JP7411467B2 - 電子制御装置及びプログラム書き換え制御方法 - Google Patents

Description

開示の実施形態は、電子制御装置及びプログラム書き換え制御方法に関する。

従来、マイコンなどの演算処理装置を複数備えた電子制御装置において、演算処理装置に記録されたプログラムの書き換え（更新）を行う技術が提案されている。

特開２０１６－１２２２０号公報

上述の電子制御装置では、主たる演算処理装置と従たる演算処理装置との間で、予め規定された手順に従って書き換え処理を行うものが存在するが、例えば、装置構成等の製品の仕様上、予め規定された手順に従っても、プログラムの書き換えを実行できない事態が発生し得る。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、予め規定された手順に従ってプログラムの書き換えを正常に完了できる電子制御装置及びプログラム書き換え制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決し、目的を達成するために、実施形態の一態様に係る電子制御装置は、第１の演算処理装置と、第１の演算処理装置と通信可能に接続される第２の演算処理装置とを備える。第２の演算処理装置は、プログラムの書き換えを要求する要求信号を第１の演算処理装置に出力後に書き換え待機状態に遷移し、要求信号を出力してから、第１の演算処理装置がプログラムの書き換え処理に移行することが可能な時間である所定の待機時間を経過することを条件として書き換え待機状態を解除し、プログラムの書き換え処理に移行する制御部を備える。

実施形態の一態様によれば、予め規定された手順に従ってプログラムの書き換えを正常に完了できる。

図１は、比較例に係るプログラム書き換え手順（その１）の一例を示す図である。 図２は、比較例に係るプログラム書き換え手順（その２）の一例を示す図である。 図３は、電子制御装置の構成例を示すブロック図である。 図４は、電子制御装置における処理手順の一例を示すシーケンス図である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示する電子制御装置およびプログラム書き換え制御方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

＜１．はじめに＞
従来、車両に搭載されるＥＣＵ（Electronic Control Unit）等の電子制御装置には、例えば、車両搭載機器を制御するメインマイコンと、メインマイコンの動作をサポートするサブマイコン等の複数の演算処理装置（マイコン）を備えるものが存在する。このような電子制御装置では、車両に搭載される各種機器を制御するための各種プログラムの書き換え処理（リプログラミング）が行われる。図１は、比較例に係るプログラム書き換え手順（その１）の一例を示す図である。

図１に示す例では、電子制御装置ＥＸ１に搭載されているサブマイコンＥＸ１－２は、制御用プログラムの書き換え処理を行うための移行スタンバイ状態となっている。移行スタンバイ状態にあるサブマイコンＥＸ１－２は、例えば、製品（サブマイコンＥＸ１－２）の起動に応じて、制御用プログラムの書き換え処理への移行を要求するＶＰＰ信号をメインマイコンＥＸ１－１に送信する（ステップＳ１）。

メインマイコンＥＸ１－１は、ＶＰＰ信号を受信後、所定の起動トリガーが発生すると、制御用プログラムを実行して製品を通常起動し（ステップＳ２）、初期通信データをサブマイコンＥＸ１－２に送信する（ステップＳ３）。

続いて、メインマイコンＥＸ１－１は、受信信号の解析においてＶＰＰ信号の存在を確認すると、制御用プログラムを終了し、リプログラミング用ファームウェアを実行して制御用プログラムの書き換え処理へ移行する（ステップＳ４）。書き換え処理へ移行後、メインマイコンＥＸ１－１は、ＶＰＰ信号をサブマイコンＥＸ１－２に送信する（ステップＳ５）。

サブマイコンＥＸ１－２は、メインマイコンＥＸ１－１からＶＰＰ信号を受信すると、制御用プログラムの書き換え処理へ移行する（ステップＳ６）。

制御用プログラムの書き換えを行う場合、通常動作中の制御用プログラムを終了してリプログラミング用ファームウェアを実行し、書き換え処理を実行可能な状態へ移行する必要がある。図１に例示するような冗長なマイコン構成を有する電子制御装置ＥＸ１において、メインマイコンＥＸ１－１及びサブマイコンＥＸ１－２の双方で制御用プログラムの書き換えを行う場合、メインマイコンＥＸ１－１及びサブマイコンＥＸ１－２の双方が書き換え処理を実行可能な状態に移行する必要がある。このとき、図１の書き換え手順（その１）に示すように、メインマイコンＥＸ１－１→サブマイコンＥＸ１－２という順序で書き換え処理へ移行する必要がある。

