DE102015211320A1 - Speichereinheit zum automatischen Multiplizieren des Inhalts einer Speicherstelle, und Datennetz mit Speichereinheit - Google Patents

Speichereinheit zum automatischen Multiplizieren des Inhalts einer Speicherstelle, und Datennetz mit Speichereinheit Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Speichereinheit (200; 300; 400), die eine Vielzahl von Speicherstellen (201, 202, 203; 301, 302, 303, 401, 402, 403) zur Aufnahmen von Daten (D) aufweist und die dazu eingerichtet ist, den Inhalt (D) einer ersten Speicherstelle (201; 301; 401) der Speichereinheit (200; 300; 400), wenn diese erste Speicherstelle (201; 301; 401) beschrieben wird, automatisch in eine erste Speicherstelle (301; 401) wenigstens einer anderen Speichereinheit (300; 400) zu kopieren, wobei die erste Speicherstelle (301; 401) der wenigstens einen anderen Speichereinheit (300; 400) unabhängig von der ersten Speicherstelle (201; 301; 401) der Speichereinheit (200; 300; 400) auslesbar und beschreibbar ist; und ein Datennetz (100) mit wenigstens zwei solchen Speichereinheiten (200; 300; 400), einem Sender (111) und wenigstens einem Empfänger (112, 113; 122, 123; 132, 133), wobei der Sender (111) dazu eingerichtet ist, ein zu sendendes Datum (D) in die erste Speicherstelle (201) einer ersten (200) der wenigstens zwei Speichereinheiten (200; 300; 400) zu schreiben, und wobei der wenigstens eine Empfänger (112, 113; 122, 123; 132, 133) dazu eingerichtet ist, das Datum (D) aus der ersten Speicherstelle (301; 401) einer zweiten Speichereinheit (300; 400) der wenigstens zwei Speichereinheiten (200; 300; 400) zu lesen und zu verarbeiten.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Speichereinheit sowie ein Datennetz mit wenigstens zwei solchen Speichereinheiten, einem Sender und wenigstens einem Empfänger.
  • Stand der Technik
  • Eine Recheneinheit, wie ein Mikrocontroller oder allgemein ein integrierter Schaltkreis (IC), kann einen sogenannten Multicore-Prozessor umfassen. Dabei kann eine Vielzahl von Prozessorkernen auf einem einzigen Chip (Die) integriert sein. Ein Prozessorkern umfasst zumeist eine arithmetisch-logische Einheit (ALU), welche das eigentliche elektronische Rechenwerk zur Ausführung von Tasks, Programmen, Rechenbefehlen, etc. darstellt, und weiterhin einen lokalen Speicher, auf den zumeist nur der jeweilige Prozessorkern zugreifen kann. Die Recheneinheit kann auch einen globalen Speicher umfassen, auf welchen sämtliche Prozessorkerne zugreifen können.
