仮想ECUの活用拡大に向けた技術課題と提言 （複数ECU並列処理、マルチコア） ～vECU-MBD WG活動事例紹介～ 仮想マイコン応用推進協議会 vECU-MBD WG 仮想HILS TFリーダ 日立オートモティブシステムズ㈱ 技術開発本部 主管技師長 宮崎 義弘 2015年12月18日 第17回カーエレクトロニクス研究会＠福岡国際会議場 All Rights Reserved by 仮想マイコン応用推進協議会／vECU-MBD WG 第17回カーエレクトロニクス研究会 1 本日の発表内容 １．vECU-MBDワーキンググループの設立背景と活動概要 ２．複数ＥＣＵ連動： これまでの活動成果 並列処理の技術課題と提言 ３．マルチコア： ユーザ要求分析と提言 ４．まとめ 【略号】 ECU： Electronic Control Unit 電子制御ユニット vECU： Virtual ECU 仮想ECU MBD： Model Based Development モデルベース開発 All Rights Reserved by 仮想マイコン応用推進協議会／vECU-MBD WG 第17回カーエレクトロニクス研究会 2 １．vECU-MBDワーキンググループの設立背景と活動概要 ・ＭＢＤの進展と課題 ・仮想マイコンと仮想ＥＣＵ ・めざすべき目標イメージ ・vECU-MBD WGの概要 ２．複数ＥＣＵ連動 ３．マルチコア ４．まとめ All Rights Reserved by 仮想マイコン応用推進協議会／vECU-MBD WG 第17回カーエレクトロニクス研究会 3 MBD活用の進展 資料より引用 電装制御システム開発へのMBD適用が拡大中 All Rights Reserved by 仮想マイコン応用推進協議会／vECU-MBD WG 第17回カーエレクトロニクス研究会 4 ＭＢＤにおけるモデルとは？ 資料より引用 仮想システムでのシミュレーションを可能とするもの All Rights Reserved by 仮想マイコン応用推進協議会／vECU-MBD WG 第17回カーエレクトロニクス研究会 5 ネットワークを介した複合システムテストの課題 実車テスト B-CAN HILS F-CAN 車一台分の大規模HILSテスト アプリソフト＋プラットフォームソフト（基盤ソフト）＋ネットワークのテストは 実ユニット完成後となり問題抽出の早期化が図れない All Rights Reserved by 仮想マイコン応用推進協議会／vECU-MBD WG 第17回カーエレクトロニクス研究会 6 解決策 ⇒ 仮想マイコンと仮想ＥＣＵ の活用 仮想マイコン（マイコンモデル）： Virtual Microcontroller 実装対象プロセッサのモデル。マイコン内蔵の周辺回路を含む。 OSなど基盤ソフトも含め て製品と同一のオブジェク トコード(バイナリコード)を シミュレーション実行でき る。 仮想ＥＣＵ（バーチャルＥＣＵ、ＥＣＵモデル）： Virtual ECU 実装対象ECUのモデル。実装対象プロセッサのモデル（仮想マ イコン）を含む。 ECUモデル 制御対象モデル システム階層 入力モデル マイコンモデル 出力モデル エ ン ジ ン 回 転 数 ユニット階層 仮想ECU パーツ階層 実オブジェクトコード Ａ Ｔ ギ ア 仮想マイコン All Rights Reserved by 仮想マイコン応用推進協議会／vECU-MBD WG 第17回カーエレクトロニクス研究会 7 めざすべき目標イメージ 各設計プロセスの階層で仮想ECU活用 → V字開発プロセスの右側を短縮 要求設計 実車レス デバッグ＆検証 システム要求モデル 短縮 実車検証 コード 要求側 ECU要求モデル 仕様設計 量産 仮想システム／仮想車一台分シミュレーション 供給側 ECU内部要求モデル 単体実機レス デバッグ＆検証 ソフトウエア詳細設計 単体実機 検証 コード 要求側 コード ソフトウエア要求モデル 短縮 仮想ECU／仮想HILS 供給側 コード 仮想マイコン 実装 All Rights Reserved by 仮想マイコン応用推進協議会／vECU-MBD WG 第17回カーエレクトロニクス研究会 8 国内協調活動スタートの経緯 マイコンモデル/ECUモデル活用における課題 カーメーカー・ECUメーカー・半導体メーカー・シミュレーションツールメーカー の領域を越えたモデル流通の仕組み構築が必要 