WO2005013130A1

WO2005013130A1 - リアルタイム制御システム

Info

Publication number: WO2005013130A1
Application number: PCT/JP2003/009877
Authority: WO
Inventors: Kunihiko Tunedomi; Shinya Imura; Takanori Yokoyama
Original assignee: Hitachi, Ltd.
Priority date: 2003-08-04
Filing date: 2003-08-04
Publication date: 2005-02-10
Also published as: US20060242650A1; US7484214B2; EP1653354A4; JPWO2005013130A1; CN1802634A; EP1653354A1

Abstract

周期タスクを的確に実施し、複数のオーバヘッド時間の累積による処理開始時間の遅れを防止することで、より細かな応答が可能な制御及び複数の指令に対して迅速かつ確実に応答可能な制御を行うリアルタイム制御システムを提供する。　入力信号を受信し各種タスク処理に対応した割込み信号を出力するドライバ部と、該割込み信号に基づいてポーリングするポーリング部と、前記割込み信号に基づきタスク処理をするタスク処理部と、を備えたリアルタイム制御システムであって、前記ポーリング部は、前記タスク終了時に前記ポーリングに基づきタスク処理信号を出力し、前記タスク処理部は、タスク処理信号に基づいて前記タスク処理をしてなる。

Description

明細書リアルタイム制御システム技術分野

本発明はリアルタイム制御システムに係り、特に、周期的なイベントを検出-し、又は複数の信号のイベントを検出してタスク処理を行うリアルタイム制御システムに関する。背景技術

自動車の制御コントローラ及びその他の産業機器の制御コントローラにおいて、制御対象からの信号を受信してから処理を開始するまでの応答性能を向上させ、かつ制約時間内に必要な処理を確実に実行し終了させるような、リアルタイム性が求められている。特に、自動車の制御応答性及び安全性の確保などを課題として所定の処理をリアルタイムに実行する必要性があるオペレーティングシステム（以下 OSと云う）においては、周期的にタスクを起動する周期タスクと、ィベント発生時にタスクを起動するイベントタスクと、をサポートする必要がある例えば、非特許文献である OS EK/VDX Op e r a t i n g S y s t em S p e c i f i c a t i o n 2. 2. 1に示される如きような自動車に搭載された標準的な OSは、タイムテーブルサービスという、周期的に複数のタスクを起動する機能を提供している。このタイムテーブルサービスを開始するシステムコールを実行すると、登録されたタスク群が、指定された周期毎に起動され、この起動により、周期タスク力実現される。

このような、 OSを有したリアルタイム制御システムは、自動車のエンジン制御用のコントローラで用いられており、このコントローラは、周期タスクを用いて、時間駆動で動作するようにシステムが構築されることが多い。なぜなら、この方式では、タスクの実行間隔を調整することにより、演算負荷を調節しやすいことと、タスクの記述が簡素になることと、からである。この方式では、周期タスクは、最初に、ィベントが発生しているかどうかを、入力モジュールのポーリングで判定し、発生時に、イベント処理を続けて行う。

ただし、特殊なエンジン制御では、〇Sの定義する周期以下で、タスクを起動したいことがある。この場合は、周期タスク機能を用いることはできない。かわりに、タイマポーリング関数をタスク内にもち、次の周期時間になるまで、ポーリングを行うことになる。

また、非特許文献である O p e r a t i n g S y s t em C omc e p t s — F o u r t h E d i t i o n-p p. 30- 32 (Ab r a h am S i l b e r s c h a t z著： Ad d i s o n— We s l e y P u b 1 i s h i n g c ommp a n y出版）には、以下のようなリアルタイム制御システムが開示されている。このリアルタイム制御システムは、制御の応答性を高めるために、制御対象物からの入力を、割込み信号として、演算機に通知し、割込みを発生させ、実行中に処理を中断させ、割込みハンドラから、制御対象物の処理を行うタスクを起動し、実行する。また、割込み処理実行中のタスクのリアルタイム性を保証するため、そのタスクの割込み中は、割込み禁止にしている。

さらに、特開 2002- 1 89606号公報の明細書には、周期的プログラムを一次停止し、再開するように構成することにより、再開時のオーバへッド時間をなくすような周期タスク制御方法が開示されている。この他にも、特開 200 0 - 250764号公報の明細書には、複数あるタクスを機能毎に細分化して、独立タスクとすることにより、アプリケーションの切り替えオーバへッド時間を少なくする処理実行装置が開示されている。

このように、同一タスクを繰り返し周期的に実行するエンジン制御などの場合は、周期タクスの起動周期が、最低でも 1ms e c程度であり、又はタイマを使用して複数のタスクを実行する場合は、入力間隔が、 1 m s e c程度であった。そして、これらの時間は、 CPU (50〜60MH z動作）の処理速度に対して、比較的長い時間であるために、演算負荷はそれほど大きくなかった。しかし、最近では、環境対応の要求などにより、より細かい制御が必要となってきている。例えば、電駆弁などを用いた自動車用エンジンでは、従来の周期よりも一桁以上短い周期で制御することが求められている。又は、複数のタスクを実行する場合でも、より木目細かいタイミング（数 l O u s e c ) で制御することが求められている。

