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Stand der Technik
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Systeme für Fahrerassistenz oder automatisiertes Fahren bestehen aus vielen einzelnen Software-Einheiten, die in der Regel bzgl. des Datenflusses mit Graphen beschrieben werden können. Diese Software-Einheiten (oft auch Runnables, Nodes oder Datenverarbeitungskomponenten genannt) zeichnen sich dadurch aus, dass eine Menge von Eingangsdaten verarbeitet werden und daraus eine Menge von Ausgangsdaten erzeugt werden.
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In den zuvor genannten Systemen werden Eingangsdaten von Sensoren wie Radar oder Video in einem Graphen aus Datenverarbeitungskomponenten verarbeitet, der in einer statischen Sicht den Datenfluss visualisiert.
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Die verschiedenen Software-Einheiten bilden regelmäßig ein komplexes Datenverarbeitungsnetzwerk mit welchem Sensordaten verarbeitet werden, um basierend auf den Sensordaten Aktionen durchzuführen, wobei solche Aktionen beispielsweise Steuerungsaufgaben im Rahmen eines autonomen Fahrbetriebs eines Fahrzeugs sein können. Die Datenverarbeitung in dem Datenverarbeitungsnetzwerk umfasst üblicherweise eine Mehrzahl voneinander aufbauenden Datenverarbeitungsschritten oder Datenverarbeitungsaufgaben, die mit den Datenverarbeitungskomponenten ausgeführt werden.
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Die Ausführung einer Datenverarbeitungsaufgabe hängt in einem solchen Datenverarbeitungsnetzwerk an einer entsprechenden Bedingung, in die Stimuli wie Zeitschritte oder das Eintreffen von Daten eingehen können. Der Kontrollfluss, der die Ausführung der Datenverarbeitungskomponenten festlegt, wird in der Regel aus dem Datenfluss abgeleitet.
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Es gibt datengetriebene Ansätze, bei denen sich die Ausführung der Datenverarbeitungskomponenten am Datenfluss orientieren. Darüber hinaus gibt es Ansätze, die eine zeitgetriebene Ausführung der Datenverarbeitungskomponenten anwenden. Diese wurde in den letzten Jahren angereichert mit Konzepten der Worst-Case-Execution-Time (längstmögliche Ausführungsdauer)
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Bei einem strikt datengetriebenen Ansatz wird die Ausführung einer Datenverarbeitungskomponente durch das Eintreffen eines Datenpakets ausgelöst. Das Versenden von Datenpaketen in der Ausführung einer Datenverarbeitungskomponente kann bei entsprechendem Graphen zur sofortigen Ausführung einer davon abhängigen Datenverarbeitungskomponente führen. Es ist sogar eine mehrfache parallele Ausführung einer Datenverarbeitungskomponente denkbar, falls neue Datenpakete eintreffen, während eine Datenverarbeitungskomponente noch ausgeführt wird. Eine solches System weist eine geringe Latenz auf, aber eine hohe Anzahl an möglichen Zuständen.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund soll hier ein Verfahren zur Datenverarbeitung beschrieben werden, welches das Ziel hat, die Reproduzierbarkeit einer Datenverarbeitung bei gleichzeitiger hoher Leistungsfähigkeit zu realisieren.
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Hier soll ein Verfahren zur Verarbeitung von Daten beschrieben werden, insbesondere für die Verarbeitung von Sensordaten in einem Fahrzeug, mit einem Datenverarbeitungsnetzwerk umfassend eine Mehrzahl von Datenverarbeitungsmodulen, die jeweils mindestens eine Datenverarbeitungskomponente umfassen, wobei jede Datenverarbeitungskomponente für eine definierte Datenverarbeitungsaufgabe zur Verarbeitung der Daten eingerichtet ist, wobei jedes Datenverarbeitungsmodul als Eingangsdaten Daten aus einer Datenquelle und/oder Ausgangsdaten weiterer Datenverarbeitungsmodule erhält und Ausgangsdaten erzeugt, welche wiederum Netzwerksausgangsdaten des Datenverarbeitungsnetzwerks und/oder Eingangsdaten weiterer Datenverarbeitungsmodule sind, wobei in dem Verfahren für mindestens ein Datenverarbeitungsmodul die folgenden Schritte durchgeführt werden:
- a) Empfangen eines Satzes von Eingangsdaten zur Durchführung der Datenverarbeitungsaufgaben in der mindestens einen Datenverarbeitungskomponente des jeweiligen Datenverarbeitungsmoduls;
- b) Empfangen eines Stimulus zur Aktivierung der mindestens einen Datenverarbeitungskomponente des Datenverarbeitungsmoduls;
- c) Wenn in Schritt a) der Satz von Eingangsdaten und in Schritt b) der Stimulus empfangen wurde: Aktivieren der mindestens einen Datenverarbeitungskomponente des Datenverarbeitungsmoduls und Durchführung der Datenverarbeitungsaufgabe, für die die Datenverarbeitungskomponente eingerichtet ist mit den jeweiligen Eingangsdaten zur Erzeugung von Ausgangsdaten; und
- d) Bereitstellung der Ausgangsdaten zur weiteren Datenverarbeitung und/oder als Netzwerksausgangsdaten.
