DE102019203353A1

DE102019203353A1 - Datenstruktur für ein eingebettetes System, entsprechendes System und Fahrzeug

Info

Publication number: DE102019203353A1
Application number: DE102019203353.9A
Authority: DE
Inventors: Rainer Baumgaertner; Michael Kopp; Raphael Diziol
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-03-12
Filing date: 2019-03-12
Publication date: 2020-09-17
Also published as: WO2020182544A1

Abstract

Datenstruktur (10) für ein eingebettetes System (20), gekennzeichnet durch folgende Merkmale:- die Datenstruktur (10) umfasst einen typisierten statischen Speicherpool (11) zum Speichern von Daten-Elementen (12) und Zeigerobjekten (13) und- die Zeigerobjekte (13) sind dazu eingerichtet, einen Versatz (14) zwischen dem jeweiligen Zeigerobjekt (13) und einem der Daten-Elemente (12) zu speichern.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Datenstruktur für ein eingebettetes System. Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus ein entsprechendes Fahrzeug sowie ein entsprechendes System.
Stand der Technik
Der Begriff des hochautomatisierten Fahrens (highly automated driving, HAD) bezeichnet gemeinhin eine Entwicklungsstufe zwischen dem assistierten Fahren, bei welchem der Fahrer durch zahlreiche (oft getrennte) Fahrerassistenzsysteme bei der Fahraufgabe unterstützt wird, und dem autonomen Fahren, bei welchem das Fahrzeug gänzlich selbsttätig und ohne Einwirkung des Fahrers fährt. Beim hochautomatisierten Fahren verfügt das Fahrzeug gewissermaßen über eine eigene Intelligenz, die vorausplant und die Fahraufgabe zumindest in den meisten Situationen übernehmen könnte. Fahrer und Steuergeräte (electronic control units, ECUs) führen zusammen das Fahrzeug, wobei der menschliche Fahrer jederzeit bestimmt, wie stark er in das Fahrverhalten des Fahrzeuges eingreift.
WO2018146000A1 offenbart ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug, das eingerichtet ist, mehrere Anwendungen und Zwischenanwendungen (middleware) zu betreiben und einen durch die Anwendungen und Zwischenanwendungen gemeinsam nutzbaren Speicher (shared memory) umfasst. Die Zwischenanwendungen sind eingerichtet, eine Interprozesskommunikation zwischen den Anwendungen über den Speicher abzuwickeln.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung stellt eine Datenstruktur für ein eingebettetes System, ein entsprechendes Fahrzeug sowie ein entsprechendes System gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereit.
Der erfindungsgemäße Ansatz fußt hierbei auf der Erkenntnis, dass zahlreiche Fahrerassistenzsysteme für hochautomatisiertes Fahren aktuell in der Entstehungsphase sind. Einschlägige Ansätze basieren auf Middleware-zentrischen Umsetzungen in Multi-ECU-, Multiprozessor- oder Multiprozess-Topologien. Dabei werden - wie im Falle des Steuergerätes gemäß WO2018146000A1 - Datenstrukturen über die Middleware versendet. Aus Effizienzgründen sollten diese Datenstrukturen innerhalb eines Prozessors zwischen einzelnen Prozessen mit unterschiedlichen logischen Adressräumen geteilt werden können, ohne eine sogenannte tiefe Kopie (deep copy) anzufertigen.
Die vorgeschlagene Lösung trägt ferner dem Umstand Rechnung, dass die Komplexität derartiger Datenstrukturen nach dem Stand der Technik sehr begrenzt ist, da die Daten potenziell effizient automatisch serialisiert und wieder deserialisiert werden müssen. Ebenso kann aus Effizienzgründen oftmals nicht von einem gemeinsamen Adressraum der Middleware-zentrischen Anwendungen ausgegangen werden. Um diesen Herausforderungen zu begegnen, werden mitunter Index-basierte Verfahren eingesetzt, die, speziell bei mehrfach verketteten Strukturen, schnell an ihre Grenzen stoßen. Gerade komplexe hierarchische Datenstrukturen werden hierbei häufig in dezentralen Speicherblöcken verwaltet, welche den Speicherbedarf erhöhen.
Die hohe Komplexität von Programmen zum hochautomatisierten Fahren erfordert darüber hinaus mächtige, aber einfach anwendbare Lösungen, die moderne Programmierparadigmen in unterschiedlichen Prozessen mit separierten Adressräumen effizient unterstützen. Zur Abbildung derart komplexer Datenstrukturen mit statischer Speicherallokation zwischen Prozessen sind daher sogenannte relokatierbare, also verschiebliche Zeiger (relocatable pointers) wünschenswert.
Ein Vorzug der erfindungsgemäßen Lösung liegt somit in der eröffneten Möglichkeit, auch komplexe und stark verkettete Datenstrukturen effizient und transparent über die Middleware zu versenden.
Ein Grundgedanke hierbei ist die Einführung eines Zeigers, der es erlaubt, innerhalb einer zu versendenden Datenstruktur relativ zu verweisen. Hierzu werden die Differenzen der tatsächlichen Adressen abgespeichert. Damit ist es möglich, die Daten auch in unterschiedlichen Anwendungen mit unterschiedlichen Adressräumen zu verwenden. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit, die Daten anstatt einer rechenintensiveren tiefen Kopie hocheffizient durch bitidentische Speicherkopie (memcpy) über unterschiedliche Adressräume hinweg zu übertragen. Für Objekt-Kopien wird normalerweise der auf der tiefen Kopie basierende Kopier-Konstruktor (copy constructor) benötigt. Dieser baut die Zielstruktur anhand der Quelle Stück für Stück auf. Dies ist sehr rechenintensiv; demgegenüber reduziert das vorgeschlagene Verfahren den Rechenaufwand erheblich.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Grundgedankens möglich. So kann vorgesehen sein, dass ein erfindungsgemäßes System einen zentralen Speicherbereich und verschiedene Zwischenanwendungen aufweist, die ersteren gemeinsam zum Nachrichtenaustausch nutzen. Dadurch werden Middleware-Implementierungen, die auf gemeinsam genutztem Speicher basieren, effizient unterstützt. Kopien werden hierbei weitgehend vermieden, und in den seltenen Fällen, in denen doch eine solche Kopie notwendig ist, wird diese unter Nutzung der Funktion memcpy ausgeführt.
Bei komplexen hierarchischen Datenstrukturen kann der Speicherbedarf durch die Verwendung von zentralen anstelle von dezentralen Speicherblöcken zusätzlich reduziert werden. Hierzu werden in der durch die Middleware zu versendenden Datenstruktur zentral Speicherblöcke angelegt, auf die dann in hierarchischen Strukturen mittels der verschieblichen Zeiger verwiesen wird. Auf diese Weise kann der Speicher effizient und dynamisch genutzt werden.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

