CN105373436B

CN105373436B - 控制设备和对此的运行方法

Info

Publication number: CN105373436B
Application number: CN201510506405.7A
Authority: CN
Inventors: U.哈特曼; J.赫特莱因; W.罗梅斯
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-08-19
Filing date: 2015-08-18
Publication date: 2020-11-06
Anticipated expiration: 2035-08-18
Also published as: DE102014216381A1; CN105373436A

Abstract

控制设备和对此的运行方法。本发明涉及用于运行尤其用于机动车辆的控制设备（100）的方法，其中该控制设备（100）具有至少一个、优选至少两个、尤其为了实施任务程序（112、122）而构造的实施单元（110、120），其中至少暂时实施第一任务程序（112）和第二任务程序（122），其特征在于，第一任务程序（112）发送通知（B）到实施第二任务程序（122）的实施单元（120），其中用信号向第二任务程序（122）和/或实施第二任务程序（122）的实施单元（120）传递以下通知（B）：第一任务程序（122）准备好从第二任务程序（122）接收数据。

Description

控制设备和对此的运行方法

技术领域

本发明涉及用于运行尤其用于机动车辆的控制设备的方法，其中该控制设备具有至少一个、优选至少两个、尤其为了实施任务程序而构造的实施单元，其中至少暂时地实施第一任务程序和第二任务程序。

本发明还涉及尤其用于机动车辆的控制设备。

背景技术

该领域中的专利公开是DE 102 29 520 A1。

发明内容

本发明的任务是如下改进开头提到类型的方法和设备，使得得出提升的使用效益。

所述任务在开头提到类型的方法的情况下通过如下方式解决：第一任务程序发送通知到实施第二任务程序的实施单元，其中以下通知用信号通知给第二任务程序和/或实施第二任务程序的实施单元：第一任务程序准备好从第二任务程序接收数据。

根据一种实施方式，实施单元分别可以是诸如微处理器或所谓的CPU（centralprocessing unit，中央处理单元）也或者数字信号处理器（DSP）的计算单元的物理或虚拟内核。也称为“任务（Tasks）”的任务程序根据一种实施方式可以全部在相同的实施单元上实施。但是，优选地将任务程序分布到不同的实施单元上。任务程序例如可以以本身已知的方式通过同样可以在计算单元上运行的运行系统来控制。该运行系统尤其可以进行计算单元到任务程序的资源分配。

通过根据本发明的方案有利地实现同步，使得已经发送数据到其它任务程序的任务程序通过该其它任务程序来通知（最早）可能的接收时间点。由此可以灵活地处理数据传输的时间点或者将数据传输的时间点与相关任务程序的当前负荷相匹配，并且尤其在多个相互交换数据的任务程序的情况下用于数据交换的存储或总线系统的不必要高的负荷能够在特别的间隔被避免。本发明的另外的优点在于可伸缩性。根据本发明的原理可以应用在具有计算单元的控制设备上，所述计算单元在维持可复制的并且确定的特性的情况下具有多个内核、即实施单元。

在一种优选的实施方式中规定，第一任务程序当在给第一任务程序分配的当前时间间隙期间已经实施第一任务程序的可预给定数目的计算（尤其是第一任务程序的所有计算）时发送通知。因此确保进行接收的第一任务程序也确实准备好数据接收。

在另一优选的实施方式中规定，第一任务程序在分配给第一任务程序的当前时间间隙的末尾发送通知。

在一种优选的实施方式中规定，如果第一任务程序之前已经向实施第二任务程序的实施单元发送相应通知并且如果第二任务程序在给第二任务程序分配的当前时间间隙内实施了所有计算，则将数据从给第二任务程序分配的存储区域传输到给第一任务程序分配的存储区域中。

在一种优选的实施方式中规定，实施第三任务程序，以便将数据从给第二任务程序分配的存储区域传输到给第一任务程序分配的存储区域中。该变型在使用尤其存在于汽车领域中的运行系统的情况下能够实现本发明的简单实现。将数据发送或传输给第一任务程序的任务还可以尽可能地由第三任务程序接管，使得第二任务程序不必具有相应的功能。