グローバル競争で優位性を保つためにも 仮想マイコン活用への取組みを 自動車・ECU・半導体・開発ツールの 技術を縦断した活動が必要 仮想マイコン応用推進協議会／ｖECU-MBD WG vECU-MBD WG活動を2010年4月から 有志メンバーが集まり検討をスタート All Rights Reserved by 仮想マイコン応用推進協議会／vECU-MBD WG 第17回カーエレクトロニクス研究会 9 vECU-MBD WG概要紹介 ◆特徴： 業界縦断型コラボレーション活動 ◆目的： 仮想ECU応用MBD環境の活用推進 ◆WGメンバー構成： 自動車メーカ、サプライヤ、ツールベンダ、半導体ベンダ、研究機関 ◆活動期間： ２０１０年４月～ ◆URL： http://www.vecu-mbd.org/ 英文版：http://www.vecu-mbd.org/en/ ◆主な活動成果： ①ユーザ事例集、用語集、ユーザ向け導入検討支援ガイド ②実証実験システム ◆１３年度以降の重点活動テーマ： ①複数ＥＣＵ連動、②フォールト注入テスト 【会員】 アイシン精機株式会社、イータス株式会社、株式会社ヴィッツ、Ａｕｓｔｒａｌｉａｎ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｍｐａｎｙ 株式会 社、オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社、ガイオ・テクノロジー株式会社、カルソニックカンセイ株式会社、公益財団 法人九州先端科学技術研究所 (ISIT)、クオリアーク・テクノロジー・ソリューションズ株式会社、ＳＰＡＮＳＩＯＮ ＩＮＣ．、住友電装株式 会社、ｄＳＰＡＣＥ Ｊａｐａｎ株式会社、ＴＯＯＬ株式会社、株式会社 デンソー、株式会社 東芝、トヨタテクニカルデベロップメント株式 会社、日産自動車株式会社、日本ケイデンス・デザインシステムズ社、日本シノプシス合同会社、一般財団法人 日本自動車研究 所、株式会社 半導体理工学研究センター (STARC)、日立オートモティブシステムズ株式会社、株式会社 日立産業制御ソリュー ションズ、株式会社 日立製作所、富士通テン株式会社、株式会社 本田技術研究所、マツダ株式会社、株式会社リンクポート、ルネ サス エレクトロニクス株式会社、株式会社ゼロソフト・アシストテクノロジー（計30機関） 【順不同】（2015年9月） All Rights Reserved by 仮想マイコン応用推進協議会／vECU-MBD WG 第17回カーエレクトロニクス研究会 10 WG活動のロードマップ ◆重要度、難易度を考慮し、３つのフェーズに分けた推進を計画し、2011年度からTF活動を開始 ◆１３年度～： モデル流通TFは当初の目標をほぼ達成したので終了させ、仮想HILS TFを開始 フェーズ２ （2013年度～xx年度） フェーズ３ （xx年度～yy年度） 基礎技術構築 効率化のための環境構築 大規模化、高可用性への対応 モデル流通TF 仮想HILS TF フェーズ１ （2011年度～ 2012年度） マイコンモデルTF モデル流通のための標準化と仕組み 業界標準化、モデル・ツール対応 —ユースケースのモデル開発 －フォールト注入 —開発プロセス、および、モデル運用 ビジネスプロセスの定義 －複数ECU間インタフェースモデル －複数ECU連動 All Rights Reserved by 仮想マイコン応用推進協議会／vECU-MBD WG 仮：クラウド対応、業界連携対応 第17回カーエレクトロニクス研究会 11 WG活動体制 フェーズ１ （～２０１２年度） フェーズ２ （２０１３年度～） vECU-MBD WG vECU-MBD WG 代表： ISIT 村上（九州大学） 事務局： ＩＳＩＴ/STARC 開催頻度： ３か月／回 モデル流通 TF リーダー： 本田技術研究所 嶋田 サブリーダー： 日立オートモティブシステムズ 宮崎 事務局： ＩＳＩＴ 開催頻度： １か月／回 マイコンモデルTF リーダー： 富士通セミコンダクタ 吉野 サブリーダー： 日本IBM 小松 ルネサスエレクトロニクス 岡崎 事務局： STARC 開催頻度： １か月／回 All Rights Reserved by 仮想マイコン応用推進協議会／vECU-MBD WG 代表： ISIT 村上（九州大学） 事務局： ＩＳＩＴ/STARC 