組み込みソフト開発「同期制御インターフェイスユニット」

PCからのスケジュール登録によって指定した時刻に指定したデータを送信する機能です。

1. PCからユニットへ送信されたスケジュールデータは、一時マスター基板上のRAMへ蓄えられます。マスター内部時計で送出時刻3秒前になった時点で、マスターから各スレーブへスケジュール通知を行います。
2. スケジュールデータを受け取ったスレーブは、スレーブ内部時計で設定時刻になったときに、指定されたポートから通信データの出力を行います。設定時刻からの遅れは10ms以内が求められています。
3. スケジュール制御は32ポート（8スレーブ×4ポート）同時出力が可能です。
4. PCからの時刻の指定は年月日時分秒とします。
5. 外部機器への通信データは、スレーブ基板上に設定されているプロトコルやパラメータを利用します。

PCからの即時出力要求によって、最も早い時刻で指定したポートからデータを送信する機能です。

1. PCからユニットへ送信された即時出力要求は、一時マスター基板上のRAMへ蓄えられます。マスターはスレーブ通信処理の切れ目に割り込んで、スレーブへ即時出力通知を行います。
2. 即時出力を受けたスレーブは、通信ポートの使用状況をチェックして、スケジュール制御を行っていない場合に外部機器に対して即時出力の通信データ送信を行います。
3. スケジュール制御を行っていた場合は、スケジュール制御が終わるまで待ってから即時出力データの送信を行います。
4. 即時送出も32ポート同時出力が可能です。

PCアプリ、マスター基板、スレーブ基板、制御対象のすべての機器で時間を管理しています。全くズレが無ければよいのですが、基板の起動タイミング、各機器クロックの誤差により、タイミングが合わなくなります。
誤差によるタイミングのズレを最小限にするために、高精度時計が接続されるマスター基板の時計を基準にしました。マスター基板からスレーブ基板へは90秒ごとに同期パルスを出すことにより、定期的にスレーブ基板での制御周期の補正を行います。
この時刻校正処理によりマスター ― スレーブ間の制御タイミングのズレを少なくします。さらに、PCアプリからはマスター基板とRS-232C接続でシリアル通信を行い、PCの時刻を更新します。

外部機器のカウント値をPC側で表示させる場合、
PC → マスター → スレーブ → 外部機器
の経路で要求送信が行われ、逆の経路でカウント値が返ってきます。カウント値の取得を頻繁に行う場合、主機能であるスケジュール送信への影響も大きくなってきます。システム全体へのパフォーマンスに影響が出ないように、通信の負荷を軽減させる必要があります。
そこで、マスター基板が1度カウント値を取得した後は、外部からのカウント同期信号を元に、マスター基板側で外部機器ごとのカウントアップ処理を実行することにしました。PCからカウント値取得要求を受けた際には、マスター基板で処理しているカウント値を返しています。

本システムのスレーブ基板には、スケジュール送信で使用するユーザーデータを持たせる必要がありました。任意のデータを保持させる仕組みとしては、不揮発性メモリ（たとえばFlashメモリ）を実装して、そこにデータを書き込む方法がありますが、使用するCPUは内蔵ROMがフラッシュメモリタイプの製品であったため、プログラムデータと一緒にユーザーデータをCPUに書き込んでおくことでユーザーデータを保持しています。CPU内蔵ROMであるため、頻繁な書き換えはできませんが、部品点数を少なくすることでユニットの製作コスト低下にもつながります。

本システムでは、スレーブ基板（CPU内）に登録されたユーザーデータのスケジュール送信だけでなく、PCからの直接出力にも対応します。
スケジュール送信、PCからの即時出力の送信タイミングが同じになった場合は、PCからの送信を優先して送信するようにしていますが、マスターからの要求受信とスレーブ内での制御周期によるスケジュール送信の開始が重なって、スレーブ基板での処理状態管理がうまくできずに、制御周期が止まったり、送信データが期待通りでなかったりといった問題も出てしまいました。