特開 2023-166167 電子制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023166167

(43)【公開日】2023-11-21

(54)【発明の名称】電子制御装置

(51)【国際特許分類】

   H04L 12/40 20060101AFI20231114BHJP

   G06F 1/324 20190101ALI20231114BHJP

   G06F 1/3296 20190101ALI20231114BHJP

   B60R 16/023 20060101ALI20231114BHJP

   G06F 1/329 20190101ALI20231114BHJP

【ＦＩ】

H04L12/40 B

G06F1/324

G06F1/3296

B60R16/023 P

G06F1/329

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022077025

(22)【出願日】2022-05-09

(71)【出願人】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(71)【出願人】

【識別番号】520124752

【氏名又は名称】株式会社ミライズテクノロジーズ

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000567

【氏名又は名称】弁理士法人サトー

(72)【発明者】

【氏名】徳江 達也

【テーマコード（参考）】

5B011

5K032

【Ｆターム（参考）】

5B011DA06

5B011DC06

5B011EA10

5B011LL02

5B011LL13

5K032AA05

5K032BA06

5K032CB02

5K032DA01

5K032DB31

5K032EA02

(57)【要約】

【課題】車両を制御するシステムにおいて、負荷に応じて、電源電圧及びクロック周波数を適切に制御できる電子制御装置を提供する。
【解決手段】バス２を介してＳＲＡＭ６やＤＤＲ７等にアクセスするマスタＩＰ４及びバスマスタ５、マスタＩＰ４とバス２との間に配置され、バス２に対するマスタＩＰ４及びバスマスタ５のアクセス状態に基づくトラフィック量を測定するバスモニタ３、マスタＩＰ４に動作用電源ＶＤＤを供給する電源供給ＩＣ１０、及びマスタＩＰ４に動作用クロックを供給するクロック周波数制御部９を備える。バス負荷ターゲットテーブルには、マスタＩＰ４により実行される複数のアプリと各アプリに対応する平均スループット及び単位時間当たりの目標転送量とが設定されている。バスモニタ３は、測定したトラフィック量に応じてマスタＩＰ４が実行中であるアプリの目標転送量に均衡するように電源供給ＩＣ１０の電圧ＶＤＤ及びクロック周波数制御部９のクロック周波数を制御する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両に搭載されるもので、
システムバス（２）を介して、複数のリソースにアクセスする複数のバスマスタ（４，５ａ～５ｃと、
これら複数のバスマスタの１つであるメインマスタ（４）と、
少なくとも前記メインマスタと前記システムバスとの間に配置され、前記システムバスに対する複数のバスマスタのアクセス状態に基づくトラフィック量を測定するバスモニタ（３，３Ａ，２２と、
前記メインマスタに動作用電源を供給し、電圧が可変に構成される電源回路（１０）と、
前記メインマスタに動作用クロックを供給し、クロック周波数が可変に構成されるクロック生成回路（９）と、を備え、
前記バスモニタは、バス負荷ターゲットテーブルを備え、
前記バス負荷ターゲットテーブルには、前記メインマスタにより実行される複数のアプリケーションと、各アプリケーションに対応する平均スループット及び単位時間当たりの目標転送量とが設定されており、
測定したトラフィック量に応じて、前記メインマスタが実行中であるアプリケーションの目標転送量に均衡するように、前記電源回路の電圧及び前記クロック生成回路のクロック周波数を制御する電子制御装置。

【請求項2】

前記バスモニタは、測定したトラフィック量によって、前記メインマスタのアクセスが待機状態になると判断すると、前記電源回路の電圧及び前記クロック生成回路のクロック周波数を低下させるように制御する請求項１記載の電子制御装置。

【請求項3】

前記バスモニタは、測定したトラフィック量により、前記バス負荷ターゲットテーブルの対応する目標転送量を達成できないと判断すると、前記電源回路の電圧及び前記クロック生成回路のクロック周波数を上昇させるように制御する請求項１又は２記載の電子制御装置。

