用於嵌入式控制中的先進仲裁的架構和裝置的製作方法

2023-10-09 18:37:24

背景技術：
：實施例涉及用於控制系統的對象仲裁。提供安全功能的系統通常利用冗餘控制器來確保在故障情況下可以維持這種功能的操作。在控制系統中，數據被提供給控制器或類似裝置，並且基於輸入數據執行任務。多處理器或多核處理器通常為了冗餘目的執行相同的函數，這可以有助於確定執行的函數的輸出結果中是否存在故障。然而，當從執行相同函數的不同處理器或多核處理器輸出了衝突的結果時，可以執行仲裁來確定應當利用哪些結果。對於利用奇數個處理器的控制系統，與多數結果相關聯的結果勝出。然而，如果使用偶數個處理器，則存在非一致性判定。沒有魯棒仲裁技術的系統可能只使用指定主處理器的輸出結果。然而問題是，輸出結果的指定主處理器可能是故障控制器或核，該故障控制器或核由於利用了具有錯誤的結果而導致不正確的控制動作。另外，可能必須從各種冗餘處理處獲得和記錄的信息量可能很大並且計算強度大。技術實現要素：實施例的優點是，對由冗餘控制系統中的多個處理器或處理器中的多個核執行的函數的輸出結果進行選擇。本文描述的技術不僅確定了應當選擇哪個輸出結果用於進一步處理，而且通過僅記錄由關鍵函數使用的關鍵函數和參數值來有效地減少利用的數據量。每個執行的任務由相應路徑標識。當一個函數標識為在任務期間執行的關鍵函數時，標識該路徑。還僅針對那些執行的關鍵函數記錄參數值。此外，生成唯一地標識路徑的位向量，其中每個位向量包括所有關鍵函數。只有在路徑中執行了關鍵函數時，才在每個位向量中設置相應位。每個相應位進一步指向針對該關鍵函數記錄的參數值。因此，本文描述的技術有效地存儲和利用了最少量的信息，該信息需要用來標識路徑並利用存儲的數據做出明智的判定。另外，仲裁模塊通過每個相應路徑的每個關鍵函數利用記錄的數據，並應用邏輯函數、或邏輯表、或它們的組合來確定應該利用哪些輸出結果。一個實施例設想了一種仲裁冗餘控制系統中的衝突輸出的方法。記錄冗餘控制系統中的每個控制器執行的任務的執行數據。執行數據包括每個執行流的初始時間戳、每個執行流中的關鍵函數的標識，以及關鍵函數使用的參數值。僅基於為每個執行流執行的關鍵函數來標識由每個控制器執行的路徑。將每個執行的路徑的記錄的執行數據應用於仲裁模塊。來自相應控制器中的一個的輸出結果由仲裁模塊基於每個執行的路徑的記錄的執行數據來進行選擇。所選擇的控制器的輸出結果通信到下一個模塊用於進一步處理。附圖說明圖1示出了示例性控制系統的架構框圖。圖2示出了用於記錄每個任務的執行序列的數據結構和架構。圖3示出了執行相應函數並根據函數輸出結果的兩個處理器的第一示例。圖4示出了經由得到不同結果的不同路徑執行相應函數的兩個處理器的第一示例。圖5示出了仲裁模塊利用的數據結構。圖6表示示例性路徑以及它們相關聯的路徑標誌向量。圖7示出了示例性表中的函數和相關聯的參數值的示例性結構。圖8示出了從路徑向量到相關聯的表函數條目和相關聯的參數值的映射。圖9示出了記錄執行路徑和值的過程的流程圖。圖10示出了用於執行仲裁策略的仲裁模塊的示例性結構。具體實施方式以下詳細描述意在說明性地理解實施例的主題，並且不旨在限制本主題的實施例或這種實施例的應用和使用。詞語「示例性」的任何使用旨在解釋為「用作示例、實例或說明」。本文闡述的實施方式是示例性的並不意在解釋為比其他實施方式更優或更有利。本文的描述不意在受存在於前述
背景技術：