ところで、電子制御装置の中には、信号を出力したことを確認することなどを目的として、マイコンから出力された信号を、信号の出力元であるマイコンにフィードバックするハードウェア構成を備えるものがある。例えば、ＶＰＰ信号は、制御用プログラムによる制御対象機器の通常の動作を強制的に終了して、制御用プログラムの書き換え処理へ移行させる重要な信号である。自装置から出力された信号をフィードバックする仕様を取り入れる背景には、ＶＰＰ信号などの重要な信号が出力されたことを確認しながら処理を行うたいという意図がある。以下、このような仕様における制御用プログラムの書き換え手順について説明する。図２は、比較例に係るプログラム書き換え手順（その２）の一例を示す図である。

図２に示すように、電子制御装置ＥＸ２に搭載されているサブマイコンＥＸ２－２は、図１に示す例と同様に、制御用プログラムの書き換え処理を行うための移行スタンバイ状態にある。

移行スタンバイ状態にあるサブマイコンＥＸ２－２は、例えば、製品（サブマイコンＥＸ２－２）の起動に応じて、制御用プログラムの書き換え処理への移行を要求するＶＰＰ信号をメインマイコンＥＸ２－１に送信する（ステップＳ１１）。

メインマイコンＥＸ２－１は、ＶＰＰ信号を受信後、所定の起動トリガーが発生すると、制御用プログラムを実行して製品を通常起動し（ステップＳ１２）、初期通信データをサブマイコンＥＸ２－２に送信する（ステップＳ１３）。

続いて、メインマイコンＥＸ２－１は、受信信号の解析においてＶＰＰ信号の存在を確認すると、制御用プログラムを終了し、リプログラミング用ファームウェアを実行して制御用プログラムの書き換え処理へ移行する（ステップＳ１４）。書き換え処理へ移行後、メインマイコンＥＸ２－１は、ＶＰＰ信号をサブマイコンＥＸ２－２に送信する（ステップＳ１５）。

一方、サブマイコンＥＸ２－２では、ステップＳ１１においてメインマイコンＥＸ２－１に送信したＶＰＰ信号がフィードバックされて自らに入力されるため、メインマイコンＥＸ２－１から送信されたＶＰＰ信号を受信する前に、リプログラミング用ファームウェアを実行して制御用プログラムの書き換え処理へ移行済みの状態となっている（ステップＳ１６）。

このため、サブマイコンＥＸ２－２は、通常であれば、書き換え処理へ移行する前に受信するはずの初期通信データを、書き換え処理の移行後に受信するため、通信エラーとなってしまう（ステップＳ１７）。サブマイコンＥＸ２－２は、書き換え処理に移行した後、メインマイコンＥＸ２－１から受信するデータの中に、プログラム書き換え用のデータではない初期通信データが含まれる結果、正常に制御用プログラムの書き換えを実行できない。

このように、メインマイコンＥＸ２－１→サブマイコンＥＸ２－２という順序で書き換え処理へ移行しても、図２に示す電子制御装置ＥＸ２のように、製品の仕様上、制御用プログラムを書き換えることができない事態が発生してしまう。

そこで、本願では、予め規定された手順に従って各種プログラムの書き換えを正常に完了できる電子制御装置およびプログラム書き換え制御方法を提供する。

＜２．電子制御装置の構成＞
実施形態に係る電子制御装置１の構成について、図３を用いて説明する。図３は、電子制御装置１の構成例を示すブロック図である。なお、図３に示すブロック図では、本願が開示する実施形態の特徴を説明するために必要な構成要素のみを機能ブロックで表しており、一般的な構成要素についての記載を省略している。

換言すれば、図３に示される各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。例えば、各構成要素の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することが可能である。

図３に示す電子制御装置１は、ハイブリッドカーや電気自動車等の車両に搭載され、プログラム書き換え制御方法を実行する電子制御装置として機能する。電子制御装置１は、例えば、ＥＦＩ（Electrical Fuel Injection）－ＥＣＵやＥＶ（Electric Vehicle）－ＥＣＵ、ＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）－ＥＣＵなどに該当する。

電子制御装置１は、車載ネットワーク３を介して、制御対象機器１００に接続する。例えば、車載ネットワーク３として、例えば、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）やＣＡＮ（Controller Area Network）などの通信規格に準拠して構築されたネットワークを用いることができる。なお、車載ネットワーク３は、ＬＩＮやＣＡＮ以外の次世代通信規格や、じか線により構築されてもよい。制御対象機器１００は、車両に搭載されるエンジンや自動変速機などの車両に搭載される機器である。