開催頻度： ３か月／回 仮想HILS TF リーダー： 日立オートモティブシステムズ 宮崎 サブリーダー： デンソー 阿部 事務局： ＩＳＩＴ 開催頻度： １か月／回 マイコンモデルTF リーダー： ルネサスエレクトロニクス 中條 サブリーダー： スパンション 吉野 事務局： STARC 開催頻度： １か月／回 （ '15/6～休止中） 第17回カーエレクトロニクス研究会 12 これまでの主な活動内容 2011年度～ 2012年度 ・ユーザ事例集 ＜啓蒙＞ ・実証例題: JMAAB提供パワーウィンドウシステムを仮想マイコンと連携 ・ユーザ向け導入検討支援ガイド、用語集 ＜啓蒙＆標準化＞ ・CAN バスモデル仕様＜標準化＞ ・実証例題: フォールト注入（＠マイコンモデル） ・周辺モデル付SILSの提案と試作評価 2013年度～ 2014年度 ・CANバスモデル構築 ・実証例題: 複数ECU連動（CAN接続） ・実証例題: フォールト注入（＠ECU入出力回路モデル） ・ユーザ向け導入検討支援ガイドの拡充 （フォールト注入の要求仕様ほか） ◆情報発信（例） ・2012/5月： ISITカーエレ研究会 （成果発表） ・2012/11月： 一般公開HP ・2012/11月： ET2012xEDSF2012 パネルセッション ・2013/5月： ISITカーエレ研究会 （成果発表） ・2013/6月： ユーザ向け導入検討支援ガイド HP公開 ・2013/9月： IFAC-AAC2013 (成果発表） ・2013/9月： 一般公開HP(英語版) ・2014/1月： ISITカーエレ研究会 （成果発表） ・2014/7月： ISITカーエレ研究会 （成果発表） ・2014/10月： ユーザガイド(第２版) HP公開 ・2015/3月： 自動車機能安全カンファレンス(成果発表) All Rights Reserved by 仮想マイコン応用推進協議会／vECU-MBD WG ◆公開成果物（例） 仮想ECU活用のための ユーザ向け 導入検討支援ガイド （１）目的 ： 仮想ECUの導入・活用の検討において、 ユーザに役立つと思われる情報をガイドとして纏めた。 （２）目次 ： ①仮想ECUシミュレータの導入・活用の狙い ②開発プロセス上の位置付け、③現状事例 ④時間精度について、⑤複数シミュレータの同期化 ⑥モデル間インタフェース、⑦ユーザインタフェース ⑧フォールト注入、⑨性能評価（CPU負荷率） ⑩周辺モデル設計における留意点 第17回カーエレクトロニクス研究会 13 WG活動風景 第23回ｖＥＣＵ－ＭＢＤ ＷＧミーティング ２０１５年９月２９日（火）＠(株)半導体理工学研究センター（STARC） の活動風景 All Rights Reserved by 仮想マイコン応用推進協議会／vECU-MBD WG 第17回カーエレクトロニクス研究会 14 １．vECU-MBDワーキンググループの設立背景と活動概要 ２．複数ＥＣＵ連動： ・複数ECU協調シミュレーションの概要 ・vECU-CANバスモデルの開発 ・実証例題（複数ECUシステム） ・vECU-CANバスモデルの公開 ・並列処理の技術課題と提言 ３．マルチコア ４．まとめ All Rights Reserved by 仮想マイコン応用推進協議会／vECU-MBD WG 第17回カーエレクトロニクス研究会 15 複数ECU協調シミュレーションの概要 複数ECU協調シミュレーションのビジョン： 仮想車一台分シミュレーションの実現 従来方式 Full Vehicle HILS コントローラは実機 新方式 Full Vehicle Off-Line simulation コントローラも含め全て仮想化 HILS B-CAN F-CAN Target Object Code Target Object Code Target Object Code Target Object Code Vehicle I/F Virtual ECU I/F Virtual ECU I/F I/F Virtual ECU Virtual ECU CAN All Rights Reserved by 仮想マイコン応用推進協議会／vECU-MBD WG Operation Pattern Environment 第17回カーエレクトロニクス研究会 16 複数ECU協調シミュレーションの概要 複数ECU協調シミュレーションのシステム構成 