1 die Funktionsweise eines erfindungsgemäß relokatierbaren Zeigerobjektes.
2 die Realisierung von komplexen Datenstrukturen mittels derartiger Zeiger und zentralen Speicherblöcken.
3 schematisch ein autonomes Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Steuergerät.

Ausführungsformen der Erfindung
1 illustriert den grundlegenden Aufbau einer erfindungsgemäßen Datenstruktur (10). Ein verschieblicher Zeiger (13) speichert hierbei die Differenz (14) zwischen seiner eigenen Adresse und dem in Bezug genommenen Daten-Element (12). Zeigt also abbildungsgemäß der „rohe“ Zeiger ptr auf Node, so wird die Differenz aus der Adresse von Node und der in C++ klassenintern durch das Schlüsselwort this bezeichneten Adresse des Zeigerobjektes (13) abgespeichert.
Vorzugsweise werden hierbei, wie in 2 verdeutlicht, zentrale Speicherblöcke oder -pools (11) angelegt. Die komplexen Datenstrukturen TLinkedList<int> list1 und TLinkedList<int> list2 verwenden gemeinsam die Elemente Node aus diesem Objekt des Typs TFixedMemoryPool. Damit entfällt die Notwendigkeit, für jede der beiden Listen (16, 17) eigene Speicherblöcke vorzuhalten. Dies wird durch die Nutzung der verschieblichen Zeiger *begin, *end, *prev und *next ermöglicht, die auf Elemente (12) im Speicherpool (11) weisen.
Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise im Steuergerät (20) eines Fahrzeuges (30) implementiert sein, wie die schematische Darstellung der 3 verdeutlicht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

WO 2018146000 A1 [0003, 0005]

Claims

Datenstruktur (10) für ein eingebettetes System (20), gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - die Datenstruktur (10) umfasst einen typisierten statischen Speicherpool (11) zum Speichern von Daten-Elementen (12) und Zeigerobjekten (13) und - die Zeigerobjekte (13) sind dazu eingerichtet, einen Versatz (14) zwischen dem jeweiligen Zeigerobjekt (13) und einem der Daten-Elemente (12) zu speichern.
Datenstruktur (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - die Zeigerobjekte (13) gehören einer gemeinsamen Klasse (15) an und - der Versatz (14) bildet ein Attribut der Klasse (15).
Datenstruktur (10) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - die Zeigerobjekte (13) sind dazu eingerichtet, die Elemente (12) zu Listen (16, 17) zu verketten.
Datenstruktur (10) nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - die Listen (16, 17) sind doppelt verkettet und - die Listen (16, 17) sind dazu eingerichtet, Anfang (18) und Ende (19) der jeweiligen Liste (16, 17) mittels der Zeigerobjekte (13) zu speichern.
Datenstruktur (10) nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - die Elemente (12) sind dazu eingerichtet, einen Vorgänger (21) und einen Nachfolger (22) des jeweiligen Elementes (12) mittels der Zeigerobjekte (13) zu speichern und - die Elemente (12) sind ferner dazu eingerichtet, Nutzdaten (23) des jeweiligen Elementes (12) zu speichern.
Eingebettetes System (20) für ein Fahrzeug (30), gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - das System (20) umfasst einen gemeinsam nutzbaren Speicherbereich zum Austauschen von Nachrichten (24) und - der Speicherbereich weist eine Datenstruktur (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 auf.
System (20) nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - das System (20) weist Zwischenanwendungen auf und - die Zwischenanwendungen sind dazu eingerichtet, den Speicherbereich gemeinsam für die Nachrichten (24) zu nutzen.
System (20) nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - das System (20) umfasst ein Gateway und - das Gateway ist dazu eingerichtet, die Nachrichten (24) in einem externen Archiv aufzuzeichnen.
System (20) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - das System (20) ist dazu eingerichtet, das Fahrzeug (30) autonom zu steuern.
Fahrzeug (30) mit einem System (20) nach einem der Ansprüche 6 bis 9.