【請求項4】

前記バスモニタ（２２）は、前記メインマスタが前記システムバスにライトアクセスするデータを圧縮処理すると共に、前記メインマスタが前記システムバスにリードアクセスするデータを伸長処理する請求項１又は２記載の電子制御装置。

【請求項5】

前記バスモニタ（３Ａ）は、前記メインマスタが各アプリケーションを実行する際の平均スループットを測定し、測定した結果に応じて前記バス負荷ターゲットテーブルを動的に生成する請求項１又は２記載の電子制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両に搭載される電子制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ＤＶＦＳ（Dynamic Voltage Frequency Scaling）は、例えばマルチコアプロセッサ等の電力制御に関する技術であり、処理するタスクが多く負荷が重い場合には、システムの電源電圧及び動作クロック周波数を上昇させ、負荷が軽い場合には電源電圧及び動作クロック周波数を低下させるものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２－１２００３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、車載用の電子制御装置については、ＤＶＦＳ制御は未だ適用されていない。ＤＶＦＳ制御においては、システムの負荷に応じて、電源電圧及びクロック周波数をどのように制御するかが重要となる。

【0005】

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、車両を制御するシステムにおいて、負荷に応じて、電源電圧及びクロック周波数を適切に制御できる電子制御装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

請求項１記載の電子制御装置によれば、車両に搭載され、システムバスを介して、複数のリソースにアクセスする複数のバスマスタの１つであるメインマスタ、少なくともメインマスタとシステムバスとの間に配置され、システムバスに対する複数のバスマスタのアクセス状態に基づくトラフィック量を測定するバスモニタ、メインマスタに動作用電源を供給し、電圧が可変に構成される電源回路、及びメインマスタに動作用クロックを供給し、クロック周波数が可変に構成されるクロック生成回路を備える。

【0007】

バスモニタが備えるバス負荷ターゲットテーブルには、メインマスタにより実行される複数のアプリケーションと、各アプリケーションに対応する平均スループット及び単位時間当たりの目標転送量とが設定されている。そして、バスモニタは、測定したトラフィック量に応じて、メインマスタが実行中であるアプリケーションの目標転送量に均衡するように、電源回路の電圧及びクロック生成回路のクロック周波数を制御する。このように構成すれば、車両に搭載される電子制御装置において、バスモニタが測定したトラフィック量に応じて、メインマスタが実行中であるアプリケーションの目標転送量を最適化するようにＤＶＦＳ制御を適用できる。

【0008】

具体的には、請求項２記載の電子制御装置のように、バスモニタは、測定したトラフィック量によって、メインマスタのアクセスが待機状態になると判断すると、電源回路の電圧及び前記クロック生成回路のクロック周波数を低下させる。

【0009】

また、請求項３記載の電子制御装置のように、バスモニタは、測定したトラフィック量により、バス負荷ターゲットテーブルの対応する目標転送量を達成できないと判断すると、電源回路の電圧及び前記クロック生成回路のクロック周波数を上昇させる。これらのように制御することで、ＤＶＦＳ制御を適用できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１実施形態であり、電子制御装置の構成を示す機能ブロック図

