JP2022110522A - 車載コンピュータ、コンピュータ実行方法及びコンピュータプログラム - Google Patents

車載コンピュータ、コンピュータ実行方法及びコンピュータプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】複数の仮想装置に係るタスクコンテキストスイッチに伴う複数の物理デバイスの状態の切り替え処理負荷を低減することができる車載コンピュータを提供する。【解決手段】レジスタを有するプロセッサ及びレジスタを有する複数の物理デバイスを含む物理リソースを備え、物理リソースを時分割して割り当てることにより、複数の仮想装置を生成する車載コンピュータは、第1の仮想装置から第2の仮想装置へ切り替える場合、第1の仮想装置に係るプロセッサのレジスタ値を退避し、第2の仮想装置に係るプロセッサのレジスタ値を復元し、第1の仮想装置から第2の仮想装置へ切り替える場合、第2の仮想装置が使用する物理デバイスのレジスタ値の変更の要否を判定し、変更要と判定した場合、第2の仮想装置に係る物理デバイスのレジスタ値を物理デバイスに復元する。【選択図】図7

Description

本開示は、車載コンピュータ、コンピュータ実行方法及びコンピュータプログラムに関する。
車両には、車載ネットワークに接続された複数の電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit、以下、ECUと呼ぶ。)が搭載されている。近年、先進運転支援システム(ADAS: Advanced Driver-Assistance Systems)、自動運転技術、人工知能技術の導入等、車両の高機能化に伴い、車両に搭載されるECUは増加傾向にある。また、パワー・トレーン系、ボディ系、シャシー系等の機能別に用意されたECU間の密接な連携が必要になってきている。
そこで、機能別に搭載されていた複数のECUの機能を特定の車載コンピュータに統合及び集約することが考えられている。車載コンピュータは、例えば仮想化技術を用いて各ECUを仮想装置として生成し、各ECUの機能を実現するためのプログラムを仮想装置上で実行することにより、各種ECUの機能を統合する(例えば、特許文献1、特許文献2)。
車載コンピュータのプロセッサは、複数のECUを再現する仮想装置、当該仮想装置上のプログラムに係るタスクをスケジューリングし、各仮想装置に係るタスクを切り替えて実行している。
特開2011-198346号公報 特開2011-118578号公報
ところで、ECUに搭載されるような組み込みプロセッサにおいては、車載コンピュータは、複数の仮想装置に係るタスクを切り替える際、プロセッサの状態であるコンテキストのスイッチングのみならず、SCB(System Control Block)、MMU(Memory Protection Unit)、その他ペリフェラル等の複数の物理デバイスの状態を管理し、切り替える必要がある。
しかしながら、従来技術においては、物理デバイスの状態管理及びコンテキストスイッチに係る処理負荷について考慮されておらず、無駄な処理負荷が発生していた。
本開示の目的は、複数の仮想装置に係るタスクコンテキストスイッチに伴う複数の物理デバイスの状態の切り替え処理負荷を低減することができる車載コンピュータ、コンピュータ実行方法及びコンピュータプログラムを提供することにある。
本開示の一態様に係る車載コンピュータは、レジスタを有するプロセッサ及びレジスタを有する複数の物理デバイスを含む物理リソースを備え、該物理リソースを時分割して割り当てることにより、複数の仮想装置を生成する車載コンピュータであって、前記プロセッサは、第1の前記仮想装置から第2の前記仮想装置へ切り替える場合、第1の前記仮想装置に係る前記プロセッサのレジスタ値を退避し、第2の前記仮想装置に係る前記プロセッサのレジスタ値を復元し、第1の前記仮想装置から第2の前記仮想装置へ切り替える場合、第2の前記仮想装置が使用する前記物理デバイスのレジスタ値の変更の要否を判定し、変更要と判定した場合、第2の前記仮想装置に係る前記物理デバイスのレジスタ値を該物理デバイスに復元する。
本開示の一態様に係るコンピュータ実行方法は、レジスタを有するプロセッサ及びレジスタを有する複数の物理デバイスを含む物理リソースを備え、該物理リソースを時分割して割り当てることにより、複数の仮想装置を生成する車載コンピュータは、第1の前記仮想装置から第2の前記仮想装置へ切り替える場合、第1の前記仮想装置に係る前記プロセッサのレジスタ値を退避し、第2の前記仮想装置に係る前記プロセッサのレジスタ値を復元し、第1の前記仮想装置から第2の前記仮想装置へ切り替える場合、第2の前記仮想装置が使用する前記物理デバイスのレジスタ値の変更の要否を判定し、変更要と判定した場合、第2の前記仮想装置に係る前記物理デバイスのレジスタ値を該物理デバイスに復元する。
本開示の一態様に係るコンピュータプログラムは、レジスタを有するプロセッサ及びレジスタを有する複数の物理デバイスを含む物理リソースを備え、該物理リソースを時分割して割り当てることにより、複数の仮想装置を生成する車載コンピュータに、第1の前記仮想装置から第2の前記仮想装置へ切り替える場合、第1の前記仮想装置に係る前記プロセッサのレジスタ値を退避し、第2の前記仮想装置に係る前記プロセッサのレジスタ値を復元し、第1の前記仮想装置から第2の前記仮想装置へ切り替える場合、第2の前記仮想装置が使用する前記物理デバイスのレジスタ値の変更の要否を判定し、変更要と判定した場合、第2の前記仮想装置に係る前記物理デバイスのレジスタ値を該物理デバイスに復元する処理を実行させる。
上記によれば、複数の仮想装置に係るタスクコンテキストスイッチに伴う複数の物理デバイスの状態の切り替え処理負荷を低減することができる車載コンピュータ、コンピュータ実行方法及びコンピュータプログラムを提供することができる。
なお、本願は、このような特徴的なプロセッサを備える車載コンピュータとして実現することができるだけでなく、上記の通り、かかる特徴的な処理をステップとするコンピュータ実行方法として実現したり、かかるステップをコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムとして実現したりすることができる。また、車載コンピュータの一部又は全部を実現する半導体集積回路として実現したり、車載コンピュータを含むその他のシステムとして実現したりすることができる。
