JP4907403B2 - マイクロコンピュータをベースにしたシステムをシミュレーションするための方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明はマイクロコンピュータをベースにしたシステムを開発するための方法及び装置に関する。

多くの場合「プラント」と呼ばれるデバイスの制御にマイクロコンピュータを使用した応用例は数多く存在する。例えば、自動車産業においては、マイクロコンピュータはエンジンスロットルの動作制御に利用されることがある。その場合、エンジンスロットがプラントである。

このようなマイクロコンピュータをベースにしたシステムの開発を容易にするための、システムの動作をシミュレーションする既知のシミュレーションプログラムまたは開発プログラムが存在する。これら既知のプログラムは、実際のプラントでは本物のマイクロコントローラを使用する。そしてプログラム制御下で、コントローラはプラントに信号を供給して所望される動作を実行するよう命令する。

マイクロコンピュータをベースにしたシステムの開発の一部として、コントローラで実行されるソフトウェアのデバッグおよび微調整はほぼ常に必要である。これは、コントローラプログラムコード内でブレークポイントを設定することによってこれまで実現されていた。コントローラ内でブレークポイントに一旦到達すると、プログラムの実行が中断され、プログラマはプラントモデル内のみならずコントローラモデル内についても各種パラメータを確認できる。これらのパラメータには、レジスタの値、各種入力信号と出力信号のステータス、割り込みステータス、ストック等が含まれる。

システムの所望の動作を実現した後、ブレークポイントは通常、削除される。さらに、マイクロコンピュータおよびプラントのデバッグと微調整は反復プロセスである。例えば、コントローラプログラムの特定のセクションが一旦微調整、および／またはデバッグされ、ブレークポイントが削除されると、プログラム全体がデバッグおよび微調整され所望されるプラント動作を実現されるまでコントローラのプログラムの他のセクションにブレークポイントを挿入しなければならない。

このコントローラおよびプラントの既知の開発手法のおもな短所は、コントローラのためのプログラムの中に必然的に１つまたは複数のブレークポイントを挿入することが、コントローラのプログラミングの変更を必要としているため煩わしいという点である。このようなコントローラのためのプログラミングの煩わしい変更は、次にはコントローラまたはプラントのどちらか、あるいは両方の動作において不必要かつ予想外の変更を多くの場合においてもたらす。このような予想外の、不必要な変更は、結果としてマイクロコンピュータをベースにしたシステム全体の追加のデバッグと微調整を必要とする。

マイクロコンピュータをベースにしたシステムのための、これらの既知の開発プログラムの短所としてはさらに、コントローラの実行がいつでも所望のタイミングで中断できる一方、プラントは通常、慣性等の機械的特性を示し、これは所望したときにいつでも中断することはできないという点がある。その結果、コントローラの実行が一時的に中止された後、コントローラの継続実行時には、プラントはコントローラプログラムの実行が中断された時点とは異なる位置や構成となっている。この不一致が、システム動作のエラーを引き起こし、さらなるデバッグおよびコントローラプログラミング開発が必要になる。

本発明は、既知の方法および装置における前述の短所を克服する、マイクロコンピュータをベースにしたシステムの開発方法および装置の両方を提供する。

手短にいえば、本発明の方法は、少なくとも１つのパラメータを有し、コントローラモデルによって制御されるプラントモデルのみならず、少なくとも１つのパラメータを有するコントローラモデルについてもシミュレーションを実行する。これらのパラメータは、システム全体の状態を示す他の要素だけではなく、コントローラモデル内のレジスタの値、コントローラモデルおよびプラントモデル両者の入力と出力のステータスも含むことができる。

そして、コントローラモデルおよびプラントモデル両方のパラメータにアクセスできるユーザーインタフェースプロセッサが実装される。シミュレーションの間、ユーザーインタフェースプロセッサはトリガイベントに対応してコントローラモデルとプラントモデルの実行を一時停止させる。トリガイベントはプラントモデル、コントロールモデルのどちらかの状態からなるか、あるいはユーザーインタフェースプロセッサを通して起動されてもよい。

