EP2480938A1 - Verfahren zur bearbeitung von informationen und aktivitäten in einem steuer- und/oder regelungstechnischen system mit hilfe eines multi-core prozessors - Google Patents

Verfahren zur bearbeitung von informationen und aktivitäten in einem steuer- und/oder regelungstechnischen system mit hilfe eines multi-core prozessors

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EP2480938A1
EP2480938A1 EP10755146A EP10755146A EP2480938A1 EP 2480938 A1 EP2480938 A1 EP 2480938A1 EP 10755146 A EP10755146 A EP 10755146A EP 10755146 A EP10755146 A EP 10755146A EP 2480938 A1 EP2480938 A1 EP 2480938A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
control
microcontroller
computer core
component
core
Prior art date
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Ceased
Application number
EP10755146A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernd Mueller
Markus Ferch
Yorck Collani
Holger Banski
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2480938A1 publication Critical patent/EP2480938A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
    • G05B19/0421—Multiprocessor system
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F9/00—Arrangements for program control, e.g. control units
    • G06F9/06—Arrangements for program control, e.g. control units using stored programs, i.e. using an internal store of processing equipment to receive or retain programs
    • G06F9/46—Multiprogramming arrangements
    • G06F9/50—Allocation of resources, e.g. of the central processing unit [CPU]
    • G06F9/5005—Allocation of resources, e.g. of the central processing unit [CPU] to service a request
    • G06F9/5027—Allocation of resources, e.g. of the central processing unit [CPU] to service a request the resource being a machine, e.g. CPUs, Servers, Terminals
    • G06F9/5044—Allocation of resources, e.g. of the central processing unit [CPU] to service a request the resource being a machine, e.g. CPUs, Servers, Terminals considering hardware capabilities
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B2219/20—Pc systems
    • G05B2219/22—Pc multi processor system
    • G05B2219/2205—Multicore
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/20—Pc systems
    • G05B2219/26—Pc applications
    • G05B2219/2637—Vehicle, car, auto, wheelchair

Definitions

  • the invention relates to a method for processing information and activities in a control and / or control system in which the control and / or control tasks are performed by a microcontroller, wherein the control and control system consists of various components and the Microcontroller receives information which is evaluated and processed by this and as a result of control and / or control engineering calculations, at least one output signal is output and an apparatus for performing the method.
  • a plurality of electronic components are used for the control and regulation, which usually have elements such as at least one sensor, a processing unit and at least one actuator.
  • elements such as at least one sensor, a processing unit and at least one actuator.
  • For processing the information of the sensor and calculation of the control commands for the actuator microcontroller are used, which are installed in a control unit.
  • DE 40 04 516 A1 discloses a method for processing information and activities arising in particular in the control of internal combustion engines, which operates with two controllers which operate in a control unit are installed. The resulting, calculation-intensive information and activities of different processing levels are executed independently by the two controllers.
  • a time-sync level is handled by a first controller and an angle sync level by a second controller. With increasing functionality, the number of controllers increases, resulting in a costly controller.
  • the object of the invention is to specify a method and a device for processing information and activities in a control and / or regulating system, which can be implemented inexpensively and nevertheless have a high computing power.
  • the object is achieved in that the control and regulatory tasks of the system are divided into component-specific task complexes, wherein a first component-specific task complex of a first computer core of the microcontroller and a second component-specific task complex is processed by a second computer core of the microcontroller.
  • the advantage of the invention is that the use of a multicore microcontroller results in an effective form of decoupling of the control and regulatory tasks of the system, whereby a high effective computing power is achieved since each computer core at a given time tasks of another type processed. As a result, the computing power of the microcontroller is used more effectively. The use of multiple microcontrollers can thus be dispensed with.
  • the processing of the first component-specific task complex by the first computer core takes place simultaneously for processing the second component-specific tasks complex by the second computer core.
  • the simultaneous processing of different component-specific task complexes on different computer cores of a microcontroller, a system-technical parallelization of the overall tasks, which also reduces the complexity of the processes is performed on the microcontroller.
  • the first component-specific task complex comprises the reading and / or processing of information of a sensor by the first computer core and the second component-specific task complex the control and / or regulation of an actuator by the second computer core.
  • the component-specific task complexes are based here on components which are arranged externally to the microcontroller, such as sensor and actuator.
  • the actuator control by the inventive method now no longer has to wait until the completion of the evaluation of the sensor information, as read on one core of the computer, the information of the sensor and / or evaluated, while on the other computer core the drive signal for the actuator is calculated.
  • a third component complex in a processing operation carried out by a third processor core of the microcontroller, in which the sensor information prepared by the first processor core is evaluated and the control and control engineering calculations are performed whose output values are output to the second processor for controlling the actuator ,
  • the processing operation consists in solving a regulatory problem, the result of this task being the provision of output data for the actuator. Since this task can take on a very complex form, it is considered as a separate component - dependent task, which is processed on its own computer core, which further decouples the complexity of the
  • the computing power is further increased by the use of a third computer core.
  • the number of computer cores that can be efficiently exploited by this method depends on how many component-specific task complexes are distinguished in the control and regulation system. This further increases the computing power of the system and improves the parallelism of the execution of the tasks.
  • the first and the second and / or the third computer core simultaneously carry out a data exchange with at least one memory unit via a communication system of the control and regulation system.
