JP2017199221A

JP2017199221A - 電子制御装置

Info

Publication number: JP2017199221A
Application number: JP2016090048A
Authority: JP
Inventors: 至田辺; Itaru Tanabe
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Astemo Ltd
Priority date: 2016-04-28
Filing date: 2016-04-28
Publication date: 2017-11-02

Abstract

【課題】マルチコアマイコンを備えた電子制御装置において、消費電力の低減を効率的に行うことができる構成を提供することを目的とする。
【解決手段】例えば車両の電子制御を行う電子制御装置において、複数の異なる周波数を生成可能な周波数生成回路と、前記周波数生成回路によって生成された周波数を駆動クロックとして用いて動作するものであって、同時に動作可能な複数のコアと、前記複数のコアのそれぞれに対し、前記周波数生成回路によって生成された複数の異なる周波数のうちのいずれか一の周波数を切り替えて接続可能な切替装置と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば車両の電子制御を行う電子制御装置に関する。

車両の電子制御を行う電子制御装置では、入力信号を処理する入力回路と、入力回路を経て入力された入力信号を最適に処理するマイコンと、マイコンによる処理結果を出力処理する出力回路と、を有して構成されている。

従来、電子制御装置における処理の高速化と低消費電力化という相反する課題の解決に向けた検討がされてきており、例えば特開２００１−２０２１５５号公報では、パーソナルコンピュータのような処理装置において、高消費電力だが高速に動作する高速ＣＰＵコア２０と、それほど高速ではないが低消費電力の低速ＣＰＵコア３０と、を切り換えてどちらか一方を動作させる構成を開示している。

特開２００１−２０２１５５号公報

しかしながら、特開２００１−２０２１５５号公報では、高速ＣＰＵコア２０および低速ＣＰＵコア３０のいずれか一方しか動作しない構成であり、複数のＣＰＵコアを同時に動作させるマルチコアマイコンについては、何ら言及されておらず、マルチコアマイコンの場合に消費電力の低減が効率的に行われないという問題があった。

本発明は、マルチコアマイコンを備えた電子制御装置において、消費電力の低減を効率的に行うことができる構成を提供することを目的とする。

本発明は上記の目的を達成するために、複数の異なる周波数を生成可能な周波数生成回路と、前記周波数生成回路によって生成された周波数を駆動クロックとして用いて動作するものであって、同時に動作可能な複数のコアと、前記複数のコアのそれぞれに対し、前記周波数生成回路によって生成された複数の異なる周波数のうちのいずれか一の周波数を切り替えて接続可能な切替装置と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、マルチコアマイコンを備えた電子制御装置において、消費電力の低減を効率的に行うことができる構成を提供することができる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施例１に係る電子制御装置１００の回路図。本発明の実施例２に係る電子制御装置２００の回路図。本発明の実施例３に係る電子制御装置３００の回路図。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る電子制御装置１００の回路図である。

本実施例に係る電子制御装置１００は、様々な入力情報を処理する入力回路１３０と、入力回路１３０からの入力信号を処理し、最適な出力を行うよう演算処理するマイコン１１０と、マイコン１１０を駆動するためのクロック周波数を発振する発振子１５０と、マイコン１１０他に定電圧を供給する電源回路１２０と、マイコン１１０で演算処理された結果に基づき負荷を駆動する出力信号を出力する出力回路１４０と、を有して構成される。

マイコン１１０は、演算処理を行うＣＰＵコアとしての、第一のコア３０、第二のコア３１、第三のコア３２、および第ｎのコア３３（ｎは４以上の整数）の複数のコアを有する。なお、本実施例では、コアの数を４以上としているが、本発明はこれに限られるものではなく、本発明は複数のコアを備える構成に適用可能である。

また、マイコン１１０は、発振子１５０による発振周波数に基づいてマイコン１１０のベースクロックを生成するベースクロックφブロック１０と、ベースクロックφブロック１０を１／２に分周したクロックを生成する１／２φブロック１１と、ベースクロックφブロック１０を１／３に分周したクロックを生成する１／３φブロック１２と、ベースクロックφブロック１０を１／ｍ（ｍは４以上の整数）に分周したクロックを生成する１／ｍφブロック１３と、を有して構成される。なお、本実施例では、分周したクロックを生成するブロックの数を４以上としているが、本発明はこれに限られるものではなく、本発明は、異なるクロックを生成する複数のブロックを備える構成に適用可能である。なお、各ブロックにおいて、ベースクロックを分周する分周数は任意に定めることができる。

