CN103778021B - 用于控制器的计算单元及其操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于控制器的计算单元及其操作方法。公开了一种用于操作与总线系统(200)处于数据连接中的控制器(100)的计算单元(110)的方法，其特征在于，该计算单元(110)、尤其是在计算单元(110)上运行的操作系统(OS)与总线系统(200)同步(300)，并且设置在计算单元(110)上运行的主进程(T1)，该主进程a)周期性地从总线系统(200)接收(310)数据并且把接收到的数据提供(320)给至少一个另外的同样在计算单元(110)上运行的进程(T2a，T2b，T2c)，和/或b)从至少一个进程(T3)提取(350)要从计算单元(110)发送给总线系统(200)的数据并且传递(360)给总线系统(200)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于操作与总线系统处于数据连接中的控制器的计算单元的方法。
本发明此外涉及一种用于这样的控制器的计算单元。
背景技术
已知的控制器或其计算单元典型地从总线系统或网络(例如CAN(控制器域网络(Controller Area Network))、LIN(本地互连网络(Local Interconnect Network))、FlexRay、以太网(Ethernet))或者传感器(例如内燃机的燃烧室中的压力传感器，转速传感器)读入数据，在内部处理这些数据并且然后又将这些数据发出，例如发出给直接耦合到该控制器上的执行器(例如发动机上的喷嘴)，或者通过总线系统发出给其它的控制器。不利地，与(传感器)数据关联的信号传播时间和系统反应时间对于很多情形是不确定的(＝由已知的、可预测的持续时间)，因为诸如FlexRay的总线系统具有自己的、与控制器时间无关的、相对于计算单元的时基偏离的时基。也就是说，例如1ms对于Flexray总线系统不必精确地像对于其总线用户(即例如控制器)那样持续相同长的时间。一般地，时间对于总线用户相比FlexRay时间稍微更慢或者更快地流逝。这导致，计算单元的操作系统的进程并且因此在具有计算单元的控制器中的信号处理相对于FlexRay总线和由此设置的接收和发送时隙(“slot”)漂移，并且因此处理时刻以及处理持续时间波动。
此外，操作系统任务的开始时刻和其执行持续时间由原理决定而波动。这也被称为关于任务开始和任务执行持续时间的“抖动”。总线漂移、任务或者进程开始时刻的抖动和任务或者进程中断在处理时刻和持续时间的不利影响情况下加强。由此的不利结果是，在接收侧信号可能“丢失”，因为数据a)没有及时地由总线提取或者b)没有被及时地提供给处理进程。由于同样的理由，信号值可能在发送侧“丢失”，因为例如发送时隙在F1exray总线上被错过。
发明内容
据此本发明的任务是，如下改善开头所提到的类型的方法和控制器，使得以上提到的现有技术的缺点被避免。
该任务在开头所提到的类型的方法中通过如下方式被解决，即计算单元、尤其是在计算单元上运行的操作系统与总线系统同步，并且设置在计算单元上运行的主进程，该主进程a)周期性地从总线接收数据并且把接收到的数据提供给至少一个另外的同样在计算单元上运行的进程和/或b)从至少一个进程提取要从计算单元发送给总线系统的数据，并且传递给总线系统。这具有如下优点，即计算单元的操作系统以与计算单元所连接到的总线系统同样的时基工作。由此避免开头所提到的漂移效应。此外，避免在接收和发送侧信号值丢失。
此外，本发明能够有利地实现减少关于任务开始和任务执行持续时间的“抖动”或其对数据的处理的干扰影响。例如，主进程能够具有相比于另外的、处理(传感器)数据的进程提高的优先级和/或执行频率，使得确保了计算单元中的主进程能够例如通过从输入堆栈存储器读出来及时从总线系统提取要接收的传感器数据，其中从总线系统接收到的数据以本身已知的方式被写入输入堆栈存储器。
如果主进程具有相比于另外的、处理(传感器)数据的进程提高的优先级和/或执行频率，则一般也确保了主进程能够及时地把数据提供给另外的进程，因此这些另外的进程能够始终以最新的数据工作或者不必等待最新的数据。
