JP7226169B2

JP7226169B2 - 電子制御装置

Info

Publication number: JP7226169B2
Application number: JP2019137870A
Authority: JP
Inventors: 俊貴山村; 智泰太田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2019-07-26
Filing date: 2019-07-26
Publication date: 2023-02-21
Anticipated expiration: 2039-07-26
Also published as: DE102020208916A1; JP2021022126A

Description

本発明は電子制御装置に関する。

複数のコアが要求する処理を並列処理する並列演算処理器を備えたマイクロコンピュータを電子制御装置に搭載することが考えられている。

特開２０１６－１２６４２６号公報

並列演算処理器は、複数のコアが要求した処理を空きスレッドに割振ることで順次並列処理することから、高速処理が期待できる。
しかしながら、並列演算処理器は、コアが要求した処理を並列処理する場合に空きスレッドがないときは、実行中のスレッドを中止して他の処理を実行しないように構成されている。このため、空きスレッドの状況によってはコアが要求した処理の処理待ち状態となることから、コアが要求する処理を並列演算処理器で効率よく並列処理できないおそれがある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、並列演算処理器の空きスレッドの状況にかかわらずコアが要求した処理を効率よく並列処理することができるマイクロコンピュータを備えた電子制御装置を提供することにある。

請求項１の発明によれば、複数のコア（１２ａ～１２ｃ）が演算命令を処理することを要求すると、並列演算処理器（１３）は、要求された処理を空きスレッドに割振ることで並列処理する。ここで、調停部（１２ｄ）は、空きスレッドの状況に応じてコア（１２ａ～１２ｃ）が要求する処理を調停し、空きスレッドの数が所定の調停閾値よりも小さい場合に調停を実行する。

一実施形態のマイクロコンピュータの構成を示す機能ブロック図エンジンＥＣＵと各ＥＣＵとの接続を示すブロック図並列演算処理器の構成を概略的に示すブロック図調停コアによる基本的な調停動作を示す図事前情報を示す図調停コアによる調停が行われない場合の調停動作を示す図調停コアによる調停が行われる場合の調停動作を示す図（その１）調停コアによる調停が行われる場合の調停動作を示す図（その２）演算コアの動作を示すフローチャート（その１）演算コアの動作を示すフローチャート（ぞの２）調停コアの動作を示すフローチャート（その１）調停コアの動作を示すフローチャート（ぞの２）

以下、一実施形態について図面を参照して説明する。
図２に示すように、車両にはエンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）１（電子制御装置に相当）が搭載されている。このエンジンＥＣＵ１は、車載ＬＡＮ２を介して自動変速ＥＣＵ３、メータＥＣＵ４、空調ＥＣＵ５などの他のＥＣＵに通信可能に接続されている。車載ＬＡＮ２のプロトコルは、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）である。ＣＡＮは登録商標である。

図１に示すようにＥＣＵ１は、マイクロコンピュータ１１を主体として構成されている。マイクロコンピュータ１１は、複数のコア１２ａ～１２ｄからなるコア群１２や並列演算処理器１３を備えて構成されており、それらのコア１２ａ～１２ｄや並列演算処理器１３が複数の演算処理を並列処理することで高速処理を実現している。

コア１２ａ～１２ｄ及び並列演算処理器１３は内部バス１４を介して互いに接続されていると共に、ＲＯＭ及びＲＡＭなどのメモリ１５やＡＤ変換器及びＣＡＮインターフェースなどの周辺回路１６とも接続されている。

コア１２ａ～１２ｄは、エンジンを制御するためのアクチュエータの動作やエンジンの運転状態を検出するための各種センサからの検出信号をＡＤ変換器によりデジタル変換したデジタル値を入力し、そのデジタル値を処理して所定の物理値を求める演算処理が必要となった場合は演算命令を並列演算処理器１３に与えることで処理を要求する。

図３に示すように並列演算処理器１３は、メモリ１７と、制御回路１８と、複数の演算器１９とから構成されている。メモリ１７には複数のコア１２ａ～１２ｃから与えられた演算命令が順に記憶される。

制御回路１８は、メモリ１７に記憶された演算命令を演算器１９と連携して演算処理する。つまり、制御回路１８はスケジューラ機能を有しており、メモリ１７に記憶された演算命令を対応するスレッドに自動的に割振る。

