ステップテクニカ技術情報

最終更新日 2017/09/20

ソイールフィールドネットワークで波形の再現!定時性とリアルタイム性とは

はじめまして、ソイールです。システム製品やデバイスの技術サポートを担当しています。

汎用マイコンでリアルタイム制御を実現する場合、周辺制御や割り込み処理等が増えてくると定時性およびリアルタイム性を保証することは難しくなります。

このような場合、フィールドネットワークでは定時性およびリアルタイム性を保証したデバイスを使用して解決することもできます。

まずは、フィールドネットワークで重要視される定時性とリアルタイム性を紹介します!

定時性について

定時性を保証することにより、何ができるのでしょうか。

スレーブ側への入力データの推移をマスター側の出力で再現させることができます。下図の通り、A/Dコンバータのアナログデータを再現させる場合を考えてみます。サンプリングレートについては割愛します。

アナログデータの再現

出典:ステップテクニカ HLS導入ガイド(Ver.1.3)

定時性が保証されない場合、センタICでのアナログデータの遷移は下記のように歪んだ波形となります。

定時性が保証されない場合

出典:ステップテクニカ HLS導入ガイド(Ver.1.3)

定時性が保証される場合、センタICでのアナログデータの遷移は下記のように歪みのない波形になります。

定時性が保証される場合

出典:ステップテクニカ HLS導入ガイド(Ver.1.3)

このように"定時性"が保証されることにより、歪みのないアナログ波形を再現することができます。


リアルタイム性について

リアルタイム性とは、データの入力から処理を行い結果を出力するまでの応答時間が保証されます。

リアルタイム性の例として、下記のような隕石の通過を検知するシステムを考えてみます。

隕石の通過検知システム

出典:ステップテクニカ HLS導入ガイド(Ver.1.3)

リアルタイム性が保証される場合、隕石の通過があった順に通過センサからデータに変化が起こります。通過センサ①、②、③と順に反応したデータの遷移がセンタIC内のメモリデータは追従します。これにより、ユーザCPUはセンタIC内のメモリデータの遷移から隕石の通過を認識することができます。

下記に、リアルタイム性が保証される場合のデータ遷移を載せます。

通過センサ ① → ② → ③
サテライトIC ① → ② → ③
センタIC ① → ② → ③
ユーザCPU ① → ② → ③

しかしながら、リアルタイム性が保証されない場合、隕石の通過があったとしても応答時間に制約がないため、メモリデータの遷移は隕石の通過状況とは異なる可能性があります。例えば、通過センサ①の処理に時間がかかり、センタICのメモリデータの遷移は、②、③、① になるかもしれません。

下記に、リアルタイム性が保証されない場合のデータ遷移例を載せます。

通過センサ ① → ② → ③
サテライトIC ② → ③ → ①
センタIC ② → ③ → ①
ユーザCPU ② → ③ → ①

このように"リアルタイム性"が保証されることで、通過センサのデータ遷移をユーザCPUで確認することができます。


まとめ

逐次的にプログラムを実行する汎用マイコン等でリアルタイム制御を実現する場合、周辺制御や割り込み処理等が増えてくると定時性およびリアルタイム性を保証することは難しくなります。

例えば、ステップテクニカ製品では定時性およびリアルタイム性が保証されているため、応答時間は常に一定になります。

具体例としては、63台のHLSネットワークの場合の応答時間は955.50usと一定になります。

このように、リアルタイム性や定時性が必要な制御や計測用のシステム構築する場合に、ステップテクニカ製品を使用することで簡単に実現することができます。

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