DE102006048172A1

DE102006048172A1 - Elektronisches System

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Publication number: DE102006048172A1
Application number: DE200610048172
Authority: DE
Inventors: Juergen Sauler; Reinhard Weiberle; Bernd Mueller; Udo Schulz; Matthias Knauss; Rolf Kurrer; Yorck Collani; Rainer Gmehlich
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-10-10
Filing date: 2006-10-10
Publication date: 2008-04-17
Also published as: WO2008043652A2; WO2008043652A3; EP2082296A2

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft ein System mit mehreren Ausführungseinheiten, wobei mindestens eine Ausführungseinheit (2A) Programme ereignisgesteuert ausführt und mindestens eine andere Ausführungseinheit (2B) Programme nur zeitgesteuert ausführt.

Description

Die Erfindung betrifft ein System mit mehreren Ausführungseinheiten, welche sich insbesondere zur Steuerung eines Motors eignet.
Elektronische Systeme können mehrere integrierte Ausführungseinheiten aufweisen. Bei den Ausführungseinheiten kann es sich dabei um einen vollständigen Mikroprozessor, eine CPU (Central Processing Unit) oder auch um eine Berechnungseinheit, wie beispielsweise eine Gleitpunktberechnungseinheiten FPU (Floating Point Unit) oder um eine arithmetisch logische Berechnungseinheit ALU (Arithmetic Logic Unit) handeln. Weitere mögliche Ausführungseinheiten sind digitale Signalprozessoren oder Co-Prozessoren. So genannte Dual-Core-Systeme verfügen über zwei Rechnerkerne bzw. Cores, die auf einem Chip integriert sind. Bei Dual-Core-Rechnerarchitekturen können die Rechnerkerne gleichzeitig verschiedene Programme ausführen. Bei derartigen Systemen können die Ausführungseinheiten entweder identisch aufgebaut sein oder auch unterschiedlich. Beispielsweise gibt es Systeme mit mehreren Ausführungseinheiten, die neben einem Multi-Purpose bzw. allgemein einsetzbaren Rechnerkern einen dezidierten Rechnerkern, beispielsweise einen digitalen Signalprozessor DSP zur Signalverarbeitung, aufweisen. Derartige Dual- bzw. Mehr-Core-Rechnerarchitekturen zeichnen sich durch eine sehr geringe Leistungsaufnahme aus, sodass auch die erzeugte Wärmeleistung geringer ist. Darüber hinaus weisen Systeme mit mehreren Ausführungseinheiten im Vergleich zu Single-Core-Systemen, die eine Performanz- bzw. Leistungserhöhung durch eine Taktfrequenzerhöhung erzielen, eine geringere elektromagnetische Abstrahlung auf.
Man unterscheidet zwischen zeitgesteuerten und ereignisgesteuerten Systemen. Beispielsweise gibt es ereignisgesteuerte Bussysteme wie CAN oder zeitgesteuerte Bussysteme. Ereignisgesteuerte Bussysteme eignen sich durch eine hohe Flexibilität aus und können vielseitig eingesetzt werden. Bei hohen Lasten ist das Verhalten eines ereignisgesteuerten Bussystems bezüglich einer über den Bus übertragenen Nachricht ohne ein ausgereiftes Scheduling nicht gut vorhersagbar. Daher wird bei sicherheitsrelevanten Anwendungspro grammen, die Nachrichten über einen Bus übertragen, meist eine zeitgesteuerte Übertragung der Nachrichten, beispielsweise TTP/C, Flexray, TTCAN vorgezogen. Bei einer zeitgesteuerten Übertragung von Nachrichten über dem Bus hängt das Übertragungsverhalten nicht mehr von der Last ab, sodass die Planbarkeit, Vorhersagbarkeit und Übersichtlichkeit des Systems erhöht wird.
Auch auf Betriebssystemebene können Programme zeitgesteuert oder ereignisgesteuert ausgeführt werden. Beispielsweise handelt es sich bei OSEK-Time um einen rein zeitgesteuerten Betriebssystemstandard. Sowohl ereignis- als auch zeitgesteuerte Systeme haben in den jeweiligen Anwendungsfeldern Vor- und Nachteile. In einem Konfliktfall, bei dem eine ereignisgesteuerte Anforderung auf eine zeitgesteuerte Anforderung trifft, werden bei herkömmlichen Systemen Festlegungen getroffen, welche Anforderung eine höhere Priorität aufweist und somit zuerst bearbeitet wird. Die Anforderung mit der niedrigen Priorität muss dann warten, sodass die jeweilige zeitgesteuerte Strategie oder die ereignisgesteuerte Strategie nicht mehr erfüllt werden kann.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System schaffen, welches die effiziente Ausführung sowohl von zeitgesteuerten als auch ereignisgesteuerten Programmen gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß System mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Die Erfindung schafft ein System mit mehreren Ausführungseinheiten, wobei mindestens eine Ausführungseinheit Programme ereignisgesteuert ausführt und mindestens eine andere Ausführungseinheit Programme zeitgesteuert ausführt.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems werden die Ausführungseinheiten durch einen Mikroprozessor, einen Co-Prozessor, eine arithmetisch logische Einheit ALU, einen digitalen Signalprozessor DSP, oder durch eine Gleitpunktberechnungseinheit FPU (Floating Point Unit) gebildet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems werden die darauf auszuführenden Programme derart gekennzeichnet, dass erfassbar ist, ob sie ereignisgesteuert oder zeitgesteuert auszuführen sind.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems werden Interrupts bei der zeitgesteuerten Ausführung des Programms blockiert.