コントローラモデルとプラントモデルの実行の一時停止中、ユーザーインタフェースプロセッサはコントローラモデルパラメータまたはプラントモデルパラメータのどれも変えることなくコントローラモデルパラメータおよび／またはプラントモデルパラメータのステータスを決定する。コントローラモデルとプラントモデルのプログラム実行の一時停止は目立たないように発生する、つまりコントロールモデルのプログラム中にブレークポイントを挿入することによってコントローラプログラムが変更されることはないため、それ以外の場合にこのようなブレークポイントの導入によって引き起こされるであろう不必要かつ予想外のエラーの導入は回避される。

本発明の変型では、ユーザーインタフェースプロセッサは、事前に設定された条件に対応して、プラントモデルとコントローラモデルのシミュレーションを一時停止することなく、プラントモデルおよび／またはコントローラモデルの１つ以上の選択されたパラメータにアクセスし、表示する。

本発明によれば、コントローラモデルとプラントモデルの両方の各種パラメータのステータスをシミュレーションの間目立つことなくモニターできる、マイクロコンピュータをベースにしたシステムの開発方法および装置の両方を提供することができる。

本発明のさらに優れた理解は、添付図面を参照して以下の詳細な説明を読めば得られるであろう。ここで、複数の図面において同様の符号は同様の部材を指す。

まず図１に、マイクロプロセッサをベースにしたシステムの開発のための、本発明の好適な実施の形態であるシステム１０のブロック概略図が示されている。システム１０はプラントモデル１４だけではなくコントローラモデル１２のシミュレーションも含む。コントローラモデル１２はプログラム制御下で動作し、１本以上のシミュレーションされたコントロール線１６を通してプラントモデル１４の動作を制御する。プラントモデル１４は、マイクロコンピュータによって制御される任意のオブジェクトであってよいが、自動車産業におけるこのようなプラントの１つの例は電気制御式スロットルバルブであろう。このような応用例では、コントローラモデル１２がスロットルの動作、つまり開閉を制御する。

次に図２に、例示的なコントローラモデル１２のブロック概略図が示されている。コントローラモデル１２は、バス２０を通して1つ以上の制御レジスタ２２と通信する中央演算処理装置１８を含む。バス２０は、入力および出力ライン２６だけではなく、割り込み優先度２４とも通信してよい。

従来の様式の中央演算処理装置１８は、クロックタイミング信号に応じて実行されるプログラムコードのラインを含むプログラムによる制御の下で動作する。プログラムコードは設計者によって所望の修正を行うことができ、続いて制御レジスタ２２、割り込み優先度２４、および／またはＩ／Ｏライン２６の各種値を変更する。さらに、制御レジスタ２２、割り込み優先度２４及びＩ／Ｏライン２６の値すべてはコントローラモデル１２のパラメータを構成する。

図３に、電子スロットル制御のためのプラントモデル１４の例示的なブロック概略図が示されている。このように、プラントモデル１４は、モーター電流、したがってモータートルクを示すライン４４のパラメータを有する、シミュレーションされたモーター４０を含む。プラントモデル１４はまた、スロットルプレートの角度を示すシミュレーションされた出力４８を有するシミュレーションされたセンサー４６も含む。ライン４４と４８の値はプラントモデル１４のパラメータを構成し、コントローラモデル１２からの命令に応じて変化する。

ユーザーインタフェースプロセッサ３０は、入力／出力ライン３２を通してコントローラモデル１２と通信する。同様に、ユーザーインタフェースプロセッサ３０は、入力／出力ライン３４を通してプラントモデル１４と通信する。ユーザーインタフェースプロセッサ３０はまた、ビデオモニタ、プリンタ、またはデータソースデバイス等の出力デバイス３６と通信しており、システムオペレータはシステム全体のシミュレーションの結果を分析できる。同様に、マウス、キーボード等の入力デバイス３８はまた、ユーザーインタフェースプロセッサ３０と通信しており、オペレータはシステム全体のシミュレーションの実行を制御できる。