在另一优选的实施方式中规定，第一任务程序和第二任务程序具有不同的周期时间，其中第一任务程序的周期时间大于第二任务程序的周期时间，并且其中在第二任务程序的这样的周期内将数据从给第二任务程序分配的存储区域传输到给第一任务程序分配的存储区域中，该周期在时间上处于第一任务程序的周期末尾的范围内。

在另一优选的实施方式中规定，在相同的或不同的实施单元上实施第一和第二任务程序。同样可以设想在另外的计算单元上实施至少一个任务程序，该另外的计算单元例如通过网络连接到根据本发明的控制设备的计算单元上。特别有利的是，根据本发明的原理根据一种变型也能够应用在以下计算单元中，所述计算单元（仅）具有为了实施任务程序而构造的实施单元。

作为本发明的任务的另一解决方案说明尤其用于机动车辆的控制设备，其中该控制设备具有至少一个、优选至少两个、尤其为了实施任务程序而构造的实施单元，其中能够至少暂时实施第一任务程序和第二任务程序，其特征在于，第一任务程序被构造用于给实施第二任务程序的实施单元发送通知，其中用信号向第二任务程序和/或实施第二程序的实施单元传递以下通知：第一任务程序准备好从第二任务程序接收数据，其中第一任务程序和第二任务程序具有不同的周期时间，其中第一任务程序的周期时间大于第二任务程序的周期时间，并且其中在第二任务程序的这样的周期内将数据从给第二任务程序分配的存储区域传输到给第一任务程序分配的存储区域中，所述周期在时间上处于第一任务程序的周期末尾的范围中。

另外的有利的实施方式也由本发明给出。优选地，所述控制设备被用于机动车辆。所述控制设备可以具有至少两个为了实施任务程序而构造的实施单元。所述控制设备可以被构造用于实施本发明的方法。

附图说明

下面参照附图阐述本发明的示例性的实施方式。在附图中：

图1示意性示出了根据一种实施方式的控制设备的框图，以及

图2示意性示出了根据一种实施方式的流程图。

具体实施方式

图1示意性示出了根据一种实施方式的控制设备100的框图。该控制设备100具有至少一个未示出的诸如微处理器或所谓的CPU（central processing unit）也或者数字信号处理器（DSP）的计算单元，该计算单元在其方面分别具有一个或多个例如计算内核的实施单元，所述实施单元被构造用于实施任务程序（英文：“tasks”）。

当前，在图1中示例性示出第一实施单元110和第二实施单元120。在使用实施单元110、120以及在实施单元上实施的任务程序112、122的情况下，该控制设备100可以接受、处理和/或作为输出数据A输出诸如物理测量参量的输入数据E。当前，第二任务程序122接收输入数据E并且第一任务程序112例如向外部单元（未示出）输出输出数据A。

数据连接130能够实现实施单元110、120或任务程序112、122之间的数据交换。当前，数据连接130通过在图1中向右指向的箭头来表明，以便指明与输入数据E和输出数据A相关的信息流的一般方向。尽管如此，数据连接130优选为双向数据连接。

除了任务程序112、122，也还可以在第一和/或第二实施单元上实施另外的任务程序140。

根据本发明规定，第一任务程序112发送通知B到实施第二任务程序122的实施单元120，其中用信号向第二任务程序122和/或实施第二程序122的实施单元120传递以下通知B：第一任务程序112准备好从第二任务程序122接收数据。该通知B根据一种实施方式也可以通过数据连接130来传输。

通过根据本发明的方案有利地实现同步，使得需要发送数据到其它任务程序112的任务程序122通过该其它任务程序112来通知（最早）可能的接收时间点。由此可以灵活地处理数据传输的时间点或将数据传输的时间点与相关任务程序112、122的当前负载相匹配，并且尤其在多个相互交换数据的任务程序的情况下用于数据交换的存储或总线系统的不必要高的负荷可以在特别的间隔被避免。还得出整体系统100在实施单元110、120和任务程序方面的简单的可伸缩性。

图2示意性示出了根据一种实施方式的流程图，该流程图遵循根据本发明的原理阐明图1中的控制设备100的任务程序112、122之间的数据交换。对此，第一任务程序112示例性称为接收任务程序（“Empfänger-Task 112”，“接收器任务112”）以及第二任务程序122示例性称为发送任务程序（“Sender-Task 122”，“发送器任务122”），尽管在其它实施方式中数据流方向（发送器->接收器）也可以反转。