Bei einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems werden Interrupts bei der zeitgesteuerten Ausführung des Programms nicht blockiert.
Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems wird dieses durch ein Dual-Core-System mit zwei Ausführungseinheiten gebildet.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems weist das Mehrprozessorsystem mindestens drei Ausführungseinheiten auf.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems führen mindestens zwei Ausführungseinheiten der drei Ausführungseinheiten in einem Vergleichs-Betriebsmodus (VM) gleichzeitig das gleiche Programm aus.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems wird das Programm durch mindestens zwei Ausführungseinheiten gleichzeitig zeitgesteuert ausgeführt.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems ist eine Umschalt- und eine Vergleichsschaltung vorgesehen, an die alle Ausführungseinheiten angeschlossen sind.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems ist das Mehrprozessorsystem zwischen einem Performanz-Betriebsmodus (PM) und einem Vergleichs-Betriebsmodus (VM) umschaltbar.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems weist dieses eine erste Gruppe von Ausführungseinheiten auf, die jeweils Programme ereignisgesteuert ausführen, und eine zweite Gruppe von Ausführungseinheiten, die jeweils Programme zeitgesteuert ausführen.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems ist eine Gruppe von Ausführungseinheiten unabhängig von der anderen Gruppe von Ausführungseinheiten zwischen einem Performanz-Betriebsmodus (PM) und einem Vergleichs-Betriebsmodus (VM) umschaltbar.
Dabei weisen die beiden Gruppen von Ausführungseinheiten vorzugsweise jeweils mindestens zwei Ausführungseinheiten auf.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems führt die Umschalt- und Vergleichsschaltung in jeder der beiden Gruppen von Ausführungseinheiten, wenn diese in dem Vergleichs-Betriebsmodus (VM) geschaltet sind, eine Mehrheitsentscheidung anhand der von den Ausführungseinheiten dieser Gruppe abgegebenen Signale durch und schaltet dasjenige Signal zur weiteren Datenverarbeitung durch, das die geringste Signalabweichung zu den übrigen, von den Ausführungseinheiten dieser Gruppe abgegebenen Signale aufweist.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems führt eine in einem Vergleichs-Betriebsmodus VM betriebene Ausführungseinheit deren Ausgangssignale eine hohe Signalabweichung zu den übrigen Ausführungseinheiten derselben Gruppe von abgegebenen Ausgangssignalen aufweist, anschließend in einem Performanz-Betriebsmodus PM einen Selbsttest aus.
Dabei wird die Ausführungseinheit vorzugsweise deaktiviert, wenn der Selbsttest ergibt, dass diese Ausführungseinheit fehlerhaft ist.
Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems bildet eine bei der ereignisgesteuerten Ausführung eines Programms erreichte vorbestimmte Winkelstellung einer Motorkurbelwelle ein auslösendes Ereignis.
Das erfindungsgemäße System ist insbesondere zur Steuerung eines Motors verwendbar.
Bei dem Motor kann es sich beispielsweise um einen Elektromotor oder um einen Verbrennungsmotor handeln.
Im Weiteren werden bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Systems unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren zur Erläuterung erfindungswesentlicher Merkmale beschrieben.
Es zeigen:
1: ein Blockschaltbild einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems;
2: ein Dual-Core-System zur Darstellung einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems;
3: ein Dual-Core-System zur Darstellung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems;
4: ein Dual-Core-System zur Darstellung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems.
Wie man aus 1 erkennen kann, ist eine Umschalt- und Vergleichsschaltung 1 eingangsseitig an N+1 Ausführungseinheiten 2 angeschlossen und erhält logische Eingangssignale E₀, E₁, E₂, E₃...E_N von den Ausführungseinheiten 2-i. Die Umschalt- und Vergleichseinheit 1 enthält eine Vergleichslogik 1A und eine Schaltlogik 1B.