  • In Ein- oder Mehrkern-Prozessoren für eingebettete Systeme kann die Kommunikation zwischen zwei Software-Ausführungsprozessen immer auf das Lesen und Schreiben von einer bekannten Speicherstelle zurückgeführt werden. Dies gilt sowohl für die Kommunikation über globale Variablen, wo die Speicheradresse, an der die Variable abgelegt ist, bekannt sein muss, als auch für die Kommunikation über Nachrichtenkanäle, welche auf unterster Ebene wieder auf dem Lesen und Schreiben von bekannten Speicherstellen über die direkte (oder indirekte) Adressierung dieser Stellen beruht. Im letzteren Fall, dem Nachrichtenaustausch über Kommunikationskanäle, übernimmt eine Softwareschicht die Verteilung der Nachrichten. Hierzu speichert diese Softwareschicht z.B. anhand von Speichertabellen, welche Nachricht an welche Speicheradresse geschrieben bzw. an welchen anderen Prozessor im Verbund gesendet werden soll. Beispielsweise speichert ein Softwareprozess eine Nachricht in einem lokalen Puffer und übergibt diesen Puffer an eine Funktion im Betriebssystem oder direkt dem Hardware-Treiber, welcher für z.B. die Netzwerkkarte zuständig ist, inklusive aller benötigten Informationen wie beispielsweise die Zieladresse, welche entweder eine Speicheradresse oder eine Netzwerkadresse sein kann. Das Betriebssystem oder der Hardware-Treiber nehmen diesen Puffer und schreiben ihn entweder in die Ziel-Speicheradresse oder in den Hardware-Puffer, welcher die Daten dann ins Netzwerk schickt. Dies ist bei zahlreichen Empfängern relativ aufwändig.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß werden eine Speichereinheit sowie ein Datennetz mit wenigstens zwei solchen Speichereinheiten, einem Sender und wenigstens einem Empfänger mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
  • Bei Einsatz der erfindungsgemäßen Speichereinheit ist es nicht notwendig, dass die Speicher- oder Netzwerkadresse(n) des wenigstens einen Empfängers oder von anderen empfangenden Speichereinheiten beim Sender bekannt sind. Vorzugsweise braucht daher das zu sendende Datum keine Adresse des wenigstens einen Empfängers und/oder keine Adresse von anderen empfangenden Speichereinheiten zu enthalten. Die Nachrichtenverteilung geschieht automatisiert durch die Speichereinheit als Hardwareeinrichtung, und dies nicht nur an einen Empfänger, sondern vorzugsweise an eine Vielzahl von Empfängern, über deren Existenz der Sender nicht notwendigerweise in Kenntnis gesetzt sein muss. Der Sender braucht die Nachricht nur an eine ihm bekannte Speicherstelle (Speicherstelle der Speichereinheit) zu schreiben. Anschließend übernimmt die Speichereinheit die automatische Weiterleitung der Nachricht an eine konfigurierbare Anzahl weiterer Speichereinheiten. Die Speichereinheit ist vorzugsweise als Teil einer integrierten Schaltung ausgebildet.
  • Die Speichereinheit kann Daten sowohl innerhalb ein und derselben Recheneinheit (z.B. Many- bzw. Multicore-Prozessor) als auch zwischen unterschiedlichen Recheneinheiten (z.B. Netzwerk) verteilen.
  • Sind Sender und Empfänger Teil, z.B. Prozessorkerne, ein und derselben Recheneinheit, kann dadurch eine Softwareschicht abgelöst und das Betriebssystem der Recheneinheit entlastet werden, wodurch Rechenzeit gespart wird.
  • Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird das Datum nicht vom Sender im herkömmlichen Sinne an eine Vielzahl von Empfängern verschickt, sondern vorzugsweise nur an eine Speichereinheit, die dann die weitere Verteilung autark vornimmt. Hierbei handelt es sich jedoch auch nicht um eine Cache-Lösung, da es im Gegensatz zu Caches um echte, unabhängige Kopien der Quelle handelt, welche beliebig verändert und verarbeitet werden können.
  • Die Erfindung schlägt mit anderen Worten eine aktive erste Speichereinheit vor, die automatisch beim Beschreiben einer ersten Speicherstelle die Daten an eine Anzahl von vorgegebenen ersten Speicherstellen von anderen zweiten Speichereinheiten weiterleitet bzw. in diese kopiert. Insbesondere können eine oder mehrere der empfangenden zweiten Speichereinheiten Teil derselben Recheneinheit wie die erste oder einer anderen Recheneinheit sein. Im ersten Fall sind Sender und Empfänger insbesondere unterschiedliche Kerne derselben Recheneinheit bzw. Software-Prozesse, die auf unterschiedlichen Kernen derselben Recheneinheit ablaufen, im zweiten Fall auf unterschiedlichen Recheneinheiten.