  • the parallel processes within the microcontroller are not only limited to the processing by the computer cores, but also refers to the communication system, which may be designed as a bus, crossbar or microcontroller internal communication system. This ensures that at least two computer cores can access the memory at the same time. Bus arbitration does not lead to sequencing.
  • a profile shaping of a drive signal of the actuator takes place during its activation on the basis of the simultaneously read sensor information. Due to the fact that the sensor signals in the first
  • Calculator core is evaluated parallel to the determination of the actuator signal by the second computer core, the actuator signal can be tuned directly to the latest sensor value, which has a very accurate shaping of the actuator gate drive function result. This is only possible because the processing of the tasks on different computer cores a high computing power is available.
  • an error detection mechanism of the first, second or third computer core functions independently of the path of the control and / or regulation.
  • the error detection mechanism is used by another e.g. fourth computer core of the microcontroller processed.
  • the audit trail is cross-component and independent of the path to be controlled. Several sensors and several actuators can be monitored simultaneously.
  • control and / or control system represents a motor vehicle system
  • inventive method is particularly suitable for motor vehicles, where numerous highly complex control and regulatory tasks such as steering, braking or damping are processed, which in each case require a high computing power.
  • control and regulatory tasks such as steering, braking or damping are processed, which in each case require a high computing power.
  • the use of a multicore controller for each one of the above-mentioned control and regulation complexes makes the construction of a control unit cheaper.
  • a further development of the invention relates to a device for processing information and activities in a control and / or control system in which the control and / or control tasks are performed by a microcontroller, wherein the control and regulation system consists of different components and the microcontroller receives information which are evaluated and processed by this and at least one output signal is output as a result of control and / or control engineering calculations.
  • means are present, which divide the control and regulatory tasks of the system into component-specific task complexes in which a first component-specific task complex is processed by a first computer core of the microcontroller and a second component-specific task complex by a second computer core of the microcontroller.
  • the first computer core via a first interface with a sensor and the second computer core via a second interface with a
  • control and regulation system connected.
  • the direct connection of the computer cores with external components of the control and regulation system allows a structurally simple connection of the microcontroller.
  • the control and regulation system has a
  • Communication system on which both the first computer core and the second computer core simultaneously with at least one memory unit, in particular a main memory or a read-only memory connects. This ensures that at least two computer cores can access the memory at the same time.
  • the parallelism of the communication system prevents sequencing of the signals to be transmitted.
  • the microcontroller has a third processor core for the evaluation of the sensor information processed by the first processor core and the execution of the control and regulation-related calculations whose output values are output to the second processor for controlling the actuator and / or a fourth processor core for the fault detection mechanism of the system.
  • a multi-core controller is selected, which includes the required number of computer cores, as they are necessary for the simultaneous processing of side by side task complexes.
  • FIG. 1 Schematic representation of the general system context after the
  • FIG. 2 Schematic representation of the device according to the invention
  • FIG. 3 shows a schematic flow diagram for the method for processing information and activities in a control and / or regulating system
  • FIG. 1 shows a motor vehicle as a control and regulation system with its basic components.
  • the system includes a sensor element 1 that provides information to a processing unit 2.
  • the processing Processing unit 2 processes the data supplied by the sensor element 1, evaluates them and calculates output data which are forwarded to an actuator 3.
  • the sensor element 1 can deliver analog or digital values. These values can reach the processing unit 2 via A / D channels (analog-digital) via a bus system or a special sensor interface.
  • the sensor element 1 can measure a current or voltage value, a position or an angle, a pressure or a moment or many other things.
  • the task of reading in the sensor values and their processing is very complicated. This is partly because the sensor values need to be updated very frequently.
  • a subsequent processing is always necessary, which may for example consist of averaging, filtering, smoothing or plausibility.
  • the processing of the processed sensor data by the processing unit 2 often consists in the solution of a control engineering task, but may also have different algorithmic bases.
  • output data for the actuator 3 is provided.
  • the actuation of the actuator 3 represents a complex task. For example, this consists in an injection of the internal combustion engine of several different individual injections, which may also be designed differently.
  • FIG. 2 shows the system described with a multicore microcontroller 5.
  • the multicore microcontroller 5 has four computer cores 6, 7, 13 and 14. Via an internal communication system 8, the computer cores 6, 7, 13, 14 are arranged one below the other and with a main memory 9 (RAM) and a read-only memory 10
  • RAM main memory 9
  • the sensor element 1 leads via a first interface 1 1 to the first computer core 6, while the second computer core 7 leads via a second interface 12 to the actuator 3.
  • the internal communication system 8 is designed such that it allows a plurality of computer cores 6, 7, 13, 14 to simultaneously access the read-only memory 10 and / or the main memory 9. The course of the method according to the invention will be explained with reference to FIG.
  • the computer core 6 reads in a sensor value via the interface 11 and carries out the sensor data acquisition and processing.
  • the processed sensor data are supplied in block 102 via the internal communication system 8 to other computer cores, for example to the computer core 13, which uses the sensor data to solve a regulatory task and determines output data for the actuator 3.
  • These output data are made available to the other computer cores via the internal communication system 8 again.
  • the computer core 7 can determine drive parameters for the actuator 3 from the available data and drive them via the interface 12 (block 103).