図３に示すように、電子制御装置１は、メインマイコン１０と、サブマイコン２０と、通信線３０とを備える。

メインマイコン１０は、主に制御対象機器１００を制御するマイクロコンピュータである。メインマイコン１０は、第１の演算処理装置として機能する。サブマイコン２０は、主にメインマイコン１０の動作をサポートするマイクロコンピュータである。サブマイコン２０は、第２の演算処理装置として機能する。

メインマイコン１０は、車載ネットワーク３に接続される制御対象機器１００や他の電子制御装置、車載ツールなどとの間で各種情報をやり取りするためのデータ通信が可能である。サブマイコン２０は、メインマイコン１０を介して、車載ネットワーク３に接続される制御対象機器１００や他の電子制御装置、車載ツールなどから送信された情報を取得する。

図３に示すように、メインマイコン１０は、通信部１１と、記憶部１２と、制御部１３とを備える。

通信部１１は、通信線３０を介して、サブマイコン２０との間でシリアル通信を行う。通信部１１は、ＵＡＲＴ（Universal Asynchronous Receiver Transmitter）などの調歩同期式シリアル通信の通信方式を用いて、サブマイコン２０と通信できる。

通信線３０は、例えば、ＯＲ回路を含んで構成される。通信部１１は、送信した信号をフィードバックして受信し、自装置（メインマイコン１０）に入力する。

記憶部１２は、制御部１３が実行する各機能を実現するための各種プログラム等を記憶する。記憶部１２は、例えば、不揮発性メモリやデータフラッシュ、ハードディスクドライブといった記憶デバイスにより実現される。

記憶部１２は、所定の格納領域に、制御用プログラム１２ａと、リプログラミング用ファームウェア１２ｂとを記憶する。

制御用プログラム１２ａは、制御対象機器１００を制御するための機能を提供する。制御用プログラム１２ａは、製品（電子制御装置１）の出荷時に書き込まれたり、出荷後に書き換えられたりする製品ソフトウェアに該当する。

リプログラミング用ファームウェア１２ｂは、制御用プログラム１２ａを書き換えるための機能を提供する。

制御部１３は、メインマイコン１０を制御するコントローラである。制御部１３は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のプロセッサにより実現される。制御部１３は、メインマイコン１０の内部に記憶された各種プログラムを、プロセッサがＲＡＭ（Random Access Memory）等を作業領域として実行することにより、メインマイコン１０の各種処理を実現する。なお、制御部１３は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の集積回路により実現されてもよい。ＣＰＵ、ＭＰＵ、ＡＳＩＣ、及びＦＰＧＡは何れもコントローラとみなすことができる。

制御部１３は、制御用プログラム１２ａを実行することにより、制御対象機器１００の制御を実現する。

制御部１３は、リプログラミング用ファームウェア１２ｂを実行することにより、制御用プログラム１２ａを書き換える書き換え処理を実行する。

具体的には、制御部１３は、例えば、サブマイコン２０からＶＰＰ信号（要求信号の一例）を受信すると、制御用プログラム１２ａを実行して製品（メインマイコン１０）を起動し、初期通信データをサブマイコン２０に送信する。初期通信データを送信後、制御部１３は、制御用プログラム１２ａを終了して、リプログラミング用ファームウェア１２ｂを実行し、制御用プログラム１２ａを書き換えるための書き換え処理に移行し、ＶＰＰ信号をサブマイコン２０に送信する。このＶＰＰ信号により、サブマイコン２０は、メインマイコン１０が制御用プログラム１２ａの書き換え処理に移行したことを認識する。

なお、制御部１３は、例えば、車載ネットワーク３に接続されるプログラム書き換えツール（図示せず）などから、書き換え用のプログラムを取得できる。そして、制御部１３は、取得した書き換え用のプログラムをサブマイコン２０に提供できる。

サブマイコン２０は、図３に示すように、通信部２１と、記憶部２２と、制御部２３とを備える。

通信部２１は、通信線３０を介して、サブマイコン２０との間でシリアル通信を行う。通信部２１は、ＵＡＲＴ（Universal Asynchronous Receiver Transmitter）などの調歩同期式シリアル通信の通信方式を用いて、メインマイコン１０と通信できる。

通信部２１からメインマイコン１０に送信されるＶＰＰ信号は、通信線３０のＯＲ回路でフィードバックされる。このため、通信部２１は、メインマイコン１０に送信されるＶＰＰ信号を受信し、自装置（サブマイコン２０）に入力する。

記憶部２２は、制御部２３が実行する各機能を実現するための各種プログラム等を記憶する。記憶部２２は、例えば、不揮発性メモリやデータフラッシュ、ハードディスクドライブといった記憶デバイスにより実現される。