  • Vorteilhafterweise ist die zweite Speichereinheit dazu eingerichtet, sich bei der ersten Speichereinheit zum Empfang der Daten anzumelden. Alternativ oder zusätzlich ist vorteilhafterweise der wenigstens eine Empfänger dazu eingerichtet, sich bei der ersten Speichereinheit zum Empfang der Daten anzumelden. Dadurch ist es z.B. möglich, dass sich interessierte Empfänger bzw. deren zugehörige Speichereinheiten, ähnlich einem "Publish-Subscribe"-Mechanismus, bei einer Speichereinheit, welche für ein bestimmtes Datum zuständig ist, anmelden, um ebenfalls die Daten zugestellt zu bekommen. Hierbei muss es sich nicht um dieselbe (Master-)Speichereinheit handeln, welche die erste (ursprüngliche) Speicherstelle aufweist, sondern die Registrierung kann an jeder weiteren (Slave-)Speichereinheit stattfinden, welche an der Weiterleitung des Datums beteiligt ist. Hierdurch wird die Kommunikation in z.B. einem Netzwerk oder auf einem Bus reduziert und der Sender entlastet, da er nicht sämtliche Registrierungsanfragen bearbeiten muss.
  • Um Daten von einem gegebenen Dienst (sog. Service, Softwareprozess) zu empfangen, kann eine Softwareschicht herkömmlicherweise einen "Publish-Subscribe"-Mechanismus bereitstellen. Hierbei stellt der Dienst Daten bereit (publish) und die Klienten, welche an diesem Datum interessiert sind, registrieren sich (subscribe) entweder direkt bei diesem Dienst oder bei der Softwareschicht, um diese Daten bei der Bereitstellung zu empfangen.
  • Alternativ dazu kann jedoch auch eine statische Konfiguration vorgesehen sein, bei der die Adressen der jeweiligen Ziel-Speichereinheiten fest in der jeweiligen Ausgangs-Speichereinheit hinterlegt sind und/oder wobei die jeweiligen Empfänger fest mit der jeweiligen Speichereinheit verknüpft sind. Dies macht dynamische Registrierungen unnötig und ist insbesondere bei Kraftfahrzeugen, bei denen die beteiligten Recheneinheiten üblicherweise am Bandende bekannt sind und sich nicht mehr ändern, sehr vorteilhaft. Ein weiterer Vorteil ist, dass es nun keinen Bedarf mehr an einer Softwareschicht gibt, welche für die Nachrichtenweiterleitung bzw. die Registrierung von weiteren Interessenten zuständig ist. Durch Spezifikation mehrerer Adressen ist es durch die Erfindung möglich, Multicast in Hardware zu realisieren. Durch die Kaskadierung mehrerer Speichereinheiten können Nachrichten schneller und effizienter zwischen dem Sender und mehreren Empfängern ausgetauscht werden, da der Prozessor des Senders beim Senden der Daten entlastet wird.
  • Darüber hinaus kann durch ein entsprechendes Routing über mehrere Speichereinheiten eine fehlertolerante Nachrichtenzustellung realisiert werden, da es in diesem Fall nicht mehr nur eine Route vom Sender zum Empfänger gibt, sondern eine konfigurierbare Anzahl von Alternativrouten für den Fall, dass eine Zwischenstation ausfällt.
  • Die Erfindung entfaltet besondere Vorteile in Kraftfahrzeugen, da dort oftmals eine Vielzahl von Steuergeräten, die Recheneinheiten aufweisen, kommunizieren müssen. Steuergeräte in Kraftfahrzeugen übernehmen eine Vielzahl unterschiedlicher Funktionalitäten. Beispielsweise können Motorsteuergeräte das Steuern von Verbrennungs- und/oder Elektromotoren übernehmen oder Bremssteuergeräte die Steuerung der Bremsen. Fahrassistenzsteuergeräte können unterschiedliche Fahrassistenzfunktionen wie Radar, Kamera, Einparkhilfe, Antiblockiersystem (ABS), Antriebsschlupfregelung (ASR), Electronic Stability Control (ESC), Adaptive Cruise Control (ACC), usw. ausführen. Weiterhin können Steuergeräte für Chassis-Systeme vorgesehen sein, die beispielsweise die Steuerung des Airbags übernehmen können.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
  • Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Datennetzes mit zwei Speichereinheiten, einem Sender und mehreren Empfängern.