これらの条件を満たすためには、周期的にタスクを実行するような処理の場合は、その処理周期を短くする必要がある。従来の方法では、周期始めにあたる割込み処理に要するオーバへッド時間は変えられないので、イベント処理の時間を短くなるような処理を行っている。しかし、これは、タイマ割込みの回数が多発するため、演算負荷が増大する。また、オーバヘッド時間よりも短い周期でタスクを実行することはできない。さらに、このような周期タスク方式では、各周期に発生するオーバへッド時間が累積されることにより、イベントの検出が最大で 1周期遅れる可能性もある。また、従来のタイマポーリング方式では、起動中のタスク以外のタスクを動作させることができないため、キヤリブレーションなどの制御以外の処理を行えない。

さらに、複数の割込み処理を行う場合は、各々の処理が重複するような割込みを禁止しているので、それぞれ独立して、上記の処理が発生すため、各々の割込みには、オーバへッド時間が数 1 0〜数 1 0 0 u s e c必要となる。このオーバヘッド時間は、非常に大きいため、上述した、要求は満たせない。また、複数の割込みを順に処理するので、個々の割込みのオーバへッド時間が累積されて全体として処理の時間がかかり、後に実行されるタスクほど、その開始が遅れ、さらに、割込みが多い時は、すべての割込みに対してその要求を満たせなことも考えられる。

このように、複数の割込みが連続的、又は同時に発生した時に、個々の割込み時に発生するオーバへッド時間を軽減するような構成に関わる技術は、これまでに開示されていない。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、周期性のあるイベントが発生した場合又は複数のイベントが同時に発生した場合において、周期タスクを的確に実施し、複数のオーバヘッド時間の累積による処理開始時間の遅れを防止することで、より細かな応答が可能な制御及び複数の指令に対して迅速かつ確実に応答可能な制御を行うリアルタイム制御システムを提供することにある。発明の開示

前記目的を達成すべく、本発明に係るリアルタイム制御システムは、入力信号を受信し各種タスク処理に対応した割込み信号を出力するドライバ部と、該割込み信号に基づいてポーリングするポーリング部と、前記割込み信号に基づきタスク処理をするタスク処理部と、を備えたリアルタイム制御システムであって、前記ポーリング部は、前記タスク終了時に前記ポーリングに基づきタスク処理信号を出力し、前記タスク処理部は、前記タスク処理信号に基づいてタスク処理をする。

前記のごとく構成された本発明のリアルタイム制御システムは、ドライバ部で、割込み処理をし、割込み信号に基づいてタスク処理を行ない、それ以降の割込み信号は、ドライバ部で割込み処理を行なわず、ポーリング部からのタスク処理信号に基づいてタスク処理される。すなわち、イベント処理をする際には、ドラィパ部から、繰り返して割込み信号を受信して、タスクを起動しなくてもよく、タスク処理が連続時には、オーバヘッド時間は、初回の一回となる。

本発明に係るリアルタイム制御システムは、前記タスク処理部が、イベント処理を実行するイベント処理手段、及び該イベント処理の継続性を判定処理するタスク判定手段からなり、前記イベント処理手段は、前記判定結果が継続時に、前記イベント処理を継続実行する。

前記のごとく構成された本発明のリアルタイム制御システムは、入力信号に合わせたイベント処理手段を備えたとしても、タスク処理中に連続的又は同時に入力された複数の入力信号は、タスク判定処理を行なうので、一連の処理であるとみなすためオーバヘッド時間は、タスク処理始めの一回のみとなる。また、間隔が開いた入力の場合は、オーバへッド時間とポーリング部の処理時間が発生するが、ポーリング部の処理時間は、それほどの時間は要しないので、全体としての時間に影響はない。

本発明に係るリアルタイム制御システムは、前記イベント処理手段が、周期起動するイベント処理をし、タスク判定手段で判定されたィベント処理の継続又は終了の判定に従って、処理の実行を決定する。

前記のごとく構成された本発明のリアルタイム制御システムは、周期起動を行う際には、タスク内でイベント処理の継続又は終了の判定を行い、イベント処理手段のイベント処理の動作を決定するので、周期毎に、発生していたオーバへッド時間は、周期起動時に一回発生するのみである。

本発明に係るリアルタイム制御システムは、前記ポーリング部が、現時点の時刻をタイマからポーリングし、このポーリング結果を基づいて、前記イベント処理手段の開始時刻となるタスク処理信号を出力する。

前記のごとく構成された本発明のリアルタイム制御システムは、周期起動をするようなタスク処理の場合には、タスク処理信号が、タスク処理の開始時刻となる信号であってもよく、この開始時刻を決める信号は、本発明のシステムの外部のタイマをコールし、ドライパ部を経由して開始時刻決定をするすることがないので、開始時刻をより早くタスク内の処理手段に送信することができる。

本発明に係るリアルタイム制御システムは、前記タスク判定手段が、前記タスク処理の継続回数、又は前記タスク処理中の割込み信号の有無に基づき、前記タスク処理の継続性を判定する。

前記のごとく構成された本発明のリアルタイム制御システムは、イベント処理の継続性を、その信号の割込み、イベント処理の内容、などのに合わせて決定できる。

本発明に係るリアルタイム制御システムは、'前記ドライバ部、前記タスク処理部、及び前記ポーリング部と通信し、前記割込み信号の受信に伴い起動し、前記判定結果を格納するスケジューラを備える。

前記のごとく構成された本発明のリアルタイム制御システムは、ドライバ部、タスク、及びポーリング部が相互通信を行う時にスケジューラにデータを一時格納することが可能となり、効率のよいタイミングにスケジューラからデータを伝達することができる。

本発明に係るリアルタイム制御システムは、前記スケジューラが、前記ィベント処理手段に対応した周期を記録する周期テーブルを有し、前記イベント処理の完了時に、前記タスク判定手段は、前記周期テーブルから前記イベント処理の継続性を判定する。