在一种优选的实施方式中规定，主进程以与总线系统同步的方式、尤其至少以数据从总线系统抵达计算单元中的频率从总线系统接收数据，使得避免以下情况，在这些情况中接收到的数据丢失，因为这些数据未及时地由主进程从例如输入堆栈存储器读取，使得那里存在的数据可能又被已经随后的数据覆盖。
根据本发明的主进程由于其同步或操作系统的同步和其优先级在时间上是精确的并且足够“迅速”，以便从总线系统接收所有到达的数据。
在一种优选的实施方式中规定，主进程为至少一个另外的进程提供接收的数据，使得数据在关于另外的进程的运行可预先给定的时刻、尤其是在另外的进程的下一次开始之前存在。为此主进程能够拥有计算单元或者操作系统的进程计划(“调度”)的信息。在该实施方式中有利地确保了主进程能够以确定性的方式和方法把数据转交给另外的进程，因此这些另外的进程定期地且及时地被供应始终最新的数据。由此，此外有利地避免处理例如传感器数据的进程必须先后两次以同样的、在第二次运行时不再是最新的传感器数据来工作。
在另一种有利的实施方式中规定，主进程考虑至少一个另外的进程的执行的优先级和/或周期持续时间，以便把数据提供给至少一个另外的进程。同样，主进程能够考虑其自身的调度参数(优先级和/或周期持续时间)以及必要时在计算单元上运行的另外的进程。
在另一种有利的实施方式中规定，主进程在关于另外的进程的运行可预先给定的时刻提取要从其它进程发送给总线系统的数据。因此确保了要发送给总线系统的数据始终是最新的。
在另一种有利的实施方式中规定，主进程把要从进程发送给总线系统的数据以与总线系统同步的方式传递给总线系统。
在另一种有利的实施方式中规定，主进程利用计算单元的可由主进程和另外的进程共同利用的存储区域，以便与另外的进程交换数据。可共同利用的存储区域能够例如以编程语言的所谓的全局变量的形式被实现，其中计算单元借助该编程语言被编程。
作为本发明的任务的另一种解决方案，说明用于与总线系统处于数据连接中的控制器的计算单元。该计算单元、尤其是在计算单元上运行的操作系统被构造成与总线系统同步，并且在计算单元上运行的主进程a)周期性地从总线系统接收数据且把接收到的数据提供给至少一个另外的同样在计算单元上运行的进程，和/或b)要从计算单元发送给总线系统的数据被至少一个进程提取并且传递给总线系统。
在另一个实施方式中规定，计算单元被构造为微控制器或者数字信号处理器(DSP)或者专用集成电路(ASIC)或者可编程逻辑模块(例如FPGA，现场可编程门阵列)，并且其中计算单元的操作系统是为多进程操作、多任务而设计的。
特别有利的是，计算单元按照另一种实施方式被构造用于执行根据本发明的方法。
附图说明
接下来参照附图阐释本发明的示例性的实施方式。在附图中：
图1示意性地示出根据本发明的计算单元的一种实施方式的框图，
图2示意性地示出根据本发明的计算单元的操作系统的一种实施方式的框图，
图3、4分别示意性地示出根据本发明的方法的一种实施方式的简化流程图。
具体实施方式
图1示意性地示出例如机动车的根据本发明的控制器100的一种实施方式的框图。提供传感器数据的传感器S(例如用于机动车的内燃机的曲轴转速的转速传感器)连接到控制器100上。同样连接到控制器100上的是操纵例如喷嘴的动作器或者执行器A。
控制器100此外还与通常能够实现与其它连接到总线系统200上的设备(未示出)、例如其它控制器等等的双向通信的总线系统200连接。总线系统可以例如是FlexRay/CAN/LIN或者其它数据总线。
为了处理传感器数据以及为了例如根据传感器数据控制动作器A，控制器100具有计算单元110，该计算单元可以例如是微控制器或者DSP。其它的实现(ASIC，FPGA等等)是同样可设想的。具有例如用于传感器数据的处理和/或动作器A的控制的功能作为主题的计算机程序能够在计算单元110上运行。
计算单元110拥有以本身已知的方式控制计算单元中的流程的操作系统OS。例如，在构造为所谓的多任务操作系统的情况下操作系统OS能够实现履行不同任务(诸如传感器数据处理，调节算法的执行等等)的多个进程的创建和运行。
为了能够实现时间上特别精确的传感器S的传感器数据的处理和动作器A的控制，计算单元110或其操作系统OS被构造成与总线系统200同步。这能够例如通过操作系统OS或相应的进程从总线系统200读入时间戳或者其它的能够实现同步的信息并且相应地调整计算单元110的内部时钟或者计数器来实现。根据本发明的同步优选地也能周期性地实现，以便防止总线时间和内部时钟之间的漂移效应。
