(57)【要約】  本発明は、機械または輸送手段を制御する装置に関する。前記装置は、制御プログラムを処理する計算ユニット（２）と、データまたは制御プログラムを蓄積する蓄積手段（８、１２、１３、１４）と、それを介して、制御されるアクチュエーター（１５、１６）または他の制御装置に制御命令を送信できるインターフェース・モジュール（９、１１、１５）とを備え、本発明の装置（１）はデータバスにより他の制御装置に接続される。前記装置（１）は、複数の同種のセル（３、４、５、６）からなり、各セル（３、４、５、６）は再構成可能なハードウェア（７）と周辺モジュール（８、９）とを備える。前記セル（３、４、５、６）は、各セル（３、４、５、６）がそのハードウェア回路の点で制御プロセスに適応できるように、構成データにより再構成可能であり、少なくとも１つのセル（３、４、５、６）が計算ユニット（２）及び／又はインターフェース・モジュール（９、１１）を形成する。
2005512174.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
おのおのが制御プログラムを実行するプロセッサ（２）を有し、第１のデータバスによりネットワーク接続される複数の制御ユニットと、
データと制御プログラムを蓄積する記憶手段（８、１２、１３、１４）と、
制御されるアクチュエーター（１６、１７）あるいはさらに別の制御ユニットへの制御命令転送に使用できるインターフェース・モジュール（１１、１５）と、
を有する機械あるいは輸送手段を制御する装置において；
前記制御ユニット（１）の少なくとも１つが同種類の複数のセル（３、４、５、６）を有し、前記セルは、セル通信ユニット（１１）を有する個別電子素子形態をとり、前記装置（１）の第２の内部データバス（１０）により互いにネットワークに接続され、
前記各セル（３、４、５、６）は、可変的に切り替え可能な接続線によって様々な方法で相互に接続可能であって、ネットワーク接続される多数の記憶セルを有する１個の再構成可能なハードウェア（７）と、セル通信ユニット（１１）とを有し、
前記各セル（３、４、５、６）の再構成可能なハードウェア（７）は、各セル（３、４、５、６）が前記制御プロセス用に自身のハードウェア接続に関して調整可能となるように構成データにより再構成可能であり、
前記１つまたは複数のセル（３、４、５、６）は、共同で、制御ユニット（１）のプロセッサ（２）及び／又は周辺モジュール（８、９、１１）を形成し、
さらに別のセル（３、４、５、６）が、前記制御ユニット（１）の処理能力を増大するために、インターフェース可能であるかまたはインターフェース（１１、１５）を使用することにより構成の追加ができる、
ことを特徴とする制御装置。
【請求項２】
おのおのが制御プログラムを実行するプロセッサ（２）を有し、第１のデータバスによりネットワーク接続される複数の制御ユニットと、
データと制御プログラムとを蓄積する記憶手段（８、１２、１３、１４）と、
制御されるアクチュエーター（１６、１７）あるいはさらに別の制御ユニットへの制御命令転送に使用できるインターフェース・モジュール（１１、１５）と、
を有する機械あるいは輸送手段を制御する装置において；、
前記制御ユニット（１）の少なくとも１つが同種類の複数のセル（３、４、５、６）を有し、前記セルは、セル通信ユニット（１１）を有する個別電子素子形態をとり、前記装置（１）の第２の内部データバス（１０）により互いにネットワークに接続され、
前記各セル（３、４、５、６）は、可変的に切り替え可能な接続線によって様々な方法で相互に接続可能であって、ネットワーク接続される多数の記憶セルを有する１個の再構成可能なハードウェア（７）と、セル通信ユニット（１１）とを有し、
前記各セル（３、４、５、６）の再構成可能なハードウェア（７）は、各セル（３、４、５、６）が前記制御プロセス用に自身のハードウェア接続に関して調整可能となるように構成データにより再構成可能であり、
前記１つまたは複数のセル（３、４、５、６）は、共同で、制御ユニット（１）のプロセッサ（２）及び／又は周辺モジュール（８、９、１１）を形成し、
前記セル（３、４、５、６）が、ハードウェア記述言語をダウンロードすることによって構成でき、各セル（３、４、５、６）が、制御ユニット内の従来のマイクロコントローラのサブファンクションを実行することを特徴とする制御装置。
【請求項３】
前記装置（１）は、規定された数のセル（３、４、５、６）を有し、また、前記構成データにより、前記セル（３、４、５、６）から一部が選択されて、前記制御プロセスを適切に処理するように接続されることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記構成データは、前記再構成可能なハードウェア（７）の構成選択肢を記述し、かつインターフェース（１５）を介して前記制御装置へダウンロードできるハードウェア記述言語を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の制御装置。