車載通信システムのネットワーク構成を示すブロック図である。 車載通信システムの構成例を示すブロック図である。 プロセッサの構成例を示すブロック図である。 車載コンピュータによって生成される仮想装置の概念図である。 デバイス構成テーブルの一例を示す概念図である。 第2物理デバイスの設定値の一例を示す概念図である。 実施形態1のコンテキストスイッチ処理に係る機能ブロック図である。 実施形態1のコンテキストスイッチ処理手順を示すフローチャートである。 実施形態1に係るタスクのスイッチング処理を示す概念図である。 実施形態2のコンテキストスイッチ処理に係る機能ブロック図である。 実施形態2のコンテキストスイッチ処理手順を示すフローチャートである。 実施形態3のコンテキストスイッチ処理に係る機能ブロック図である。 実施形態3のコンテキストスイッチ処理手順を示すフローチャートである。 実施形態3に係るタスクのスイッチング処理を示す概念図である。
[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。また、以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
(1)本開示の一態様に係る車載コンピュータは、レジスタを有するプロセッサ及びレジスタを有する複数の物理デバイスを含む物理リソースを備え、該物理リソースを時分割して割り当てることにより、複数の仮想装置を生成する車載コンピュータであって、前記プロセッサは、第1の前記仮想装置から第2の前記仮想装置へ切り替える場合、第1の前記仮想装置に係る前記プロセッサのレジスタ値を退避し、第2の前記仮想装置に係る前記プロセッサのレジスタ値を復元し、第1の前記仮想装置から第2の前記仮想装置へ切り替える場合、第2の前記仮想装置が使用する前記物理デバイスのレジスタ値の変更の要否を判定し、変更要と判定した場合、第2の前記仮想装置に係る前記物理デバイスのレジスタ値を該物理デバイスに復元する。
本態様にあっては、プロセッサは、物理リソースを時分割して割り当てるために第1の仮想装置から第2の仮想装置に切り替える場合、当該プロセッサのレジスタ値の退避及び復元を行う。また、第1の仮想装置から第2の仮想装置に切り替える場合、基本的に物理デバイスのレジスタ値も設定変更を行う必要があるが、本態様に係るプロセッサは、第1及び第2の仮想装置が使用するレジスタ値の変更の要否を判定し、変更要と判定した場合に、第2仮想装置に係る物理デバイスのレジスタ値を復元するようにしてある。つまり、設定変更を要しない物理デバイスのレジスタ値を変更する処理は実行されない。
従って、複数の仮想装置に係るタスクコンテキストスイッチに伴う複数の物理デバイスの状態の切り替え処理負荷を低減することができる。
(2)本開示の一態様に係る車載コンピュータは、前記複数の仮想装置それぞれが使用する前記物理デバイスに設定するレジスタ値を含むデバイス構成テーブルを備え、前記プロセッサは、第1の前記仮想装置から第2の前記仮想装置へ切り替える場合、前記デバイス構成テーブルを参照して、第2の前記仮想装置が使用する前記物理デバイスのレジスタ値の変更の要否を判定し、変更要と判定した場合、第2の前記仮想装置が使用する前記物理デバイスのレジスタ値を該物理デバイスに復元する構成が好ましい。
本態様にあっては、プロセッサは、複数の仮想装置それぞれが使用する物理デバイスに設定するレジスタ値を含むデバイス構成テーブルを参照することによって、第1及び第2の仮想装置を切り替える際、レジスタ値の変更を要するか否かを判定することができる。
(3)本開示の一態様に係る車載コンピュータは、前記プロセッサは、前記物理デバイスのレジスタ値の変更は不要であると判定した場合、前記物理デバイスのレジスタ値の復元処理をスキップする構成が好ましい。
本態様にあっては、プロッサは、第1の仮想装置から第2の仮想装置に切り替える場合、第1及び第2の仮想装置が使用するレジスタ値の変更が不要であると判定した場合、設定変更を要しない物理デバイスのレジスタ値を変更する処理をスキップする。
従って、複数の仮想装置に係るタスクコンテキストスイッチに伴う複数の物理デバイスの状態の切り替え処理負荷を低減することができる。
(4)本開示の一態様に係る車載コンピュータは、前記プロセッサは、第1の前記仮想装置から第2の前記仮想装置へ切り替える場合、第1の前記仮想装置が使用する前記物理デバイスのレジスタ値を退避し、第2の前記仮想装置が使用する前記物理デバイスのレジスタ値を復元する構成が好ましい。
本態様にあっては、物理デバイスのレジスタ値を第1の前記仮想装置から第2の前記仮想装置へ切り替える場合、設定変更を要する前記物理デバイスのレジスタ値を選択的に退避及び復元することができる。
従って、複数の仮想装置に係るタスクコンテキストスイッチに伴う複数の物理デバイスの状態の切り替え処理負荷を低減することができる。
(5)本開示の一態様に係る車載コンピュータは、前記プロセッサは、前記デバイス構成テーブルを参照し、前記物理デバイスのレジスタ値の変更回数が最小となる前記複数の仮想装置の切り替え順序を決定し、前記プロセッサは決定した順序で前記複数の仮想装置の動作を制御する構成が好ましい。
本態様にあっては、物理デバイスのレジスタ値の変更回数が最小となる順序で複数の仮想装置を切り替えることができる。
従って、複数の仮想装置に係るタスクコンテキストスイッチに伴う複数の物理デバイスの状態の切り替え処理負荷を低減することができる。
(6)本開示の一態様に係るコンピュータ実行方法は、レジスタを有するプロセッサ及びレジスタを有する複数の物理デバイスを含む物理リソースを備え、該物理リソースを時分割して割り当てることにより、複数の仮想装置を生成する車載コンピュータは、第1の前記仮想装置から第2の前記仮想装置へ切り替える場合、第1の前記仮想装置に係る前記プロセッサのレジスタ値を退避し、第2の前記仮想装置に係る前記プロセッサのレジスタ値を復元し、第1の前記仮想装置から第2の前記仮想装置へ切り替える場合、第2の前記仮想装置が使用する前記物理デバイスのレジスタ値の変更の要否を判定し、変更要と判定した場合、第2の前記仮想装置に係る前記物理デバイスのレジスタ値を該物理デバイスに復元する
本態様によれば、態様(1)同様、複数の仮想装置に係るタスクコンテキストスイッチに伴う複数の物理デバイスの状態の切り替え処理負荷を低減することができる。