前記のごとく構成された本発明のリアルタイム制御システムは、スケジューラに処理に対応した周期テーブルを設けているので、先に示したタイマからポーリングした時刻と、周期テーブルの周期から、ポーリング部で、対応したタスク処理の開始時刻を算出し、それらのデータをタスク処理部に送信することができる。また、周期テーブルから、イベント処理手段に周期性があるかの判定をすることが可能となり、この判定結果からも、イベント処理を継続するか決定できる。さらに、周期テーブルをスケジューラ内に設けているが、周期テーブルはスケジユーラ外に設け、スケジューラが周期テーブルの周期を受信してもよい。

本発明に係るリアルタイム制御システムは、前記スケジューラが、前記タスク判定手段が起動中に、終了となる前記判定結果を格納するまでは、前記割込み信号が前記タスクに割込むことを禁止する。

前記のごとく構成された本発明のリアルタイム制御システムは、イベント処理途中に割込み信号の割込みを禁止しているので、タクス処理中に、割込みの影響を受けることが無く、確実に処理を実行できる。

本発明に係るリアルタイム制御システムは、前記ポーリング部が、前記ィベント処理中に発生した前記割込み信号をポーリングし、該割込み信号に対応した前記イベント処理を実行するタスク処理信号を出力する。

前記のごとく構成された本発明のリアルタイム制御システムは、イベント処理中に、次のイベント処理の要求が発生したとしても、ポーリングしているので、このような割込みを禁止し再度ドライバ部に入力信号を送信する必要がない。よつて、個々の割込み時に、オーバヘッド時間は発生しない。

本発明に係るリアルタイム制御システムは、前記タスク判定手段が、前記タスク処理信号の有無に基づいて、前記イベント処理の継続性を判定する。

前記のごとく構成された本発明のリアルタイム制御システムは、割込み信号がタスク処理信号であり、割込みが無い時は、イベント処理は終了することができる。

また、本発明に係るリアルタイム制御システムは、複数の前記タスク処理信号が、同時に検出された時に、前記タスク判定手段が、前記タスク処理信号の各々に優先順位を付けて、リードする。また、本発明に係るリアルタイム制御システムは、複数の前記タスク処理信号が、同時に検出された時は、前記タスク判定手段が、前記検出時に、前記イベント処理手段がイベント処理をしている処理に対応した前記タスク処理信号とは異なる信号を優先的にリードする。

前記のごとく構成された本発明のリアルタイム制御システムは、それぞれの入力信号に対応したィベント処理手段を実行し、複数の入力信号が入力されたときは、その処置順序に優先順位を付けたり、連続して同じ信号を処理しないような条件を設定してもよく、このように設定することで、割込みの要求に対応したィベント処理を的確に満すことができる。

図面の簡単な説明

図 1は、本発明の実施形態に係るコントローラのハードウェアの構成を示すブ口ック図である。

図 2は、本発明に係るリアルタイム制御システムの第一の実施形態を示すブロック図である。

図 3は、タスク I Dと、割込み因子に基づくイベントと、の対応を示すイベントテーブルである。

図 4は、イベント毎の周期時間を示したテーブルである。

図 5は、第一の実施形態に係るスケジューラの処理内容を示す制御フロー図である。

図 6は、タスクのタスク処理内容を示す制御フロー図である。

図 7は、タイマポーリング部の処理の詳細を示す制御フロー図である。

図 8は、従来のィベント周期型タスクの処理を示すタイミングチヤ一トである。図 9は、本実施形態に係るィベント周期型タスクの処理を示すタイミングチヤ一トである。

図 1◦は、本発明に係るリアルタイム制御システムの第二の実施形態を示すプロック図である。

図 1 1は、第二の実施形態に係るタスクのタスク処理内容を示す制御フロー図である。

図 1 2は、図 1 1のポーリング処理内容を示す制御フロー図である。

図 1 3は、入力 Aの処理中に入力 Bが入力された時の従来のタイミングチヤ一トである。

図 1 4は、入力 Aの処理中に入力 Bが入力された時の第二の実施形態に係るタイミングチャートである。

図 1 5は、入力 A処理後に入力 Bが入力された時の第二の実施形態に係るタイミングチヤ一トである。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明に係るリアルタイム制御システムの実施形態を図面に基づき詳細に説明する。

図 1は、本発明の一実施形態に係るリアルタイム制御システム（コントローラ） 1 0のハードウェアの構成を示す制御ブロック図である。図 1に示すように、コントローラ 1 0は、 C P U 1 1 (演算装置）、メモリ 1 2出力モジュール 1 3、及び入力モジュール 1 4、からなり、これらのハードウェアは、パスにより結合されている。

入力モジュール 1 4は、入力信号である入力 A及び入力 Bを処理するハードウエアである。入力信号をレジスタに反映し、必要ならば、 C P U 1 1に割込みを入れる。そして、この入力モジュール 1 4は、 1つ以上の入力信号を受けることが可能であり、信号が入力される毎に、 C P U 1 1に割込みを入れることができる。具体的には、入力モジュール 1 4は、入力信号を受けたポートを識別するためのフラグを持ち、フラグを C P U 1 1に割込み要因として与えることができるまた、 CPU1 1は、演算機をもち、入力モジュール 14からの信号を割込み要因として受取り、この割込み要因を受けて、メモリ 12から命令となる信号をリ一ドし、実行する。この他にも、 CPU 1 1は、タイマ 15、及び内蔵メモリを有している。タイマ 1 5を内蔵しない CPUを用いる場合は、外付けのタイマを用いてもよい。このタイマ 15は、経過時刻を CPU 1 1に示すカウンタである。本実施形態では、タイマ 15はアップカウンタとするが、タイマ 15がダウンカウンタの場合でも、実施可能である。

