CN101243397B - 用于控制计算机系统的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

用于控制具有至少两个执行单元的计算机系统的方法和设备，其中，在至少两种运行模式之间进行切换，并且第一运行模式相当于比较模式，而第二运行模式相当于性能模式，其特征在于，定义运行时间对象的至少一个集合，并且设置有控制程序、尤其是调度程序，该控制程序根据关于运行模式的信息给所述运行时间对象分配计算机系统的资源。

Description

用于控制计算机系统的方法和设备
现有技术
在嵌入式系统、例如汽车技术或自动化技术领域中存在应用，在这些应用中μC硬件中的错误可能潜在地具有安全性相关的后果。为了避免这些后果或减小影响严重性，使用应检测错误的监控措施。存在几乎持久地需要这种监控的应用，在另外的应用中存在定期地(例如周期性地)或按照确定的要求检验计算机或另外的组件是否还正确地工作的监控功能。
这里所建议的发明与申请DE 103 32 700A1有关。那里说明了用于在处理器单元的两种运行模式之间进行切换的方法和设备。处理器单元具有至少两个执行单元，并且不同的运行模式的目的在于，可以至少在所谓的性能模式下以及在所谓的比较模式(VM)下运行处理器单元。在性能模式下，在例如两个执行单元上执行不同的程序。而在比较模式下，在两个执行单元上执行相同的程序，并将两个执行单元的结果互相比较，并且在有差别时触发错误信号。从计算效率的角度看，原则上有利的是，让尽可能多的任务在尽可能效率高的模式(性能模式)下运行。与此相对地，正是在安全性相关应用中，几乎所有的任务应以良好的错误识别来计算。在用于这种应用的现有技术中，因此难以或不可能利用性能模式的计算效率的大部分。
存在对错误识别具有相对复杂的要求的应用。例如在许多调节技术应用中，应用本身容忍仅很短期地起作用的干扰，因此对于瞬时错误来说在许多地方不存在错误识别要求。而对于持久错误来说存在这种要求。但是在现有技术中不存在成本最佳地解决这种要求冲突的一般可使用的可能性。
不应忽视在不同的运行模式(性能模式，比较模式)之间进行切换所需要的时间。在非常频繁地切换时，该开销起决定作用。为了在调度问题中可以执行最佳的策略，从应用软件的角度来看有必要，也短期地促使任务的更频繁的变换。
本发明的优点
本发明的任务是实现要执行的模式之间切换的次数的优化并且由此节省计算时间。
同样，本发明的任务是，尽可能好地充分利用模式的潜在的性能增益，即在性能模式下使用尽可能多的计算能力。
有利地使用一种用于控制具有至少两个执行单元的计算机系统的方法，其中，在至少两种运行模式之间进行切换，并且第一运行模式相当于比较模式，而第二运行模式相当于性能模式，其特征在于，定义运行时间对象的至少一个集合，并且设置有控制程序、尤其是调度程序，该调度程序根据运行模式信息给运行时间对象(Laufzeitobjekt)分配计算机系统的资源。
有利地使用一种方法，其中，给所定义的集合的每一个运行时间对象分配至少一个标识，并且该标识给该运行时间对象分配至少两种运行模式。
有利地使用一种方法，其中，存在关于计算机系统的当前运行模式的信息，并且控制程序在资源分配时考虑该信息。
有利地使用一种方法，其中，存在关于计算机系统的未来运行模式的信息，并且控制程序在资源分配时考虑该信息。
有利地使用一种方法，其中，控制程序分析标识。
有利地使用一种方法，其中，控制程序根据至少一个信息、尤其是运行模式信息给运行时间对象分配至少一个优先级。
有利地使用一种用于控制具有至少两个执行单元、具有切换装置和比较装置的计算机系统的设备，其中，在至少两种运行模式之间进行切换，并且第一运行模式相当于比较模式，而第二运行模式相当于性能模式，其特征在于，包含有装置，借助这些装置定义运行时间对象的至少一个集合，并且设置有控制程序、尤其是调度程序，该调度程序根据运行模式信息给运行时间对象分配计算机系统的资源。