Das in 1 dargestellte System 3 bzw. Mehrprozessorsystem kann in mindestens zwei Betriebmodi betrieben werden. In einem ersten Betriebsmodus zur Leistungssteigerung, der auch als Performanz-Betriebsmodus PM bezeichnet wird, verarbeiten die Ausführungseinheiten 1-i bzw. Cores parallel unterschiedliche Programme bzw. Tasks. Bei den Ausführungseinheiten 2-i kann es sich um beliebige Ausführungseinheiten 2-i zur Ausführung einer Berechnungsanweisung, beispielsweise um einen Prozessor, eine Gleitpunktberechnungseinheit FPU, einen digitalen Signalprozessor DSP, einen Co-Prozessor oder um eine arithmetisch logische Berechnungseinheit ALU handeln. Die Abarbeitung der Programme durch die verschiedenen Ausführungseinheiten 2-i im Performanz-Modus PM kann synchron oder asynchron durchgeführt werden. Im Leistungsmodus erfolgt keine redundante Bearbeitung, sondern die Ausführungseinheiten 2-i führen verschiedene Berechnung bzw. Programme parallel durch. Im reinen Performanz-Betriebsmodus PM werden alle Eingangssignale E_i auf entsprechende Ausgangssignale A_i geschaltet bzw. geleitet.
Neben dem Einsatz eines höher performanten Berechnungssystems besteht der zweite Grund für eine Multi-Core-Architektur darin, die Sicherheit der Signalverarbeitung zu steigern, indem mehrere Ausführungseinheiten 2-i redundant das gleiche Programm abarbeiten. In diesem zweiten Betriebsmodus, der auch als Sicherheitsmodus bzw. Safety Mode oder Vergleichs-Betriebsmodus VM bezeichnet wird, werden die Ergebnisse bzw. logischen Ausgangssignale der Ausführungseinheiten durch die Umschalt- und Vergleichsschaltung 1 miteinander verglichen, sodass ein aufgetretener Fehler bzw. eine Signalabweichung durch einen Vergleich auf Übereinstimmung erkannt werden kann. Im reinen Vergleichs-Betriebsmodus VM werden daher alle Eingangssignale E_i auf nur genau ein einziges Ausgangssignal A_i geleitet bzw. abgebildet. Mischformen sind möglich. In der konfigurierbaren Schaltlogik 1B wird angegeben, wie viele Ausgangsanschlüsse bzw. Ausgangssignale A_i vorgesehen sind. Weiterhin wird in der Schaltlogik 1B abgelegt, welche Eingangssignale E_i zu welchem der Ausgangssignale A_i beitragen. In der Schaltlogik 1B ist somit eine Abbildungsfunktion abgelegt, die Eingangssignale E_i verschiedenen Ausgangssignalen A_i zuordnen.
Die Verarbeitungslogik 1A legt bei jedem Ausgangssignal A_i fest, in welcher Form die Eingangssignale zu dem jeweiligen Ausgangssignal beitragen. Beispielsweise wird das Ausgangssignal A₀ durch die Eingangssignale E₁, ..., E_N erzeugt. Für M = 1 entspricht dies einfach einer Durchschaltung eines Eingangssignals. Für M = 2 werden zwei Eingangssignale E₁, E₂ miteinander verglichen. Dieser Vergleich kann synchron oder asynchron durch die Schaltung 1 durchgeführt werden. Dabei kann der Vergleich bitweise erfolgen oder alternativ werden nur signifikante Bits miteinander verglichen. Bei M ≥ 3 bestehen verschiedene Möglichkeiten. Eine erste Möglichkeit besteht darin, dass alle Signale miteinander verglichen werden und bei Vorhandensein mindestens zweier verschiedener Werte ein Fehler detektiert wird, der optional durch die Umschalt- und Vergleichsschaltung 1 signalisiert wird. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass eine K aus m-Auswahl vorgenommen wird, wobei K > M/2 ist. Dies wird bei einer Ausführungsform durch das Vorsehen von Vergleichern bzw. Komparatoren realisiert. Dabei wird optional ein erstes Fehlersignal generiert, wenn eines der Eingangssignale als abweichend von den anderen Eingangssignalen erkannt wird. Bei einem von dem ersten Fehlersignal verschiedenen zweiten Fehlersignal können alle drei Eingangssignale voneinander abweichen. Bei einer weiteren Ausführungsform werden die Eingangssignalwerte einer weiteren Berechnungseinheit zugeführt, die beispielsweise einen Mittelwert oder einen Medianwert berechnet bzw. einen fehlertoleranten