JP7238574B2

JP7238574B2 - 電子制御装置

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Publication number: JP7238574B2
Application number: JP2019081935A
Authority: JP
Inventors: 健太郎奈良
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2019-04-23
Filing date: 2019-04-23
Publication date: 2023-03-14
Anticipated expiration: 2039-04-23
Also published as: JP2020181243A; DE102020204958A1

Description

本発明は電子制御装置に関する。

例えば車両に搭載される電子制御装置では、車両の制御の複雑化によりマイクロコンピュータ（以下、マイコンと略す）の処理能力の向上が図られている。このような技術として、特許文献１に示すようにマルチコアマイコンにより演算処理を並列実行させることが行われている。

特開２０１６－１２６４２６号公報

ところで、マイコンによる演算処理をさらに高めるためにマイコンに並列演算処理器を搭載することが提案されている。この並列演算処理器はハードウェアから構成されており、マイコンのコアから複数の演算命令の集合体である演算命令群を処理することが要求された場合は、演算命令を当該演算命令に対応する演算器に対して自動的に割振って演算処理するものである。このような並列演算処理器をマイコンに搭載することにより高速な演算処理が可能となる。

しかしながら、並列演算処理器は、コアから要求された複数の演算命令を対応する演算器にどのような順番で演算処理するのかをハードウェアが自動的に割振っているため、演算器が故障した場合に演算器のいずれが故障しているのかを特定するのが困難である。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、マイコンに搭載された並列演算処理器が有する複数の演算器のいずれが故障しているのかを特定可能な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、コア（１２ａ～１２ｃ）は、任意の種類の演算器がアイドル状態となったか否かを監視し、アイドル状態である条件を満たす演算器に対し、同一種類の演算器（１９）の数だけ同一の演算命令からなる演算命令群を処理させることを並列演算処理部（１３）に要求する。このとき、演算器（１９）のいずれかが故障している場合は同一種類の演算器（１９）による演算結果が異なる。そこで、コア（１２ａ～１２ｃ）は、同一種類の演算器（１９）による演算結果が異なる場合は当該演算器（１９）が故障していることを特定する。

第１実施形態におけるマイコンの構成を概略的に示すブロック図各ＥＣＵの接続関係を概略的に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並列演算処理器による並列演算を概念的に示す図故障診断処理時の並列演算処理器による並列演算を概念的に示す図故障診断処理を示すフローチャート故障回避処理を示すフローチャート第２実施形態における故障診断処理を示すフローチャート第３実施形態における故障診断処理を示すフローチャート

以下、エンジンＥＣＵに適用した複数の実施形態について図面を参照して説明する。複数の実施形態において、機能的または構造的に対応する部分には同一の参照符号を付与する。

（第１実施形態）
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、マイコン１１を主体として構成されている。マイコン１１は、複数のコア１２ａ～１２ｃ（制御部に相当）や並列演算処理器１３（並列演算処理部に相当）を備えて構成されており、それらのコア１２ａ～１２ｃ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～１２ｃ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～１２ｃ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の集合体である演算命令群を並列演算処理器１３に与えることで演算処理を要求する。

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にはコア１２ａ～１２ｃから与えられた演算命令群が順に記憶される。

制御回路１８はハードウェアから構成されており、メモリ１７に記憶された演算命令群を演算器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群から演算命令を抽出して対応する演算器１９に自動的に割振る。

演算器１９はＦＩＦＯ（First-In First-Out）型であり、後述するように制御回路１８により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。

コア１２ａ～１２ｃは、演算命令群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。

演算器１９の代表例としては、ＳＩＭＤ（Single Instruction Multiple Data）、ＡＬＵ（Arithmetic Logic Unit）、ＳＰＭＴ（Special Math）を挙げることができるが、これに限定されるものではない。ＳＩＭＤは配列演算器で、一つのＳＩＭＤ命令で複数のデータを並列処理可能な演算器である。

ＡＬＵは算術論理演算器で、ＡＬＵ命令としては論理積ＡＮＤ、論理和ＯＲ、否定ＮＯＴ、加算ＡＤＤ、乗算ＭＵＬ、減算ＳＵＢが代表例であるが、これに限定されるものではない。

ＳＰＭＴは特殊演算器で、ＳＰＭＴ命令としては逆数ＲＣＰ、平方根ＳＱＲＴ、指数関数ＥＸＰ、平方根ＳＱＲＴ、除算ＤＩＶが代表例であるが、これに限定されるものではない。

並列演算処理器１３は、階層毎に並列化することにより高速化を実現できるように構成されている。つまり、演算命令群の並列化、演算命令の並列化、ＳＩＭＤによる並列化である。

演算命令群の並列化はメモリ１７が有する機能であり、各コア１２ａ～１２ｃから与えられた演算命令群を並列化して記憶する。
演算命令の並列化は制御回路１８が有する機能であり、メモリ１７において並列化された演算命令群を入力し、その演算命令群から演算命令を抽出して対応する複数の演算器１９に割振ることで並列化する。