  • the method can be used with more or less computer cores. For example, if the processing step is very simple, it can also be taken over by the computer core 6 or 7. It is then still possible to parallelize the actuator drive and sensor processing.
  • a useful application of the inventive method on two computer cores can be realized for monitoring purposes.
  • One of the two cores takes over in this case, the control of an actuator, such as an injection system or an electric motor.
  • the be implemented on embedded systems for example in the motor vehicle
  • it is important to monitor this control ie to ensure that the desired result of the control actually sets in the system.
  • Measures such as an exclusive accessibility to the sensor interface, it is ensured that only the second core directly receives the sensor values, because then the independence on the system level is even more pronounced.
  • the use of the method has the additional advantage of a shorter error detection time in terms of safety, since the monitoring runs real time in parallel. This makes it possible to respond appropriately even in the case of small deviations, for example by sending a message from the monitoring core to the acting core, thus prompting countermeasures at an early stage. This extension will even increase the availability.
  • this method can also be used well if, for example, a computer core in one cycle uses data that is calculated by the other computer cores in the previous cycle. Even if two processes are to be executed in parallel, this method can be used well. For example, if very recent sensor values are to be taken into account for the control of an actuator, this method can be used to implement the parallelism. This can then be used to represent a high-resolution progressive shaping of a drive signal or to implement a very accurate monitoring.
  • the injection is used as an actuator system in a vehicle system, with several injection nozzles representing the actuators 3, a plurality of sensor elements 1 are necessary in order to set the actuators correctly.
  • the sensor data for example, the rail pressure, the combustion chamber pressure in the cylinders, the exhaust gas temperature and the lambda factor must be measured.
  • a valve or an electric motor is used as the actuator 3.
  • the brake pressure and the wheel speeds must be detected.
  • a lamp is used as the actuator, while a sensor position is evaluated as a sensor position.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung von Informationen und Aktivitäten in einem Steuer- und/oder regelungstechnischen System, in welchem die Steuer- und/oder regelungstechnischen Aufgaben von einem MikroController (5) ausgeführt werden, wobei das Steuer- und regelungstechnische System aus verschiedenen Komponenten (1, 3) besteht und der MikroController (5) Informationen erhält, welche von diesem ausgewertet und verarbeitet werden und im Ergebnis von steuerungs- und/oder regelungstechnischen Berechnungen wenigstens ein Ausgangssignal ausgegeben wird. Bei einem Verfahren zur Bearbeitung von Informationen und Aktivitäten in einem Steuer- und/oder regelungstechnischen System, welche kostengünstig realisierbar ist und trotzdem eine hohe Rechenleistung ermöglicht, werden die steuer- und regelungstechnischen Aufgaben des Systems in komponentenspezifische Aufgabenkomplexe aufgeteilt, wobei ein erster komponentenspezifischer Aufgabenkomplex von einem ersten Rechnerkern (6) des MikroControllers (5) und ein zweiter komponentenspezifischer Aufgabenkomplex von einem zweiten Rechnerkern (7) des Mikrocontrollers (5) bearbeitet wird.

Description

Beschreibung
Titel
VERFAHREN ZUR BEARBEITUNG VON INFORMATIONEN UND AKTIVITÄTEN IN EINEM STEUER- UND/ODER REGELUNGSTECHNISCHEN SYSTEM MIT HILFE EINES MULTI-CORE PROZESSORS
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung von Informationen und Aktivitäten in einem Steuer- und/oder regelungstechnischen System, in welchem die Steuer- und/oder regelungstechnischen Aufgaben von einem Mikrocontroller ausgeführt werden, wobei das Steuer- und regelungstechnische System aus verschiedenen Komponenten besteht und der Mikrocontroller Informationen erhält, welche von diesem ausgewertet und verarbeitet werden und im Ergebnis von steuerungs- und/oder regelungstechnischen Berechnungen wenigstens ein Aus- gangssignal ausgegeben wird sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
In heutigen Steuer- und regelungstechnischen Systemen, wie es beispielsweise ein Kraftfahrzeug darstellt, werden zur Steuerung und Regelung eine Vielzahl elektronischer Komponenten verwendet, die üblicherweise Elemente wie wenigstens einen Sensor, eine Verarbeitungseinheit und mindestens einen Aktuator aufweisen. Zur Verarbeitung der Informationen des Sensors und Berechnung der Ansteuerkommandos für den Aktuator werden Mikrocontroller verwendet, die in einem Steuergerät verbaut sind. Bei der Verwendung nur eines Mikrocontrollers können auf Grund der begrenzten Rechenleistung des Mikrocontrollers zu einem
Zeitpunkt entweder die Sensorwerte eingelesen und ausgewertet oder die Aktua- torik berechnet werden.
Aus der DE 40 04 516 A1 ist ein Verfahren zur Verarbeitung von insbesondere bei der Steuerung von Brennkraftmaschinen anfallenden Informationen und Aktivitäten bekannt, das mit zwei Controllern arbeitet, welche in einem Steuergerät verbaut sind. Dabei werden die anfallenden, berechnungsintensiven Informationen und Aktivitäten verschiedener Bearbeitungsebenen unabhängig voneinander durch die beiden Controller ausgeführt. Eine Zeitsynchron-Ebene wird von einem ersten Controller und eine Winkelsynchron-Ebene von einem zweiten Cont- roller bearbeitet. Mit steigendem Funktionsumfang nimmt die Anzahl der Controller zu, was ein kostenintensives Steuergerät zur Folge hat.