Algorithmus FTA durchführt. Bei einem fehlertoleranten Algorithmus werden die Extremwerte der Eingangssignalwerte gestrichen bzw. ignoriert und eine Mittlung über die restlichen Signalwerte vorgenommen. Bei einer Ausführungsform erfolgt die Mittlung über die gesamte Menge der restlichen Signalwerte. Bei einer alternativen Ausführungsform erfolgt eine Mittelung über eine in der Hardware leicht zu bildende Teilmenge der verbleibenden Signalwerte. Während bei der Mittelwertbildung lediglich eine Addition und eine Division vorgenommen werden müssen, erfordern FTM, FTA oder die Medianwertbildung teilweise eine Sortierung der Eingangssignalwerte. Bei einer Ausführungsform wird bei hinreichend großen Signalabweichungen bzw. Extremwerten optional ein Fehlersignal ausgegeben bzw. angezeigt. Die verschiedenen genannten Möglichkeiten zur Signalverarbeitung zu einem Signal stellen Vergleichsoperationen dar. Die Verarbeitungslogik 1A legt die genaue Gestaltung der vorzunehmenden Vergleichsoperation für jedes Ausgangssignal A_i und somit auch für die Eingangssignale E_i fest. Die Kombination der Informationen innerhalb der Schaltlogik 1B, d. h. die Zuordnungsfunktion der in der Verarbeitungslogik 1A angegebenen Vergleichsoperation pro Ausgangssignal bzw. pro Funkti onswert stellt eine Betriebsmodusinformation dar und legt den Betriebsmodus fest. Diese Information ist in der Regel mehrwertig und wird durch mehr als ein logisches Bit dargestellt. Für den Fall, dass nur zwei Ausführungseinheiten 2-i vorgesehen ist und somit nur ein Vergleichsmodus existiert, kann die gesamte Information in dem Betriebsmodus auf ein einziges logisches Bit kompensiert werden.
Eine Umschaltung des Systems 3 von dem Performanz-Betriebsmodus PM in einen Vergleichs-Betriebsmodus VM erfolgt im Allgemeinen dadurch, dass die Ausführungseinheiten 2-i, die in dem Performanz-Betriebsmodus PM auf verschiedene Signalausgänge abgebildet bzw. durchgeschaltet sind, in dem Vergleichsbetriebsmodus VM auf den gleichen Signalausgang abgebildet bzw. durchgeschaltet werden. Vorzugsweise wird dies dadurch realisiert, dass eine Teilmenge von Ausführungseinheiten 2-i vorgesehen werden, bei denen im Performanz-Betriebsmodus PM alle Eingangssignale E_i, die in der Teilmenge zu berücksichtigen sind, direkt auf korrespondierende Ausgangssignale A_i geschaltet werden, während die Eingangssignale in dem Vergleichsmodus VM alle auf einen einzigen Signalausgang abgebildet bzw. an diesen durchgeschaltet werden. Alternativ kann eine Umschaltung dadurch realisiert werden, dass Paarungen geändert werden.
Zwischen den verschiedenen Betriebsmodi kann, über die Software gesteuert, dynamisch im laufenden Betrieb umgeschaltet werden. Ausgelöst wird die Umschaltung bei einer Ausführungsform über die Ausführung von speziellen Umschaltbefehlen bzw. Umschaltinstruktionen, speziellen Instruktionssequenzen, explizit gekennzeichneten Instruktionen oder durch den Zugriff auf bestimmte Adressen durch mindestens eine der Ausführungseinheiten 2-i des Systems 3.
Die Umschaltung zwischen dem Sicherheitsmodus VM, in dem eine redundante Abarbeitung und Prüfung erfolgt und den Leistungs- bzw. Performanz-Betriebsmodus PM, bei dem eine Leistungssteigerung durch separate Programmabarbeitung erreicht wird, erfolgt durch die Umschalteinrichtung 1. Bei einer Ausführungsform erfolgen zur Umschaltung eine Kennzeichnung der Programme, Anwendungsprogramme, Programmteile oder auch der Programmbefehle durch eine Kennung, durch welche erkennbar ist, ob diese Programmbefehle sicherheitsrelevant sind, d. h. in dem Vergleichsbetriebsmodus VM abgearbeitet werden müssen, oder dem Leistungs- bzw. Performanz-Betriebsmodus PM zugänglich gemacht werden können. Die Kennzeichnung kann durch ein Bit in dem Programmbefehl erfolgen. Alternativ kann durch einen speziellen Programmbefehl die darauf folgende Sequenz gekennzeichnet werden.
