JP2015099517A - 車両制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、メモリ管理ユニットのようなハードウェアを用いなくても、ソフトウェアがアクセスする記憶領域が変更される場合にソフトウェアの再利用性を高めることができる車両制御装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、異なる安全度が設定される複数のソフトウェアと、前記複数のソフトウェアの安全度に対応して複数に区分され、ソフトウェアにより演算されるデータを記憶する安全度対応記憶領域と、前記安全度の高いソフトウェアによって演算されたデータを安全度の低いソフトウェアのアクセス用に記憶する共有記憶領域と、前記ソフトウェアの安全度に応じて、同一のデータを参照する際のアクセス先の記憶領域を切り換える切換部と、を備え、前記複数のソフトウェアは、前記同一のデータを参照するために前記切換部を呼び出す関数を含むことを特徴とする。【選択図】図1
Description
本発明は、車両制御装置に関する。
自動車、エレベータ、建設機械等の技術分野ではいわゆる組込みソフトウェアによって制御対象を制御する、組込み制御装置が用いられている。組込みソフトウェアは、従来の機械的機構や電気回路による方式に比べて柔軟かつ高度な制御が実現できることが利点として挙げられる。
このような組込み制御装置、例えば車両用の制御装置では、近年急速に高性能化が進むと共にシステムの複雑化が進み、予期せぬ誤動作が生じることが懸念されている。このため、安全装置やフェールセーフ機能の設置が機能安全規格(ISO26262)によって規定されている。
このような組込み制御装置、例えば車両用の制御装置では、近年急速に高性能化が進むと共にシステムの複雑化が進み、予期せぬ誤動作が生じることが懸念されている。このため、安全装置やフェールセーフ機能の設置が機能安全規格(ISO26262)によって規定されている。
ISO26262では、自動車の安全要求と安全対策を指定する安全度の指標としてASIL(Automotive Safety Integrity Level)が定められている。メーカは部品ごとに満たすべきASILを決定し、必要な安全機能および安全対策を設置する。一般的に、安全性に重大な影響がある部品ほど安全度が高く設定され高い安全性が保証されるが、開発コストも高くなる。そのため、メーカは高い安全性が求められる部品を精度良く見極め、それぞれの部品に適切な安全度を設定する必要がある。
ところで、一つの装置内で動作する複数のアプリケーションに対して異なる安全度が設定されると、ASILが異なるアプリケーションが、一つの統合ECUに混在する状態となってしまう。通常、ASILが異なるアプリケーションが同一のプラットフォームに混在する場合には、安全度が高いアプリケーション側の安全度水準に統一することが考えられる。
これに対し、機能安全規格では、アプリケーション同士が無干渉であり、互いの故障が伝播しあう可能性が無ければ(即ち、パーティショニングされていれば)異なる安全度水準を設けて良いとされている。そのため近年、同一の制御装置上に割り当てられた複数のソフトウェア間における故障伝播を防ぐ技術が必要とされている。
例えば特許文献1では、安全度の異なるソフトウェア間の独立性を保証する技術として、メモリ管理ユニット(MMU)が有するメモリ保護技術を用いることで、ソフトウェアのメモリアクセス先を保護するリソースパーティショニング手法が提案されている。
ところで、制御装置では、ソフトウェアの作成中や完成後にソフトウェアに設定される安全度が変更されるなどの事情により、参照するデータの内容は同じにもかかわらず、アクセスする記憶領域が変更となる場合がある。この場合、制御装置にメモリ管理ユニットが設けられていれば、安全度が変更されたソフトウェアのアクセス先をメモリ管理ユニットで変更することにより対応できるが、制御装置にメモリ管理ユニットが設けられない場合には、各ソフトウェアが禁止されている記憶領域にアクセスすることの無いようにプログラムを記述する必要がある。
従って、制御装置がメモリ管理ユニットを有しない場合には、ソフトウェアがアクセスする記憶領域の設定に変更があると、データを参照するためのアクセス先を変更するためにプログラムを書き換える必要があった。
しかし、これでは既に作成されたプログラムをそのまま利用することができない上に、プログラムの書き換え作業によってソフトウェアの不具合が生じるおそれがあり、ソフトウェアの再利用性が低いという問題がある。
そこで、本発明は、メモリ管理ユニットのようなハードウェアを用いなくても、ソフトウェアがアクセスする記憶領域が変更される場合にソフトウェアの再利用性を高めることができる車両制御装置を提供することを目的とする。