ユーザーインタフェースプロセッサ３０と、コントローラモデル１２とプラントモデル１４両方との間の通信ライン３２と３４によって、オペレータはコントローラモデル１２とプラントモデル１４両方の各種パラメータにユーザーインタフェースプロセッサ３０を介してアクセスできる。加えて、ユーザーインタフェースプロセッサ３０の間の通信ライン３２と３４によって、ユーザーインタフェースプロセッサ３０はコントローラモデル１２またはプラントモデル１４どちらかのパラメータのいずれの値も変えることなく、コントローラモデル１２とプラントモデル１４の実行を一時停止できる。

さらに、シミュレーションされたコントローラモデル１２とプラントモデル１４の実行の一時停止の間、オペレータは、コントローラモデル１２とプラントモデル１４の両方の各種パラメータを、それらの値を変更せずに抽出できる。その結果、コントローラプログラム実行の再開時、コントローラモデルは動作の一時停止によるシステムのシミュレーションに対する影響なしに実行を続行できる。

図１に示されたブロック概略図では、コントローラモデル１２、プラントモデル１４、及びユーザーインタフェースプロセッサ３０それぞれが、ユーザーインタフェースプロセッサ３０と同様に、コントローラモデル１２およびプラントモデル１４のための個別のプロセッサをそれぞれ使用して実装されている。しかしながら、コントローラモデル１２、プラントモデル１４およびユーザーインタフェースプロセッサ３０にそれぞれ個別のプロセッサを使用することは必ずしも必要ではない。代わりに、図４に描かれているように、プラントモデル１４およびユーザーインタフェースプロセッサ３０と同様にコントローラモデル１２を実現するために単一プロセッサコンピュータシステムを使用してもよい。

次に図５Ａから図５Ｆでは、マイクロコンピュータをベースにしたシステム全体のシミュレーションの、出力デバイス３６における例示的な出力が示されている。例えば、図５Ａでは、コントローラモデル１２またはプラントモデル１４のいずれかのパラメータの値を示すグラフが画像ディスプレイに表示され示されている。図５Ａに描かれているグラフは、自動車において電子的に制御されるスロットルのためのモーター制御の例示的なグラフである。

同様に、図５Ｂはコントローラモデル１２またはプラントモデル１４のどちらかの、１つのパラメータの値のグラフ形式での表示が示されている。示されているように、図５Ｂは、マルチタスクＯＳシステムのタスクスケジューリングディスプレイまたはＧａｎｔｔチャートである。図５Ｃは同様に、棒グラフ形式で１つのパラメータの値を示し、図解のために示されるように、周期的なタスク実行時間のヒストグラムである。

図５Ｄは、コントローラモデル１２の動作を制御するプログラムの実行コード、もしくは実行可能コードの例示的な表示である。同様に、図５Ｅは、コントローラモデル１２の複数のレジスタの表示を示す。

最後に、図５Ｆはコントローラモデル１２のためのプログラムのグラフィックプログラムの例示的な表示を示しており、視覚的アルゴリズム記述ツール上の状態フローグラフとして描かれている。このような表示はシステムシミュレーションの間のコントローラモデル１２の実行のポイントに応じてグラフィックディスプレイの相対的な位置が変化する。

ここで図６を参照して、本発明の動作を説明する。図６に示されるように、プラントモデル１４はスロットルプレートの角度を示す出力パラメータ４８を有する電子スロットル制御（図３）として図示されている。ライン４８のこの角度パラメータは、ユーザーインタフェースプロセッサ３０に入力信号を提供する。