、詳細描述或描述、簡要概述或以下詳細描述中的任何明示或暗示的理論的約束。在本文中可以根據函數和/或邏輯塊部件並且參考可以由各種計算部件或設備執行的操作、處理任務和函數的符號表示來描述技術和技藝。這種操作、任務和函數有時稱為計算機執行、計算機化、軟體實現或計算機實現。應當理解，附圖中所示的各種塊部件可以由配置為執行指定函數的任何數量的硬體、軟體和/或固件部件來實現。例如，系統或部件的實施例可以採用各種集成電路部件(例如，存儲器元件、數位訊號處理元件、邏輯元件、查找表等，其可以在一個或多個微處理器或其他控制設備的控制下執行各種函數)。當在軟體中實現時，本文描述的系統的各種元件基本上是執行各種任務的代碼段或計算機可執行指令。在某些實施例中，程序或代碼段存儲在有形的處理器可讀介質中，其可以包括可以存儲或傳送信息的任何介質。非暫時性和處理器可讀介質的示例包括電子電路、微控制器、專用集成電路(asic)、半導體存儲器設備、rom、快閃記憶體、可擦除rom(erom)、軟磁碟、cd-rom、光碟、硬碟等。本文描述的系統和方法可以用於標識在控制系統中執行軟體函數的控制器中的故障。雖然下面關於在車輛應用中使用的控制器或處理器描述了方法和方法論，但是本領域普通技術人員會理解汽車應用僅僅是示例性的，並且本文公開的概念也可以應用於任何其他合適的通信系統，諸如例如一般工業自動化應用、製造和組裝應用以及遊戲。如本文描述的術語「車輛」可以廣義地解釋為不僅包括客車而且可以包括其他車輛，包括但不限於鐵路系統、飛機、越野運動車輛、機器人車輛、摩託車、卡車、運動多用途車輛(suv)、娛樂車輛(rv)、船舶、航空器、農用車輛，以及建築車輛。圖1中示出了示例性控制系統的架構框圖。這種控制系統通常將利用兩個或多個控制器，使得如果主控制器發生硬體錯誤，則可以容易地啟用至少一個備用控制器來控制控制系統的特徵或者提供對發生錯誤的特徵的有限功能的控制。如圖1中所示，提供多個傳感器用於通過一個或多個傳感器12獲得數據。傳感器12感測設備、子系統或系統的狀況狀態。將直接從傳感器12獲得的感測數據輸入到用於處理的控制器，或者如果利用了多於一個傳感器並且如果使用多個傳感器12來監測狀態，則可以將這些數據進行融合。因此，融合模塊14可以用於融合傳感器結果，以將數據變為更好的形式來用於處理。來自融合模塊14或直接來自傳感器12的數據輸入到控制器16。控制器16可以包括多個處理器或多核處理器。如圖1中所示，控制器16可以包括用於基於由多個傳感器12或融合模塊14提供的輸入數據來執行函數的第一處理器18和第二處理器20。替代地，控制器可以包括利用第一核和第二核作為相反的單獨處理器來執行控制的雙核處理器。為了本文的一致性目的，將使用術語處理器；然而應當理解，術語處理器可以與處理器的核互換。來自第一處理器18和第二處理器20的輸出輸入到仲裁模塊22，在該模塊中結果將在彼此之間進行比較。如果結果相同，則可以利用任一結果。如果結果不同，則仲裁模塊確定將利用哪些結果。圖2示出了用於記錄每個任務的執行序列的數據結構和架構。例如，由各種處理器執行的任務可以利用不同的處理序列(以下稱為路徑)。在圖2中，可以利用在每個節點處記錄函數的不同的路徑記錄三條不同路徑。第一路徑24可以包括函數{a，b，d，g}。第二路徑26可以包括{a，b，c，d，g}。第三路徑28可以包括{a，e，f，g}。對於在路徑中執行的每個函數，在函數的執行期間獲得信息。獲得的附加信息可以包括但不限於時間戳和函數的數據值，它們可以在下遊由仲裁模塊存儲和利用。然而，為每條路徑在每個節點處記錄時間戳和函數的值將會使對記錄的信息的處理變得低效並且計算量大。因此，在設計時標識關鍵函數。通過僅記錄來自關鍵函數的信息，不僅減少了數據量，而且通過僅標識關鍵函數而不是記錄所有函數的數據，可以容易地標識路徑。對於在所執行的路徑中標識的每個關鍵函數，記錄開始和執行路徑時的時間戳，並且針對所執行的每個關鍵函數記錄數據值。數據值可以包括一個或多個參數值。在圖2中，函數(a，c，f，g)標識為關鍵元素。之前描述了三條可能的路徑都是可行的。由於函數(a)是起始節點並且函數(g)是結束節點，所以這些相應函數中的每一個將是每條路徑的一部分。因此，相應函數的存在或不存在可以確定採用了哪條路徑。