JP6838222B2 - 車両制御装置、及び車両システム - Google Patents
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Description
第1の実施形態は、マルチコアを搭載した車両制御装置において、例えば、1つのコア(例えば、コア1)に時分割で実行すべきタスクを担当させ、別のコア(例えば、コア2)に時分割以外で実行すべきタスクを担当させることを開示する。ここで、時分割以外のタスクとしては、例えば、通信などの割り込み処理が該当する。より具体的には、コア2は、設定されるスロットにおいて周期的に実行すべきタスクを実行する。コア1は空きスロットにおいて周期的に実行されないタスク(割り込み処理)を実行する。以下、第1の実施形態について詳細に説明する。
図1は、本開示の実施形態による車両制御装置1の概略構成を示す図である。
(i)車両制御装置1は、演算装置(コア1)11と、演算装置(コア2)12と、メモリ13と、入出力回路14と、ハードウェアタイマ15と、車載ネットワーク16と、を備える。本実施形態では、車載ネットワーク16としてCAN(Controller Area Network)を想定しているが、これに限らない。例えば、CANFD、FlexRayでも良いし、シリアル通信やEthernetでも良い。また、演算装置の個数も2個に限らず、2個以上であれば良い。メモリ13は、プログラム領域100と、データ記憶領域(本明細書では「共有データバッファ」と称する場合もある)130と、を有している。
図2は、本実施形態によるスロット設定情報131の構成例を示す図である。スロット設定情報131は、SID1311と、スロット開始時刻1312と、スロット終了時刻1313と、TID1314と、を構成項目として備えている。
SID1311は、スロットを一意に識別・特定可能な識別情報(ID)である。
図3は、本実施形態によるアラーム設定情報132の構成例を示す図である。アラーム設定情報132は、AID1321と、オフセット1322と、周期1323と、TID1324と、を構成項目として備えている。
TID1324はアラームによって実行されるタスクIDを示す。
図4は、本実施形態によるタスク情報133の構成例を示す図である。タスク情報133は、TID1331と、コア1332と、周期1333と、優先度1334と、タスク名1335と、を構成情報として備えている。
TID1331は、タスクを一意に識別・特定可能なタスク識別情報(ID)である。
図5は、本実施形態による全体の処理の概要を示す動作説明図である。図5において、実線はデータの流れを、点線は処理の実行の流れを示す。
アラーム処理部112は、アラーム設定情報132に記載された時間に特定の処理が実行されるようにハードウェアタイマ15に当該時間を設定する。
以下、図5に示した各処理部の動作について詳細に説明する。
図6は、本実施形態によるコア1初期化部110の処理内容を説明するためのフローチャートである。ここではコア1初期化部110を動作主体として処理内容を説明するが、コア1初期化部110はコア1_11によって実行されるプログラムであるので、コア1_11或いはその内部のプロセッサを動作主体としても良い。後述するスロット同期read処理部113、スロット同期write処理部114、優先度スケジューリング部115、送信処理部116、及び受信割込処理部117についても同様である。
コア1初期化部110は、コア2_12を起動する。
コア1初期化部110は、コア1_11で実行されるソフトウェア、及び関連するマイコンレジスタを初期化する。
コア1初期化部110は、スロットに同期して実行する処理の起動設定を行うために、スロット同期処理タイミング設定部111を呼び出す。ステップ1103の更なる詳細は、図7で説明する。
図7は、スロット同期処理タイミング設定部111による処理(ステップ1103)の詳細を説明するためのフローチャートである。当該処理は初期化処理に含まれる処理であるため、初期化時に1回のみ実行される。
スロット同期処理タイミング設定部111は、スロット設定情報131から空きスロットを検出する。例えば、本実施形態では、SID1311が4のスロットがTID1314にタスクが登録されていないため、空きスロットであることが判る。本実施形態ではスロット設定情報131に自明の空きスロットが明示されているが、これに限らない。例えば、システム周期とSID1311の1から3までの情報から、タスクが実行されていないスロットの時間を算出し、それを空きスロットして良い。