(7)本開示の一態様に係るコンピュータプログラムは、レジスタを有するプロセッサ及びレジスタを有する複数の物理デバイスを含む物理リソースを備え、該物理リソースを時分割して割り当てることにより、複数の仮想装置を生成する車載コンピュータに、第1の前記仮想装置から第2の前記仮想装置へ切り替える場合、第1の前記仮想装置に係る前記プロセッサのレジスタ値を退避し、第2の前記仮想装置に係る前記プロセッサのレジスタ値を復元し、第1の前記仮想装置から第2の前記仮想装置へ切り替える場合、第2の前記仮想装置が使用する前記物理デバイスのレジスタ値の変更の要否を判定し、変更要と判定した場合、第2の前記仮想装置に係る前記物理デバイスのレジスタ値を該物理デバイスに復元する処理を実行させる。
本態様によれば、態様(1)同様、複数の仮想装置に係るタスクコンテキストスイッチに伴う複数の物理デバイスの状態の切り替え処理負荷を低減することができる。
[本開示の実施形態の詳細]
本開示の実施形態に係る車載システムを構成する車載コンピュータ、コンピュータ実行方法及びコンピュータプログラム、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。また、以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
以下、本開示をその実施形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。図1は車載通信システムのネットワーク構成を示すブロック図、図2は車載通信システムの構成例を示すブロック図である。
本実施形態1に係る車載通信システムは、車載コンピュータ1と、複数の個別ECU2と、当該個別ECU2に接続された機器3と、車外通信装置4と、表示装置5とを備える。複数の個別ECU2はそれぞれ車載通信線121にて車載コンピュータ1に接続されている。
車載コンピュータ1は、プロセッサ10、記憶部11、通信部12、及び入出力I/F13を備える。車載コンピュータ1は、統合ECUとも称される。
記憶部11は、フラッシュメモリ又はEEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)等の不揮発性のメモリ素子である。記憶部11は、仮想化オペレーティングシステム(仮想化OS)11a、ゲストOS11b、制御プログラム11c、本実施形態1に係るコンピュータプログラム(コンピュータPG)11d及びデバイス構成テーブル11e、その他プロセッサ10の動作に必要な各種データを記憶する。
仮想化オペレーティングシステム11aは、例えばHypervisorである。仮想化オペレーティングシステム11aは、当該仮想化オペレーティングシステム11a上に、仮想装置VM(図4参照)として動作する複数の仮想環境を構築する機能を有する。仮想環境、即ち仮想装置VMは、プロセッサ10、記憶部11、通信部12等を含む物理リソースを時分割して割り当ててなる仮想プロセッサ、仮想記憶部、仮想通信部等を含み、仮想的なECUのハードウェアとして動作する。
ゲストOS11bは、仮想化オペレーティングシステム11aによって生成された仮想装置VMを動作させるためのOSである。ゲストOS11bは、仮想的ハードウェアを有する仮想装置VMにインストールされ、仮想装置VMの基本OSとして機能する。ゲストOS11bは、例えば、AUTOSAR OS、Linux(登録商標)、Android(登録商標)、QNX(登録商標)、Ubuntu(登録商標)等である。
制御プログラム11cは、各仮想装置VMのゲストOS11b上で動作するプログラムであり、車載コンピュータ1に統合されたECU(不図示)の機能を再現するためのものである。
仮想装置VMはこれらの仮想ハードウェア上でゲストOS11b及び制御プログラム11cを動作させることによって、実物の物理的なECUの機能を再現する。つまり、仮想装置VMは、車載通信線121に接続されたECUのように動作する。
コンピュータプログラム11dは、仮想装置VM及び制御プログラム11cに係るタスクを効率的に切り替えるためのプログラムである。なお、コンピュータプログラム11dは、仮想化OS11aに組み込んでもよい。デバイス構成テーブル11eの詳細は後述する。
なお、上記各種プログラムは、車載コンピュータ1の製造段階において記憶部11に書き込まれる態様でもよいし、外部サーバ装置(不図示)から配信された上記各種プログラムを車載コンピュータ1が取得して記憶部11に書き込む態様であってもよい。また、メモリカード又は光ディスク等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録された上記各種プログラムを車載コンピュータ1が読み出して記憶部11に書き込む態様であってもよい。
上記各種プログラムの提供方法は、上記の通り、ネットワークを介した配信の態様で提供されてもよいし、記録媒体に記録された態様で提供されてもよい。
プロセッサ10は、記憶部11に記憶された仮想化オペレーティングシステム11a、ゲストOS11b、制御プログラム11c、コンピュータプログラム11d、デバイス構成テーブル11e等を読み出して実行することにより、種々の演算処理を行い、本実施形態1に係るコンピュータ実行方法を実施する。
通信部12は、例えば、100BASE-T1又は1000BASE-T1等の通信プロトコルに準拠して通信を行うイーサネット(登録商標)PHY部である。なお、イーサネット(登録商標)は一例であり、通信部12は、CAN(Controller Area Network)、CAN-FD、FlexRay、CXPI(Clock Extension Peripheral Interface)、LIN(Local Interconnect Network)等の通信プロトコルで通信を行う通信回路であってもよい。
通信部12には、上記通信プロトコルに準拠した車載通信線121を介して複数の個別ECU2が接続されている。個別ECU2は、例えば図1に示すように、車両Cの右前、左前、右後、左後等、特定のエリアに設けられた機器3の動作を制御する電子制御ユニットである。機器3は、車外を撮像する車載カメラ、LIDAR(Light Detection And Ranging)、車内カメラ等の各種センサである。また機器3は、ドアの施解錠装置、ドアミラー、シート等を動作させるアクチュエータである。機器3は、エンターテイメント系の画像、音声を出力するオーディオ装置であっても良い。機器3は、電子制御ユニットであっても良い。