在时间刻度t上规定开始时间点t0，两个任务程序112、122在该开始时间点开始新的运行周期。对于下面的描述从以下出发，给第一任务程序112（图1）分配10 ms（毫秒）的时间间隙ZS1（图2），也参看用大括号112'标出的图2的下部区域。第一任务程序112的第一运行周期从时间点t0起因此延伸直至时间点t2，第一任务程序112的第二运行周期在时间点t2、t4之间延伸等等。依次的时间间隙之间的间隔或周期边界通过矩形R1表明。

如从图2、区域112'中可见，第一任务程序112然而不总是需要完整的周期时间或所分配的当前10 ms的时间间隙的长度。更确切地说，在第一运行周期中第一任务程序112的所有任务在时间点t01已经完成并且在第二运行周期中第一任务程序112的所有任务已经在时间点t21完成。换言之，在第一运行周期中存在第一任务程序112完成的末尾和间隔边界R1之间的时间间隔t2-t01，在该时间间隔中不存在任务程序112的活动并且因此未使用实施单元110的针对10 ms的整个周期时间预留的计算资源。

与第一任务程序112类似，同样给第二任务程序122（图1）分配恒定长度的、当前5ms的时间间隙ZS2、ZS2'（图2），也参看用大括号122'标出的图2的纵向中部区域。第二任务程序122的第一运行周期从时间点t0起因此延伸直至时间点t1，第二任务程序122的第二运行周期在时间点t1、t2之间延伸等等。第二任务程序122的依次的时间间隙之间的间隔或周期边界通过矩形R2表明。

如从图2、区域122'中可见，第二任务程序122然而不总是需要完整的周期时间或所分配的当前5 ms的时间间隙的长度。更确切地说，在第一运行周期中第二任务程序122的所有任务在时间点t02已经完成并且在第二运行周期中第二任务程序122的所有任务已经在时间点t11完成。

除了描述各个任务程序112、122的活动的区域112'、122'，在图2中还说明分配给第一任务程序112的第一存储区域的使用图解114和分配给第二任务程序122的第二存储区域的使用图解124。

在发送器任务122（第二任务程序）的第二存储区域124中，根据一种实施方式存在由发送器任务122例如基于输入参量E（图1）计算的参量，所述参量应该被传输到接收器任务112（第一任务程序）。根据一种实施方式，在发送器任务122完成了要输出的数据G的计算时以及同时接收器任务112完成处理在先前周期中接收的数据15时，进行数据从发送器任务122到接收器任务112的传输14a、14b。

根据一种实施方式，一旦计算在一次实施内结束、即最迟在接收器任务112的周期末尾处（参看图2中的时间点t01），则接收器任务112发送通知B到发送器任务122的实施单元120。

在一种优选的实施方式中可以规定，当前例如由也实施第二任务程序122的实施单元120来实施第三任务程序140（下面也称为“通知任务”），以便将数据从给第二任务程序122（发送器任务）分配的存储区域124传输到给第一任务程序112（接收器任务）分配的存储区域114。该第三任务程序140尤其可以通过通知B来激活。

在当前汽车领域中常见的运行系统中，只要不必实施其它具有更高优先级的任务并且更早录入到相同列表中的任务结束，通知任务140在此例如就可以以相同的优先级被录入到实施单元120的激活的任务的列表（“ready queue，就绪队列”）中并且被实施。如已经在前面描述的那样，发送器和接收器任务122、112可以在相同的或在不同的计算内核上实施。

在一种实施方式中，在通知任务140的实施内或在发送器任务122的末尾根据哪个事件更晚出现来将数据G传送到第一任务程序112（接收器任务）。

数据传输14a在一种实施方式中只要通知B在发送器任务122结束前进行则可以在发送器任务122的末尾、即时间点t11后进行。发送器任务122在这种情况下例如可以自行发起或实施数据传输14a。只要进行通知B',在发送器任务122结束之后，则通知任务140可以在一种实施方式中发起或实施数据到接收器任务112的传输14b。

与发送器任务122相比，确切何时实施通知任务140在一种实施方式中取决于两个任务的优先级。如果两个任务122、140具有相同的优先级，则排除任务122、140可以相互中断以及可以在发送器任务122之前或之后根据与实施发送器任务122相比何时进行通知B、B'来实施通知任务140。