記憶部２２は、所定の格納領域に、制御用プログラム２２ａと、リプログラミング用ファームウェア２２ｂとを記憶する。

制御用プログラム２２ａは、制御対象機器１００の制御に関連して、メインマイコン１０の動作をサポートするための機能を提供する。制御用プログラム２２ａは、製品（電子制御装置１）の出荷時に書き込まれたり、出荷後に書き換えられたりする製品ソフトウェアに該当する。

リプログラミング用ファームウェア２２ｂは、制御用プログラム２２ａを書き換えるための機能を提供する。

制御部２３は、サブマイコン２０を制御するコントローラである。制御部２３は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のプロセッサにより実現される。制御部２３は、サブマイコン２０の内部に記憶された各種プログラムを、プロセッサがＲＡＭ（Random Access Memory）等を作業領域として実行することにより、サブマイコン２０の各種処理を実現する。なお、制御部１３は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の集積回路により実現されてもよい。ＣＰＵ、ＭＰＵ、ＡＳＩＣ、及びＦＰＧＡは何れもコントローラとみなすことができる。

制御部２３は、制御用プログラム２２ａを実行することにより、制御対象機器１００の制御に関連して、メインマイコン１０の動作のサポートを実現する。

制御部２３は、リプログラミング用ファームウェア２２ｂを実行することにより、制御用プログラム２２ａを書き換える書き換え処理を実行する。

具体的には、制御部２３は、例えば、書き換え処理へ移行するスタンバイ状態にあるとき、製品の起動に応じて、メインマイコン１０に対し、ＶＰＰ信号（要求信号の一例）を送信する。ＶＰＰ信号の送信後、制御部２３は、直ちに、制御用プログラム１２ａの書き換え処理への移行を待機する書き換え待機状態（待ち状態）に遷移する。メインマイコン１０に送信されるＶＰＰ信号は、通信線３０（のＯＲ回路）でフィードバックされ、自装置（サブマイコン２０）に入力されるが、制御部２３は、ＶＰＰ信号の送信後、直ちに、書き換え処理の待機状態に遷移することにより、通信線３０でフィードバックされたＶＰＰ信号の入力により、制御用プログラム１２ａの書き換え処理に移行することがない。また、制御部２３は、待機状態にあるときに、メインマイコン１０から受信されたデータを破棄する。

そして、制御部２３は、ＶＰＰ信号を出力してから所定の待機時間を経過することを条件として、書き換え待機状態を解除し、制御用プログラム２２ａの書き換え処理に移行する。所定の待機時間は、メインマイコン１０が書き換え処理に移行することが可能な時間であればよく、例えば、メインマイコン１０の最長起動時間に基づいて決定できる。これにより、サブマイコン２０は、メインマイコン１０が確実に書き換え処理へ移行完了した後に、待機状態を解除し、書き込み処理へ移行できる。最長起動時間は、例えば、メインマイコン１０が受信信号を解析するポーリング周期や、制御用プログラム１２ａを終了してリプログラミング用ファームウェア１２ｂを立ち上げるまでのリセット時間などに基づいて設定すること可能な最長の時間である。例えば、待機時間として、メインマイコン１０の最長起動時間を１．５倍した時間を採用できる。メインマイコン１０の最長起動時間が２００ｍｓ（ミリ秒）である場合、待機時間は３００ｍｓ（ミリ秒）となる。

このように、電子制御装置１において、予め規定された手順に従った制御用プログラムの書き換え処理を正常に完了できる。すなわち、電子制御装置１によれば、サブマイコン２０がＶＰＰ信号を出力してから、メインマイコン１０が書き換え処理に移行することが可能な時間である待機時間を経過することを条件として、サブマイコン２０が書き換え処理へ移行することにより、制御用プログラムの書き換え処理への移行順序（メインマイコン１０→サブマイコン２０）が保証される。このため、サブマイコン２０は、メインマイコン１０から送信されるプログラムの書き換え用のデータを正常に処理でき、制御用プログラム２２ａの書き換え処理を正常に完了できる。

＜３．電子制御装置による処理＞
図４は、電子制御装置１における処理手順の一例を示すシーケンス図である。図４に示す処理手順は、メインマイコン１０の制御部１３、並びにサブマイコン２０の制御部２３により実行される。なお、図４では、サブマイコン２０は、制御用プログラム２２ａの書き換え処理を行うための移行スタンバイ状態にあるときの処理手順の一例を説明する。

図４に示すように、移行スタンバイ状態にあるサブマイコン２０は、例えば、製品の起動に応じて、制御用プログラム２２ａの書き換え処理への移行を要求するＶＰＰ信号をメインマイコン１０に送信する（ステップＳ１０１）。