さらに、マイコン１１０は、前述の第一のコア３０乃至第ｎのコア３３の各コアに対し、前述のクロック生成ブロックである、ベースクロックφブロック１０、１／２φブロック１１、１／３φブロック１２、および１／ｍφブロック１３のうちの任意のいずれかを接続するように、切り替え可能な切替装置２０を有して構成される。

電源回路１２０は、電子制御装置１００の外部（もしくは内部）で生成された電源を、電子制御装置１００の内部に供給するために適切な電圧を生成し、マイコン１１０にも電源を供給するよう接続される。

入力回路１３０はマイコン１１０に接続される。入力回路１３０には、電子制御装置１００の外部（もしくは内部）に設置された不図示のセンサからの入力情報（アナログ入力情報、回転入力情報）や、電子制御装置１００の外部（もしくは内部）に設置された不図示の他の制御装置からの入力信号（通信信号含む）が入力される。入力回路１３０は、これらの入力情報、入力信号をマイコン１１０が処理可能な信号形態に変換後にマイコン１１０に対して出力する。

出力回路１４０はマイコン１１０に接続される。出力回路１４０は、入力回路１３０によって入力された入力情報、入力信号に基づき最適な制御となるようマイコン１１０で演算処理された制御結果に基づき、電子制御装置１００の制御対象を制御・動作させるための不図示の負荷（たとえば、ソレノイド、モータ、ランプなど）や、不図示の他の制御装置に対して出力情報、出力信号（通信信号含む）を生成し出力する。

発振子１５０は、所定の発振周波数を有し、マイコン１１０を動作させるための発振信号を供給するようマイコン１１０と接続される。

次に、マイコン１１０の内部構成について記述する。

第一のコア３０乃至第ｎのコア３３のそれぞれは、実際の演算処理を行うための機能を有し、マイコン１１０の外部から入力される信号に基づき最適な結果を得るよう演算処理する。また、当該マイコン１１０は前述のとおり、複数のコア（第一のコア３０乃至第ｎのコア３３）を有し、前記演算処理を複数のコアで並行に処理し得るマルチコアマイコンの構成となっている。

クロック生成ブロックである、ベースクロックφブロック１０乃至１／ｍφブロック１３のそれぞれは、マイコン１１０の外部に設けられた発振子１５０によって生成される周波数を、前述の第一のコア３０乃至第ｎのコア３３に供給する機能を有する。

切替装置２０は、第一のコア３０乃至第ｎのコア３３のそれぞれと、クロック生成ブロックであるベースクロックφブロック１０乃至１／ｍφブロック１３のいずれかとを任意に接続する機能を有し、特に、ある一つの特定のクロック周波数を複数のコアに同時に供給する接続が実現し得る機能を有する。切替装置２０は、例えば、第一のコア３０乃至第ｎのコア３３のそれぞれについて、現在実施している演算処理の負荷率（または負荷量）を検出する負荷検出部１１１を備え、この負荷検出部１１１で検出した負荷率（または負荷量）に応じ、例えば現在の負荷率が所定の負荷率よりも高い場合には、ベースクロックφブロック１０乃至１／ｍφブロック１３のうち現在接続されているクロックよりも高速のクロックを生成するブロックに接続を切り換え、現在の負荷率が所定の負荷率よりも低い場合には、ベースクロックφブロック１０乃至１／ｍφブロック１３のうち現在接続されているクロックよりも低速のクロックを生成するブロックに接続を切り換える（例えば現在の負荷量が所定の負荷量よりも多い場合には、ベースクロックφブロック１０乃至１／ｍφブロック１３のうち現在接続されているクロックよりも高速のクロックを生成するブロックに接続を切り換え、現在の負荷量が所定の負荷量よりも少ない場合には、ベースクロックφブロック１０乃至１／ｍφブロック１３のうち現在接続されているクロックよりも低速のクロックを生成するブロックに接続を切り換える。）。また、切替装置２０は、第一のコア３０乃至第ｎのコア３３のそれぞれに供給するクロックの切替制御を、コアごとに独立して実施することができる。負荷検出部１１１は、マイコン１１０の内部に設けるものであってもよいし、マイコン１１０の外部に設けるものであってもよい。