スロット同期処理タイミング設定部111は、空きスロットの時刻でスロットに対応するタスクを起動するため、空きスロットの開始時刻と対応するタスクIDを引数にアラーム処理部112を呼び出し、アラーム処理部112に時刻設定処理を実行させる。
図8は、アラーム処理部112による処理(ステップ1112)の詳細を説明するためのフローチャートである。
アラーム処理部112は、引数の時刻で対応するタスクIDが起動するように、ハードウェアタイマ15に時刻をセットする。
図9は、スロット同期read処理部113による処理の詳細を説明するためのフローチャートである。
スロット同期read処理部113は、ハードウェアタイマ15によって起動され、共有データバッファ(データ記憶領域)130に格納されている軌道情報135をコア1_11の一時バッファに複製する。軌道情報135は、コア2_12(軌道生成部124)によって生成され、共有データバッファ130に格納される。そして、コア1_11は、一時バッファに取り込んだ軌道情報135を送信処理によって車載ネットワーク16に出力することになる。なお、一時バッファは、コア2_12の一時バッファであっても良いし、メモリ13に設けられていればその中の一時バッファであっても良い。
図10は、スロット同期write処理部114による処理の詳細を説明するためのフローチャートである。
スロット同期write処理部114は、ハードウェアタイマ15によって起動され、コア1_11の一時バッファに保存されている外界認識情報134を共有データバッファ(データ記憶領域)130に格納する。つまり、外界認識情報(センシングデータ)134は各種センサ(カメラやレーダ:図示せず)によって取得されるが、当該情報は車載ネットワーク16を介して取得され、コア1_11の一時バッファに書き込まれ、その後共有データバッファ130に格納される。
図11は、優先度スケジューリング部115による処理の詳細を説明するためのフローチャートである。
優先度スケジューリング部115は、タスク情報133の優先度1334に基づいて実行するタスクのスケジュールを決定し、当該スケジュールに基づいて各処理が実行されるように、該当する処理部(例えば、送信処理であれば送信処理部116、受信割込処理であれば受信割込処理部117等)に実行を指示する。
図12は、送信処理部116による処理の詳細を説明するためのフローチャートである。
送信処理部116は、コア1_11の一時バッファに現在保存されている軌道情報135を、車載ネットワーク16を介して車両制御装置1の外部(例えば、他のECUや検査装置等)に送信する。
送信処理部116は、コア1_11の一時バッファに現在保存されている状態データ136を、車載ネットワーク16を介して車両制御装置1の外部(例えば、他のECUや検査装置等)に送信する。
図13は、受信割込処理部117による処理の詳細を説明するためのフローチャートである。
受信割込処理部117は、車載ネットワーク16(例えば、CAN)のメールボックスから外界認識情報134をコア1_11の一時バッファにコピーする。このとき、受信割込処理部117は、外界認識情報134にコピーした時刻の情報(タイムスタンプ)を付与して一時バッファに格納する。当該時刻の情報は、センサフュージョン部122によって用いられる。なお、一時バッファは、コア2_12の一時バッファであっても良いし、メモリ13に設けられていればその中の一時バッファであっても良い。
図14は、コア2初期化部120による処理の詳細を説明するためのフローチャートである。ここではコア2初期化部120を動作主体として処理内容を説明するが、コア2初期化部120はコア2_12によって実行されるプログラムであるので、コア2_12或いはその内部のプロセッサを動作主体としても良い。後述のセンサフュージョン部122、動的地図生成部123、軌道生成部124、及び時間駆動スケジューリング部125についても同様である。
コア2初期化部120は、コア2で使用するソフトウェア、関連するマイコンレジスタを初期化する。
コア2初期化部120は、スロットの設定を行うため、スロット設定部121を呼び出し、スロット設定処理の実行を指示する。
図15は、スロット設定部121による処理の詳細を説明するためのフローチャートである。当該処理は初期化処理に含まれる処理のため、初期化時に1回のみ実行される。
スロット設定部121は、スロット設定情報131に基づいて最初のスロットを実行する時刻をハードウェアタイマ15に設定する。
図16は、センサフュージョン部122による処理の詳細を説明するためのフローチャートである。