【プラントモデル】 車両挙動モデル Engine モデル T/M モデル 【コントローラモデル】 ECUモデル ブレーキシステム モ デル エンジン系 ECU FI/AT ECU Head Light モデル 車両モデル EPS G/B ASSY モ デル シャシー系 ECU ADAS ECU ESC ECU Power Window /Mirror モデル Driving Position モデル Wiperモデル Doorモデル ボディー系 ECU EPS ECU Power Window ECU 通信バスモデル （例：CANバスモデル） All Rights Reserved by 仮想マイコン応用推進協議会／vECU-MBD WG 第17回カーエレクトロニクス研究会 17 vECU-CANバスモデルの開発背景 ◆背景 ・複数ＥＣＵ間通信インタフェースモデルに関する標準化は、一般化が困難であ り未だ標準化されていない。 ・本WGでは、自動車制御用途で利用頻度が高い通信インタフェースのモデルの 標準仕様案を検討する方針とし、その第１ステップとして、CANバスインタ フェースに取り組むこととした。 ・ CANバスインタフェースは複数ECU間の通信に広く利用されており、サプライ ヤの異なる複数ECUモデルの接続を容易にするためにも、標準化が望ましい。 ＣＡＮバスインタフェースモデルの標準仕様案を提唱 本WGで策定したCANバスインタフェースモデルの名称は、以下とした。 「vECU-CANバスモデル」 All Rights Reserved by 仮想マイコン応用推進協議会／vECU-MBD WG 第17回カーエレクトロニクス研究会 18 vECU-CANバスモデルの概要 ユースケースに応じて使い分けられるよう、２種のタイミング精度のモデルを定義 ⇒実証例題では、「vECU-CANﾊﾞｽﾓﾃﾞﾙ_ﾒｯｾｰｼﾞﾚﾍﾞﾙ」を構築＆実証 名称 vECU-CANﾊﾞｽﾓﾃﾞﾙ_ﾒｯｾｰｼﾞﾚﾍﾞﾙ vECU-CANﾊﾞｽﾓﾃﾞﾙ_ﾋﾞｯﾄﾚﾍﾞﾙ 特徴 高速版 高精度版 概要図 ECU 1 ECU n ECU 1 ECU n ﾏｲｺﾝﾓﾃﾞﾙ CPU CAN ﾏｲｺﾝﾓﾃﾞﾙ CPU CAN ﾏｲｺﾝﾓﾃﾞﾙ CPU CAN ﾏｲｺﾝﾓﾃﾞﾙ CPU CAN Tx 値受け渡し CAN バス ・・・ Rx 値受け渡し Tx Rx メッセージレベル転送 ・・・ Tx 値受け渡し Rx Tx 値受け渡し CAN バス ビットレベル転送 Rx タイミング精度 要求機能 ユースケース ﾒｯｾｰｼﾞﾚﾍﾞﾙ ・ｱｰﾋﾞﾄﾚｰｼｮﾝをﾒｯｾｰｼﾞ単位で制御 ﾋﾞｯﾄﾚﾍﾞﾙ ・CAN2.0b準拠 ・ｱｰﾋﾞﾄﾚｰｼｮﾝをﾋﾞｯﾄ単位で制御 ・仮想車一台シミュレーション ・CANバス競合動作評価 ・ソフトウェア機能検証 ・フォールト注入（ビットレベルタイミング） ・フォールト注入（メッセージレベルタイミング） All Rights Reserved by 仮想マイコン応用推進協議会／vECU-MBD WG 第17回カーエレクトロニクス研究会 19 vECU-CANﾊﾞｽﾓﾃﾞﾙ ﾒｯｾｰｼﾞﾚﾍﾞﾙの実装構成 特徴： ①仮想マイコンツールの既存モデルと接続可能な標準API ②Simulinkとの連動 （既存のMBD財産を利用可) ③並列処理も可能 既存財産を 利用可 Simulink (含むプラントモデル) 仮想マイコン CPU 仮想マイコン Simulator CAN Cntoroller 既存モデルを 利用 標準API(または 標準Socket IF)に 接続 プロセス間通信 Adapter Socket 同一PCの場合は Socketを省略して TCP/IP もよい TCP/IP 標準Socket IF Network Scheduler Simulator CAN Cntoroller プロセス間通信 標準API CPU Adapter Socket Socket ) ﾊﾞｯﾌｧ＋Adapter Socket ﾊﾞｯﾌｧ＋Adapter vECUCAN-API vECUCAN-API プロセス間通信 vECU-MBD WG にて開発 プロセス間通信 vECU-CAN BUS All Rights Reserved by 仮想マイコン応用推進協議会／vECU-MBD WG 第17回カーエレクトロニクス研究会 20 