例如，如果函數(c)和函數(f)也標識為關鍵函數，則函數(c)或(f)的存在或都不存在將標識路徑。因此，在仲裁模塊分析時，可以利用表來記錄用於所有關鍵函數的值，來確定哪些數據與哪條路徑相關聯。如果相應路徑的表記錄了關鍵函數(c)的值，則可以確定該路徑是第二路徑26{a，b，c，d，g}。如果相應路徑的表記錄了關鍵函數(f)的值，則可以確定該路徑是第三路徑28{a，e，f，g}。如果相應路徑的表沒有記錄關鍵函數(c)和(f)的值，則確定該路徑是第一路徑24{a，b，d，g}。因此，可以基於是否記錄了關鍵函數的值來確定每條路徑。然後可以將值提供給仲裁模塊，在該模塊中使用稍後將詳細討論的查找表或判定邏輯來執行仲裁策略。圖3示出了執行相應函數並根據函數輸出結果的兩個處理器的第一示例。在圖3中，執行相同的路徑，並且將結果提供給仲裁模塊22。如果結果相同，則仲裁模塊可以利用任一結果，因為結果相同。如果結果是不同的，即使兩個處理器利用了相同的路徑，也要使用包括記錄的參數值的各種特性來作出哪個處理器是正確的確定。圖4示出了經由得到不同結果的不同路徑執行相應函數的兩個處理器的第一示例。在該示例中，第一處理器執行路徑{a，b，d，g}，並且第二處理器執行路徑{a，e，f，g}。根據仲裁邏輯，可以利用時間戳、執行的路徑和利用的參數值中的至少一個來標識預定路徑。仲裁模塊24將接收相關聯的路徑的參數值，並且將利用時間戳、執行序列(即，路徑)和參數值中的至少一個來確定哪條路徑得到了正確的結果。仲裁模塊22可以利用查找表或判定邏輯來標識要使用的結果。圖5示出了用於以可由仲裁模塊使用並進行格式化以最小化需要保留和處理的數據量的方式記錄執行的序列的數據結構。如圖5中所示，捕獲每個關鍵函數{a，c，f，g}作為向量中的位。每條路徑將利用該向量，該向量不僅提供路徑的執行序列而且還包括函數訪問指示符。函數訪問指示符是標識是否沿著相應路徑訪問相應函數的位(即，「1」或「0」)。如前所述，在多個函數中標識關鍵函數。在向量中每個關鍵函數和與其相關聯的函數訪問指示符一起描述。4位向量30的結構如圖5中所示。利用圖5的關鍵函數，每個函數都表示在4位向量30中。例如，addr(a)由向量的第一位表示，addr(c)由向量的第二位表示，addr(f)由向量的第三位表示，並且addr(g)由向量的第四位顯示。每個相應地址將包括「0」位或「1」位。「0」位指示未訪問相應節點並且函數未執行。「1」位指示訪問了相應節點並且因此執行了函數。因此，一旦執行序列到達其目的地，每條路徑的每個執行序列將通過指示是否訪問了相應節點並且是否執行了函數而包括不標識路徑的信息。因此，每條路徑將由初始時間戳和路徑標誌指示符表示。初始時間戳表示路徑的開始並且用於匹配用於仲裁的信號。路徑標誌向量設計為具有由位向量表示的每個關鍵函數，無論是在相同還是不同的執行路徑上，在該向量中每個位指示對執行路徑上的函數的訪問。每個位在初始時間戳時是初始未設置的(即，「0」)，並且當執行了其所表示的函數時設置每個位(即，「1」)。如果未執行函數，則其相關聯的位保持未設置(即，「0」)。向量的函數的順序與任何路徑的執行序列的順序一致。圖6表示示例性路徑以及分別與它們相關聯的路徑標誌向量。如圖6中所示，關鍵函數包括{a，c，f，g}。按照順序{a，c，f，g}利用每個4位向量。圖6中的每個相應虛線表示不同的路徑24、26、28。第一路徑24由具有值{1，0，0，1}的向量標識。位值指示執行了函數(a)，未執行函數(c)，未執行函數(f)，並且執行了函數(g)。由於既沒有執行函數(c)也沒有執行(f)，則唯一可行的路徑可以是與第一路徑24相關的{a-b-d-g}。類似地，由具有值{1，0，1，1}的向量來標識由32表示的第二路徑。位值指示執行了函數(a)，未執行函數(c)，執行了函數(f)，並且執行了函數(g)。