ＳＩＭＤによる並列化はＳＩＭＤが有する機能であり、ＳＩＭＤにより一つの命令で複数のデータを並列化して演算処理する。つまり、ＳＩＭＤはデータを一括して演算処理するのに適した演算器であり、ＳＩＭＤを用いた場合に並列演算処理器１３の並列化による演算処理時間の短縮を期待することができる。

ここで、コア１２ａ～１２ｃの内、コア１２ａは、並列演算処理器１３の演算器１９が故障しているか否かを判断する故障診断処理の機能を有する。この故障診断処理は、同一種類の演算器１９に対して同一の演算命令を演算処理させ、同一種類の演算器１９の演算結果を一致確認することでいずれの種類の演算器１９が故障しているかを特定するものである。

以下、故障診断処理について説明する。図４に示すように並列演算処理器１３が有する演算器１９としてＳＩＭＤ、ＡＬＵ、ＳＰＭＴがそれぞれ２個ずつ設けられている例を説明するが、演算器１９の種類や数は限定されるものではない。

通常時においては、上述したようにメモリ１７においてコア１２ａ～１２ｃから与えられた演算命令群が並列化された状態で記憶される。制御回路１８は、所定タイミングとなるとメモリ１７から演算命令群を入力し、入力した演算命令群から演算命令を抽出して対応する演算器１９に割振る。

図４に示す例では、ＳＩＭＤ命令をＳＩＭＤに割振り、ＡＬＵ命令をＡＬＵに割振り、ＳＰＭＴ命令をＳＰＭＴに割振ることを示している。各演算器１９は、割振られた演算命令を順に実行し、その演算結果をメモリ１７に記憶する。
以上のようにして、コア１２ａ～１２ｃは、演算命令群の演算結果を取得することができる。

さて、コア１２ａは、所定タイミングで故障診断処理を実行する。即ち、図６に示すように故障診断タイミングとなると（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、並列演算処理器１３への処理要求を停止してから（Ｓ１０２）、一定時間経過するまで待機する（Ｓ１０３：ＮＯ）。この一定時間とは、全ての演算器１９が割振られた演算命令の全てを演算処理してアイドル状態に復帰するのに要する時間よりも十分に長い時間である。

コア１２ａは、一定時間が経過すると（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、コア１２ａ～１２ｃから指示がなく各演算器１９が動いていないアイドル状態となったと判断する。このアイドル状態は、演算器１９が割振られた演算命令を直ちに実行可能な状態である。

次にコア１２ａは、故障診断処理することを並列演算処理器１３に要求する（Ｓ１０４）。この故障診断処理の要求では、同一種類の演算器１９の数だけ同一の演算命令を処理することを要求する。これにより、同一種類の演算器１９の全ては同一の演算命令を同時に実行するようになるので、コア１２ａは、その演算結果を取得し、同一種類の演算器１９の演算結果が一致するかを確認する（Ｓ１０５）。

図５に示す例では、コア１２ａが２個の同一のＳＩＭＤ命令、２個の同一のＡＬＵ命令、２個の同一のＳＰＭＴからなる演算命令群を処理することを並列演算処理器１３に要求した状態を示している。この場合、制御回路１８は、同一のＳＩＭＤ命令を各ＳＩＭＤに割振り、同一のＡＬＵ命令を各ＡＬＵに割振り、同一のＳＰＭＴ命令を各ＳＰＭＴに割振る。

各演算器１９は、制御回路１８により割振られた演算命令を演算処理し、その演算結果をメモリ１７に記憶する。この場合、同一種類の演算器１９の全てが正常の場合は演算結果が一致し、同一種類の演算器１９のいずれかが故障した場合は演算結果が不一致となる。
そこで、コア１２ａは、演算結果が不一致の演算器１９がある場合は（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、故障した演算器１９を特定する（Ｓ１０７）。

このように故障した演算器１９を特定した場合に以後の処理を継続したときは、誤った演算結果に基づいて以後の処理を行うことになってしまうことから、コア１２ａは、次のように故障回避処理を実行する。

図７に示す故障回避処理において、コア１２ａは、演算器Ａが故障したと判断した場合は（Ｓ２０１：ＹＥＳ）、並列演算処理器１３への処理要求を演算器Ａを使用しない処理Ｙに切り替える。例えば配列演算を行うＳＩＭＤが故障したことを特定した場合は、ＳＩＭＤで並列ベクトル演算を行う処理を、ベクトル演算要素数を減らした処理に切り替えてＡＬＵにてシリアル演算させる。また、ＳＰＭＴが故障したことを特定した場合は、ＡＬＵのみで演算できる方式に切り替える。

