JP4681513B2 - Real-time parallel distributed simulation system - Google Patents
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Description
本発明は、制御装置と複数のノードとの間で相互にリアルタイムで情報通信を行いながら、これら複数のノードを用いて並列分散シミュレーションを行うリアルタイム並列分散シミュレーションシステムに関するものである。 The present invention relates to a real-time parallel distributed simulation system that performs parallel distributed simulation using a plurality of nodes while performing real-time information communication between a control device and a plurality of nodes.
従来、例えば、特開2000−163392号公報(特許文献1)などに開示されているように、複数のノード(シミュレータ)を用いて並列分散シミュレーションを行われている。 Conventionally, as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-163392 (Patent Document 1), parallel distributed simulation is performed using a plurality of nodes (simulators).
ところで、近年、制御装置などの開発、評価のために、制御装置と相互にリアルタイムで情報通信しながら行うシミュレーション、いわゆるHILシミュレーション(Hardware In the Loop Simulation)が注目されている。すなわち、HILシミュレーションは、制御装置からの実際の制御対象物を制御するための制御信号を入力しつつ、制御対象物の疑似状態情報を制御装置へ出力するという、いわゆるリアルタイムシミュレーションである。このようなリアルタイムシミュレーションにより、制御対象物を製造する前に、制御装置の評価などを行うことができる。そして、このリアルタイムシミュレーションを、並列分散処理により行うことが、例えば、非特許文献1、2に開示されている。
By the way, in recent years, a so-called HIL simulation (Hardware In the Loop Simulation), which is performed while communicating information with a control device in real time, has attracted attention for the development and evaluation of the control device. That is, the HIL simulation is a so-called real-time simulation in which pseudo state information of the control object is output to the control device while inputting a control signal for controlling the actual control object from the control device. Such a real-time simulation enables the control device to be evaluated before the control object is manufactured. For example,
ここで、例えば、自動車には、複数の制御装置及びそれぞれの制御装置が制御可能な複数の制御対象物が搭載されている。このような自動車のシミュレーションを行う場合には、複数の制御装置からの制御信号を入力しつつ、複数の制御対象物の疑似状態情報を対応する制御装置へ出力する、リアルタイムシミュレーションを行うことになる。 Here, for example, a plurality of control devices and a plurality of control objects that can be controlled by the respective control devices are mounted on an automobile. When performing such a vehicle simulation, a real-time simulation is performed in which pseudo state information of a plurality of control objects is output to a corresponding control device while inputting control signals from the plurality of control devices. .
この場合、具体的には、それぞれのノードが、それぞれの制御装置から制御信号を入力し、この制御信号に基づき当該制御装置の制御対象物の疑似状態情報を生成する処理を行い、且つ、当該疑似状態情報を当該制御装置へ出力している。そして、これら複数のノードが相互に通信して、複数のノードにより生成されたシミュレーション結果を収集することにより、自動車全体のシミュレーションを行っている。
しかし、自動車に搭載される複数の制御装置は、相互に関係した動作を行うことがある。つまり、所定の制御装置の制御対象物の状態が変化することに伴って、他の制御装置の制御対象物の状態が変化することがある。さらに、所定の制御装置の制御信号に応じて、他の制御装置の制御対象物の状態が変化することがある。従って、上述したシミュレーションでは、複数の制御装置を備える全体のシステムに対して、相互動作のリアルタイム性が劣るという問題があった。 However, a plurality of control devices mounted on an automobile may perform operations related to each other. That is, as the state of the control object of a predetermined control device changes, the state of the control object of another control device may change. Furthermore, the state of the control object of another control device may change according to the control signal of a predetermined control device. Therefore, the above-described simulation has a problem that the real-time property of the mutual operation is inferior to the entire system including a plurality of control devices.
そこで、相互動作のリアルタイム性を向上するために、それぞれのノードが、生成した制御対象物の疑似状態情報を他のノードに出力すると共に、入力した制御信号を他のノードへ送信することが考えられる。つまり、それぞれのノードが、直接接続された制御装置の制御信号を入力することに加えて、他のノードを介して他の制御装置の制御信号を入力し、且つ、他のノードにより生成された他の制御装置の制御対象物の疑似状態情報を入力することとする。このように、それぞれのノードは、直接入力した制御装置の制御信号、他の制御装置の制御信号、及び、他の制御装置の制御対象物の疑似状態情報に基づき、相互動作のリアルタイム性を向上することができる。 Therefore, in order to improve the real-time nature of the interaction, it is considered that each node outputs the pseudo state information of the generated control object to another node and transmits the input control signal to the other node. It is done. That is, each node inputs a control signal of another control device via another node in addition to inputting a control signal of a directly connected control device, and is generated by another node. It is assumed that pseudo state information of a control object of another control device is input. Thus, each node improves the real-time nature of the interaction based on the control signal of the control device directly input, the control signal of the other control device, and the pseudo state information of the control object of the other control device. can do.
ところが、特に、制御装置とノードとの間の通信をリアルタイムで行うためには、情報の入出力に非常に多くの時間が必要となる。そのため、リアルタイム性を向上させたシミュレーションを行うことが困難であった。 However, in particular, in order to perform communication between the control device and the node in real time, a very long time is required for input / output of information. For this reason, it has been difficult to perform a simulation with improved real-time characteristics.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、よりリアルタイム性を向上させることができるリアルタイム並列分散シミュレーションシステムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a real-time parallel distributed simulation system that can further improve real-time performance.
