車載システム向けディペンダブルネットワークオンチッププラットフォーム
Dependable Network-on-Chip Platform for Automotive Applications
米田 友洋 中井一貴 小泉夢月 Vijay Holimath
Tomohiro YONEDA

Kazuki NAKAI

Mutsuki KOIZUMIVijay Holimath

CRESTプロジェクト： ディペンダブルネットワークオンチッププラットフォームの構築
研究代表者：
米田友洋（国立情報学研究所）
主たる共同研究者： 今井 雅（弘前大学），羽生 貴弘（東北大学），齋藤 寛（会津大学），吉瀬 謙二（東工大）

何がわかる？

どんな研究？

半導体プロセス技術の進歩に伴い、大規模でディペンダブルなVLSIを車載制御系システムでは、さまざまなタイプのECUが多数混在し分散実現する上で、今までにないタイプの故障が問題となりつつあります。

的に配置されているため、製造コストや耐故障性などに関してさまざまこの研究は、ハードウェアとソフトウェアが協調し、システムレベルでこな問題が指摘されています。そこで、センサやアクチュエータのみを必のような問題を解決することを目指しています。これにより、人間・社会要な場所に残し、各 ECU を統合した、集中型 ECU をネットワークオンに関わる重要なシステムをより安全にしていく基盤を確立します。

チップアーキテクチャを用いて高信頼に実現する手法を研究します。

基本的アイデア 従来手法 NoC(Network on Chip)アプローチ
インテリジェント
センサ・アクチュエータ

センサ・アクチュエータ 劣化・故障時の対応が困難

 NoCアプローチ
．．．

CAN, FlexRay等

 利用可能な資源を有効に活用できる

RR



ＣＰＵコア

RRR

CPUコアの各時点での状態（正常・故障），能力に応じて，タスクの割り当てを，動的に行う

ディペンダビリティのアプローチ
 CPUコア：ペア実行と故障検出に基づくペア再構成

統合化ＥＣＵ[Imai,Yoneda DFT2011] ディペンダブルルーティングアルゴリズム[Imai, Yoneda ASYNC2011]

CAN, FlexRay等



センサ・アクチュエータの制御はどのコアも可 劣化・故障時には他のコアを利用できる

外部ＩＯコア 目的

センサ・アクチュエータとECUの対応が固定
 能力が余っても他に流用不可

．．．

．．．
ＥＣＵ群

 従来手法 故障ルータ・リンクを迂回 ２つのCPUコアによる同時実行と外部IOコアによる比較により，故障検出および劣化検出を行う

 CPUコアの故障や劣化が起こると，タスクの実行中に，実行するCPUコアが自律的に切り替わるy

実現するために必要な事項

x CPUコアの故障や劣化の検出

目的地

 タスクを実行するCPUコアを動的に切り替えるしくみ 自律的な制御方法

現在の位置

 枠組み


故障の検出と迂回経路の選択

複数のCPUコア，複数の外部ＩＯコア

実証用モデル
第二次実証用モデル

HILS ハードウェア：Simulink記述されたプラントモデルを専用ハードウェアで実行

パケット送出（10mS毎）
対応する結果のパケット

外部IO
D/A・
A/D・
レベル
変換

FPGA
ボード

PC

ハードウェアアクセラレータ（テーブルルックアップ・補間、除算）

LSI monitoring tool
LSImonHILS contorl tool

Crank angle sensor output

ControlDesk
ルータ
ルータ
ハードウェアアクセラレータ
V850E CPUコア

Crankangle
V850E CPUコア

Crankangle

06360

720

Cam shaft sensor output

0339

419

連絡先： 米田 友洋（Tomohiro YONEDA）／ 国立情報学研究所 アーキテクチャ科学研究系 教授
TEL : 03-4212-2557

FAX : 03-4212-2693

Email : yoneda@nii.ac.jp

720

車載システム向けディペンダブルネットワークオンチッププラットフォーム
Dependable Network-on-Chip Platform for Automotive Applications
米田 友洋 中井一貴 小泉夢月 Vijay Holimath
Tomohiro YONEDA

Kazuki NAKAI

Mutsuki KOIZUMIVijay Holimath

CRESTプロジェクト： ディペンダブルネットワークオンチッププラットフォームの構築
研究代表者：
米田友洋（国立情報学研究所）
主たる共同研究者： 今井 雅（弘前大学），羽生 貴弘（東北大学），齋藤 寛（会津大学），吉瀬 謙二（東工大）

マルチチップ NoC アプローチ
仮定

集中型ECUアプローチ

100以下のコア : 車載制御を想定
 LSIパッケージではピン数に制約がある

NoC （ネットワークオンチップ）ベース

 スケーラブルかつフレキシブル



5mm×5mm @130nm テクノロジ

 リンク数：増→ リンクあたりの通信帯域：小 いくつかのヨーロッパのプロジェクトで仮定 Recomp: Reduced certification costs for trusted multi-core platforms.

http://atc.ugr.es/recomp/.
 Race: Robust and reliant automotive computing environment for futureecars. http://projekt-race.de/.
ベースチップの開発

ベースチップのリンク数の決定

ルータ

Base chipルータ#links = 4

ハードウェアアクセラレータ
V850E CPUコア

マルチチップNoCベース（提案手法）

V850E CPUコア

Base chip 複数のNoCがチップ間リンクにより接続(a)(c)#links = 5#links = 8

 利点

Cluster

Cluster 低コスト：小さなNoCチップは安く、異なるサイズのNoCを単に接続するだけで構成可能
 チップレベルの冗長構成を実現可：チップ故障に耐えられる

Base chip

性能とスケーラビリティのバランスが良い
欠けたリンクに対応した耐故障ルーティングアルゴリズムが必要

4輪統合制御に基づく車体姿勢制御
 対象車両の構成
 車両運動制御アルゴリズム

駆動用モータ・インバータ (PCU) 制御

実車体すべり角を目標車体すべり角に近づけるようにヨーを制御
 車両センサ情報・運転者操作から
 4輪それぞれに駆動用のモータを配し，独立してトルク制御可能


ブレーキ制御 実挙動

 回生ブレーキと油圧ブレーキの協調制御

 車両モデルによる目標挙動

 ABS制御も含むを求める
 それら偏差が小さくなるように前輪EPS制御
 後輪EPS制御
 駆動モータの制駆動力

 電動アクチュエータによる位相制御機構

 油圧ブレーキ CPUコアの故障や劣化の検出

 後輪操舵量

 変位量はタイヤ舵角で ±0.5[deg] 程度

を操作する

統合制御
 車両運動演算部


車両モデルを構築し，車両情報より目標すべり角・ヨーを推定



目標と実挙動のずれから
 トルク指令配分を演算

前軸EPS

 トルクベクタリング制御部

 電動パワーステアリング(EPS)を制御

左右の駆動力差を用いて車両のヨーを制御
 目標のヨーレートに対して，センサからの値との差分をフィードバック

車両速度とステアリング操舵トルクを入力し，必要なアシストトルクを求める

 後輪の操舵量演算

ブレーキ制御 回生協調ブレーキ，ECB( ElectronicallyControlled Brake system )とABS制御

連絡先： 米田 友洋（Tomohiro YONEDA）／ 国立情報学研究所 アーキテクチャ科学研究系 教授
TEL : 03-4212-2557

FAX : 03-4212-2693

Email : yoneda@nii.ac.jp