JP5061149B2 - 浮動小数点演算を用いた組込み制御装置 - Google Patents
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図1に、形態例に係る組込み制御装置の全体構成を示す。図1に示す組み込み制御装置は、制御コントロールユニット(C/U)10と、C/U10に給電するバッテリ19とを有している。なお、制御コントロールユニット(C/U)10は、中央演算処理装置(CPU)12と、読み取り専用記憶装置(ROM)13と、読み書き可能な記憶装置(RAM)14と、制御対象機器16との間で信号を送受信する入出力装置(I/O)15とで構成される。因みに、制御対象機器16には、センサ17とアクチュエータ18が実装されている。
(B−1)動作の概要
図3に、バッテリ19からマイクロコンピュータ11に対する動作電源の投入(以下、「動作電源投入」という。)から動作電源遮断までの基本的な流れを示す。まず、動作電源の投入により、マイクロコンピュータ11の動作が開始される(ステップ31)。次に、マイクロコンピュータ11は、初期化が必要なバックアップメモリの領域とRAM14の領域を初期化する(ステップ32)。この後、マイクロコンピュータ11は、動作電源遮断命令が発生するまでステップ33の処理を繰り返し実行する。ステップ33において、マイクロコンピュータ11は、センサ17からの信号やバックアップメモリ(RAM14、フラッシュメモリ20、EEPROM21等)に格納されている値、ROM13に格納されている制御プログラムに基づいて制御処理を実行し、アクチュエータ17に制御信号を出力する。この処理実行中に動作電源遮断命令が発生した場合、マイクロコンピュータ11は、バックアップが必要な変数をバックアップメモリ領域へ格納する(ステップ34)。この後、マイクロコンピュータ11は、動作電源を遮断する(ステップ35)。ただし、バックアップメモリ領域が、動作電源遮断中においてもバッテリ19からの給電により不揮発な状態となるRAM14である場合には、バックアップが必要な変数が既にバックアップメモリ領域に格納されているため、ステップ34は不要となる。
以下では、C/U10が車載のエンジン制御コントロールユニットであり、制御対象機器16がガソリン噴射式内燃機関であり、センサ17が吸入空気量センサ、エンジン回転数センサ及び空燃費センサであり、アクチュエータ17が燃料噴射弁であるものとする。
ここでは、燃料噴射量の算出に使用されるデータ形式の例を説明する。図4に、IEEE754規格で定められた浮動小数点数形式41を示す。浮動小数点数形式41は、bit「31」からなる1ビット長の符号部42、bit「30」〜「23」からなる8ビット長の指数部43、bit「22」〜「0」からなる23ビット長の仮数部44の計4バイト長のデータ形式で与えられる。
ここでは、図6及び図7A、図7Bを参照して、従来技術による非数の初期化動作と、形態例に係る非数の初期化動作の違いを説明する。
(D−1)従来例の初期化動作(電源投入から電源遮断までの動作)
まず、図6(a)〜図6(c)を参照して、従来技術によるバックアップメモリ内の浮動小数点数形式データの非数の初期化動作を説明する。図6(a)は従来技術の基本動作を示し、図6(b)はイニシャルルーチンの内容を示し、図6(c)は非数チェックルーチンを示している。
次に、図7A(a)〜(c)及び図7B(d)〜(e)を参照して、形態例に係るバックアップメモリ内の浮動小数点数形式データの非数の初期化動作を説明する。図7A(a)は形態例における基本動作を示し、図7A(b)は第1のイニシャルルーチンの内容を示し、図7A(c)は第1の非数チェックルーチンを示し、図7B(d)は第2のイニシャルルーチンの内容を示し、図7B(e)は第2の非数チェックルーチンを示している。
従来手法ではステップ33の制御処理の以前に設けていたステップ60(図6)と同等のイニシャルルーチンを、この形態例の場合には、演算負荷が低い動作電源遮断命令後のステップ701(第2のイニシャルルーチン)へ移動する。しかも、この形態例の場合には、非数の判定を所定範囲に限定する。この結果、形態例の場合には、動作電源投入(ステップ31)から制御処理(ステップ33)への移行時までの演算負荷を低減することができる。
以上の説明では、第2のイニシャルルーチンが完了した後に動作電源が遮断され、その途中で動作電源が再投入しないことを前提とした。