本発明のリアルタイム並列分散シミュレーションシステムは、複数の部分制御対象物から構成される所定の制御対象物をシミュレーションの対象とするリアルタイム並列分散シミュレーションシステムであって、複数の制御装置と、1つのI/Oノードと、複数の演算ノードと、通信手段とを備える。複数の制御装置は、それぞれの前記部分制御対象物の状態情報に応じた制御信号を部分制御対象物へ出力することにより、それぞれの部分制御対象物を制御可能な装置である。1つのI/Oノードは、複数の制御装置からそれぞれの制御信号を入力すると共に、部分制御対象物の疑似的な状態情報である疑似状態情報を複数の制御装置に対して出力するノードである。複数の演算ノードは、I/Oノードから入力されたそれぞれの制御信号に基づきそれぞれの疑似状態情報を生成すると共に、演算処理装置をそれぞれ備えるノードである。通信手段は、所定時間毎にI/Oノードと複数の演算ノードとの間、及び、それぞれの前記演算ノード間にて通信する手段である。
さらに、少なくとも1個の前記演算ノードは、複数の前記演算ノード間の通信の時刻管理、及び、前記I/Oノードと前記演算ノードとの間の通信の時刻管理を行う。さらに加えて、前記所定時間毎に前記I/Oノードと複数の前記演算ノードとの間、及び、それぞれの前記演算ノード間の通信に続いて、複数の前記演算ノードは、前記疑似状態情報を生成し、前記I/Oノードは、前記演算ノードによる前記疑似状態情報の生成と並列的に複数の前記制御装置との入出力処理を行う。
The real-time parallel distributed simulation system of the present invention is a real-time parallel distributed simulation system that targets a predetermined control object composed of a plurality of partial control objects, and includes a plurality of control devices, one I / O An O node, a plurality of operation nodes, and communication means are provided. The plurality of control devices are devices capable of controlling each partial control object by outputting a control signal corresponding to the state information of each of the partial control objects to the partial control object. One I / O node is a node that inputs respective control signals from a plurality of control devices and outputs pseudo state information, which is pseudo state information of the partial control object, to the plurality of control devices. . The plurality of operation nodes are nodes that generate respective pseudo state information based on the respective control signals input from the I / O nodes and each include an operation processing device. The communication means is means for communicating between the I / O node and the plurality of operation nodes and between each of the operation nodes every predetermined time.
Further, at least one of the computation nodes performs communication time management between the plurality of computation nodes and communication time management between the I / O node and the computation node. In addition, following the communication between the I / O node and the plurality of operation nodes and between the operation nodes at each predetermined time, the plurality of operation nodes transmit the pseudo state information. The I / O node performs input / output processing with the plurality of control devices in parallel with the generation of the pseudo state information by the arithmetic node.
ここで、ノードとは、単一の演算処理装置(CPUなど)からなるもの、2個のCPUを含むデュアルCPUからなるものなどを含む。もちろん、ノードは、3個以上の演算処理装置を含むものであってもよい。 Here, the node includes a single arithmetic processing unit (such as a CPU) and a dual CPU including two CPUs. Of course, the node may include three or more arithmetic processing devices.
本発明のリアルタイム並列分散シミュレーションシステムの処理動作について説明する。まず、制御装置により出力される制御信号は、I/Oノードに入力される。このI/Oノードが入力した制御信号は、通信手段を介して、所定時間毎に演算ノードに伝送される。そして、演算ノードにて、伝送された制御信号に基づき、制御対象物の疑似状態情報を生成する。続いて、生成された疑似状態情報は、所定時間毎に、演算ノードから通信手段を介して、I/Oノードに伝送される。そして、I/Oノードは、伝送された疑似状態情報を制御装置に出力する。 The processing operation of the real-time parallel distributed simulation system of the present invention will be described. First, a control signal output by the control device is input to the I / O node. The control signal input by this I / O node is transmitted to the computation node at predetermined intervals via the communication means. Then, pseudo state information of the controlled object is generated based on the transmitted control signal at the operation node. Subsequently, the generated pseudo state information is transmitted from the operation node to the I / O node via the communication unit at predetermined time intervals. Then, the I / O node outputs the transmitted pseudo state information to the control device.
このように、本発明のリアルタイム並列分散シミュレーションシステムによれば、制御装置の制御対象である制御対象物が存在しない場合であっても、制御装置をリアルタイムでシミュレートすることができる。 Thus, according to the real-time parallel distributed simulation system of the present invention, the control device can be simulated in real time even when there is no control target that is the control target of the control device.
さらに、本発明によれば、制御装置からの制御信号の入力、及び、制御装置への疑似状態情報の出力は、常に、I/Oノードにより行われる。すなわち、演算ノードは、制御装置からの制御信号の入力、及び、制御装置への疑似状態情報の出力を行わない。従って、演算ノードは、主として、制御対象物の疑似状態情報の生成、すなわちシミュレーション演算を行う。一方、I/Oノードは、主として、制御装置との情報の入出力を行うことになる。さらに、通信手段を介して、所定時間毎にI/Oノードと演算ノードとが相互に情報通信を行う。 Further, according to the present invention, the input of the control signal from the control device and the output of the pseudo state information to the control device are always performed by the I / O node. That is, the arithmetic node does not input a control signal from the control device and output pseudo state information to the control device. Therefore, the calculation node mainly generates pseudo state information of the control object, that is, performs a simulation calculation. On the other hand, the I / O node mainly inputs and outputs information with the control device. Further, the I / O node and the computation node perform information communication with each other via the communication means at predetermined time intervals.
ここで、リアルタイムシミュレーションを行うためには、制御装置との情報の入出力、及び、シミュレーション演算が相当の時間を要する。そして、本発明によれば、時間を要する制御装置との情報の入出力とシミュレーション演算とを、それぞれ別々のノードが処理するようにしている。従って、非常に効率的に処理を分散できるので、リアルタイム性を向上することができる。 Here, in order to perform real-time simulation, input / output of information with the control device and simulation calculation require a considerable time. According to the present invention, input / output of information with respect to the control device requiring time and simulation calculation are processed by separate nodes. Therefore, since processing can be distributed very efficiently, real-time performance can be improved.