本発明は、異なる安全度が設定される複数のソフトウェアと、前記複数のソフトウェアの安全度に対応して複数に区分され、ソフトウェアにより演算されるデータを記憶する安全度対応記憶領域と、前記安全度の高いソフトウェアによって演算されたデータを安全度の低いソフトウェアのアクセス用に記憶する共有記憶領域と、前記ソフトウェアの安全度に応じて、同一のデータを参照する際のアクセス先の記憶領域を切り換える切換部と、を備え、前記複数のソフトウェアは、前記同一のデータを参照するために前記切換部を呼び出す関数を含むことを特徴とする。
本発明によれば、メモリ管理ユニットのようなハードウェアを用いなくても、ソフトウェアがアクセスする記憶領域が変更される場合にソフトウェアの再利用性を高めることができる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図1は、実施例1の車両制御装置を示すシステム構成図である。
本実施例の車両制御装置1は、図1に示すように、安全度が異なる複数のソフトウェア10101,10201,10301と、複数のソフトウェア10101,10201,10301の安全度に対応して複数に区分され、ソフトウェアにより演算されるデータを記憶する安全度対応記憶領域10401,10402と、安全度の高いソフトウェアによって演算されたデータを安全度の低いソフトウェアのアクセス用に記憶する共有記憶領域10403と、ソフトウェアの安全度に応じて、同一のデータを参照する際のアクセス先の記憶領域を切り換える切換部10102,10202,10302とを有する。
なお、車両制御装置2は、自動車安全規格要求(ISO262626)で規定されている安全要求レベル(ASIL)に基づき、ソフトウェアの安全度が区分されている。また、アクセスとは、記憶部104内のデータを呼び出す処理(Read)でも良いし、記憶領域内にデータを書き込む処理(Write)でも良い。
また、車両制御装置1は、いわゆるマルチコアプロセッサであり、コアプロセッサと呼ばれる複数の制御部101,102,103と、記憶部104とを有し、各ソフトウェア10101,10201,10301及び各切換部10102,10202,10302は、それぞれ各制御部101,102,103に備えられる。
車両制御装置2は、各制御部101,102,103ごとに異なる安全度のソフトウェア10101,10201,10301が搭載される。具体的には、制御部101のソフトウェア10101及び制御部103のソフトウェア10301は、高い安全度が設定されるASILソフトウェアであり、制御部102のソフトウェア10201は、ASILソフトウェアよりも低い安全度が設定されるQMソフトウェアである。
記憶部104は、前記安全度対応記憶領域として、ASIL記憶領域10401、QM記憶領域10402とを有する。
ASIL記憶領域10401は、ASILソフトウェア10101に対応する記憶領域であり、ASILソフトウェア10101が演算したデータやASILソフトウェア10101が参照するデータが格納される。QM記憶領域10402は、QMソフトウェア10201に対応する記憶領域であり、QMソフトウェア10101が演算したデータやQMソフトウェア10101が参照するデータが格納される。
また、共有記憶領域10403は、ASILソフトウェア10101とQMソフトウェア10201との間で共有されるデータを記憶する領域であり、具体的には、ASILソフトウェア10101で演算されたデータをQMソフトウェア10201でも利用するのに備えてQMソフトウェア10201のために記憶する領域である。
図2は、本実施形態に係る車両制御装置1に搭載されたソフトウェア10101,10201および切換部10102および記憶領域10401を示したサンプルプログラムである。プログラム1010101,1010102,1010103は、高安全度が要求されているASILソフトウェア10101に含まれ、プログラム1020101は、高安全度が要求されていないQMソフトウェア10201に含まれる。
また、切換部10102,10202,10302は、プログラム1010201によって実現されている。これにより、車両制御装置1がメモリ管理ユニットなどのハードウェアを備えているか否かにかかわらずソフトウェアによってパーティショニングを実現することができ、ソフトウェアの再利用性を向上させることも可能となる。