【図2】バスモニタ及びマスタＩＰの周辺構成を示す図

【図3】バスモニタの内部構成を示す機能ブロック図

【図4】バス負荷ターゲットテーブルの一例を示す図

【図5】バストラフィック量の測定処理を示すフローチャート

【図6】バスモニタの全体処理を示すフローチャート

【図7】現在のスループットが目標転送量に達しない場合を示すイメージ図

【図8】図７に示す状態を解消した場合を示すイメージ図

【図9】バストラフィックが混雑してＮＰＵ処理が待たされる場合を示すイメージ図

【図10】図９に示す状態を解消した場合を示すイメージ図

【図11】第２実施形態であり、電子制御装置の構成を示す機能ブロック図

【図12】バスモニタの内部構成を示す機能ブロック図

【図13】データの圧縮・伸長処理を示すフローチャート

【図14】第３実施形態であり、バス負荷ターゲットテーブルを動的に生成する処理を示すフローチャート

【図15】第４実施形態であり、バストラフィックの混雑期間を予測して対応する場合を示すイメージ図

【図16】第５実施形態であり、実際に車両に搭載されてＡＩ処理等を行う構成に適用した場合を示す機能ブロック図

【発明を実施するための形態】

【0011】

（第１実施形態）
以下、第１実施形態について説明する。図１に示すように、本実施形態の電子制御装置１は、システムバス２にバスモニタ３を介して接続されるマスタＩＰ（Intellectual Property）４、システムバス２に直接接続されているバスマスタ５ａ，５ｂ，５ｃ、ＳＲＡＭ６及びＤＤＲ（Double Data Rate）７を備え、ＳｏＣ（System on Chip）として構成されている。電子制御装置１は、車両に搭載される例えばＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。バスマスタの１つであり、メインマスタでもあるマスタＩＰ４は、例えばＣＰＵやＤＳＰ（Digital Signal Processor）などである。ＲＡＭ６及びＤＤＲ７は、リソースの一例である。マスタＩＰ４やバスマスタ５ａ～５ｃは、システムバス２を介してＲＡＭ６やＤＤＲ７等にアクセスを行い、それぞれの制御プログラムに従い処理を実行する。

【0012】

図２に示すように、バスモニタ３及びマスタＩＰ４の周辺には、電圧制御部８及びクロック周波数制御部９がある。クロック生成回路に相当するクロック周波数制御部９は、マスタＩＰ４に供給するクロック信号を供給し、そのクロック信号の周波数は可変に構成されている。また、電子制御装置１の外部には、電源回路に相当する電源供給ＩＣ１０があり、当該ＩＣ１０は、マスタＩＰ４に動作用電源ＶＤＤを供給する。電源ＶＤＤの電圧も可変に構成されている。電圧制御部８及びクロック周波数制御部９は、バスモニタ３により制御される。

【0013】

図３に示すように、バスモニタ３は、バストラフィック測定部１１、トラフィック判定部１２、バス負荷ターゲットテーブル部１３及び変更指示部１４を備えている。バストラフィック測定部１１は、例えば、マスタＩＰ４及びバスマスタ５ａ～５ｃがシステムバス２のアクセス権を取得するため、図示しないバスアービタに出力しているバスリクエストの数を、アクセス数としてカウントするカウンタである。トラフィック判定部１２は、上記のアクセス数に応じて、システムバス２の混雑状態、つまりトラフィック状況を判定する。

【0014】

バス負荷ターゲットテーブル部１３は、図４に示すバス負荷ターゲットテーブルを備えている。バス負荷ターゲットテーブルは、マスタＩＰ４により実行されるターゲットである関数やアプリケーションプログラムＡ～Ｄのそれぞれについて、平均スループット［ＧＢ／ｓ］及び１秒当たりの目標転送量［ＧＢ］を示すテーブルである。尚、関数も、アプリケーションの概念に含まれる。これらは、事前にシミュレーション等を行うことで予め求めておく。マスタＩＰ４は、例えばＡＩ（Artificial Intelligence）エンジンとして、ＮＰＵ（Neural network Processing Unit）に関連した処理を行う。

【0015】

トラフィック判定部１２は、バス負荷ターゲットテーブルを参照し、上記のようにシステムバス２のトラフィック状況を判定することで、変更指示部１４に指示を行う。変更指示部１４は、入力された指示に応じて電圧制御部８に対する電圧変更指示、及びクロック周波数制御部９に対する周波数変更指示を出力する。