また、本発明のリアルタイム並列分散シミュレーションにおいて、演算ノードは、複数である。つまり、通信手段は、所定時間毎に、I/Oノードと複数の演算ノードとの間、及び、それぞれの演算ノード間にて通信する。このように、演算ノードを複数とする場合であっても、I/Oノードのみが制御装置との情報の入出力を行う。そして、複数の演算ノードは、制御装置との情報の入出力を行わず、シミュレーション演算を行う。そして、演算ノードを複数にすることで、演算処理を分散することができるので、処理が高速化できる。また、大規模システムに対応できる。 In the real-time parallel distributed simulation of the present invention , there are a plurality of operation nodes. That is , the communication means communicates between the I / O node and the plurality of operation nodes and between the operation nodes at every predetermined time. As described above, even when there are a plurality of operation nodes, only the I / O node inputs / outputs information to / from the control device. The plurality of computation nodes perform simulation computation without inputting / outputting information with the control device. In addition, by using a plurality of operation nodes, the operation processing can be distributed, so that the processing speed can be increased. It can also be used for large-scale systems.
ここで、リアルタイムに並列分散シミュレーションを行うためには、通信手段が、所定時間毎にノード間にて通信を行う必要がある。そして、このように所定時間毎に通信を行うためには、通信する時刻を管理する必要がある。そこで、演算ノードを複数とする場合には、複数の演算ノードのうち少なくとも1個の演算ノードが、複数の演算ノード間の通信の時刻管理、及び、I/Oノードと演算ノードとの間の通信の時刻管理を行うようにする。具体的には、時刻管理を行う演算ノードが、所定時刻に到達したと判断した場合には、ノード間にて通信を行うように指令する。さらに、I/Oノード及び他の演算ノードが所定処理を終えた場合には、時刻管理を行う演算ノードが所定時刻に到達したと判断するまでの間、同期待ちをするように指令する。このように、演算ノードがI/Oノード及び複数の演算ノード間にて同期通信を行うように指令することで、確実にリアルタイムに並列分散シミュレーションを行うことができる。なお、時刻管理を行う演算ノードは、時刻管理のみを行うようにしてもよいし、時刻管理の他にシミュレーション演算を行うようにしてもよい。 Here, in order to perform parallel and distributed simulation in real time, it is necessary for the communication means to communicate between nodes every predetermined time. In order to perform communication every predetermined time in this way, it is necessary to manage the communication time. Therefore, when there are a plurality of operation nodes, at least one of the plurality of operation nodes is connected to the time management of communication between the plurality of operation nodes and between the I / O node and the operation node. The communication time is managed. Specifically, when an arithmetic node that performs time management determines that a predetermined time has been reached, it instructs the nodes to communicate with each other. Further, when the I / O node and other computing nodes have finished the predetermined processing, the instruction is issued to wait for synchronization until it is determined that the computing node that performs time management has reached the predetermined time. In this manner, the parallel distributed simulation can be reliably performed in real time by instructing the arithmetic node to perform synchronous communication between the I / O node and the plurality of arithmetic nodes. Note that the computation node that performs time management may perform only time management, or may perform simulation computation in addition to time management.
また、本発明のリアルタイム並列分散シミュレーションシステムは、制御対象物に関する疑似基本情報を記憶するホストコンピュータと、疑似基本情報をホストコンピュータから入力すると共に疑似基本情報を演算ノードに出力し、且つ、疑似状態情報を演算ノードから入力すると共に疑似状態情報をホストコンピュータに出力する情報管理ノードと、をさらに備えるようにしてもよい。この場合、演算ノードは、疑似基本情報及び制御信号に基づき疑似状態情報を生成し、通信手段は、所定時間毎に、情報管理ノードとI/Oノード及び演算ノードとの間にて通信するようにする。 In addition, the real-time parallel distributed simulation system of the present invention includes a host computer that stores pseudo basic information related to an object to be controlled, inputs pseudo basic information from the host computer, and outputs pseudo basic information to an operation node. An information management node that inputs information from the operation node and outputs pseudo state information to the host computer may be further provided. In this case, the computing node generates pseudo state information based on the pseudo basic information and the control signal, and the communication means communicates between the information management node, the I / O node, and the computing node at predetermined time intervals. To.
ここで、ホストコンピュータは、シミュレーションの状況及び結果等の使用者にとって必要な情報、及び、制御対象物の疑似基本情報(基本モデル)が記憶されていればよい。つまり、ホストコンピュータには、演算ノード等とのリアルタイムでの通信を行うことができない装置、すなわち、所定時間毎に演算ノード等と通信を行うことができない装置が使用されることが多い。一方、演算ノードがリアルタイムでシミュレーション演算を行うためには、演算ノードは、制御対象物の疑似基本情報の取得をリアルタイムで行う必要がある。また、演算ノードにより生成された疑似状態情報は、演算ノードにおいて逐次更新されている。従って、演算ノードは、過去の所定時刻における疑似状態情報を記憶していないことがある。 Here, the host computer only needs to store information necessary for the user, such as the simulation status and results, and pseudo basic information (basic model) of the controlled object. That is, in many cases, a device that cannot communicate with a computing node or the like in real time, that is, a device that cannot communicate with a computing node or the like every predetermined time is used for the host computer. On the other hand, in order for the computation node to perform the simulation computation in real time, the computation node needs to acquire the pseudo basic information of the controlled object in real time. Further, the pseudo state information generated by the operation node is sequentially updated in the operation node. Therefore, the operation node may not store pseudo state information at a predetermined time in the past.
そこで、上述したように、情報管理ノードを設けることで、情報管理ノードがホストコンピュータから制御対象物の疑似基本情報を入力した上で、演算ノードに出力するようにできる。これにより、演算ノードが、疑似基本情報を取得することができる。さらに、情報管理ノードが、演算ノードにより生成された疑似状態情報を一時的に記憶しておき、必要な疑似状態情報をホストコンピュータに出力することができる。これにより、ホストコンピュータは、過去の所定時刻における疑似状態情報を取得することができる。 Thus, as described above, by providing the information management node, the information management node can input the pseudo basic information of the controlled object from the host computer and then output it to the computation node. Thereby, the operation node can acquire the pseudo basic information. Furthermore, the information management node can temporarily store the pseudo state information generated by the operation node and output the necessary pseudo state information to the host computer. Thereby, the host computer can acquire the pseudo state information at the past predetermined time.