  • Ausführungsform(en) der Erfindung
  • In 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Datennetzes schematisch dargestellt und mit 100 bezeichnet. Das Datennetz 100 weist eine erste Recheneinheit 110, beispielsweise ein Manycore-System eines Kraftfahrzeugsteuergeräts, eine zweite Recheneinheit 120, beispielsweise ein Manycore-System eines anderen Kraftfahrzeugsteuergeräts, und eine dritte Recheneinheit 130, beispielsweise ebenfalls ein Manycore-System noch eines anderen Kraftfahrzeugsteuergeräts auf. Die Elemente 110 und/oder 120 und/oder 130 können auch Bestandteil derselben Recheneinheit, z.B. Kerne in einem einzelnen Manycore-System, oder auch desselben Speichers sein. Auch dort lässt sich die Erfindung vorteilhaft zur Reduzierung von Cross-Core-Kommunikation einsetzen, da nur einmal cross-core geschrieben aber mehrfach lokal gelesen werden kann.
  • Insbesondere laufen auf jeder Recheneinheit Softwareprozesse ab, die als Sender und/oder als Empfänger fungieren können. Beispielhafte Softwareprozesse sind mit 111, 112 und 113 dargestellt, die auf dem Manycore-System ausgeführt werden. Dabei fungiert der Softwareprozess 111 als Sender von Daten D und die Softwareprozesse 112, 113 fungieren als Empfänger der Daten D. Ein beispielhafter Sender ist ein Prozess, der die Drehzahl ausliest und anderen Prozessen bereitstellt. Dieser Wert wird z.B. von allen Prozessen gelesen, welche drehzahlabhängig Entscheidungen treffen müssen, z.B. die Berechnung der Einspritzmenge oder der Einspritzzeitpunkte.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Speichereinheit ist mit 200 dargestellt und Teil der Recheneinheit 110. Die Speichereinheit 200 weist eine erste Speicherstelle 201 und zwei zweite Speicherstellen 202 bzw. 203 auf. Die erste Speicherstelle 201 dient zur Aufnahme von Daten, die zweiten Speicherstellen 202 bzw. 203 enthalten Adressen von anderen bevorzugten Ausführungsformen 300, 400 von erfindungsgemäßen, an die bzw. in die die Daten aus der erste Speicherstelle 201 kopiert werden sollen. Die Speichereinheit 200 ist dazu eingerichtet, den Inhalt (hier die Daten D) der ersten Speicherstelle 201 automatisch in die mittels der Adressen in den beiden zweiten Speicherstellen 202 und 203 definierten ersten Speicherstellen 301, 401 der anderen bzw. zweiten Speichereinheiten 300, 400 zu kopieren, immer wenn bzw. sobald die erste Speicherstelle 201 beschrieben wird. Die ersten Speicherstellen 301 und 401 sind unabhängig von der ersten Speicherstelle 201 beschreibbar und auslesbar. Insbesondere hat eine Änderung des Inhalts der Speicherstelle 301 oder 401 keine Auswirkung auf den Inhalt der Speicherstelle 201.
  • Die Empfänger 112 und 113 sind dazu eingerichtet, die Daten D aus der ersten Speicherstellen 201 zu lesen und zu verarbeiten. Das Lesen entspricht dem üblichen Lesen von Daten in einer Speicheradresse. Zwar sind in der Figur im Steuergerät 110 nur zwei Empfänger dargestellt, jedoch kann es sich um beliebig viele und auch – in Abhängigkeit vom Sender und von den zusendenden Daten – um variable Sender und Empfänger handeln.
