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Die Erfindung geht aus von einem Mikrocontroller mit einer Recheneinheit und einer Logikschaltung sowie von einem Verfahren zur Durchführung von Rechnungen durch einen Mikrocontroller für eine Regelung oder eine Steuerung in einem Fahrzeug.
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Rechenintensive mathematische Problemstellungen in Steuergeräten im Automotive-Bereich können vielfältig gelöst werden. Standard-Prozessoren sind im eingebetteten Bereich nicht einsetzbar. Gründe wie hohe Kosten, eingeschränkter Temperaturbereich, schlechte Vorhersagbarkeit und Sicherheitsanforderungen sprechen dagegen. Im eingebetteten Bereich werden daher spezielle Mikrocontroller eingesetzt. Die Berechnung auf diesen Mikrocontrollern ist deutlich langsamer, da in der Regel die Taktfrequenz niedriger ist, weniger Cachespeicher zur Verfügung steht, die Pipelinestufen keine hohe Parallelisierung umsetzen, keine spekulativen Berechnungen erfolgen, etc. Aus diesem Grund werden im eingebetteten Bereich bei hohen Rechenanforderungen Mehrkern-Recheneinheiten oder zusätzliche Digitale Signalprozessoren (DSP) eingesetzt. In der
EP-1456720 ist ein Mehrkern-Systems für den Einsatz im Automotive-Bereich beschrieben. In der
DE-10 2005 022 247 ist ein System-Controller im Automotive-Bereich mit einem digitalen Signalprozessor beschrieben.
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Vorteile der Erfindung
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Die hiermit vorgeschlagene Logikschaltung des Mikrocontrollers kann Berechnungen des Mikrocontrollers durch die Bereitstellung berechneter Exponentialfunktionen durchführen und damit schnellere, günstigere (Kosten und Flächenbedarf), energieeffizientere und zuverlässigere Berechnungen von Aufgaben des Mikrocontrollers ermöglichen, für welche die Berechnung von Exponentialfunktionen eine Teilaufgabe darstellt. Ein besonderer Vorteil ist, dass durch die Auslagerung der Exponentialfunktionberechnungen auf die Logikschaltung die Recheneinheit des Mikrocontrollers von Berechnungen und Zugriffen entlastet wird. Durch die Möglichkeit einer Konfiguration der Logikschaltung kann eine besonders flexible aber weiterhin effiziente Berechnungsunterstützung erreicht werden.
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Da die Logikschaltung als gesonderte Hardwarekomponente außerhalb des Prozessors vorliegt, gibt es keine direkten Abhängigkeiten zu dem Prozessor. Dadurch werden wechselseitige Einflüsse auf die Ausführungsgeschwindigkeit der weiteren Prozessorfunktionen vermieden. Die Ausführung der Software wird nicht direkt beeinflusst. Trotz der eingeschränkten Funktionalität kann die implementierte Funktionalität dennoch möglichst flexibel eingesetzt werden und wird dazu von einem Software-Prozessor gesteuert.
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Des Weiteren können mit dieser Lösung auch harte Echtzeitanforderungen im eingebetteten Bereichs erfüllt werden.
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Weitere Vorteile und Verbesserungen ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche.
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Besonders flexibel kann die Logikschaltung in dem Mikrocontroller eingesetzt werden, wenn sie konfigurierbar ist, zum Beispiel zum Zweck ihrer Konfiguration Konfigurationsdaten aus einem Konfigurationsdatenspeicher lesen kann. Solche Daten können sich darauf beziehen, welche Exponentialfunktion berechnet werden soll, also zum Beispiel die freien Parameter oder Konstanten der Exponentialfunktion betreffen. Auch kann festgelegt sein, dass die Logikschaltung Exponentialfunktionen von Summen berechnet, und die Anzahl der aufzuaddierenden Summanden konfigurierbar vorgesehen sein. Weiterhin kann auch die Summation verschiedener Exponentialfunktionen vorgesehen sein, wobei für jede der aufzusummierenden Exponentialfunktionen die Parameter sowie die Anzahl der aufzusummierenden Exponentialfunktionen konfigurierbar sein kann. Darüber hinaus kann die Konfiguration auch die Art der Berechnung der Exponentialfunktion betreffen, zum Beispiel falls durch die Logikschaltung verschiedene Berechnungswege möglich sind oder falls innerhalb der Logikschaltung zum Beispiel eine Parallelisierung von Berechnungen möglich ist. Optional kann die Logikschaltung auch die aufzusummierenden Werte selbst berechnen, die durch die Berechnung eines inneren Terms gebildet werden.