また、本発明のリアルタイム並列分散シミュレーションは、制御対象物は、複数の部分制御対象物を備え、制御装置は、複数であり、それぞれの部分制御対象物の状態情報に応じた制御信号をそれぞれの部分制御対象物へ出力することによりそれぞれの部分制御対象物を制御可能である。例えば、自動車には、エンジン、ステアリング及びエアーコンディショナー等の複数の制御対象物(部分制御対象物)が存在し、これら複数の部分制御対象物をそれぞれ制御する複数の制御装置が存在する。このように、複数の制御装置が存在する場合であっても、これら複数の制御装置は、何れもI/Oノードと情報の入出力を行い、演算ノードと直接的に情報の入出力を行うことはない。つまり、複数の制御装置が存在する場合であっても、本発明のリアルタイム並列分散シミュレーションを適用することができる。 In the real-time parallel distributed simulation according to the present invention, the control object includes a plurality of partial control objects, and the control device includes a plurality of control signals corresponding to the state information of the respective partial control objects. Each partial control object can be controlled by outputting to the partial control object . For example, an automobile has a plurality of control objects (partial control objects) such as an engine, a steering, and an air conditioner, and a plurality of control devices that respectively control the plurality of partial control objects. As described above, even when there are a plurality of control devices, each of the plurality of control devices inputs / outputs information to / from the I / O node and directly inputs / outputs information to / from the operation node. There is nothing. That is, even if there are a plurality of control devices, the real-time parallel distributed simulation of the present invention can be applied.
また、制御対象物は、所定の制御周期からなる第1部分制御対象物と、第1部分制御対象物より制御周期の短い第2部分制御対象物とを備え、制御装置は、第1部分制御対象物の状態情報に応じた第1制御信号を第1部分制御対象物へ出力することにより第1部分制御対象物を制御可能である第1制御装置と、第2部分制御対象物の状態情報に応じた第2制御信号を第2部分制御対象物へ出力することにより第2部分制御対象物を制御可能である第2制御装置とを備える場合には、以下のようにしてもよい。 The control object includes a first partial control object having a predetermined control cycle and a second partial control object having a control cycle shorter than that of the first partial control object, and the control device includes the first partial control object. A first control device capable of controlling the first partial control object by outputting a first control signal corresponding to the state information of the object to the first partial control object, and state information of the second partial control object When a second control device that can control the second partial control object by outputting a second control signal corresponding to the second partial control object to the second partial control object may be provided.
すなわち、I/Oノードは、第1制御装置から第1制御信号を入力すると共に、第1部分制御対象物の疑似的な状態情報である第1疑似状態情報を第1制御装置に対して出力し、演算ノードは、第1制御信号に基づき第1疑似状態情報を生成する。さらに、本発明のリアルタイム並列分散シミュレーションシステムは、第2制御装置から第2制御信号を入力し、第2部分制御対象物の疑似的な状態情報である第2疑似状態情報を第2制御装置に対して出力し、第2疑似状態情報を生成し、演算ノードより処理速度の高い超高速ノードを備える。そして、通信手段は、所定時間毎に、I/Oノード、演算ノード、及び、超高速ノードの間にて通信するようにする。 That is, the I / O node inputs the first control signal from the first control device and outputs the first pseudo state information, which is pseudo state information of the first partial control object, to the first control device. Then, the operation node generates the first pseudo state information based on the first control signal. Furthermore, the real-time parallel distributed simulation system of the present invention receives the second control signal from the second control device, and supplies the second pseudo state information, which is the pseudo state information of the second partial control object, to the second control device. The second pseudo-state information is generated, and an ultrahigh-speed node having a processing speed higher than that of the operation node is provided. Then, the communication means communicates between the I / O node, the computation node, and the ultra high speed node every predetermined time.
つまり、本発明のリアルタイム並列分散シミュレーションシステムを上記のようにすることで、第1制御装置に関する情報の入出力及びシミュレーション演算は、I/Oノード及び演算ノードが担当し、第2制御装置に関する情報の入出力及びシミュレーション演算は、超高速ノードが担当する。これにより、それぞれの制御周期に応じたシミュレーション演算ができる。なお、超高速ノードは処理速度が高いので、第2制御装置との情報の入出力及びそのシミュレーション演算の両方を行ったとしても十分に対応可能である。 That is, by setting the real-time parallel distributed simulation system of the present invention as described above, input / output of information related to the first control device and simulation calculation are handled by the I / O node and the calculation node, and information related to the second control device. The input / output and simulation operations are handled by the ultra high-speed node. Thereby, the simulation calculation according to each control period can be performed. Note that since the processing speed of the ultra high-speed node is high, even if both input / output of information with the second control device and simulation calculation thereof are performed, it is possible to cope with it sufficiently.
ここで、超高速ノードは、例えば、FPGA(Field Programmable Gate Array)、又は、CPLD(Complex Programmable Logic Device)等を含むようにするとよい。また、超高速ノードは、FPGA、CPLDの他に、CPUを併せ持つ構成としてもよい。この場合、FPGA、CPLDは、第2制御信号の入力及び第2疑似状態情報の生成を行い、CPUは、I/Oノード及び演算ノードとの通信を行うようにするとよい。なお、超高速ノードは、複数のCPU等から構成されるようにしてもよい。例えば、超高速ノードは、デュアルCPUや、デュアルコアの演算装置からなるようにしてもよい。 Here, the ultra high-speed node may include, for example, an FPGA (Field Programmable Gate Array), a CPLD (Complex Programmable Logic Device), or the like. In addition, the ultra-high speed node may have a CPU in addition to the FPGA and CPLD. In this case, the FPGA and CPLD may input the second control signal and generate the second pseudo state information, and the CPU may communicate with the I / O node and the operation node. Note that the ultra-high speed node may be composed of a plurality of CPUs and the like. For example, the ultra high-speed node may be composed of a dual CPU or a dual-core arithmetic device.