まず、図8を参照して1つ目の動作例を説明する。この場合、形態例に係るエンジン制御コントロールユニットは、第2のイニシャルルーチンを図8に示すように短縮し、動作電源投入命令を待機させる。
続いて、図9を参照して2つ目の動作例を説明する。この動作例は、第2のイニシャルルーチンの実施が不完全に終了した場合に好適な他の第1のイニシャルルーチンを表している。この動作例の場合、エンジン制御コントロールユニットは、第1のイニシャルルーチンとして、図7A(c)に示した第1の非数チェックルーチンを使用するのではなく、図7B(e)に示した第2の非数チェックルーチンを使用する。この動作例の採用により、エンジン制御コントロールユニットは、動作電源の再投入時にバックアップメモリ内にある浮動小数点数形式データの全てのデータについて非数の有無を判定することができ、同領域の初期化も実現できる。
最後に、図10を参照して3つ目の動作例を説明する。この動作例は、第2の動作例と同様に、第2のイニシャルルーチンの実施が不完全に終了した場合に好適な他の第1のイニシャルルーチンを表している。この動作例の場合、エンジン制御コントロールユニットは、図7A(b)のステップ702、ステップ62、ステップ703を実施せず、バックアップメモリを初期化しない。この動作例は、演算負荷が大きいときに適した動作である。このように、この動作例の場合には、動作電源の再投入時には非数の判定処理と初期化処理の両方を省略することができる。このため、この動作例を採用したエンジン制御コントロールユニットでは、動作電源の再投入時における演算負荷を大幅に低減することができる。
ここでは、図11〜13を参照して、非数の判定処理や初期化の範囲を規定する所定範囲に関する実施例を説明する。
(E−1)実施例1
図11を参照して、所定範囲に関する1つ目の実施例を説明する。図11に示すバックアップメモリ領域110は、浮動小数点数の領域111と、固定小数点数の領域112に区分される。浮動小数点数の領域111と固定小数点数の領域112は、データのアライメントや読み書きの容易さ等を考慮すると、各領域が区分された状態で連続して格納されることが望ましい。しかし、本実施例におけるバックアップメモリのデータ構造は、各領域が区分された状態で連続して格納されていない場合にも適用される。
図12を参照して、所定範囲に関する2つ目の実施例を説明する。図12の場合も、バックアップメモリ領域110は、浮動小数点数の領域111と固定小数点の領域112に区分される。これらの区分が必須でないこと等は実施例1と同じである。この実施例の場合、浮動小数点数の領域111を、各制御で重要な変数の領域115と重要でない変数の領域116に区分してデータを格納する。この場合も、区分した変数毎に連続してデータを格納することは必須でない。しかし、読み書きの容易さ等を考慮すると、やはり各データが連続的に格納されることが望ましいことは実施例1と同様である。
図13を参照して、所定範囲に関する3つ目の実施例を説明する。図13の場合も、バックアップメモリ領域110は、浮動小数点数の領域111と固定小数点の領域112に区分される。これらの区分が必須でないことは実施例1と同じである。この実施例の場合、浮動小数点数の領域111の全領域117を所定範囲とする。すなわち、この実施例では、非数が発生し易い浮動小数点の領域111を所定範囲とする。従って、この実施例の場合には、バックアップメモリ内の非数の一掃が可能性となる。
前述の形態例の場合には、単精度浮動小数点数データ形式を扱う組込み制御装置の場合について各形態例を説明したが、倍精度浮動小数点データ形式を扱う組込み制御装置についても前述した仕組みを同様に適用することができる。
Claims (12)
- 浮動小数点数形式のデータの演算を行う演算処理装置と、バックアップメモリと、を有するマイクロコンピュータを備えた組込み制御装置において、
前記演算処理装置は、
前記マイクロコンピュータへの動作電源遮断時に、前記バックアップメモリに格納する浮動小数点数形式のデータ領域における非数の有無を判定し、前記バックアップメモリに格納する浮動小数点数形式のデータ領域に非数が存在すると判定したとき、非数を有する浮動小数点数形式のデータ領域を初期化し、
前記マイクロコンピュータへの動作電源投入時に、動作電源遮断時に前記バックアップメモリに格納した浮動小数点数形式のデータ領域のサム値と、動作電源投入時に前記バックアップメモリに格納した浮動小数点数形式のデータ領域のサム値とを比較して、前記バックアップメモリに格納する浮動小数点数形式のデータ領域における非数の有無を判定し、前記バックアップメモリに格納する浮動小数点数形式のデータ領域に非数が存在すると判定したとき、非数を有する浮動小数点数形式のデータ領域を初期化する