実証例題（複数ECU連動システム）の構成 第１ステップ（１３年度）： ・単独ＰＣ上に以下を構築 Simulink x 1 ＋ ECUモデル x N ＋ vECU-CANバスモデル x1 ・２種の仮想マイコンツールで各々実証 Synopsys社/Virtualizer および ガイオ・テクノロジー社/No.1システムシミュレータ ・フェーズ１で開発したパワーウィンドウシステム(単独ECUシステム)を流用して4台並べる ・PW全体制御用のECU x１台を新規に開発 (周辺モデル付SILSで開発） 複数ECU連動システム (フェーズ２で開発) Simulink 単独ECUシステム (フェーズ１で開発) Simulink アイテム１ アイテム2 アイテム3 アイテム4 プ ラン トモデル プ ラ ン トモデル プ ラン トモデル プ ラ ン トモデル プ ラン トモデル プ ラ ン トモデル ECUモ デ ル ECU モ デ ル0 ECUモ デ ル1 ECUモデ ル2 ECUモ デ ル3 ECUモデ ル4 仮想マイコン 周辺モ デル付 SILS 仮想マイコン 仮想マイコン 仮想マイコン 仮想マイコン 運転席 PW PW全体制御用 運転席 PW 助手席 PW 後部左PW 後部右 PW vECU-CANバスモデル PW: Power Window ：流用 ：新規開発 注意：仮想ECU技術の実証のためのシステム構成であり、実際の製品の構成とは関係ありません。 All Rights Reserved by 仮想マイコン応用推進協議会／vECU-MBD WG 第17回カーエレクトロニクス研究会 21 参考： パワーウィンドウシステム（単独ECUシステム） JMAAB提供パワーウィンドウシステムを仮想マイコンと連携 ＥＣＵモデル 仮想マイコンツール： 以下の２種ツールで実証 • Synopsys社／Virtualizer • ガイオ・テクノロジー社／No.1システムシミュレータ All Rights Reserved by 仮想マイコン応用推進協議会／vECU-MBD WG 第17回カーエレクトロニクス研究会 22 実証例題 第１ステップ [CoSim環境 = Simulink] Network Scheduler vECU-CANバス用 ECUモデル0 <PW全体制御用> 周辺モデル付SILS ECUモデル1 アイテム１ <運転席PW> 仮想マイコン (Virtualizer またはNo.1SS) ECUモデル2 アイテム２ <助手席PW> All Rights Reserved by 仮想マイコン応用推進協議会／vECU-MBD WG 第17回カーエレクトロニクス研究会 23 vECU-CANﾊﾞｽﾓﾃﾞﾙ 仕様書およびサンプルコードの公開 ◆ＷＧ成果物の公開 vECU-CANﾊﾞｽﾓﾃﾞﾙ 仕様書（公開用）を策定、サンプルコードとともにＨＰに掲載（'15/12月） 入手希望される方は、ＨＰから登録いただければダウンロード可能 vECU-CANﾊﾞｽﾓﾃﾞﾙ 外部仕様書 vECU-CANﾊﾞｽﾓﾃﾞﾙ ｻﾝﾌﾟﾙｺｰﾄﾞ 一般メンバーサイト http://member.vecu-mbd.org/ All Rights Reserved by 仮想マイコン応用推進協議会／vECU-MBD WG 第17回カーエレクトロニクス研究会 24 並列処理の技術課題と提言：CoSim環境の役割と第１ステップの制約 ◆CoSim環境の役割 複数のモデルを連動させる場合には、モデル間の実行順序制御や並列実行制御が 必要。 CoSim環境は、モデル間の実行順序制御機能や並列実行制御機能を持つ必要あり。 ◆第１ステップ CoSim環境 = Simulink (→１３年度実証済) の場合の制約 （１）実行順序制御 →○ 実証済CoSim環境(Simulink + SFUNC)では、Simulinkの実行順序制御機能を利用した。 例：実証例題では、Network Scheduler(vECU-CANバス用)の実行が完了してから、各 ECUモデルの実行が行われるよう、Simulinkの実行順序制御機能で指示した。 （２）並列実行制御 →× しかし、Simulinkは並列実行制御機能をサポートしていないため、並列処理用の CoSim環境としては利用できない。 