また、本発明のリアルタイム並列分散シミュレーションシステムは、複数のノードにより構成されパイプライン演算を行うパイプライン演算処理部をさらに備え、通信手段は、所定時間毎に、I/Oノードとパイプライン演算処理部との間にて通信するようにしてもよい。ここで、パイプライン演算とは、所定のノードの演算結果を利用して他のノードが演算するように、各ノードが順次に行う演算である。 In addition, the real-time parallel distributed simulation system of the present invention further includes a pipeline operation processing unit configured by a plurality of nodes and performing a pipeline operation, and the communication unit performs the I / O node and the pipeline operation processing every predetermined time. You may make it communicate between units. Here, the pipeline operation is an operation that is sequentially performed by each node so that other nodes perform an operation using an operation result of a predetermined node.
この場合、特に、パイプライン演算処理部は、パイプライン演算により疑似状態情報の解析を行うようにしてもよい。この疑似状態情報の解析は、例えば、自動車のHILシミュレーションの場合、ボディ衝突解析やエンジンの燃焼解析などである。このような疑似状態情報の解析は、非常に多くの演算を要する。このような解析をパイプライン演算処理部により行わせることで、全システムのリアルタイム性が確保できる。 In this case, in particular, the pipeline calculation processing unit may analyze the pseudo state information by pipeline calculation. The analysis of the pseudo state information is, for example, body collision analysis or engine combustion analysis in the case of an automobile HIL simulation. Such analysis of pseudo state information requires a great number of operations. By making such an analysis performed by the pipeline arithmetic processing unit, the real-time property of the entire system can be ensured.
本発明のリアルタイム並列分散シミュレーションシステムによれば、制御装置との情報の入出力とシミュレーション演算とをそれぞれ別のノードより行うようにしたことで、大規模シミュレーションシステム等におけるリアルタイム性を向上させることができる。 According to the real-time parallel distributed simulation system of the present invention, the input / output of information with the control device and the simulation calculation are performed from different nodes, thereby improving the real-time property in a large-scale simulation system or the like. it can.
次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。ここで、本実施形態では、本発明のリアルタイム並列分散シミュレーションシステムを、ハイブリッド型自動車システムのHILシミュレーションに適用した場合を例に挙げて説明する。この本実施形態のリアルタイム並列分散シミュレーションシステムについて、図1〜図3を参照して説明する。図1は、本実施形態のリアルタイム並列分散シミュレーションシステムのブロック図である。図2は、パイプライン演算処理部に関する説明図である。図3は、各ノードの処理を示す図である。 Next, the present invention will be described in more detail with reference to embodiments. Here, in this embodiment, a case where the real-time parallel distributed simulation system of the present invention is applied to an HIL simulation of a hybrid automobile system will be described as an example. The real-time parallel distributed simulation system of this embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a block diagram of the real-time parallel distributed simulation system of this embodiment. FIG. 2 is an explanatory diagram relating to the pipeline arithmetic processing unit. FIG. 3 is a diagram illustrating processing of each node.
図1に示すように、リアルタイム並列分散シミュレーションシステムは、ECU1a〜1cと、ECU2と、ホストPC3と、情報管理ノード4と、I/Oノード5と、第1演算ノード6と、第2演算ノード7と、第3演算ノード8と、超高速ノード9と、パイプライン演算処理部10と、通信ネットワーク部11とから構成される。
As shown in FIG. 1, the real-time parallel distributed simulation system includes an
ECU1a〜1c及びECU2は、ハイブリッド型自動車の制御装置(以下、「ECU」という)である。つまり、これらECU1a〜1c及びECU2は、全体として、ハイブリッド型自動車を制御する。特に、ECU1a〜1cは、ハイブリッド型自動車のECUのうち、制御周期の比較的長いものである。例えば、ECU1a〜1cは、エンジンのECU、トランスミッションのECU、ブレーキのECU等である。つまり、ECU1a〜1cの制御対象物(本発明における第1部分制御対象物に相当する)が、エンジン、トランスミッション、ブレーキ等(以下、単に「エンジン等」という)となる。そして、このECU1a〜1cは、仮にそれぞれの制御対象物に接続されている場合には、制御対象物であるエンジン等の状態情報に応じた制御信号を制御対象物に出力することにより、制御対象物を制御することができる。
The
また、ECU2は、ハイブリッド型自動車のECUのうち、ECU1a〜1cの制御周期よりも短いものである。例えば、ECU2は、ハイブリッド用の駆動用モータのECU等である。つまり、ECU2の制御対象物(本発明における第2部分制御対象物に相当する)が、駆動用モータ等となる。そして、このECU2は、仮にそれぞれの制御対象物に接続されている場合には、制御対象物である駆動用モータ等の状態情報に応じた制御信号を制御対象物に出力することにより、制御対象物を制御することができる。
