CN116569139A - 车载计算机、计算机执行方法及计算机程序 - Google Patents

车载计算机、计算机执行方法及计算机程序 Download PDF

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高沢忠浩
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Sumitomo Wiring Systems Ltd
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Abstract

车载计算机具备物理资源，该物理资源包括具有多个核的处理器及具有寄存器的物理器件，车载计算机通过将物理资源分时地分配而生成多个虚拟装置，处理器使多个虚拟装置中的一部分的虚拟装置在多个核分别以规定周期定期地动作，并使其他的虚拟装置非定期地动作，至少存储使其他的虚拟装置动作的核，基于使其他的虚拟装置动作的核的变更的有无和物理器件的寄存器值的变更量，决定使其他的虚拟装置动作的核。

Description

车载计算机、计算机执行方法及计算机程序
技术领域
本公开涉及车载计算机、计算机执行方法及计算机程序。
本申请主张基于在2020年12月23日提出申请的日本申请第2020-213796号的优先权，并援引所述日本申请记载的全部的记载内容。
背景技术
在车辆搭载有与车载网络连接的多个电子控制单元(ECU：Electronic ControlUnit，以下，称为ECU。)。近年来，伴随着高级驾驶辅助系统(ADAS：Advanced Driver-Assistance Systems)、自动驾驶技术、人工智能技术的导入等车辆的高功能化，搭载于车辆的ECU有增加倾向。而且，按照动力传动系、车身系、底盘系等功能准备的ECU间的紧密的协作变得必要。
因此，可考虑将按照功能搭载的多个ECU的功能统合并汇总于特定的车载计算机。车载计算机例如使用虚拟化技术而将各ECU作为虚拟装置生成，通过在虚拟装置上执行用于实现各ECU的功能的程序而对各种ECU的功能进行统合(例如，专利文献1)。
车载计算机的处理器将使多个ECU再现的虚拟装置、该虚拟装置上的程序涉及的任务进行调度，以切换的方式执行各虚拟装置涉及的任务。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2019-139453号公报
发明内容
本公开的一方式的车载计算机具备物理资源，该物理资源包括具有多个核的处理器及具有寄存器的物理器件，所述车载计算机通过将该物理资源分时地分配而生成多个虚拟装置，其中，所述处理器使所述多个虚拟装置中的一部分的所述虚拟装置在所述多个核分别以规定周期定期地动作，并使其他的所述虚拟装置非定期地动作，至少存储使所述其他的虚拟装置动作的所述核，在接下来使所述其他的虚拟装置动作的情况下，基于使所述其他的虚拟装置动作的所述核的变更的有无和所述物理器件的寄存器值的变更量，决定使所述其他的虚拟装置动作的所述核。
在本公开的一方式的计算机执行方法中，车载计算机具备物理资源，该物理资源包括具有多个核的处理器及具有寄存器的物理器件，所述车载计算机通过将该物理资源分时地分配而生成多个虚拟装置，所述车载计算机使所述多个虚拟装置中的一部分的所述虚拟装置在所述多个核分别以规定周期定期地动作，并使其他的所述虚拟装置非定期地动作，至少存储使所述其他的虚拟装置动作的所述核，在接下来使所述其他的虚拟装置动作的情况下，基于使所述其他的虚拟装置动作的所述核的变更的有无和所述物理器件的寄存器值的变更量，决定使所述其他的虚拟装置动作的所述核。
在本公开的一方式的计算机程序中，车载计算机具备物理资源，该物理资源包括具有多个核的处理器及具有寄存器的物理器件，所述车载计算机通过将该物理资源分时地分配而生成多个虚拟装置，所述计算机程序用于使所述车载计算机执行如下处理：使所述多个虚拟装置中的一部分的所述虚拟装置在所述多个核分别以规定周期定期地动作，并使其他的所述虚拟装置非定期地动作；至少存储使所述其他的虚拟装置动作的所述核；在接下来使所述其他的虚拟装置动作的情况下，基于使所述其他的虚拟装置动作的所述核的变更的有无和所述物理器件的寄存器值的变更量，决定使所述其他的虚拟装置动作的所述核。
需要说明的是，本申请不仅能够作为具备这样的特征性的处理器的车载计算机实现，而且如上所述，能够作为将上述特征性的处理设为步骤的计算机执行方法实现，或者作为用于使计算机执行上述步骤的计算机程序实现。而且，能够作为实现车载计算机的一部分或全部的半导体集成电路实现，或者作为包含车载计算机的其他的系统实现。
附图说明
图1是表示车载通信系统的网络结构的框图。
图2是表示车载通信系统的结构例的框图。
图3是表示处理器的结构例的框图。
图4是通过车载计算机生成的虚拟装置的概念图。
图5是表示器件结构表的一例的概念图。
图6A是表示第二物理器件的设定值的一例的概念图。
图6B是表示第二物理器件的设定值的一例的概念图。
图7是上下文切换等处理涉及的功能框图。
图8是表示调度处理次序的流程图。
图9是表示调度中途的状态的说明图。
图10是表示处理负载的关系的图表。
图11是表示调度方法的说明图。
