CN102693153A - 在静态分配和嵌入的软件结构上进行动态分配的方法 - Google Patents

在静态分配和嵌入的软件结构上进行动态分配的方法 Download PDF

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Abstract

一种在车辆的静态分配和嵌入的软件结构上动态地分配任务或信号的方法包括识别故障部件。故障部件可包括软件部件、硬件部件或部件之间的信号或通信链接。一旦故障部件被识别，由故障部件执行的任意任务或与故障部件相关联的信号被识别，且由故障部件执行的任意任务或与故障部件相关联的信号被重新分配给嵌入的备用部件，从而用于以后的***操作的重新分配的任务和/或信号的执行由备用部件执行。

Description

在静态分配和嵌入的软件结构上进行动态分配的方法
技术领域
本发明总体地涉及在车辆的静态分配的且嵌入的软件结构上动态地分配任务和/或数据/信号信息的方法。
背景技术
用在汽车工业中的嵌入的软件结构或平台(中间件和实时操作***)，例如OSEK和AUTOSAR，在设计时被静态地配置有固定的操作***任务组。在给定计算硬件节点上执行的所有任务在可执行映像被建立(编译和链接)时被分配。
基于软件的电子控制***越来越多地被用在汽车工业中，以控制主动安全和自主驾驶特征，其影响车辆的运动和动态稳定性。由于软件中执行的促动器上的控制智能、自动决策和控制权限的水平的持续增加，这些控制***变得越来越关键。这些控制***的软件、硬件和***结构因此必须能容忍故障，且在一些情况下甚至能在失灵时可操作。这要求冗余的软件、计算硬件、传感器、促动器和网络通信部件必须被设计到***中，从而如果一个部件失效时，另一部件可使用以继续提高安全水平的功能，无论是以满性能模式或是以降低性能模式。
冗余硬件部件必须被静态地设计到***中，因为在驾驶周期的中途不容易增加新的硬件(传感器、促动器、计算机、通信链接、线束)到车辆中。另一方面，冗余软件部件可被静态地或动态地分配到***中。
关键软件和/或硬件部件的冗余实例的每个必须能跨车辆网络发送和/或接收数据和/或信号信息。软件和/或硬件部件的这些冗余实例(其共存且发送它们各自独特的输出信号)要求在数据字典水平的网络信号信息的复制，和接收器侧的冗余消息的处理/选择，由此增加网络带宽、消息优先权和其在数据代码中的分配。附加地，数据代码变化将被要求引入可量测性，以建立关键软件的附加冗余实例。
发明内容
提供一种在车辆的静态嵌入结构上动态地分配任务和数据/信号消息中的一项的方法。该方法包括分析***操作以识别故障部件、识别由该被识别的故障部件执行的任务和与该故障部件相关联的数据/信号消息中的一项、和重新分配由该故障部件执行的任务和与该故障部件相关联的数据/信号信息中的一项给静态分配的且嵌入的备用部件。该任务被重新分配，从而重新分配的用于以后的***操作的任务的执行由备用部件执行。数据信号信息被重新分配路径，从而用于以后的***操作的输入和输出信号信息被提供给备用部件或来自备用部件用于冗余任务。
还提供一种在车辆的静态嵌入结构上动态地分配任务和数据/信号消息中的一项的***。该***包括网络和多个彼此且与网络操作地通信的电子控制单元。该多个电子控制单元的每个都包括局部症状收集器，且该多个电子控制单元中的至少一个包括健康状态确定模块。该健康状态确定模块与该多个电子控制单元和网络操作地通信。健康状态确定模块被配置为使用来自局部症状收集器的输出来识别故障状况，且提供该故障状况信息给重新配置管理器。该重新配置管理器被配置为触发与被识别的故障状况相关联的数据/信号信息或任务中的至少一项的重新分配。