図６に示されている例では、ユーザーインタフェースプロセッサ３０は、シミュレーションされたスロットルプレートの、３０度等の所定の角度をトリガイベントとして検出するようにプログラミングされている。その結果、いったんユーザーインタフェースプロセッサ３０によって３０度というスロットル角度が検出されると、ユーザーインタフェースプロセッサ３０は、プラントモデル１４とコントローラモデル１２の両方に対しライン６０で出力信号を生成し、コントローラモデル１２とプラントモデル１４の両方の実行を一時停止する。

トリガイベントに応じてシステムシミュレーションが一時停止している間に、ユーザーインタフェースプロセッサ３０はコントローラモデル１２および／またはプラントモデル１４から所望のパラメータを獲得し、ディスプレイデバイス３６にこれらのパラメータを表示する。しかしながら、コントローラモデル１２とプラントモデル１４の両方からパラメータを獲得するとき、ユーザーインタフェースプロセッサ３０はこれらのパラメータを決して変更しない。その結果、コントローラモデル１２によるプログラムの実行を再開してシミュレーションを再開すると、システム全体のシミュレーションが、一時停止があたかも発生しなかったかのように続行される。

ここで図７に、本発明の動作を説明するフローチャートが示されている。ステップ８０で、シミュレーションのための初期セットアップが開始し、オペレータがユーザーインタフェースプロセッサ３０を使用してトリガイベント条件を設定するステップ８２に進む。ステップ８２から次にステップ８４に進む。

ステップ８４では、ユーザーインタフェースプロセッサ３０の制御下でのシミュレーションが開始される。シミュレーションの間、シミュレーションの速度は、単にユーザーインタフェースプロセッサ３０を介してクロック信号の速度を変えることで、ユーザーインタフェースプロセッサによって制御される。

シミュレーションは、ステップ８６でトリガイベントが検出されるまで続行される。ステップ８６は次に、ステップ８８に進み、ユーザーインタフェースプロセッサがコントローラモデル１２とプラントモデル１４に対するクロック信号を中断することによってシステムシミュレーションを一時停止する。そしてステップ８８はステップ９０に進む。

ステップ９０では、ユーザーインタフェースプロセッサ３０は図６に示されるように、適切な命令を実行してディスプレイデバイス３６上に所望される表示を生成する。データ表示が設計者によって解析された後、ステップ９０はステップ９２に進み、ここで、オペレータは必要であれば別のトリガイベントを設定できる。ステップ９２は次にステップ８６に戻り、上記プロセスが繰り返される。

ここで図８に、本発明の動作を説明するさらなる例が示されている。図８は、トリガイベントがプラントモデル１４ではなくコントローラモデル１２によって設定される点を除いて、図６と同様である。例えば、コントローラモデル１２内の特定のレジスタ１００の値は、ユーザーインタフェースプロセッサ３０によってモニターされ、レジスタ１００の値が特定の値に等しいと、ユーザーインタフェースプロセッサ３０がトリガ信号を検出し、ライン６０に出力信号を生成してシミュレーションの動作を一時停止させる。この場合、シミュレーションは、前に図７を用いて説明されたように続行される。

さらに図８を参照すると、そのさらなる特長として、トリガイベントが、グラフィックアルゴリズム１０４のポイント１０２として図示されているグラフィックで表現されたアルゴリズムで指定できるということが挙げられる。他の手段を代わりに用いてコントローラモデル１２のトリガ条件を指定することもできる。

次に図９には、さらなる変更の例が示されており、ここではコントローラモデル１２の割り込みステータスがトリガイベントを形成している。さらに図９は、プラントモデル１４およびコントローラモデル１２の両方の各種パラメータのステータスがディスプレイデバイス３６に表示できることを示している。

図９に示されている変更例は、コントローラモデル１２における割り込みまたはキャッシュミス等のトリガイベントの検出の際、ユーザーインタフェースプロセッサ３０がコントローラモデル１２またはプラントモデル１４の実行を一時停止しないという点で、本発明の前述された実施形態とさらに異なる。代わりに、ユーザーインタフェースプロセッサ３０は、トリガイベントに対応して、プラントモデル１４またはコントローラモデル１２の１つ以上の選択されたパラメータの値にアクセスし、これら単数または複数のパラメータをディスプレイデバイス３６に表示し、コントローラモデル１２とプラントモデル１４のシミュレーションを続行する。