图3中的流程图示出作为步骤300的计算单元110与总线系统200同步的上述步骤。
参看图2，进一步根据本发明设置有在计算单元110上运行的、周期性地从总线系统200接收数据并且把接收到的数据提供给至少一个另外的同样在计算单元110上运行的进程T2a，T2b，T2c的主程序T1。另外的进程T2a，T2b，T2c能够例如是处理传感器S的已从主进程T1获得的传感器数据的进程。
在进程T1，T2a，T2b，T3c之间的数据传递能够例如在使用编程语言的所谓的全局变量的情况下来实现，其中利用该编程语言对计算单元110进行编程。
数据通过主进程T1从总线系统200的接收在图3中用步骤310来表示，且接下来的步骤320代表数据通过主进程T1向另外的进程T2a，T2b，
T2c的转发。
在一种优选的实施方式中，主进程T1自己并不已经进行传感器数据或者其它的从总线系统200获得的数据的处理，而是更确切地说“仅仅”及时地、尤其是确定性地转发给另外的进程T2a，T2b，T2c。主进程T1能够因此被看作尤其是在到达计算单元110处的数据被更新的随后到达的数据覆盖之前及时地接收这些数据并且把这些接收到的数据引向另外的进程T2a，T2b，T2c以进行真正的处理的分配进程。
此外，本发明能够有利地实现减少关于任务开始和任务执行时间的“抖动”以及它对于数据处理的干扰影响。例如主进程T1能够具有相比于另外的、处理(传感器)数据的进程T2a，T2b，T2c提高的优先级和/或执行频率，使得确保计算单元110中的主进程T1例如通过从输入堆栈存储器(未示出)读出能够及时地从总线系统200提取要接收的传感器数据，其中从总线系统200接收的数据以本身已知的方式被写入该输入堆栈存储器中。
当主进程T1具有相比于另外的、处理(传感器)数据的进程提高的优先级和/或执行频率时，通常也确保了主进程T1能够把数据及时提供给因此始终能够以最新数据工作或不必等待最新数据的另外的进程T2a，T2b，T2c。
与此相对，在传统系统中可能发生关于任务开始和任务执行持续时间的显著的“抖动”，因为在那里各个处理传感器数据的进程必须自己从总线系统200提取输入数据。
在本发明的一种优选实施方式中规定，主进程T1从总线系统200以与总线系统200同步的方式、尤其是至少以数据从总线系统200抵达计算单元110中的频率接收数据，使得避免所接收的数据丢失的情况，因为这些数据没有及时由主进程T1从例如输入堆栈存储器读取，使得那里存在的数据可能又被已经随后的数据覆盖。
根据本发明的主进程T1由于其同步或操作系统OS的同步和其优先级在时间上是精确的且足够“迅速”，以便从总线系统200接收所有到达的数据且为其它进程维持。
在一种优选实施方式中规定，主进程T1把接收的数据提供给至少一个另外的进程T2a，使得这些数据在关于另外的进程T2a的运行可预先给定的时刻、尤其是在另外的进程下一次开始之前存在。为此，主进程T1能够拥有计算单元110或者操作系统OS的进程计划(“调度”)的信息。在该实施方式中有利地确保了主进程T1能够以确定性的方式和方法把所接收的数据转交给另外的进程T2a，T2b，T2c，因此这些另外的进程T2a，T2b，T2c定期地且及时地被供应始终最新的数据。由此，此外有利地避免处理例如传感器数据的进程必须先后两次用同样的、在第二次运行时不再是最新的传感器数据来工作。
在另一种有利的实施方式中规定，主进程T1在关于另外的进程T3的运行可预先给定的时刻、例如精确地在要发送的数据已由进程T3提供的瞬间或此后不久提取要从操作系统OS(图2)的其它进程T3发送给总线系统200的数据。由此确保了要发送给总线系统200的数据始终是最新的。
在另一种有利的实施方式中规定，主进程T1把要从另外的进程T3发送给总线系统200的数据以与总线系统200同步的方式传递给总线系统200。
图4阐明本发明的另一种实施方式。在步骤350中，主进程T1在关于另外的进程T3的运行可预先给定的时刻提取要从进程T3发送给总线系统200的数据。在步骤360中，主进程T1优选地以与总线系统200同步的方式把要从另外的进程T3发送给总线系统200的数据传递给总线系统200。
本发明能够有利地实现，在控制器100中关于通过主进程T1被操作的(从总线系统200接收且转交给另外的进程T2a，T2b，T2c以及由另外的进程T3接收且输出给总线系统200的)数据的信号传播时间和系统反应时间总是相同的并且确定性地表现。在适当地计划计算单元110与操作系统200和各个进程相互之间的同步时刻的情况下，信号值的损失或者具有相同时间戳的同样的信号值的双重处理等等不再是可能的。