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Durch das Verfahren soll insbesondere das Problem gelöst werden, dass eine Vorhersagbarkeit und Reproduzierbarkeit bei klassischem Ansatz sehr schwierig zu realisieren ist. Dies erschwert die Umsetzung von Safety-Maßnahmen, wie z.B. einen SW-Lockstep, bei dem die gleiche SW simultan auf zwei µ-Prozessoren ausgeführt wird. Auch ein möglichst getreues Nachrechnen einer aufgezeichneten Fahrsituation (Re-compute) ist schwierig, da mit einem anderen Laufzeitverhalten und somit möglicherweise einem anderen Ergebnis zu rechnen ist.
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Die Grundlage des hier beschriebenen Verfahrens ist, dass eine Vielzahl von Datenverarbeitungskomponenten eines Datenverarbeitungsnetzwerks jeweils zu sogenannten Datenverarbeitungsmodulen zusammengefasst werden und so eine zusätzliche übergeordnete Struktur des Datenverarbeitungsnetzwerks entsteht. Auf der Ebene dieser Struktur werden jeweils Eingangsdaten und Ausgangsdaten der einzelnen Datenverarbeitungskomponenten innerhalb des Moduls zusammengefasst und der Datenfluss wird durch das Datenverarbeitungsnetzwerk auf dieser Ebene gesteuert bzw. kontrolliert.
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In der Automobilbranche mit einem hohen Anteil an Regelungstechnik war bisher immer eine Ausführung in Zeitscheiben dominierend (z.B. 10ms, 20ms, 100ms Tasks). Insbesondere, wenn als Hardware zur Ausführung der Datenverarbeitung mit derartigen Datenverarbeitungsnetzwerken allerdings multi-core Systeme verwendet werden, treten zusätzliche Probleme auf. Insbesondere auf multi-core-Systemen treten schwankende Laufzeiten der Datenverarbeitungskomponenten eines Datenverarbeitungsnetzwerks auf. Duch solche schwankenden Laufzeiten wird die Zuordnung von Ausgangsdaten einer Datenverarbeitungskomponente als Eingangsdaten weiterer Datenverarbeitungskomponenten erschwert bzw. nicht mehr vorhersagbar. Diese Vorhersagbarkeit kann ggf. wieder verbessert werden - beispielsweise mit Konzepten der maximalen möglichen Ausführungszeit/Bearbeitungszeit. Solche Konzepte verschlechtern aber die Auslastbarkeit der Hardware (des multi-core Systems). Die Hardware muss erheblich größer dimensioniert werden.
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Insbesondere durch Anwendungen der hochkomplexen Fahrerassistenz bzw. bei Anwendungen des automatisierten Fahrens wird die Menge an zu verarbeiteten Daten von Sensoren drastisch erhöht. Die erforderliche Reaktionszeit solcher Systeme ist aber vergleichbar oder sogar noch niedriger als bei klassischen Fahrerassistenzanwendungen. D.h. es müssen mehr und rechenaufwendigere Berechnungen in einer längeren Verarbeitungskette in einer vergleichbaren Zeitspanne durchgeführt werden. Dies führt bei den vorhandenen zeitgetriebenen Ansätzen zu einer nicht akzeptablen Latenz, da sich die zusätzliche Latenz durch die Übergänge zwischen den einzelnen Zeitscheiben in der gesamten Kette aufsummiert.