次に図１０には、ユーザーインタフェースプロセッサ３０をシミュレーションコントローラ１１０で置換した本発明の変更例が示されている。シミュレーションコントローラ１１０は、ユーザーに代わってシステムシミュレーションの実行の処理を行う。しかしながら、シミュレーションコントローラ１１０は、ユーザーインタフェースプロセッサ３０のように、前述された手法でシミュレーションの動作を一時停止することによって、システムに影響を与えない形でコントローラモデル１２とプラントモデル１４両方の各種パラメータを取り出すことができる。

シミュレーションコントローラの優位点は、シミュレーションの間にコントローラモデル１２とプラントモデル１４の両方のパラメータを、シミュレーションコントローラ１１０を使って自動的に変更して、シミュレーションされるシステム全体の最適性能を実現できる点である。シミュレーションコントローラ１１０は、ライン１１２上でコントローラモデル１２に対し適切なパラメータを提供し、プラントモデル１４の結果を出力ライン１１４上で結果を観測することでこれを実現している。シミュレーションコントローラ１１０によってコントローラモデル１２に提供される別のパラメータの例としては、コントローラモデル１２によって維持されている各種ルックアップテーブルや他の定数に新たな値を供給することが挙げられる。

次に図１１には、ここではバリデータ１２０がシステムシミュレーションの実行を制御してその精度を実証する、さらなる変更例を示す。この場合、バリデータ１２０はテストパターンまたはテストプログラムをコントローラモデル１２に提供し、結果としてのプラントモデル１４の動作をモニターする。バリデータ１２０は次に、プラントモデル１４の動作をシステム仕様と比較することによりプラントモデル１４の精度を検証する。同様に、シミュレーションコントローラは、コントローラモデル１２の動作をモニターし、その動作をシステム仕様と比較して、コントローラモデル１２を実証する。

これまで述べてきたことから、本発明では、コントローラモデルとプラントモデルの両方の各種パラメータのステータスをシミュレーションの間目立つことなくモニターできる、マイクロコンピュータをベースにしたシステムの開発装置および方法の両方を提供することが理解できるだろう。ここまで本発明について説明してきたが、添付請求項の範囲により定められる本発明の範囲から逸脱することのない、それに対する多くの変型が、当業者には明らかであろう。

本発明の第1の好適な実施形態を示す、ブロック概略図である。 コントローラモデルのブロック概略図である。 プラントモデルのブロック概略図である。 図１に類似しているが、その変型を描く図である。 出力ディスプレイの例示的な図である。 出力ディスプレイの例示的な図である。 出力ディスプレイの例示的な図である。 出力ディスプレイの例示的な図である。 出力ディスプレイの例示的な図である。 出力ディスプレイの例示的な図である。 本発明の動作を示すブロック概略図である。 本発明の動作を示すフローチャートである。 図６に類似しているが、その変型例を示す図である。 図６に類似しているが、その変型例を示す図である。 本発明の追加の好適な実施形態のブロック概略図である。 図１０に類似しているが、本発明のさらに追加の実施形態を示す図である。

符号の説明

１０ システム
１２ コントローラモデル
１４ プラントモデル
３０ ユーザーインタフェースプロセッサ
３６ 出力デバイス
３８ 入力デバイス

Claims (6)