Moreover, ECU2 is shorter than the control period of ECU1a-1c among ECU of a hybrid type vehicle. For example, the
ホストPC3(本発明におけるホストコンピュータに相当する)は、作業者が監視、評価等を行うことができるようにするためのコンピュータである。このホストPC3は、制御対象であるハイブリッド型自動車の基本モデル(本発明における疑似基本情報に相当する)を記憶する。さらに、ホストPC3は、シミュレーション結果を記憶、表示することができる。
The host PC 3 (corresponding to a host computer in the present invention) is a computer that enables an operator to perform monitoring, evaluation, and the like. This
情報管理ノード4は、ホストPC3に通信接続されているインターフェース41と、CPU42と、メインメモリ43と、通信ネットワーク部11に接続されているインターフェース44とから構成される。そして、情報管理ノード4のCPU42は、インターフェース41を介して、ホストPC3から基本モデルを入力してメインメモリ43に一次的に記憶させておく。さらに、情報管理ノード4のCPU42は、メインメモリ43に記憶させた基本モデルを、インターフェース44を介して通信ネットワーク部11に伝送する。また、情報管理ノード4のCPU42は、後述する第1〜第3演算ノード6〜8、超高速ノード9、及び、パイプライン演算処理部10により生成された疑似状態情報を含むシミュレーション結果を逐次入力する。さらに、情報管理ノード4のCPU42は、入力したシミュレーション結果をホストPC3に出力する。
The information management node 4 includes an
I/Oノード5は、ECU1a〜1cに通信接続され、ECU1a〜1cとの間で情報の入出力を行う。このI/Oノード5は、ECU1a〜1cに通信接続されているインターフェース51と、FPGA52と、CPU53と、メインメモリ54と、通信ネットワーク部11に接続されているインターフェース55とから構成される。I/Oノード5のFPGA52は、インターフェース51を介して、ECU1a〜1cから制御信号を入力して、メインメモリ54に一時的に記憶させておく。このメインメモリ54に記憶させたECU1a〜1cの制御信号は、I/Oノード5のCPU53により、インターフェース55を介して通信ネットワーク部11に伝送される。
The I /
また、I/Oノード5のCPU53は、インターフェース55を介して、第1〜第3演算ノード6〜8からそれぞれの疑似状態情報を入力して、メインメモリ54に一時的に記憶させておく。このメインメモリ54に記憶させた疑似状態情報は、I/Oノード5のFPGA52により、それぞれの当該疑似状態情報を対応するECU1a〜1cへ出力される。
Further, the
第1〜第3演算ノード6、7、8は、主として、I/Oノード5に入力されたECU1a〜1cの制御信号、及び、情報管理ノード4に入力された基本モデルに基づき、ECU1a〜1cの制御対象物であるエンジン等に関するシミュレーションを行う。そして、第1〜第3演算ノード6、7、8は、エンジン等の疑似状態情報を生成する。
The first to third operation nodes 6, 7, and 8 are mainly based on the control signals of the
詳細には、第1演算ノード6は、通信ネットワーク部11に通信接続されているインターフェース61と、CPU62と、メインメモリ63とから構成される。この第1演算ノード6のCPU62は、基本モデル及びECU1a〜1cの制御信号に加えて、超高速ノード9により生成された駆動用モータ等の疑似状態情報を入力して、メインメモリ63に一時的に記憶させておく。そして、第1演算ノード6のCPU62は、この入力情報に基づき、エンジン等に関するシミュレーション演算を行い、エンジン等の疑似状態情報を生成する。さらに、CPU62は、生成したエンジン等の疑似状態情報を通信ネットワーク部11に伝送する。また、第1演算ノード6のCPU62は、通信ネットワーク部11に通信接続されている各ノード4、5、6、7、8、9、10の時刻管理を行っている。ここで、リアルタイムでシミュレーションを行うためには、それぞれのノードが所定時間毎に相互に通信を行う必要がある。つまり、このリアルタイムに行うための時刻管理を第1演算ノード6のCPU62が担っている。
Specifically, the first computation node 6 includes an
第2演算ノード7及び第3演算ノード8は、何れも、通信ネットワーク部11に通信接続されているインターフェース71、82と、CPU72、82と、メインメモリ73、83とから構成される。これら第2演算ノード7及び第3演算ノード8のCPU72、82は、基本モデル及びECU1a〜1cの制御信号に加えて、超高速ノード9により生成された駆動用モータ等の疑似状態情報を入力して、メインメモリ73、83に一時的に記憶させておく。そして、第2演算ノード7及び第3演算ノード8のCPU72、82は、この入力情報に基づき、エンジン等に関するシミュレーション演算を行い、エンジン等の疑似状態情報を生成する。さらに、CPU72、82は、生成したエンジン等の疑似状態情報を通信ネットワーク部11に伝送する。
Each of the second computation node 7 and the third computation node 8 includes
そして、第1演算ノード6、第2演算ノード7、及び、第3演算ノード8は、エンジン等に関する並列分散処理によるシミュレーション演算を行っている。つまり、第1〜第3演算ノード6〜8の全体で、エンジン等に関する疑似状態情報を生成していることになる。また、この第2演算ノード7及び第3演算ノード8によるシミュレーション演算の処理割合は、第1演算ノード6によるシミュレーション演算の処理割合よりも多い。これは、第1演算ノード6が時刻管理を行うのに対し、第2演算ノード7及び第3演算ノード8が時刻管理を行わないためである。 The first calculation node 6, the second calculation node 7, and the third calculation node 8 perform simulation calculation by parallel distributed processing related to the engine or the like. That is, pseudo state information relating to the engine or the like is generated in the entire first to third operation nodes 6 to 8. Further, the processing ratio of the simulation calculation by the second calculation node 7 and the third calculation node 8 is larger than the processing ratio of the simulation calculation by the first calculation node 6. This is because the first computation node 6 performs time management, whereas the second computation node 7 and the third computation node 8 do not perform time management.