有利地使用一种设备，其中，将定义运行时间对象的至少一个集合所借助的装置构造为存储装置。
有利地使用一种设备，其中，通过将可分配和/或被分配给运行时间对象的信息存储在所定义的存储区中来实现定义运行时间对象的至少一个集合所借助的装置。
有利地使用一种设备，其中，构造该设备，使得给所定义的集合的每一个运行时间对象分配至少一个标识，并且该标识给该运行时间对象分配至少两种运行模式。
有利地使用一种设备，其中，构造该设备，使得存在关于计算机系统的当前运行模式的信息，并且控制程序在资源分配时考虑该信息。
有利地使用一种设备，其中，构造该设备，使得存在关于计算机系统的未来运行模式的信息，并且控制程序在资源分配时考虑该信息。
有利地使用一种设备，其中，构造该设备，使得控制程序分析标识。
有利地使用一种设备，其中，构造该设备，使得控制程序根据至少一个信息、尤其是运行模式信息给运行时间对象分配至少一个优先级。
有利地在计算机系统中包含有该方法和设备。
从权利要求的特征以及说明书中得出其它的优点和有利的扩展方案。
附图
图1说明了切换和比较单元的一般化示图，
图2说明了本发明方法的主要的组成部分，
在图3中说明了具有调度程序的本发明的一种扩展形式，
在图4中示出了具有两个执行单元的多处理器系统。
实施例的说明
在下文中，执行单元不仅可以表示处理器/核/CPU，而且可以表示FPU(Floating Point Unit(浮点单元))、DSP(数字信号处理器)、协处理器或ALU(Arithmetic Logical Unit(算术逻辑单元))。
本发明涉及图4中所示出的多处理器系统W100，该多处理器系统具有至少两个执行单元W110a、W110b、比较单元W120和切换单元W150。在该图中，借助双处理器系统来说明可切换的多处理器系统的原理。据此在图1中说明用于多于两个的执行单元的切换和比较单元的一般情况。所介绍的本发明在此总是涉及具有两个或更多执行单元的一般情况。图4中的执行单元分别通过可选的中间存储器W111a、W111b与比较单元W120和切换单元W150相连接。切换单元W150具有至少两个通向两个系统接口W130a、W130b的输出端。通过这些接口可以控制寄存器、存储器、或诸如数字输出端、D/A切换器、通信控制器的外围设备。可以以至少两种运行模式、即比较模式VM和性能模式PM来运行该多处理器系统。在性能模式下，在不同的执行单元中并行地执行不同的指令、程序段或程序。在该运行模式下比较单元被去激活。在该运行模式下切换单元W150被配置，使得每一个执行单元都通过可选的中间存储器与系统接口W130a、W130b之一相连接。通过系统接口可以将执行单元的结果写入存储器W170中或者输出到外围组件W180、W190上。外围组件例如可以是模数转换器、或通信系统的通信控制器(例如SPI、LIN、CAN、FlexRay)。为了去激活比较单元，存在多种可能性。一方面可以将信号引导到比较器上，利用该信号将该比较器激活或去激活。为此应在比较器中插入能够实现这一点的附加的逻辑。另一种可能性是不将要比较的数据引向比较器。第三种可能性是在系统层面上忽视比较器的错误信号。还可以进一步中断错误信号本身。所有可能性的共同之处在于，它们在系统中生成一种状态，在该状态下，如果潜在地被比较的两个或更多数据是不同的，这则不起作用。如果通过比较器中的措施或该比较器的输入或输出信号来达到该状态，则将该比较器称为无源的或去激活的。在比较模式下，在两个执行单元W110a、W110b中执行相同的或相同类型的指令、程序段或程序。通过可选的中间存储器W111a、W111b将执行单元的输出信号引导到比较单元W120上并引导到切换单元W150上。在比较单元中检查两个数据的一致性。在进行比较之后，将状态信号W125通知给切换单元，该状态信号说明该切换单元是否被允许将一致的结果之一输出到系统接口之一上，或者该切换单元是否必须基于所识别出的结果的差异而禁止该信号。在此情况下，可以由比较单元输出可选的错误信号W155。也可以由切换单元代替比较单元来输出该错误信号(W156)。在此，通过执行专门的切换指令、专门的指令序列、明确标明的指令或者通过由多处理器系统的执行单元中的至少一个来访问某个存储器地址来触发切换。