個別ECU2による機器3の制御及び各種演算処理は車載コンピュータ1側で実行されるように構成することができる。つまり、車載コンピュータ1は、機器3の動作を制御するECUを、仮想装置VMとして再現させることができる。
入出力I/F13は、車外通信装置4及び表示装置5等と通信するためのインタフェースである。車外通信装置4及び表示装置5は、シリアルケーブル等のワイヤーハーネスを介して入出力I/F13に接続されている。
車外通信装置4は、無線通信を行うためのアンテナ40を備え、WiFi等のインターネット通信ネットワーク、3G、LTE、4G、5G等のモバイル通信ネットワークを通じて無線通信を行う通信装置である。車外通信装置4は、例えばテレマティクス制御ユニット(TCU)である。なお、本実施形態1は車外通信装置4と車載コンピュータ1が別体であるものとして説明するが、車載コンピュータ1が車外通信装置4の構成ないし機能を有するように構成しても良い。
表示装置5は、例えばカーナビゲーションのディスプレイ等のHMI(Human Machine Interface)装置である。表示装置5は、車載コンピュータ1のプロセッサ10から入出力I/F13を介して出力されたデータ又は情報を表示する。
図3は、プロセッサ10の構成例を示すブロック図である。プロセッサ10は、演算装置であるCPU(Central Processing Unit)111、RAM(Random Access Memory)112、第1物理デバイス113a、第2物理デバイス113b、第3物理デバイス113c、及び計時部115を備える。
第1~第3物理デバイス113a,113b,113cは、例えば、SCB(System Control Block)、MMU(Memory Protection Unit)、その他ペリフェラル等である。第1~第3物理デバイス113a,113b,113cは、少なくとも各デバイスの状態を制御するためのレジスタ114a,114b,114cを有する。なお、プロセッサ10が備える物理デバイスの数は特に限定されるものでは無い。
RAM112は揮発性のメモリ素子の一例である。仮想装置VMを生成したプロセッサ10のRAM112は、TCB(Task Control Block)及びデバイス構成テーブル11eを記憶する。
TCBは、仮想装置VMに係るコンテキスト情報を含む。コンテキスト情報は、ある仮想装置VMが動作し、制御プログラム11cを実行しているときのCPU111の状態、即ちCPU111のレジスタ110の値(以下、適宜CPU111のレジスタ値と呼ぶ。)を含む。例えば、RAM112は、コンテキストスイッチが行われる前後の2つの仮想装置VMのコンテキスト情報を記憶する。つまり、RAM112は、コンテキストスイッチの際にCPU111のレジスタ110から退避されたコンテキスト情報と、CPU111のレジスタ110に復元するコンテキスト情報とを記憶する。なお、3つの仮想装置VMを動作させる際、RAM112は、各仮想装置VMを制御していたときのCPU111のコンテキスト情報を記憶する。
デバイス構成テーブル11eについて説明する。本実施形態1では、各仮想装置VMが動作するときの第1~第3物理デバイス113a,113b,113cのレジスタ114a,114b,114cに設定される値(以下、適宜第1~第3物理デバイス113a,113b,113cのレジスタ値と呼ぶ。)が固定的である場合を説明する。図3のRAM112は、記憶部11が記憶するデバイス構成テーブル11eを読み出して記憶した状態を示している。
図4は、車載コンピュータ1によって生成される仮想装置VMの概念図、図5はデバイス構成テーブル11eの一例を示す概念図である。仮想化オペレーティングシステム11aは、例えば図4に示すように、3つの仮想装置VMを生成する。仮想装置VMは、第1~第3物理デバイス113a,113b,113cの全部又は一部を使用する。第1~第3物理デバイス113a,113b,113cのレジスタ114a,114b,114cに設定される値は、仮想装置VMによって異なる。第1~第3物理デバイス113a,113b,113cを示すブロックの下側に示す3つのブロックは、下側から順に第1物理デバイス113aのレジスタ114a、第2物理デバイス113bのレジスタ114b、第3物理デバイス113cのレジスタ114cに設定される値を示している。
図4中、「VD:A_0」は、第1物理デバイス113aのレジスタ114aに設定される値「A_0」を示している。「VD:B_0」及び「VD:B_1」は、第2物理デバイス113bのレジスタ114bに設定される値「B_0」及び「B_1」を示している。「VD:C_0」は、第3物理デバイス113cのレジスタ114cに設定される値「C_0」を示している。破線で示された空白のブロックは、第3物理デバイス113cが使用されないことを示している。
なお、図4には3つの仮想装置VM,…を図示しているが、仮想オペレーティングシステム11aで動作する仮想装置VM,…の数は3つに限定されるものではない。
図5に示すデバイス構成テーブル11eは、「仮想装置」列、「第1物理デバイス」列、「第2物理デバイス」列、「第3物理デバイス」列を含むテーブルである。「仮想装置」列は、複数の仮想装置VMそれぞれを識別するための識別データVM[0]、VM[1]、VM[2]を格納している。以下、識別データVM[0]が示す仮想装置VMを仮想装置VM0、識別データVM[1]が示す仮想装置VMを仮想装置VM1、識別データVM[2]が示す仮想装置VMを仮想装置VM2と表記する。
「第1物理デバイス」列は、該当する仮想装置VMが第1物理デバイス113aを使用するか否か、使用する場合、レジスタ114aに設定される値を格納する。図5に示す例では、全ての仮想装置VMが第1物理デバイス113aを使用し、レジスタ114aに設定される値は同じ「A_0」である。
「第2物理デバイス」列は、該当する仮想装置VMが第2物理デバイス113bを使用するか否か、使用する場合、レジスタ114bに設定される値を格納する。図5に示す例では、全ての仮想装置VMが第2物理デバイス113bを使用しており、仮想装置VM0,VM1のレジスタ114a,114bに設定される値は「B_0」、仮想装置VM2のレジスタ114cに設定される値は「B_1」である。