メインマイコン１０は、ＶＰＰ信号を受信後、所定の起動トリガーが発生すると、制御用プログラム１２ａを実行して製品を起動し（ステップＳ１０２）、初期通信データをサブマイコン２０に送信する（ステップＳ１０３）。

続いて、メインマイコン１０は、ＶＰＰ信号の受信を確認すると、制御用プログラム１２ａを終了し、リプログラミング用ファームウェア１２ｂを実行して制御用プログラム１２ａの書き換え処理へ移行する（ステップＳ１０４）。

書き換え処理へ移行後、メインマイコン１０は、ＶＰＰ信号をサブマイコン２０に送信する（ステップＳ１０５）。

一方、サブマイコン２０では、ステップ１０１においてメインマイコン１０にＶＰＰ信号を送信した後、直ちに、制御用プログラム２２ａの書き換え待機状態に遷移する（ステップＳ１０６）。

そして、サブマイコン２０は、ＶＰＰ信号を出力してから、予め規定される待機時間Ｔを経過することを条件として、書き換え待機状態を解除し、制御用プログラム２２ａの書き換え処理へ移行する（ステップＳ１０７）。待機時間Ｔは、メインマイコン１０が書き換え処理に移行することが可能な時間であり、例えば、メインマイコン１０の最長起動時間に基づいて決定される。

上述してきたように、電子制御装置１によれば、サブマイコン２０がＶＰＰ信号を出力してからの経過時間が、メインマイコン１０が書き換え処理に移行することが可能な時間として予め設定される所定の待機時間（例えば、待機時間Ｔ）を超えることを条件として、サブマイコン２０が書き換え処理へ移行することにより、制御用プログラムの書き換え処理への移行順序（メインマイコン１０→サブマイコン２０）が保証される。このため、サブマイコン２０は、メインマイコン１０から送信されるプログラムの書き換え用のデータを正常に処理でき、制御用プログラム２２ａの書き換え処理を正常に完了できる。

また、電子制御装置１によれば、メインマイコン１０の最長起動時間に基づいて、サブマイコン２０が書き込み処理待機状態を解除し、書き込み処理へ移行するまでの所定の待機時間を決定する。このため、サブマイコン２０は、メインマイコン１０が確実に書き換え処理へ移行完了した後に、待機状態を解除し、書き込み処理へ移行できる。

＜４．その他＞
上記実施形態では、車両に搭載される電子制御装置１について説明したが、マイコンが冗長構成され、一方のマイコンが他方のマイコンのゲートウェイとしての役割を果たし、プログラムの書き換え処理への移行順序を保証する必要がある各種製品について同様に適用できる。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ 電子制御装置
３ 車載ネットワーク
１０ メインマイコン
１１ 通信部
１２ 記憶部
１２ａ 制御用プログラム
１２ｂ リプログラミング用ファームウェア
１３ 制御部
２０ サブマイコン
２１ 通信部
２２ 記憶部
２２ａ 制御用プログラム
２２ｂ リプログラミング用ファームウェア
２３ 制御部
１００ 制御対象機器

Claims (3)

1. 第１の演算処理装置と、
   前記第１の演算処理装置と通信可能に接続される第２の演算処理装置と
   を備え、
   前記第２の演算処理装置は、
   プログラムの書き換えを要求する要求信号を前記第１の演算処理装置に出力後に書き換え待機状態に遷移し、前記要求信号を出力してから、前記第１の演算処理装置がプログラムの書き換え処理に移行することが可能な時間である所定の待機時間を経過することを条件として前記書き換え待機状態を解除し、プログラムの書き換え処理に移行する制御部
   を備えることを特徴とする電子制御装置。
2. 前記制御部は、
   前記第１の演算処理装置の最長起動時間に基づいて、前記所定の待機時間を決定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電子制御装置。
3. 第１の演算処理装置と、前記第１の演算処理装置と通信可能に接続される第２の演算処理装置とを備える電子制御装置において実行されるプログラム書き換え制御方法であって、
   前記第２の演算処理装置がプログラムの書き換えを要求する要求信号を前記第１の演算処理装置に出力する工程と、
   前記第２の演算処理装置が前記要求信号を前記第１の演算処理装置に出力した後に書き換え待機状態に遷移し、前記要求信号を出力してから、前記第１の演算処理装置がプログラムの書き換え処理に移行することが可能な時間である所定の待機時間を経過することを条件として前記書き換え待機状態を解除し、プログラムの書き換え処理に移行する工程と
   を含むことを特徴とするプログラム書き換え制御方法。

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