また、メモリ 12は、不揮発性メモリ、及び Z又は、揮発性メモリを有し、 C PU1 1からの入力信号を受けて、 CPU1 1が行う演算の命令となる信号を C PU1 1に送る。不揮発性メモリとしては、 EE PROM又はフラッシュメモリなどがあり、不揮発性メモリは、プログラムや、データの初期値が記録される。一方、揮発性メモリとしては、 S RAMS又は SDRAMなどがあり、揮発性メモリは、データ、及び Z又は、スタックが記録される。実施形態のリアルタイム制御装置を実施するオペレーティングシステム (以下 O Sと云う）も、メモリ 1 2に記録される。

さらに、出力モジュール 13は、 CPU 1 1からの演算結果に基づいて、出力信号を処理するハードウェアである。出力モジュール 13は、 1つ以上の出力ポートを持つことができる。ちなみに、本実施形態では、出力モジュール 13は、なくてもよい。

図 2は、第一の実施形態のリアルタイム制御システムのソフトウエアを示すブ制御ロック図である。本実施形態のソフトウェアは、スケジューラ 1、タイマポ一リング部 2、周期テーブル 3、ドライバ部 4、タスク処理部（以下タスクと云う） 5及び CPU 1 1にあるタイマ 15により構成される。

スケジューラ 1、タイマポーリング部 2、ドライバ部 4、及びタスク 5は、 O Sに含まれるが、ミドルウェアとして OSの外に存在してもよい。また、タスク 5は、アプリケーションの要求にあわせて、 2つ以上存在してもよい。

まず、ドライバ部 4は、ドライバ部 4内にある割込みハンドラ、及び入力モジユール 1 4のレジスタを初期設定、及び Z又は、リード及びライトするデバイスドライバからなる。すなわち、ドライバ部 4は、リセット直後に、入力モジユール 1 4や出力モジュール 1 3のレジスタを初期化する。また、先に示した入力モジュール 1 4の割込み要因となる入力信号の受信割込みをする必要がある場合には、ドライバ部 4は、入力モジュール 1 4から入力 A又は入力 Bなどからなる入力信号の割込みを許可するように設定される。そして、ドライバ部 4の割込みハンドラは、割込みが発生した直後に、入力モジュール 1 4から入力信号をリードし、スケジューラ 1に、割込み信号を送信する。

また、スケジューラ 1は、ドライバ部 4の割込みハンドラが、入力モジュール 1 4からリードした入力 A又は入力 Bの割込み信号を受信することにより、起動する。

図 3は、後述するタスク 5内に存在する複数のイベント処理手段 5 1を識別するタスク I Dと、ドライバ部 4で入力された入力 A又は入力 Bの割込み要因に基づくイベント（事象）と、の対応関係を表したイベントテーブルであり、スケジユーラ 1は、このィベントテーブルを有している。そして、スケジューラ 1は、入力 A又は入力 Bのィベントに従って、イベントテーブルから、タスク I Dを検索し、検索したタスク I Dをタスク 5に送信する。ちなみに、スケジューラ 1は、入力 Aの割込みをタスク I D = 0、入力 Bの割込みをタスク I D = 1と識別し、タスク I Dをタスク 5に送信し、タスク 5を起動させる。また、スケジューラ 1は、 2タスク分のデータを保存しているが、 3以上のタスクでも可能である。さらに、スケジューラ 1は、タスク I D送信後に、タスク 5からの信号である後述する戻り値を受信し、周期テーブル 3からタスク周期時間を読み取り、そしてタイマポーリング部 2に引数を与え、その結果、タスク 5の次回のタスク処理開始時刻であるタスク処理信号をタスク 5に送る。

また、タスク 5は、アプリケーション処理を実行するプログラムであり、タスク I Dに対応した複数のイベント処理を行うイベント処理手段 5 1と、ィベント処理の継続又は終了を判定するタスク判定手段 5 2と、を有する。そして、タスク 5のイベント処理関数を有したィベント処理手段 5 1を実行するために、スケジユーラ 1のイベントテーブルから検索されたタスク I Dは、ェントリァドレスにジャンプすることで、タスク 5を起動し、先に示したタスク判定手段の判定結果を、スケジューラ 1にリターンする。

この他にも、実施形態に係るタスク 5のイベント処理手段 5 1は、イベントタスクと、イベント起動型周期タスクと、を有してもよく、スケジューラ 1は、この 2種類のイベント処理手段 5 1をサポートする。他の実施形態では、周期タスクをサポートしてもよい。周期タスクをサポートする場合は、周期タスクのタイマの割込みが発生する。これが、イベント起動型周期タスク実行中に発生すると、タスクに待ち時間が発生し、周期時間をオーバすることがある。これを回避するために、スケジューラ 1は、イベント起動型周期タスクを起動するときに、割込み禁止とし、このイベント起動型周期タスクを終了するときに、割込みを許可とするようになっている。