Im Vergleichsbetriebsmodus VM dauert die Berechnung der Ergebnisse bzw. Ausgangssignale der Ausführungseinheiten 2-i bei synchroner Abarbeitung auf den verschiedenen Ausführungseinheiten 2-i gleich lang. Die Ergebnisse stehen dann im Sicherheitsbetriebsmodus VM bei synchroner Abarbeitung der Umschalteinrichtung 1 gleichzeitig zur Verfügung. Stimmen die Ergebnisse überein, so werden die entsprechenden Daten freigegeben. Bei einer Signalabweichung erfolgt eine vorgegebene Fehlerreaktion.
Befindet sich das System 3 im Performanzbetriebsmodus PM, werden die Programme parallel abgearbeitet und Komparatoren bzw. Vergleiche innerhalb der Umschalt- und Vergleichsschaltung 1 werden nicht angesteuert.
2 zeigt eine mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems 3. Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform weist das System 3 ein Dual-Core-System mit zwei Ausführungseinheiten 2A, 2B auf. Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform führt die Ausführungseinheit 2A Programme ausschließlich ereignisgesteuert (ET: Event Triggered) aus und die andere Ausführungseinheit 2B führt Programme ausschließlich zeitgesteuert (TT: Time Triggered) aus. Die beiden Ausführungseinheiten 2A, 2B sind an eine Umschalt- und Vergleichsschaltung 1 angeschlossen, die im Detail in Zusammenhang mit 1 beschrieben ist. Bei den Ausführungseinheiten 2A, 2B kann es sich um einen Mikroprozessor, einen Co-Prozessor, eine arithmetisch logische Einheit ALU, ein digitalen Signalprozessor DSP, eine Gleitpunktberechnungseinheit FPU oder um eine beliebige Berechnungseinheit handeln. Die auf den Cores bzw. Ausführungseinheiten 2A, 2B laufenden Programme bzw. Tasks sind derart gekennzeichnet, dass erfassbar ist, ob sie jeweils ereignisgesteuert oder zeitgesteuert auszuführen sind. Bei den Programmen kann es sich um Anwendungsprogramme oder um Programme des Betriebssystems BS handeln. Bei dem erfindungsgemäßen Mehrprozessorsystem 3, wie es in 2 dargestellt ist, läuft beispielsweise ein erster Teil des Betriebssystems BS auf der Ausführungseinheit 2A, während ein anderer Teil des Betriebssystems BS auf der Ausführungseinheit 2B ausgeführt wird. Vorzugsweise wird für jede Ausgabe bzw. Thread bzw. Task bzw. Prozess offline festgelegt, ob er ereignisgesteuert bzw. event triggered ET oder zeitgesteuert bzw. time triggered TT abzulaufen hat. Die Menge der Prozesse bzw. Programme wird aufgeteilt, nämlich in Programme, die ereignisgesteuert sind und in Programme, die zeitgesteuert sind. Wenn online ein Programm bzw. ein Prozess zum Scheduling bzw. zur Zuweisung zu einem Prozessorkern ansteht, wird geprüft, zu welcher Art von Programmen der Prozess gehört. Bei einer möglichen Ausführungsform wird anhand einer bei dem Programm vorgesehenen Kennung festgestellt, ob dieses Programm bzw. dieser Programmteil bzw. dieser Task ereignisgesteuert oder zeitgesteuert auszuführen ist. Ein ereignisgesteuert auszuführender Programmteil wird bei der in 2 dargestellten Ausführungsform der Ausführungseinheit 2A und ein zeitgesteuerter Programmteil der Ausführungseinheit 2B zugewiesen.
Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems 3 werden auch Interrupts, die in dem System auftreten können, offline den verschiedenen Betriebsmodi zugeordnet. Gegebenfalls sind diese Interrupts-bestimmten Programme bzw. Tasks funktionell zugeordnet, sodass vorzugsweise eine entsprechende Zuordnung auch für die Ausführungseinheiten 2 erfolgt.
Bei einer möglichen Ausführungsform werden bei einer zeitgesteuerten Ausführung eines Programms für eine Ausführungseinheit Interrupts blockiert.
Bei einer weiteren Ausführungsform werden lediglich Zeit-Interrupts bei der zeitgesteuerten Ausführung eines Programms zugelassen.
Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform handelt es sich bei dem System 3 um ein Dual-Core-System mit zwei Ausführungseinheiten 2A, 2B. Bei weiteren Ausführungsformen weist das System 3 mindestens drei Ausführungseinheiten 2 auf. Dabei führen mindestens zwei Ausführungseinheiten 2 von drei Ausführungseinheiten in einem Vergleichs-Betriebmodus VM vorzugsweise das gleiche Programm aus. Bei einer möglichen Ausführungsform wird das von den beiden Ausführungseinheiten 2 gleichzeitig ausgeführte Programm zeitgesteuert ausgeführt.
Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems 3 weist das System 3 eine erste Gruppe von Ausführungseinheiten 2 auf, die jeweils Programme ereignisgesteuert ausführen und eine zweite Gruppe von Ausführungseinheiten 2, die jeweils Programme zeitgesteuert ausführen. Beispielsweise weist jede Gruppe ihrerseits zwei Ausführungseinheiten 2 auf, sodass das System 3 bei dieser Ausführungsform insgesamt vier Ausführungseinheiten 2 enthält.
Dabei ist vorzugsweise die erste Gruppe von Ausführungseinheiten 2 unabhängig von der zweiten Gruppe von Ausführungseinheiten 2 zwischen einem Performanz-Betriebsmodus PM und einem Vergleichs-Betriebsmodus VM umschaltbar. Beispielsweise arbeiten zwei Ausführungseinheiten 2 der ersten Gruppe von Ausführungseinheiten 2 in einem Performanz-Betriebsmodus PM unabhängig voneinander an verschiedenen Programmen, während die Ausführungseinheiten 2 der anderen Gruppe gleichzeitig im Vergleichsbetriebsmodus VM das gleiche Programm abarbeiten. Die Gruppe von Ausführungseinheiten 2 weist bei einer bevorzugten Ausführungsform jeweils mindestens zwei Ausführungseinheiten 2 auf. Die Ausführungseinheiten 2 sind an die Umschalt- und Vergleichsschaltung 1 angeschlossen. Wenn die Ausführungseinheiten 2 in dem Vergleichs-Betriebsmodus VM geschaltet sind, führt die Umschalt- und Vergleichsschaltung 1 vorzugsweise eine Mehrheitsentscheidung anhand der von den Ausführungseinheiten 2 dieser Gruppe abgegebenen Signale durch und schaltet dasjenige Signal zur weiteren Datenverarbeitung durch, das die geringste Signalabweichung zu den übrigen von den Ausführungseinheiten 2 dieser Gruppe abgegebenen Signale aufweist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform führt eine in dem Vergleichs-Betriebsmodus VM betriebene Ausführungseinheit 2 deren Ausgangssignal eine hohe Signalabweichung zu den übrigen Ausführungseinheiten 2 derselben Gruppe von abgegebenen Ausgangssignalen aufweist, anschließend in einem Performanz-Betriebsmodus PM einen Selbsttest aus. Ergibt dieser Selbsttest, dass die Ausführungseinheit 2 tatsächlich fehlerhaft ist, wird diese bei einer möglichen Ausführungsform anschließend deaktiviert.
Das erfindungsgemäße System 3 eignet sich insbesondere für eine Motorsteuerung. Bei einer Motorsteuerung gibt es einerseits vorwiegend zeitgesteuerte Prozesse bzw. Programme, die in einem festen Zeitraster ablaufen, beispielsweise eine Sicherheitsüberwachung oder eine Fahrerwunschabfrage. Andererseits gibt es ereignisgesteuerte Prozesse, insbesondere Prozesse bzw. Programme, die kurbelwellensynchron ablaufen. Die Rotationsgeschwindigkeit einer Kurbelwelle zum Antrieb eines Kolben innerhalb eines Motors ist nicht absolut konstant. Daher ist an der Kurbelwelle ein Sensor, beispielsweise ein Winkelsensor vorgesehen, der den Drehwinkel der Kurbelwelle angibt. Erreicht die Kurbelwelle eine vorgegebene Winkelstellung, löst der Winkelsensor einen Interrupt aus, der ein Ereignis darstellt. Bei der ereignisgesteuerten Ausführung eines Programms und bei Eintreten des Ereignisses wird das Programm bzw. die Task getriggert bzw. deren Ausführung ausgelöst. Ein weiteres Beispiel für derartige Ereignisse ist beispielsweise ein Flag, welches durch ein Programm ausgegeben wird, um anzuzeigen, dass das Programm fertig ist. Derartige Ereignisse können einen Software- bzw. Hardware-Interrupt auslösen.
Bei der zeitgesteuerten Ausführung eines Programms wird ein Programm dann gestartet bzw. ausgelöst, wenn eine Systemuhr einen bestimmten Zeitwert erreicht. Bei einer derartigen zeitgesteuerten Ausführung eines Programms erfolgt die Ausführung der Programme in der Regel periodisch. Beispielsweise werden alle 1 ms bestimmte Sensoren ausgelesen, alle 10 ms ein Steuerprogramm für einen Aktor aufgerufen, alle 20 ms ein Überwachungsprogramm aufgerufen und alle 40 ms ein Temperatursensor ausgelesen. Die längste Perioden dauer beträgt beispielsweise 40 ms, sodass sich die Programmaufrufe alle 40 ms wiederholen.