All Rights Reserved by 仮想マイコン応用推進協議会／vECU-MBD WG 第17回カーエレクトロニクス研究会 25 第２ステップ：並列処理用CoSim環境の取り組み状況＆計画 ◆本ＷＧでは、第２ステップの活動として、並列処理用CoSim環境を用いた実証例題 に取り組むこととした。並列処理用CoSim環境として、以下の２つの候補を検討。 ①FMI連携 Functional Mockup Interface (FMI) は、MBDにおいて、異種シミュレーションツールで構成される複数のモ デルを協調動作させるためのオープンな標準インタフェースである。独Daimler社が提唱し、 “MODELISAR”プロジェクト（2008年～2011年）で開発され、2012年よりModelica協会のプロジェクトとして 継続されている。 https://www.fmi-standard.org/ ②D-EIPF連携 Design-EIPFまたはDigital-EIPFの略で、評価対象のモデル群（制御モデル，多重通信モデル，ハーネス 回路モデル），車両モデルおよびユーザインターフェースや自動評価を司る評価用パネルから構成される 車載統合シミュレーション環境の総称または、その複数の制御系CADツールのモデルを同期させて実行 するためのCo-simulation機能を示す。 参考文献： Akira Watanabe and Asuka Sotome, "Functional Development Methodology for On-Board Distributed ECU Systems for Production Vehicle Application", SAE Int. J. Passeng. Cars - Electron. Electr. Syst. September 2012 5:492-500; doi:10.4271/2012-01-0929 ◆取り組み状況と今後の計画 １４年度後半～１５年度前半： 技術課題抽出と対応策検討 ＋ 部分的な検証 １５年度後半～： 実証例題構築に着手（①②の両者に対して） All Rights Reserved by 仮想マイコン応用推進協議会／vECU-MBD WG 検討結果を 今回紹介 第17回カーエレクトロニクス研究会 26 並列処理用CoSim環境の課題と対応策 ◆新たなCoSim環境(並列処理用）の課題 並列処理用の新たなCoSim環境として、FMI関連ツールなどを検討した。 しかし、今回検討対象とした並列処理用のCoSim環境では、並列実行制御機能はサ ポートしているが、実行順序制御機能は標準機能としては装備されていないことが判 明した。 CoSim環境分類 実行順序制御 並列実行制御 並列処理用CoSim環境 期待する機能 ○ ○ 実証済CoSim環境 (Simulink + SFUNC) ○ × 新たなCoSim環境 (並列処理用） 標準機能 × ○ ◆対応策 案１：細かくツール間の同期をとる。 案２：CoSimツールに、実行順序制御機能を付加してもらう。（CoSimツール機能拡張） 案３：実行順序制御が必要な部分については、Simulink (SFUNC) を併用する。 All Rights Reserved by 仮想マイコン応用推進協議会／vECU-MBD WG 第17回カーエレクトロニクス研究会 27 対応案１：細かくツール間の同期をとる 特徴：モデル間の同期周期ごとに、各モデルが並列に動作 全体制御：並列処理用CoSim環境 【実行順序制御機能なし】 ECU間 通信モデル CANモデル コントローラモデル１（ＥＣＵモデル１） 入力回路 モデル１ マイコンモデル１ (Virtualizer等) (CANアダプタ付 ・ ・ ・ コントローラモデルN（ＥＣＵモデルN） 入力回路 モデルN マイコンモデルN (Virtualizer等 (CANアダプタ付) アイテム１ プラントモデル１ 出力回路 モデル１ モータ モデル１ メカ モデル１ ・ ・ ・ アイテムN プラントモデルN 出力回路 モデルN Simulinkなど モータ モデルN メカ モデルN C ANバスインタフェースデータバッファ ： 順序制御 All Rights Reserved by 仮想マイコン応用推進協議会／vECU-MBD WG ： データの流れ 第17回カーエレクトロニクス研究会 28 対応案１の制約と本WGでの取り組み ◆案１（細かくツール間の同期をとる）の制約 制約１： モデル間の同期周期をT を大きく(例：100μｓ）したとき、N段のモデルが直列接続の場合、 最終段モデル出力が最前段モデル入力に反映されるのはT x N（例：500μS)経過後となる。 