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Das vorgestellte Verfahren ermöglicht es, Ansätze aus der datengetriebenen Ausführung mit Errungenschaften der zeitgetriebenen Ausführung von Datenverarbeitungskomponenten zu kombinieren. Damit können Datenverarbeitungsnetzwerke so betrieben werden, dass eine niedrigere Latenz (bessere Leistungsfähigkeit) auftritt als bei rein zeitgetriebenen Systemen und eine bessere Reproduzierbarkeit als bei strikt datengetriebenen Systemen. Dies ermöglicht die hohen Anforderungen bzgl. Latenz in einem System für das automatisiere Fahren zu erfüllen und gleichzeitig ein System zu haben, das eine Ausführung im SW-Lockstep und eine exakte Reproduzierbarkeit im Re-compute ermöglicht. Für Schritt b) kann ein geeigneter Stimulus festgelegt werden, der die Durchführung der Datenverarbeitung in Schritt c) festlegt, wobei dann auf die Eingangsdaten zurückgegriffen wird, die in Schritt a) empfangen werden. Die Ausgangsdaten werden mit Schritt d) dann für nachfolgende Verarbeitungsschritte bereitgestellt. Wenn das jeweilige Datenverarbeitungsmodul das letzte Datenverarbeitungsmodul in einem Datenverarbeitungsnetzwerk ist, dann können die Daten auch als Netzwerksausgangsdaten oder Systemausgangsdaten bezeichnet werden, die dann beispielsweise gleichzeitig Eingangsdaten einer Steuerung sind, welche diese Daten verarbeitet bzw. für eine Anwendung berücksichtigt.
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Durch das beschriebene Verfahren ist sowohl eine zeit- als auch eine datengetriebene Ausführung der Datenverarbeitungsaufgaben möglich. Der eigentliche Start der Datenverarbeitung erfolgt, wenn in Schritt b) der Stimulus empfangen wird. Die Daten werden für die Datenverarbeitungskomponenten mit dem Eintreffen des Stimulus gewissermaßen sichtbar. Zeitlich zusammengehörende Datenstrukturen werden also gemeinsam zwischen Datenverarbeitungsmodulen übertragen. Die Bereitstellung von Daten für die Datenverarbeitungskomponenten erfolgt anhand der in einer übergeordneten Struktur bereitgestellten Datenverarbeitungsmodule. Die Struktur der übergeordneten Datenverarbeitungsmodule und die Tatsache, dass die Bereitstellung von Daten auf dieser Ebene erfolgt, reduzieren die Anzahl der Systemzustände des gesamten Datenverarbeitungsnetzwerks deutlich.
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Besonders bevorzugt ist, wenn nach Schritt d) noch folgender Schritt durchgeführt wird:
- e) Bereitstellung eines Validierungsdatensatzes bestehend aus dem Satz von Eingangsdaten, dem Stimulus und/oder den Ausgangsdaten zur Validierung der Durchführung der mindestens einen Datenverarbeitungsaufgabe mit der mindestens einen Datenverarbeitungskomponente.
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Bevorzugt ist, wenn der Validierungsdatensatz zusätzlich mindestens eine Zeitinformation beinhaltet, welche einen Zeitpunkt des Stimulus und/oder eine Zeitinformation über die Bearbeitung der mindestens einen Datenverarbeitungsaufgabe ermöglicht.
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Eine Solche Zeitinformation kann beispielsweise durch das Aufzeichnen von Start und Ende der Ausführungen der Datenverarbeitungsaufgaben erfolgen. So können die verarbeiteten Eingangsdaten und die erzeugten Ausgangsdaten auf einem gemeinsamen logischen Zeitstrahl dargestellt werden und es werden Prüfberechnungen des beschriebenen Verfahrens ermöglicht.
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Es ist möglich, dass ein Datenverarbeitungsmodul, welches Ausgangsdaten eines weiteren Datenverarbeitungsmoduls als Eingangsdaten verarbeitet, mit der Verarbeitung startet, wenn ein Stimulus als Aktivierung auftritt. Somit wird im Vergleich zum zeitgetriebenen Ansatz die zusätzliche Latenz durch WCET und bis zum Start der Zeitscheibe des empfangenden Datenverarbeitungsmoduls vermieden.
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Durch das hier beschriebene Verfahren wird eine Reproduzierbarkeit der Durchführung der einzelnen Datenverarbeitungsaufgaben erreicht, weil die Information bezüglich der jeweils verarbeiteten Eingangsdaten reproduzierbar ist.