  • In 1 ist weiterhin dargestellt, dass die Speichereinheit 200 die Daten D auch an die zweite Speichereinheit 300 im zweiten Steuergerät 120 über eine Netzwerkverbindung 140 überträgt und dort in die erste Speicherstelle 301 kopiert. Die Speichereinheit 300 ist ebenfalls dazu eingerichtet, den Inhalt der ersten Speicherstelle 301 automatisch in mittels Adressen in zweiten Speicherstellen 302 und 303 definierte erste Speicherstellen von noch anderen Speichereinheiten (nicht dargestellt) zu kopieren, immer wenn die erste Speicherstelle 301 beschrieben wird. Auch die ersten Speicherstellen der noch anderen Speichereinheiten sind unabhängig von der ersten Speicherstelle 301 auslesbar und beschreibbar; ebenso ist auch die erste Speicherstelle 301 unabhängig von der ersten Speicherstelle 201 auslesbar und beschreibbar.
  • Im Steuergerät 120 sind Softwareprozesse 122 und 123 als Empfänger dargestellt, die die Daten aus der ersten Speicherstelle 301 auslesen und verarbeiten.
  • Weiterhin ist dargestellt, dass die Speichereinheit 200 die Daten D auch an die zweite Speichereinheit 400 im dritten Steuergerät 130 über die Netzwerkverbindung 140 überträgt und dort in die erste Speicherstelle 401 kopiert. Die Speichereinheit 400 ist ebenfalls dazu eingerichtet, den Inhalt der ersten Speicherstelle 401 automatisch in mittels Adressen in zweiten Speicherstellen 402 und 403 definierte erste Speicherstellen von noch anderen Speichereinheiten (nicht dargestellt) zu kopieren, immer wenn die erste Speicherstelle 401 beschrieben wird. Auch die ersten Speicherstellen der noch anderen Speichereinheiten sind unabhängig von der ersten Speicherstelle 401 auslesbar und beschreibbar; ebenso ist auch die erste Speicherstelle 401 unabhängig von der ersten Speicherstelle 201 auslesbar und beschreibbar.
  • Im Steuergerät 130 sind Softwareprozesse 132 und 133 als Empfänger dargestellt, die die Daten aus der ersten Speicherstelle 401 auslesen und verarbeiten.
  • Beispielsweise wird die Fahrzeuggeschwindigkeit als Daten von einem ABS/ESP-Steuergerät (z.B. 110) über die Raddrehzahl ermittelt und über einen Bus/Netzwerk zum Motorsteuergerät (z.B. 120) oder zum Komfortsteuergerät (z.B. 130) übertragen. Dort können dann davon abhängige Funktionen (z.B. 132), wie z.B. die Türverriegelung beim Überschreiten einer bestimmten Geschwindigkeit, realisiert werden.
  • Durch diese Ausführungsform wird die Kommunikation in dem Netzwerk 140, welches beispielsweise als ein CAN-Bus oder Flexray-Bus realisiert sein kann, reduziert, da die Daten D nur noch einmal zwischen beteiligten Speichereinheiten 200, 300, 400 übertragen werden müssen und die jeweils empfangende Speichereinheit (hier 300 bzw. 400) die Datenverteilung innerhalb der Recheneinheit (hier 120 bzw. 130) vornehmen. Gleichzeitig wird der Sender entlastet, da er nicht sämtliche Registrierungsanfragen bearbeiten muss.