また、この車両制御装置1のソフトウェア10101,10201では、a〜gの値が制御に用いられる。このうち、cの値(即ち、データ)は、ASILソフトウェア10101とQMソフトウェア10201との間で共有される。具体的には、a,b,d〜gは変数であり、cは切換部10102,10202,10302を呼び出す関数によって記述される。図2の例では、cは例えばget_c(getf_id(f_name))と記述される。
プログラム1010101は、a,bを用いてcを演算するプログラム(例えばc=a+b)であり、ASIL記憶領域10401に演算結果であるcのデータを格納する。上述のとおり、cのデータはQMソフトウェア10201でも用いられることから、ASILソフトウェア10101は、QMソフトウェア10201がcのデータを利用可能とする必要がある。プログラム1010102は、このためにcのデータをコピーするプログラムであり、ASIL記憶領域10401に格納されているcのデータを読み出し、共有記憶領域10403にc_QMのデータとして格納する。このようにして、ASIL記憶領域10401に格納されたcのデータと共有記憶領域10403に格納されたc_QMのデータを一致させる。
次に、ASILソフトウェアであるプログラム1010103は、d,cを用いてeを演算するプログラム(例えばe=d+c)である。また、QMソフトウェアであるプログラム1020101は、f,cを用いてgを演算するプログラム(例えばg=f+c)である。
プログラム1010201は、c含むプログラムが動作した際に呼び出されるプログラムであり、呼び出し元の安全度情報を参照して、呼び出し元に応じてデータの参照先を変更するプログラムである。具体的には、プログラム1010201は、呼び出し元の安全度情報に応じてデータの参照先を変更する条件判定文によって記述される。
呼び出し元の安全度情報の一例は、図3(A)に示すように例えばソフトウェア又はプログラムごとに安全度を対応付けた情報である。図3(A)は、ソフトウェアの安全度情報を格納した安全度情報テーブルである。安全度情報テーブル10601は、ソフトウェア10101,10201,10301のプログラムそれぞれが、高安全が要求されているASILソフトウェアまたは要求されていないQMソフトウェアのどちらに分類されているかの情報を保持している。切換部10102,10202,10302は、この安全度情報テーブル106010の情報を利用することで、自身を呼び出したプログラムの安全度がASILかどうか、を判断できる。即ち、この方法は、プログラム1010201を呼び出したプログラムを呼出し元の関数名で判断する方法である。
ところで、車両制御装置1は、各制御部101,102,103ごとに異なる安全度のソフトウェア10101,10201,10301が搭載される。従って、本実施例の場合には、動作する制御部が判明すればソフトウェアの安全度が分かる。従って、呼び出し元の安全度情報としては、図3(B)に示すように、各制御部に格納されるソフトウェアの安全度に基づいて決定される各制御部の固有情報(即ち、各制御部ごとに安全度を対応付けた情報)であってもよい。
具体的には、図3(B)の安全度情報テーブル10602は、制御部101,102,203それぞれが、高安全が要求されている制御部または要求されていないQM制御部のどちらに分類されているかの情報を保持しており、切換部10102,10202,10302は、こちらの情報を用いた場合でも、自身を呼び出したプログラムの安全度がASILかどうか判断ができる。このようにすれば、安全度の情報を呼び出し元の機能ごとに対応付けて記憶する必要が無く、処理負荷の軽減やリソースの効率化を図ることができる。
プログラム1010201は、上記安全度情報に基づいて、プログラム1010103から呼び出された場合には、呼び出し元のプログラム1010103がASILソフトウェアであることを条件判定文にて判断し、ASIL記憶領域10401にアクセスし、格納されたcのデータをプログラム1010103に返す。これにより、プログラム1010103はcのデータを得ることができる。
一方、プログラム1010201は、プログラム1010101から呼び出された場合には、呼出し元のプログラム1020101がQMソフトウェアであることを条件判定文にて判断し、共有記憶領域10403にアクセスし、格納されたc_QMのデータを返す。これにより、プログラム1020101はcと等しいデータc_QMのデータを得ることができる。
図4は、車両制御装置1の切換部10102,10202,10302における処理手順を示すフローチャートである。ステップS101021から処理が始まる。ステップS101022で切換部10102,10202,10302を呼び出したソフトウェアが安全度の高いソフトウェアかどうか(即ち、プログラム1010201を呼び出したプログラムがASILソフトウェアであるかどうか)を確認する。Yesの場合はステップS101023に進み、Noの場合はステップS101024に進む。ステップS101023では、ASIL記憶領域10401にアクセスする。ステップS101024では、共有記憶領域10403にアクセスする。ステップS101025で処理を終了する。