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Die Konfigurationsdaten können zweckmäßigerweise durch den Mikrocontroller, bzw. durch eine Recheneinheit des Mikrocontrollers, vorzugsweise abhängig von der zu berechnenden Aufgabe oder bestimmten Fahrzeuginformationen, generiert und in einen Konfigurationsdatenspeicher geschrieben werden, auf den die Logikschaltung Zugriff hat. Damit ist die Logikschaltung flexibel auf die zu berechnenden Aufgaben, aber auch auf weitere Bedingungen anpassbar.
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Zur effizienten Umsetzung der Konfiguration kann die Logikschaltung über einen angeschlossenen (lokalen) Speicher verfügen, in welchem die Konfigurationsdaten gespeichert sind.
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Soll der Einsatz eines lokalen Speichers eingespart werden, kann es auch vorteilhaft sein, die Konfigurationsdaten in einem globalen Speicher abzulegen, auf welchen die Logikschaltung zum Beispiel einen direkten Speicherzugriff (DMA) haben kann, um auch in dieser Lösung eine schnelle und zuverlässige Konfiguration zu ermöglichen.
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Besonders vorteilhaft kann der vorgeschlagene Mikrocontroller eingesetzt werden, um auf Basis von Eingangsgrößen und Trainingswerten Ausgangsgrößen durch Bayes'sche Regression zu berechnen, wobei für die Durchführung der Bayes'schen Regression benötigte Exponentialfunktionberechnungen von der spezialisierten Logikschaltung durchgeführt werden. Damit ermöglicht der Mikrocontroller eine effizientere und genauere Steuerung von Fahrzeugfunktionen bei besonders effizienter Ausgestaltung des Mikrocontrollers.
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Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. 1 zeigt schematisch Komponenten eines Mikrocontrollers und deren Verbindung.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In der Beschreibung der vorliegenden Erfindung wird mit Logikschaltung eine reine, insbesondere festverdrahtete, Logikschaltung bezeichnet, welche nicht über einen Software-ausführenden Prozessor verfügt.
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1 zeigt schematisch Komponenten eines Mikrocontrollers und deren Verbindung. Dabei sind eine Recheneinheit bzw. ein Prozessorkern 11 einer Recheneinheit, eine erste globale Speichereinheit 12, eine zweite globale Speichereinheit 13 und eine Logikschaltung 14 jeweils mit der Kommunikationsverbindung 10 verbunden und können über diese jeweils miteinander kommunizieren. Die Kommunikationsverbindung 10 kann zum Beispiel als Bussystem vorgesehen sein. und ist in 1 unterteilt beispielsweise mit einer Busbrücke 16 die Kommunikationsverbindung 10 in zwei getrennte Busse. Die Logikschaltung 14 kann mit einer lokalen Speichereinheit 15 verbunden sein.
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Die globalen Speichereinheiten 12 und 13 können zum Beispiel als RAM- oder FLASH-Speicher ausgestaltet sein. Das Vorsehen von zwei globalen Speichern in 1 ist dabei eine optionale Ausgestaltung. Der lokale Speicher 15 kann beispielsweise als RAM-Speicher oder als Register vorgesehen sein und ist vorzugsweise im globalen Adressbereich sichtbar. Die in 1 gezeigte Busbrücke 16 ist optional. Wie in der folgenden Beschreibung näher ausgeführt kann in einer besonderen Ausführung der Erfindung auch auf den lokalen Speicher 15 verzichtet werden. Die in 1 gezeigten Komponenten des Mikrocontrollers sind nicht als abschließend zu verstehen, insbesondere können auch weitere Prozessorkerne oder gänzlich andere Architekturen vorgesehen sein.