Durch das erfindungsgemäße System 3 ist es möglich, ereignisgesteuerte Programme von zeitgesteuerten Programmen zu entkoppeln. Es ist insbesondere möglich, sicherzustellen, dass eine logisch aufeinander folgende Sequenz von kurbelwellensynchronen Prozessen bzw. ereignisgetriggerten Programmen nicht durch zeitgesteuerte Programme unterbrochen werden, sodass die Anzahl von Taskwechseln einschließlich der dazu benötigten Verwaltungszeit minimiert wird. Umgekehrt wird mit dem erfindungsgemäßen System 3 sichergestellt, dass eine logisch aufeinander folgende Sequenz von zeitgesteuerten Programmen bzw. Prozessen nicht durch kurbelwellensynchrone Prozesse unterbrochen werden. Hierdurch wird der benötigte Aufwand zur Verwaltung der Programmwechsel minimiert und der eingesparte Verwaltungsaufwand kann effektiv für einen Performanz- bzw. Leistungsgewinn eingesetzt werden. Darüber hinaus führt das erfindungsgemäße System 3 zu einer Reduzierung der Komplexität, da Konfliktfälle mit all ihren schwer überschaubaren Einzelausprägungen vermieden werden. Dies erleichtert auch die Codierung von Software für das erfindungsgemäße System 3 erheblich.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems 3 werden alle Programme bzw. Tasks im Vergleichsmodus VM auch zeitgesteuert. Das Scheduling löst dann bei Anstehen eines Prozesses bzw. eines Programms, das in dem Vergleichs-Betriebsmodus VM auszuführen ist, auf dem ereignisgetriggerten Teil einen hinreichend hoch priorisierten Interrupt aus, sodass ereignisgetriggerten Ausführungseinheiten 2 den Prozess dann parallel, d. h. im Vergleichs-Betriebsmodus VM ausführen können.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems 3. Bei dieser Ausführungsform führt die erste Ausführungseinheit 2A Programme nicht nur ereignisgesteuert bzw. ereignisgetriggert (ET) aus, sondern führt zusätzlich noch weitere Programmteile aus, die zeitgesteuert (TT) sind. Die andere Ausführungseinheit 2B des in 3 dargestellten Dual-Core-Systems 3 führt Programme zeitgesteuert aus. Eine derartige Ausführungsform wird insbesondere dann eingesetzt, wenn der zeitgesteuerte Anteil der Programme signifikant größer ist, als der ereignisgesteuerte Anteil der Programme. Der relativ geringe Anteil an ereignisgesteuerten Programmen wird durch einen einzige Core bzw. durch eine einzige Ausführungseinheit 2A ausgeführt. Vorzugsweise sind bei dieser Ausführungsform insbesondere diejenigen zeitgesteuerten Programme bzw. Betriebssystemteile durch die Ausführungseinheit 2A ausgeführt, die zu den dort ebenfalls ausgeführten ereignisgetriggerten Programmen passen.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems 3, wobei in diesem Falle die ereignisgetriggerten Programme auf beide Prozessoren bzw. Ausführungseinheiten 2A, 2B aufgeteilt sind, während die zeitgesteuerten Programmteile ausschließlich durch die erste Ausführungseinheit 2A ausgeführt werden. Die in 4 dargestellte Ausführungsform eignet sich insbesondere für Systeme, bei denen der Anteil der ereignisgesteuerten Programme bzw. Tasks wesentlich größer ist als der Anteil der zeitgesteuerten Programmteile.
Das erfindungsgemäße System 3 eignet sich für Anwendungsfälle, in denen Anforderungen sowohl nach zeitgesteuerter als auch nach ereignisgesteuerter Abarbeitung von Programmen vorliegen. Das System 3 wird derart eingesetzt, dass mindestens eine Ausführungseinheit 2 in einem zeitgesteuerten Schema abläuft, während die andere Ausführungseinheit 2 in einem ereignisgesteuerten Schema abläuft. Damit können die beiden Systemstrategien gleichzeitig erfüllt werden, ohne dass eine Strategie eine nachteilige Auswirkung auf die andere Strategie hat.
Das erfindungsgemäße System 3 benötigt keine separate Optimierung des jeweiligen Scheduling-Verfahrens für die zeitgesteuerten und ereignisgesteuerten Programme. Das erfindungsgemäße System 3 ist relativ einfach strukturiert und weniger komplex, da bestimmte Konflikte erst gar nicht auftreten können. Dies führt zu einer Aufwandsreduktion bei der Vielfalt, Wartbarkeit, Nachweisbarkeit und beim Test von Programmen. Durch Trennung in ereignisgesteuerte und zeitgesteuerte Programme wird eine deutliche Reduktion der Anzahl von Taskwechseln erreicht.