因此，该方法，响应识别出的故障状况，在存在的嵌入软件平台上(其仅支持软件部件的静态分配)执行动态软件和/或硬件重新分配(有时称为动态重新分配)，由此改进网络结构的效率。
当结合附图时，从下面的用于执行如所附权利要求限定的本发明的一些最佳方式和其它实施例的具体描述可容易地明白本发明的上述特征和优点，以及其它特征和优点。
附图说明
图1是车辆网络的示意图。
图2是示出了车辆网络的重新分配管理器的操作的流程图。
图3是示出了重新分配任务给备用部件的重新配置事件管理器的示意图。
图4是示出了车辆网络的重新分配信号管理器的操作的流程图。
图5是示出了用于任务重新分配的网络水平冗余的示意图。
图6是示出了用于任务重新分配的电子控制单元水平冗余的示意图。
具体实施方式
参考附图，其中在多个视图中相同的标号指示相同的部件，车辆网络在图1中总体地以10示出。在仅支持静态分配的软件平台上设计和实施动态软件分配方案有两个方面要考虑。一个方面涉及控制流，另一方面涉及数据流。控制流涉及软件部件如何被触发或激活，而数据流涉及软件部件的输入和输出如何被连接至***的其余部分，甚至在软件部件被移动(重新分配)至不同计算节点时。
动态软件分配方案的控制流涉及软件部件的执行被触发或激活的方式。在静态分配和嵌入的网络结构中，所有任务必须被在***建立时预先分配，如在静态任务表中规定的。例如，在OSEK操作***中(其通常用在汽车工业中)，OIL(OSEK执行语言)配置文件精确地规定了完整的任务组，其将能在***的整个寿命中在给定节点上执行。
这里披露了一种在静态分配的软件结构上模拟动态软件任务分配的方法。该方法包括首先通过识别要被考虑的故障(故障模型)进行安全分析，危害分析和风险评估。对于每种危害，依赖于其风险评估(可能性和严重性)、安全目标被定义，其规定对于危害的安全响应或动作，无论是静默失败至安全状态或以降低的或完全的功能继续运行。接着，***冗余结构被设计为包容该定义的安全目标。冗余结构规定了对于传感器、促动器、计算机、通信链接和软件部件的冗余的要求的水平。此后，故障管理方法被设计为包括动态分配或重新配置计划，对于该计划，软件部件需要具有冗余副本，且其中这些冗余副本将在最终***中响应故障事件或状况而执行。最后，根据重新配置计划，该计划中每个软件部件的实例被静态地分配为在其曾经要在其上运行的每个计算节点上的任务。操作***42事件也被静态地定义且分配用于每个所述软件部件，其将用作对应于所述任务的触发机构。
在网络10的每个电子控制单元(ECU)中，即在每个计算节点中，“局部症状收集器”被用于采集对于该节点是局部的且与评估整个***健康状态相关的信息。来自所有节点的该信息被传送至一个或多个“***健康状态确定模块”，其评估全部症状组且确定存在哪些故障事件或状况。为了冗余的目的，该***健康状态确定模块的多个副本可运行于不同节点，且它们可彼此通信和在整个***(车辆)的健康状态上在它们之间达成一致，即哪些部件故障。为了建立该一致，它们可使用一致协议。关于达成一致的***水平的故障事件和状况的信息被发送至***中的单独节点上的一个或多个“重新配置管理器”，在那里决定如何动态地重新分配或重新配置软件部件和/或信号或通信链接。一旦关于哪里新软件部件必须被分配或哪里新通信链接或信号必须被分配的决定被做出，该信息被传递给新软件部件或新信号或通信链接将被分配于其上的每个节点上的“重新配置时间产生器”或“重新配置信号产生器”中的一个。这些事件被传递给中间件38和操作***部件，其将通过启动该节点上的静态地驻留的但是非激活的软件部件，或通过建立部件之间的通信链接来模拟动态软件分配。