「第3物理デバイス」列は、該当する仮想装置VMが第3物理デバイス113cを使用するか否か、使用する場合、レジスタ114cに設定される値を格納する。図5に示す例では、一つの仮想装置VM2が第3物理デバイス113cを使用しており、仮想装置VM2のレジスタ114bに設定される値は「C_0」である。「該当無し」は、第3物理デバイス113cが使用されないことを示している。
図6は、第2物理デバイス113bの設定値の一例を示す概念図である。図6Aは、第2物理デバイス113bのレジスタ114bに設定される値「B_0」を示し、図6Bは、第2物理デバイス113bのレジスタ114bに設定される値「B_1」を示している。「識別子(アドレス)」は、レジスタ114bのアドレスを示し、「設定値」は、各アドレスで指定されたレジスタ114bに設定される数値である。
図7は実施形態1のコンテキストスイッチ処理に係る機能ブロック図である。車載コンピュータ1は、機能部としてのデバイス設定記憶部111a、スケジューラ111b、デバイス設定管理部111c及び実行判定部111dを備える。
デバイス設定記憶部111aは、TCB又はコンテキスト情報を記憶する機能部である。デバイス設定記憶部111aは、仮想装置VMに係るCPU111のレジスタ値をコンテキスト情報として記憶する。より具体的には、デバイス設定記憶部111aは、CPU111で動作させる仮想装置VMを切り替える際、動作中の一つの仮想装置VMを制御していたCPU111のレジスタ110の値を退避し、コンテキスト情報として記憶する。
デバイス設定記憶部111aは、スケジューラ111bからの問合せに対して、デバイス設定記憶部111aが記憶するコンテキスト情報、つまり、コンテキストスイッチによって次に動作する仮想装置VMに係るCPU111のレジスタ110の値を返す。デバイス設定記憶部111aを構成する主なハードウェアはRAM112である。
スケジューラ111bは、仮想装置VMに対するCPU111のハードウェア資源の割当及び切り替えを管理する機能部である。スケジューラ111bは、所定周期で、仮想装置VMを循環的に切り替え、CPU111は各仮想装置VMに係る処理を実行する。つまり、実施形態1のスケジューラ111bは、仮想装置VM0、仮想装置VM1、仮想装置VM2、仮想装置VM1、…の順序で切り替える。切り替え順序は一定である。仮想装置VMに係る処理には、仮想装置VMを構成する仮想プロセッサ、仮想記憶部、仮想通信部等をエミュレートする処理、ゲストOS11b、制御プログラム11cを動作させる処理等が含まれる。以下、コンテキストスイッチ前の仮想装置VM、つまり動作中の仮想装置VMを示す情報を第1仮想装置情報と呼び、コンテキストスイッチ後の仮想装置VM、つまり次に動作させる仮想装置VMを示す情報を第2仮想装置情報と呼ぶ。
スケジューラ111bは、第1仮想装置情報及び第2仮想装置情報を実行判定部111dに与える。また、スケジューラ111bは、第2仮想装置情報を用いて、当該第2仮想装置情報が示す仮想装置VMのコンテキスト情報を問い合わせ、デバイス設定記憶部111aから出力されるコンテキスト情報を取得する。スケジューラ111bは、取得したコンテキスト情報をデバイス設定管理部111cに与える。
なお、スケジューラ111bを構成する主なハードウェアはCPU111及び計時部115である。
実行判定部111dは、スケジューラ111bから与えられた第1仮想装置情報及び第2仮想装置情報を取得し、取得した第1及び第2仮想装置情報に基づいてデバイス構成テーブル11eを参照し、コンテキストスイッチ前及びコンテキストスイッチ後の仮想装置VMに対応付けられた第1~第3物理デバイス113a,113b,113cのレジスタ114a,114b,114cの設定値を読み出す。そして、実行判定部111dは、仮想装置VMを切り替える際、第1~第3物理デバイス113a,113b,113cのレジスタ114a,114b,114cの設定値を変更する必要があるか否かを判定し、判定結果に基づくデバイス情報をデバイス設定管部に与える。
第1~第3物理デバイス113a,113b,113cのレジスタ114a,114b,114cの設定値を変更する必要が無いと判定された場合、デバイス情報は、設定変更不要であることを示す情報を含む。第1~第3物理デバイス113a,113b,113cのレジスタ114a,114b,114cの設定値を変更する必要があると判定された場合、デバイス情報は、設定値の変更を要する第1~第3物理デバイス113a,113b,113cのレジスタ114a,114b,114cの識別子及び設定値を含む。なお、実行判定部111dを構成する主なハードウェアはCPU111である。
デバイス設定管理部111cは、スケジューラ111bから与えられたコンテキスト情報を取得し、CPU111のレジスタ値を退避させ、取得したコンテキスト情報を復元する。つまり、デバイス設定管理部111cは、コンテキストスイッチ前のCPU111のレジスタ値を動作中の仮想装置VMに係るCPU111のコンテキスト情報として、デバイス設定記憶部111aに記憶させ、次いで、スケジューラ111bから取得したコンテキスト情報、つまりコンテキストスイッチ後の仮想装置VMに係るCPU111のレジスタ値をCPU111のレジスタ110に設定する。
デバイス設定管理部111cは、実行判定部111dから与えられたデバイス情報を取得し、取得したデバイス情報が設定変更不要であることを示している場合、第1~第3物理デバイス113a,113b,113cのレジスタ114a,114b,114cの設定変更を行わずに、コンテキストスイッチに係る処理を終了する。CPU111は、第1~第3物理デバイス113a,113b,113cのレジスタ114a,114b,114cを書き換えることなく、直ちにコンテキストスイッチ後の仮想装置VMに係る処理の実行を開始する。
一方、デバイス設定管理部111cは、取得したデバイス情報が、設定変更が必要な特定の第1~第3物理デバイス113a,113b,113cのレジスタ114a,114b,114cの識別子及び設定値を示している場合、当該識別子及び設定値を用いて、第1~第3物理デバイス113a,113b,113cのレジスタ114a,114b,114cの設定値を変更する。CPU111は、当該CPU111のレジスタ110と、設定変更を要する特定の第1~第3物理デバイス113a,113b,113cのレジスタ114a,114b,114cを書き換え、コンテキストスイッチ後の仮想装置VMに係る処理の実行を開始する。