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Die Schaltungsanordnung 14 ist dabei ausgestaltet, eine Exponentialfunktion bzw., da konfigurierbar, verschiedene Exponentialfunktionen und gegebenenfalls die Summe aus Exponentialfunktionen zu berechnen. Sie stellt einen Zustandsautomat dar, der aus einem Eingangsspeicher Eingangsdaten zur Berechnung holt, im Laufe der Berechnung eine Exponentialfunktion berechnet, gegebenenfalls durch eine Ablaufsteuerung in Kommunikation mit der Recheneinheit, bzw. mit dem Prozessorkern 11 des Mikrocontrollers in den erforderlichen Schleifendurchgängen die Summe von Exponentialfunktionen berechnet und dient damit gewissermaßen als Hardware-Beschleuniger bei der Erledigung von komplexen Aufgaben des Mikrocontrollers bzw. Berechnungen des Prozessorkerns 11. Die Logikschaltung 14 liegt dabei als gesonderte Hardwarekomponente außerhalb des Prozessors vor.
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Viele Umsetzungen der Berechnung von Exponentialfunktionen in Hardwareschaltungen sind bekannt. Zum Beispiel kann dabei auf einen BKM-Algorithmus (Bajard, Kla, Muller), einen CORDIC-Algorithmus oder auf bekannte Reihenentwicklungen zur Annäherung von Exponentialfunktionen zurückgegriffen werden. Auch sind andere Verfahren möglich, die eine Exponentialfunktion näherungsweise nachbilden.
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Eine im automobilen Bereich verwendete Technologie zum Regeln und Steuern von Systemen ist die Darstellung System-spezifischer Eigenschaften mit Hilfe von Kennfeldern. Die Kennfelddaten stellen die näherungsweise Abbildung des spezifischen Systemverhaltens dar. Während des Betriebs werden die Daten direkt genutzt oder interpoliert ausgewertet, um z. B. einen Arbeitspunkt zu bestimmen oder um z. B. unbekannte Parameter aus bekannten Zuständen und Parametern abzuleiten. Komplexe Kennfelder besitzen oftmals mehrere Dimensionen. Die Stützstellen des Kennfeldes werden durch eine vorgegebene Anzahl von Daten ausgeprägt. Die Stützstellen werden offline, d. h. zum Applikationszeitpunkt berechnet und schon bei der Auslieferung des Steuergerätes fest, z. B. im FLASH des Mikroprozessors, abgelegt.
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Der Mangel bei dem Kennfeldansatz besteht darin, dass mit steigender Anzahl von Dimensionen die Anzahl der Stützstellen überproportional steigt. Diese verbrauchen entsprechend mehr Speicher, dieser Ansatz ist also kostenungünstig. Zudem muss bei Werten zwischen Stützstellen interpoliert werden. Mit der Anzahl der Dimensionen steigt die Anzahl und die Komplexität der Interpolation. Das Auslesen der Stützstellen aus dem Speicher und die Interpolation sind zeit- und rechenintensiv. Insbesondere führt der zumeist nicht vorhersagbare und damit nicht pufferbare Zugriff auf die Kennfelder, die z. B. im FLASH liegen, zu hohen Wartezeiten für den Prozessor in der Größenordnung mehrerer Takte für jeden Lesezugriff. Diese Zeit ist i. d. R. nicht anderweitig nutzbar – es wird viel Rechenperformanz verschwendet. Zudem geht die Interpolation und die begrenzte Anzahl an Stützstellen mit einem Verlust an Genauigkeit einher – die sich wiederum in einer verminderten Regel- bzw. Steuergenauigkeit niederschlägt.
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Die vorgeschlagene Logikschaltung als Hardwarebeschleuniger von Exponential-Funktions-Berechnungen für eine Steuergerät-Recheneinheit ermöglicht es in diesem Zusammenhang zum Beispiel, bisher aufgrund limitierter Rechenressourcen nicht anwendbare, alternative Methoden zur Bestimmung unbekannter Parameter in Abhängigkeit bekannter (z. B. gemessener und/oder berechneter) Parameter für die Steuerung von Fahrzeugfunktionen einzusetzen und die Parameter durch ein Steuergerät in Echtzeit zu verwenden.