【請求項５】
記憶手段（１２、１３、１４）は複数の構成データの記録を蓄積でき、また、前記再構成可能なハードウェア（７）は前記制御プロセスに基づいて構成できることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の制御装置。
【請求項６】
前記セル（３、４、５、６）の少なくとも１つは、前記装置（１）が制御ユニットのマイクロコントローラを置換できるように、該マイクロコントローラの計算機能を実行するように構成できることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の制御装置。
【請求項７】
より高度の処理要求により１つまたは複数のセルがさらに追加され、及び／又は起動され、追加処理タスクを実行することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の制御装置。
【請求項８】
前記装置は、前記装置が交換制御ユニットとして使用できるように、ハードウェア記述言語をダウンロードすることにより、既存制御ユニットに基づいて構成可能であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の制御装置。
【請求項９】
前記セル（３、４、５、６）を相互にネットワーク接続するために光データバス（１０）が設けられることを特徴とすることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械あるいは輸送手段を制御する装置に関する。この制御装置は、制御プログラムを実行するプロセッサと、データと制御プログラムとを蓄積する記憶手段と、制御されるアクチュエーターあるいはさらに別の制御ユニットへの制御命令の転送に使用されるインターフェース・モジュールを有し、データバスによって他の制御装置に接続される。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、マイクロプロセッサを有する標準的なコンピュータ・ユニットが開示されている。この標準的なコンピュータ・ユニットは車両制御ユニット内で使用するために設けられ、例えばエンジン制御など、様々な制御プロセスをそこで行なう。この場合、マイクロプロセッサは拡張可能（スケーラブル）となっている。すなわち、各マイクロプロセッサは、同一接続ピン配置でもって異なる能力を有する複数のマイクロプロセッサのバリエーションを有する。従って、能力要件に基づいて、制御ユニット内に適切なマイクロプロセッサを使用できる。輸送手段の用途で高性能化が必要になれば、プロセスの周辺部品を変更せずに単にプロセッサ交換により高速のマイクロプロセッサを挿入することになる。このような標準的なコンピュータ・ユニットの利点は、輸送手段の各制御用途に対して、異なる制御ユニットを使用する必要がないということであるが、それよりも、単により強力なプロセッサへ置換することで、当該ハードウェアが更に複雑な制御タスクにも使用可能となることである。用途によっては、異なった制御ソフトウェアがこの標準的なコンピュータ・ユニット上で走ることになる。
【０００３】
なお、再構成可能なハードウェアを含む様々な用途は周知のものである。再構成可能なハードウェアは、電気的に任意に接続可能な多くの個別記憶セルを備えるハードウェアモジュールを意味すると理解される。この方法で、例えばモジュールを基板上に取り付けたまま、論理モジュール、記憶手段および加算器を構成できる。他のモジュールが必要ならば、このハードウェアは再構成可能であり、記憶セルを相互に異なる形態で接続することにより同一のハードウェアが例えば記憶手段を形成することになる。
【０００４】
今日使用されている再構成可能なハードウェアの１例はフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）であるが、これもまた既にＰＣシステム関連用途で実際に使用されている。この点に関しては、単なる例として特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５が参照される。しかし、先行技術では、輸送手段におけるネットワーク化された制御ユニットにおいて再構成可能なハードウェアを使用することに関しては、今日まで考えられていなかった。
【０００５】
【特許文献１】独国特許出願公開第  １９７  ５０  ６６２  Ａ１号明細書
【特許文献２】欧州特許第  １７７２６１  Ｂ１号明細書
【特許文献３】欧州特許第  ４６３０２６  Ｂ１号明細書
【特許文献４】欧州特許出願公開第  ６４２０９４  Ａ２号明細書