シャシー系のモータ制御などでは、制御システム全体（最前段モデル～最終段モデル） の同期化周期は細かくする必要がある場合あり。 （例：10μｓ） ⇒対応： 細かくツール間の同期をとる (例：1μｓ) ⇒欠点： ツール間の同期オーバーヘッドのために、シミュレーション実行時間が遅くなる 並列処理による高速化のメリットが得られない場合あり。 制約２： 既存モデル(SimulinkベースのMILS)では、コントローラモデル～プラントモデルの同期方式には 実行順序制御が利用されている。案１採用時には、既存モデルの見直しが必要な場合あり。 （並列処理のために既存のモデルを見直すという運用は回避したい。） ◆本WGでの取り組み 案１の制約を解決する手段として、案２および案３の検討と実証に取り組み All Rights Reserved by 仮想マイコン応用推進協議会／vECU-MBD WG 第17回カーエレクトロニクス研究会 29 対応案２：CoSimツールに実行順序制御機能を付加 特徴：並列処理用CoSimツールに実行順序制御機能を付加して対応 全体制御：並列処理用CoSim環境 【実行順序制御機能を付加】 アイテム１ ECU間 通信モデル コントローラモデル１（ＥＣＵモデル１） 入力回路 モデル１ マイコンモデル１ (Virtualizer等) (CANアダプタ付 プラントモデル１ 出力回路 モデル１ モータ モデル１ メカ モデル１ CANモデル ・ ・ ・ アイテムN コントローラモデルN（ＥＣＵモデルN） 入力回路 モデルN ・ ・ ・ マイコンモデルN (Virtualizer等 (CANアダプタ付) プラントモデルN 出力回路 モデルN モータ モデルN メカ モデルN C ANバスインタフェースデータバッファ ：順序制御 ：データの流れ 本ＷＧにおけるFMI連携実証例題では、本方式を検討中 (FMIの標準機能ではないが、ツールの拡張機能として実行順序制御機能を付加） All Rights Reserved by 仮想マイコン応用推進協議会／vECU-MBD WG 第17回カーエレクトロニクス研究会 30 対応案３：Simulinkの実行順序制御機能を併用 特徴：実行順序制御が必要な部分については、Simulink (SFUNC) を併用 全体制御：並列処理用CoSim環境 【実行順序制御機能なし】 アイテム１ Simulink【実行順序制御機能あり】 ECU間 通信モデル Simulink SFUNC コントローラモデル１（ＥＣＵモデル１） SFUNC マイコンモデル１ 出力回路 入力回路 (Virtualizer等) モデル１ モデル１ (CANアダプタ付 プラントモデル１ Simulinkなど モータ モデル１ メカ モデル１ CANモデル ・ ・ ・ ・ ・ ・ アイテムN Simulink【実行順序制御機能あり】 コントローラモデルN（ＥＣＵモデルN） SFUNC マイコンモデルN 入力回路 出力回路 (Virtualizer等 モデルN モデルN (CANアダプタ付) プラントモデルN モータ モデルN メカ モデルN C ANバスインタフェースデータバッファ ：順序制御 ：データの流れ 本ＷＧにおけるD-EIPF連携実証例題では、本方式を検討中 All Rights Reserved by 仮想マイコン応用推進協議会／vECU-MBD WG 第17回カーエレクトロニクス研究会 31 １．vECU-MBDワーキンググループの設立背景と活動概要 ２．複数ＥＣＵ連動 ３．マルチコア ・要求仕様のトレードオフ ・基本要求仕様 ・マルチコアで想定されるソフトウェアバグ ・タイミング精度、コア間の同期化周期 ・その他の追加要求仕様 ４．まとめ All Rights Reserved by 仮想マイコン応用推進協議会／vECU-MBD WG 第17回カーエレクトロニクス研究会 32 要求仕様のトレードオフ マイコンコアのモデル化においては、モデルの精度（時間精度や同期化精度など）と開発工 数（費用や納期）・シミュレーション処理速度は、トレードオフの関係にある。 