具体实施方式
[本公开要解决的课题]
在ECU搭载有多核的处理器的情况下，特别是需要选择应通过哪个核使非定期地动作的虚拟装置动作。通常，在从上次使虚拟装置动作的一核向另一核进行迁移的情况下，产生处理负载。而且，在搭载于ECU那样的嵌入式处理器中，在切换进行动作的虚拟装置的情况下，SCB(System Control Block，系统控制块)、MPU(Memory Protection Unit，内存保护单元)、MMU(Memory Management Unit，内存管理单元)或MPC(Memory ProtectionController，内存保护控制器)、其他外围设备等的多个物理器件的状态，即物理器件的寄存器值也需要变更，产生处理负载。
然而，在现有技术中，未公开考虑虚拟装置的迁移及对物理器件的寄存器值进行设定变更的处理负载来选择使虚拟装置动作的核的技术。
本公开的目的在于提供一种能够考虑虚拟装置的迁移涉及的处理负载、对物理器件的寄存器值进行设定变更的处理负载来选择使虚拟装置动作的核的车载计算机、计算机执行方法及计算机程序。
[本公开的效果]
根据上述内容，能够提供一种能够考虑虚拟装置的迁移涉及的处理负载、对物理器件的寄存器值进行设定变更的处理负载来选择使虚拟装置动作的核的车载计算机、计算机执行方法及计算机程序。
[本公开的实施方式的说明]
首先，列举本公开的实施方式进行说明。而且，可以将以下记载的实施方式的至少一部分任意组合。
(1)本公开的一方式的车载计算机具备物理资源，该物理资源包括具有多个核的处理器及具有寄存器的物理器件，所述车载计算机通过将该物理资源分时地分配而生成多个虚拟装置，其中，所述处理器使所述多个虚拟装置中的一部分的所述虚拟装置在所述多个核分别以规定周期定期地动作，并使其他的所述虚拟装置非定期地动作，至少存储使所述其他的虚拟装置动作的所述核，在接下来使所述其他的虚拟装置动作的情况下，基于使所述其他的虚拟装置动作的所述核的变更的有无和所述物理器件的寄存器值的变更量，决定使所述其他的虚拟装置动作的所述核。
在本方式中，在执行非定期地动作的虚拟装置的上下文切换时，能够基于使虚拟装置动作的核的变更的有无和物理器件的寄存器值的变更量而决定使该虚拟装置动作的核。
因此，能够进行考虑了从一核向另一核的虚拟装置的迁移的有无和物理器件的寄存器值的变更量(即各个处理)的虚拟装置的上下文切换。
(2)本公开的一方式的车载计算机优选的是，所述处理器在所述规定周期使所述一部分的虚拟装置动作之后，使所述其他的虚拟装置动作。
在本方式中，使应以规定周期定期地动作的虚拟装置先动作。并且，处理器能够在最后动作的虚拟装置的状态下，考虑迁移的有无和物理器件的寄存器值的变更量来决定能够非定期地动作的虚拟装置的上下文切换目的地。
(3)本公开的一方式的车载计算机优选的是，所述车载计算机具备器件结构表，该器件结构表包含对所述多个虚拟装置分别使用的所述物理器件设定的寄存器值和表示使所述多个虚拟装置动作的所述核的信息，所述处理器参照所述器件结构表，将所述物理器件的寄存器值的变更所需的处理成本与使所述虚拟装置动作的所述核的变更所需的处理成本的总和成为最小的所述核决定为使所述其他的虚拟装置动作的所述核。
在本方式中，通过参照器件结构表，能够决定物理器件的寄存器值的变更所需的处理成本与使虚拟装置动作的所述核的变更所需的处理成本的总和成为最小的上下文切换目的地。
(4)本公开的一方式的车载计算机优选的是，所述车载计算机具备存储部，所述存储部存储有所述物理器件的寄存器值的变更所需的处理时间和使所述虚拟装置动作的所述核的变更所需的处理时间，所述处理器将所述物理器件的寄存器值的变更所需的处理时间与使所述虚拟装置动作的所述核的变更所需的处理时间的总和成为最小的所述核决定为使所述其他的虚拟装置动作的所述核。
在本方式中，能够决定物理器件的寄存器值的变更所需的处理时间与使虚拟装置动作的核的变更所需的处理时间的总和成为最小的上下文切换目的地。
(5)本公开的一方式的车载计算机优选的是，定期地动作的所述虚拟装置是对相当于ASIL(Automotive Safety Integrity Level)的功能或数据进行处理的装置，非定期地动作的所述虚拟装置是对相当于QM(Quality Management)等级的功能或数据进行处理的装置。
在本方式中，处理器使对相当于ASIL的功能或数据进行处理的虚拟装置定期地动作，并使对相当于QM的功能或数据进行处理的虚拟装置非定期地动作。处理器在执行对相当于QM的功能或数据进行处理的虚拟装置的上下文切换时，基于使虚拟装置动作的核的变更的有无和物理器件的寄存器值的变更量来决定使该虚拟装置动作的核。
(6)在本公开的一方式的计算机执行方法中，车载计算机具备物理资源，该物理资源包括具有多个核的处理器及具有寄存器的物理器件，所述车载计算机通过将该物理资源分时地分配而生成多个虚拟装置，所述车载计算机使所述多个虚拟装置中的一部分的所述虚拟装置在所述多个核分别以规定周期定期地动作，并使其他的所述虚拟装置非定期地动作，至少存储使所述其他的虚拟装置动作的所述核，在接下来使所述其他的虚拟装置动作的情况下，基于使所述其他的虚拟装置动作的所述核的变更的有无和所述物理器件的寄存器值的变更量，决定使所述其他的虚拟装置动作的所述核。