【0016】

次に、本実施形態の作用について説明する。図５に示すように、バスモニタ３のバストラフィック測定部１１は、測定を開始すると、マスタＩＰ４及びバスマスタ５によるバスアクセスが発生するまで待機し（Ｓ１）、バスアクセスが発生すると、アクセスカウンタをカウントアップさせる（Ｓ２）。続くステップＳ３において、所定のインターバル測定期間が終了すると、その時点のアクセスカウンタのカウント値に基づいてスループットＳＰを、以下の式で算出する（Ｓ４）。
ＳＰ＝（アクセスカウント値）×（１アクセス当たりの転送バイト量［Byte］）
／（インターバル測定期間［ｓ］）

【0017】

図６に示すように、バスモニタ３は、起動すると初期設定を行い（Ｓ１１）、インターバル時間が経過すると（Ｓ１２）ステップＳ１３の判断を行う。ステップＳ１３では、バス負荷ターゲットテーブルを参照し、現在マスタＩＰ４が実行している関数・アプリの種類に応じた目標転送量を実現するため、現在のスループットでは足りないか否かを判断する。足りない場合は（Ｙｅｓ）、電源電圧ＶＤＤ及びクロック信号の周波数を上昇させるように、電圧制御部８及びクロック周波数制御部９に変更指示を出力する（Ｓ１５）。

【0018】

図７及び図８は、この場合に対応するイメージを示している。クロック周波数制御部９で変更可能なクロック周波数の範囲が、例えば０．８ＧＨｚ～１．２ＧＨｚであり、周波数０．８ＧＨｚでのマスタＩＰ４のスループットが５０ＧＢ／ｓであるとする。このスループットでは、現在実行中の関数・アプリに対応する目標転送量に達しなければ、クロック周波数を１．２ＧＨｚに上昇させることでスループットを７５ＧＢ／ｓに上昇させる。クロック周波数を最大値である１．２ＧＨｚに上昇させると、周波数をその値に固定する。尚、これに伴い電源電圧ＶＤＤも、例えば０．８Ｖから１．２Ｖに上昇させる。

【0019】

一方、ステップＳ１３において、現在のスループットで足りている場合は（Ｎｏ）ステップＳ１４の判断を行う。ステップＳ１４では、システムバス２のトラフィックが混雑しているため、マスタＩＰ４が実行するＮＰＵ処理が待たされる状態か否かを判断する。ＮＰＵ処理が待たされる状態であれば（Ｙｅｓ）、電源電圧ＶＤＤ及びクロック信号の周波数を低下させるように、電圧制御部８及びクロック周波数制御部９に変更指示を出力する（Ｓ１６）。

【0020】

図９及び図１０は、この場合に対応するイメージを示している。周波数１．０ＧＨｚでのマスタＩＰ４のスループットが５０ＧＢ／ｓであり、処理を待機するＷａｉｔ率が８０％であるとする。この場合、システムバス２の混雑状態がボトルネックとなってＷａｉｔ率が上昇しており、マスタＩＰ４は、無駄に高い周波数で動作している状態にある、と言える。そこで、クロック周波数を０．５ＧＨｚに低下させることでスループットを２５ＧＢ／ｓに低下させる。尚、これに連動させて、電源電圧ＶＤＤも、例えば１．０Ｖから０．５Ｖに低下させる。

【0021】

一方、ステップＳ１４において、ＮＰＵ処理が待たされる状態でなければ（Ｎｏ）ステップＳ１７の判断を行う。ステップＳ１７では、マスタＩＰ４の現在のスループットを、バス負荷ターゲットテーブルの対応する目標スループットと比較する。現在のスループットが目標スループットに一致していれば、ステップＳ１２に移行する。現在のスループットが目標スループットを超えていればステップＳ１６と同様の処理を行い（Ｓ１８）、現在のスループットが目標スループットを下回っていればステップＳ１５と同様の処理を行う（Ｓ１９）。