【特許文献５】米国特許第５，５７０，０３９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、既に周知のスケーラブルな標準プロセッサの代わりとして使用できる、機械あるいは輸送手段を制御するネットワーク接続された装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は請求項１に記載の特徴により達成される。従って、本装置は複数の同種類セルを有し、各セルは１個の再構成可能な（リコンフィギュラブル）ハードウェアおよびセル通信ユニットを有し、また、これらセルは構成データにより再構成できる。そのため、制御プロセスに対し、各セルは、ハードウェア接続が調整され、１つまたは複数のセルが共同でプロセッサ及び／又は周辺モジュールを形成する。
【０００８】
本発明によると、本制御装置は、それぞれのデータバスあるいは他の回線によって相互にネットワーク接続され、さらに別の制御装置と共に、機械あるいは輸送手段内で使用されることを意図している。１個の新規ソフトウェアが単にロードされる従来システムとは対照的に、例えばフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）のように、１個の再構成可能なハードウェアを使用することにより、制御ユニット内で使われているハードウェア構成を変更できる。本装置が複数の同種類セルから構成されるということは、各セルが構成データにより個々に再構成できることを意味する。各セルもまた、例えば装置の内部バスにより、装置内で相互にネットワーク接続される。個々のセルからなる本装置は、上述したように、データバスによってさらに外部からユニットを制御するようにネットワーク接続される。本装置は、内部のセルラー設計によりセル毎に別々に構成可能であり、従って各セルは専用の制御機能を実行できる。このようにして、本装置は、制御ユニットの従来タスクを部分的にあるいは全て、置換できる。
【０００９】
本発明によると、本装置は、個々の記憶セルを含む再構成可能なハードウェアとして、例えばＦＰＧＡを含むセルから構成される。再構成可能なハードウェアの記憶セルは１チップ上で提供されることが好ましく、また電子信号によって再構成できるので記憶セル内に新しい内部接続が構成される。異なる論理回路が必要となったとしても、このＦＰＧＡモジュールは容易に再構成できる。
【００１０】
装置内のセルは対照的に、ハード的に結線されており、各セルは特定技術に関連するタスクを有する上位ユニットを構成する。第１のセルは、ＦＰＧＡ中に構成されるプロセッサ、記憶モジュールおよびセル通信ユニットにより、エンジン電子部の制御タスクを実行できる。次に、第２のセルはドライバー情報システムを駆動でき、この目的のために論理加算器および記憶ユニットがＦＰＧＡ中に構成される。さらに、第２のセルは、従来の電子部品として設けられるマイクロコンピュータおよびデータバス用のインターフェース・モジュールを含むことも可能である。
【００１１】
本発明装置の具体的な利点は、事前に構成データを使用して、制御タスクに基づいた再構成ができ、独立した再構成可能セルを有する標準的な制御装置が作成されることである。この場合、まず第１に、既存制御ユニットのハードウェア形式をシミュレーションできるので、本装置は、例えば、従来のマイクロプロセッサがもはや当該メーカーにより製造されなくなった後の予備制御ユニットとして構成できる。第２に、この標準的な制御装置は、使用数量が少ないという理由で従来型制御ユニットを新たに製造することが許されないような制御プロセスにも使用できる。しかし、本発明装置の具体的な利点は、本制御装置が任意にスケーラブル形式であるということである。すなわち、本セルは、必要な周辺領域を備える単一モジュールの形式をとっても良いし、要件によっては、装置の内部バス上で利用できるインターフェースに結合させても良い。このことは、例えば、新ドライバー情報システムなどの新システムが使用される場合、さらに別のセルを本制御装置に結合可能であり、構成データをハードウェア記述言語にダウンロードすることにより別のセルを再構成できることを意味する。
【００１２】
代替的な方法は、ハードウェア記述言語を使用して再構成可能なハードウエア上にダウンロードできるプロセッサ機能あるいはドライバーユニット機能を含むので、例えば、ＣまたはＪａｖａのような古典的プログラムを作成し、このようにして構成されるハードウェア上で実行できる。こうして、既存の自動車内のハードウェアは、再構成可能なハードウエアおよび関連する周辺モジュールと新セルをインターフェースさせることによりアップグレードできる。
【００１３】