现在在图1中示出了应优选地使用的切换和比较单元的一般化的实施方案。n个信号N140，...，N14n从n个应考虑的执行单元到达切换和比较组件N100。该切换和比较组件N100可以根据这些输入信号生成多至n个输出信号N160，...，N16n。在最简单的情况、即“纯性能模式”下，将所有的信号N14i引导到相应的输出信号N16i上。在相反的极限情况、即“纯比较模式”下，将所有的信号N140，...，N14n仅引导到输出信号N16i中的恰好一个上。
借助该图可以阐述，可以如何产生不同的可设想的模式。为此在该图中包含有切换逻辑N110的逻辑组件。该组件不必作为特有的组件存在。决定性的是在系统中实现所描述的功能。切换逻辑N110首先确定，究竟存在多少个输出信号。它进一步确定，输入信号中的哪一些为输出信号中的哪一个作出贡献。在此，一个输入信号可以为恰好一个输出信号作出贡献。另外以数学形式来表达，也就是通过切换逻辑来定义函数，该函数给集合{N140，...，N14n}中的每一个元素分配集合{N160，...，N16n}中的元素。
处理逻辑N120于是针对输出N16i中的每一个确定，输入以何种形式为该输出信号作出贡献。该组件也不必作为特有的组件存在。决定性的又是在系统中实现所描述的功能。为了示例性地说明不同的变化可能性，在不限制一般性的情况下假设，通过信号N141，...，N14m来生成输出N160。如果m＝1，这简单地相当于信号的连接，如果m＝2，则比较信号N141、N142。该比较可以同步或异步地执行，该比较可以逐位地或仅按照有效位或以某一容差带来执行。
如果m＞＝3，则存在多种可能性。第一种可能性在于，比较所有的信号，并且在存在至少两个不同值的情况下检测错误，可以可选地用信号通知该错误。第二种可能性在于，进行m选k(k＞m/2)。可以通过使用比较器来实现该选择。当将信号中的一个识别为有偏差时，则可以可选地生成错误信号。当所有三个信号都是不同的时，则可以生成可能不同的错误信号。第三种可能性在于将这些值输送给一种算法。这可以例如是平均值、中值的形成或容错算法(FTA)的使用。这种FTA基于删去输入值的极值并且对剩余的值进行一种平均。可以对剩余的值的整个集合或优选地对能够以硬件容易地形成的子集进行该平均。在此情况下，并不总是需要实现比较这些值。在求平均值时，例如只须进行加法和除法，FTM、FTA或中值要求部分的排序。必要时这里在足够大的极值的情况下也可以可选地输出错误信号。将多个信号处理为一个信号的这些所述的不同的可能性为了简短起见被称为比较运算。
处理逻辑的任务因此是，针对每一个输出信号(并且因此也针对所属的输入信号)确定比较运算的精确的构成(Gestalt)。切换逻辑N110(即上述函数)和处理逻辑(即针对每一个输出信息、即针对每一个函数值对比较运算的确定)的信息的组合是模式信息，并且该模式信息确定模式。在一般情况下，该信息当然是多值的，即不能只通过一个逻辑位来表示。在所给定的实施方案中，并不是所有理论上可设想的模式都是有意义的，将优选地限制所允许的模式的数量。要强调的是，在只有两个执行单元的情况下，只存在一种比较模式，整个信息可以被浓缩到仅仅一个逻辑位上。
在一般情况下，从性能模式到比较模式的切换的特征在于，使在性能模式下朝不同的输出被映射的执行单元在比较模式下朝相同的输出进行映射。这优选地通过如下方式来实现，即存在执行单元的子系统，在该子系统中在性能模式下将在该子系统中应考虑的所有的输入信号N14i直接转换为相对应的输出信号N16i，而这些输入信号在比较模式下都朝一个输出被映射。替代地，也可以通过改变配对来实现这种切换。由此示出，在一般情况下不会谈及性能模式和比较模式，尽管在本发明的一种给定的特征方案中可以限制所允许的模式的数量，使得情况如此。但是总是会谈及从性能模式到比较模式的切换(和相反切换)。