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Ein Datenverarbeitungsmodul hat in dem vorgestellten Verfahren während einer Ausführung (Durchführung von Schritt c) immer eine eingefrorene Sicht auf die Welt bzw. auf die Eingangsdaten, welche verarbeitet werden. Die Eingangsdaten ändern sich während einer Ausführung des Verfahrens nicht. Dies wird erreicht, indem die eintreffenden Eingangsdaten in Schritt a) gesammelt werden, die Daten kontrolliert und in logischer Zeit atomar weitergeben werden können. Um die Ausgangsdaten eines Datenverarbeitungsmoduls konsistent in Bezug auf deren Ausführung durch andere Datenverarbeitungsmodule zu verarbeiten, werden die Ausgangsdaten bevorzugt ebenfalls gesammelt.
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Bevorzugt ist, wenn zur Erzeugung des in Schritt b) verwendeten Stimulus zumindest ein Zeitgeber verwendet wird, der ein Zeitraster zur regelmäßigen Wiederholung der Durchführung der Datenverarbeitungsaufgaben mit den Datenverarbeitungskomponenten vorgibt.
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Der Zeitgeber kann beispielsweise ein entsprechender Baustein auf einer Hardware sein, auf welcher das Datenverarbeitungsnetzwerk betrieben wird und welcher für jedes Datenverarbeitungsmodul in regelmäßigen Abständen ein Zeitgebersignal abgibt, welches den Stimulus bildet und eine Durchführung des Verfahrens auslöst.
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Außerdem bevorzugt ist, wenn zur Erzeugung des in Schritt b) verwendeten Stimulus zumindest ein Verfügbarkeitssignal verwendet wird, welches die Verfügbarkeit von Daten anzeigt. Dieses Verfügbarkeitssignal kann beispielsweise von einer vorangegangenen Ausführung des beschriebenen Verfahrens in einem anderen Datenverarbeitungsmodul hervorgerufen worden sein.
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Besonders bevorzugt ist, wenn der Stimulus von einer Kombination bestehend aus Zeitgeber und Verfügbarkeitssignal gebildet wird. Immer dann, wenn neue Daten über ein Verfügbarkeitssignal angezeigt werden, wird das Datenverarbeitungsmodul in die Bereitschaft versetzt, auf den Zeitgeber zu reagieren. Nur wenn sowohl der Zeitgeber als auch das (mindestens eine) Verfügbarkeitssignal anzeigen, dass mit einer Datenverarbeitung gestartet werden soll, erfolgt die Datenverarbeitung in den Datenverarbeitungskomponenten des jeweiligen Datenverarbeitungsmoduls (Schritt c)).
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Besonders bevorzugt ist, wenn Schritt a) mit einem Eingangsdatenempfangsmodul des Datenverarbeitungsmoduls durchgeführt wird, welches einen Eingabespeicher zur Zwischenspeicherung von noch nicht vollständigen Eingangsdaten aufweist und welches eine Vollständigkeitsprüfung des Satzes von Eingangsdaten durchführt .
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Außerdem bevorzugt ist, wenn Schritt d) mit einem Ausgangsdatenbereitstellungsmodul durchgeführt wird, welches einen Ausgabespeicher aufweist in welchem eine Zwischenspeicherung von noch nicht vollständigen Ausgangsdaten erfolgt.
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Bevorzugt weist das Datenverarbeitungsmodul also spezielle Gates auf (Eingangsdatenempfangsmodul = Input-gate und Ausgangsdatenbereitstellungsmodul = Output-gate), um die Datenverarbeitungsaufgabe durchzuführen.
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Durch diese Gates kann eine steuernde Einheit den Datenfluss zwischen den Datenverarbeitungsmodulen kontrollieren. Wenn die steuernde Einheit nun das Starten und das Ende der Ausführungen der Datenverarbeitungsmodule mit dem Weiterreichen von Daten über die Gates synchronisiert, kann gesteuert werden, welches Datenverarbeitungsmodul wann mit welchen Daten ausgeführt wird. Um über das Starten eines Datenverarbeitungsmoduls zu entscheiden, wird der zuvor erwähnte Stimulus ausgewertet.
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In Ausführungsvarianten werden in Schritt d) bereitgestellte Ausgangsdaten zumindest teilweise als Eingangsdaten für eine erneute Durchführung der Verfahrensschritte a) bis d) (und ggf. auch Schritt e)) mit demselben Datenverarbeitungsmodul verwendet.
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Hierdurch wird eine Art Rückkopplung beschrieben, welche es einem Datenverarbeitungsmodul ermöglicht, historische Daten aus einer vorherigen Ausführung eines Datenverarbeitungsmoduls zu verarbeiten. Solche Rückkopplungen ermöglichen eine gewisse Art an Erinnerungsvermögen in einem Datenverarbeitungsnetzwerk.
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Sollte es eine Rückkopplung innerhalb der Rechenschritte eines Datenverarbeitungsmoduls geben, so wird dieser Datenpfad so gestaltet, dass dieser über das jeweilige Eingangsdatenempfangsmodul und das jeweilige Ausgangsdatenempfangsmodul des Datenverarbeitungsmoduls realisiert wird.
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Bevorzugt ist, wenn in Schritt d) bereitgestellte Ausgangsdaten Teildatenmengen umfassen, die von verschiedenen Datenverarbeitungskomponenten des Datenverarbeitungsmoduls bei der Durchführung der Datenverarbeitungsaufgaben erzeugt werden, wobei die Bereitstellung der Ausgangsdaten in Schritt d) erst erfolgt, wenn alle die Ausgangsdaten bildenden Teildatenmengen verfügbar sind.
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Teildatenmengen entstehen beispielsweise, weil die Datenverarbeitungsaufgaben verschiedener Datenverarbeitungskomponenten innerhalb des Datenverarbeitungsmoduls unterschiedlich lange Verarbeitungszeiten haben. Durch das Sammeln der Teildatenmengen, bis die Ausgangsdaten vollständig verfügbar sind und durch die gemeinsame Bereitstellung aller Teildatenmengen wird das Nachvollziehen, wann welche Daten während der Datenverarbeitung mit dem Datenverarbeitungsnetzwerk verfügbar waren, erheblich vereinfacht.
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Auch bevorzugt ist, wenn in Schritt d) zusätzlich ein Verfügbarkeitssignal erzeugt wird, anhand von welchem erkennbar ist, dass Ausgangsdaten zur weiteren Verarbeitung bereitgestellt wurden.
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Wie weiter oben schon beschrieben, kann ein solches Verfügbarkeitssignal als Stimulus für weitere Ausführungen des beschriebenen Verfahrens dienen.
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Außerdem bevorzugt ist, wenn während der Durchführung des Verfahrens eine permanente Aufzeichnung von zumindest einer der folgenden Informationen für eine spätere Weiterverarbeitung erfolgt:
- - in Schritt a) empfangene Sätze von Eingangsdaten;
- - in Schritt b) empfangene Stimuli;
- - in Schritt d) bereitgestellte Ausgangsdaten; und
- - in Schritt d) bereitgestellte Verfügbarkeitssignale.
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Besonders bevorzugt ist, wenn bei der Aufzeichnung zusätzlich die Ablage von Zeitinformationen erfolgt, welche die zeitliche Zuordnung der Verfahrensdurchführung zu einem Zeitstrahl ermöglicht.
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Eine solche Aufzeichnung kann beispielsweise in einem zusätzlichen Debug-Datenspeicher erfolgen, um nachträglich Debug-Aufgaben durchzuführen, bei denen ggf. Fehler in den einzelnen Datenverarbeitungskomponenten untersucht werden können. Eine solche Aufzeichnung kann auch in einem fertigen im Einsatz befindlichen System genutzt werden, um durch eine nachträgliche Überprüfung insbesondere Hardware-bedingte Fehler in der Ausführung der Datenverarbeitungsaufgaben zu erkennen und daraufhin Korrekturaufgaben auszuführen.
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Hier auch beschrieben werden soll ein Datenverarbeitungsmodul für ein Datenverarbeitungsnetzwerk zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens aufweisend ein Eingangsdatenempfangsmodul, welchem ein Eingabespeicher zugeordnet ist und ein Ausgangsdatenbereitstellungsmodul, welchem ein Ausgabespeicher zugeordnet ist, sowie weiter aufweisend mindestens eine Datenverarbeitungskomponente zur Durchführung einer Datenverarbeitungsaufgabe basierend auf den Eingangsdaten in dem Eingabespeicher und zur Erzeugung von Ausgangsdaten zur Ablage in dem Ausgabespeicher.
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Darüber hinaus soll ein Datenverarbeitungsnetzwerk umfassend eine Mehrzahl von derartigen Datenverarbeitungsmodulen beschrieben werden Die vorstehend gelieferten Erläuterungen zum Verfahren sind auf das Datenverarbeitungsmodul und das Datenverarbeitungsnetzwerk übertragbar und anwendbar.