根据本方式，与方式(1)同样，能够进行考虑了从一核向另一核的虚拟装置的迁移的有无和物理器件的寄存器值的变更量的虚拟装置的上下文切换。
(7)在本公开的一方式的计算机程序中，车载计算机具备物理资源，该物理资源包括具有多个核的处理器及具有寄存器的物理器件，所述车载计算机通过将该物理资源分时地分配而生成多个虚拟装置，所述计算机程序用于使所述车载计算机执行如下处理：使所述多个虚拟装置中的一部分的所述虚拟装置在所述多个核分别以规定周期定期地动作，并使其他的所述虚拟装置非定期地动作；至少存储使所述其他的虚拟装置动作的所述核；在接下来使所述其他的虚拟装置动作的情况下，基于使所述其他的虚拟装置动作的所述核的变更的有无和所述物理器件的寄存器值的变更量，决定使所述其他的虚拟装置动作的所述核。
根据本方式，与方式(1)同样，能够进行考虑了从一核向另一核的虚拟装置的迁移的有无、物理器件的寄存器值的变更量的虚拟装置的上下文切换。
[本公开的实施方式的详情]
以下，参照附图，说明构成本公开的实施方式的车载系统的车载计算机、计算机执行方法及计算机程序。需要说明的是，本发明没有限定为这些例示，由权利要求书公开，并包含与权利要求书等同的意思及范围内的全部变更。而且，可以将以下记载的实施方式的至少一部分任意组合。
以下，关于本公开，基于表示其实施方式的附图而具体地进行说明。图1是表示车载通信系统的网络结构的框图，图2是表示车载通信系统的结构例的框图。
本实施方式的车载通信系统具备车载计算机1、多个单独ECU2、与该单独ECU2连接的设备3、车外通信装置4、显示装置5。多个单独ECU2分别利用车载通信线121连接于车载计算机1。
车载计算机1具备多核的处理器10、存储部11、通信部12及输入输出I/F13。车载计算机1也称为统合ECU。
存储部11是闪存器或EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read OnlyMemory，电可擦除可编程只读存储器)等非易失性的存储器元件。存储部11存储虚拟化操作系统(虚拟化OS)11a、客户OS11b、控制程序11c、本实施方式的计算机程序(计算机PG)11d、器件结构表11e、处理时间信息表11f及其他处理器10的动作所需的各种数据。
虚拟化操作系统11a例如是Hypervisor。虚拟化操作系统11a具有在该虚拟化操作系统11a上构筑出作为虚拟装置VM(参照图4)进行动作的多个虚拟环境的功能。虚拟环境，即虚拟装置VM包括将包含处理器10、存储部11、通信部12等的物理资源分时地分配的虚拟处理器、虚拟存储部、虚拟通信部等，作为虚拟的ECU的硬件进行动作。
多个虚拟装置VM具有该装置的处理的执行涉及的优先度。存储部11存储有各虚拟装置VM的优先度。承担安全性涉及的处理、事件涉及的处理等要求响应性的处理的虚拟装置VM具有高优先度。优先度高的虚拟装置VM以规定周期定期地动作。换言之，优先度高的虚拟装置VM实时地动作。
承担诊断涉及的功能等不要求响应性的处理的虚拟装置VM具有低优先度。优先度低的虚拟装置VM非定期地动作。换言之，优先度低的虚拟装置VM非实时地动作。
客户OS11b是用于使通过虚拟化操作系统11a生成的虚拟装置VM动作的OS。客户OS11b安装于具有虚拟的硬件的虚拟装置VM，作为虚拟装置VM的基本OS发挥功能。客户OS11b是例如AUTOSAR OS、Linux(注册商标)、Android(注册商标)、QNX(注册商标)、Ubuntu(注册商标)等。
控制程序11c是在各虚拟装置VM的客户OS11b上动作的程序，用于使统合于车载计算机1的ECU(未图示)的功能再现。
虚拟装置VM通过在这些虚拟硬件上使客户OS11b及控制程序11c动作而使实物的物理性的ECU的功能再现。即，虚拟装置VM如连接于车载通信线121的ECU那样动作。
计算机程序11d是用于实施本实施方式的计算机处理方法的程序。需要说明的是，计算机程序11d可以装入于虚拟化OS11a。器件结构表11e及处理时间信息表11f的详情在后文叙述。
需要说明的是，对于上述各种程序，可以是在车载计算机1的制造阶段写入于存储部11的方式，也可以是车载计算机1取得从外部服务器装置(未图示)发布的上述各种程序而向存储部11写入的方式。而且，还可以是车载计算机1读出记录于存储卡或光盘等计算机可读取的记录介质的上述各种程序而向存储部11写入的方式。
上述各种程序的提供方法如上所述可以通过经由网络的发布的方式提供，也可以通过记录于记录介质的方式提供。
处理器10将存储部11存储的虚拟化操作系统11a、客户OS11b、控制程序11c、计算机程序11d、器件结构表11e、处理时间信息表11f等读出并执行，由此进行各种运算处理，实施本实施方式的计算机执行方法。
通信部12例如是遵照100BASE-T1或1000BASE-T1等通信协议进行通信的以太网(注册商标)PHY部。需要说明的是，以太网(注册商标)为一例，通信部12可以是以CAN(Controller Area Network，控制器局域网)、CAN-FD、FlexRay(注册商标)、CXPI(ClockExtension Peripheral Interface，时钟扩展外围接口)、LIN(Local InterconnectNetwork，本地互联网)等通信协议进行通信的通信回路。