Offenbarung der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Information und Aktivitäten in einem Steuer- und/oder regelungstechnischen System anzugeben, welches kostengünstig realisierbar ist und trotzdem eine hohe Rechenleistung aufweist. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Steuer- und regelungstechnischen Aufgaben des Systems in komponentenspezifische Aufgabenkomplexe aufgeteilt werden, wobei ein erster komponentenspezifischer Aufgabenkomplex von einem erster Rechnerkern des MikroControllers und ein zweiter komponentenspezifischer Aufgabenkomplex von einem zweiten Rechnerkern des Mikrocontrollers bearbeitet wird. Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch die Verwendung eines Multicore-Mikrocontrollers sich eine effektive Form der Entkopplung der Steuer- und regelungstechnischen Aufgaben des Systems ergibt, wodurch eine hohe effektive Rechenleistung erzielt wird, da jeder Rechnerkern zu einem vorgegebenen Zeitpunkt Aufgaben eines anderen Typs verarbeitet. Dadurch wird die Rechenleistung des Mikrocontrollers effektiver ausgenutzt. Auf die Verwendung von mehreren MikroControllern kann somit verzichtet werden.
Vorteilhafterweise erfolgt die Bearbeitung des ersten komponentenspezifischen Aufgabenkomplexes durch den ersten Rechnerkern gleichzeitig zur Bearbeitung des zweiten komponentenspezifischen Aufgaben komplexes durch den zweiten Rechnerkern. Durch die gleichzeitige Bearbeitung verschiedener komponentenspezifischer Aufgabenkomplexe auf verschiedenen Rechnerkernen eines Mikrocontrollers erfolgt eine systemtechnische Parallelisierung der Gesamtaufgaben, wodurch ebenfalls die Komplexität der Abläufe auf dem Mikrocontroller reduziert wird. In einer Ausgestaltung umfasst der erste komponentenspezifische Aufgabenkomplex das Einlesen und/oder Verarbeiten von Informationen eines Sensors durch den ersten Rechnerkern und der zweite komponentenspezifische Aufga- benkomplex die Ansteuerung und/oder Regelung eines Aktuators durch den zweiten Rechnerkern. Die komponentenspezifischen Aufgabenkomplexe orientieren sich hierbei an Komponenten, die zum MikroController extern angeordnet sind, wie Sensor und Aktuator. Da die Auswertung von Sensorinformationen häufig sehr komplex ist, muss die Aktuatoransteuerung durch das erfindungsgemäße Verfahren nun nicht mehr bis zum Abschluss der Auswertung der Sensorinformationen warten, da auf dem einen Rechnerkern die Informationen des Sensors eingelesen und/oder ausgewertet werden, während auf dem anderen Rechnerkern das Ansteuersignal für den Aktuator berechnet wird. In einer Weiterbildung besteht ein dritter Komponentenkomplex in einem von einem dritten Rechnerkern des Mikrocontrollers ausgeführten Verarbeitungsvorgang, in welchem die von dem ersten Rechnerkern aufbereiteten Sensorinformationen ausgewertet und die steuerungs- und regelungstechnischen Berechnungen ausgeführt werden, deren Ausgangswerte an die zweite Recheneinheit zur Ansteuerung des Aktuators ausgegeben werden. Der Verarbeitungsvorgang besteht in der Lösung einer regeltechnischen Aufgabe, wobei das Ergebnis dieser Aufgabe in der Bereitstellung von Ausgangsdaten für den Aktuator besteht. Da diese Aufgabe eine sehr komplexe Gestalt annehmen kann, wird sie als eigenständige komponentenabhängige Aufgabe betrachtet, die auf einem eigenen Rechnerkern bearbeitet wird, was zur weiteren Entkopplung der Komplexität des
Mikrocontrollers beiträgt. Die Rechenleistung wird durch die Verwendung eines dritten Rechnerkerns weiter erhöht. Die Anzahl der Rechnerkerne, die über dieses Verfahren effizient ausgenutzt werden können, hängt davon ab, wie viele komponentenspezifische Aufgabenkomplexe in dem Steuer- und regelungstech- nischen System unterschieden werden. Damit wird die Rechenleistung des Systems weiter erhöht und die Parallelität der Abarbeitung der Aufgaben verbessert.
Vorteilhafterweise führen der erste und der zweite und/oder der dritte Rechnerkern über ein Kommunikationssystem des Steuer- und regelungstechnischen Systems gleichzeitig einen Datenaustausch mit mindestens einer Speichereinheit aus. Dabei werden die parallelen Abläufe innerhalb des Mikrocontrollers nicht nur auf die Verarbeitung durch die Rechnerkerne beschränkt, sondern bezieht sich auch auf das Kommunikationssystem, welches als Bus, Crossbar oder mikro- controller- internes Kommunikationssystem ausgebildet sein kann. Dadurch wird gewährleistet, dass mindestens zwei Rechnerkerne gleichzeitig auf den Speicher zugreifen können. Auch eine Busarbitrierung führt nicht zu einer Sequenzialisie- rung.