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Das Verfahren wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1: ein Fahrzeug, in welchem ein beschriebenes Datenverarbeitungsnetzwerk verwendet wird und in welchem das beschriebene Verfahren angewendet wird;
- 2: ein Datenverarbeitungsmodul zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens;
- 3: eine weitere Ausführungsvariante eines Datenverarbeitungsmoduls zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens;
- 4: eine Art der Datenverarbeitung mit einem beschriebenen Verfahren, dargestellt auf einem Zeitstrahl;
- 5: eine weitere Art der Datenverarbeitung mit einem beschriebenen Verfahren, dargestellt auf einem Zeitstrahl, und
- 6: noch eine weitere Art der Datenverarbeitung mit einem beschriebenen Verfahren, dargestellt auf einem Zeitstrahl.
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In der 1 ist schematisch ein Fahrzeug 1 dargestellt. Das Fahrzeug 1 ist insbesondere ein Straßenfahrzeug, beispielsweise ein Personenkraftfahrzeug oder ein Lastkraftfahrzeug. Das Fahrzeug 1 hat Sensoren 23 zum Erfassen von Informationen, wie beispielsweise Umfelddaten aus dem Umfeld des Fahrzeugs 1, die von verschiedenen Fahrerassistenzsystemen genutzt werden können. Solche Systeme können beispielsweise Systeme der aktiven oder passiven Sicherheit oder auch Systeme für einen autonomen (oder teilautonomen) Fahrbetrieb sein. Solche Systeme sind in 1 als Steuerung 20 dargestellt.
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Damit die Steuerung 20 die Daten der Sensoren 23 verarbeiten kann, müssen diese Daten aufbereitet werden. Zu diesem Zweck weist das Fahrzeug 1 ein Datenverarbeitungsnetzwerk 4 auf. Die Sensoren 23 bilden Datenquellen 13 für dieses Datenverarbeitungsnetzwerk 4, welche dem Datenverarbeitungsnetzwerk 4 Sensordaten 3 bereitstellen. Die Steuerung 20 bildet einen Ausgangsdatenempfänger 21 für dieses Datenverarbeitungsnetzwerk 4, welcher Netzwerkausgangsdaten 14 des Datenverarbeitungsnetzwerks 4 empfängt.
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Das Datenverarbeitungsnetzwerk 4 besteht aus einer Mehrzahl von Datenverarbeitungsmodulen 5, die jeweils aus (einem oder mehreren) Datenverarbeitungskomponenten 6 bestehen. Das Datenverarbeitungsnetzwerk 4 mit den Datenverarbeitungsmodulen 5 und den Datenverarbeitungskomponenten 6 ist bevorzugt auf einer Hardware 25 realisiert, die insbesondere einen Datenspeicher 27 aufweist, auf welchem das Datenverarbeitungsnetzwerk 4 Daten 2 ablegen kann und welche darüber hinaus verschiedene andere Hardwarefunktionen für das Datenverarbeitungsnetzwerk 4 bereit stellen kann, beispielsweise einen Zeitgeber 10.
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In den 2 und 3 sind verschiedene Ausführungsvarianten von Datenverarbeitungsmodulen 5 für das beschriebene Datenverarbeitungsnetzwerk 4 dargestellt. Das beschriebene Verfahren wird jeweils auf der Ebene jedes einzelnen Datenverarbeitungsmoduls 5 durchgeführt. Jedes Datenverarbeitungsmodul 5 hat ein Eingangsdatenempfangsmodul 15 mit einem Eingabespeicher 16 zum Empfangen von Eingangsdaten 7 und ein Ausgangsdatenbereitstellungsmodul 17 mit einem Ausgabespeicher 18 zur Bereitstellung von Ausgangsdaten 8 sowie eine Datenverarbeitungskomponentenstruktur 26 mit Datenverarbeitungskomponenten 6 für die Datenverarbeitung von den Eingangsdaten 7 hin zu den Ausgangsdaten 8. Das Eingangsdatenempfangsmodul 15 kann eine Schnittstelle zum Empfangen eines Stimulus 9 aufweisen mit welchem die Datenverarbeitung mit den Datenverarbeitungskomponenten 6 eingeleitet werden kann. Das Ausgangsdatenbereitstellungsmodul 17 kann eine Schnittstelle zur Abgabe eines Verfügbarkeitssignals 12 aufweisen, wenn die Datenverarbeitung mit den Datenverarbeitungskomponenten 6 abgeschlossen ist und die Ausgangsdaten 8 verfügbar sind.