ことを特徴とする組込み制御装置。 - 請求項1に記載の組込み制御装置において、
前記マイクロコンピュータへの動作電源遮断時における非数の有無の判定は、
前記バックアップメモリに格納した浮動小数点数形式のデータ範囲の全体又はその所定範囲について実行する
ことを特徴とする組込み制御装置。 - 請求項1に記載の組込み制御装置において、
前記マイクロコンピュータへの動作電源遮断時における非数の初期化は、
前記バックアップメモリに格納した浮動小数点数形式のデータ範囲の全体又はその所定範囲について実行する
ことを特徴とする組込み制御装置。 - 請求項1に記載の組込み制御装置において、
前記マイクロコンピュータへの動作電源投入時における前記サム値の比較による非数の有無の判定は、
前記バックアップメモリに格納した浮動小数点数形式のデータ範囲の全体又はその所定範囲について電源遮断時に演算されるサム値と、前記バックアップメモリに格納した浮動小数点数形式のデータ範囲の全体又はその所定範囲について電源投入時に演算されるサム値との比較により実行する
ことを特徴とする組込み制御装置。 - 請求項1に記載の組込み制御装置において、
前記マイクロコンピュータへの動作電源投入時における非数の初期化は、
前記バックアップメモリに格納した浮動小数点数形式のデータ範囲の全体又はその所定範囲について実行する
ことを特徴とする組込み制御装置。 - 請求項1又は請求項4に記載の組込み制御装置において、
前記マイクロコンピュータへの動作電源の遮断中に再度動作電源が投入された場合にあって、前記動作電源遮断時における前記バックアップメモリの浮動小数点数形式の記憶領域のデータに対する前記非数の判定又は初期化が演算の途中であったとき、
電源遮断時に前記非数の判定に使用された領域のサム値と当該領域についての電源投入時のサム値の比較は、前記演算が終わった範囲の全体又はその所定範囲について実行する
ことを特徴とする組込み制御装置。 - 請求項1に記載の組込み制御装置において、
前記マイクロコンピュータへの動作電源の遮断中に再度動作電源が投入された場合にあって、前記動作電源遮断時における前記バックアップメモリの浮動小数点数形式の記憶領域のデータに対する前記非数の判定又は初期化が演算の途中であったとき、
前記電源遮断時のサム値と電源投入時のサム値の比較は実行せずに、浮動小数点のデータ範囲の全体又はその所定範囲について非数の有無を判定する
ことを特徴とする組込み制御装置。 - 請求項1又は請求項5に記載の組込み制御装置において、
前記マイクロコンピュータへの動作電源の遮断中に再度動作電源が投入された場合にあって、前記動作電源遮断時における前記バックアップメモリの浮動小数点数形式の記憶領域のデータに対する前記非数の判定又は初期化が演算の途中であったとき、
前記マイクロコンピュータへの動作電源投入時の非数の初期化は、電源遮断時に前記非数の判定に使用された領域についてのみ実行する
ことを特徴とする組込み制御装置。 - 請求項1又は請求項5に記載の組込み制御装置において、
前記マイクロコンピュータへの動作電源の遮断中に再度動作電源が投入された場合にあって、前記動作電源遮断時の前記バックアップメモリの浮動小数点数形式の記憶領域のデータの前記非数の判定又は初期化又は前記サム値演算が演算の途中であったとき、
前記マイクロコンピュータへの動作電源投入時、前記バックアップメモリの非数を初期化しない
ことを特徴とする組込み制御装置。 - 請求項2〜請求項7のいずれか1項に記載の組込み制御装置において、
前記所定範囲は、
前記バックアップメモリの浮動小数点数形式の記憶領域のデータを、制御変数と制御状態を観測するためのモニタ変数に区分した場合における、前記制御変数の領域である
ことを特徴とする組込み制御装置。 - 請求項2〜請求項7のいずれか1項に記載の組込み制御装置において、
前記所定範囲は、
前記バックアップメモリの浮動小数点数形式の記憶領域のデータを、各制御で重要な変数と重要でない変数に区分した場合における、前記各制御で重要な変数の領域である
ことを特徴とする組込み制御装置。 - 請求項2〜請求項7のいずれか1項に記載の組込み制御装置において、
前記所定範囲は、
前記バックアップメモリの浮動小数点数形式の記憶領域の全領域である
ことを特徴とする組込み制御装置。
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