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。
コア１２ａは、故障診断タイミングとなった場合は、並列演算処理器１３に対する処理要求を停止してから一定時間経過後に、同一種類の演算器１９の数だけ同一の演算命令からなる演算命令群を処理することを並列演算処理器１３に要求し、同一種類の演算器１９による演算結果が異なる場合は当該演算器１９のいずれかが故障していることを特定する故障診断処理を実行するので、並列演算処理器１３自体の処理を止めることなく演算器１９の種類単位での故障を検出できる。これにより、故障した種類の演算器１９を使わない処理に切り替えるなどの処置が可能となる。

コア１２ａは、故障診断する場合は、並列演算処理器１３に対する処理要求を停止してから一定時間経過後に故障診断処理を実行するので、同一種類の演算器１９の全てがアイドル状態であることを条件に故障診断処理を実行することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態について図８を参照して説明する。第１実施形態では、並列演算処理器１３がアイドル状態に戻る一定時間だけ待機する必要があり、その間は並列演算処理器１３に別処理を依頼できないことになることから、この第２実施形態は、故障診断処理の実行時間の短縮を図ることを特徴とする。

コア１２ａは、各演算器１９がアイドル状態になったかをモニタする機能を有している。このモニタ機能は、演算器１９に与えた全ての演算命令の演算結果が得られたかにより実現することができる。

コア１２ａは、図８に示すように故障診断タイミングとなった場合は（Ｓ３０１：ＹＥＳ）、並列演算処理器１３への処理要求を停止し（Ｓ３０２）、任意の種類の全ての演算器１９がアイドル状態となったかを判断する（Ｓ３０３）。任意の種類の全ての演算器１９がアイドル状態となった場合は（Ｓ３０３：ＹＥＳ）、故障診断処理することを並列演算処理器１３に要求する（Ｓ３０４）。以後の処理は第１実施形態と同様である。

このような実施形態によれば、コア１２ａは、故障診断タイミングとなった場合は、並列演算処理器１３の演算器１９がアイドル状態となったかをモニタし、アイドル状態となったと判断した場合は故障診断処理を直ちに実行するので、任意の種類の演算器１９の待機時間が無くなり並列演算処理器１３の稼働率を高めることができる。

（第３実施形態）
第３実施形態について図９を参照して説明する。この第３実施形態は、並列演算処理器１３の動作状態で故障診断処理を実行することを特徴とする。

コア１２ａは、任意の種類の全ての演算器１９がアイドル状態となったかを常にモニタしており（Ｓ４０１）、任意の種類の演算器１９の全てがアイドル状態となった場合は（Ｓ４０１：ＹＥＳ）、任意の種類の演算器１９に対して故障診断処理することを並列演算処理器１３に要求する（Ｓ４０２）。以後の処理は第１実施形態と同様である。

このような実施形態によれば、コア１２ａは、任意の種類の全ての演算器１９がアイドル状態となったかを常にモニタし、アイドル状態となった任意の種類の演算器１９に対して故障診断処理するので、並列演算処理器１３の動作状態で故障診断処理が可能となり、並列演算処理器１３の稼働率を一層高めることができる。

（その他の実施形態）
エンジンＥＣＵに限定されることなく、自動運転システムの画像処理装置や高速処理が要求される他の電子制御装置に適用するようにしても良い。
マルチコアマイコンに限定されることなく、並列演算処理器を備えたシングルコアマイコンを用い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はマイコン、１２ａ～１２ｃはコア（制御部）、１３は並列演算処理器（並列演算処理部）、１９は演算器である。

Claims

演算命令の集合体である演算命令群により所定の物理値を求める演算処理することを要求するコア（１２ａ～１２ｃ）と、前記コアと内部バスを介して接続され前記コアから要求された演算命令群から演算命令を抽出して対応する演算器（１９）に割振ることで複数の演算命令を並列処理可能な並列演算処理部（１３）と、を有し、前記コアにより所定の物理値を求める演算処理が必要となった場合に前記並列演算処理部により複数の演算処理を並列処理するように構成されたマイクロコンピュータを備え、
前記並列演算処理部は、メモリと、制御回路と、複数の前記演算器とから構成され、前記メモリには前記コアから与えられた演算命令群が順に記憶され、前記制御回路は、スケジューラ機能を有し、前記メモリに記憶された演算命令群から演算命令を抽出して対応する前記演算器に割振り、
前記コアは、任意の種類の前記演算器がアイドル状態となったか否かを監視し、前記アイドル状態である条件を満たす前記演算器に対し、同一種類の前記演算器の数だけ同一の演算命令からなる演算命令群を処理させることを前記並列演算処理部に要求し、同一種類の前記演算器による演算結果が異なる場合は当該演算器のいずれかが故障していることを特定する故障診断処理を実行する電子制御装置。
前記コアは、前記並列演算処理部に対する処理要求を停止してから一定時間経過後に前記故障診断処理を実行する請求項１に記載の電子制御装置。
前記コアは、前記並列演算処理部に対する処理要求を停止してから任意の種類の前記演算器がアイドル状態となったか否かを監視し、アイドル状態となった前記演算器に対して前記故障診断処理を実行する請求項１に記載の電子制御装置。