可以以通过软件控制的方式在运行中动态地在这些模式之间切换。在此，例如通过执行专门的切换指令、专门的指令序列、明确标明的指令或通过由多处理器系统的执行单元中的至少一个访问某些地址来触发该切换。
首先应说明基本思想。一种用于协调在处理器的不同模式之间的切换的方案是将运行时间对象中的不同的软件模块进行分组，然后由操作系统将计算时间分配给这些运行时间对象。这些运行时间对象中的每一个此外还包含关于应在何种模式下执行该运行时间对象的标识。当由操作系统给该运行时间对象分配计算时间时，于是同时由操作系统促使模式变换。
本发明的主要的核心思想是：
给运行时间对象分配由调度程序来分析的专门的标识。调度程序进一步使用关于系统当前处于何种模式下的信息以及可选地使用其它的配置信息，这些配置信息作出关于系统未来预计处于何种模式下的断言。该调度程序利用这些信息，以便对可能的运行时间对象进行优先级排列(Priorisierung)并且决定给哪个运行时间对象分配计算时间。由此可以避免频繁的模式切换。
在另一种实施形式中，给运行时间对象分配专门的标识，该标识规定，应该或者可以交替地在不同模式下执行该运行时间对象。可选地还可以说明，应在模式之一下在多少次激活之后变换为另一种模式以及变换为何种模式。在一种专门的实施形式中，运行时间对象获得专门的标识，该标识规定，该运行时间对象在一种模式下的至少n次执行之后在另一种模式下被执行至少一次(m次)。在另一种实施形式中，运行时间对象获得专门的标识，该标识规定，该运行时间对象在一种模式下的至少n次执行之后在另一种模式下被执行至少一次(m次)。有利地将标识存放在存储器中。
调度程序可选地也可以使用一种策略，该策略将该信息用于进行合适的优先级排列。
图2说明了本发明方法的主要组成部分。O500表示具有多个执行单元、以及切换和比较单元的计算单元。O520表示在给定的时刻申请计算时间的运行时间对象的集合。常常将状态说明“就绪”用于表示这种运行时间对象。O520因此表示在给定的时刻处于就绪状态下的运行时间对象的集合。O530表示分配给这些运行时间的标识。调度程序O510此外还利用关于计算单元的当前模式的信息和在就绪状态下的运行时间对象的标识，以便在给定的时刻进行这些运行时间对象的优先级排列并且然后给最高优先级的运行时间对象分配计算时间。
在图3中说明了另一种实施形式。组件O500、O510、O520、O530具有与在图2中相同的意义。附加地包含有配置信息O540。该配置信息可选地附加地被调度程序用于进行优先级排列。
例如可以实现合适的优先级排列方案，使得在当前模式下能够被计算的运行时间对象获得较高的优先级或优先级提高。由此可以减小模式切换的频率并且因此更好地充分利用计算单元的效率。
在另一种实施形式中，可以扩展运行时间对象的标识模式，使得附加地包含有信息，该信息规定，应该或者可以交替地在不同的模式下执行运行时间对象。可选地还可以说明，应在模式之一下在多少次激活之后变换为另一种模式以及变换为何种模式。在一种专门的实施形式中，运行时间对象获得专门的标识，该标识规定，该运行时间对象在一种模式下的至少n次执行之后在另一种模式下被执行至少一次(m次)。在另一种实施形式中，运行时间对象获得专门的标识，该标识规定，该运行时间对象在一种模式下的至少n次执行之后在另一种模式下被执行至少一次(m次)。有利地将标识存放在存储器中。
调度程序可选地也可以使用一种策略，该策略将该信息用于进行合适的优先级排列。在此情况下，在就绪状态下的运行时间对象例如可以获得较低的优先级，该运行时间对象在当前模式下虽然是可运行的，但是必须在较远的未来才又在当前模式下被激活。另一种可能的策略是，如果只很少使用当前模式，则给在该模式下只需特别少地运行的运行时间对象配备特别高的优先级。例如可以从配置信息中提取关于只很少使用当前模式的信息。