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Als Beispiel hierfür seien hier in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung nicht-parametrische Regressionsverfahren wie Bayes'sche Regressionen genannt. Für die Vorhersage z. B. von motorrelevanten Kenngrößen (z. B. verbrennungstechnische Größen, Luftsystemgrößen, etc.) zur Steuerung und/oder Regelung können danach Bayes'schen Regressionsverfahren, wie zum Beispiel Kriging, Gaussian Processes, Sparse Gaussian Processes etc. auf dem Steuergerät verwendet werden. Dabei ist ein Teil der Berechnung der Bayes'schen Regressionsverfahren, insbesondere Berechnung von Exponentialfunktionen oder Rechenschritte zur Berechnung von Exponentialfunktionen, auf die Logikschaltung ausgelagert.
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Im Vergleich zu den bekannten Verfahren liefern solche Bayes'schen Regressionsmodelle genauere Ergebnisse und sind flexibler einsetzbar. Bayes'sche Regressionsmodelle können ohne Vorwissen und ohne Parametrierung problemlos hoch-dimensionale nicht-lineare Zusammenhänge abbilden, lediglich basierend auf Trainingsdaten. Es handelt sich dabei also um Black-Box-Modelle. Vereinfacht ausgedrückt werden aus einer großen Anzahl ermittelter Zufallsfunktionen auf Basis von Abweichungen bestimmter Eingangsgrößen von vor dem Einsatz des Steuergerät offline gemessenen Trainingswerten die besten Zufallsfunktionen gemittelt zur Bestimmung der benötigten Parameter. Die Genauigkeit der Methode entspricht in diesem vereinfachten Bild der Abweichung der gemittelten besten Funktionen untereinander. Somit können die Bayes'schen Regressionsmodelle im Gegensatz zu den bekannten Verfahren zusätzlich zur Modellvorhersage noch eine Aussage zur Modellvarianz (Modellunsicherheit) liefern.
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Bei einem solchen Einsatz des Mikrocontrollers, bzw. der Logikschaltung empfängt das Steuergerät Signale von Steuergerät-extern, zum Beispiel von Sensoren oder anderen Steuergeräten, Recheneinheiten oder sonstigen Modulen. Diese Größen werden hier Eingangsgrößen genannt und können beispielsweise Temperatursignale, Drehzahlsignale, Mengensignale etc. darstellen. In einer Speichereinheit sind Werte gespeichert, die für bestimmte Größen offline, also vor dem Betrieb des Steuergeräts bzw. des Fahrzeugs in Testmessungen bestimmt wurden und in der Speichereinheit gespeichert wurden. Diese Werte werden hier und im folgenden als Trainingswerte bezeichnet. Mit den Begriffen „offline” oder „vor dem Betrieb” wird eine Phase bestimmt, in welcher das Steuergerät nicht im Normalbetrieb des Fahrzeugs zu Echtzeitregelungs- und -steuerungsaufgaben eingesetzt wird („online”, „im Betrieb”), sondern in welchem für das Steuergerät relevante Fahrzeugfunktionen getestet, kalibriert und bestimmt werden, zum Beispiel in einer Applikation des Steuergeräts im Werk eines Automobilzulieferers oder Automobilherstellers, in einer Werkstatt oder in einem Testbetrieb.
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In dem Speicher können auch Parameter und Größen abgelegt sein, die von dem Steuergerät empfangen oder berechnet wurden und ebenfalls zu den Eingangsgrößen zählen. Die Logikschaltung bestimmt eigenständig oder in Verbindung mit der Recheneinheit des Steuerprogramms eine oder mehrere Ausgangsgrößen zur Erfüllung der Steuer- bzw. Regelfunktionen des Steuergeräts. Ausgangsgrößen bezeichnen dabei zur Steuerung/Regelung benötigte Größen oder Zwischengrößen, welche nicht oder nur sehr aufwändig direkt im Fahrzeug gemessen oder bestimmt werden können und daher aus den zur Verfügung stehenden Eingangsgrößen bestimmt werden. Dazu führt das Steuergerät im Betrieb eine Bayes'sche Regression über die im Speicher gespeicherten, für die zu bestimmende Ausgangsgröße relevanten Trainingsdaten durch unter Berücksichtigung der für die zu bestimmende Ausgangsgröße relevanten Eingangsgrößen. Dazu kann die Recheneinheit die nötigen Algorithmen zur Durchführung der Regression teilweise in Software abarbeiten, es werden aber bestimmte Rechenschritte, welche die Berechnung von Exponentialfunktionen beinhalten, auf die spezialisierte Logikschaltung ausgelagert. Die bestimmte Ausgangsgröße oder ein damit bestimmtes Steuer- oder Regelungssignal wird über einen Ausgang des Steuergeräts ausgegeben, z. B. an einen Aktor, oder geht als Zwischenwert in weitere Berechnungen ein.