【0022】

以上のように本実施形態によれば、車両に搭載される電子制御装置１において、システムバス２を介して、ＳＲＡＭ６やＤＤＲ７等にアクセスするマスタＩＰ４及びバスマスタ５、マスタＩＰ４とシステムバス２との間に配置され、システムバス２に対するマスタＩＰ４及びバスマスタ５のアクセス状態に基づくトラフィック量を測定するバスモニタ３、マスタＩＰ４に動作用電源ＶＤＤを供給し、電圧が可変に構成される電源供給ＩＣ１０、及びマスタＩＰ４に動作用クロックを供給し、クロック周波数が可変に構成されるクロック周波数制御部９を備える。

【0023】

バスモニタ３が備えるバス負荷ターゲットテーブルには、マスタＩＰ４により実行される複数のアプリケーションと、各アプリケーションに対応する平均スループット及び単位時間当たりの目標転送量とが設定されている。そして、バスモニタ３は、測定したトラフィック量に応じて、マスタＩＰ４が実行中であるアプリケーションの目標転送量に均衡するように、電源供給ＩＣ１０の電圧ＶＤＤ及びクロック周波数制御部９のクロック周波数を制御する。このように構成すれば、車両に搭載される電子制御装置１において、バスモニタ３が測定したトラフィック量に応じて、マスタＩＰ４が実行中であるアプリケーションの目標転送量を最適化するようにＤＶＦＳ制御を適用できる。

【0024】

具体的には、バスモニタ３は、測定したトラフィック量によって、マスタＩＰ４のアクセスが待機状態になると判断すると、電源供給ＩＣ１０の電圧ＶＤＤ及びクロック周波数制御部９のクロック周波数を低下させる。また、バスモニタ３は、測定したトラフィック量により、バス負荷ターゲットテーブルの対応する目標転送量を達成できないと判断すると、電源供給ＩＣ１０の電圧ＶＤＤ及びクロック周波数制御部９のクロック周波数を上昇させる。これらのように制御することで、ＤＶＦＳ制御を適用できる。

【0025】

（第２実施形態）
以下、第１実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。図１１に示すように、第２実施形態の電子制御装置２１は、バスモニタ３に替えて、データ圧縮・伸長機能を有するバスモニタ２２を備えている。図１２に示すように、バスモニタ２２は、マスタＩＰ４とシステムバス２との間に、データ圧縮・解凍回路部２３が配置されており、バストラフィック測定部１１は、データ圧縮・解凍回路部２３を介してシステムバス２にアクセスする。

【0026】

図１３に示すように、データ圧縮・解凍回路部２３は、マスタＩＰ４によるバスアクセスが発生するまで待機し（Ｓ２１）、バスアクセスが発生するとライトアクセス、リードアクセスの何れであるかを判断する（Ｓ２２）。ライトアクセスであれば、マスタＩＰ４のライトデータを圧縮処理してＳＲＡＭ６又はＤＤＲ７に書き込む（Ｓ２３）。一方、リードアクセスであれば、ＳＲＡＭ６又はＤＤＲ７より読み出されたリードデータを伸長してマスタＩＰ４に読み込ませる（Ｓ２４）。

【0027】

以上のように第２実施形態によれば、バスモニタ２２は、マスタＩＰ４がシステムバス２にライトアクセスするデータを圧縮処理すると共に、リードアクセスするデータを伸長処理する。このように構成すれば、システムバス２上のデータ量を削減して、バストラフィックの混雑を緩和できる。

【0028】

（第３実施形態）
第３実施形態では、電子制御装置１Ａが実際に稼働している間に、バスモニタ３Ａが、バス負荷ターゲットテーブルを動的に生成・更新する。更新は、一定期間、例えば１０秒毎に行う。図１４に示すように、ステップＳ３１で上記の一定期間が経過すると、マスタＩＰ４のバスアクセスが発生するまで待機する（Ｓ３２）。バスアクセスが発生すると、バストラフィック量を測定し（Ｓ３３）、平均スループットを算出する（Ｓ３４）。続くステップＳ３５において、更新するためのキャリブレーション期間が終了するまでは、ステップ３２に戻る。キャリブレーション期間が終了すると、バス負荷ターゲットテーブルをキャリブレーションした結果に更新する（Ｓ３６）。以上の処理を、マスタＩＰ４が実行する関数・アプリの種類毎に行う。