由於未執行函數(c)並且執行了函數(f)，則唯一可行的路徑可以是包括得到路徑{a-e-f-g}的函數(f)的那條路徑。另外，由具有值{1，1，0，1}的向量來標識由28表示的第三路徑。位值指示執行了函數(a)，執行了函數(c)，未執行函數(f)，並且執行了函數(g)。由於執行了函數(c)並且未執行函數(f)，則唯一可行的路徑可以是包括得到路徑{a-b-c-d-g}的函數(c)的那條路徑。因此，為了減少向量大小和收集的每個函數相關聯的數據，不需要跟蹤所有函數(例如，非關鍵函數)和記錄該路徑的所有函數的數據。相反地，僅跟蹤關鍵函數並且僅記錄關鍵函數的數據，因為執行的關鍵函數以及未執行的那些關鍵函數將揭示哪條是執行路徑。為了進一步增強通過仲裁模塊標識正確結果的確定，跟蹤和分析由執行的函數產生的參數的值。由兩個不同處理器執行的不同路徑或相同路徑之間的不一致輸出可能是因為使用了不同值，因為要根據每個函數使用的值得到計算路徑的輸出。這可以由各種因素引起，包括但不限於硬體故障和來自其他函數的更新。當使用全局變量時，這可能是特別有挑戰性的。為了幫助確定正確的輸出，生成表來記錄在計算中使用的值。每個函數可以利用一個參數或多個參數值。因此，記錄僅由執行序列中的關鍵函數使用的參數值。圖7示出了表中的函數和其相關聯的參數值的示例性結構。在第一條目中示出了函數欄位40。指針欄位42指向記錄的相應參數值的位置。參數值記錄在參數值條目欄位44中。如果相應函數利用了多於一個的參數值，則可以在該欄位中輸入多於一個的參數值。圖8示出了從路徑向量到相關聯的表函數條目和相關聯的參數值的映射。示例性向量在50處大體示出。只有具有設置了的位值的那些相應關鍵函數在表52中記錄了參數值。也就是說，僅為執行了的相應函數記錄參數值。如果在位向量中關鍵函數是「0」，則相應函數未執行，並因此相應函數不是路徑的執行序列的一部分。因此，未執行的關鍵函數將不具有參數值，也不會將未執行的關鍵函數列在表52中。應當理解，表中的順序與向量中函數出現的順序相同(沒有任何未執行的關鍵函數)。參考路徑向量50，設置了表示函數(a)的路徑向量50的第一位，並因此在表52中具有至少一個相關聯的參數值。如表52中所示，函數(a)利用了參數值「8」和「21.2」。表示函數(c)的路徑向量50的第二位未設置，並因此在表52中不具有相應條目或參數值。設置了表示函數(f)的路徑向量50的第三位，並因此在表52中具有至少一個相關聯的參數值。如表52中所示，函數(f)利用了參數值「22」。類似地，設置了表示函數(g)的路徑向量50的第四位，並因此在表52中具有至少一個相關聯的參數值。如表52中所示，函數(g)利用了參數值「0」。應當理解，不是路徑向量中的每個位都必須在表中具有條目，並且不是記錄每個參數值。也就是說，雖然在相應路徑中利用和執行了非關鍵函數，但是只有執行的關鍵函數被仲裁模塊記錄，用於確定哪條路徑提供正確的輸出。在為每條路徑生成每個表之後，仲裁模塊單獨地或組合包括時間戳、利用的路徑和參數值來比較各種因素。圖9示出了記錄執行路徑和值的過程的流程圖。在步驟60中，初始化用於記錄執行路徑和每個函數的參數值的例程。在步驟61中，用向量的數據記錄初始時間戳。該時間戳可以從融合的傳感器數據繼承。在步驟62中，標識用於列表的不同路徑的關鍵函數並且初始化用於存儲。列表頭用於指示列表的開始。在步驟63中，將地址設置為當前函數地址。也就是說，將當前函數正在執行的節點的地址設置為當前地址。在步驟64中，確定當前地址是否是當前列表的一部分。應該記住，所有函數無論關鍵或非關鍵，都在執行串中執行；然而，該例程僅記錄關鍵函數的數據。如果當前地址是表示關鍵函數的當前列表的一部分，則例程進行到步驟65；否則例程進行到步驟66。在步驟65中，該函數標識為關鍵函數，並且在該關鍵函數執行時針對該關鍵函數記錄參數值。