次に本実施例に係る電子制御装置１００の動作について説明する。

まず、マイコン１１０の演算処理負荷が高く、マイコン１１０内に複数有するコアすべてを作動させて演算処理しなければならない場合の動作について説明する。

従来のマルチコアマイコンの場合、複数ある各々のコアの駆動クロックはいずれも同じであるため、すべてのコアを使って演算処理しなければならない場合、各々のコアの実際の負荷は考慮されず、最大の処理能力で演算される。その結果、マイコン自体と、マイコンに電源を供給する電源回路の発熱が非常に高くなる恐れがある。また当然のことながら、マイコンや電源回路だけではななく、その周辺に設置される電子部品ももらい熱により温度上昇する恐れがあるため、温度上昇への対策が必要となる。一般に温度上昇への対策としては、耐熱保障温度が高い素子を選定するか、発熱する部品が搭載される電子制御装置の筐体の放熱性を向上させるため、より大きい・広い放熱エリアを設けたり、強制的に放熱するような機構を設けたりする必要が発生する。しかしながら、この場合、電子制御装置のサイズが大きくなる、または、電子制御装置のコストが高くなる、という課題が発生する。

これに対して、本実施例によれば、第一のコア３０乃至第ｎのコア３３のすべてを使って演算処理しなければならない場合においても、各コアで実施されている演算負荷率に応じて、動作クロックを任意に選定し得るため、すべてのコアを使って演算処理しなければならない場合においても、複数のコアのそれぞれ毎に最適な動作クロックを選択することが可能である。また、複数のコアのうちのすべてではなく一部の数のコアを動作させる場合にも、その動作させているコアのそれぞれにおいて、最適な動作クロックを選択することが可能である。

その結果、本実施例によれば、マイコン１１０の演算負荷を不必要に高くする必要がないため、マイコン１１０の温度上昇を適切に抑止し、またマイコン１１０に電源を供給する電源回路１２０からの電力も適切に抑止し得る。また、マイコン１１０や電源回路１２０だけではなく、その周辺に設置される電子部品へのもらい熱も適切に抑止し得るため、不必要に耐熱保障温度が高い素子を選定しなくもよく、また、電子制御装置１００の筐体の放熱エリアも不必要に大きく、また広くする必要もなく、強制的に放熱する機構の要否も適切に判断することが可能となり、サイズ、コストが最適な電子制御装置１００を提供し得る。

すなわち、本実施例においては、マイコン１１０が有する複数のコア（第一のコア３０乃至第ｎのコア３３）の演算処理負荷率が高くなった場合、各コアの演算負荷率に最適な動作クロックを供給することで、最適な演算処理を実施し、マイコン１１０や電源回路１２０の不必要な発熱を抑止し得ることを特徴する。

図２は、本発明の実施例２に係る電子制御装置２００の回路図である。

本実施例に係る電子制御装置２００は、実施例１の電子制御装置１００に対し、電子制御装置２００の温度を計測するためのサーミスタ２１０を追加した構成である。実施例１の電子制御装置１００と同様の構成については同じ参照番号を付し、詳しい説明を省略する。

まず、当該電子制御装置２００の全体構成について記述する。

サーミスタ２１０は、電子制御装置２００の内部に設置され、特に重要な機能を有する素子近傍(たとえば、第一のコア３０乃至第ｎのコア３３の近傍、マイコン１１０の近傍)に設置される。サーミスタ２１０は計測した温度情報をマイコン１１０に入力するよう接続される。

次に、本実施例に係る電子制御装置２００の動作について説明する。

実施例１においては、マイコン１１０が有する複数のコア、第一のコア３０乃至第ｎのコア３３の演算処理負荷率が高くなった場合、各コアの演算負荷率に最適な動作クロックを供給することで、最適な演算処理を実施し、マイコン１１０や電源回路１２０の不必要な発熱を抑止し得ることを特徴とする旨を記述した。

本実施例では、電子制御装置２００の周囲環境の影響による温度上昇（たとえば、電子制御装置２００が設置されている環境温度が異常に高くなる）をモニタするために電子制御装置２００内に温度モニタのためのサーミスタ２１０を設置することを特徴としている。

たとえば、電子制御装置２００が設置されている環境において、なんらかの外部要因によって、電子制御装置２００が異常な高温環境にさらされた場合などで、電子制御装置２００の内部に設置されているマイコン１１０の保障温度を超えた場合、もしくは超えそうな場合を、マイコン１１０の周辺の温度をサーミスタ２１０で検出することで知り得るようにし、このサーミスタ２１０の検出結果を受けた切替装置２０では、ただちに第一のコア３０乃至第ｎのコア３３のそれぞれに接続するブロック（ベースクロックφブロック１０乃至１／ｍφブロック１３）を切り替え、動作クロックを低下させる（たとえば、１／ｍφブロック１３に切り替える）ことで、マイコン１１０や電源回路１２０の発熱を抑止し、電子制御装置２００の故障を防止することが可能である。