センサフュージョン部122は、該当するスロットに同期して起動され、の共有データバッファ130に格納されている外界認識情報134を読み出し、フュージョンアルゴリズムに基づいて、外界認識情報の精度を上げる。つまり、カメラ(物体のサイズを認識することに適する)及びレーダ(物体との距離を認識することに適する)など複数のセンサによって取得された複数種類の情報を用いて検知精度を向上させる。
図17は、動的地図生成部123による処理の詳細を説明するためのフローチャートである。
動的地図生成部123は、該当するスロットに同期して起動され、外界認識情報134が示す物体の位置情報を地図情報137にマッピングし、物体の特性や距離、予測動作などを判るようにする。
図18は、軌道生成部124による処理の詳細を説明するためのフローチャートである。
軌道生成部124は、該当するスロットに同期して起動され、動的地図生成部123によって生成された動的地図情報に基づいて、自車の走行軌道を生成し、共有データバッファ130の軌道情報135に保存する。
図19は、時間駆動スケジューリング部125による処理の詳細を説明するためのフローチャートである。
時間駆動スケジューリング部125は、チェック対象のスロット終了時点において当該スロットで実行されていた現在のタスクがまだ実行されているか否か判定する。当該タスクが終了している場合(ステップ1251でYesの場合)、処理はステップ1252に進む。当該タスクがまだ実行されている場合(ステップ1251でNoの場合)、処理はステップ1253に進む。
時間駆動スケジューリング部125は、現在時刻で起動すべきタスクを実行するように該当する処理部(例えば、軌道生成部124など)に指示する。
時間駆動スケジューリング部125は、エラー情報を共有データバッファ130の状態データ136に格納し、対象のタスクを再起動(復旧)させる。再起動のタイミングは、例えば、次の周期における該当スロットの開始時間とすることができる。
時間駆動スケジューリング部125は、次のスロットを実行する時刻をハードウェアタイマ15にセットする。
図20は、本実施形態による車両制御装置1で実行される各処理のタイミングを説明するためのタイミングチャートである。図20において、矢印はデータの流れを示し、説明の都合上、一部にのみ記載している。
TID:3のスロット同期read処理部113は、共有データバッファ130に格納されている軌道情報135をコア1_11の一時バッファにコピーする。
(i)変形例1
第1の実施形態では、時間駆動スケジューリングによって時分割を実現しているが、これに限らない。例えば、優先度スケジューリングであっても、処理を重複しないように実行し、スロットの処理の優先度を上げ、必ず実行されることを担保することで時分割を実現することができる。スロットの開始時刻をタスクのオフセットとし、スロットのサイズをデッドラインとして定義し、それを監視するタスク実行監視機能によって、スロット時に終了されていないタスクを検知することができる。
以上により、優先度スケジューリング処理によって、時分割処理を実現することができるようになる。
第1の実施形態では、スロット設定情報131(図2参照)が与えられているが、システム起動時にタスク情報からスロット設定情報を算出するようにしても良い。図23は、変形例による、タスクの最悪実行時間(WCET:特定のタスクを実行するのにかかる最長の時間)の情報を含むタスク情報333を示す図である。図23では、TID:6〜8のタスクのWCETが判るため、これを超えないようにスロットサイズを決め、スロット同士が重複しないようにスロットをずらすことでスロット設定情報を自動生成することができる。例えば、コア1_11或いはコア2_12は、スロットサイズを最悪実行時間+マージン(例えば500ms)となるように決定し、それに固定して処理を継続する。ただし、例えばアルゴリズムの変更等により最悪実行時間が変更されるような場合には、システムを再起動してスロットサイズを再設定するようにしても良い。
第1の実施形態では、共有データバッファ(データ記憶領域)130からコア1_11の一時バッファへの複製処理をコア1_11が担当しているが、これに限らない。例えば、コア2_12が空きスロットで当該複製処理を行っても良い。
第1の実施形態では、コア1_11がコア1_11の一時バッファに保存されたデータを共有データバッファに格納するが、これに限らない。例えば、コア2_12が空きスロットで当該データ格納処理を行っても良い。