なお、デバイス設定管理部111cを構成する主なハードウェアはCPU111である。
以上の通り、デバイス設定記憶部111a、スケジューラ111b、デバイス設定管理部111c及び実行判定部111dによれば、周期的に仮想装置VMを切り替えて、CPU111のハードウェア資源を割り当てる際、設定値の変更が必要な第1~第3物理デバイス113a,113b,113cを特定し、設定変更を要する特定の第1~第3物理デバイス113a,113b,113cのレジスタ114a,114b,114cの設定値を変更することによって、第1~第3物理デバイス113a,113b,113cの状態を効率的に切り替えることができる。
図8は実施形態1のコンテキストスイッチ処理手順を示すフローチャートである。プロセッサ10は、仮想装置VMの切り替えを行う所定の周期で以下の処理を実行する。プロセッサ10は、CPU111のコンテキスト情報をRAM112に退避する(ステップS111)。具体的にはCPU111は、現在動作中の仮想装置VMを示す情報と関連付けてコンテキスト情報をRAM112に記憶させる。
そして、プロセッサ10は、RAM112に退避させておいたCPU111のコンテキスト情報、即ち次に動作させる仮想装置VMに係るCPU111のレジスタ値を復元する(ステップS112)。
次いで、プロセッサ10は、デバイス情報テーブルを参照し、コンテキストスイッチの前後で第1~第3物理デバイス113a,113b,113cのレジスタ114a,114b,114cの設定値を変更する必要があるか否かを判定する(ステップS113)。具体的には、プロセッサ10は、コンテキストスイッチ前の仮想装置VMが使用する物理デバイス及び設定値と、コンテキストスイッチ後の仮想装置VMが使用する物理デバイス及び設定値とを比較することによって、コンテキストスイッチの前後で、仮想装置VMが使用する第1~第3物理デバイス113a,113b,113cが異なるか否か、異なる場合、レジスタ114a,114b,114cの設定値が異なるか否かを判定する。
第1~第3物理デバイス113a,113b,113cの設定変更を要しないと判定した場合(ステップS113:NO)、プロセッサ10は処理を終える。第1~第3物理デバイス113a,113b,113cのいずれかの設定変更を要すると判定した場合(ステップS113:YES)、プロセッサ10は、設定変更を要する第1~第3物理デバイス113a,113b,113cのレジスタ114a,114b,114cに、コンテキストスイッチ後に動作させる仮想装置VMが使用する第1~第3物理デバイス113a,113b,113cのレジスタ値を復元する(ステップS114)。
図9は実施形態1に係るタスクのスイッチング処理を示す概念図である。横向き矢印は時間の流れを示しており、仮想装置VM0、仮想装置VM1、仮想装置VM2がこの順で切り替えられて動作することを示している。仮想装置VMのブロックの下方に図示したブロックは、設定変更を要する第2物理デバイス113bの設定値を示している。なお、第1物理デバイス113a及び第3物理デバイス113cの設定値は設定変更を要しないため、図9には図示していない。
仮想装置VM0から仮想装置VM1に切り替えられる場合、コンテキストスイッチの前後において第2物理デバイス113bの設定値は「B_0」で同じであるため、プロセッサ10は第2物理デバイス113bのレジスタ114bの設定値を変更しない。
仮想装置VM1から仮想装置VM2に切り替えられる場合、コンテキストスイッチの前後において第2物理デバイス113bの設定値が異なるため、プロセッサ10は第2物理デバイス113bのレジスタ114bに設定値「B_1」設定値を設定する。
このように、コンテキストスイッチの前後で第1~第3物理デバイス113a,113b,113cのレジスタ値の変更が不要である場合、プロセッサ10は、第1~第3物理デバイス113a,113b,113cの設定変更をスキップすることができるため、仮想装置VMのコンテキストスイッチを効率的に行うことができる。言い換えると、設定変更が不要な第1~第3物理デバイス113a,113b,113cのレジスタ114a,114b,114cに設定値を入力する無駄な処理を省くことによって、コンテキストスイッチに係るプロセッサ10の処理負荷を低減することができる。
以上の通り、実施形態1に係る車載コンピュータ1、コンピュータ実行方法及びコンピュータプログラム11dによれば、複数の仮想装置VMに係るタスクコンテキストスイッチに伴う複数の第1~第3物理デバイス113a,113b,113cの状態の切り替え処理負荷を低減することができる。
プロッサ10は、レジスタ値の変更が不要であると判定した場合、設定変更を要しない第1~第3物理デバイス113a,113b,113cのレジスタ値を変更する処理をスキップするため、複数の仮想装置VMに係るタスクコンテキストスイッチに伴う複数の第1~第3物理デバイス113a,113b,113cの状態の切り替え処理負荷を低減することができる。
また、プロセッサは、複数の仮想装置VMそれぞれが使用する第1~第3物理デバイス113a,113b,113cに設定するレジスタ値を含むデバイス構成テーブル11eを参照することによって、仮想装置VMを切り替える際、レジスタ値の変更を要するか否かを判定することができる。
なお、本実施形態1では、Hypervisor型の仮想化オペレーティングシステム11aを用いて仮想環境を構築する例を説明したが、ホストOS型の仮想化ソフトウェア、即ち基本OS上で動作する仮想化ソフトウェアを用いて仮想環境を構築しても良い。
(実施形態2)
実施形態2に係る車載コンピュータ1、コンピュータ実行方法及びコンピュータプログラム11dは、第1~第3物理デバイス113a,113b,113cのレジスタ値が状況に応じて動的に変化する点が実施形態1と異なる。車載コンピュータ1等のその他の構成は、実施形態1に係る車載コンピュータ1等と同様であるため、同様の箇所には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
図10は実施形態2のコンテキストスイッチ処理に係る機能ブロック図である。車載コンピュータ1は、実施形態1同様、機能部としてのデバイス設定記憶部111a、スケジューラ111b、デバイス設定管理部111c及び実行判定部111dを備える。