在步驟66中，確定執行串是否完成。如果確定不需要執行附加函數，則例程進行到例程結束的步驟68。如果確定執行串未完成並且需要執行附加函數，則例程進行到步驟67。在步驟67中，例程標識執行串中的下一個函數，並且例程返回到步驟63，以將該下一個函數設置為當前函數地址。應當理解，可以在用於執行的調用樹中多次調用函數，並且每次調用函數時將其視為不同的函數，因為將僅執行程序的一條路徑，並且任何路徑上執行的函數都這樣順序操作。在檢查每個函數是關鍵還是非關鍵之後，僅檢查標識為關鍵的相應函數。圖10示出了用於執行仲裁策略的仲裁模塊22的示例性結構。仲裁模塊22包括第一循環存儲緩衝器72和第二循環存儲緩衝器74。基於執行冗餘操作的處理器的數量，諸如時間戳、執行的路徑和參數值的數據輸入到相應緩衝器。應當理解，緩衝器的數量通常等於執行函數的冗餘處理器的數量。因此，雖然示例性仲裁模塊22示出了兩個循環緩衝器，但是如果利用了多於兩個冗餘處理器，則可以利用更多的緩衝器。每個冗餘處理器的每個循環緩衝器存儲了值的短歷史(例如，3個值-1個當前值和2個先前值)。當處理器的輸出不一致時，仲裁模塊22利用各種因素並且比較來自冗餘處理器的這些相應因素。在設計時確定仲裁模塊22中的仲裁邏輯並且存儲以供運行時使用。仲裁模塊22包括邏輯函數76，其中可以根據用於標識判定的函數對仲裁模塊22所依賴的標準進行加權。另外，仲裁模塊22包括查找表78。查找表78基於輸入值提供固定的判定。仲裁模塊22進一步包括判定器80，其利用通過邏輯函數76的策略和查找表78導出的判定的組合。邏輯函數76可以由以下公式表示：其中ti是路徑i的時間戳輸出，pi是路徑i的輸出的優先級，vi是在路徑i上使用的輸出值的優先級，w1、w2、w3是每個因素的重要性的權重。可以在設計時預定每個權重，並且將根據正在執行的函數或該函數正在操作的範圍而變化。例如，如果函數涉及車輛的速度，則用於值輸出優先級vi的加權因子w1可以是50％，而如果函數涉及發動機扭矩，則用於值輸出優先級vi的加權因子w1可以是75％。在另一示例中，轉向操作基於車輛的速度。在65mph時的車輛速度參數可具有與75mph時的車輛速度參數不同的權重，因為車輛速度可影響轉向角的設置。因此，基於正在執行的函數來預設應用於不同輸出的權重。參考時間戳因子，在相應時間獲取的時間戳ti可以更優選或關鍵。因此，當狀況需要時，與路徑或參數值相反，可以向時間戳參數應用更大的權重。參考路徑因素，可以更加重視相對於另一路徑利用了更關鍵函數的路徑。可以應用策略：相應路徑執行的函數更關鍵，則來自該相應路徑的輸出的置信度或可靠性越大。當參考由相應函數使用的參數值時，可以更加重視在相應參數操作範圍內或在距參數目標值相應距離內的參數。基於如本文所述的各種因素，可在邏輯函數76中利用不同的加權因素。查找表78表示基於上述各種因素(諸如時間戳、路徑和參數值)之間的差異的固定判定。差異可以包括比較路徑或目標時間戳之間的時間戳的差異、執行的路徑之間的差異(例如關鍵函數)，以及比較路徑的參數值之間或與參數目標值之間的差異。基於每個類別的比較，應用固定的判定輸出。示例性查找表如下所示：t-差異範圍p-差異指針判定[0,1]abcdg,abdgv1[0,0]o(p1)[0,3]abdg,aefgv1[0,4],v2[1,0]omax判定器80可以僅利用來自邏輯函數76的結果、僅利用查找表78的結果或者邏輯函數76和查找表78的相應組合，來確定應當依賴於哪些輸出結果來提供給其他模塊來進行附加處理。附加模塊可以包括但不限於其他控制器、設備、子系統或系統。該信息可以用於執行進一步的任務，或者可以用於基於輸出結果啟用車輛操作。雖然已經詳細描述了本發明的某些實施例，但是本發明所涉及的領域的技術人員將認識到用於實施由所附權利要求書限定的本發明的各種替代設計和實施例。當前第1頁12