本装置は、規定された数のセルを有し、各セルが、各セルに必要とされる１個の再構成（再構築）可能なハードウエアおよび周辺モジュールを有することが好ましい。これらセルは内部バスで相互にネットワーク接続可能であり、また、任意に接続が可能である。この構成データは、必要なハードウェア・コンフィギュレーションをハードウェア記述言語形式で示すことができる。この目的のために、第１に、マイクロコンピュータ領域あるいはインターフェース・モジュールはハードウェアでシミュレーション可能である。第２に、本装置の基板上に設けられ、しっかりと規定された数のセルから一部を選択し、構成データを使用して適宜接続させることもまた可能である。次に、処理能力の増大、すなわちプロセッサのスケーリングは、さらに別のセルを付加し再構成することにより達成される。ハードウェア記述言語（ＨＤＬ）形式の構成データは、本装置の第１のインターフェースおよび内部インターフェースを介してそれぞれのセルへ転送できるので、各セルは別々に構成できるか、あるいは選択されたセルのみを構成できる。データベースは、複数の構成データの記録を蓄積することが可能であるので、このハードウェアは必要とされる制御プロセスに基づいて構成できる。
【００１４】
各セルは、個別部品の形態をとることが可能であり、必要な少なくとも１個のリコンフィギュアラブル・ハードウエアと、セルをネットワークに接続するために必要な周辺モジュールとを備える。一例を挙げれば、周辺モジュールは、本装置の（セルを相互接続する）内部データバス、タイマおよび割込みモジュール用のインターフェースである。さらに、この時、従来型マイクロプロセッサあるいはマイクロコントローラも各セルに設けてもよい。本発明の装置の利点は、スケーラブル装置により、車両に設けられる制御ユニット数を削減できるということである。このハードウェアは再構成可能であるが、このことは複数の異なる制御プロセスも単一の制御装置上で実行されることを意味する。本発明の制御装置により、スケーラブルな標準制御ユニットが、再構成可能なハードウエアを使用することによって作成可能となり、また、この関連ソフトウェアは、このようにして作成されたハードウェアにロードされる。
【００１５】
本ハードウェアは、ハードウェア記述言語による再コンフィギュレーションを使用して調整可能であり、ＦＰＧＡモジュールを使用して特定のハードウェアモジュールをシミュレーションする。制御ユニットのハードウェアのシミュレーションは、通常、設けられるマイクロコントローラが無くても、ハードウェア構成として直接表現できる制御機能まで拡張できる。必要な処理能力、あるいは必要とされるメモリおよび周辺モジュールは、１つまたは複数のセルを構成し、これらを相互にネットワーク接続することにより作成できる。このハードウェア構成の柔軟性により、装置内の多くの車両機能をマップさせることができる。個々のセルの、装置内でのネットワーク接続の程度は、構成されるハードウェアの複雑さ、あるいは安全性に関連する冗長性要件に依存して変化する。一例を挙げれば、制御プロセスをチェックするセルをさらに別に用意し、このセルを内部バスにより予め必要とされたセルへネットワーク接続することにより、安全性を高められる。
【００１６】
本発明の好ましい１つの発展形態としては、少なくとも１つのセルが、マイクロコントローラの計算機能を実行できる１個のリコンフィギュアラブル・ハードウエアを装備することである。このことは、本装置が、マイクロコントローラを有する従来の制御ユニットを完全にあるいは部分的に交換できることを意味する。こうして、このリコンフィギュアラブル・ハードウエア（例えばＦＰＧＡ）は、ハードウェア記述言語により、計算プロセスが制御機能用にシミュレーションされるように構成できる。このＦＰＧＡは、例えば複雑な処理タスクを実行するために加算器と乗算器要素を作成できる。従来の制御ユニットでのこれらの制御機能は省略され外部に移動されるか、あるいは、従来の制御ユニット自体が完全に省略される。
【００１７】
本装置のセルは、ハードウェア記述言語をダウンロードすることにより構成され、また、各セルは１つまたは複数の特定の制御機能を実行するように構成されることが好ましい。より高度な処理要求に対して、本装置は１つまたは複数のセルをさらに追加することにより、及び／又はハードウェア記述言語を使用してこれらセルを起動させることにより容易にスケーリングできるので、新しいセルが追加の処理タスクを実行できる。したがって、本制御装置は、処理能力が特に高水準の調整機能を備える必要がある場合の少量応用に特に適する。この応用は、特に、制御ユニットのスペア要求、あるいは既に存在する制御ユニットに、その後、付加機能を追加することを含む。この時、付加機能は必要とするハードウェアに関連するハードウェア記述言語を使用して提供されるので、追加としてダウンロードされたソフトウェアはこの構成されたハードウェア上で使用できる。
【００１８】
本制御装置は、特に、交換用制御ユニットとして使用できる。本発明の１つの発展形態では、セルは光または電気的な内部データバスあるいは無線インターフェース（特に高周波通信インターフェース）によって相互にネットワーク接続される。この場合、再構成可能なハードウエアは、セルの周辺モジュールが内部バス用インターフェースとしてプログラムできるように接続可能である。さらに各セルもまた本制御装置（すなわち制御ユニット）を相互に接続する外部データバス用のインターフェースを備えることができる。
【００１９】