1. 割り込みコントローラを具備するコントローラモデルを実行するためのデータプロセッサであって、前記割り込みコントローラの割り込みステータスである第１パラメータを有する第１データプロセッサと、
   第２パラメータを有し、前記コントローラモデルによって制御されるプラントモデルを実行するための第２データプロセッサと、
   前記第１パラメータおよび前記第２パラメータにアクセスでき、前記第１パラメータおよび前記第２パラメータを表示するディスプレイデバイスを具備するユーザーインタフェースプロセッサとを有するシステムにおいて、
   前記コントローラモデルをシミュレーションする第１ステップと、
   前記プラントモデルをシミュレーションする第２ステップと、
   前記第１パラメータをトリガイベントとして、前記コントローラモデルのシミュレーションおよび前記プラントモデルのシミュレーションを一時停止することなく、前記ユーザーインタフェースプロセッサを通じて前記第１パラメータおよび前記第２パラメータにアクセスする第３ステップと、
   前記アクセスによって得られた前記第１パラメータおよび前記第２パラメータを、前記ディスプレイデバイスに表示する第４ステップと、
   を備える、前記システムをシミュレーションするための方法。
2. キャッシュメモリを具備するコントローラモデルを実行するためのデータプロセッサであって、前記キャッシュメモリのキャッシュ動作を示す第１パラメータを有する第１データプロセッサと、
   第２パラメータを有し、前記コントローラモデルによって制御されるプラントモデルを実行するための第２データプロセッサと、
   前記第１パラメータおよび前記第２パラメータにアクセスでき、前記第１パラメータおよび前記第２パラメータを表示するディスプレイデバイスを具備するユーザーインタフェースプロセッサとを有するシステムにおいて、
   前記コントローラモデルをシミュレーションする第１ステップと、
   前記プラントモデルをシミュレーションする第２ステップと、
   前記第１パラメータをトリガイベントとして、前記コントローラモデルのシミュレーションおよび前記プラントモデルのシミュレーションを一時停止することなく、前記ユーザーインタフェースプロセッサを通じて前記第１パラメータおよび前記第２パラメータにアクセスする第３ステップと、
   前記アクセスによって得られた前記第１パラメータおよび前記第２パラメータを、前記ディスプレイデバイスに表示する第４ステップと、
   を備える、前記システムをシミュレーションするための方法。
3. 請求項２において、
   前記キャッシュ動作は、キャッシュミスであることを特徴とする、前記システムをシミュレーションするための方法。
4. 割り込みコントローラを具備するコントローラモデルをシミュレーションする手段であって、前記割り込みコントローラの割り込みステータスである第１パラメータを有する手段と、
   第２パラメータを有し、前記コントローラモデルによって制御されるプラントモデルをシミュレーションするための手段と、
   前記第１パラメータおよび前記第２パラメータにアクセスできるユーザーインタフェースプロセッサをシミュレーションするための手段と、
   前記第１パラメータをトリガイベントとして、前記コントローラモデルまたは前記プラントモデルの実行を一時停止することなく、前記ユーザーインタフェースプロセッサを通じて前記第１パラメータおよび前記第２パラメータにアクセスする手段と、
   前記アクセスによって得られた前記第１パラメータおよび前記第２パラメータを表示するための手段と、
   を備える、マイクロコンピュータをベースにしたシステムをシミュレーションするための装置。
5. キャッシュメモリを具備するコントローラモデルをシミュレーションする手段であって、前記キャッシュメモリのキャッシュ動作を示す第１パラメータを有する手段と、
   第２パラメータを有し、前記コントローラモデルによって制御されるプラントモデルをシミュレーションするための手段と、
   前記第１パラメータおよび前記第２パラメータにアクセスできるユーザーインタフェースプロセッサをシミュレーションするための手段と、
   前記第１パラメータをトリガイベントとして、前記コントローラモデルのシミュレーションまたは前記プラントモデルのシミュレーションを一時停止することなく、前記ユーザーインタフェースプロセッサを通じて前記第１パラメータおよび前記第２パラメータにアクセスする手段と、
   前記アクセスによって得られた前記第１パラメータおよび前記第２パラメータを表示するための手段と、
   を備える、マイクロコンピュータをベースにしたシステムをシミュレーションするための装置。
6. 請求項５において、
   前記キャッシュ動作は、キャッシュミスであることを特徴とする、前記システムをシミュレーションするための装置。

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