在一种优选的实施方式中，主进程T1例如每5ms(毫秒)被执行，而进程T2a，T2b，T3c例如每20ms被执行。
进程T2a，T2b，T3c也能够具有不同的执行频率，例如10ms，20ms，40ms。
Claims (14)
1.用于操作与总线系统(200)处于数据连接中的控制器(100)的计算单元(110)的方法，其特征在于，计算单元(110 )与总线系统(200)同步(300)，其中所述同步能够通过在计算单元(110)上运行的操作系统(OS)或相应的进程从总线系统(200)读入时间戳或者其它的能够实现同步的信息并且相应地调整计算单元(110)的内部时钟或者计数器来实现，并且设置在计算单元(110)上运行的主进程(T1)，该主进程a)周期性地从总线系统(200)接收(310)数据并且把接收到的数据提供(320)给至少一个另外的同样在计算单元(110)上运行的进程(T2a，T2b，T2c)和/或b)从至少一个进程(T3)提取(350)要从计算单元(110)发送给总线系统(200)的数据并且传递(360)给总线系统(200)。
2.根据权利要求1的方法，其中在计算单元(110)上运行的操作系统(OS)与总线系统(200)同步(300)。
3.根据权利要求1的方法，其中主进程(T1)以与总线系统同步的方式从总线系统(200)接收数据。
4.根据权利要求1的方法，其中主进程(T1)至少以数据从总线系统(200)抵达计算单元(110)中的频率从总线系统(200)接收数据。
5.根据权利要求1至4之一的方法，其中主进程(T1)把接收到的数据提供给至少一个另外的进程(T2a)，使得这些数据在关于另外的进程(T2a)的运行可预先给定的时刻存在。
6.根据权利要求1至4之一的方法，其中主进程(T1)把接收到的数据提供给至少一个另外的进程(T2a)，使得这些数据在另外的进程的下一次开始之前存在。
7.根据权利要求5的方法，其中主进程(T1)考虑至少一个另外的进程(T2a)的执行的优先级和/或周期持续时间，以便把数据提供给至少一个另外的进程。
8.根据权利要求1至4之一的方法，其中主进程(T1)在关于另外的进程(T3)的运行可预先给定的时刻提取(350)要从进程(T3)发送给总线系统(200)的数据。
9.根据权利要求8的方法，其中主进程(T1)以与总线系统同步的方式把要从进程(T3)发送给总线系统(200)的数据传递给总线系统(200)。
10.根据权利要求1至4之一的方法，其中主进程(T1)利用计算单元(110)的可由主进程(T1)和另外的进程(T2a，T3)共同利用的存储区域，以便与另外的进程(T2a，T3)交换数据。
11.用于与总线系统(200)处于数据连接中的控制器(100)的计算单元(110)，其特征在于，计算单元(110)被构造成与总线系统(200)同步(300)，其中所述同步能够通过在计算单元(110)上运行的操作系统(OS)或相应的进程从总线系统(200)读入时间戳或者其它的能够实现同步的信息并且相应地调整计算单元(110)的内部时钟或者计数器来实现，并且在计算单元(110)上运行的主进程(T1)a)周期性地从总线系统(200)接收(310)数据并且把接收到的数据提供(320)给至少一个另外的同样在计算单元(110)上运行的进程(T2a，T2b，T2c)，和/或b)从至少一个进程(T3)提取(350)要从计算单元(110)发送给总线系统(200)的数据并且传递(360)给总线系统(200)。
12.根据权利要求11的计算单元(110)，其中在计算单元(110)上运行的操作系统(OS)被构造成与总线系统(200)同步(300)。
13.根据权利要求11的计算单元(110)，其中计算单元被构造为微控制器或者数字信号处理器或者专用集成电路或者可编程逻辑模块，并且其中计算单元(110)的操作系统(OS)被设计用于多进程操作、多任务。
14.根据权利要求11到13之一的计算单元(110)，其中计算单元(110)被构造用于执行根据权利要求3到10之一的方法。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |