JP2010160715A - 車両用電子制御ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】実行頻度が異なる演算処理を複数のＣＰＵで実行する計算システムにおいて、ＣＰＵ間で処理負荷を適切に分散できる車両用電子制御ユニットを提供すること。
【解決手段】ＣＰＵの処理負荷が基準値を超えたことを判定する手段と、参考処理時間情報を処理毎に記憶する手段と、処理を各ＣＰＵが実行した実行回数を処理毎にカウントする手段と、処理負荷が前記基準値を超えた第１のＣＰＵの実行時間累計と、実行時間累計を合計した総実行時間を算出し、総実行時間に対する実行時間累計の割合を処理毎に算出する手段と、第２のＣＰＵの参考処理時間情報に対する第１のＣＰＵの参考処理時間情報の処理毎割合を処理毎に求めその合計から換算係数を算出する手段と、総実行時間に換算係数を乗じて、第２のＣＰＵに移動される移動候補を含め、第２のＣＰＵの見積もり実行時間を算出する手段と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用電子制御ユニットに関し、特に、車両用電子制御ユニットが有する複数のＣＰＵで処理負荷を分散できる車両用電子制御ユニットに関する。

１つの計算装置が複数のＣＰＵやＣＰＵコア（以下、単にＣＰＵという）を有している場合に、ＣＰＵ間で処理負荷を分散することで、計算装置全体の処理効率を向上できる場合がある。処理負荷を分散する場合、ＣＰＵの処理負荷を監視してある程度の偏りが生じると処理負荷の高いＣＰＵから低いＣＰＵに演算処理（タスク）を移動することが多い。しかし、ＣＰＵの処理能力が異なる場合、単に演算処理をＣＰＵ間で移動しただけでは余裕があると思われた分散先のＣＰＵで過負荷となるおそれがある。

このような点について、ＣＰＵの処理能力に応じて処理負荷を分散する技術が考えられている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１には、各ＣＰＵのデフォルトの処理能力と、処理時間に基づき算出した処理能力をそれぞれテーブルに記憶しておき、これらのテーブルを参照して処理負荷を分散する画像処理装置が開示されている。
特開２００６−１６３６７４号公報

しかしながら、特許文献１に記載された画像処理装置は、各演算処理が均等に発生することを前提にしているため、演算処理が割り込みなどにより不規則に発生する計算装置では処理負荷の分散が不適切となるという問題がある。例えば、制御系に実装される計算システムは、割り込みが随時発生するため各演算処理の実行頻度が異なっていることの方が多い。この場合、実行頻度の少ない演算処理の処理時間に基づき算出した処理能力と、実行頻度の多い演算処理の処理時間に基づき算出した処理能力と、を同等に扱うと次のような不都合がある。例えば、処理負荷が低く処理能力も低いＣＰＵに実行頻度の多い演算処理が移動する可能性があり、この場合、演算処理の移動先のＣＰＵが過負荷となるおそれがある。

本発明は、上記課題に鑑み、実行頻度が異なる演算処理を複数のＣＰＵで実行する計算システムにおいて、ＣＰＵ間で処理負荷を適切に分散できる車両用電子制御ユニットを提供することを目的とする。

上記課題に鑑み、本発明は、複数のＣＰＵがそれぞれ複数の処理を実行する車両用電子制御ユニットにおいて、いずれかのＣＰＵの処理負荷が基準値を超えたことを判定する手段と、各ＣＰＵによる処理の参考処理時間情報を処理毎に記憶する手段と、処理を各ＣＰＵが実行した実行回数を処理毎にカウントする手段と、処理負荷が基準値を超えた第１のＣＰＵの参考処理時間情報に実行回数を乗じた処理毎の実行時間累計と、実行時間累計を合計した総実行時間を算出し、総実行時間に対する実行時間累計の割合を処理毎に算出する手段と、第２のＣＰＵの参考処理時間情報に対する第１のＣＰＵの参考処理時間情報の処理毎割合を処理毎に求め、処理毎割合の合計から換算係数を算出する手段と、総実行時間に換算係数を乗じて、第２のＣＰＵに移動される移動候補を含め、第２のＣＰＵで実行される複数の処理を実行した場合の見積もり実行時間を算出する手段と、見積もり実行時間に基づき第１のＣＰＵから第２のＣＰＵに処理を移動してよいか否かを判定する手段と、を有することを特徴とする。

実行頻度が異なる演算処理を複数のＣＰＵで実行する計算システムにおいて、ＣＰＵ間で処理負荷を適切に分散できる車両用電子制御ユニットを提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、負荷分散システム１００の全体的な構成を模式的に説明する図の一例である。負荷分散システム１００は、電子制御ユニット１０、ＣＰＵ負荷分散判定装置２０、及び、負荷見積もり装置３０とを有する。この負荷分散システム１００では、電子制御ユニット１０がＣＰＵ＿ＡからＣＰＵ＿Ｂに処理Ａを移動する際、負荷見積もり装置３０が移動先のＣＰＵ＿Ｂの「見積もり実行時間」を算出することを特徴とする。

見積もり実行時間とは、ＣＰＵ＿Ｂにその処理を移動したと仮定した場合に、ＣＰＵ＿Ｂの総実行時間を見積もった値である。総実行時間はＣＰＵ＿Ｂにおいて実行しうる処理（以下、見積もり対象処理という）の実行時間を合計したものである。この見積もり実行時間と閾値とを比較することで、ＣＰＵ負荷分散判定装置２０は、ＣＰＵ＿ＡからＣＰＵ＿Ｂに処理を移動してよいか否かを判定できる。

図１では、電子制御ユニット１０、ＣＰＵ負荷分散判定装置２０、及び、負荷見積もり装置３０をそれぞれ別体に記載したが、電子制御ユニット１０がＣＰＵ負荷分散判定装置２０及び負荷見積もり装置３０の少なくとも一方の機能を兼用することができる。また、ＣＰＵ負荷分散判定装置２０と負荷見積もり装置３０は、いずれも車載されたコンピュータを実体とし、典型的には電子制御ユニットとして実装される。なお、ＣＰＵ負荷分散判定装置２０及び負荷見積もり装置３０を一つの電子制御ユニット又は車外のコンピュータで実現してもよい。

〔電子制御ユニット１０〕
電子制御ユニット１０は、ＣＰＵ＿ＡとＣＰＵ＿Ｂの２つのＣＰＵを有する。なお、ＣＰＵ＿ＡとＣＰＵ＿Ｂのアーキテクチャは異なっており、両者が同じ処理を実行しても処理時間が異なっている。

電子制御ユニット１０は、例えばエンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）、パワートレイン系ＥＣＵ、ブレーキＥＣＵ及びナビゲーションＥＣＵ等が知られているが、これらを集約したＥＣＵ等、電子制御ユニット１０はどのような車載装置を制御するものでもよい。なお、電子制御ユニット１０は、ＣＰＵ＿Ａ、ＣＰＵ＿Ｂの他に、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory）、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）及び入出力端子等を備えたコンピュータを実体とする。入出力端子には、各種のセンサ、アクチュエータ、スイッチ素子等が接続されている。

〔ＣＰＵ負荷分散判定装置２０〕
ＣＰＵ負荷分散判定装置２０は、ＣＰＵ＿ＡとＣＰＵ＿Ｂの処理負荷を監視している。ＣＰＵ負荷分散判定装置２０は、ＣＰＵ＿Ａ、ＣＰＵ＿Ｂの処理負荷を、ＣＰＵ使用率やタスクキューに登録された処理数から算出する。ＣＰＵ＿ＡのＣＰＵ使用率は、所定時間（例えば、数十ミリ秒から数秒程度）におけるＣＰＵ＿Ａが処理を実行した時間の割合である。ＣＰＵ＿Ｂについても同様に算出できる。すなわち、ＣＰＵ＿Ａが処理していないアイドル状態では処理負荷が十分に低いとして、ＣＰＵ使用率から処理負荷の指標を算出することができる。

タスクキューはＯＳ（Operating System）のスケジューラがＣＰＵ＿Ａ、ＣＰＵ＿Ｂ毎に実行する処理を登録するリスト状のメモリ領域である。ＣＰＵ＿Ａが実行する処理のリストであるＣＰＵ＿Ａのタスクキューの処理数、及び、ＣＰＵ＿Ｂが実行する処理のリストであるＣＰＵ＿Ｂのタスクキューの処理数をそれぞれ監視すれば、処理負荷の指標とすることができる。ＣＰＵ負荷分散判定装置２０は、ＣＰＵ使用率やタスクキューに登録された処理数を、処理負荷を算出する所定の算出式に代入して、サイクル時間毎にＣＰＵ＿ＡとＣＰＵ＿Ｂの処理負荷を算出する。

また、ＣＰＵ負荷分散判定装置２０は、ＣＰＵ＿Ａ（又はＣＰＵ＿Ｂ）の処理負荷が基準値を超えると、基準値を超えていない方のＣＰＵ＿Ｂ（又はＣＰＵ＿Ａ）に処理を移動できるか否かを判定する。判定のため、ＣＰＵ負荷分散判定装置２０は、負荷見積もり装置３０に見積もり実行時間の算出を要求する。以下、ＣＰＵ＿Ａの処理負荷が基準値を超え、ＣＰＵ＿Ｂに処理を移動できるか否かを判定するものとする。

なお、移動対象となる処理は、ＣＰＵ＿Ａで実行していて、かつ、ＣＰＵ＿Ｂで実行していない処理である。ＣＰＵ＿Ａが複数の処理を実行している場合、ＣＰＵ負荷分散判定装置２０は、移動候補の処理を決定する。移動候補の処理の決定にはいくつか方法がある。ＣＰＵ＿Ａの処理負荷を低減することが目的なので、例えば、実行頻度の大きい処理を移動候補に決定することができる。また、実行時間累計の大きい処理を移動候補に決定することができる。実行頻度と実行時間累計は、次述する負荷見積もり装置３０により算出されており、負荷分散システム１００で共有することができる。また、単に、ＣＰＵ＿Ａが現在は実行してない処理を移動候補にしてもよい。

ＣＰＵ負荷分散判定装置２０は、移動候補の処理について、負荷見積もり装置３０に見積もり実行時間の算出を要求する。負荷見積もり装置３０は、移動候補の処理を含めた見積もり対象処理の見積もり実行時間を算出する。

負荷見積もり装置３０がＣＰＵ＿Ｂの見積もり実行時間を算出すると、ＣＰＵ負荷分散判定装置２０は、ＣＰＵ＿Ｂの見積もり実行時間と閾値を比較して、処理ＡをＣＰＵ＿Ｂに移動することができるか否かを判定する。ＣＰＵ＿Ｂの見積もり実行時間が、後述するＣＰＵ＿Ａの総実行時間よりも小さければ、ＣＰＵ＿Ａの処理負荷も低減でき、ＣＰＵ＿Ｂの処理負荷も過負荷とはならないと考えられる。したがって、例えばこの閾値は、ＣＰＵ＿Ａの総実行時間とすることができる。また、ＣＰＵ＿Ｂに若干の高負荷を許容してＣＰＵ＿Ａの総実行時間×α（＞１）を閾値にしてもよいし、ＣＰＵ＿Ｂの余裕を考慮してＣＰＵ＿Ａの総実行時間×β（＜１）を閾値にしてもよい。

また、ＣＰＵ＿Ａの総実行時間に基づき閾値を決定するのでなく、ＣＰＵ＿Ｂの見積もり実行時間と処理負荷の換算テーブルを予め定めておき、処理ＡをＣＰＵ＿Ｂに移動することができるか否かを判定してもよい。この場合、ＣＰＵ負荷分散判定装置２０は、換算テーブルを参照して変換した処理負荷が上記の基準値を超えるか否かにより、処理ＡをＣＰＵ＿Ｂに移動することができるか否かを判定する。

〔負荷見積もり装置３０〕
負荷見積もり装置３０は、ＣＰＵ＿Ｂの「見積もり実行時間」を算出する。
図２は、見積もり実行時間の算出を模式的に説明する図の一例である。図２の括弧内の数字は、以下の見積もり実行時間の算出手順の順番を示すものである。

（１）負荷見積もり装置３０は、予めＣＰＵ毎に各基本演算の処理時間を算出しておく。図では、負荷見積もり装置３０は基本演算Ａ、Ｂ、Ｃ…（以下、区別しない場合、基本演算ｎという）の処理時間を算出する。ここで基本演算ｎとは、処理から基本的な演算内容を抽出した演算をいう。基本演算ｎは処理とほぼ同義であるが、ＣＰＵ＿Ａ、ＣＰＵ＿Ｂが実行する実際の処理と区別するため、負荷見積もり装置３０における説明では基本演算ｎと称す。なお、基本演算Ａは処理Ａに、基本演算Ｂは処理Ｂに、基本演算Ｃは処理Ｃに…それぞれ対応する。

また、処理時間は実行時間と同程度であるが、実行時間が、基本演算ｎをＣＰＵ＿Ａ、ＣＰＵ＿Ｂが実際に実行する際に消費した時間であるのに対し、処理時間は基本演算ｎのベンチマーク処理をＣＰＵ＿Ａ、ＣＰＵ＿Ｂが実行した際に消費した時間である。ベンチマーク処理は例えば基本演算ｎの典型的な処理、基本演算ｎ内の全ての分岐を通過する処理、全てのステップを経る処理等、基本演算ｎから生成された人工的な処理である。さらに、補正係数を乗じるなどして処理能力値を決定してもよい。

負荷見積もり装置３０は、例えば実際にＣＰＵ＿ＡとＣＰＵ＿Ｂがベンチマーク処理を実行した処理時間を、タイマなどを利用して測定する。なお、各基本演算ｎの処理時間は負荷見積もり装置３０を車載する前に測定しておくことができるので、別のコンピュータが測定してもよい。以下、基本演算Ａの処理時間を基本演算Ａ時間、基本演算Ｂの処理時間を基本演算Ｂ時間、基本演算Ｃの処理時間を基本演算Ｃ時間…と称す。基本演算Ａ時間等は、負荷見積もり装置３０のＥＥＰＲＯＭやＲＯＭ等のメモリに記憶される。

（２）負荷見積もり装置３０は、ＣＰＵ＿Ｂについて基本演算毎の換算係数を算出する。換算計数は次式で算出される。
換算係数Ａ＝ＣＰＵ＿Ｂの基本演算Ａ時間÷ＣＰＵ＿Ａの基本演算Ａ時間
換算係数Ｂ＝ＣＰＵ＿Ｂの基本演算Ｂ時間÷ＣＰＵ＿Ａの基本演算Ｂ時間
換算係数Ｃ＝ＣＰＵ＿Ｂの基本演算Ｃ時間÷ＣＰＵ＿Ａの基本演算Ｃ時間
すなわち、基本演算ｎ毎に、ＣＰＵ＿ＢとＣＰＵ＿Ａの処理時間の比が算出される。基本演算ｎについて、ＣＰＵ＿Ｂの方が処理能力が高ければ換算係数は１より小さくなり、低ければ換算係数は１より大きくなる。

（３）負荷見積もり装置３０は、基本演算ｎ毎に重み付け割合を算出する。重み付け割合とは、ＣＰＵ＿Ａの総実行時間に対する各基本演算ｎの実行時間の割合である。重み付け割合を算出するため、負荷見積もり装置３０は、各基本演算ｎの処理時間を測定する。すなわち、基本演算Ａ時間等を用いればよいのでベンチマーク処理の際に取得できる。また、基本演算Ａ時間等の代わりに、電子制御ユニットが実際に基本演算ｎを実行した際の実行時間を用いてもよい。いずれの値を用いてもＣＰＵ＿Ａが基本演算ｎを１回実行する時間が得られる。

また、負荷見積もり装置３０は、各基本演算ｎの実行回数をカウントする。実行回数は、電子制御ユニット１０が実際に処理を実行した回数である。

したがって、次式から各基本演算ｎ毎に実行時間累計が得られる。
実行時間累計Ａ＝基本演算Ａを１回実行する時間×基本演算Ａの実行回数
実行時間累計Ｂ＝基本演算Ｂを１回実行する時間×基本演算Ｂの実行回数
実行時間累計Ｃ＝基本演算Ｃを１回実行する時間×基本演算Ｃの実行回数
したがって、上記の総実行時間は次式で現すことができる。
総実行時間＝実行時間累計Ａ＋実行時間累計Ｂ＋実行時間累計Ｃ＋…
また、各基本演算ｎの重み付け割合は次式で現すことができる。
基本演算Ａの割合〔％〕＝１００×実行時間累計Ａ／総実行時間
基本演算Ｂの割合〔％〕＝１００×実行時間累計Ｂ／総実行時間
基本演算Ｃの割合〔％〕＝１００×実行時間累計Ｃ／総実行時間
このように各基本演算ｎ毎に重み付け割合を算出することで、実行頻度の大きい基本演算ｎにおけるＣＰＵ＿ＡとＣＰＵ＿Ｂの処理能力の比を、ＣＰＵ＿Ｂの総実行時間に大きく反映させ、逆に、実行頻度の小さい基本演算ｎにおけるＣＰＵ＿ＡとＣＰＵ＿Ｂの処理能力の比を、ＣＰＵ＿Ｂの見積もり時間に小さく反映させることができる。すなわち、単に、基本演算ｎ毎のＣＰＵ＿ＡとＣＰＵ＿Ｂの処理能力の比により基本演算ｎを移動するか否かを判定するのでなく、各基本演算ｎ毎の実行頻度に応じて見積もられるＣＰＵ＿Ｂの見積もり実行時間に基づき、処理を移動できるか否かを判定できる。

（４）負荷見積もり装置３０は、基本演算ｎ全体の換算係数を算出する。
基本演算ｎ全体の換算係数（以下、全体換算係数という）は、ＣＰＵ＿Ａにより見積もり対象処理を実行した場合の総実行時間から、基本演算ｎの移動によりＣＰＵ＿Ｂで実行することになる見積もり対象処理の総実行時間への変換係数となる。図示するように、全体換算係数は次式で算出される。

全体換算係数＝換算係数Ａ×基本演算Ａの割合
＋換算係数Ｂ×基本演算Ｂの割合
＋換算係数Ｃ×基本演算Ｃの割合…
この全体換算係数は、基本演算ｎ毎のＣＰＵ＿ＡとＣＰＵ＿Ｂの処理能力の比に、基本演算ｎの実行頻度に応じた重み付けを考慮した値となるので、ＣＰＵ＿Ｂに基本演算ｎを移動した場合にＣＰＵ＿Ｂによる総実行時間を精度よく見積もることを可能にする。

（５）負荷見積もり装置３０は、見積もり実行時間を算出する。
以上からＣＰＵ＿Ｂの見積もり実行時間は次式から算出される。
ＣＰＵ＿Ｂの見積もり実行時間＝総実行時間×全体換算係数

〔動作手順〕
図３は、負荷分散システム１００の動作手順を示すフローチャート図の一例である。図３のフローチャート図は、例えば内燃機関を搭載した車両ではイグニッションがオンになるとスタートし、電気自動車やハイブリッド車ではメインシステムが起動するとスタートする。

ＣＰＵ負荷分散判定装置２０は、ＣＰＵ＿Ａ又はＣＰＵ＿Ｂが高負荷になったか否かを判定する（Ｓ１０）。高負荷になる前に、過去の処理負荷の推移から高負荷となることを予測してもよい。

ＣＰＵ負荷分散判定装置２０は、移動候補の処理を決定する（Ｓ２０）。例えば、ＣＰＵ＿Ａにおいて実行頻度又は実行時間累計が最も大きい処理を移動候補の処理とする。

ついで、ＣＰＵ負荷分散判定装置２０は、移動候補が決定できたか否かを判定する（Ｓ３０）。移動候補を決定できない場合とは、例えば見積もり対象処理の全てについて見積もり実行時間を算出したような場合である。移動候補を決定できない場合（Ｓ３０のＮｏ）、図３の動作手順は終了する。

移動候補を決定できた場合（Ｓ３０のＹｅｓ）、ＣＰＵ負荷分散判定装置２０は負荷見積もり装置３０に移動候補の処理Ａについて見積もり実行時間の算出を要求する（Ｓ４０）。これにより、負荷見積もり装置３０は上記（１）〜（５）を実行してＣＰＵ＿Ｂの見積もり実行時間を算出する（Ｓ５０）。負荷見積もり装置３０は、算出したＣＰＵ＿Ｂの見積もり実行時間をＣＰＵ負荷分散判定装置２０に送出する。

そして、ＣＰＵ負荷分散判定装置２０は、見積もり実行時間が閾値未満か否かを判定する（Ｓ６０）。ＣＰＵ＿Ｂの見積もり実行時間が閾値未満の場合（Ｓ６０のＹｅｓ）、ＣＰＵ負荷分散判定装置２０は電子制御ユニット１０に、処理ＡをＣＰＵ＿ＡからＣＰＵ＿Ｂに移動することを許可する（Ｓ７０）。

これにより、例えば電子制御ユニット１０のＯＳが備えるスケジューラは、ＣＰＵ＿Ａのタスクキューに登録されている処理Ａを、ＣＰＵ＿Ｂのタスクキューに登録する。そして、スケジューラは、以降は、処理ＡをＣＰＵ＿Ｂのタスクキューに登録すると共に各処理をスケジューリングする。

なお、ＣＰＵ＿Ｂの見積もり実行時間が閾値未満でない場合（Ｓ６０のＮｏ）、ＣＰＵ負荷分散判定装置２０は別の処理を移動候補にして図３の処理を繰り返す。この場合、移動候補を決定できなくなるまで（Ｓ３０のＮｏ）、図３の動作手順を繰り返す。

以上説明したように、本実施形態の負荷分散システム１００は、基本演算ｎ毎のＣＰＵ＿ＡとＣＰＵ＿Ｂの処理能力の比に、基本演算ｎの実行頻度に応じた重み付けを考慮してＣＰＵ＿Ｂによる総実行時間を算出するので、処理が割り込みなどにより不規則に発生する制御系のシステムでも処理負荷を適切に分散させることができる。

なお、本実施形態では、電子制御ユニット１０がＣＰＵ＿Ａ、ＣＰＵ＿Ｂを有する場合を説明したが、さらにＣＰＵ＿Ｃを有するなど、３以上のＣＰＵを有していてもよい。この場合、移動候補の処理を移動先のＣＰＵを決定するだけで同様に処理Ａを移動できるか否かを判定できる。移動先のＣＰＵは、例えば最も処理負荷の小さいＣＰＵとすればよい。

負荷分散システムの全体的な構成を模式的に説明する図の一例である。 見積もり実行時間の算出を模式的に説明する図の一例である。 負荷分散システムの動作手順を示すフローチャート図の一例である。

１０ 電子制御ユニット
２０ ＣＰＵ負荷分散判定装置
３０ 負荷見積もり装置
１００ 負荷分散システム

Claims (1)

1. 複数のＣＰＵがそれぞれ複数の処理を実行する車両用電子制御ユニットにおいて、
   いずれかのＣＰＵの処理負荷が基準値を超えたことを判定する手段と、
   各ＣＰＵによる処理の参考処理時間情報を処理毎に記憶する手段と、
   各処理を各ＣＰＵが実行した実行回数を処理毎にカウントする手段と、
   処理負荷が前記基準値を超えた第１のＣＰＵの前記参考処理時間情報に前記実行回数を乗じた処理毎の実行時間累計と、前記実行時間累計を合計した総実行時間を算出し、前記総実行時間に対する前記実行時間累計の割合を処理毎に算出する手段と、
   第２のＣＰＵの前記参考処理時間情報に対する第１のＣＰＵの前記参考処理時間情報の処理毎割合を処理毎に求め、処理毎割合の合計から換算係数を算出する手段と、
   前記総実行時間に前記換算係数を乗じて、第２のＣＰＵに移動される移動候補を含め、第２のＣＰＵで実行される複数の処理を実行した場合の見積もり実行時間を算出する手段と、
   前記見積もり実行時間に基づき第１のＣＰＵから第２のＣＰＵに処理を移動してよいか否かを判定する手段と、
   を有することを特徴とする車両用電子制御ユニット。

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