演算器１９はＦＩＦＯ（First-In First-Out）型であり、制御回路１８により空きスレッドに割振られた演算命令を順に演算処理する。演算器１９は同一種類や異なる種類の演算器であり、同一種類や異なる種類の演算命令を並列処理可能である。演算器１９は、演算処理結果をメモリ１７に記憶する。

複数のコア１２ａ～１２ｃは、演算命令を処理することを並列演算処理器１３に要求した場合はメモリ１７を介して演算結果を取得し、その演算結果に基づいて以後の処理を実行する。

ところで、並列演算処理器１３は、上述したように空きスレッドに割振られた演算命令を並列処理するようになっているが、空きスレッドがない場合には演算命令をスレッドに割振ることができない。このような場合に、コア１２ａ～１２ｃがタスク優先度の高い演算命令の処理を要求した場合は当該処理が処理待ち状態となり次の処理に移行できなくなるので、エンジン制御に支障を生じることが予測される。

そこで、本実施形態では、図４に示すようにコア群１２の内、コア１２ａ～１２ｃを第１～第３演算コア１２ａ～１２ｃ（演算部に相当）として設定し、コア１２ｄを調停コア１２ｄ（調停部に相当）として設定した。調停コア１２ｄは、空きスレッドの状況に応じて各演算コア１２ａ～１２ｃが要求する処理を調停する調停機能を有する。

（基本的な調停動作）
（１）各演算コア１２ａ～１２ｃは、並列演算処理器１３に処理を要求する場合は並列演算処理器１３に処理を要求してから、当該処理が必要とするスレッド数に関する事前情報を調停コア１２ｄに送信する。図４では第１演算コア１２ａが処理Ａを要求し、第２演算コア１２ｂが処理Ｂを要求し、第３演算コア１２ｃが処理Ｃを要求していることを示している。

（２）並列演算処理器１３は、各演算コア１２ａ～１２ｃから要求された処理Ａ～Ｃを終了した場合はどの処理が終了したかを調停コア１２ｄに通知する。
（３）調停コア１２ｄは、各演算コア１２ａ～１２ｃから事前情報を受信した場合、或いは並列演算処理器１３から処理終了を受信した場合は、それらの情報から調停コア１２ｄは事前情報と照らし合わせて並列演算処理器１３の空きスレッド数を把握する。
空きスレッド数が十分な場合は上記動作を繰り返すが、空きスレッド数が不足するような場合は各演算コア１２ａ～１２ｃに処理停止を送信する。

（５）各演算コア１２ａ～１２ｃは、調停コア１２ｄからの処理停止を受信した場合は並列演算処理器１３に対する処理の要求を停止する。
（６）調停コア１２ｄは、事前情報と並列演算処理器１３の空きスレッド数に基づいて各演算コア１２ａ～１２が要求する処理を調停する。
（７）各演算コア１２ａ～１２ｃは、調停コア１２ｄによる調停に応じて停止していた処理Ａ～Ｃを並列演算処理器１３に要求する。
以上のようにして、調停コア１２ｄは、並列演算処理器１３の空きスレッドの状況に応じて各演算コア１２ａ～１２ｃが要求する処理を調停する。

以下、各演算コア１２ａ～１２ｃ及び調停コア１２ｄの具体的動作について説明する。
事前情報の一例として、図５に示すように第１演算コア１２ａが要求する処理Ａが低優先度で処理に必要なスレッド数が２、第２演算コア１２ｂが要求する処理Ｂが中優先度で処理に必要なスレッド数が４、第３演算コア１２ｃが要求する処理Ｃが高優先度で処理に必要なスレッド数が３である場合について説明する。

各演算コア１２ａ～１２ｃは、図９に示すように並列演算処理器１３に対する処理イベントが発生したか（Ｓ１０１：ＮＯ）、図１０に示すように調停コア１２ｄから処理停止を受信したか（Ｓ２０１：ＮＯ）、後述するように調停コア１２ｄから出力される処理許可（Ｓ４０４）を受信したかを判断している（Ｓ２０３：ＮＯ）。
処理イベントが発生した場合は（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、後述する処理停止状態かどうかを判断し（Ｓ１０２）、処理停止状態でないことを確認した場合は（Ｓ１０２：ＮＯ）、並列演算処理器１３に処理Ａ～Ｃをそれぞれ要求してから（Ｓ１０３）、事前情報を送信する（Ｓ１０４）。