ただし、デバイス管理部は、仮想装置VMを切り替える際、CPU111のレジスタ値のみならず、必要に応じて第1~第3物理デバイス113a,113b,113cのレジスタ値もRAM112に退避する。具体的には、デバイス設定管理部111cは、デバイス構成テーブル11eから取得したデバイス情報が、設定変更が必要な特定の第1~第3物理デバイス113a,113b,113cのレジスタ114a,114b,114cの識別子及び設定値を示している場合、設定変更を要する第1~第3物理デバイス113a,113b,113cのレジスタ114a,114b,114cの値をRAM112に退避する。そして、デバイス設定管理部111cは、デバイス情報が示す識別子及び設定値を用いて、第1~第3物理デバイス113a,113b,113cのレジスタ114a,114b,114cの設定値を変更する。そして、デバイス設定管理部111cは、退避した第1~第3物理デバイス113a,113b,113cのレジスタ値を、デバイス構成テーブル11eに書き込む。
なお、取得したデバイス情報が設定変更不要であることを示している場合、第1~第3物理デバイス113a,113b,113cのレジスタ114a,114b,114cの設定変更を行わずに、コンテキストスイッチに係る処理を終了する点は実施形態1と同様である。また、CPU111のレジスタ値の退避及び復元の処理を実施形態1と同様であるため、詳細な説明を省略する。
図11は実施形態2のコンテキストスイッチ処理手順を示すフローチャートである。プロセッサ10は、実施形態1のステップS111~ステップS113と同様の処理をステップS211~ステップS213において実行する。
ステップS213において、第1~第3物理デバイス113a,113b,113cのいずれかの設定変更を要すると判定した場合(ステップS213:YES)、プロセッサ10は、設定変更を要する第1~第3物理デバイス113a,113b,113cのレジスタ114a,114b,114cをRAM112に退避する。具体的にはCPU111は、現在動作中の仮想装置VMが使用する第1~第3物理デバイス113a,113b,113cであって、設定変更を要するレジスタ114a,114b,114cの値を、RAM112にあるデバイス構成テーブル11eに書き込むことによって、レジスタ値を退避する(ステップS214)。
次いで、プロセッサ10は、設定変更を要する第1~第3物理デバイス113a,113b,113cのレジスタ114a,114b,114cに、コンテキストスイッチ後に動作させる仮想装置VMが使用する第1~第3物理デバイス113a,113b,113cのレジスタ値を復元し(ステップS215)、処理を終える。なお、復元するレジスタ値は、RAM112にあるデバイス構成テーブル11eを参照することによって得られる。
実施形態2に係る車載コンピュータ1、コンピュータ実行方法及びコンピュータプログラム11dによれば、CPU111に加え、第1~第3物理デバイス113a,113b,113cのレジスタ値が動的に変化する場合であっても、複数の仮想装置VMに係るタスクコンテキストスイッチに伴う複数の第1~第3物理デバイス113a,113b,113cの状態の切り替え処理負荷を低減することができる。
(実施形態3)
実施形態3に係る車載コンピュータ1、コンピュータ実行方法及びコンピュータプログラム11dは、コンテキストスイッチに伴う複数、例えば4つの仮想装置VM、103が使用する第1~第3物理デバイス113a,113b,113cのレジスタ値の変更回数が最小となるように、仮想装置VM,103の切り替え順序を変更する点が実施形態2と異なる。車載コンピュータ1等のその他の構成は、実施形態2に係る車載コンピュータ1等と同様であるため、同様の箇所には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
図12は実施形態3のコンテキストスイッチ処理に係る機能ブロック図である。車載コンピュータ1は、実施形態1同様、機能部としてのデバイス設定記憶部111a、スケジューラ111b、デバイス設定管理部111c及び実行判定部111dを備え、更にスケジューリング順序決定部111eを備える。
スケジューリング順序決定部111eは、デバイス構成テーブル11eを参照し、CPU111のハードウェア資源を時分割して割り当てるべき仮想装置VM,103の切り替え順序を決定する。具体的には、スケジューリング順序決定部111eは、仮想装置VM,103の切り替え順序の全ての候補について、コンテキストスイッチ前後の仮想装置VM,103が使用する第1~第3物理デバイス113a,113b,113cの設定変更の要否を判定し、第1~第3物理デバイス113a,113b,113cのレジスタ値の変更回数が最小となる仮想装置VM,103の切り替え順序を特定する。そして、スケジューリング順序決定部111eは、決定した仮想装置VM,103の切り替え順序を示すスケジュール情報をスケジューラ111bに与える。
スケジューラ111bは、スケジューリング順序決定部111eから出力されたスケジュール情報を取得し、取得したスケジュール情報が示す仮想装置VM,103の切り替え順序に従って、実施形態1及び2と同様の手順で仮想装置VM,103を切り替える処理を実行する。具体的には、スケジューラ111bは、スケジュール情報によって定まる第1仮想装置情報及び第2仮想装置情報を実行判定部111dに与える。また、スケジューラ111bは、第2仮想装置情報をデバイス設定記憶部111aに与えて、当該第2仮想装置情報が示す仮想装置VM,103のコンテキスト情報を問い合わせ、デバイス設定記憶部111aから出力されるコンテキスト情報を取得する。スケジューラ111bは、取得したコンテキスト情報をデバイス設定管理部111cに与える。
図13は実施形態3のコンテキストスイッチ処理手順を示すフローチャートである。実施形態3に係るプロセッサ10は、第1~第3物理デバイス113a,113b,113cのレジスタ値の変更回数が最小になる仮想装置VM,103の切り替え順序を決定する(ステップS311)。なお、切り替え順序の決定タイミングは特に限定されるものではない。
以下、プロセッサ10は、実施形態2のステップS211~ステップS215と同様の処理をステップS312~ステップS316において実行する。