In einer Ausgestaltung erfolgt eine Verlaufsformung eines Ansteuersignais des Aktuators während dessen Ansteuerung auf der Grundlage der gleichzeitig ein- gelesenen Sensorinformation. Dadurch, dass die Sensorsignale im ersten
Rechnerkern parallel zur Bestimmung des Aktuatorsignals durch den zweiten Rechnerkern ausgewertet wird, kann das Aktuatorsignal direkt auf den aktuellsten Sensorwert abgestimmt werden, was eine sehr genaue Formung der Aktua- toransteuerfunktion zur Folge hat. Dies ist nur möglich, da durch die Verarbeitung der Aufgaben auf verschiedenen Rechnerkernen eine hohe Rechenleistung vorhanden ist.
In einer Weiterbildung funktioniert ein Fehlererkennungsmechanismus des ersten, zweiten oder dritten Rechnerkerns unabhängig vom dem Pfad der Steuerung und/oder Regelung. Durch die Separierung von Steuerung und/oder Regelung und Überwachung ist es somit möglich, die Umsetzung der Steuer- und regelungstechnischen Aufgaben sehr schnell, sehr genau und damit mit einer verbesserten Fehlerabdeckung zu realisieren. In einer Variante wird der Fehlererkennungsmechanismus von einem weiteren z.B. vierten Rechnerkern des Mikrocontrollers bearbeitet. Durch die Verwendung eines vierten Rechnerkerns ist der Überwachungspfad komponentenübergreifend und unabhängig von dem zu steuernden Pfad. Dabei können mehrere Sensoren und mehrere Aktuatoren gleichzeitig überwacht werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform stellt das Steuer- und/oder regelungstechnische System ein Kraftfahrzeugsystem dar. Das
erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders für Kraftfahrzeuge, wo zahlreiche hochkomplexe Steuer- und regelungstechnische Aufgaben wie Lenkung, Bremsung oder Dämpfung abzuarbeiten sind, die im einzelnen jeweils einer hohen Rechenleistung bedürfen. Die Verwendung eines Multicore-Controllers für jeweils einen der genannten Steuer- und Regelungskomplexe verbilligt den Bau eines Steuergerätes.
Eine weitere Weiterbildung der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bearbei- tung von Informationen und Aktivitäten in einem Steuer- und/oder regelungstechnischen System, in welchem die Steuer- und/oder regelungstechnischen Aufgaben von einem Mikrocontroller ausgeführt werden, wobei das Steuer- und regelungstechnische System aus verschiedenen Komponenten besteht und der Mikrocontroller Informationen erhält, welche von diesem ausgewertet und verarbeitet werden und im Ergebnis von steuerungs- und/oder regelungstechnischen Berechnungen wenigstens ein Ausgangssignal ausgegeben wird. Um eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Informationen und Aktivitäten in einem steuer- und/oder regelungstechnischen System anzugeben, welche kostengünstig herstellbar ist und trotzdem eine hohe Rechenleistung aufweist, sind Mittel vorhan- den, welche die Steuer- und regelungstechnischen Aufgaben des Systems in komponentenspezifische Aufgabenkomplexe aufteilen, wobei ein erster komponentenspezifischer Aufgabenkomplex von einem ersten Rechnerkern des MikroControllers und ein zweiter komponentenspezifischer Aufgabenkomplex von einem zweiten Rechnerkern des Mikrocontrollers bearbeitet wird. Dies hat den Vor- teil, dass sich durch die softwaremäßige Zusammenfassung von komponentenabhängigen Aufgabenkomplexen eine effektive Form der Entkopplung der Steuer- und regelungstechnischen Aufgaben des Systems ergibt, wodurch eine hohe Rechenleistung erzielt wird, da jeder Rechnerkern zu einem vorgegebenen Zeitpunkt Aufgaben eines anderen Typs verarbeitet. Durch die Verwendung eines Multicore-Controllers wird die Rechenleistung des Mikrocontrollers effektiver ausgenutzt, wobei auf die Verwendung von mehreren Mikrocontrollers verzichtet werden kann.
Vorteilhafterweise ist der erste Rechnerkern über eine erste Schnittstelle mit ei- nem Sensor und der zweite Rechnerkern über eine zweite Schnittstelle mit einem
Aktuator verbunden. Die direkte Verbindung der Rechnerkerne mit externen Komponenten des Steuer- und regelungstechnischen Systems erlaubt einem konstruktiv einfachen Anschluss des Mikrocontrollers. In einer Ausgestaltung weist das Steuer- und regelungstechnische System ein
Kommunikationssystem auf, welches sowohl den ersten Rechnerkern als auch den zweiten Rechnerkern gleichzeitig mit mindestens einer Speichereinheit, insbesondere einem Arbeitsspeicher oder einem Festwertspeicher, verbindet. Dadurch wird gewährleistet, dass mindestens zwei Rechnerkernen gleichzeitig auf der Speicher zugreifen können. Die Parallelität des Kommunikationssystems unterbindet eine Sequentialisierung der zu übertragenen Signale.