在另一有利的实施方式中规定，第一任务程序112和第二任务程序122具有不同的周期时间ZS1、ZS2，其中第一任务程序112的周期时间ZS1大于第二任务程序122的周期时间ZS2，并且其中在第二任务程序122的这样的周期 ZS2'内将数据从给第二任务程序122分配的存储区域124传输到给第一任务程序112分配的存储区域114中，该周期ZS2'时间上处于第一任务程序112的周期末尾的范围中。

在一个有利的实施方式中设置算法，该算法确保每个更慢的周期ZS1或时间间隔恰好进行一次从发送器122到接收器112的数据G的传输。通过发送器或接收器任务122、112内的计数机制确保：仅“较快的”任务122的分别最后的实施1220（图2）在较慢的任务112的时间间隔ZS1内发起（例如通过通知B，如果接收器任务112具有更高的激活率）或实施（如果发送器任务122被更经常地激活）数据传输14a。对此，分别在较快的任务的末尾处计数器递增。如果计数器状态对应于较慢的扫描时间与较快的扫描时间的比，则允许数据传输并且计数器重置零。

在图2的示例中，发送器任务122与接收器任务112情况下的10 ms相比具有更高的5 ms的激活率。因此，根据一种实施方式仅在每个第二次实施1220、1222的情况下执行数据传输14a、14b，而不是在实施1219、1221的情况下。由此，在“Logical Exection Time（逻辑执行时间）”的意义上有利地确保确定的特性。

下面的程序示例示意性示出，根据本发明的原理如何可以根据另外的实施例如实现为从发送器任务122（下面简称“s”）到接收器任务112（下面简称“r”）的通信：

在接收器112的实施单元110上在接收器任务“r”的末尾（例如在时间点t21）加入与如下类似的程序代码，其中在一般表示的意义上从多于一个的发送器任务出发：

看得出，对于从其接收数据的所有任务程序（任务）“s”来说，借助计数器（“counter_r”）首先检查：在当前时间步长中是否应该接收数据。这仅涉及具有较慢扫描率的发送器任务，否则计数器可以省去。在图2中的示例中，接收器任务112不需要计数器，因为在每个时间步长或周期中预期较快的发送器任务122的结果，或者常数counter_r_max针对该通信关系被置为值“1”。发送器的通知在这两种情况下通过任务“notify（通知）”的激活在每个时间步长中实施。

在发送器任务“s”的实施单元（计算内核）上现在立即或稍后（根据前面描述的通知任务140）实施任务“notify”：

首先通过设定逻辑变量“receiver_ready”22通知发送端：接收器已经准备好例如在时间点t01接收根据本发明的通知B后接收数据。如果发送器也已经准备好发送数据，则实施函数“copydata”，该函数将数据从发送器“s”的存储区域124通信到接收器“r”的存储区域中，其中数据传输的类型取决于控制设备100（图1）的计算单元的计算架构。在最简单的情况下涉及简单地复制到其它存储区域中，但是数据也可以通过通信通道作为消息和/或通过数据传输的其它本身已知的机制来发送。在完成数据传输后，发送器和接收器的状态作为下一间隔的初始化又重置为“nicht bereit（未就绪）”。

在发送器任务122“s”的末尾，在一个实施例中实施与如下类似的程序代码：

看得出，针对数据被发送到其的所有其它任务程序（任务）“r”来说，借助计数器（counter_s）首先检查，在该时间步长中是否应该发送数据。这仅涉及具有较低扫描率的接收器任务，否则可以取消计数器。在图2中的示例中，常数counter_s_max具有值2，因为仅在发送器任务122“s”的每个第二实施中应该给接收器112发送数据。

在适当的计数器状态23的情况下重置计数器并且通过设定“sender_ready”21通知：发送器“s”准备好给接收器“r”发送数据。如果通信关系的接收器也已经标记为“ready”（即如果已经在该间隔中实施了任务140“notify”，则向接收器传输数据G通过调用函数“copydata”来开始。