なお、車両制御装置1は、アクセス先の共有記憶領域のアドレスがソフトウェアの実行中は固定される(即ち、変化しない)ように構成される。具体的には、変数cやc_QMとしてグローバル変数が使用される。このようにソフトウェアの実行中は変数cやc_QMのアドレスを不変とすることで、アクセスを迅速に行うことができるため、制御の迅速さが求められる車両制御に適している。また、ソフトウェアの実行中とは、例えば車両制御装置1の起動から動作終了までの期間である。
また、車両制御装置1は、切換部10102,10202,10302は、ソフトウェア10101,10201,10301等のアプリケーションソフトウェアと異なり、いわゆるミドルウェアとして実装される。これにより、ソフトウェア10101,10201,10301の安全度が変更された場合には、ソフトウェア10101,10201,10301のプログラムは変更する必要がなく、開発効率を向上させることができる。但し、切換部がいわゆるアプリケーションソフトウェアに組み込まれるものであってもよい。
以上のように、ASILソフトウェアであるプログラム1010103とQMソフトウェアであるプログラム1020101とは、異なる記憶領域にアクセスすることでパーティショニングを実現しつつも、cに関して同一のデータを得ることができる。即ち、QMソフトウェアであるプログラム1020101からASILソフトウェアであるプログラム1010103への関与は存在しないため、QMソフトウェアからASILソフトウェアへの故障伝播を防ぐことができる。これにより、同一の車両制御装置の中に異なる安全度のソフトウェアを混在させることができる。また、ASILソフトウェアであるプログラム1010103及びQMソフトウェアであるプログラム1020101はcのデータを入手するため、同じ関数呼び出しにて切換部であるプログラム1010201を呼び出せるため、例えソフトウェアに要求される安全度に変更があったとしても、プログラムを書換える必要がない。つまり、メーカが割り当てたASILに変更があったとしても、既存のプログラムを再利用できるといった利点がある。
また、近年、機能安全規格とは別に、コスト削減を目的として制御装置の統合化に注目が集まっている。今までは複数のECUを用いて実現していた各アプリケーションを一つのECUに集約するいわゆるマルチコア化を図ることで、消費電力の低減や搭載スペースの削減に期待が寄せられている。本実施例によれば、ECUを統合化して異なる安全度のアプリケーションが混在して、パーティショニングが実現されることで、ECU統合前の安全水準のままアプリケーションを集約することができるため、既存のソフトウェアの再利用が促進される。
図5は、本実施例の車両制御装置2を示すシステム構成図である。なお、他の実施例と共通する内容に関しては説明を割愛する。本実施例の車両制御装置2は、各制御部201,202,203のソフトウェア20101,20201,20301がそれぞれ安全度の異なる複数のプログラムによって構成されている。この場合であっても、各プログラムが動作する際に切換部20102,20202,20302が動作するソフトウェアの安全度を個別に判断し、記憶部204の対応する記憶領域20401,20402,20403に適切にアクセスすることができる。
図6は、本実施例の車両制御装置3を示すシステム構成図である。なお、他の実施例と共通する内容に関しては説明を割愛する。本実施例の車両制御装置は、複数のソフトウェア30101,30201,30301を格納する複数の制御部301,302,303を有し、切換部305は、複数の制御部301,302,303に対して一つ設けられる。切換部305は、制御部301,302,303から共通に利用されるライブラリのようなソフトウェアによって構成される。これによって、記憶部304の対応する記憶領域30401,30402,30403に適切にアクセスすることができる。
図7は、本実施例の車両制御装置4を示すシステム構成図である。なお、他の実施例と共通する内容に関しては説明を割愛する。車両制御装置4は、この車両制御装置4は、いわゆるシングルコアプロセッサであり、複数のソフトウェア40101,40201,40301と、複数のソフトウェア40101,40201,40301に対して設けられる切換部402とを格納する制御部401が一つ設けられる。即ち、制御部401の中に切換部402が設けられる。これによって、記憶部404の対応する記憶領域40401,40402,40403に適切にアクセスすることができる。