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Die Verfahrensschritte a) und b) des beschriebenen Verfahrens betreffen den Empfang der Eingangsdaten 7 und werden vornehmlich mit dem Eingangsdatenempfangsmodul 15 ausgeführt. Die Verfahrensschritte d) und e) des beschriebenen Verfahrens betreffen die Bereitstellung von Ausgangsdaten 8 und sie werden vornehmlich mit dem Ausgangsdatenbereitstellungsmodul 17 ausgeführt. Die eigentliche Datenverarbeitung geschieht in Schritt c) in den Datenverarbeitungskomponenten 6 , die eine Datenverarbeitungskomponentenstruktur 26 des jeweiligen Datenverarbeitungsmoduls 5 bilden.
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Die Ausführungsvariante des Datenverarbeitungsmoduls 5 gemäß 3 weist als spezielles Merkmal eine Rückführung 22 auf. Die 1 zeigt beispielhaft ein Datenverarbeitungsnetzwerk 4, welches die Daten aus der Datenquelle 13 letztlich unmittelbar deterministisch und ohne Rückführungen von der Datenquelle 13 (hier den Sensoren 23) hin zu dem Ausgangsdatenempfänger 21 (der Steuerung 20) verarbeitet. Für viele Anwendungsfälle ist dies auch ausreichend. Durch die in 3 dargestellte Rückführung 22 wird allerdings auch gezeigt, wie nicht unmittelbar deterministische Datenverarbeitungen in derart aufgebauten Datenverarbeitungsnetzwerken 4 ermöglicht werden können, nämlich durch derartige Rückführung 22. Ausgangsdaten 8 können über solche Rückführungen 22 zurück zum Eingangsdatenempfangsmodul 15 desselben Datenverarbeitungsmoduls 5 geleitet werden, um diese dann bei einer nachfolgenden Datenverarbeitung mit den Datenverarbeitungskomponenten 6 des Datenverarbeitungsmoduls 5 zu verarbeiten. So kann dem Datenverarbeitungsnetzwerk 4 ein Erinnerungsvermögen für Daten beigebracht werden. In der Ausführungsvariante gemäß 3 ist als noch weiteres spezielles Merkmal gezeigt, dass die Ausgangsdaten 8 aus Teildatenmengen 19 bestehen, die während der Datenverarbeitung mit den Datenverarbeitungskomponenten 6 zu unterschiedlichen Zeitpunkten zur Verfügung stehen. Das Ausgangsdatenbereitstellungsmodul 17 kann dazu eingerichtet sein das Verfügbarkeitssignal 12 für sämtliche Ausgangsdaten 8 (Teildatenmengen 19) in einem abzugeben.
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Die 4, 5 und 6 zeigen verschiedene Art -und Weisen der Datenverarbeitung, die mit dem beschriebenen Datenverarbeitungsnetzwerk 4 bzw. mit dem beschriebenen Verfahren durchgeführt werden können.
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Die Darstellungen zeigen jeweils verschiedene Datenverarbeitungsmodule 5,1, 5.2 und/oder 5.3, wobei jeweils die Dauer der Ausführung der Datenverarbeitungen mit den jeweils zu den Datenverarbeitungsmodulen 5 zählenden Datenverarbeitungskomponenten 6 auf dem Zeitstrahl 24 als Balken aufgetragen ist. Jeweils oben schematisch dargestellt sind die Datenquellen 13 (hier jeweils Sensoren 23), mit welchen Daten 2 (hier Sensordaten 3) in das Datenverarbeitungsnetzwerk 4 eingebracht werden können.
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Die einzelnen Datenverarbeitungsmodule 5.1, 5.2 und/oder 5.3 sind über den Zeitstrahl 24 hinweg hintereinander mehrfach gezeigt. Hiermit ist dargestellt, dass die einzelnen Datenverarbeitungsmodule 5.1, 5.2 und/oder 5.3 jeweils mehrfach wiederholt ausgeführt werden und dabei jeweils auf andere Eingangsdaten zurückgreifen. Der Start der Ausführung eines der Datenverarbeitungsmodule 5.1, 5.2 und/oder 5.3 erfolgt jeweils, wenn ein Stimulus 9 vorliegt.