【0029】

以上のように第３実施形態によれば、バスモニタ３Ａは、マスタＩＰ４が各アプリケーションを実行する際の平均スループットを測定し、測定した結果に応じてバス負荷ターゲットテーブルを動的に生成する。これにより、実際の処理状況に応じたバス負荷ターゲットテーブルを生成できる。

【0030】

（第４実施形態）
第４実施形態では、図１５に示すように、電子制御装置１が実際に稼働している間に、例えば機械学習等を適用することで、処理時間の経過に伴いバストラフィックが混雑する期間が予測できる場合、その期間に入ると予測された時間の前に、電圧ＶＤＤ及びクロック周波数を最大にする。これにより、バストラフィックが混雑する期間の前に、処理を迅速に実行できる。

【0031】

（第５実施形態）
第５実施形態では、電子制御装置１等の構成を、実際に車両に搭載されてＡＩ処理等を行う構成により近いものに適用した場合を示す。図１６に示すように、電子制御装置３１において、システムバス２には、ＣＰＵ３２，ＤＳＰ３３，ＤＮＮ（Deep Neural Network）３４，拡張仕様アクセラレータＩＰ３５，ＧＰＵ（Graphic Processing Unit）３６，ＩＳＰ（Image Signal Processor）３７，バスマスタ５、ＳＲＡＭ６及びＤＤＲ７等が接続されている。尚、システムバス２への接続する矢印が黒塗りのものは、バスモニタ３を介してアクセスすることを示す。

【0032】

ＣＰＵ３２，ＤＳＰ３３，ＤＮＮ３４は、マルチコア構成であり、ＣＰＵ３２は、図示しない１次キャッシュ及び２次キャッシュを備えている。ＣＰＵ３２は、実際にはＯＳ管理やアプリケーション実行用のＣＰＵと、リアルタイム処理用のＣＰＵの２種が搭載され、ソフトウェア処理全般を受け持つ。ＤＳＰ３３は、主に固定／浮動小数点の積和演算を高速に実行する。ＤＮＮ３４は、４又は８ビットの低ビット整数の積和演算を高速実行可能である。

【0033】

一般に、汎用・複雑性はＣＰＵ＞ＤＳＰ＞ＤＮＮ、となるが、ＡＩ処理等において、高速な単純演算が必要になる処理では、ＤＮＮ＞ＤＳＰ＞ＣＰＵ、となるため、それぞれ得意な演算を分担して処理を行う。近年の車載用の自動運転制御ＳｏＣは制御が複雑化しており、演算量も膨大に膨れ上がる傾向となっている。そのため、ＣＰＵ、ＤＳＰ、ＤＮＮが互いに協調しながら、得意な演算を分担しなければ高度な制御は実現できない。またＣＰＵ，ＤＳＰ、ＤＮＮの３マクロが同時に動き続けると、バス帯域が飽和して性能を引き出せないだけでなく、消費電力も膨れ上がり、発熱問題も考慮しなければならなくなる。よって、ＣＰＵ、ＤＳＰ、ＤＮＮの最適な協調動作を実現するため、本発明が必要となる。

【0034】

（その他の実施形態）
リソースは、ＳＲＡＭ６やＤＤＲ７に限らない。
電源電圧やクロック周波数の具体数値は、個別の設計に応じて適宜変更すれば良い。
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

【符号の説明】

【0035】

図面中、１は電子制御装置、２はシステムバス、３はバスモニタ、４はマスタＩＰ、５はバスマスタ、６はＳＲＡＭ、７はＤＤＲ、８は電圧制御部、９はクロック周波数制御部、１０は電源供給ＩＣを示す。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】