また、電子制御装置２００の周囲温度環境の影響による温度上昇（例えば、電子制御装置２００が設置されている環境温度が異常に高くなる）が前述のように動作クロックの低下による発熱抑止だけでは完全に対策できない場合においても、サーミスタ２１０が所定の温度を検出した場合、ただちにコア（第一のコア３０乃至第ｎのコア３３）の動作クロックを低下するよう切り替えを行い、温度上昇を抑止すると同時に、電子制御装置２００のマイコン１１０の内部に所定の情報を記憶させることで、後に電子制御装置２００の故障解析を容易することが可能である。

以上のように、本実施例によれば、従来技術に対し、電子制御装置２００の信頼性をより向上させることが可能である。

図３は、本発明の実施例３に係る電子制御装置３００の回路図である。

本実施例に係る電子制御装置３００は、実施例１の電子制御装置１００に対し、電子制御装置３００の外部の他Ｃ／Ｕ（例えば他の制御装置）３１０を接続した構成である。実施例１の電子制御装置１００と同様の構成については同じ参照番号を付し、詳しい説明を省略する。

まず、当該電子制御装置３００の全体構成について記述する。

他Ｃ／Ｕ３１０は、電子制御装置３００の外部に設置され、電子制御装置３００に対し制御信号を出力し得る、もしくは電子制御装置３００からの制御信号を入力し得る構成となっている。もしくは、他Ｃ／Ｕ３１０と電子制御装置３００は互いに通信可能（送受信可能）な構成となっている。

次に、本発明の実施形態３にかかる電子制御装置３００の動作について説明する。

本実施例では、電子制御装置３００の外部に設置された他Ｃ／Ｕ３１０からの指示によって、第一のコア３０乃至第ｎのコア３３の動作クロックを切り替え可能な構成となっていることを特徴としている。

たとえば、電子制御装置３００が設置されている環境において、なんらかの外部要因によって、電子制御装置３００が異常な発熱にさらされる可能性が発生した場合、電子制御装置３００よりも先に異常を検知し得る他Ｃ／Ｕ３１０からの信号入力により、電子制御装置３００に設置されているマイコン１１０の第一のコア３０乃至第ｎのコア３３の動作クロックを、切替装置２０によって前もって切り替えて低下させることで、外部要因によって発生する異常な発熱に対応し、予防することが可能となる。

以上のように、本実施形態によれば、従来技術に対し、電子制御装置３００の信頼性をより向上させることが可能である。

＜付記１＞
以上説明したように、本発明に係る電子制御装置は、特に複数の演算処理装置（ＣＰＵコア）を備えたマルチコアプロセッサマイコンにおいて、各々のコアを最適な動作クロックで駆動して演算処理することで、マイコンの消費電力を効果的に低減することができる。

また、本発明に係る電子制御装置によれば、マルチコアプロセッサマイコンにおいて各コアの駆動周波数を独立して制御する構成を備えることにより、各コアの演算負荷の増減に対し、各々のコアに対して最適な駆動周波数を与えることができる。これにより、各コアの駆動周波数の最適化を図ることができるため、マイコンの消費電力を効果的に低減することができる。

＜付記２＞
また、以上説明した本発明は以下の構成を備える場合がある。

本発明は、
１．
車両等に搭載され前記車両の動作を電子的に制御する電子制御装置であって、
コアを複数有し、マイコンに接続される発振子の周波数を分周する機能を複数有し、
前記複数あるコアと前記複数ある分周された周波数とを、接続可能な切り替え装置を有するマイコンと、
マイコンに動作クロックを供給する発振子と、
マイコンに電力を供給する電源回路と、
電子制御制御装置内外からの入力信号を処理する入力回路と、
マイコンの演算によって出力される信号によって負荷を動作するための出力回路と、
を備え、
前記マイコン内部において、マイコンが有する複数のコアと、同じくマイコンが有する複数の分周された周波数を、各々任意の組み合わせで接続可能な切り替え装置を有することを特徴とする制御装置、としたので、
・複数のコアのそれぞれを最適な周波数のクロックで駆動することができ、消費電力を効果的に低減することができる。

また本発明は、
２．
１．に記載の電子制御装置において、
電子制御装置内部に温度を測定可能な機能や素子を備え、
特に、温度を測定可能な機能や素子は、電子制御装置内のマイコンと接続され、
電子制御装置内のマイコンによって、温度が計測可能なことを特徴とする電子制御装置、としたので、
・電子制御装置内の温度に応じて、複数のコアのそれぞれを最適な周波数のクロックで駆動することができ、消費電力を効果的に低減することができる。

また本発明は、
３．
１．に記載の電子制御装置において、
電子制御装置の外部に他の制御装置を備え、
特に外部の他の制御装置と当該電子制御装置とは有線、もしくは無線で電気的に接続されることを特徴とする電子制御装置、としたので、
・外部の他の制御装置に制御されることによって、複数のコアのそれぞれを最適な周波数のクロックで駆動することができ、消費電力を効果的に低減することができる。