Das erfindungsgemäße System 3 eignet sich insbesondere zur Ansteuerung eines Motors. Bei diesem Motor kann es sich beispielsweise um einen Verbrennungsmotor, aber auch um einen Elektromotor handeln.

Claims

System mit mehreren Ausführungseinheiten, wobei mindestens eine Ausführungseinheit (2A) Programme ereignisgesteuert ausführt und mindestens eine andere Ausführungseinheit (2B) Programme ausschließlich zeitgesteuert ausführt.
System nach Anspruch 1, wobei die Ausführungseinheit (2) durch eine CPU, einen Co-Prozessor, eine arithmetisch logische Einheit (ALU), einen digitalen Signalprozessor (DSP), oder eine Gleitpunktberechnungseinheit FPU (Floating Point Unit) gebildet wird.
System nach Anspruch 1, wobei die auszuführenden Programme derart gekennzeichnet sind, dass erfassbar ist, ob sie ereignisgesteuert oder zeitgesteuert auszuführen sind.
System nach Anspruch 1, wobei Interrupts bei der zeitgesteuerten Ausführung eines Programms blockiert werden.
System nach Anspruch 1, wobei Interrupts bei der zeitgesteuerten Ausführung eines Programms nicht blockiert werden.
System nach Anspruch 1, wobei das System ein Dual-Core-System mit zwei Ausführungseinheiten (2A, 2B) ist.
System nach Anspruch 1, wobei das System mindestens drei Ausführungseinheiten (2) aufweist.
System nach Anspruch 6, wobei mindestens zwei Ausführungseinheiten (2) der drei Ausführungseinheiten in einem Vergleichsbetriebsmodus (VM) gleichzeitig das gleiche Programm ausführen.
System nach Anspruch 7, wobei das Programm durch mindestens zwei Ausführungseinheiten (2) gleichzeitig zeitgesteuert ausgeführt wird.
System nach Anspruch 1, wobei eine Umschalt- und Vergleichsschaltung (1) vorgesehen ist, an die alle Ausführungseinheiten (2) angeschlossen sind.
System nach Anspruch 1, wobei das System (3) zwischen einem Performanz-Betriebsmodus (PM) und einem Vergleichsbetriebsmodus (VM) umschaltbar ist.
System nach Anspruch 1, wobei das System (3) eine erste Gruppe von Ausführungseinheiten (2) aufweist, die jeweils Programme ereignisgesteuert ausführen, und eine zweite Gruppe von Ausführungseinheiten (2) aufweist, die jeweils Programme zeitgesteuert ausführen.
System nach Anspruch 12, wobei eine Gruppe von Ausführungseinheiten (2) unabhängig von der anderen Gruppe von Ausführungseinheiten (2) zwischen einem Performanz-Betriebsmodus (PM) und einem Vergleichsbetriebsmodus (VM) umschaltbar ist.
System nach Anspruch 12, wobei jede der beiden Gruppen von Ausführungseinheiten (2) mindestens zwei Ausführungseinheiten aufweist.
System nach Anspruch 14, wobei die Umschalt- und Vergleichsschaltung (1) bei jeder der beiden Gruppen von Ausführungseinheiten (2), wenn diese in den Vergleichs-Betriebsmodus (VM) geschaltet sind, eine Mehrheitsentscheidung anhand der von den Ausführungseinheiten (2) dieser Gruppe abgegebenen Signale durchführt und dasjenige Signal zur weiteren Datenverarbeitung durchschaltet, das die geringste Signalabweichung zu den übrigen von den Ausführungseinheiten (2) dieser Gruppe abgegebenen Signale aufweist.
System nach Anspruch 15, wobei eine in einem Vergleichsbetriebsmodus (VM) betriebene Ausführungseinheit (2) deren Ausgangssignal eine hohe Signalabweichung zu den übrigen Ausführungseinheiten (2) der selben Gruppe von abgegebenen Ausgangssignalen aufweist, anschließend in einem Performanz-Betriebsmodus (PM) einen Selbsttest ausführt.
System nach Anspruch 16, wobei eine Ausführungseinheit (2) deaktiviert wird, wenn der Selbsttest ergibt, dass diese Ausführungseinheit (2) fehlerhaft ist.
System nach Anspruch 1, wobei bei der ereignisgesteuerten Ausführung eines Programms eine vorbestimmte Winkelstellung einer Motorkurbelwelle ein auslösendes Ereignis bildet.
Verwendung des Systems (3) nach Anspruch 1 zur Steuerung eines Motors.
Verwendung des Systems nach Anspruch 19, wobei der Motor durch einen Elektromotor gebildet wird.
Verwendung des Systems nach Anspruch 19, wobei der Motor durch einen Verbrennungsmotor gebildet wird.