また、周期テーブル 3は、図 4に示す、イベント毎の周期時間を示したテープルを有している。この周期テーブル 3は、スケジューラ 1からのタスク I Dを受信して、タスク I Dに対応した各イベントの周期時間を検索し、スケジューラに送信するプログラムである。ちなみに、この表では、タスク I D = 0の時は、ィベントは、イベント起動型周期タスクであり、タスク = 1の時は、周期性を持たないィベントタスクであることを示している。また、 2タスク分のデータを保存しているが、 3以上のタスクでも可能である。

タイマポーリング部 2は、目標時間までタイマ 1 5をポーリングし、目標時刻になるとスケジューラ 1に、タスク処理の起動時刻であるタスク処理信号を、リターンするプログラムである。スケジューラ 1は、タスク 5の次の起動時刻までに、タイマポーリング部 2をコールする。スケジューラ 1は、タスク 5の起動型周期タスクであるイベント処理手段 5 1の周期を、引数としてタイマポーリング部 2に与える。本実施形態では、入力 A又は入力 Bの入力によりスケジューラ 1 を起動するため、入力 A及び入力 Bの割込みを許可しておく。

図 5は、第一の実施形態に係るリアルタイム制御システムのスケジューラ 1の処理内容を示す制御フロー図である。スケジューラ 1は、ドライバ部 4から割込みを受けると実行開始する。まず、ステップ 5 0 1では、先に示した割込み信号をドライバ部 4からリードする。この割込み信号は、どのような割込みであるかを識別するためのフラグであり、ここでは、「入力 A」又は「入力 B」に対応したフラグである。

ステップ 5 0 2で、図 3に示したイベントテーブルを用いて、割込み信号により起動させるタスク 5を検索する。起動するタスク 5がない場合は、スケジユーラを終了し、起動するタスク 5のタクス I Dがある場合は、ステップ 5 0 3に進み、タスク 5を起動させる。すなわち、入力 Aが割込んだ場合は、タスク I D = 0を与え、入力 Bが割込んだ場合は、タスク I D二 1を与え、タスク 5を起動させる。このタスク 5の起動は、タスク 5のエントリアドレスにジャンプすることにより実現する。また、コンテキストスィッチが必要な場合は、 C P U 1 1のレジスタを全て保存し、レジスタをクリァする。ステップ 5 0 3でタスク 5が起動し、イベント処理手段 5 1の処理が終了すると、ステップ 5 0 4に進む。ここに示すステップ 5 0 3の詳細は、後述する図 6で説明する。

ステップ 5 0 4では、スケジューラ 1は、タスク 5のタスク判定手段 5 2から、戻り値として「継続」又は「終了」のどちらかの信号を格納する。戻り値が「終了」の場合は、スケジューラ 1は、終了され、戻り値が、「継続」の場合は、ステップ 5 0 5に進む。

ステップ 5 0 5は、先に示したタスク I Dを用いて、図 4に示す周期テーブル 3を検索し、タスク 5の周期が 0かどうカゝ（周期をもっかどう力を判定する。例えば、タスク I D = 0 (ィベント：入力 A) の場合は、周期は 1 0 u s e c となり、タスク I D = 1 (ィベント：入力 B ) の場合は、周期は 0 u s e cとなる。そして、周期が 0 (タスク I D = 1 ) の場合は、スケジューラ 1を終了させ、それ以外（タスク I D = 2 ) の場合は、タスク 5は、イベント起動型周期タスクであると判断し、ステップ 5 0 6に進む。

ステップ 5 0 6では、タイマポーリング部 2を実行し、次のタスク起動時刻まで待つ。タイマポーリング部 2には、スケジューラ 1で検索した周期を、引数として与える。このタイマポーリング部 2の実行の詳細は、後述する図 7で説明する。その後、ステップ 5 0 4にあるタスク 5からの戻り値が「終了」となるまで、一連のステップ 5 0 3〜ステップ 5 0 6を繰り返し実行する。

図 6は、図 5に示すステップ 5 0 3のタスクの処理を示す制御フロー図である。まず、ステップ 6 0 1では、タスク 5のタスク判定手段 5 2が「継続」するか

「終了」するかどうかの判定処理を行う。判定処理は、例えば「入力 Aの割込みが発生しているかどうカ、「イベント発生後、タスク 5が起動しイベント処理手段 5 1を実行した回数が、規定の回数に達したかどうか」などの判定基準を設け、その判定基準に従って、判定処理を行い、ステップ 6 0 2に進む。ステップ 6 0 2では、ステップ 6 0 1のタスク判定手段 5 2の判定処理に基づいて、判定結果を判断する。判定結果が「終了」であれば、ステップ 6 0 3に進み、「終了」を戻り値としてスケジューラ 1に返し、タスク 5を終了させる。判定結果が

「継続」であれば、ステップ 6 0 4に進み、イベント処理を行う。イベント処理では、 C P U 1 1が、入力 A又は入力 Bに対応したイベント処理手段 5 1を用いて実行する。出力があれば、出力モジュール 1 3から、信号を出力する。その後、ステップ 6 0 5に進み、「継続」を戻り値としてスケジューラ 1に返し、終了する。

図 7は、タイマポーリング部 2の処理を示す制御フロー図である。まず、ステップ 7 0 1で、現在時刻 T c (以下 T c ) と前回ポーリングが終了したポーリング終了時刻 T o (以下 T o ) とをリードする。 T cは、現時点でのタイマ 1 5の値である。また、 T oは、タイマポーリング部 2が前回の実行時に保存した時の時刻である。イベント発生直後の場合は、タイマポーリング部 2をはじめて実行するので、ステップ 7 0 1の実行時には、 T oは不定となる。そこで、この問題を回避するために、図 5のステップ 5 0 1とステップ 5 0 2の間で、スケジユーラ 1がタイマ 1 5をリードし、タイマポーリング部 2の T oとして記録しておくとよい。