在通信部12经由遵照上述通信协议的车载通信线121连接有多个单独ECU2。单独ECU2例如图1所示是对设置于车辆C的右前、左前、右后、左后等特定的区域的设备3的动作进行控制的电子控制单元。设备3是拍摄车外的车载相机、LIDAR(Light Detection AndRanging，车载激光雷达)、车内相机等各种传感器。而且，设备3是使车门的上锁/开锁装置、车门后视镜、座椅等动作的促动器。设备3可以是输出娱乐类的图像、声音的音频装置。设备3可以是电子控制单元。
基于单独ECU2的设备3的控制及各种运算处理可以在车载计算机1侧执行。即，车载计算机1能够使控制设备3的动作的ECU作为虚拟装置VM再现。
输入输出I/F13是与车外通信装置4及显示装置5等通信用的接口。车外通信装置4及显示装置5经由串行线缆等线束而连接于输入输出I/F13。
车外通信装置4是具备用于进行无线通信的天线40，通过WiFi(注册商标)等互联网通信网络、3G、LTE(注册商标)、4G、5G等移动通信网络进行无线通信的通信装置。车外通信装置4例如是信息通讯控制单元(TCU)。需要说明的是，本实施方式作为车外通信装置4与车载计算机1分体的情况进行说明，但是车载计算机1可以具有车外通信装置4的结构或功能。
显示装置5例如是车辆导航的显示器等HMI(Human Machine Interface，人机界面)装置。显示装置5显示从车载计算机1的处理器10经由输入输出I/F13输出的数据或信息。
图3是表示处理器10的结构例的框图。处理器10具备作为运算装置的CPU(CentralProcessing Unit，中央处理单元)111、RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)112、第一物理器件113a、第二物理器件113b、第三物理器件113c及计时部115。
CPU111例如具备第一核110a及第二核110b。需要说明的是，CPU111具备的核的个数没有特别限定。
第一～第三物理器件113a、113b、113c例如是SCB(System Control Block)、MPU(Memory Protection Unit)、MMU(Memory Management Unit)或MPC(Memory ProtectionController)、其他外围设备等。第一～第三物理器件113a、113b、113c具有至少对各器件的状态进行控制用的寄存器114a、114b、114c。
为了便于作图，在图4中，图示出一个核，例如第一核110a使用的一组的第一～第三物理器件113a、113b、113c，但是处理器10还具备第二核110b使用的另一组的第一～第三物理器件113a、113b、113c。即，处理器10具备多个核分别使用的多个物理器件。
另外，处理器10具备的物理器件的个数没有特别限定。
RAM112是易失性的存储器元件的一例。生成了虚拟装置VM的处理器10的RAM112存储TCB(Task Control Block，任务控制块)及器件结构表11e。
TCB包含虚拟装置VM涉及的上下文信息。上下文信息包含某虚拟装置VM进行动作并执行控制程序11c时的CPU111的状态，即CPU111的寄存器的值(以下，适当称为CPU111的寄存器值。)。例如，RAM112存储进行上下文切换的前后的两个虚拟装置VM的上下文信息。即，RAM112存储在上下文切换时从CPU111的寄存器退避的上下文信息、向CPU111的寄存器复原的上下文信息。更详细而言，RAM112存储第一核110a及第二核110b各自的上下文信息。需要说明的是，在使三个虚拟装置VM动作时，RAM112存储对各虚拟装置VM进行控制时的CPU111的上下文信息。
对器件结构表11e进行说明。在本实施方式中，说明对各虚拟装置VM动作时的第一～第三物理器件113a、113b、113c的寄存器114a、114b、114c设定的值(以下，适当称为第一～第三物理器件113a、113b、113c的寄存器值。)固定的情况。图3的RAM112示出将存储部11存储的器件结构表11e读出而存储了的状态。
图4是通过车载计算机1生成的虚拟装置VM的概念图，图5是表示器件结构表11e的一例的概念图。虚拟化操作系统11a例如图4所示生成三个虚拟装置VM。虚拟装置VM使用第一～第三物理器件113a、113b、113c的全部或一部分。对第一～第三物理器件113a、113b、113c的寄存器114a、114b、114c设定的值根据虚拟装置VM而不同。在表示第一～第三物理器件113a、113b、113c的块的下侧所示的三个块从下侧依次表示对第一物理器件113a的寄存器114a、第二物理器件113b的寄存器114b、第三物理器件113c的寄存器114c设定的值。
图4中，“VD：A_0”表示在第一物理器件113a的寄存器114a设定的值“A_0”。“VD：B_0”及“VD：B_1”表示在第二物理器件113b的寄存器114b设定的值“B 0”及“B 1”。“VD：C 0”表示在第三物理器件113c的寄存器114c设定的值“C_0”。虚线所示的空白的块表示第三物理器件113c未被使用的情况。