图1中示出的***水平的网络结构被用于实施上述动态重新配置方案。网络10包括第一电子控制单元(ECU)20和第二ECU30a。第一ECU20和第二ECU30a被通过网络总线28连接，从而信息可被在其之间传输和分享。第二ECU30a与第一传感器14a和第一促动器16a相关联且连接至其。第一传感器14a可包括任意类型、样式或方式的传感器，用于感测第二ECU30a的一些所需数据片段。第一促动器16a被配置为控制车辆的特定操作，且可包括任意适当类型的促动器。第二ECU30a控制第一促动器16a的操作。第二ECU30a包括第一局部症状收集器12a，其接收和收集来自第一传感器14a的数据。第一局部症状收集器12a与第一软件部件18a接口连接。第一软件部件18a执行第二ECU30a的***操作。例如，第一软件部件18a可计算一输出，第二ECU30a利用该输出来确定何时促动第一促动器16a。
第一ECU20与第二传感器14b和第三传感器14c相关联且连接至其。第二传感器14b和第三传感器14c可包括任意类型、样式或方式的传感器，用于传感第一ECU20的一些所需数据片段。第一ECU20还与第二促动器16b和第三促动器16c相关联且连接至其。第二促动器16b和第三促动器16c各自被配置为控制车辆的特定操作，且可包括任意适当类型的促动器。第一ECU20控制第二促动器16b和第三促动器16c的操作。第一ECU20包括第二局部症状收集器12b，其接收和收集来自第二传感器14b和第三传感器14c的数据。第二局部症状收集器12b与第二软件部件18b接口连接。第二软件部件18b执行第一ECU20的***操作。例如，第二软件部件18b可计算一输出，第一ECU20利用该输出来确定何时促动第二促动器16b和/或第三促动器16c。
第一ECU20包括***健康状态确定模块22。***健康状态确定模块22在内部接收来自第二局部症状收集器12b和通过网络总线28接收来自第二ECU30a的第一局部症状收集器12a的输出。***健康状态确定模块22分析来自第一局部症状收集器12a和第二局部症状收集器12b的输出，以确定是否车辆网络10的一个或多个部件故障或以其他方式不能正确地操作。例如，***健康状态确定模块22可确定第一ECU20和第二ECU30a中的一个或二者未在正常工作，第一软件部件18a和第二软件部件18b的一个或二者未在正常工作、第一传感器14a、第二传感器14b或第三传感器14c中的一个或多个未在正常工作、或车辆网络10的各部件中的两个或多个之间的通信链接或信号未在正常工作。
如果***健康状态确定模块22识别到故障部件，则***健康状态确定模块22通知重新配置管理器24。重新配置管理器24确定被识别的故障部件是哪种类型的部件，即诸如ECU或传感器、软件部件、或互连各车辆网络10部件中的一个或多个的通信链接或信号的硬件部件。一旦重新配置管理器24已确定故障部件包括哪种类型的部件，则重新配置管理器24触发或指令重新配置信号管理器32或重新配置事件管理器36中的一个。当故障部件被识别为故障传感器或通信链接时，重新配置管理器24触发重新配置信号管理器32。当故障部件是软件部件时，重新配置管理器24触发重新配置事件管理器。如果故障部件被识别为ECU，则重新配置管理器24可触发重新配置信号管理器32和重新配置事件管理器36二者。重新配置事件管理器36可与中间件38相互作用以重新分配任务。
参考图2，重新配置管理器24的流程图被示出。重新配置管理器24接收故障部件的通知，如块100所指，该通知由***健康状态确定模块22作出。重新配置管理器24然后确定故障部件包括哪种类型的部件，如框105所指。
如果故障部件被识别为软件部件，如框18所指，则重新配置管理器24可重新分配软件任务用于软件任务的多样化执行。软件任务的多样化执行包括使用一个或多个软件算法来实现与故障软件部件相同的结果。一旦重新配置管理器24已确定将软件任务重新分配给哪个备用软件部件18，重新配置管理器24然后识别需要被触发的特定软件任务，如框130所指。一旦该特定软件任务已被识别，重新配置管理器24触发或指令重新配置事件管理器36来执行备用部件，即执行需要被完成的被识别任务，以将软件部件从故障部件重新分配给该备用部件，如框135所指。