第1の実施形態において、時分割処理を実行するコアでは、1つのタスクが1つのスロットに割り当てられているが、これに限らない。例えば、1つのタスクがシステム周期内の複数のスロットに割り当てられても良い。このとき、実行されるタスクが最後のスロットを超えることはないようにシステム周期内でタスクが割り当てられる必要がある。最後のスロットをタスクが超える場合にはエラー(処理時間エラー)となる。また、当該エラーは、車載ネットワーク16を介して、車両制御装置1に接続される他の制御装置(ECU)、出力装置(例えば、モニターやメータ等)或いは検査装置等に送信(通知)される。
第1の実施形態において、時分割処理を実行するコアでは、1つのタスクが1つのスロットに割り当てられるが、これに限らない。例えば、時分割処理が割り当てられるスロット内に複数のタスクを割り当て、優先度スケジューリングによって実行するようにしても良い。
第1の実施形態では、同じハードウェアタイマ15を参照するのでマルチコア間で時間を同期できる。しかし、この方法に限らない。
第1の実施形態では、空きスロットにおいてタスクは実行されていないが、これに限らない。空きスロット内ではコア間でwrite、readする処理が発生しなければ良いため、例えば、マイコン診断処理や、同じコア内のデータを参照し、計算結果を出力する制御ソフトウェアを実行しても良い。
第1の実施形態では、システム周期内に空きスロットを1つのみ設けているが、これに限らない。例えば、空きスロットを2つ以上設けても良い。
第1の実施形態では、コア間で共有するデータのwrite、readを空きスロットで行っているが、これに限らない。スロットより細かいデータアクセス単位で空き時間を見つけて行っても良いし、複数のスロットにまたがっても良い。
第1の実施形態では、コア間で共有するデータに対してwrite処理、或いはread処理を実行するタイミングをハードウェアタイマ15で管理しているが、これに限らない。例えば、コア間で共有するデータのタイミング指示を時分割のコアから指示しても良い。
(i)本実施形態による車両制御装置では、マルチコアのうちコア1(第1の演算装置)に時分割以外で実行される第1種演算処理を実行させ、コア2(第2の演算装置)に時分割で実行される第2種演算処理を実行させるようにする。このようにすることにより、時分割処理を行わないコア(コア1)で割込処理を処理することが可能にあるため、高応答で高信頼なシステムを構築できるようになる。
11 演算装置(コア1)
12 演算装置(コア2)
13 メモリ
14 入出力回路
15 ハードウェアタイマ
16 車載ネットワーク
100 プログラム領域
110 コア1初期化部
111 スロット同期処理タイミング設定部
112 アラーム処理部
113 スロット同期read処理部
114 スロット同期write処理部
115 優先度スケジューリング部
116 送信処理部
117 受信割込処理部
120 コア2初期化部
121 スロット設定部
122 センサフュージョン部
123 動的地図生成部
124 軌道生成部
125 時間駆動スケジューリング部
130 データ記憶領域(共有データバッファ)
131 スロット設定情報
132 アラーム設定情報
133 タスク情報
134 外界認識情報
135 軌道情報
136 状態データ
137 地図情報
Claims (11)
- 車両制御のための各種プログラムを格納する記憶デバイスと、
第1の演算装置と第2の演算装置を含み、前記記憶デバイスからプログラムを読み込んで実行する複数の演算装置と、
前記第2の演算装置が算出した共有データを格納する記憶デバイスと、を備え、
前記記憶デバイスは、時分割以外で実行される第1種演算処理のプログラムと、時分割で実行される第2種演算処理のプログラムと、を含み、
前記第1種演算処理は、時分割以外で実行される割り込み処理を含み、
前記第2種演算処理は、車載ネットワークを介して接続される外界認識装置から取得する外界認識情報であって、外界の状況を認識するための外界認識情報に対して実行される時分割処理を含み、
前記第1の演算装置は、前記第1種演算処理のプログラムを実行し、
前記第2の演算装置は、前記第2種演算処理のプログラムを実行し、
前記第1の演算装置が前記共有データを参照していない時間に、前記第1の演算装置は前記共有データを複製し、当該複製された共有データを一時バッファ領域に格納する、車両制御装置。 - 請求項1において、
前記第2の演算装置が前記共有データを参照していない期間に、前記第1の演算装置は前記共有データを更新する、車両制御装置。 - 請求項2において、
