされた機能の図示を省略した。

・拡張モジュールのマスタ／スレーブ通信回路のコンフィグレーション
拡張モジュール２０～６０のマスタ／スレーブ通信回路２３～６３は、スレーブ通信機能［０，１］２６～６６をそれぞれ有効にし、他の機能（スレーブ通信機能［０］２４～６４、スレーブ通信機能［１］２５～６５、及びマスタ通信機能［１］２７～６７）をそれぞれ無効にする。図１０においては説明の簡便のため、無効とされた機能の図示を省略した。

・拡張モジュールの分離回路のコンフィグレーション
拡張モジュール２０～６０の分離回路２８～６８は、動作状態をＯＦＦに設定し、それぞれシリアルバス２に接続する。図１０においては説明の簡便のため、動作状態がＯＦＦである分離回路２８～６８の図示を省略した。

上記のコンフィグレーションにより、シリアルバス１及び２を束ねて高速通信用のチャネルが形成される。

図１１を参照して、システムＡを高速通信モードに設定して通信を開始する動作例について説明する。

ステップＳ４００：ＣＰＵモジュール１０のマスタ通信回路１２がコンフィグレーションを実施する。具体的には、図１０に示す例においてマスタ通信回路１２は、マスタ通信機能［０，１］１５を有効にし、他の機能（マスタ通信機能［０］１３及びマスタ通信機能［１］１４）を無効にする。

ステップＳ４０１：拡張モジュール２０～６０のマスタ／スレーブ通信回路２３～６３が、それぞれコンフィグレーションを実施する。具体的には、図１０に示す例においてマスタ／スレーブ通信回路２３～６３が、スレーブ通信機能［０，１］２６～６６をそれぞれ有効にし、他の機能（スレーブ通信機能［０］２４～６４、スレーブ通信機能［１］２５～６５、及びマスタ通信機能［１］２７～６７）をそれぞれ無効にする。

上記のステップＳ４００及びＳ４０１の動作は、換言すると、ＣＰＵモジュール１０及び拡張モジュール２０～６０が、シリアルバス１及び２を束ねて高速通信用のチャネルを形成する動作である。

ステップＳ４０２：拡張モジュール２０～６０の分離回路２８～６８が、それぞれコンフィグレーションを実施する。具体的には、図１０に示す例において拡張モジュール２０～６０の分離回路２８～６８が、それぞれ動作状態をＯＦＦに設定してシリアルバス２に接続する。

ステップＳ４０３：システムＡが、シリアルバス１及び２を束ねたチャネルを介して高速通信を開始する。

続いて、高速通信モードにおけるシステムＡの高速通信の動作例について説明する。高速通信では、上述した通常通信と比較して、コンフィグレーションの細部、及び通信に使用するチャネルが異なるが、動作のフローは同一である。このため、高速通信の動作例についても、上述した図９を参照して説明する。

ステップＳ３００：ＣＰＵモジュール１０が、拡張モジュール宛てにコマンドを送信する。具体的には、図１０に示す例においてＣＰＵモジュール１０のマスタ通信回路１２が、マスタ通信機能［０，１］１５によって、シリアルバス１及び２のダウンストリーム１ａ及び２ａを介してコマンド８０を拡張モジュール４０へ送信する。また、マスタ通信回路１２が、マスタ通信機能［０，１］１５によって、シリアルバス１及び２のダウンストリーム１ａ及び２ａを介してコマンド８２を拡張モジュール６０へ送信する。

ステップＳ３０１：コマンドを受信した拡張モジュールが、応答を返送する。具体的には、図１０に示す例において拡張モジュール４０のマスタ／スレーブ通信回路４３が、スレーブ通信機能［０，１］４６によって、シリアルバス１及び２のアップストリーム１ｂ及び２ｂを介して応答８１を返送する。また、拡張モジュール６０のマスタ／スレーブ通信回路６３が、スレーブ通信機能［０，１］６６によって、シリアルバス１及び２のアップストリーム１ｂ及び２ｂを介して応答８３を返送する。