本発明の開示を好都合に改良し、発展させる様々な選択肢があるが、この点に関しては、第１には付随する請求項、第２には、以下の実施態様の説明が参照される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
自動車内構成部品を制御する本装置１は、制御プログラムを実行するための、１つまたは複数のセル３、４、５、６から構成されるプロセッサ２を備える。各セル３、４、５、６は、１個のリコンフィギュアラブル・ハードウエア７（特にＦＰＧＡモジュール）、記憶装置８、さらに論理ユニット９を備える。記憶装置８および論理ユニット９はセル３用の周辺モジュールを形成する。この周辺モジュールは第１にはデータと制御プログラムとを蓄積し、第２には内部データバス１０に制御命令を提供するか、あるいはデータを出力するために設けられる。
【００２１】
内部データバス１０は、内部データバス１０を介しておこなうセル３、４、５、６間の通信を制御するセル通信ユニット１１に接続される。セル通信ユニット１１もまた１個の再構成可能なハードウエアで構成できる。制御装置１は、さらに記憶装置１２、１３および１４を有する。この記憶装置は、例えばワイヤレスインターフェースまたはデータバスなどの外部インターフェース１５を介してダウンロードされた構成データを蓄積できる。別の制御装置からの構成データは、インターフェース１５を介してフラッシュメモリ１３に蓄積可能であり、これらの構成データは、再構成可能なハードウエア７の再接続用に使用できるハードウェア記述言語を有することが好ましい。再構成可能なハードウエア７がＦＰＧＡモジュールであれば、ＦＰＧＡモジュールは可変接続線によって相互に異なる形態で接続できる多くの記憶セルを含む。接続パターン次第で、結果的に異なるハードウェアモジュールが得られる。一例を挙げれば、加算器または記憶手段、あるいは論理モジュールはハードウェア記述言語を使用して構成できる。
【００２２】
再構成プロセスでは、つぎに、ハードウェア記述言語は、当該セル３、４、５、６にそれぞれ割り当てられて当該セルのハードウェアが再構成される。次に、インターフェース１５も同様にして、ソフトウェアをダウンロードし、記憶モジュール１２、１３、１４の１つに記憶できる。この結果、各セル３、４、５、６もまた、対応するソフトウェアが割り当てられて、必要な機能によって制御プロセスが実行される。
【００２３】
アクチュエーター及び／又はセンサーなどの装置１６、１７は、制御装置１に、または直接セル３に接続され、制御装置１により制御される。その一例は、自動車エンジン制御に使用される電気的に始動可能なコントロールバルブなどのアクチュエーターである。センサーは、例えばエンジン温度、回転速度などの制御プロセスを実行するのに必要なデータを検知する。
【００２４】
制御装置１は、セル通信ユニット１１および内部データバス１０により相互に接続される複数の同種類セル３、４、５、６から構成される。これらセルは、セル通信ユニット１１により、逐次処理または並行処理のための配線を臨機応変に接続できる。この場合もまた、接続をプログラムできるＦＰＧＡモジュールを使用して行うことができる。各セル、３、４、５、６、あるいは特定のセル通信ユニットは、インターフェース１５により輸送手段の更に別の制御ユニットを有する外部データバスへ接続される。このため、例えば、ＣＡＮ（Controller Area Network） インターフェースまたは光データバス用インターフェースなど様々なデータバス、インターフェースが必要であり、これらが様々な制御装置を相互に接続する。セル３、４、５、６の各セルは、それ自体が１個のリコンフィギュアラブル・ハードウエアであるセル通信ユニット１１を含む。
【００２５】
機械あるいは輸送手段を制御する装置１およびリコンフィギュアラブル・ハードウエア７のセルラー設計により、用途に応じて、異なる機能を異なるセル３、４、５、６に割り当てられる。セル３、４、５、６は制御機能という点に特化でき、また、スケーラビリティ（すなわち処理能力の増大）は、セルをさらに追加することにより実施できる。追加的なスケーラビリティは、例えば、自動車で付加機能を電子的に制御する必要が生じた場合、セル３、４、５、６をセル通信ユニット１１に結合させるか、または特定数のセル３、４、５、６を最初から余分に装置１に設けておき、処理能力の増大に対して再構成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】自動車内構成部品を制御するための本発明装置のセルの実施態様を示す。
【図１】
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【国際調査報告】
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2005512174.tif 000005
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