次に、ステップ 7 0 2で、次に処理される予定であるタスク 5のイベント処理手段 5 1の起動時刻 T n (以下 Τ η ) を求める。 Τ ηは、〃1：0 +周期-丁（："にょり求まる。 Τ οから T cの間でタイマ 1 5がォーパフローした場合、すなわち、 T oよりも T cが小さい場合、その分を補正して Tnを決定する。

その後、ステップ 703で、タイマ 1 5から T cを再度リードする。ステップ 704で、 T cが Τ ηよりも大きいかどうか判定する。 T cと Tnの間で、タイマ 15のオーバフローが発生する場合、すなわち T cよりも Tnが小さい場合、タイマ 15がォーパフローになるまでは、 T nと T cの比較は行わない。ステツプ 704の比較の結果、真になるまで、ステップ 703及びステップ 704を繰り返す。ステップ 704が真になる 'と、ステップ 705に進み、 T cを T oに保存する。

図 8及び図 9は、ィベント処理手段 51であるイベント周期型タスクの処理を示すタイミングチャートであり、図 8は、従来のタイミングチャートであり、図 9は、本実施形態に係るタイミングチャートである。

図 8に示すように、従来の方式では、周期タスクは、最初に、イベントが発生しているかどうかを、入力モジュールのポーリングで判定し、発生時に、ィベント処理を続けて行う。入力 Aの割込み発生後、割込み処理にオーバヘッド時間 T i (以下 T i ) かかる。その後、タスク処理中で、判定処理に処理判定時間 T j (以下 T j ) 、イベント処理にイベント処理時間 T t (以下 T t) かかる。これを繰り返すので、本方式の最小のタスク周期は、 T i + T j + T tとなる。

一方、図 9に示すように、本実施形態では、入力 Aが入力されるとドライブ部の割込みハンドラが起動される。そのとき、割込み処理時間は、 T iかかる。その後、スケジューラ 1がタスク 5を起動し、判定処理を行う。図 8に示すように T j と同様に判定処理時間は T jかかる。判定処理が「継続」の場合、イベント処理を行い、イベント処理時間 T t (以下 T t) の間で実行される。イベント処理終了後、次の周期まで時間があれば、スケジューラ 1が、タイマポーリング部 2を起動し、ポーリング時間 Tp (以下 Τρ) だけ待つ。以降は、判定処理が「終了」と判断するまで、 T j，T t，Τ ρを繰り返す。従って、タスク 5の周期は、 T j +T t +Tpとなり、この周期最小値は T p = 0ときなので、 T j +T tとなる。ここで、 T iは数 10 u s e c程度であるのに対して Tpは 1 u s e c以下であるので、タスクの周期は大幅に短縮することができる。次に、図 1 0は、本発明のリアルタイム制御システムの第二の実施形態を示す制御ブロック図である。本実施形態のリアルタイム制御システムのソフトウエアは、ドライバ部 4 ' 、ポーリング部 2 ' 、及びタスク処理手段（以下タスクと云う） 5 ' より構成される。タスク 5 ' は、アプリケーションの要求にあわせて、 2つ以上存在することができる。

ドライバ部 4，は、割込みハンドラ、及び、入力モジュール 1 4のレジスタを、初期設定、若しくはリード、又はライトするデパイスドライバである。ドライパ部 4，は、リセット直後に、入力モジュール 1 4や出力モジュール 1 3のレジスタを初期化する。受信割込みが必要な場合は、入力モジュール 1 4からの割込みを許可するように設定する。本実施形態では、入力信号である入力 Aと入力 B の割込みによりタスク 5，を起動するため、ドライパ部 4，は入力 A、入力 Bの割込みを予め許可している。割込みハンドラは、割込みが発生した直後に実行される。ドライバ部 4，は、入力モジュール 1 4から入力信号をリードし、割込み信号を出力し、タスク 5 ' を呼び出す処理を行う。本実施形態では、入力が入力 Aと入力 Bとの 2つだが、 3個以上の入力があってもよい。

また、タスク 5 ' は、アプリケーション処理を実行するプログラムである。タスク 5，のエントリァドレスは、ドライバ部 4，が記憶しており、タスク 5，は、一つ以上の関数から構成されるが、本実施形態では、少なくとも、タスク判定手段 5 2 ' と、入力 Aの処理を行う入力 A関数を有したイベント処理手段 5 1 A と、入力 Bの処理を行う入力処理関数 Bを有したイベント処理手段 5 1 Bと、を有する。

また、ポーリング部 2，は、ドライバ部 4，の入力 A又は入力 Bに対応した割込み信号をポーリングし、タスク 5 ' にタスク処理信号を出力するプログラムである。タスク 5 ' のイベント処理手段 5 1 A、イベント処理手段 5 1 Bの実行が終了したときに、すぐにタスク 5 ' は終了されず、割込み因子の有無を確認するために、ポーリング部 2，は、タスク判定手段 5 2 , からコールされるタスク処理信号を出力する。