需要说明的是，图4图示出三个虚拟装置VM，通过虚拟化操作系统11a动作的虚拟装置VM的个数没有限定为三个。
图5所示的器件结构表11e是包含“虚拟装置”列、“第一物理器件”列、“第二物理器件”列、“第三物理器件”列、“在上次的执行过程中使用的核”列的表。“虚拟装置”列保存有用于辨别多个虚拟装置VM的辨别数据VM[0]，VM[1]，VM[2]…。以下，将辨别数据VM[0]表示的虚拟装置VM标记为虚拟装置VM0，将辨别数据VM[1]表示的虚拟装置VM标记为虚拟装置VM1，将辨别数据VM[2]表示的虚拟装置VM标记为虚拟装置VM2。
在“第一物理器件”列中，对应的虚拟装置VM是否使用第一物理器件113a，在使用的情况下，保存设定于寄存器114a的值。在图5所示的例子中，全部的虚拟装置VM使用第一物理器件113a，设定于寄存器114a的值为相同的“A_0”。
在“第二物理器件”列中，对应的虚拟装置VM是否使用第二物理器件113b，在使用的情况下，保存设定于寄存器114b的值。在图5所示的例子中，全部的虚拟装置VM使用第二物理器件113b，设定于虚拟装置VM0、VM1的寄存器114a、114b的值为“B_0”，设定于虚拟装置VM2的寄存器114c的值为“B_1”。
在“第三物理器件”列中，对应的虚拟装置VM是否使用第三物理器件113c，在使用的情况下，保存设定于寄存器114c的值。在图5所示的例子中，一个虚拟装置VM2使用第三物理器件113c，设定于虚拟装置VM2的寄存器114b的值为“C_0”。“无对应”表示未使用第三物理器件113c的情况。
在“在上次的执行过程中使用的核”列中，保存表示对应的虚拟装置VM上次动作的核的信息。例如，在图5所示的例子中，保存有虚拟装置VM0、VM1上次以第一核110a进行动作，虚拟装置VM2上次以第二核110b进行动作的情况的信息。
需要说明的是，在初次执行时，由于上次执行的核不存在，因此只要保存表示以规定的核执行的情况的虚设数据即可。
图6A及图6B是表示第二物理器件113b的设定值的一例的概念图。图6A表示设定于第二物理器件113b的寄存器114b的值“B_0”，图6B表示设定于第二物理器件113b的寄存器114b的值“B_1”。“标识符(地址)”表示寄存器114b的地址，“设定值”是设定于通过各地址指定的寄存器114b的数值。
接下来说明处理时间信息表11f。处理时间信息表11f存储为了使以第一核110a动作的虚拟装置VM向第二核110b迁移所需的处理时间和为了使以第二核110b动作的虚拟装置VM向第一核110a迁移所需的处理时间。
另外，处理时间信息表11f存储有将以第一核110a或第二核110b进行动作的虚拟装置VM相互切换时，为了变更第一～第三物理器件113a、113b、113c的寄存器值所需的处理时间。
图7是实施方式的上下文切换等处理涉及的功能框图。车载计算机1具备作为功能部的器件设定存储部111a、调度器111b、器件设定管理部111c、执行判定部111d、调度顺序决定部111e。
器件设定存储部111a是存储TCB或上下文信息的功能部。器件设定存储部111a存储虚拟装置VM涉及的CPU111的寄存器值(详细而言多个虚拟装置VM涉及的第一及第二核110a、110b的寄存器值)作为上下文信息。更具体而言，器件设定存储部111a在切换以CPU111动作的虚拟装置VM时，将对动作中的虚拟装置VM进行控制的第一核110a的寄存器的值退避，存储作为上下文信息。同样，将对动作中的虚拟装置VM进行控制的第二核110b的寄存器的值退避，存储作为上下文信息。
器件设定存储部111a针对来自调度器111b的询问，返回器件设定存储部111a存储的上下文信息，即，通过上下文切换而接下来动作的虚拟装置VM涉及的CPU111的寄存器的值，详细而言第一及第二核110a、110b的寄存器值。构成器件设定存储部111a的主要的硬件是RAM112。
调度器111b是管理CPU111的硬件资源相对于虚拟装置VM的分配及切换的功能部。换言之，调度器111b是管理将多个虚拟装置VM向第一核110a或第二核110b分配而以进行上下文切换的方式执行的顺序的功能部。
第一及第二核110a、110b执行被分配的各虚拟装置VM涉及的处理。虚拟装置VM涉及的处理包括对构成虚拟装置VM的虚拟处理器、虚拟存储部、虚拟通信部等进行模拟的处理、使客户OS11b、控制程序11c动作的处理等。
调度器111b以按照规定周期定期地执行要求响应性的虚拟装置VM涉及的处理的方式切换虚拟装置VM。要求响应性的虚拟装置VM是处理例如相当于基于机动车用功能安全标准(ISO26262)的ASIL(Automotive Safety Integrity Level，汽车安全完整性等级)的功能或数据的装置。
另一方面，调度器111b关于未要求响应性的虚拟装置VM涉及的处理，以通过处理能力存在富余度的第一及第二核110a、110b非定期地执行的方式切换虚拟装置VM。即，第一及第二核110a、110b使要求响应性的虚拟装置VM在规定周期内动作之后，在存在使其他的虚拟装置VM动作的富余度的情况下，使未要求响应性的虚拟装置VM动作。未要求响应性的虚拟装置VM是处理例如相当于基于机动车用功能安全标准的QM(Quality Management，质量管理)等级的功能或数据的装置。