In einer Weiterbildung weist der MikroController einen dritten Rechnerkern für die Auswertung der von dem ersten Rechnerkern aufbereiteten Sensorinformationen und die Ausführung der steuerungs- und regelungstechnischen Berechnungen, deren Ausgangswerte an die zweite Recheneinheit zur Ansteuerung des Aktua- tors ausgegeben werden und/oder einen vierten Rechnerkern für den Fehlererkennungsmechanismus des Systems auf. Je nach Anzahl der parallel nebeneinander zu bearbeitenden Aufgabenkomplexe wird ein solcher Multicore-Controller ausgewählt, der die erforderliche Anzahl von Rechnerkernen umfasst, wie sie für die gleichzeitig nebeneinander zu bearbeitenden Aufgabenkomplexe notwendig sind.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
Es zeigt
Figur 1 : Prinzipdarstellung des generellen Systemkontexts nach dem
Stand der Technik
Figur 2: Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
Figur 3: schematisches Ablaufdiagramm für das Verfahren zur Bearbeitung von Informationen und Aktivitäten in einem Steuer- und/oder regelungstechnischen System
Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
In Figur 1 ist ein Kraftfahrzeug als Steuer- und regelungstechnisches System mit seinen prinzipiellen Komponenten dargestellt. Das System enthält ein Sensorelement 1 , das Informationen an eine Verarbeitungseinheit 2 liefert. Die Verarbei- tungseinheit 2 verarbeitet die vom Sensorelement 1 gelieferten Daten, wertet diese aus und berechnet Ausgangsdaten, die an einen Aktuator 3 weiter geleitet werden. Das Sensorelement 1 kann dabei Analog- oder Digitalwerte liefern. Diese Werte können über A/D-Kanäle (Analog-digital) über ein Bussystem oder ein spezielles Sensorinterface an die Verarbeitungseinheit 2 gelangen.
Das Sensorelement 1 kann einen Strom- oder Spannungswert, eine Position oder einen Winkel, einen Druck oder ein Moment oder vieles andere messen. In einem Echtzeitsystem, wie es das Kraftfahrzeug darstellt, ist die Aufgabe des Einlesens der Sensorwerte und deren Verarbeitung sehr aufwendig. Dies liegt einerseits daran, dass die Sensorwerte sehr häufig aktualisiert werden müssen. Andererseits ist immer eine nachfolgende Bearbeitung notwendig, welche beispielsweise in einer Mittelwertbildung, einer Filterung, einer Glättung oder einer Plausibilisierung bestehen kann.
Die Verarbeitung der aufbereiteten Sensordaten durch die Verarbeitungseinheit 2 besteht häufig in der Lösung einer regelungstechnischen Aufgabe, kann aber auch anders geartete algorithmische Grundlagen haben. Im Ergebnis der Bearbeitung der Sensordaten werden Ausgangsdaten für den Aktuator 3 bereitgestellt.
Die Ansteuerung des Aktuators 3 stellt eine komplexe Aufgabe dar. Beispielsweise besteht diese bei einer Einspritzung des Verbrennungsmotors aus mehreren verschiedenen Einzeleinspritzungen, welche auch verschieden ausgestaltet sein können.
Figur 2 zeigt das beschriebene System mit einem Multicore-Mikrocontroller 5. Der Multicore-Mikrocontroller 5 weist vier Rechnerkerne 6, 7, 13 und 14 auf. Über ein internes Kommunikationssystem 8 sind die Rechnerkerne 6, 7, 13, 14 unter- einander und mit einem Arbeitsspeicher 9 (RAM) und einem Festwertspeicher 10
(ROM) verbunden. Das Sensorelement 1 führt über eine erste Schnittstelle 1 1 an den ersten Rechnerkern 6, während der zweite Rechnerkern 7 über eine zweite Schnittstelle 12 auf den Aktuator 3 führt. Das interne Kommunikationssystem 8 ist derart ausgestaltet, dass es mehreren Rechnerkernen 6, 7, 13, 14 erlaubt, gleichzeitig auf den Festwertspeicher 10 und/ oder den Arbeitsspeicher 9 zuzugreifen. Der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens soll anhand von Figur 3 erläutert werden. Im Block 101 liest der Rechnerkern 6 einen Sensorwert über die Schnittstelle 1 1 ein und führt die Sensordatenerfassung und Aufbereitung durch. Die aufbereiteten Sensordaten werden im Block 102 über das interne Kommunikationssystem 8 an andere Rechnerkerne, beispielsweise an den Rechnerkern 13 geliefert, welcher die Sensordaten zur Lösung einer regeltechnischen Aufgabe nutzt und Ausgangsdaten für den Aktuator 3 bestimmt. Diese Ausgangsdaten werden über das interne Kommunikationssystem 8 wieder den anderen Rechnerkernen zur Verfügung gestellt. Beispielsweise kann der Rechnerkern 7 aus den zur Verfügung stehenden Daten Ansteuerparameter für den Aktuator 3 bestimmen und diesen über die Schnittstelle 12 ansteuern (Block 103).
Im Block 104 werden die Abläufe in den Rechnerkernen 6, 7 und 13 und das Sensorelement 1 sowie der Aktuator 3 durch den Rechnerkern 14 überwacht, in welchem ein Fehlererkennungsmechanismus abgelegt ist. Diese Fehlerüberwachung erfolgt somit unabhängig von den Rechnerkernen 6, 7, 13, die mit den Steuer- und regelungstechnischen Aufgaben befasst sind.