図 1 1は、第二の実施形態に係るリアルタイム制御システムのタスク 5，の処理内容を示す制御フロー図である。まず、ステップ 1 1 0 1では、タスク 5 ' は、ドライバ部 4 ' より起動された直後、ドライバ部 4 ' より引数として渡された割込み信号をリードする。そしてステップ 1 1 0 2に進み、ステップ 1 1 0 2では、割込み要因である割込み信号を" 入力 A" 又は" 入力 B " のいずれの割込みであるかタスク判定手段 5 2 ' で判定する。ここで、 " 入力 A" ならば、ステツプ 1 1 0 3に進み、入力 Aに対応したイベント処理手段 5 1 Aの入力 A関数を実行する。入力 A関数は、入力 Aの割込みが発生した時に行う関数である。例えば、入力 Aが、エンジンコントローラュニットのクランク信号であれば、イベント処理手段 5 1 Aでは、点火タイミングの計算などを行う。ステップ 1 1 0 2において、割込み信号が、 " 入力 B " であれば、ステップ 1 1 0 4に進み入力 B関数を実行する。もし、ステップ 1 1 0 2において、割込み信号が" なし" であれば、タスク 5 ' を終了する。次に、ステップ 1 1 0 5において、タスクのタスク判定手段 5 2，はポーリング部 2，をコールし、タスク処理信号があれば受信する。その後、再び、タスク処理信号を用いてステップ 1 1 0 2の判定を行い、ステップ 1 1 0 2の判定が、 " なし" になるまで、先に示した一連の作業を繰り返すステップ 1 1 0 2の判定は、同時に複数の信号が存在する時の選択方式により、 2種類に分類される。第一に、信号を交互に選択する方式である。これは、前回検出した信号を、メモリに記憶しておき、これ以外の信号を選択する方式である。第二に、割込み要因を定まった順序（優先順位を付けた順序）で選択する方式である。第一の方式の場合、入力 A又は入力 Bを交互に選択するので、公平に処理することができる。例えば、入力 A、入力 Bの処理に優先順位が存在しないようなシステムに適している。第二の方式の場合は、入力 Aを必ず選択し、入力 A 無い場合のみ入力 Bを選択する。あるいは、入力処理を優先的に実行してもよい。例えば、入力 Aの処理の優先順位が、入力 Bの順位よりも高いようなシステムに適している。本実施例では、第一の方式、第二の方式を示したが、これら以外の順序で、入力 A、入力 Bを選択してもよい。

さらにステップ 1 1 0 2の判定は、同一信号が、再度検出された時の判定方式によっても、二種類に分類される。第一に、再度検出された信号に対応するィべント処理手段 5 1 A、又はイベント処理手段 5 1 Bを実行する方式である。第二に、再度検出された信号は無視し、未検出の信号を選択する方式である。第一の方式のメリットは、連続して入力がある場合、割込みハンドラのオーバへッド時間なしに、複数回の入力関数を実行できることである。

そしてこのような第一の方式は、入力 Aが周期的な入力であり、かつ、その周期的が割込みハンドラのオーバべッドに比べて、極めて短い場合に適している。第二の方式のメリットは、定期的に割込み許可状態にできることである。本実施形態では、タスク 5 ' は、リアルタイム性を確保する（優先順位が高い）ために割込み禁止で動作しているが、タスク 5 ' が動作し続けると、入力 A又は入力 B 以外の割込みが入った時に、処理できない。そこで、第二の方式を用いることで、入力 A、入力 Bの処理を一回行ったあとに、タスク 5 ' をー且終了させることで、他の割込みが入れるようにする。

図 1 2は、図 1 1のステップ 1 1 0 5のポーリング処理内容を示す制御フロー図である。まず、ステップ 1 2 0 1で、ドライバ部 4，から割込み信号をリードする。割込み信号は、入力モジュール 1 4、出力モジュール 1 3いずれかのレジスタに、一括、又は分散して記録される。これらのうち必要な割込み信号を、リードする。本実施形態では、タスク 5 ' は入力 Aと入力 Bの割込み処理を行うので、入力 A及び入力 Bの割込み信号をリードする。そしてステップ 1 2 0 2において、割込み信号を、タスク 5 ' に戻り値として返す。入力の数が、 3 2個以内であれば、入力ごとの割込み要因をビットマップに置き換えて 4パイトコードにし、関数の戻り値として返すこともできる。もし、 3 2個以上の入力があれば、割込み要因を保存する構造体を生成し、そのボインタをリターンしてもよい。図 1 3〜図 1 5は、イベント処理手段 5 1 A及びイベント処理手段 5 1 Bの処理を示すタイミングチャートであり、図 1 3は、入力 Aの処理中に入力 Bが入力された時の従来のタイミングチャートであり、図 1 4は、入力 Aの処理中に入力 Bが入力された時の本実施形態に係るタイミングチャートであり、図 1 5は、入力 A処理後に入力 Bが入力された時の本実施形態に係るタイミングチャートである。

図 1 3に示すように、従来では、入力 Aの割込みが発生してから、割込みハンドラの処理を行う時間であるオーバヘッド時間 T iを要する。その後、入力 Aの処理を行うイベント処理手段 5 1 Aを処理時間 T tの間、実行する。イベント処理手段 5 1 Aの処理中に、入力 Bの割込みが発生しても、割込み禁止されているので、イベント処理手段 5 1 Aの処理を実行する。その後、イベント処理手段 5 •1 Aの処理が終了すると、割込み禁止が解除されて、入力 Bの割込みが演算機により検出される。そして、再び割込みハンドラがコールされ、オーバヘッド時間 T i後に、イベント処理手段 5 1 Bを実行する。