如果故障部件被识别为故障传感器或通信链接，如框14所指，则重新配置管理器24识别哪个信号需要被重新分配，如框120所指。故障信号或通信链接被从备用部件重新分配。当故障部件是故障信号或通信链接时，备用部件可包括替换的传感器或替换的ECU，其能产生需要的信息且将该信息重新分配路径至所有需要的节点。一旦重新配置管理器24已经识别哪些信号需要被重新分配路径，则重新配置管理器24指令或触发重新配置信号管理器32来执行故障信号或通信链接的路径重新分配，如框125所指。
如果故障部件被识别为故障ECU，如框30所指，则重新配置管理器24识别必须被重新分配的故障ECU的软件部件。重新配置管理器24可参考在网络10的每个ECU上可获得的软件部件的表，其总体地如框26所指，且识别故障ECU的关键软件部件要被重新分配给哪个ECU，其总体地如框110所指。一旦重新配置管理器24已经识别故障ECU的关键软件部件要被重新分配给哪个ECU，重新配置管理器24可然后识别需要被完成的软件任务，以执行关键软件部件，如框130所指，且可然后触发或指令重新分配事件管理器36来执行识别出的要被完成的软件任务，以从故障ECU部重新分配软件任务。除了在故障ECU事件中重新分配软件任务，重新配置管理器24还可识别信号或通信链接，如框120所指，其需要被建立以使得备用部件能完成该重新分配的软件任务。重新配置管理器24然后指令或触发重新配置信号管理器32来执行需要的信号或通信链接的路径重新分配，如框125所指。
参考图3，重新配置事件如何在中间件38和操作***42部件中被用于模拟静态分配的结构上的动态分配的细节被使用AUTOSAR示出作为静态分配的软件结构的例子。在AUTOSAR中，任务***作***42通过静态计划表44静态地分配且被静态地计划。但是，由操作***42计划的每个任务的主体46是在中间件38层的控制下，称为RTE(运行时环境)。任务中的可运行个体(简称为“可运行者”)由RTE内的第二水平计划表48唤醒。由重新配置事件产生器产生的事件可触发RTE计划表48中的可运行者，或操作***42计划表44中的任务。使用任一方式，该构思都是操作***42任务或RTE可运行者已被在***设计和建立时静态地分配，但是它们处于休眠直至触发事件通知它们它们要被激活，由此模拟动态软件重新分配或重新配置的最终结果。
参考图4，重新配置信号管理器32的流程图被示出。重新配置信号管理器32被通知故障信号或通信链接，如框200所指。重新配置信号管理器32然后确定故障信号或通信链接的数据重新配置是否是可能的，如框205所指。如果故障信号的数据重新配置是不可能的，则重新配置信号管理器32广播故障信号或通信链接的故障安全值给网络10，如块210所指。如果故障信号的数据重新配置是可能的，则重新配置信号管理器32然后确定***中的冗余的类型，其总体地以315指示。确定网络水平冗余存在被以217指示。确定ECU水平冗余存在被以219指示。
如果重新配置信号管理器32确定网络水平冗余存在，则重新配置信号管理器32可重新构造信号路径分配表，其总体地以220指示。该信号路径分配表是识别每个信号被分配路径至和/或自哪里的表，且被重新构造以标示来自故障部件的信号现在来自备用部件。参考图4和5，重新配置信号管理器32，如图1所示，可然后去激活来自主软件部件18c(即故障软件部件)的信号，且可激活来自备用软件部件18d的信号，其总体地以225指示。这被完成以使得仅单个的准确的信号被跨网络10广播。重新配置信号管理器32可然后将网络10时间属性赋予来自备用部件的信号，如框230所指。重新配置信号管理器32可然后通知所有信号接收器该信号重新配置，即该信号现在来自备用部件而非主或故障部件，如框235所指。