図8は、本実施例の車両制御装置5を示すシステム構成図である。なお、他の実施例と共通する内容に関しては説明を割愛する。車両制御装置5は、複数のソフトウェア50101,50201,50301を格納する制御部501を有し、切換部505は、制御部501に対して設けられる。即ち、制御部501と切換部505とが一つ設けられ、制御部501の外部に切換部505が設けられる。
なお、本発明に係る車両制御装置は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。
例えば、上記実施形態では、ソフトウェアの安全度が安全要求レベル(ASIL)に基づき区分される例について説明したが、これに限定されるものではなく、図9に示すように、何らかの安全度に基づいて区分されるものであれば本発明を適用することができる。
また、上記実施形態では、ソフトウェアの安全度としてASIL又はQMの2段階を設ける例について説明したが、これに限定されるものではなく、例えばソフトウェアをさらに細かくASIL−A〜Dに区分し、これらに対応した安全度対応記憶領域を設けるものであっても良い。
また、上記実施形態では、切換部がソフトウェアの関数によって構成されるものを例に説明したが、これに限定されるものでなく、リンカスクリプトによって構成されるものであってもよい。
1…車両制御装置、101,102,103…制御部、10101,10201,10301…ソフトウェア、10102,10202,10302…切換部、104…記憶領域,10401,10402…安全度対応記憶領域、10403…共有記憶領域
Claims (12)
- 異なる安全度が設定される複数のソフトウェアと、
前記複数のソフトウェアの安全度に対応して複数に区分され、ソフトウェアにより演算されるデータを記憶する安全度対応記憶領域と、
前記安全度の高いソフトウェアによって演算されたデータを安全度の低いソフトウェアのアクセス用に記憶する共有記憶領域と、
前記ソフトウェアの安全度に応じて、同一のデータを参照する際のアクセス先の記憶領域を切り換える切換部と、を備え、
前記複数のソフトウェアは、前記同一のデータを参照するために前記切換部を呼び出す関数を含むことを特徴とする車両制御装置。 - 前記複数のソフトウェアと、前記切換部とを格納する制御部を複数有することを特徴とする請求項1に記載の車両制御装置。
- 前記複数のソフトウェアを格納する複数の制御部を有し、
前記切換部は、前記複数の制御部に対して設けられることを特徴とする請求項1に記載の車両制御装置。 - 前記複数のソフトウェアと、前記複数のソフトウェアに対して設けられる前記切換部とを格納する制御部を有することを特徴とする請求項1に記載の車両制御装置。
- 前記複数のソフトウェアを格納する制御部を有し、
前記切換部は、前記制御部に対して設けられることを特徴とする請求項1に記載の車両制御装置。 - 前記安全度は、ASILに基づいて設定されることを特徴とする請求項1に記載の車両制御装置。
- 前記アクセス先の共有記憶領域のアドレスがソフトウェアの実行中は固定されることを特徴とする請求項1に記載の車両制御装置。
- 前記切換部は、ソフトウェアの関数により構成されていることを特徴とする請求項1に記載の車両制御装置。
- 前記切換部は、リンカスクリプトにより構成されていることを特徴とする請求項1に記載の車両制御装置。
- 前記切換部が前記ソフトウェアの安全度を判断するための安全度情報テーブルを有することを特徴とする請求項1に記載の車両制御装置。
- 前記安全度情報テーブルは、前記各ソフトウェアごとの安全度に関する情報で構成されていることを特徴とする請求項1に記載の車両制御装置。
- 前記複数のソフトウェアを格納する複数の制御部を有し、
前記各制御部には、前記制御部ごとに同じ安全度のソフトウェアが格納され、
前記安全度情報テーブルは、前記制御部に格納されるソフトウェアの安全度に基づいて決定される各コアの固有情報で構成されていることを特徴とする請求項1に記載の車両制御装置。
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JP2019215725A (ja) * | 2018-06-13 | 2019-12-19 | 株式会社デンソー | 電子制御装置及びソフトウエア生成方法 |
DE112022003755T5 (de) | 2021-08-04 | 2024-05-29 | Yazaki Corporation | Fahrzeugsystem |
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