以下，将表示上下文切换前的虚拟装置VM，即动作中的虚拟装置VM的信息称为第一虚拟装置信息，将表示上下文切换后的虚拟装置VM，即接下来动作的虚拟装置VM的信息称为第二虚拟装置信息。
调度器111b将第一及第二核110a、110b涉及的第一虚拟装置信息及第二虚拟装置信息向执行判定部111d赋予。而且，调度器111b使用第一及第二核110a、110b涉及的第二虚拟装置信息，向器件设定存储部111a询问该第二虚拟装置信息表示的虚拟装置VM的上下文信息，取得从器件设定存储部111a输出的上下文信息。调度器111b将取得的上下文信息向器件设定管理部111c赋予。
需要说明的是，构成调度器111b的主要的硬件是CPU111及计时部115。
执行判定部111d取得被从调度器111b赋予的第一虚拟装置信息及第二虚拟装置信息，基于取得的第一及第二虚拟装置信息，参照器件结构表11e，读出与第一及第二核110a、110b涉及的上下文切换前及上下文切换后的虚拟装置VM建立了对应的第一～第三物理器件113a、113b、113c的寄存器114a、114b、114c的设定值。并且，执行判定部111d在切换第一及第二核110a、110b的虚拟装置VM时，判定是否需要变更第一～第三物理器件113a、113b、113c的寄存器114a、114b、114c的设定值，将基于判定结果的器件信息向器件设定管部赋予。
在判定为不需要变更第一～第三物理器件113a、113b、113c的寄存器114a、114b、114c的设定值的情况下，器件信息包含表示不需要设定变更的情况的信息。在判定为需要变更第一～第三物理器件113a、113b、113c的寄存器114a、114b、114c的设定值的情况下，器件信息包含需要设定值的变更的第一～第三物理器件113a、113b、113c的寄存器114a、114b、114c的标识符及设定值。需要说明的是，构成执行判定部111d的主要的硬件是CPU111。
器件设定管理部111c取得被从调度器111b赋予的上下文信息，使CPU111，即第一及第二核110a、110b的寄存器值退避，将取得的上下文信息复原。即，器件设定管理部111c将上下文切换前的第一及第二核110a、110b的寄存器值作为动作中的虚拟装置VM涉及的第一及第二核110a、110b的上下文信息，存储于器件设定存储部111a，接下来，将从调度器111b取得的上下文信息，即上下文切换后的虚拟装置VM涉及的第一及第二核110a、110b的寄存器值设定于第一及第二核110a、110b的寄存器，由此将上下文信息复原。
器件设定管理部111c取得被从执行判定部111d赋予的器件信息，在取得的器件信息表示不需要设定变更的情况下，不进行第一～第三物理器件113a、113b、113c的寄存器114a、114b、114c的设定变更，结束上下文切换涉及的处理。CPU111不改写第一～第三物理器件113a、113b、113c的寄存器114a、114b、114c，立即开始上下文切换后的虚拟装置VM涉及的处理的执行。
另一方面，器件设定管理部111c在取得的器件信息表示需要设定变更的特定的第一～第三物理器件113a、113b、113c的寄存器114a、114b、114c的标识符及设定值的情况下，使用该标识符及设定值，变更第一～第三物理器件113a、113b、113c的寄存器114a、114b、114c的设定值。CPU111改写该CPU111的寄存器和需要设定变更的特定的第一～第三物理器件113a、113b、113c的寄存器114a、114b、114c，开始上下文切换后的虚拟装置VM涉及的处理的执行。
器件设定管理部111c针对第一及第二核110a、110b的每一个来执行第一～第三物理器件113a、113b、113c的寄存器值的变更涉及的处理。
另外，器件设定管理部111c在上下文切换前将表示以第一核110a及第二核110b动作了的虚拟装置VM的辨别数据与表示使各虚拟装置VM动作了的核的信息建立对应地写入器件结构表11e。
需要说明的是，构成器件设定管理部111c的主要的硬件是CPU111。
调度顺序决定部111e参照器件结构表11e及处理时间信息表11f，决定应将CPU111的硬件资源分时地分配的虚拟装置VM的切换顺序。
具体而言，调度顺序决定部111e对于虚拟装置VM的切换顺序的全部的候补，判定第一及第二核110a、110b间的迁移的有无、上下文切换前后的虚拟装置VM使用的第一～第三物理器件113a、113b、113c的设定变更的需要与否。并且，调度顺序决定部111e参照处理时间信息表11f，确定第一～第三物理器件113a、113b、113c的寄存器值的变更涉及的处理时间及迁移涉及的处理时间的总和成为最小的虚拟装置VM的切换顺序。并且，调度顺序决定部111e将表示决定的虚拟装置VM的切换顺序的日程信息向调度器111b赋予。
调度器111b取得从调度顺序决定部111e输出的日程信息，执行按照取得的日程信息表示的虚拟装置VM的切换顺序来切换虚拟装置VM的处理。
如以上所述，根据器件设定存储部111a、调度器111b、器件设定管理部111c、执行判定部111d及调度顺序决定部111e，在切换虚拟装置VM而分配CPU111的硬件资源时，考虑第一～第三物理器件113a、113b、113c的寄存器值的变更涉及的处理负载、迁移涉及的处理负载而以该处理负载减小的方式进行虚拟装置VM的调度，能够有效地切换。