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Die 4, 5 und 6 zeigen jeweils unterschiedliche Arten von Stimuli 9, die hier verwendet werden können.
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Die 4 zeigt, dass als Stimuli 9 nur Verfügbarkeitssignale 12 verwendet werden, die eine Verfügbarkeit von Daten für die Durchführung von bestimmten Datenverarbeitungsaufgaben mit Datenverarbeitungsmodulen 5.1, 5.2 und/oder 5.3 anzeigen. Das in 4 dargestellte Verfahren läuft datentechnisch recht unkontrolliert ab. Sobald neue Daten verfügbar sind, startet die Ausführung der jeweiligen Datenverarbeitungsmodule 5.1, 5.2 und/oder 5.3. Hierdurch wird zwar eine hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit realisiert. Es existiert aber auch eine stark reduzierte Nachvollziehbarkeit, welche Daten von dem jeweiligen Datenverarbeitungsmodul 5.1, 5.2 und/oder 5.3 verarbeitet wurden. Dies gilt insbesondere, weil die Dauer der Datenverarbeitungen mit den Datenverarbeitungsmodulen 5.1, 5.2 und/oder 5.3 nicht genau vorhergesagt werden kann und damit keine bzw. nur eine geringe Reproduzierbarkeit besteht, welches Datenverarbeitungsmodul 5.1, 5.2 und/oder 5.3 auf welche Eingangsdaten reagiert. Mit „Reproduzierbarkeit“ ist hier eine Reproduzierbarkeit der Datenverarbeitung mit dem Datenverarbeitungsnetzwerk 4 gemeint. In diesem Zusammenhang ist mit einer geringen Reproduzierbarkeit gemeint, dass ein sehr hoher Aufwand betrieben werden muss, um die Datenverarbeitung mit den einzelnen Datenverarbeitungsmodulen 5.1, 5.2 und/oder 5.3 nachzuvollziehen, wie dies beispielsweise für Debugging-Aufgaben oder für Aufgaben zur Absicherung der Korrektheit der Datenverarbeitung in redundanten Systemen erforderlich ist.
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Die 5 zeigt, das als Stimuli 9 jeweils Signale eines Zeitgebers 10 verwendet werden, die einem festen Zeitraster 11 folgen. Durch solche Stimuli 9 zur Auslösung der Datenverarbeitung mit den Datenverarbeitungsmodulen 5.1, 5.2 und/oder 5.3 kann erreicht werden, dass immer genau bekannt ist, mit welchen Eingangsdaten die Datenverarbeitung mit den Datenverarbeitungsmodulen 5.1, 5.2 und/oder 5.3 startet. Hierdurch wird eine hohe Reproduzierbarkeit im oben genannten Sinne erreicht - gleichzeitig wird jedoch die Leistungsfähigkeit des Datenverarbeitungsnetzwerks 4 drastisch reduziert. Mit der Leistungsfähigkeit des Datenverarbeitungsnetzwerks 4 ist hier die Fähigkeit des Datenverarbeitungsnetzwerks 4 gemeint, mit möglichst geringen Hardware-Ressourcen betrieben werden zu können. Weil jeweils sichergestellt werden muss, dass die Datenverarbeitung mit einem Datenverarbeitungsmodul (bspw. Datenverarbeitungsmodul 5.1) abgeschlossen ist, bevor ein Start eines weiteren Datenverarbeitungsmoduls erfolgt, welches Ausgangsdaten 8 des ersten Datenverarbeitungsmoduls als Eingangsdaten verarbeitet (bspw. Datenverarbeitungsmodul 5.2). Weil die Dauer der Datenverarbeitung mit den Datenverarbeitungsmodule 5.1, 5.2 und/oder 5.3 nicht genau vorhergesagt werden kann, muss eine ausreichende Auslegung des Zeitrasters anhand einer längsten möglichen Ausführungsdauer erfolgen.
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Die Ausführungsvarianten gemäß 6 kombiniert Aspekte der Ausführungsvarianten gemäß 4 und 5, um einerseits eine hohe Reproduzierbarkeit und andererseits eine gute Leistungsfähigkeit zu erreichen. In dem Datenverarbeitungsnetzwerk 4 wird je nach Aufgabe mit Verfügbarkeitssignalen 12 oder mit Zeitgebern 10 als Stimulus 9 gearbeitet.