・拡張モジュール間通信モードの効果
図６の例では、拡張モジュール間通信においてマスタとして機能する拡張モジュール５０は、スレーブとして機能する拡張モジュール４０及び６０に対して直接読み書きすることができる。これにより、拡張モジュール５０は、ＣＰＵモジュール１０なしに、演算回路５２を使用して高速でインテリジェントな入出力応答処理ができるようになる。また、コンフィグレーションに応じて任意の拡張モジュールの外部インターフェースを使用できるので、例えば図３に示す特殊拡張モジュールを採用する構成と比較してＩ／Ｏ点数の不足を補うことができる。

更に、分離回路を用いてシリアルバス２を分離することで、拡張モジュール間通信専用のチャネルを確保できる。

例えば、図１２に示す例は、図６に示す実施形態と比較して、分離回路４８がＯＦＦになっている（すなわち、シリアルバス２が分離されていない）点で相違している。当該比較例において、コマンド９０は、ＣＰＵモジュール１０から全拡張モジュール２０～６０へ一括して送信されるブロードキャストコマンドである。このブロードキャスト通信は、通常通信の一部と考えることができる。この場合、ブロードキャスト通信と拡張モジュール間通信のタイミングが重なると競合が発生し、入出力応答時間が長くなる。また、コマンド９１は、拡張モジュール５０から送信された誤通信のコマンドである。コマンドの誤通信は、例えば装置の開発時等に発生し得る。この場合、分離されていない側（アップストリーム側）のチャネルに誤ったコマンドが入り込み、余計なエラー処理が発生し得る。

これに対して、図６に示す例のように本実施形態では、分離された側（ダウンストリーム側）のチャネルに拡張モジュール間通信以外のコマンドが入ってくることがないので、通信が競合したときの待ち時間を低減することができる。これにより、入出力応答を高速化できる。また、分離されていない側（アップストリーム側）のチャネルにおいても、分離された側のチャネルから不要なコマンド又は応答が入ってくることを防ぐことができる。

・高速通信モードの効果
図１０に示す例では、シリアルバス１及び２を１つの高速通信用のチャネルに束ねることによって、通常通信の２倍の速度で通信を行うことができる。したがって、高速通信モードは、例えば高速なデータ収集のアプリケーションなど、データ量が比較的多い場合、又は要求される転送時間が比較的短い場合に有効である。

・コンフィグレーションの効果
図６及び図１０に示す例のように本実施形態によれば、ＣＰＵモジュール１０のマスタ通信回路１２、並びに拡張モジュール２０～６０のマスタ／スレーブ通信回路２３～６３及び分離回路２８～６８のコンフィグレーションを行うだけで、シリアルバスの使用形態を変更できる。

本開示を諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形及び修正を行ってもよいことに注意されたい。したがって、これらの変形及び修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成又は各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成又はステップ等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

（シリアルバスの応用／変形）
例えば、シリアルバスのダウンストリーム及びアップストリームの信号は１ビットに限られず、２ビット以上であってもよい。また、シリアルバスの数は２つに限られず、３つ以上であってもよい。また、シリアルバス１及び２の役割が入れ替わってもよい。

（拡張モジュール間通信モードの応用／変形）
拡張モジュールの数は、１つ以上あればよい。また、拡張モジュール間通信のマスタとなる拡張モジュールの数は、２つ以上であってもよい。また、分離回路２８～６８によって、シリアルバスが１カ所だけでなく、複数カ所で分離されてもよい。また、分離できるシリアルバスが２つ以上あってもよい。

（高速通信モードの応用／変形）
拡張モジュールの数は、１つ以上あればよい。また束ねられるシリアルバスの数は２つ以上であってもよい。

（拡張モジュールの応用／変形）
システムＡに備えられる一部の拡張モジュールが外部インターフェースを備えなくてもよい。また、一部の拡張モジュールが演算回路を備えなくてもよい。また、一部の拡張モジュールが分離回路を備えなくてもよい。また、一部の拡張モジュールがマスタ通信機能［１］を有さなくてもよい。

（コンフィグレーションの応用／変形）
図６の変形例として、拡張モジュール間通信を行わない場合のコンフィグレーションと動作例を図１３に示す。

・ＣＰＵモジュールのマスタ通信回路のコンフィグレーション
ＣＰＵモジュール１０のマスタ通信回路１２は、マスタ通信機能［０］１３及びマスタ通信機能［１］１４を有効にし、他の機能（マスタ通信機能［０，１］１５）を無効にする。図１３においては説明の簡便のため、無効とされた機能の図示を省略した。