図14は実施形態3に係るタスクのスイッチング処理を示す概念図である。横向き矢印は時間の流れを示しており、上図は、仮想装置VM0、仮想装置VM1、仮想装置VM2、仮想装置VM3がこの順で切り替えられて動作することを示している。仮想装置VMのブロックの下方に図示したブロックは、設定変更を要する第2物理デバイス113bの設定値を示している。上図においては、仮想装置VM,103を順に切り替える都度、第2物理デバイス113bのレジスタ値が変更されている。
下図は、第2物理デバイス113bのレジスタ値の変更回数が最小となるように変更された仮想装置VM,103の切り替え順序を示している。第2物理デバイス113bの同じレジスタ値B_0又はB_1同士が隣り合うようになっており、仮想装置VM2から仮想装置VM1への切り替え、仮想装置VM3から仮想装置VM0への切り替え時のみ、第2物理デバイス113bの同じレジスタ値の設定変更を要する並びになっている。
このように、コンテキストスイッチの前後で第1~第3物理デバイス113a,113b,113cのレジスタ値の変更回数が最小になるように、仮想装置VM,103の切り替え順序を決定することによって、仮想装置VMのコンテキストスイッチを効率的に行うことができる。
実施形態3に係る車載コンピュータ1、コンピュータ実行方法及びコンピュータプログラム11dによれば、第1~第3物理デバイス113a,113b,113cのレジスタ値の設定変更回数が最小となるように、仮想装置VM,103の切り替え順序を変更することによって、仮想装置VM,103のコンテキストスイッチを効率的に行うことができる。
1 車載コンピュータ
2 個別ECU
3 機器
4 車外通信装置
5 表示装置
10 プロセッサ
11 記憶部
11a 仮想化オペレーティングシステム
11b ゲストOS
11c 制御プログラム
11d コンピュータプログラム
11e デバイス構成テーブル
12 通信部
13 入出力I/F
40 アンテナ
111 CPU
110 レジスタ
111a デバイス設定記憶部
111b スケジューラ
111c デバイス設定管理部
111d 実行判定部
111e スケジューリング順序決定部
112 RAM
112a デバイス構成テーブル
113a 第1物理デバイス
113b 第2物理デバイス
113c 第3物理デバイス
114a,114b,114c レジスタ
115 計時部
121 車載通信線
VM 仮想装置
C 車両

Claims (7)

  1. レジスタを有するプロセッサ及びレジスタを有する複数の物理デバイスを含む物理リソースを備え、該物理リソースを時分割して割り当てることにより、複数の仮想装置を生成する車載コンピュータであって、
    前記プロセッサは、
    第1の前記仮想装置から第2の前記仮想装置へ切り替える場合、第1の前記仮想装置に係る前記プロセッサのレジスタ値を退避し、第2の前記仮想装置に係る前記プロセッサのレジスタ値を復元し、
    第1の前記仮想装置から第2の前記仮想装置へ切り替える場合、第2の前記仮想装置が使用する前記物理デバイスのレジスタ値の変更の要否を判定し、
    変更要と判定した場合、第2の前記仮想装置に係る前記物理デバイスのレジスタ値を該物理デバイスに復元する
    車載コンピュータ。
  2. 前記複数の仮想装置それぞれが使用する前記物理デバイスに設定するレジスタ値を含むデバイス構成テーブルを備え、
    前記プロセッサは、
    第1の前記仮想装置から第2の前記仮想装置へ切り替える場合、前記デバイス構成テーブルを参照して、第2の前記仮想装置が使用する前記物理デバイスのレジスタ値の変更の要否を判定し、
    変更要と判定した場合、第2の前記仮想装置が使用する前記物理デバイスのレジスタ値を該物理デバイスに復元する
    請求項1に記載の車載コンピュータ。
  3. 前記プロセッサは、
    前記物理デバイスのレジスタ値の変更は不要であると判定した場合、前記物理デバイスのレジスタ値の復元処理をスキップする
    請求項1又は請求項2に記載の車載コンピュータ。
  4. 前記プロセッサは、
    第1の前記仮想装置から第2の前記仮想装置へ切り替える場合、第1の前記仮想装置が使用する前記物理デバイスのレジスタ値を退避し、第2の前記仮想装置が使用する前記物理デバイスのレジスタ値を復元する
    請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の車載コンピュータ。
  5. 前記プロセッサは、
    前記デバイス構成テーブルを参照し、前記物理デバイスのレジスタ値の変更回数が最小となる前記複数の仮想装置の切り替え順序を決定し、
    前記プロセッサは決定した順序で前記複数の仮想装置の動作を制御する
    請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の車載コンピュータ。
  6. レジスタを有するプロセッサ及びレジスタを有する複数の物理デバイスを含む物理リソースを備え、該物理リソースを時分割して割り当てることにより、複数の仮想装置を生成する車載コンピュータは、
    第1の前記仮想装置から第2の前記仮想装置へ切り替える場合、第1の前記仮想装置に係る前記プロセッサのレジスタ値を退避し、第2の前記仮想装置に係る前記プロセッサのレジスタ値を復元し、
    第1の前記仮想装置から第2の前記仮想装置へ切り替える場合、第2の前記仮想装置が使用する前記物理デバイスのレジスタ値の変更の要否を判定し、
    変更要と判定した場合、第2の前記仮想装置に係る前記物理デバイスのレジスタ値を該物理デバイスに復元する
    コンピュータ実行方法。
  7. レジスタを有するプロセッサ及びレジスタを有する複数の物理デバイスを含む物理リソースを備え、該物理リソースを時分割して割り当てることにより、複数の仮想装置を生成する車載コンピュータに、
    第1の前記仮想装置から第2の前記仮想装置へ切り替える場合、第1の前記仮想装置に係る前記プロセッサのレジスタ値を退避し、第2の前記仮想装置に係る前記プロセッサのレジスタ値を復元し、
    第1の前記仮想装置から第2の前記仮想装置へ切り替える場合、第2の前記仮想装置が使用する前記物理デバイスのレジスタ値の変更の要否を判定し、
    変更要と判定した場合、第2の前記仮想装置に係る前記物理デバイスのレジスタ値を該物理デバイスに復元する
    処理を実行させるためのコンピュータプログラム。
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