調停コア１２ｄは、図１１に示すように各演算コア１２ａ～１２ｃから事前情報を受信したか（Ｓ３０１：ＮＯ）、図１２に示すように並列演算処理器１３から処理終了を受信したかを判断している（Ｓ４０１：ＮＯ）。

各演算コア１２ａ～１２ｃから事前情報を受信した場合は（Ｓ３０１：ＹＥＳ）、各演算コア１２ａ～１２ｃが処理停止状態でないことを確認してから（Ｓ３０２：ＮＯ）、事前情報に基づいて並列演算処理器１３の空きスレッド数を算出する（Ｓ３０３）。つまり、事前情報が示すスレッド数を空きスレッド数から減算することで現在の空きスレッド数を算出する。尚、各演算コア１２ａ～１２ｃが処理停止状態か否かは、後述する空きスレッドと調停閾値の比較（Ｓ３０４、Ｓ４０３）の前回結果を記憶しているため判断できる。

次に、算出した空きスレッド数とあらかじめ決めておいた調停閾値とを比較し（Ｓ３０４）、調停閾値より空きスレッド数が大きい場合は（Ｓ３０４：ＹＥＳ）、調停の必要がないことから何も実行することなく終了する。

一方、並列演算処理器１３は、各演算コア１２ａ～１２ｃから処理Ａ～Ｃが要求された場合は、当該処理Ａ～Ｃをスレッドに割振ることで並列処理し、処理が終了した場合は、どの処理が終了したかを示す処理終了を調停コア１２ｄに通知する。

調停コア１２ｄは、並列演算処理器１３から処理終了を受信した場合は（Ｓ４０１：ＹＥＳ）、事前情報と照らし合わせることで解放したスレッド数を空きスレッド数に加算することで現在の空きスレッド数を算出し（Ｓ４０２）、空きスレッド数が調停閾値を上回っているかを判断する（Ｓ４０３）。空きスレッド数が調停閾値を上回っている場合は（Ｓ４０３：ＹＥＳ）、各演算コア１２ａ～１２ｃへ処理許可を送信する（Ｓ４０４）。
各演算コア１２ａ～１２ｃは処理許可を受信した場合（Ｓ２０３：ＹＥＳ）、処理停止状態であれば処理停止状態を解除する（Ｓ２０４）。

要するに、調停コア１２ｄは、図６に示すように各演算コア１２ａ～１２ｃから受信した事前情報と並列演算処理器１３から受信した処理終了から現在の並列演算処理器１３の空きスレッド数を監視し、空スレッド数が調停閾値より大きいと判断した場合は、各演算コア１２ａ～１２ｃに並列演算処理器１３へ処理を要求することを停止させることはない。これにより、通常通り各演算コア１２ａ～１２ｃから並列演算処理器１３に対して処理Ａ,Ｂ,Ｃが要求されるので、並列演算処理器１３はそれらの処理Ａ～Ｃをスレッドに順に割振る。

このような動作は、並列演算処理器１３の空きスレッド数が十分である場合に、調停コア１２ｄが各演算コア１２ａ～１２ｃに並列演算処理器１３へ処理を要求することを停止させることによる処理速度の低下を防止するためである。

一方、調停コア１２ｄは、各演算コア１２ａ～１２ｃから事前情報を受信した場合において（Ｓ３０１：ＹＥＳ、Ｓ３０２：ＮＯ）、並列演算処理器１３の空きスレッド数を算出した結果（Ｓ３０３）、調停閾値より空きスレッド数が小さいときは（Ｓ３０４：ＮＯ）、各演算コア１２ａ～１２ｃが要求する処理Ａ～Ｃを並列演算処理器１３が処理できなくなるおそれがあることから、各演算コア１２ａ～１２ｃに処理停止を送信する（Ｓ３０５）。

各演算コア１２ａ～１２ｃは、調停コア１２ｄから処理停止を受信した場合は（Ｓ２０１：ＹＥＳ）、処理停止状態に移行する（Ｓ２０２）。これにより、各演算コア１２ａ～１２ｃは、並列演算処理器１３への処理の要求を停止した処理停止状態となる。