前記第2の演算装置が前記共有データを参照していない期間は、実行すべき第2種演算処理が割り当てられていない期間、前記共有データが参照されない制御処理が実行される期間、又はマイコン診断処理が実行される期間である、車両制御装置。 - 請求項1において、
前記第1種演算処理に対応する複数のタスクには優先度が定義されており、
前記第1の演算装置は、前記第1種演算処理に対応する複数のタスクの実行を前記優先度に基づいてスケジューリングする、車両制御装置。 - 請求項1において、
前記第2種演算処理が実行される期間を規定するスロットが予め設定されており、
前記スロットの終了時間に達した際に、当該スロット内で終了すべき前記第2種演算処理が終了していない場合、前記第2の演算装置は、当該終了しなかった第2種演算処理の実行を待機状態に移行させ、次の周期におけるスロットで前記終了しなかった第2種演算処理の実行を再開させる、車両制御装置。 - 請求項1において、
前記第1種演算処理が実行される期間を規定するスロットと、前記第2種演算処理が実行される期間を規定するスロットとが予め決められている、車両制御装置。 - 請求項1において、
前記第1種演算処理に対応するタスク及び前記第2種演算処理に対応するタスクには、実行する際に掛かる最長の時間である最悪実行時間が予め付与されており、
前記第1の演算装置、或いは前記第2の演算装置は、前記最悪実行時間に基づいて、各タスクを実行するための期間であるスロットのサイズを決定する、車両制御装置。 - 請求項1において、
前記第2種演算処理が実行される期間を規定するスロットが予め設定されており、
前記第1の演算装置は、前記第1種演算処理に対応するタスクを、前記スロットにおいて前記第2種演算処理が実行されていない空き時間で処理する、車両制御装置。 - 外界の状況を認識するための外界認識情報を取得する外界認識装置と、
請求項1に記載の車両制御装置と、
車載ネットワークと、を備え、
前記車両制御装置は、前記車載ネットワークを介して、前記外界認識装置から前記外界認識情報を取得し、当該外界認識情報に対して前記第2種演算処理を実行し、前記車載ネットワークを介して前記第2種演算処理の処理結果を他の車両装置或いは出力装置に送信する、車両システム。 - 外界の状況を認識するための外界認識情報を取得する外界認識装置と、
車両制御装置と、
車載ネットワークと、を備え、
前記車両制御装置は、
車両制御のための各種プログラムを格納する記憶デバイスと、
第1の演算装置と第2の演算装置を含み、前記記憶デバイスからプログラムを読み込んで実行する複数の演算装置と、を備え、
前記記憶デバイスは、時分割以外で実行される第1種演算処理のプログラムと、時分割で実行される第2種演算処理のプログラムと、を含み、
前記第1の演算装置は、前記第1種演算処理のプログラムを実行し、
前記第2の演算装置は、前記第2種演算処理のプログラムを実行し、
前記車両制御装置は、前記車載ネットワークを介して、前記外界認識装置から前記外界認識情報を取得し、当該外界認識情報に対して前記第2種演算処理を実行し、前記車載ネットワークを介して前記第2種演算処理の処理結果を他の車両装置或いは出力装置に送信し、
前記車両制御装置は、前記第2種演算処理が実行される期間を規定するスロットで処理時間エラーを検知した場合、前記車載ネットワークを介して特定の機能エラーを通知する、車両システム。 - 外界の状況を認識するための外界認識情報を取得する外界認識装置と、
車両制御装置と、
車載ネットワークと、を備え、
前記車両制御装置は、
車両制御のための各種プログラムを格納する記憶デバイスと、
第1の演算装置と第2の演算装置を含み、前記記憶デバイスからプログラムを読み込んで実行する複数の演算装置と、を備え、
前記記憶デバイスは、時分割以外で実行される第1種演算処理のプログラムと、時分割で実行される第2種演算処理のプログラムと、を含み、
前記第1の演算装置は、前記第1種演算処理のプログラムを実行し、
前記第2の演算装置は、前記第2種演算処理のプログラムを実行し、
前記車両制御装置は、前記車載ネットワークを介して、前記外界認識装置から前記外界認識情報を取得し、当該外界認識情報に対して前記第2種演算処理を実行し、前記車載ネットワークを介して前記第2種演算処理の処理結果を他の車両装置或いは出力装置に送信し、
前記車両制御装置は、前記第2種演算処理が実行される期間を規定するスロットで処理時間エラーを検知した場合、当該処理時間エラーに関連する機能を復旧させる、車両システム。
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