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Die Grundlagen zu Bayes'scher Regression finden sich in [
Gaussian Processes for Machine Learning, C. E. Rasmusen and C. Williams, MIT Press, 2006]. Die grundlegende Formel zur Berechnung einer bestimmten Vorhersage eines benötigten Parameters in Abhängigkeit bekannter Parameter im Steuergerät in Echtzeit, also im Betrieb des Steuergeräts, zur Steuerung von Fahrzeugfunktionen umfasst bei der Anwendung solcher Regressionsmethoden die Berechnung von Exponentialfunktionen, insbesondere bei den Verfahren, welche den sogenannten Squared Exponential Kernel verwenden. Solche oder vergleichbare Methoden können besonders effizient eingesetzt werden in Kraftfahrzeugsteuergeräten aufgrund der hier vorgestellten Auslagerung bestimmter Rechenoperationen in Zusammenhang mit der Berechnung von Exponentialfunktionen auf die Logikschaltung
14. Als besonders relevantes Beispiel für die zu berechnenden Exponentialfunktionen bzw. für die Exponentialfunktionen, deren Berechnung beschleunigt werden soll, kann für solche nicht-parametrischen Verfahren beispielweise die folgende Formel genannt werden, ohne die Erfindung auf Formeln dieses Typs zu beschränken:
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Die Formel ist geprägt durch die Exponentialfunktion e() mit einem inneren Term. Der innere Termin normiert die Eingangsgrößen C4 mit Hilfe einer Division durch C5 und berechnet den Abstand zu den Trainingswerten bzw. spezifischen Kennwerten durch Differenz von C3. Das Zwischenergebnis wird anschließend mit C6 exponentiert, um anschließend mit einem Gewichtungsfaktor C2 multipliziert in einer Summe aufaddiert zu werden. Auf dieses Summenergebnis (== innerer Term) wird anschließend die Funktion e() angewendet. Das Ergebnis kann durch Multiplikation mit C1 gewichtet werden. Typischerweise sind C6 = 2 und C2 = 1.
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Dabei wird also die Exponentialfunktion einer Summe von N Summanden berechnet, entsprechend der Dimension der Eingangsgröße. Die Werte C1–C6 sowie die Laufindices der Summation (Startwert der Summe, Anzahl der Summanden, Endwert der Summe) können als konfigurierbar vorgesehen sein. Alternativ kann auch nur ein Teil dieser Parameter konfigurierbar, andere Parameter fest vorgegeben sein.
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Dabei kann die zu berechnende Exponentialfunktion mit oder ohne inneren Term ganz in der Logikschaltung berechnet werden, Teilberechnungen können ausgelagert berechnet werden und die Exponentialfunktion kann auch Teil einer größeren Formel sein, welche die Logikschaltung berechnet. Des Weiteren kann die Logikschaltung so ausgestaltet sein, dass sie neben einer Exponentialfunktion-Berechnung auch weitere Berechnungen durchführen kann, welche parallel oder anstelle der Exponentialfunktion-Berechnung durchgeführt werden können. Dabei kann die Logikschaltung die Ausführung der Algorithmen intern beliebig parallelisieren. Nach außen hin ist lediglich die Konsistenz sicherzustellen bzw. es sind nicht-konsistenten Zustände durch geeignete Mittel nach außen zu signalisieren.
