DIR Simulatorガイド 01：初めてのCAN実行

連載の入口：DIR Simulatorの紹介 ｜ 第01回 / 全37回

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目的

3つのControllerから1つのBusへ同時に送信要求を出し、どの順番で送られるかを確認します。1回だけの送信に絞るため、最初の通信を数値と画面で追えます。最後にビットレートだけを変え、時間がどう変わるかを確かめます。

構成と責務

要素	責務	今回の設定
Main.a / b / c	生成された要求をTXキューに置き、Busへ送る。受信フィルタとRX処理を持つ	キュー64、処理遅延0、全ID受信
Main.bus	送信権を選び、フレームと3bitの送信間隔を管理	500kbps、理想Classical CAN
Wire	ControllerとBusを接続し、固定遅延を与える	遅延0
NED	ノード・型・ポート・接続の構造を定義	models/demo/Main.ned
INI	構造の選択、時間、パラメータの上書き、入力ファイル参照	minimal.ini
workload JSON	いつ、どのノードが、何を送るかを定義	minimal.json

送信はController.tx → Bus.rx_*、受信はBus.tx_* → Controller.rxです。NEDのinput/outputはそのモジュールから見た向きです。BusのrxはBusへの入力なので、Controllerの送信と接続します。

接続と処理フロー

Main.a.tx ──→ Main.bus.rx_a   Main.bus.tx_a ──→ Main.a.rx
Main.b.tx ──→ Main.bus.rx_b   Main.bus.tx_b ──→ Main.b.rx
Main.c.tx ──→ Main.bus.rx_c   Main.bus.tx_c ──→ Main.c.rx

JSONで生成 → TX処理 → TXキュー → 調停 → SOF → EOF
                                      → 受信観測 → フィルタ → RX処理完了
                               EOF → 3bit間隔 → Bus解放 → 次の調停

同じフレームを複数Controllerが受信できます。送信要求数と受信件数は一致しません。この例では送信元自身へ返さず、他の2ノードが受信するので、送信3要求に対して受信は6件です。

最小実行例と設定

このガイドを同梱したmainには、examples/guide/canの実習入力も入っています。リポジトリを取得して、そのルートから以下のコマンドを実行します。

git clone https://github.com/hideki-ozu/DIR-Simulator.git
cd DIR-Simulator

公開タグv1.1.3の作業コピーから始める場合は、実習入力ZIPをダウンロードしてリポジトリルートに展開します。ZIPはexamples/guide/can以下のNED・INI・JSONだけを含みます。既存の同名ファイルがある場合は、別の作業コピーを使ってください。

Rust 1.85.0が使えるLinux/macOS、またはWindowsのWSLで、リポジトリのルートから実行します。初回ビルドにはRust依存の取得が必要です。以下はBashのコマンドです。

cargo build --locked -p dir-simulator
./target/debug/dir-simulator validate --config examples/guide/can/minimal.ini
./target/debug/dir-simulator run --config examples/guide/can/minimal.ini --output results-guide-minimal
./target/debug/dir-simulator view --input results-guide-minimal/results.json --output guide-minimal-viewer.html

出力ディレクトリとViewerファイルには未存在の名前を指定します。再実行は新しい名前へ出力してください。validateのstatus: validは入力検証の成功、runのexit_code: 0・partial: falseは今回の実行成功です。Viewer HTMLをブラウザで開きます。ブラウザはCLIから自動起動しません。

examples/guide/can/minimal.iniは次の設定です。

[General]
network = demo.Main
ned-path = "models"
sim-time-limit = 1ms
metrics-window = 1ms
Main.bus.bitrate = 500kbps
Main.a.queueCapacity = 64
Main.b.queueCapacity = 64
Main.c.queueCapacity = 64
workload = "minimal.json"

ned-pathとworkloadはINIのあるディレクトリから解決します。JSONの送信者は次の3つです。id欄のCAN IDは10進数で、0x100は256です。dataは16進数文字列で、2文字が1byteです。

generator ID	node	CAN ID	data	start / period / count
a	Main.a	256（0x100）	0102030405060708	0ps / 1ms / 1
b	Main.b	512（0x200）	aabbccdd	0ps / 1ms / 1
c	Main.c	768（0x300）	1122	0ps / 1ms / 1

1つのgeneratorの書式は以下です。完全なJSONには同じ形でbとcも入り、schema_version: 1とgenerators配列を持ちます。リポジトリに完全な実行入力を同梱しています。

{
  "id": "a", "kind": "can.periodic.v1", "node": "Main.a",
  "start": "0ps", "period": "1ms", "count": 1,
  "frame": {"format": "standard", "id": 256, "data": "0102030405060708"}
}

結果と実画面

実行で生成された要求をµsへ換算した値です。内部時刻はps整数で、1µs = 1,000,000psです。

要求	frame bit数	SOF（µs）	EOF（µs）	Bus解放（µs）
a:0	119	0	238	244
b:0	78	244	400	406
c:0	62	406	530	536

3要求はすべてsuccess、受信6件、破棄0件です。a:0はgenerator aの最初の要求で、CAN IDとは別の識別子です。最後のイベントは536µsですが、集計の観測終了は設定の1msです。events_exhaustedは後続イベントがなくなった終了を表し、障害ではありません。

119bitを500,000bit/sで送る時間は238µsです。ここにはCRCや内容依存のbit stuffingを含み、8byteのpayloadを64bitだけとして計算してはいけません。3bitの間隔は6µsで、次のSOFはEOF直後ではなくBus解放時です。

撮影条件：同梱最小例、時刻1,000µs、先頭要求を選択、Chromium、画面幅1,440px。画面は実際のViewer出力で、説明用の作図ではありません。

results.jsonは要求・受信・計測の正本、events.csvとsummary.csvは分析用、diagnostics.jsonlは診断、manifest.jsonは出力ファイルのサイズとSHA-256です。CLIの終了だけでなく、manifestと結果を保存すると再確認できます。

実験：1設定を変える — 500kbpsから1Mbpsへ

fast.iniはMain.bus.bitrate = 1Mbpsだけを変えています。workloadと配線は同じです。

./target/debug/dir-simulator run --config examples/guide/can/fast.ini --output results-guide-fast
./target/debug/dir-simulator view --input results-guide-fast/results.json --output guide-fast-viewer.html

要求	SOF（µs）	EOF（µs）	Bus解放（µs）
a:0	0	119	122
b:0	122	200	203
c:0	203	265	268

bit数と送信順は同じで、送信時間・間隔・待ち時間が半分になります。固定遅延や処理遅延が0なので、この例では全時刻がきれいに半分です。遅延を設定した別モデルへ、この比例関係をそのまま当てはめないでください。

撮影条件：速度変更例、時刻1,000µs、先頭要求を選択、幅1,440px。

制約と関連機能

理想ACKのClassical CANデータフレームを扱う例です。エラー状態・再送や実配線の電気特性は再現しません。キュー64で生成各1回のため、過負荷や低優先度の飢餓は観測しません。容量実験は既存examples/can/overload.ini、複数バス/Gatewayはexamples/gatewayが別の入口です。

次はViewerで結果を読むで送信と受信の時刻を追い、CANの調停で優先順位だけを変えます。

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原稿出典：DIR Simulator v1.1.6 の元原稿。原稿版：1.1.1。対象GitHub版：v1.1.4。

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