また、調停コア１２ｄが並列演算処理器１３から処理終了を受信した場合において（Ｓ４０１：ＹＥＳ）、並列演算処理器１３の空きスレッド数を算出した結果（Ｓ４０２）、調停閾値より空きスレッド数が小さいときは（Ｓ４０３：ＮＯ）、何もせず終了する。これにより、各演算コア１２ａ～１２ｃの処理停止状態は継続されたままになる。

調停コア１２ｄは、各演算コア１２ａ～１２ｃから事前情報を受信した場合において（Ｓ３０１：ＹＥＳ）、各演算コア１２ａ～１２ｃが処理停止状態のときは（Ｓ３０２：ＹＥＳ）、事前情報から調停する処理の総スレッド数を算出し（Ｓ３０６）、並列演算処理器１３の空きスレッド数と調停する処理の総スレッド数とを比較する（Ｓ３０７）。つまり、調停するすべての処理が並列演算処理器１３の空きスレッドで処理できるか否かを判断する。

図５に示す事前情報の場合、調停するすべての処理を実行するのに必要なスレッド数は９スレッドであるから、並列演算処理器１３の空きスレッド数が９スレッドよりも大きい場合は（Ｓ３０７：ＹＥＳ）、調停する処理の優先度が高い順に各演算コア１２ａ～１２ｃに処理許可を送信する（Ｓ３０８）。この場合、図５に示すように処理Ａ,Ｂ,Ｃの優先度は低,中,高となっているため、調停コア１２ｄは、第３演算コア１２ｃ、第２演算コア１２ｂ、第１演算コア１２ａの順に処理許可を送信する。

各演算コア１２ａ～１２ｃは、処理イベントが発生した場合に（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、処理停止状態であるので（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、事前情報を送信してから（Ｓ１０５）、調停コア１２ｄから処理許可を受信するか（Ｓ１０６：ＮＯ）、処理命令を受信するかを判断するようになる（Ｓ１０８：ＮＯ）。調停コア１２ｄから処理許可を受信した場合は（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、並列演算処理器１３に処理を要求する（Ｓ１０７）。この場合、第３演算コア１２ｃが処理Ｃを要求し、その後に第２演算コア１２ｂが処理Ｂを要求し、その後に第１演算コア１２ａが処理Ａを要求する。
以上のようにして、優先度の高い順に並列演算処理器１３にて各演算コア１２ａ～１２ｃが要求する処理が並列処理される。

一方、調停コア１２ｄは、調停するすべての処理を実行するのに必要なスレッド数である９スレッドより並列演算処理器１３の空きスレッド数が小さい場合は（Ｓ３０７：ＮＯ）、高優先度である処理を要求する演算コアのみ処理許可を送信し、その他の演算コアに処理命令を送信する（Ｓ３０９）。この場合、高優先度の処理Ｃを要求する第３演算コア１２ｃに処理許可を送信し、第１演算コア１２ａ及び第２演算コア１２ｂに処理命令を送信する。

第３演算コア１２ｃは、処理許可を受信するので（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、並列演算処理器１３に処理Ｃを要求する（Ｓ１０７）。一方、第１演算コア１２ａ及び第２演算コア１２ｂは、処理命令を受信するので（Ｓ１０８：ＹＥＳ）、並列演算処理器１３へ要求する処理を第１演算コア１２ａ及び第２演算コア１２ｂでそれぞれ実行する（Ｓ１０９）。
以上のようにして、調停コア１２ｄによる調停処理が終了する。

要するに、並列演算処理器１３へ高優先度の処理の要求をする演算コア１２ｃに並列演算処理器１３への処理の要求を許可し、高優先度の処理以外の処理は各演算コア１２ａ，１２ｂに演算させる。

上記のように調停コア１２ｄが処理の調停を行うことで、並列演算処理器１３に高優先度の処理を優先させることが実現でき、空きスレッドがなく並列演算処理器１３で処理できない処理も各演算コア１２ａ～１２ｃで処理させる機構を実現できる。