Das Verfahren kann mit mehr oder auch weniger Rechnerkernen verwendet werden. Ist der Verarbeitungsschritt beispielsweise sehr einfach, kann dieser auch von dem Rechnerkern 6 oder 7 übernommen werden. Es ist dann immer noch möglich, die Aktuatoransteuerung und die Sensorverarbeitung zu parallelisieren.
Falls keine unabhängige Fehlerüberwachung notwendig ist, kann auch auf den entsprechenden Rechnerkern 14 verzichtet werden, so dass der Kern des Verfahrens auch auf einem 2-Rechnerkernsystem dargestellt werden kann. Falls mehrere Sensoren in dem System eine Rolle spielen, kann man diese Sensoren auf einem Rechnerkern 7 einlesen und Verarbeiten oder auch mehrere Rechnerkerne (beispielsweise einen pro Sensor) verwenden.
Eine nützliche Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf zwei Rechnerkernen kann für Überwachungszwecke realisiert werden. Einer der beiden Kerne übernimmt in diesem Fall die Ansteuerung eines Aktuator, beispielsweise eines Einspritzsystems oder eines Elektromotors. In vielen Anwendungen, die über eingebettete Systeme realisiert werden (beispielsweise im Kraftfahrzeug), ist es wichtig, diese Ansteuerung zu überwachen, d.h. sicherzustellen, dass das gewünschte Ergebnis der Ansteuerung sich im System tatsächlich auch einstellt. Dann ist vorteilhaft, über einen Sensor, der dieses Ergebnis auch misst, zu über- prüfen, ob die wirkende Kette von der Ansteuerung bis zur Aktuatorik korrekt funktioniert. Systemtechnisch ist es zu bevorzugen, mit der Sensorik möglichst direkt das Ergebnis zu messen, oft ist es jedoch notwendig, über ein Modell aus den gemessenen Größen das Ergebnis zu berechnen. Es kann also einen auch beträchtlichen Rechenaufwand erfordern, dieses Ergebnis zu berechnen. Damit ist es schon aus Performanzgründen vorteilhaft, das erfindungsgemäße Verfahren zu verwenden und diese Sensorauswertung und eventuell zusätzlich den Vergleich mit dem gewünschten Ergebnis auf dem zweiten Kern vorzunehmen. Auch Sicherheitsgründe sprechen dafür, dieses Verfahren anzuwenden, da der zweite Kern eine unabhängige Prüfung der Wirkkette ist, die über den ersten Kern läuft. Vorteilhaft ist in diesem Fall noch, wenn durch geeignete HW-
Maßnahmen, wie z.B. eine exklusive Zugänglichkeit zu der Sensorschnittstelle, sichergestellt ist, dass auch nur der zweite Kern direkt die Sensorwerte erhält, da dann die Unabhängigkeit auf der Systemebene noch stärker ausgeprägt ist. Die Anwendung des Verfahrens hat sicherheitstechnisch darüber hinaus noch den Vorteil einer kürzeren Fehlerentdeckungszeit, da die Überwachung zeitlich echt parallel läuft. Damit ist es möglich, schon bei kleinen Abweichungen geeignet zu reagieren, indem beispielsweise eine Nachricht vom überwachenden Kern an den wirkenden Kern geschickt wird, und somit frühzeitig Gegenmaßnahmen eingeleitet werden. Diese Erweiterung sorgt dann sogar für eine Verfügbarkeitser- höhung.
Es ist auch eine nützliche Erweiterung des Verfahrens, wenn die Ergebnisse der Rechnerkerne (aller oder einzelner) über das Kommunikationssystem 8 in den Arbeitsspeicher 9 geschrieben werden, auf den dann die anderen Rechnerkerne Zugriff haben.
Insbesondere in einem periodischen System kann man dieses Verfahren ebenfalls gut einsetzen, wenn beispielsweise ein Rechnerkern in einem Zyklus Daten benutzt, die von den anderen Rechnerkernen im vorhergehenden Zyklus berech- net werden. Auch wenn zwei Vorgänge zeitlich parallel ausgeführt werden sollen, kann dieses Verfahren gut eingesetzt werden. Beispielsweise, wenn für die Ansteuerung eines Aktuators ganz aktuelle Sensorwerte berücksichtigt werden sollen, kann man dieses Verfahren einsetzen, um die Parallelität zu implementieren. Diese kann dann dazu verwendet werden, eine zeitlich hoch auflösende Verlaufsformung eines Ansteuersignales darzustellen oder auch eine sehr genaue Überwachung zu implementieren.
Im Kraftfahrzeug gibt es eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten für diese Erfindung. Wird in einem Fahrzeugsystem die Einspritzung als Aktorik verwendet, wobei mehrere Einspritzdüsen die Aktuatoren 3 darstellen, sind mehrere Sensorelemente 1 notwendig, um die Aktorik richtig einzustellen. Dabei müssen als Sensordaten zum Beispiel der Raildruck, der Brennraumdruck in den Zylindern, die Abgastemperatur und der Lambdafaktor gemessen werden.