图8是表示调度处理次序的流程图，图9是表示调度中途的状态的说明图，图10是表示处理负载的关系的图表，图11是表示调度方法的说明图。
处理器10在使非定期地动作的虚拟装置VM(以下，称为虚拟装置VMa)动作的情况下，执行以下的处理。图10中，横向箭头表示时间的流动。VM0、VM1、VM2、VM3表示向第一及第二核110a、110b分配的要求响应性的虚拟装置VM，表示每规定周期地定期执行各装置涉及的处理的情况。第一核110a每规定周期地执行由VM0及VM2表示的两个虚拟装置VM涉及的处理。第二核110b每规定周期地执行由VM1及VM3表示的两个虚拟装置VM涉及的处理。
标注了阴影的部分表示虚拟装置VM的上下文切换、第一～第三物理器件113a、113b、113c的寄存器值的设定变更涉及的处理。
虚拟装置VMa是对于具有执行处理的余力的第一及第二核110a、110b非定期地分配的不要求响应性的虚拟装置VM。在图9中，第一及第二核110a、110b都具有余力，因此需要决定应利用哪个核执行虚拟装置VMa并进行调度。
以下，说明决定虚拟装置VMa的上下文切换目的地的处理。首先，处理器10向作为变量的核号码N代入1(步骤S111)。接下来，处理器10判定变量N是否为处理器10的核数以下(步骤S112)。在判定为变量N为核数以下的情况下(步骤S112：是)，处理器10算出考虑了虚拟装置VM的迁移及第一～第三物理器件113a、113b、113c的设定变更涉及的处理负载的上下文切换等处理时间(步骤S113)。
具体而言，处理器10通过参照器件结构表10e，如图10所示，能够确定迁移的有无和第一～第三物理器件113a、113b、113c的寄存器值的变更的需要与否。并且，处理器10通过参照处理时间信息表11f来确定迁移及寄存器值的设定变更所需的处理时间，能够算出向第一核110a或第二核110b的上下文切换所需的处理时间的总和作为上下文切换等处理时间。
并且，处理器10判定通过步骤S113算出的上下文处理时间是否最短(步骤S114)。处理器10按照多个核的每一个来执行步骤S112～步骤S116的处理而算出上下文处理时间，在步骤S114中，判定本次算出的上下文处理时间是否为到目前为止反复通过处理算出的上下文处理时间中的最短的上下文处理时间。
在判定为最短的上下文处理时间的情况下(步骤S114：是)，处理器10将变量N表示的第一核110a或第二核110b一次存储作为接下来执行虚拟装置VM的上下文切换目的地的核(步骤S115)。
在结束了步骤S115的处理的情况下，或者在步骤S114中判定为上下文切换等处理时间不是最短的情况下(步骤S114：否)，处理器10将变量N加1，使处理返回步骤S112。
在步骤S112中，在判定为变量N不是核数以下的情况下(步骤S112：否)，处理器10将上下文切换等处理时间最短的核决定为上下文切换目的地的核(步骤S117)。并且，处理器10将虚拟装置VM的上下文切换目的地的第一核110a或第二核110b进行日程登记(步骤S118)，结束处理。
在图10所示的例子中，向第一核110a的上下文切换等处理时间为T1，向第二核110b的上下文切换等处理时间为T2。作为一例，在此，T1大于T2。需要说明的是，T1及T2只要是表示处理时间的长短的数据即可，其单位及表现方法没有特别限定，只要能够将处理时间进行比较即可，不需要保存处理时间的绝对值。
在该情况下，处理器10选择上下文切换处理时间最短的第二核110b作为上下文切换目的地的核，进行日程登记。在通过第二核110b执行虚拟装置VMa的情况下，处理负载小，能够有效地进行上下文切换。
如以上所述，根据实施方式的车载计算机1、计算机执行方法及计算机程序11d，能够以对第一～第三物理器件113a、113b、113c的寄存器值进行设定变更及迁移所涉及的处理时间的总和成为最短的方式有效地决定虚拟装置VM的上下文切换目的地。
需要说明的是，在本实施方式中，说明了参照处理时间信息表11f来算出第一～第三物理器件113a、113b、113c的设定变更及迁移的处理所需的处理时间的例子，但是也可以基于器件结构表11e的信息来评价处理成本的大小，决定上下文切换目的地的核。
例如，在需要迁移及器件设定变更这双方的情况下，将处理负载评价为最大。在不需要迁移及器件设定变更这双方的情况下，将处理负载评价为最小。在需要迁移及器件设定变更中的一方的情况下，将处理负载评价为中等程度。但是，不需要器件设定变更而需要迁移时的处理负载评价为比不需要迁移而需要器件设定变更时的处理负载小。处理器10以规定的规则库来评价处理负载的大小，能够决定上下文切换目的地的核。
另外，处理器10在使优先度高的虚拟装置VM以规定周期定期地动作的基础上，对于优先度低的虚拟装置VM，能够考虑迁移的有无、第一～第三物理器件113a、113b、113c的寄存器值的变更量，决定虚拟装置VM的上下文切换目的地。
此外，处理器10通过参照器件结构表11e，能够决定第一～第三物理器件113a、113b、113c的寄存器值的变更所需的处理成本与使虚拟装置VM动作的所述核的变更所需的处理成本的总和成为最小的上下文切换目的地。