・拡張モジュールのマスタ／スレーブ通信回路のコンフィグレーション
拡張モジュール２０～６０のマスタ／スレーブ通信回路２３～６３は、スレーブ通信機能［０］２４～６４、及びスレーブ通信機能［１］２５～６５をそれぞれ有効にし、他の機能（スレーブ通信機能［０，１］２６～６６、及びマスタ通信機能［１］２７～６７）を無効にする。図１３においては説明の簡便のため、無効とされた機能の図示を省略した。

・拡張モジュールの分離回路のコンフィグレーション
拡張モジュール２０～６０の分離回路２８～６８は、動作状態をＯＦＦに設定し、それぞれシリアルバス２に接続する。図１３においては説明の簡便のため、動作状態がＯＦＦである分離回路２８～６８の図示を省略した。

・変形例での動作
上記のコンフィグレーションにより、全ての通信が通常通信のみとなる。この場合、ＣＰＵモジュール１０が通信のマスタとなり、全ての拡張モジュール２０～６０がスレーブとなる。ＣＰＵモジュール１０が宛先の拡張モジュールへコマンドを送信し、コマンドを受信した拡張モジュールがＣＰＵモジュール１０へ応答を返送する。シリアルバス１を用いた通常通信用のチャネルと、シリアルバス２を用いた通常通信用のチャネルとは、互いに独立して使用可能である。

・シリアルバス１の通常通信の例
図１３に示す例において、ＣＰＵモジュール１０のマスタ通信回路１２が、マスタ通信機能［０］１３によって、シリアルバス１のダウンストリーム１ａを介してコマンド７０を拡張モジュール４０へ送信する。拡張モジュール４０のマスタ／スレーブ通信回路４３が、スレーブ通信機能［０］４４によって、シリアルバス１のアップストリーム１ｂを介して応答７１を返送する。

・シリアルバス２の通常通信の例
図１３に示す例において、ＣＰＵモジュール１０のマスタ通信回路１２が、マスタ通信機能［１］１４によって、シリアルバス２のダウンストリーム２ａを介してコマンド７８を拡張モジュール６０へ送信する。拡張モジュール６０のマスタ／スレーブ通信回路６３が、スレーブ通信機能［１］６５によって、シリアルバス２のアップストリーム２ｂを介して応答７９を返送する。

・変形例の効果
変形例では、シリアルバス１を用いた通常通信用のチャネルと、シリアルバス２を用いた通常通信用のチャネルとは、互いに独立して使用可能である。かかる構成は、例えば外部機器を制御しながら同時にデータ収集を行いたい場合等に有効である。例えば、シリアルバス１を制御用に割り当て、シリアルバス２をデータ収集用に割り当てることで、制御周期に影響を与えることなく、外部機器の制御とデータ収集を同時に実施可能である。

Ａ システム
１、２ シリアルバス
１ａ、２ａ ダウンストリーム
１ｂ、２ｂ アップストリーム
１０ ＣＰＵモジュール
１１ 演算回路
１２ マスタ通信回路
１３ マスタ通信機能［０］
１４ マスタ通信機能［１］
１５ マスタ通信機能［０，１］
２０～６０ 拡張モジュール
２１～６１ 外部インターフェース
２２～６２ 演算回路
２３～６３ マスタ／スレーブ通信回路
２４～６４ スレーブ通信機能［０］
２５～６５ スレーブ通信機能［１］
２６～６６ スレーブ通信機能［０，１］
２７～６７ マスタ通信機能［１］
２８～６８ 分離回路

Claims (9)