超高速ノード9は、特に、駆動用モータに関するシミュレーション演算を行う。この駆動用モータは、非常に制御周期が短いため、ECU2との情報の入出力、及び、駆動用モータの疑似状態情報の生成を高速に行う必要がある。そこで、超高速ノード9は、第1〜第3演算ノード6〜8よりも処理速度を高くしている。
The ultra high-speed node 9 particularly performs a simulation calculation related to the drive motor. Since this drive motor has a very short control cycle, it is necessary to perform input / output of information with the
この超高速ノード9は、ECU2に通信接続されているインターフェース91と、FPGA92と、CPU93と、メインメモリ94と、通信ネットワーク部11に接続されているインターフェース95とから構成される。超高速ノード9のFPGA92は、インターフェース91を介して、ECU2から制御信号を入力する。また、超高速ノード9のCPU93は、インターフェース95を介して第1〜第3演算ノード6〜8からエンジン等の疑似状態情報を入力し、メインメモリ94に一時的に記憶する。
The ultra high speed node 9 includes an
そして、FPGA92は、ECU2の制御信号及びエンジン等の疑似状態情報に基づき、駆動用モータに関するシミュレーション演算を行い、駆動用モータの疑似状態情報を生成する。さらに、FPGA92は、生成した駆動用モータの疑似状態情報をECU2へ出力すると共に、当該疑似状態情報をメインメモリ94に一時的に記憶させておく。なお、超高速ノード9のFPGA92は、ECU2の高速な処理に合わせるため、ECU2との情報の入出力を高速に行う。そして、メインメモリ94に記憶させた駆動用モータの疑似状態情報は、超高速ノード9のCPU93により、インターフェース95を介して通信ネットワーク部11に伝送される。
Then, the
パイプライン演算処理部10は、複数のノード(CPUを含む)により構成されている。そして、それぞれのノードによりパイプライン演算を行う。ここで、パイプライン演算について図2を参照して詳細に説明する。図2において、アルファベットA〜Fは、それぞれのノードを示し、矢印は情報の伝達経路を示す。 The pipeline arithmetic processing unit 10 includes a plurality of nodes (including a CPU). Then, pipeline operation is performed by each node. Here, the pipeline operation will be described in detail with reference to FIG. In FIG. 2, alphabets A to F indicate respective nodes, and arrows indicate information transmission paths.
図2に示すように、パイプライン演算とは、所定のノードが演算し、その結果を他のノードが利用する演算である。具体的には、ノードA及びノードDがそれぞれ演算した後、ノードB及びノードEが、ノードA及びノードDの演算結果を利用して新たな演算を行う。そして、ノードC及びノードFが、ノードB及びノードCの演算結果を利用して新たな演算を行う。 As shown in FIG. 2, the pipeline operation is an operation in which a predetermined node performs an operation and the result is used by another node. Specifically, after node A and node D perform calculations, node B and node E perform new calculations using the calculation results of nodes A and D, respectively. Then, the node C and the node F perform a new calculation using the calculation results of the node B and the node C.
パイプライン演算処理部10以外からの入力は、A及びDのみ、またパイプライン演算処理部10以外への出力は、C及びFのみから行われる。つまり、通信の混雑を低減することができ、リアルタイム性が向上する。 Inputs from other than the pipeline arithmetic processing unit 10 are performed only from A and D, and outputs from other than the pipeline arithmetic processing unit 10 are performed from C and F only. That is, communication congestion can be reduced and real-time performance is improved.
そして、このパイプライン演算処理部10は、情報管理ノード4が入力した基本モデル、I/Oノード5が入力したECU1a〜1cの制御信号、超高速ノード9が入力したECU2の制御信号、第1〜第3演算ノード6〜8が生成したエンジン等の疑似状態情報、及び、超高速ノード9が生成した駆動用モータの疑似状態情報等に基づいて、ボディ衝突解析やエンジン燃焼解析を行う。ここで、ボディ衝突解析は、シミュレーション対象の自動車が物体に衝突したと仮定した場合に、各部の変形状況、乗員に伝わる衝撃力等の解析である。
The pipeline arithmetic processing unit 10 includes a basic model input by the information management node 4, a control signal of the
通信ネットワーク部11は、イーサネット等が用いられる。ただし、通信ネットワーク部11は、接続される各ノードの共有メモリとしてもよい。
The
以上のように構成されたリアルタイム並列分散シミュレーションシステムにおいて、I/Oノード5、第1〜第3演算ノード6〜8、及び、超高速ノード9の処理について、図3を参照して説明する。なお、図3において、ステップAとステップBの2ステップを示す。
In the real-time parallel distributed simulation system configured as described above, the processing of the I /
図3に示すように、第1演算ノード6のCPU62による時刻管理により、各ノード4〜9及びパイプライン演算処理部10間にて行う通信の時刻が決定される。そして、第1演算ノード6のCPU62にて各ノード4〜9及びパイプライン演算処理部10間にて通信を行う時刻になったと判断すると、第1演算ノード6のCPU62が、各ノード4〜10に通信を行うように指令する。
As shown in FIG. 3, the time of communication performed between each of the nodes 4 to 9 and the pipeline arithmetic processing unit 10 is determined by the time management by the
つまり、ステップ時間の最初の段階においては、情報管理ノード4のCPU42、I/Oノード5のFPGA52及びCPU53、第1演算ノード6のCPU62、第2演算ノード7のCPU72、第3演算ノード8のCPU82、超高速ノード9のCPU93が、通信ネットワーク部11を介して通信を行う。続いて、第1演算ノード6のCPU62は、エンジン等のシミュレーション演算を行い、その後ステップ終了時刻が来るまでの間、時間管理を行う。
That is, in the first stage of the step time, the
第2演算ノード7及び第3演算ノード8のCPU72、82は、上記の通信を行った後、エンジン等のシミュレーション演算を行い、第1演算ノード6のCPU62から次の通信指令が来るまでの間、同期待ちしておく。
The
I/Oノード5のCPU53は、上記の通信を行った後、第1演算ノード6のCPU62から次の通信指令が来るまでの間、同期待ちしておく。また、I/Oノード5のFPGA5252は、上記の通信を行った後、ECU1a〜1cと情報の入出力(図3においては「I/O処理」と示す)を行う。すなわち、FPGA52は、ECU1a〜1cから制御信号を入力すると共に、第1〜第3演算ノード6〜8により生成された疑似状態情報をECU1a〜1cへ出力する。
After performing the above communication, the
超高速ノード9のCPU93は、上記の通信を行った後、第1演算ノード6のCPU62から次の通信指令が来るまでの間、同期待ちしておく。また、超高速ノード9のFPGA92は、ECU2との情報の入出力を行うと共に、駆動用モータに関するシミュレーション演算、すなわち駆動用モータの疑似状態情報の生成を繰り返し行う。
The
続いて、第1演算ノード6のCPU62が次の通信指令を出力して、次のステップの処理が行われる。
Subsequently, the