此外，处理器10能够决定第一～第三物理器件113a、113b、113c的寄存器值的变更所需的处理时间与使虚拟装置VM动作的核的变更所需的处理时间的总和成为最小的上下文切换目的地。
需要说明的是，在本实施方式中，说明了使用Hypervisor型的虚拟化操作系统11a构筑虚拟环境的例子，但是也可以使用主机OS型的虚拟化软件，即在基本OS上动作的虚拟化软件来构筑虚拟环境。
另外，在实施方式中，说明了器件结构表11e的内容固定的情况，但是多个虚拟装置VM使用的第一～第三物理器件113a、113b、113c的寄存器值可以动态地变更。在该情况下，处理器10在进行上下文切换时，可以使第一～第三物理器件113a、113b、113c的寄存器值退避，通过将上次退避的设定值设定于寄存器114a、114b、114c来进行复原。
符号说明
1车载计算机
2单独ECU
3 设备
4 车外通信装置
5 显示装置
10 处理器
110a 第一核
110b 第二核
11 存储部
11a 虚拟化操作系统
11b客户OS
11c 控制程序
11d 计算机程序
11e 器件结构表
11f 处理时间信息表
12 通信部
13输入输出I/F
40天线
111CPU
111a 器件设定存储部
111b 调度器
111c 器件设定管理部
111d 执行判定部
111e 调度顺序决定部
112RAM
112a 器件结构表
113a 第一物理器件
113b 第二物理器件
113c 第三物理器件
114a、114b、114c寄存器
115 计时部
121 车载通信线
VM 虚拟装置
C 车辆。

Claims (7)

1.一种车载计算机，具备物理资源，该物理资源包括具有多个核的处理器及具有寄存器的物理器件，所述车载计算机通过将该物理资源分时地分配而生成多个虚拟装置，其中，
所述处理器使所述多个虚拟装置中的一部分的所述虚拟装置在所述多个核分别以规定周期定期地动作，并使其他的所述虚拟装置非定期地动作，
所述处理器至少存储使所述其他的虚拟装置动作的所述核，
所述处理器在接下来使所述其他的虚拟装置动作的情况下，基于使所述其他的虚拟装置动作的所述核的变更的有无和所述物理器件的寄存器值的变更量，决定使所述其他的虚拟装置动作的所述核。
2.根据权利要求1所述的车载计算机，其中，
所述处理器在所述规定周期使所述一部分的虚拟装置动作之后，使所述其他的虚拟装置动作。
3.根据权利要求1或2所述的车载计算机，其中，
所述车载计算机具备器件结构表，该器件结构表包含对所述多个虚拟装置分别使用的所述物理器件设定的寄存器值和表示使所述多个虚拟装置动作的所述核的信息，
所述处理器参照所述器件结构表，将所述物理器件的寄存器值的变更所需的处理成本与使所述虚拟装置动作的所述核的变更所需的处理成本的总和成为最小的所述核决定为使所述其他的虚拟装置动作的所述核。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的车载计算机，其中，
所述车载计算机具备存储部，所述存储部存储有所述物理器件的寄存器值的变更所需的处理时间和使所述虚拟装置动作的所述核的变更所需的处理时间，
所述处理器将所述物理器件的寄存器值的变更所需的处理时间与使所述虚拟装置动作的所述核的变更所需的处理时间的总和成为最小的所述核决定为使所述其他的虚拟装置动作的所述核。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的车载计算机，其中，
定期地动作的所述虚拟装置是对相当于ASIL(Automotive Safety Integrity Level)的功能或数据进行处理的装置，
非定期地动作的所述虚拟装置是对相当于QM(Quality Management)等级的功能或数据进行处理的装置。
6.一种计算机执行方法，
车载计算机具备物理资源，该物理资源包括具有多个核的处理器及具有寄存器的物理器件，所述车载计算机通过将该物理资源分时地分配而生成多个虚拟装置，
所述车载计算机使所述多个虚拟装置中的一部分的所述虚拟装置在所述多个核分别以规定周期定期地动作，并使其他的所述虚拟装置非定期地动作，
所述车载计算机至少存储使所述其他的虚拟装置动作的所述核，
所述车载计算机在接下来使所述其他的虚拟装置动作的情况下，基于使所述其他的虚拟装置动作的所述核的变更的有无和所述物理器件的寄存器值的变更量，决定使所述其他的虚拟装置动作的所述核。
7.一种计算机程序，
车载计算机具备物理资源，该物理资源包括具有多个核的处理器及具有寄存器的物理器件，所述车载计算机通过将该物理资源分时地分配而生成多个虚拟装置，
所述计算机程序用于使所述车载计算机执行如下处理：
使所述多个虚拟装置中的一部分的所述虚拟装置在所述多个核分别以规定周期定期地动作，并使其他的所述虚拟装置非定期地动作；
至少存储使所述其他的虚拟装置动作的所述核；及
在接下来使所述其他的虚拟装置动作的情况下，基于使所述其他的虚拟装置动作的所述核的变更的有无和所述物理器件的寄存器值的变更量，决定使所述其他的虚拟装置动作的所述核。
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