Claims (11)

  1. Speichereinheit (200; 300; 400), die eine Vielzahl von Speicherstellen (201, 202, 203; 301, 302, 303, 401, 402, 403) zur Aufnahmen von Daten (D) aufweist und die dazu eingerichtet ist, den Inhalt (D) einer ersten Speicherstelle (201; 301; 401) der Speichereinheit (200; 300; 400), wenn diese erste Speicherstelle (201; 301; 401) beschrieben wird, automatisch in eine erste Speicherstelle (301; 401) wenigstens einer anderen Speichereinheit (300; 400) zu kopieren, wobei die erste Speicherstelle (301; 401) der wenigstens einen anderen Speichereinheit (300; 400) unabhängig von der ersten Speicherstelle (201; 301; 401) der Speichereinheit (200; 300; 400) auslesbar und beschreibbar ist.
  2. Speichereinheit (200; 300; 400) nach Anspruch 1, wobei eine Adresse der ersten Speicherstelle (301; 401) der wenigstens einer anderen Speichereinheit (300; 400) in einer zweiten Speicherstelle (202, 203; 302, 303; 402, 403) der Vielzahl von Speicherstellen (201, 202, 203; 301, 302, 303, 401, 402, 403) gespeichert ist.
  3. Speichereinheit (200; 300; 400) nach Anspruch 1 oder 2, die als Teil einer integrierten Schaltung ausgebildet ist.
  4. Datennetz (100) mit wenigstens zwei Speichereinheiten (200; 300; 400) nach einem der vorstehenden Ansprüche, einem Sender (111) und wenigstens einem Empfänger (112, 113; 122, 123; 132, 133), wobei der Sender (111) dazu eingerichtet ist, ein zu sendendes Datum (D) in die erste Speicherstelle (201) einer ersten (200) der wenigstens zwei Speichereinheiten (200; 300; 400) zu schreiben, und wobei der wenigstens eine Empfänger (112, 113; 122, 123; 132, 133) dazu eingerichtet ist, das Datum (D) aus der ersten Speicherstelle (301; 401) einer zweiten Speichereinheit (300; 400) der wenigstens zwei Speichereinheiten (200; 300; 400) zu lesen und zu verarbeiten.
  5. Datennetz (100) nach Anspruch 4, wobei das zu sendende Datum (D) keine Adresse des wenigstens einen Empfängers (112, 113; 122, 123; 132, 133) und/oder keine Adresse einer Speicherstelle der Vielzahl von Speicherstellen (301, 302, 303, 401, 402, 403) der zweiten Speichereinheit (300; 400) der wenigstens zwei Speichereinheiten (200; 300; 400) enthält.
  6. Datennetz (100) nach Anspruch 4 oder 5, wobei die zweite Speichereinheit (300; 400) der wenigstens zwei Speichereinheiten (200; 300; 400) dazu eingerichtet ist, sich bei der ersten Speichereinheit (200) der wenigstens zwei Speichereinheiten (200; 300; 400) zum Empfang der Daten (D) anzumelden.
  7. Datennetz (100) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei der Sender und die erste Speichereinheit (200) Teil einer ersten Recheneinheit (110), und wobei die zweite Speichereinheit (300) und wenigstens ein Empfänger (122, 123) Teil einer zweiten Recheneinheit (120) sind.
  8. Datennetz (100) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, das als Multi- oder Many-Core-System (110; 120; 130) ausgebildet ist.
  9. Datennetz (100) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, das als ein Steuergerät (110) ausgebildet ist, wobei Sender (111) und Empfänger (112, 113) Softwareprozesse auf dem Steuergerät sind.
  10. Datennetz (100) nach einem der Ansprüche 4 bis 9, das mehrere Steuergeräte (110, 120, 130) aufweist, wobei Sender (111) und Empfänger (122, 123; 132, 133) Softwareprozesse auf unterschiedlichen der mehreren Steuergeräte sind.
  11. Datennetz (100) nach einem der Ansprüche 4 bis 10, das Teil eines Kraftfahrzeugdatennetzes ist.
DE102015211320.5A 2015-06-19 2015-06-19 Speichereinheit zum automatischen Multiplizieren des Inhalts einer Speicherstelle, und Datennetz mit Speichereinheit Pending DE102015211320A1 (de)

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