参考图5，网络10水平冗余的例子被示出。网络10水平冗余包括第三ECU30b和第四ECU30c。第四ECU30c包括主软件部件18c。第三ECU30b包括备用软件部件18d。当故障部件被识别为来自主软件部件18c的信号时，则重新配置信号管理器32将来自主软件部件18c的信号的职责重新分配路径给备用软件部件18d。
返回参考图4，如果重新配置信号管理器32确定ECU32水平冗余存在，则重新配置信号管理器32可重新构造信号路径分配表，其总体地以240指示。重新配置信号管理器32可然后使用备用部件来计算该信号，如框245所指。重新配置信号管理器32可然后去激活来自主软件部件18c(即故障软件部件)的信号，且可然后激活来自备用软件部件18d的信号，其总体地以250指示。重新配置信号管理器32可然后通过网络总线28传输信号给网络10，以及给其它内部ECU功能，如框255所指。信号传输的频率(周期性数据传输，周期性基于事件、事件传输上的变化等)受到重新配置信号管理器32的控制，其此时拥有信号。可在通信网络10上执行通用策略以暗示地(例如经由暂停时间)或明示地(例如经由握手信号)传送所有权。
参考图6，ECU水平发动机油的例子被示出。ECU30包括第一软件部件18a。第一软件部件18a包括主任务90a，第一备用任务90b和第二备用任务90c。如果故障信号被识别为源自于第一软件部件18a的主任务90a，则重新配置信号管理器32可切换软件任务至第一备用任务90b或第二备用任务90c中的一个，由此激活来自第一备用任务90b或第二备用任务90c中的一个的信号和去激活来自主任务90a的信号。
虽然用于执行本发明的最佳方式已经被详细描述，与本发明相关的本领域技术人员应认识到在所附的权利要求的范围内的执行本发明的各种替换设计和实施例。

Claims (10)

1.一种在车辆的静态嵌入结构上动态地分配任务和数据/信号消息中的一项的方法，该方法包括：
分析***操作以识别故障部件；
识别由被识别出的故障部件执行的任务和与故障部件相关联的数据/信号信息中的一项；和
重新分配由所述故障部件执行的任务和与所述故障部件相关联的数据/信号信息中的一项至静态分配的和嵌入的备用部件，从而用于以后的***操作的重新分配的任务的执行由备用部件执行。
2.如权利要求1所述的方法，其中识别由所述故障部件执行的任务包括确定所述故障部件包括哪种类型的部件。
3.如权利要求2所述的方法，其中确定所述故障部件包括哪种类型的部件被进一步限定为确定所述故障部件是否是信号或通信链接、电子控制单元或硬件部件、或软件部件中的一种。
4.如权利要求3所述的方法，其中识别由故障部件执行的任务包括识别由故障部件发送的信号或识别由故障部件执行的软件任务中的一种。
5.如权利要求4所述的方法，还包括确定数据重新配置是否是可能的。
6.如权利要求5所述的方法，还包括当确定数据重新配置是不可能时用预定的故障安全数据值代替。
7.如权利要求5所述的方法，还包括确定所述备用部件和所述故障部件是否与共用电子控制单元共同相关联，且当所述备用部件和所述故障部件与共用电子控制单元共同相关联时重新配置内部信号路径分配表。
8.如权利要求5所述的方法，还包括确定所述备用部件和所述故障部件是否与共用电子控制单元共同相关联，且当所述备用部件和所述故障部件不与共用电子控制单元共同相关联时重新配置网络信号路径分配表。
9.如权利要求5所述的方法，还包括去激活来自所述故障部件的信号。
10.如权利要求9所述的方法，还包括激活来自所述备用部件的信号。
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