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Optional kann die Logikschaltung mehr als eine der Formeln bzw. Aufgaben gleichzeitig, jedoch ohne Beeinflussung der Einzelergebnisse untereinander, berechnen. Die Umsetzung kann durch parallele Rechenwerke oder sequentiell nacheinander auf einem Rechenwerk erfolgen. Zur Unterscheidung der Formelinstanzen sind dem Hardware-Beschleuniger dabei die Konfigurationsparameter für jede der Formeln bekannt. Vorteilhafterweise sind dazu die Umschaltung zwischen den Konfigurationssätzen bzw. der getrennte Zugriff auf einzelne Konfigurationssätze möglich und es ist möglich, Teile von Konfigurationssätzen einer Formel bzw. Aufgabe in einer weiteren Formel bzw. Aufgabe wiederzuverwenden.
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Optional soll die Logikschaltung periodisch ausgeführt werden können. Alle oder ein Teil der Konfigurationsdaten sind dabei durch das Zusammenspiel mit dem Softwareprozessor und ggf. weiterer beteiligter Hardwarekomponenten zu aktualisieren bevor die Ausführung jeweils erneut gestartet wird.
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Die Erfindung kann um die optionale Möglichkeit ergänzt werden, mehrere der berechneten Ergebnisse, z. B. durch Ausführung einer äußeren Schleife, aufzuakkumulieren. Der Hardware-Beschleuniger ist dazu konfigurierbar zu gestalten, sodass die zu akkumulierenden Einzelergebnisse (bzw. Parameter oder Konfigurationsdaten) der unterschiedlichen Einzelaufgaben selektiv einzustellen sind.
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Die Logikschaltung 14 ist wie in 1 gezeigt nicht in den Prozessorkern 11 integriert, sondern agiert eigenständig und somit ohne direkte Beeinflussung des Prozessorkerns 11. Sie interagiert mit der Software des Prozessors 11. Es besteht also eine Kommunikation zwischen Prozessor 11 und Logikschaltung, welche die korrekte Berechnung, d. h. mit den richtigen Parametern, erlaubt, diese zum gewünschten Zeitpunkt startet (oder auch stoppt) und die korrekte Übergabe der Ergebnisse sicherstellt.
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Die Kommunikation zwischen Prozessor 11, Logikschaltung 14 und den Speichern 12 und 13 kann über den gemeinsamen Bus 10, wie in 1 gezeigt über voneinander entkoppelte Datenpfade wie z. B. eine Busbrücke, eine Crossbar, durch direkte Verbindung oder weitere Ausprägungen erfolgen. Zudem ist optional der Einsatz von konfigurierbaren Kommunikations- und Synchronisationsmechanismen wie das Versenden von Interrupts unter den beteiligten Komponenten Softwareprozessor 11, Logikschaltung 14 und ggf. weiteren involvierten Komponenten möglich.
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Die Logikschaltung 14 ist vom Prozessor dynamisch zur Laufzeit konfigurierbar hinsichtlich:
- • Anzahl der Schleifen – das heißt zum Beispiel im Fall einer Exponentialfunktion eines ganzzahligen Wertes, wie viele Summanden die Summe aufweist bzw. im Fall einer Anzahl von Exponentialfunktionen oder einer Summe aus mehreren Exponentialfunktionen, wie oft Exponentialfunktionen hintereinander durchgeführt werden sollen,
- • Konstanten – die Konstanten, bzw. Parameter können je nach Aufgabe oder in Abhängigkeit von Fahrzeugfunktionen und -zuständen gesetzt werden,
- • spezielle Anweisungen zur Berechnung der Formel – das heißt, wie die Berechnung erfolgen soll,
- • ggf. die Art und Weise der Interaktion mit dem Prozessor,
- • ggf. Informationen über weitere auszuführende Berechnungen.