In einem Bremssystem wird als Aktuator 3 entweder ein Ventil oder ein Elektromotor genutzt. Zur richtigen Ansteuerung dieser Aktuatoren müssen der Bremsdruck und die Raddrehzahlen detektiert werden. Im Body - Bereich wird als Aktuator eine Lampe verwendet, während als Sensorwert eine Tasterstellung ausgewertet wird.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zur Bearbeitung von Informationen und Aktivitäten in einem Steuer- und/oder regelungstechnischen System, in welchem die Steuer- und/oder regelungstechnischen Aufgaben von einem Mikrocontroller (5) ausgeführt werden, wobei das Steuer- und regelungstechnische System aus verschiedenen Komponenten (1 , 3) besteht und der Mikrocontroller (5) Informationen erhält, welche von diesem ausgewertet und verarbeitet werden und im Ergebnis von steuerungs- und/oder regelungstechnischen Berechnungen wenigstens ein Ausgangssignal ausgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und regelungstechnischen Aufgaben des Systems in komponentenspezifische Aufgabenkomplexe aufgeteilt werden, wobei ein erster komponentenspezifischer Aufgabenkomplex von einem ersten Rechnerkern (6) des Mikrocontrollers (5) und ein zweiter komponentenspezifischer Aufgabenkomplex von einem zweiten Rechnerkern (7) des Mikrocontrollers (5) bearbeitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitung des ersten komponentenspezifischen Aufgabenkomplexes durch den ersten Rechnerkern (6) gleichzeitig zur Bearbeitung des zweiten komponentenspezifischen Aufgabenkomplexes durch den zweiten Rechnerkern (7) erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der erste komponentenspezifische Aufgabenkomplex das Einlesen und/oder Aufbereiten von Informationen eines Sensors (1 ) durch den ersten Rechnerkern (6) und der zweite komponentenspezifische Aufgabenkomplex die Ansteuerung und/oder Regelung eines Aktuators (3) durch den zweiten Rechnerkern (7) umfasst.
4. Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter komponentenspezifischer Komplex in einem von einem dritten Rechnerkern (13) des Mikrocontrollers (5) ausgeführten Verarbeitungsvorgang besteht, in wel- chem die von dem ersten Rechnerkern (6) aufbereiteten Sensorinformationen ausgewertet und die steuerungs- und regelungstechnischen Berechnungen ausgeführt werden, deren Ausgangswerte an die zweite Recheneinheit (7) zur Ansteuerung des Aktuators (3) ausgegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, dass der erste (6) und der zweite (7) und/oder der dritte Rechnerkern (13) über ein Kommunikationssystem (8) gleichzeitig einen Datenaustausch mit mindestens einer Speichereinheit (9, 10) ausführen.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass eine Verlaufsformung eines Ansteuersignais des Aktuators (3) während dessen Ansteuerung auf der Grundlage der gleichzeitig eingelesenen Sensorinformation erfolgt.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass ein Fehlererkennungsmechanismus des ersten (6), zweiten (7) und dritten Rechnerkerns (13) unabhängig vom dem Pfad der Steuerung und/oder Reglung funktioniert.
Verfahren nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass der Fehlererkennungsmechanismus von einem vierten Rechnerkern (14) des Mikrocontrol- lers (5) bearbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das steuer- und/oder regelungstechnische System ein Kraftfahrzeugsystem darstellt.
10. Vorrichtung zur Bearbeitung von Informationen und Aktivitäten in einem
Steuer- und/oder regelungstechnischen System, in welchem die steuer- und/oder regelungstechnischen Aufgaben von einem MikroController (5) ausgeführt werden, wobei das Steuer- und regelungstechnische System aus verschiedenen Komponenten (1 ,2,3) besteht und der MikroController (5) Informationen erhält, welche von diesem ausgewertet und verarbeitet werden und im Ergebnis von steuerungs- und/oder regelungstechnischen Berech- nungen wenigstens ein Ausgangssignal ausgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (5) vorhanden sind, welche die Steuer- und regelungs- technischen Aufgaben des Systems in komponentenspezifische Aufgabenkomplexe aufteilen, wobei ein erster komponentenspezifischer Aufgabenkomplex von einem ersten Rechnerkern (6) des MikroControllers (5) und ein zweiter komponentenspezifischer Aufgabenkomplex von einem zweiten Rechnerkern (7) des Mikrocontrollers (5) bearbeitet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass der erste Rechnerkern (6) über eine erste Schnittstelle (1 1 ) mit einem Sensor (1 ) und der zweite Rechnerkern (7) über eine zweite Schnittstelle (12) mit einem Ak- tuator (3) verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 1 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Steuer- und regelungstechnische System ein Kommunikationssystem (8) aufweist, welches sowohl den ersten Rechnerkern (6) als auch den zweiten Rechnerkern (7) gleichzeitig mit mindestens einer Speichereinheit, insbesondere einem Arbeitsspeicher (9) oder einem Festwertspeicher (10), verbindet.
Vorrichtung nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocont- roller (5) einen dritten Rechnerkern (13) für die Auswertung der von dem ersten Rechnerkern (6) aufbereiteten Sensorinformationen und die Ausführung der steuerungs- und regelungstechnischen Berechnungen, deren Ausgangswerte an den zweiten Rechnerkern (7) zur Ansteuerung des Aktuators (3) ausgegeben werden und/oder einen vierten Rechnerkern (14) für den Fehlererkennungsmechanismus des Systems aufweist.
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