在前面描述的实施例处看出，要通信的数据G的传输根据哪个任务关于接收器任务112被最后实施要么在任务140“notify”中要么在发送器任务122本身中实施。但是，根据一种实施方式通过所描述的计数机制确保分别较慢任务的每个间隔恰好实施一次传输。

至今从以下出发：任务“notify”和发送器任务从运行系统的角度看具有相同的优先级，以其激活的顺序实施并且不相互中断。如果不符合该假设，则可以将附加的保护机制嵌入到程序代码中以便确保用于状态“sender_ready”和“receiver_ready”的一致的值。通过控制设备100的计算单元的运行系统的专业人士已知的机制可以有利地确保：两个相关软件单元（即发送器任务112“s”和通知任务140“notify”）中的仅一个分别允许进入通过“protection”保护的区域。在发送器任务122“s”的末尾，在该情况下根据一种实施方式加入与如下类似的程序代码：

通知任务140“notify”的程序代码在该情况下根据一种实施方式可以看起来如下：

该保护机制根据一种实施方式局部地作用在仅一个实施单元（“内核-本地”）上并且由此可节省资源地实现（例如通过短时地阻止任务切换的方式）。为了短暂地保持这样的时间，在该时间期间存取保护是有效的，根据一种实施方式通过逻辑参量“copy_s”或“copy_n”来控制实施复制动作，使得复制动作可以在所保护的区域外进行。如果不能确保通信总是最迟在发送器和接收器的间隔结束时完成，则可以根据一种实施方式设置用于错误识别和错误处理的措施。发送器和接收器任务的程序实施的开始于是可以例如在随后的间隔中如此长地被延迟，直至先前间隔中的通信完成。用于处理这种错误情况的技术方案不是本发明的组成部分。

另外有利的实施方式的特征在于下面的方面，所述方面也能够相互和/或与前述实施方式组合。

● 通信关系130的发送器122和接收器112可以在相同的计算内核上、在不同的计算内核上或在网络化的系统（“System-on-chip”，“片上系统”）中的其它计算单元上实施。

● 要通信的数据可以从发送器122的存储区域中被复制到接收器112的存储区域中或作为消息被发送到接收器。

● 从接收器112到发送器122的通知B可以当在接收器任务的实施内不再存取输入数据、即在已经完成接收器任务前的时间点时进行。

● 当发送器任务122已经在存储器124中存放了所有要发送的数据、即已经在发送任务的末尾之前时，已经可以进行数据的发送，前提是接收器任务的通知B已经到达。

● 如果接收器122存取发送器112的工作存储器，则替代地可以由接收器122控制以及执行通信。在该情况下，如果数据就绪，则发送器122可以通知接收器112。程序代码看起来与上述类似，只须分别交换发送器和接收器。通知任务140在该情况下可以在接收器112的实施单元110上实施。

● 如果通信伙伴112、122之一存取另外伙伴的存储器114、124，则该通信伙伴可以直接依次执行到两个方向上的通信。这意味着，来自前面描述的程序示例的函数“copydata”不仅可以从发送器到接收器发送数据，而且可以读出接收器的输出数据并且复制到发送器的存储区域中。由此，只要需要到两个方向上的通信，则通知任务的数目减半。

下面总结根据本发明的原理的优点。

1. 诸如来自DE 102 29 520 A1的常规方法可以在使用根据本发明的原理的情况下被扩展，使得这些方法也能够在维持确定的以及可复制的特性并且确保数据一致性的情况下用于具有多个计算内核的计算单元（例如多核处理器）。“逻辑执行时间”的概念适用于此。

2. 根据本发明的原理支持由运行系统控制的软件单元（任务），所述软件单元的激活率（例如5ms、10ms）相互保持优选固定的、整数的比（图2）。在此也可以存在具有相同激活率的多个任务。除此之外，在系统中也还可以存在具有不同于所提到的激活率的另外的任务，但是于是可以利用所述激活率以不同于本发明中描述的方式通信。

3. 该方法比从传统系统中已知的通信更少地负担通信通道（例如总线），所述通信例如一直恰好在间隔边界R1、R2处进行（图2）。

4. 该方法与常规方法相比利用更少数目的用于软件单元112、122之间通信的数据G的存储器就够用。

5. 该方法是“等待自由的，（wait-free）”，这意味着通信伙伴中没有通信伙伴的实施被暂时阻断，例如以便确保共同使用的存储区域的一致性。由此可以更好地使用实施单元110、120的可用计算性能。