このような実施形態によれば、次のような効果を奏することができる。
並列演算処理器１３に要求する処理の優先度と必要スレッド数を事前情報としてあらかじめ設定しておき、調停コア１２ｄにより並列演算処理器１３の空きスレッドの状況を監視し、その状況に応じて各演算コア１２ａ～１２ｃに処理停止や処理許可を送信するので、並列演算処理器１３に要求する処理の順番を調停することができる。これにより、処理の優先度を考慮できない並列演算処理器１３において、優先度を考慮できるようになる。

調停コア１２ｄは、各演算コア１２ａ～１２ｃから受信した事前情報と並列演算処理器１３から受信した処理終了から並列演算処理器１３の空きスレッドを監視するので、並列演算処理器１３の適切なリソース管理ができるようになる。
調停コア１２ｄは、空きスレッド数が不足すると判断した場合、各演算コア１２ａ～１２ｃに対して並列演算処理器１３へ要求する処理を停止させるので、各演算コア１２ａ～１２ｃからの処理を確実に調停することができる。

調停コア１２ｄは、処理を要求されたすべての演算命令を空きスレッドに割振ることができる場合は、事前情報が示す優先度が高い順に処理を要求するように処理を調停するので、並列演算処理器１３を有効活用できる。

処理を要求されたすべての演算命令を空きスレッドに割振ることができない場合は、最優先度の処理を要求する演算コア１２ｃに処理許可を送信し、それ以外のコア１２ａ，１２ｂに演算命令を送信するので、並列演算処理器１３で処理しきれない処理を各演算コア１２ａ，１２ｂに実行させることで優先度が低い処理も対応できるようになる。

（他の実施形態）
事前情報として処理の優先度を含まず、調停コア１２ｄが必要スレッド数のみで各演算コア１２ａ～１２ｃからの処理を調停するようにしても良い。つまり、中優先度や低優先度の処理を先にスレッドに割振るようにしても良い。
調停コア１２ｄが並列演算処理器１３に対して処理を要求すると共に各演算コア１２ａ～１２ｃの処理を調停するようにしても良い。
調停コア１２ｄが実行する調停機能の一部を他の各演算コア１２ａ～１２ｃに分散して実行させるようにしても良い。

本開示は、実施形態に準拠して記述されたが、本開示は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

図面中、１はエンジンＥＣＵ（電子制御装置）、１１はマイクロコンピュータ、１２ａ～１２ｃは演算コア（演算部）、１２ｄは調停コア（調停部）、１３は並列演算処理器である。

Claims

演算命令を処理することを要求する複数の演算部（１２ａ～１２ｃ）と、前記演算部が要求した処理を空きスレッドに割振ることで並列処理する並列演算処理器（１３）とを有したマイクロコンピュータ（１１）を備えた電子制御装置であって、
前記マイクロコンピュータは、
前記空きスレッドの状況に応じて前記演算部が要求する処理を調停する調停部（１２ｄ）を備え、
前記調停部は、前記空きスレッドの数が所定の調停閾値よりも小さい場合に前記調停を実行する電子制御装置。
前記調停部は、前記演算部が要求する処理が必要とするスレッドの数に基づいて前記空きスレッドの数を算出する請求項１に記載の電子制御装置。
前記調停部は、前記調停を実行する場合は、前記演算部に対して前記処理を要求することを停止させてから実行する請求項１又は２に記載の電子制御装置。
前記調停部は、前記空きスレッドの数が十分な場合は前記演算部が要求する処理を停止させない請求項３に記載の電子制御装置。
前記調停部は調停コアであり、
前記演算部は、演算コアと前記調停コアとから構成されている請求項１から４のいずれか一項に記載の電子制御装置。
前記演算コアは、前記並列演算処理器に処理を要求する場合は必要となるスレッドの数を示す事前情報を送信し、
前記並列演算処理器は、処理が終了した場合は解放したスレッドの数を示す処理終了を送信し、
前記調停コアは、前記事前情報と前記処理終了とから前記空きスレッドの数を求め、当該空きスレッドの数が所定の調停閾値よりも小さい場合に前記調停を実行する請求項５に記載の電子制御装置。
前記事前情報は処理の優先度を含み、
前記調停コアは、前記空きスレッドの数が不足すると判断した場合に要求された処理を前記空きスレッドに割振ることができるときは、前記事前情報が示す前記優先度が高い順の前記演算コアに対して処理を許可することで処理を調停する請求項６に記載の電子制御装置。