＜付記３＞
また、以上説明した本発明は以下の構成を備える場合がある。

１．
複数の異なる周波数を生成可能な周波数生成回路（例えば、発振子１５０、ベースクロックφブロック１０、１／２φブロック１１、１／３φブロック１２、１／ｍφブロック１３）と、
前記周波数生成回路によって生成された周波数を駆動クロックとして用いて動作するものであって、同時に動作可能な複数のコア（例えば、第一のコア３０、第二のコア３１、第三のコア３２、第ｎのコア３３）と、
前記複数のコアのそれぞれに対し、前記周波数生成回路によって生成された複数の異なる周波数のうちのいずれか一の周波数を切り替えて接続可能な切替装置（例えば、切替装置２０）と、
を備えたことを特徴とする電子制御装置（例えば、電子制御装置１００、電子制御装置２００、電子制御装置３００）、としたので、
・マルチコアマイコンを備えた電子制御装置において、消費電力の低減を効率的に行うことができる構成を提供することができる。
・また、複数のコアのそれぞれを最適な周波数のクロックで駆動することができ、消費電力を効果的に低減することができる。

また本発明は、
２．
１．に記載の電子制御装置において、
前記複数のコアの負荷を検出する負荷検出部（例えば、負荷検出部１１１）をさらに備え、
前記切替装置は、前記負荷検出部による検出結果に応じて、前記複数のコアのそれぞれに対して接続する周波数を切り替える、
ことを特徴とする電子制御装置（例えば、電子制御装置１００）、としたので、
・電子制御装置内の温度に応じて、複数のコアのそれぞれを最適な周波数のクロックで駆動することができ、消費電力を効果的に低減することができる。

また本発明は、
３．
１．に記載の電子制御装置において、
前記複数のコアの周辺の温度を検出する温度検出部（例えば、サーミスタ２１０）をさらに備え、
前記切替装置は、前記温度検出部による検出結果に応じて、前記複数のコアのそれぞれに対して接続する周波数を切り替える、
ことを特徴とする電子制御装置（例えば、電子制御装置２００）、としたので、
・複数のコアの周辺の温度に応じて、複数のコアのそれぞれを最適な周波数のクロックで駆動することができ、消費電力を効果的に低減することができる。

また本発明は、
４．
１．に記載の電子制御装置において、
前記切替装置は、外部の制御装置（例えば、他Ｃ／Ｕ３１０）からの指示に基づいて、前記複数のコアのそれぞれに対して接続する周波数を切り替える、
ことを特徴とする電子制御装置（例えば、電子制御装置３００）、としたので、
・外部の制御装置からの指示に基づいて、複数のコアのそれぞれを最適な周波数のクロックで駆動することができ、消費電力を効果的に低減することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１００、２００、３００…電子制御装置、１０…ベースクロックφブロック、１１…１／２φブロック、１２…１／３φブロック、１３…１／ｍφブロック、２０…切替装置、３０…第一のコア、３１…第二のコア、３２…第三のコア、３３…第ｎのコア、１１０…マイコン、１１１…負荷検出部、１２０…電源回路、１３０…入力回路、１４０…出力回路、１５０…発振子、２１０…サーミスタ、３１０…他Ｃ／Ｕ。

Claims

複数の異なる周波数を生成可能な周波数生成回路と、
前記周波数生成回路によって生成された周波数を駆動クロックとして用いて動作するものであって、同時に動作可能な複数のコアと、
前記複数のコアのそれぞれに対し、前記周波数生成回路によって生成された複数の異なる周波数のうちのいずれか一の周波数を切り替えて接続可能な切替装置と、
を備えたことを特徴とする電子制御装置。
請求項１に記載の電子制御装置において、
前記複数のコアの負荷を検出する負荷検出部をさらに備え、
前記切替装置は、前記負荷検出部による検出結果に応じて、前記複数のコアのそれぞれに対して接続する周波数を切り替える、
ことを特徴とする電子制御装置。
請求項１に記載の電子制御装置において、
前記複数のコアの周辺の温度を検出する温度検出部をさらに備え、
前記切替装置は、前記温度検出部による検出結果に応じて、前記複数のコアのそれぞれに対して接続する周波数を切り替える、
ことを特徴とする電子制御装置。
請求項１に記載の電子制御装置において、
前記切替装置は、外部の制御装置からの指示に基づいて、前記複数のコアのそれぞれに対して接続する周波数を切り替える、
ことを特徴とする電子制御装置。