因此说明了用于控制计算单元(处理器系统)的方法和设备，该计算机单元具有多个执行单元、和用于在处理器系统的至少两种运行模式之间进行切换的切换和比较单元，其中定义运行时间对象的集合，存在给这些运行时间对象分配资源的调度程序，并且该调度程序在运行中分析当前的模式信息。
给运行时间对象本身分配至少一个标识，该标识包含关于被分配给运行时间对象的模式的信息并且由调度程序进行分析。

Claims (12)

1.用于控制具有至少两个执行单元的计算机系统的方法，其中，在至少两种运行模式之间进行切换，并且第一运行模式相当于比较模式，而第二运行模式相当于性能模式，其特征在于，定义运行时间对象的至少一个集合，并且设置有调度程序，该调度程序对运行时间对象进行优先级排列并且决定给哪些运行时间对象分配计算时间，并且该调度程序在进行优先级排列和分配计算时间时考虑关于运行模式的信息，并且
给所定义的集合的每一个运行时间对象分配至少一个标识，并且所述标识给所述运行时间对象分配两种运行模式中的至少一种，并且该调度程序在进行优先级排列和分配计算时间时考虑该信息。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于，给所定义的集合的每一个运行时间对象分配至少一个标识，并且所述标识包含信息，该信息规定，应该或者能够交替地在不同模式下执行该运行时间对象，并且该调度程序在进行优先级排列和分配计算时间时考虑该信息。
3.按照以上权利要求之一的方法，其特征在于，存在关于所述计算机系统的当前运行模式的信息，并且所述调度程序在进行优先级排列和分配计算时间时考虑该信息。
4.按照权利要求1或者2的方法，其特征在于，存在关于所述计算机系统的未来运行模式的信息，并且所述调度程序在进行优先级排列和分配计算时间时考虑该信息。
5.用于控制具有至少两个执行单元的计算机系统的设备，其中，在至少两种运行模式之间进行切换，并且第一运行模式相当于比较模式，而第二运行模式相当于性能模式，该设备具有：
装置，该装置用于定义运行时间对象的至少一个集合以及用于设置调度程序，该调度程序对运行时间对象进行优先级排列并且决定给哪些运行时间对象分配计算时间，并且该调度程序在进行优先级排列和分配计算时间时考虑关于运行模式的信息，和
装置，该装置用于给所定义的集合的每一个运行时间对象分配至少一个标识，其中所述标识给所述运行时间对象分配两种运行模式中的至少一种，并且该调度程序在进行优先级排列和分配计算时间时考虑该信息。
6.按照权利要求5的设备，其特征在于，包含存储装置，借助该存储装置来定义运行时间对象的至少一个集合。
7.按照权利要求6的设备，其特征在于，通过将可分配和/或被分配给所述运行时间对象的信息存储在所定义的存储区中来实现所述存储装置。
8.按照权利要求5至7之一的设备，其特征在于，所述设备包含装置，该装置用于给所定义的集合的每一个运行时间对象分配至少一个标识，并且该标识给所述运行时间对象分配两种运行模式中的至少一种，并且该调度程序在进行优先级排列和分配计算时间时考虑该信息。
9.按照权利要求5至7之一的设备，其特征在于，所述设备包含装置，该装置用于给所定义的集合的每一个运行时间对象分配至少一个标识，并且所述标识包含信息，该信息规定，应该或者能够交替地在不同模式下执行该运行时间对象，并且该调度程序在进行优先级排列和分配计算时间时考虑该信息。
10.按照权利要求5至7之一的设备，其特征在于，所述设备包含装置，该装置用于所述调度程序在进行优先级排列和分配计算时间时考虑关于所述计算机系统的当前运行模式的信息。
11.按照权利要求5至7之一的设备，其特征在于，所述设备包含装置，该装置用于所述调度程序在进行优先级排列和分配计算时间时考虑关于所述计算机系统的未来运行模式的信息。
12.计算机系统，该计算机系统具有按照权利要求5至11之一的设备。
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