図 1 4に示すように、本実施形態では、まず、入力 Aの信号が入力されると、従来と同様に、ドライバ部 4 ' の割込みハンドラが、オーバヘッド時間 T iの間、割込み処理を行う。しかし、イベント処理手段 5 1 Aの処理中に、入力 Bの割込みが発生すると、この信号が、ポーリング部 2 ' に格納され、関数終了後、ポーリング時間 T pだけポーリングを行い、イベント処理手段 5 1 Βを実行する。ここでも、第一の実施形態と同様に、 T iは数 1 0 u s e c程度であるのに対して T pは 1 u s e c以下であるので、タスクの周期は大幅に短縮することができる。

図 1 5に示すように、入力 Aと入力 Bの入力間隔が大きい場合には、各々の入力には、オーバヘッド時間 T iに加え、ポーリング時間 T pが必要となるので、ポーリング時間 T pだけ無駄な処理を行うことになるが、この時間も前述したように、極めて短い時間であるので、性能に悪影響を及ぼすことはない。

以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

例えば、ドライバ部、タスク、スケジューラ、ポーリング部などは、その機能に合わせたプログラム内容であって、これらの構成が統合及びさらに分割されても、その機能に変わりはない。

また、第一の実施形態と第二の実施形態とを別個に説明したが、これらの実施形態を複合させるような実施形態であってもよい。特に、割込みされたタスク処理信号として、入力信号、タイマの信号などを用いたが、これらの信号に限られるものではない。

また、これらのリアルタイム制御システムは、例えば、自動車のコントローラ (エンジンプリタラシュ 'シート、シートベルト .プリテンショナ一、エアパッグ、クラッチ、アンチブロックシステム、電駆弁エンジン等のコントローラ）や、一般の産業機器のコントローラなどに適用可能であり、割込み信号が入力されるようなシステムであるならば、特に制限されるものではない。産業上の利用の可能性

以上の説明から理解できるように、本発明のリアルタイム制御システムは、周期性のあるイベントが発生した場合又は複数のィベントが同時に発生した場合において、周期タスクを的確に実施し、複数のオーバヘッド時間の累積することによる処理開始時間の遅れを防止することで、より細かな応答が可能な制御及び複数の指令に対して迅速かつ確実に応答可能な制御を行うことができる。

Claims

請求の範囲

1 . 入力信号を受信し各種タスク処理に対応した割込み信号を出力するドライバ部と、該割込み信号に基づいてポーリングするポーリング部と、前記割込み信号に基づきタスク処理をするタスク処理部と、を備えたリアルタイム制御システムであって、

前記ポーリング部は、前記タスク終了時に前記ポーリングに基づきタスク処理信号を出力し、前記タスク処理 ¾3は、タスク処理信号に基づいて前記タスク処理をすることを特徴とするリアルタイム制御システム。

2 . 前記タスク処理部は、イベント処理を実行するイベント処理手段、及び該ィベント処理の継続性を判定処理するタスク判定手段からなり、前記イベント処理手段は、前記判定結果が継続時に、前記イベント処理を継続実行することを特徴とする請求項 1に記载のリアルタイム制御システム。

3 . 前記イベント処理手段は、周期起動するイベント処理をすることを特徴とする請求項 1又は 2に記載のリアルタイム制御システム。

4 . 前記ポーリング部は、タイマをポーリングし、前記タスク処理の開始時刻となる前記タスク処理信号を出力することを特徴とする請求項 1〜 3のいずれか一項に記載のリアルタイム制御システム。

5 . 前記タスク判定手段は、前記タスク処理の継続回数、又は前記タスク処理中の割込み信号の有無に基づき、前記タスク処理の継続性を判定することを特徴とする請求項 2〜 4のいずれか一項に記載のリアルタイム制御システム。

6 . 前記ドライバ部、前記タスク処理部、及び前記ポーリング部と通信し、前記割込み信号の受信に伴い起動し、前記判定結果を格納するスケジューラを備えることを特徴とする請求項 2〜 5のいずれか一項に記載のリアルタイム制御システム。

7 . 前記スケジューラは、前記イベント処理手段に対応した周期を記録する周期テーブルを有し、前記タスク判定手段は、前記イベント処理の完了時に、前記周期テーブルの信号に基づき前記イベント処理の継続性を判定することを特徴とする請求項 6に記载のリアルタイム制御システム。

8 . 前記スケジューラは、前記タスク判定手段が起動中に、終了となる前記判定結果を格納するまでは、前記割込み信号が前記タスクに割込むことを禁止することを特徴とする請求項 6又は 7に記載のリアルタイム制御システム。

9 . 前記ポーリング部は、前記タスク処理中に発生した前記割込み信号をポーリングし、該割込み信号に対応した前記ィベント処理を実行する前記タスク処理信号を出力することを特徴とする請求項 1又は 2に記載のリアルタイム制御システム。 ·

1 0 . 前記タスク判定手段は、前記タスク処理信号の有無に基づいて、前記ィべント処理の継続性を判定することを特徴とする請求項 9に記載のリアルタイム制御システム。

1 1 . 複数の前記タスク処理信号が、同時に検出された時は、前記タスク判定手段は、前記タスク処理信号の各々に優先順位を付けて、リードすることを特徴とする請求項 2又は 1 0に記載のリアルタイム制御システム。

1 2 . 複数の前記タスク処理信号が、同時に検出された時は、前記タスク判定手段は、前記検出時に、前記イベント処理手段がイベント処理をしている処理に対応した前記タスク処理信号とは異なる信号を優先的にリードすることを特徴とする請求項 2又は 1 0に記載のリアルタイム制御システム。