1. 複数のシリアルバスに接続される拡張モジュールであって、
   外部信号の入出力を行うインターフェースと、
   第１のシリアルバス及び第２のシリアルバスを介して通信する通信回路と、
   を備え、
   前記通信回路は、前記第１のシリアルバスを介して通信する第１のスレーブ通信機能と、前記第２のシリアルバスを介して通信する第２のスレーブ通信機能と、前記第１のシリアルバス及び前記第２のシリアルバスを束ねて通信する第３のスレーブ通信機能と、前記第２のシリアルバスを介して通信するマスタ通信機能とを、それぞれ有効／無効の切り替えが可能な態様で有し、
   前記第１のスレーブ通信機能及び前記第３のスレーブ通信機能のそれぞれは、ＣＰＵモジュールから受信した自局宛てのコマンドに対して応答を返送し、前記ＣＰＵモジュールから受信した他局宛てのコマンドを中継し、他局から受信した応答を中継する機能を含み、
   前記第２のスレーブ通信機能は、前記ＣＰＵモジュール又は他局から受信した自局宛てのコマンドに対して応答を返送し、前記ＣＰＵモジュール又は他局から受信した他局宛てのコマンドを中継し、他局から受信した応答を中継する機能を含み、
   前記マスタ通信機能は、他局に対してコマンドを送信し、前記他局からの応答を受信する機能を含む、拡張モジュール。
2. 請求項１に記載の拡張モジュールであって、
   前記第２のシリアルバスを分離する分離回路を更に備える、拡張モジュール。
3. 請求項１又は２に記載の拡張モジュールであって、
   前記通信回路は、前記第２のスレーブ通信機能、前記第３のスレーブ通信機能、及び前記マスタ通信機能のうち、何れか１つの機能を有効にすると他の２つの機能を無効にする、拡張モジュール。
4. 請求項１から３の何れか一項に記載の拡張モジュールであって、
   プログラムを実行する演算回路を更に備え、
   前記マスタ通信機能が有効であるときに、前記演算回路は、コマンドの送信先である他局から前記第２のシリアルバスを介して受信した応答に対して演算処理を実行して出力値を決定する、拡張モジュール。
5. 請求項４に記載の拡張モジュールであって、
   前記マスタ通信機能が有効であるときに、前記通信回路は、前記第２のシリアルバスを介して前記出力値を他局へ送信する、拡張モジュール。
6. 複数のシリアルバスに接続されるＣＰＵモジュールであって、
   第１のシリアルバス及び第２のシリアルバスを介して通信する通信回路を備え、
   前記通信回路は、前記第１のシリアルバスを介して通信する第１のマスタ通信機能と、前記第２のシリアルバスを介して通信する第２のマスタ通信機能と、前記第１のシリアルバス及び前記第２のシリアルバスを束ねて通信する第３のマスタ通信機能とを、それぞれ有効／無効の切り替えが可能な態様で有し、
   前記第１のマスタ通信機能、前記第２のマスタ通信機能、及び前記第３のマスタ通信機能のそれぞれは、他局に対してコマンドを送信し、前記他局からの応答を受信する機能を含む、ＣＰＵモジュール。
7. 第１のシリアルバスと、第２のシリアルバスと、ＣＰＵモジュールと、複数の拡張モジュールと、を備えるシステムであって、
   前記ＣＰＵモジュール及び前記複数の拡張モジュールのそれぞれは、前記第１のシリアルバス及び前記第２のシリアルバスに接続されている、システム。
8. 請求項７に記載のシステムの通信方法であって、
   １つの前記拡張モジュールが、前記第２のシリアルバスを２つに分離するステップと、
   前記ＣＰＵモジュールが、前記第１のシリアルバスを介して前記複数の拡張モジュールと通信するステップと、
   前記ＣＰＵモジュールが、分離された一方の前記第２のシリアルバスを介して、前記一方の第２のシリアルバスに接続された拡張モジュールと通信するステップと、
   分離された他方の前記第２のシリアルバスに接続された２つ以上の拡張モジュールが、前記他方の前記第２のシリアルバスを介して互いに通信するステップと、
   を含む、通信方法。
9. 請求項７に記載のシステムの通信方法であって、
   前記ＣＰＵモジュール及び前記複数の拡張モジュールが、前記第１のシリアルバス及び前記第２のシリアルバスを束ねるステップと、
   前記ＣＰＵモジュール及び前記複数の拡張モジュールが、束ねられた前記第１のシリアルバス及び前記第２のシリアルバスを介して通信するステップと、
   を含む、通信方法。

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