以上より、ECU1a〜1cからの制御信号の入力、及び、ECU1a〜1cへの疑似状態情報の出力は、常に、I/Oノード5により行われる。すなわち、第1〜第3演算ノード6〜8は、ECU1a〜1cからの制御信号の入力、及び、ECU1a〜1cへの疑似状態情報の出力を行わない。従って、第1〜第3演算ノード6〜8は、主として、エンジン等の疑似状態情報の生成、すなわちエンジン等に関するシミュレーション演算を行う。一方、I/Oノード5は、主として、ECU1a〜1cとの情報の入出力を行うことになる。従って、リアルタイムでのシミュレーションを行うために時間を要するECU1a〜1cとの情報の入出力とシミュレーション演算とを、それぞれ別々のノードが処理するようにしている。従って、非常に効率的に処理を分散できるので、リアルタイム性を向上することができる。
As described above, the input of control signals from the
なお、上記実施形態において、第1演算ノード6のCPU62が時刻管理を行うようにしたが、これに限られるものではない。例えば、別途、カウンタを備えるようにし、カウンタが所定時刻に到達したときに、各ノードが通信を行うようにしてもよい。
In the above embodiment, the
1a〜1c:ECU、 2:ECU、 3:ホストPC、 4:情報管理ノード、
5:I/Oノード、 6:第1演算ノード、 7:第2演算ノード、
8:第3演算ノード、 9:超高速ノード、 10:パイプライン演算処理部、
11:通信ネットワーク部
1a to 1c: ECU, 2: ECU, 3: Host PC, 4: Information management node,
5: I / O node 6: First operation node 7: Second operation node
8: 3rd operation node, 9: Super high speed node, 10: Pipeline operation processing part,
11: Communication network
Claims (4)
それぞれの前記部分制御対象物の状態情報に応じた制御信号を前記部分制御対象物へ出力することにより、それぞれの前記部分制御対象物を制御可能な複数の制御装置と、
複数の前記制御装置からそれぞれの前記制御信号を入力すると共に、前記部分制御対象物の疑似的な前記状態情報である疑似状態情報を複数の前記制御装置に対して出力する1つのI/Oノードと、
前記I/Oノードから入力されたそれぞれの前記制御信号に基づきそれぞれの前記疑似状態情報を生成すると共に、演算処理装置をそれぞれ備える複数の演算ノードと、
所定時間毎に前記I/Oノードと複数の前記演算ノードとの間、及び、それぞれの前記演算ノード間にて通信する通信手段と、
を備え、
少なくとも1個の前記演算ノードは、複数の前記演算ノード間の通信の時刻管理、及び、前記I/Oノードと前記演算ノードとの間の通信の時刻管理を行い、
前記所定時間毎に前記I/Oノードと複数の前記演算ノードとの間、及び、それぞれの前記演算ノード間の通信に続いて、複数の前記演算ノードは、前記疑似状態情報を生成し、前記I/Oノードは、前記演算ノードによる前記疑似状態情報の生成と並列的に複数の前記制御装置との入出力処理を行うことを特徴とするリアルタイム並列分散シミュレーションシステム。 A real-time parallel distributed simulation system that targets a predetermined control object composed of a plurality of partial control objects,
A plurality of control devices capable of controlling each of the partial control objects by outputting a control signal corresponding to the state information of each of the partial control objects to the partial control object;
One I / O node that inputs the control signals from the plurality of control devices and outputs pseudo state information that is pseudo state information of the partial control object to the plurality of control devices. When,
A plurality of operation nodes that generate each of the pseudo-state information based on each of the control signals input from the I / O node, and each include an operation processing device;
Communication means for communicating between the I / O node and the plurality of operation nodes and between the operation nodes at predetermined time intervals;
With
At least one of the operational node, time management of communications between a plurality of the operational node, and have rows time management of communication between the I / O node and the calculation nodes,
Following the communication between the I / O node and the plurality of operation nodes at each predetermined time and between the operation nodes, the plurality of operation nodes generate the pseudo state information, and I / O node, real-time parallel distributed simulation system, wherein line Ukoto output processing of generating the parallel plurality of said control device of the pseudo status information by the operation node.
前記疑似基本情報を前記ホストコンピュータから入力すると共に前記疑似基本情報を前記演算ノードに出力し、且つ、前記疑似状態情報を前記演算ノードから入力すると共に前記疑似状態情報を前記ホストコンピュータに出力する情報管理ノードと、
をさらに備え、
前記演算ノードは、前記疑似基本情報及び前記制御信号に基づき前記疑似状態情報を生成し、
前記通信手段は、所定時間毎に、前記情報管理ノードと前記I/Oノード及び前記演算ノードとの間にて通信する請求項1に記載のリアルタイム並列分散シミュレーションシステム。 A host computer for storing pseudo-basic information about the control object;
Information for inputting the pseudo-basic information from the host computer and outputting the pseudo-basic information to the computation node, and inputting the pseudo-state information from the computation node and outputting the pseudo-state information to the host computer A management node;
Further comprising
The operation node generates the pseudo state information based on the pseudo basic information and the control signal,
The real-time parallel distributed simulation system according to claim 1, wherein the communication unit communicates between the information management node, the I / O node, and the computing node at predetermined time intervals.
前記通信手段は、所定時間毎に、前記I/Oノードと前記パイプライン演算処理部との間にて通信する請求項1または2に記載のリアルタイム並列分散シミュレーションシステム。 It further includes a pipeline operation processing unit configured by a plurality of nodes and performing pipeline operations,
The real-time parallel distributed simulation system according to claim 1 , wherein the communication unit communicates between the I / O node and the pipeline arithmetic processing unit at predetermined time intervals.
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