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Die Konfigurationsdaten können optional in einer bestimmten Art und Weise zusammenhängend als ein oder mehrere Cluster zusammengefasst werden. Der Logikschaltung 14 muss die Zugriffsart auf jeden Konfigurationscluster bekannt sein. Gegebenenfalls ist die Logikschaltung 14 zur Laufzeit bzgl. Lage und Zugriff auf den Cluster zu konfigurieren. Dabei können die Konfigurationsdaten z. B. nur in einem lokalen Speicher 15, nur in einem der globalen Speichereinheiten 12 und 13 oder zwischen diesen Speicherkomponenten verteilt gespeichert sein. Zum Beispiel falls Konfigurationsdaten ganz oder teilweise in einem oder mehreren globalen Speichern 11 und 12 abgelegt sind, kann die Logikschaltung 14 auf den global sichtbaren Speicherbereich bzw. auf diese globalen Speicher zugreifen, insbesondere über einen direkten Speicherzugriff (DMA).
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Optional kann die Indizierung der Konstanten der Formeln bzw. Aufgabe aus Gründen der Zugriffsoptimierung so erfolgen, dass über der Zeit betrachtet ein linearer oder annähernd linearer Zugriff auf Konstanten eines Array erfolgt. Gleiches gilt auch für die Ausführung mehrerer Formeln, deren Konfigurationsdaten dann idealer Weise linear aneinander abgelegt sind.
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Abweichend von der dynamischen Konfigurierbarkeit ist es wie erwähnt möglich, einzelne Werte im Hardware-Beschleuniger direkt festzulegen. Auch ist es möglich, alternative Werte fest oder konfigurierbar vorzugeben, aus denen sich die zuvor beschriebene Konfiguration mittelbar ableiten lässt.
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Die dynamische Konfiguration der Logikschaltung 14 erfolgt durch das Beschreiben von Konfigurationsregistern oder einem Konfigurationsspeicher durch die restlichen Systemkomponenten, insbesondere durch die auf dem Prozessor 11 ausgeführte Software.
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Optional kann die Konfiguration durch einen Direct Memory Access (DMA) Controller erfolgen, der wiederum von der Software des Prozessors gesteuert werden kann. Auch ist eine Konfiguration durch weitere Komponenten des Gesamtsystems möglich.
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Die Logikschaltung 14 kann wie beschrieben optional über einen lokalen Speicher oder einen lokalen Registersatz verfügen, aus dem sie die Konfiguration bezieht. Verfügt die Logikschaltung 14 über einen solchen lokalen Speicher oder einen lokalen Registersatz 15, sollte dieser optional global sichtbar sein, d. h. sich im globalen Adressbereich befinden. Bei Bedarf können die Inhalte so durch weitere Komponenten wie den Softwareprozessor modifiziert werden. Das Vorgehen erlaubt neben der Konfiguration des Hardware-Beschleunigers auch die Nutzung des Speichers 15 für weitere Anwendungen, wenn der Speicher 15 nicht oder nicht vollständig zur Berechnung durch die Logikschaltung 14 benötigt wird.
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Die Logikschaltung kann über interne Optimierungsmaßnahmen verfügen, die eine Vorausberechnung oder ein Vorausladen von Daten umsetzen bzw. die Ergebnisse oder Zwischenergebnisse in einem Puffer oder einer Pipeline halten. Um eine hohe Flexibilität zu erreichen, kann die Logikschaltung jeweils optional über die Fähigkeiten Unterbrechbarkeit, Speicherung von Zwischenwerten, Wiederaufnahme von Berechnungen, Umschaltung auf die Berechnung der gleichen Formel mit anderen Konfigurationsparametern und weitere Optimierungsmaßnahmen verfügen. Bei Unterbrechung sind alle relevanten Informationen zu speichern und ggf. auslesbar zu machen, um eine Wiederaufnahme der Berechnung sofort oder zu einem späteren Zeitpunkt zu ermöglichen. Es ist dabei akzeptabel, wenn ein vernachlässigbarer kleiner Teil einer bereits erfolgten Berechnung verworfen wird (vernachlässigbar in der Bedeutung, dass die Rechenzeit keinen Einfluss auf die Ausführung im Zusammenspiel mit den weiteren Systemkomponenten hat).
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Das Starten der Berechnung durch die Logikschaltung kann durch beliebige weitere Systemkomponenten, insbesondere durch den Softwareprozessor angestoßen werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1456720 [0002]
- DE 102005022247 [0002]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Gaussian Processes for Machine Learning, C. E. Rasmusen and C. Williams, MIT Press, 2006 [0025]