6. 该方法可以在不扩展当前在汽车领域中普遍使用的运行系统（例如AUTOSAR-OS）的情况下被实现。

7. 该方法，如对于仅可以凭借通过通信通道发送消息（“message passing”，消息传递）来相互通信的计算单元（”Network-on-chip”，片上网络）那样，同样可以用于具有能够由不同的计算内核共同使用的存储区域的计算单元（如针对汽车领域中实时应用的具有“shared memory（共享内存）”的当今可用的多核处理器）。

Claims

1.用于运行控制设备（100）的方法，其中所述控制设备（100）具有至少一个为了实施任务程序（112、122）而构造的实施单元（110、120），其中至少暂时地实施第一任务程序（112）和第二任务程序（122），其特征在于，第一任务程序（112）发送通知（B）到实施第二任务程序（122）的实施单元（120），其中用信号向第二任务程序（122）和/或实施第二任务程序（122）的实施单元（120）传递以下通知（B）：第一任务程序（112）准备好从第二任务程序（122）接收数据，

其中第一任务程序（112）和第二任务程序（122）具有不同的周期时间（ZS1、ZS2），其中第一任务程序（112）的周期时间（ZS1）大于第二任务程序（122）的周期时间（ZS2），并且其中在第二任务程序（122）的这样的周期（ZS2'）内将数据从给第二任务程序（122）分配的存储区域（124）传输到给第一任务程序（112）分配的存储区域（114）中，所述周期（ZS2'）在时间上处于第一任务程序（112）的周期末尾的范围中。

2.根据权利要求1所述的方法，其中当在给第一任务程序（112）分配的当前时间间隙（ZS1）内已经实施第一任务程序（112）的可预给定数目的计算时，第一任务程序（112）发送通知（B）。

3.根据权利要求1所述的方法，其中当在给第一任务程序（112）分配的当前时间间隙（ZS1）内已经实施第一任务程序（112）的所有计算时，第一任务程序（112）发送通知（B）。

4.根据权利要求1-3之一所述的方法，其中第一任务程序（112）在分配给第一任务程序（112）的当前时间间隙（ZS1）的末尾发送通知（B）。

5.根据权利要求1-3之一所述的方法，其中如果第一任务程序（112）之前已经发送相应通知（B）到实施第二任务程序（122）的实施单元（120）并且如果第二任务程序（122）在给第二任务程序（122）分配的当前时间间隙（ZS2）内实施了所有计算，则将数据从给第二任务程序（122）分配的存储区域（124）传输到给第一任务程序（112）分配的存储区域（114）中。

6.根据权利要求1-3之一所述的方法，其中实施第三任务程序（140），以便将数据从给第二任务程序（122）分配的存储区域（124）传输到给第一任务程序（112）分配的存储区域（114）中。

7.根据权利要求1-3之一所述的方法，其中第一和第二任务程序（112、122）在相同的实施单元（110、120）上或在不同的实施单元（110、120）上实施。

8.根据权利要求1-3之一所述的方法，其中所述控制设备（100）被用于机动车辆。

9.根据权利要求1-3之一所述的方法，其中所述控制设备（100）具有至少两个为了实施任务程序（112、122）而构造的实施单元（110、120）。

10.控制设备（100），其中所述控制设备（100）具有至少一个为了实施任务程序（112、122）而构造的实施单元（110、120），其中能够至少暂时地实施第一任务程序（112）和第二任务程序（122），其特征在于，第一任务程序(112)被构造用于发送通知（B）到实施第二任务程序(122)的实施单元(120)，其中用信号向第二任务程序（122）和/或实施第二任务程序（122）的实施单元（120）传递以下通知（B）：第一任务程序（112）准备好从第二任务程序（122）接收数据，

11.根据权利要求10所述的控制设备（100），其中所述控制设备（100）被用于机动车辆。

12.根据权利要求10或11所述的控制设备（100），其中所述控制设备（100）具有至少两个为了实施任务程序（112、122）而构造的实施单元（110、120）。

13.根据权利要求10所述的控制设备（100），其中所述控制设备（100）被构造用于实施根据权利要求1至9之一所述的方法。