時間精度 同期化精度 開発工数 開発費用 納期 実行時間 時間精度 同期化精度 本ＷＧの取り組み： マルチコアモデルに対するユーザ要求仕様をスリム化・標準化 ⇒狙い： ツール開発工数削減、シミュレーション処理速度向上 取り組み方針： （１）シングルコアの場合に用途に応じて３種のタイミング精度要求仕様を定義済 →これをマルチコアにも適用拡大 （２）特に、ソフトの機能検証に必要最小限の精度を確保し、実行時間や開発工数に優位な 場合に必要な要求仕様を明確化する。 All Rights Reserved by 仮想マイコン応用推進協議会／vECU-MBD WG 第17回カーエレクトロニクス研究会 33 マルチコアにおける基本要求仕様 時間 （１）マルチコア上のソフトウェア実行トレース結果を、 同一時間軸上に並べて表示できること。 （シングルコア個別表示ではなく） コア１ コア２ （２）マルチコア間の共有リソース機能を模擬できること a)具体的には、共有メモリ、コア間割り込み、コア間 セマフォ機構などの機能を、模擬できること。 b)また、マルチコア間の共有メモリに対する、 メモリリザーブ付命令（例：コンペア＆スワップ命令） の機能を模擬できること。 c)このときに実行順序制御は模擬できること。 All Rights Reserved by 仮想マイコン応用推進協議会／vECU-MBD WG コア２ コア１ 共有メモリ 第17回カーエレクトロニクス研究会 34 マルチコアで想定されるソフトウェアバグ マルチコアでのソフトウェアの検証において想定されるバグの発生タイミング例を検討。 No. バグの発生タイミング例 1 共有メモリリザーブの掛け漏れにより、あるコアの２ つのメモリアクセスの間に、想定していなかった別コ アのメモリアクセスが入る。 2 モデル要求仕様 最も精度の低いタイミング精度のモ デルにおいても、ソフトウェア機能検 証に利用できるためには「メモリの競 あるコアの１つのメモリアクセスが、共有メモリバスの 合動作については、アトミック性と競 アラインをまたがる場合には、メモリバス上で２つの 合は模擬できる」ことが要求される。 メモリアクセスに分割されるが、その２つのメモリアク すなわち、左記(1)～(3)の状態を作り セスの間に、想定していなかった別コアのメモリアク 出しシミュレーションできることが要求 される。 セスが入る。 3 シングルコアのときは、割り込み禁止で対処できてい たメモリ競合回避が、マルチコアのときは競合回避で きない。 4 最適化禁止指定を漏らすなどのバグにより、共有メ モリを２度リードするはずが、コンパイラの最適化に よって２度目のリードが共有メモリのリードにならず、 他のコアが書き込んだデータをリードミスする。 All Rights Reserved by 仮想マイコン応用推進協議会／vECU-MBD WG オブジェクトコードベースでシミュレー ションする仮想ECUであれば、基本 的に対応できるはずである。 第17回カーエレクトロニクス研究会 35 マルチコアにおけるタイミング精度要求仕様 タイミング精度要求仕様の定義および説明にマルチコアの場合の要求を追加。(追加部位を朱記） 主な用途 レベル ATAL-3 ATAL-2 定義および説明 誤差5%以内。バス調停やパイプライン制御をモデ ル化することでプロセッサクロックサイクル数をあ る程度厳密に模擬。メモリ競合動作については、メ モリバス調停やキャッシュメモリ制御などをモデル 化することで、メモリの競合動作をクロックサイクル レベルで、ある程度厳密に模擬。 誤差15%以内。各命令毎、アクセス先毎、平均実行 サイクル数設定等によりプロセッサクロックサイク ル数をラフに推定して模擬。メモリの競合動作につ ソフト 機能検証 ソフト 性能評価 ○ ○ ○ ○ ○ × 備考：トレードオフ 時間 精度 開発工数 開発費用 実行時間 高 大 長 低 小 短 いては、アトミック性と競合は模擬できるが、そのタ イミング精度はラフに推定。 ATAL-1 誤差最大値保証せず。全命令一律に1プロセッサ クロックサイクル等で模擬。時間指定されたタイマ 割込みやイベント発生のタイミングは保証するが、 プロセッサ命令実行時間精度は保証しない。メモリ の競合動作については、アトミック性と競合は模擬 できるが、そのタイミング精度は保証しない（全て のアトミックなメモリアクセス一律に1プロセッサクロ ックサイクルなど）。 All Rights Reserved by 仮想マイコン応用推進協議会／vECU-MBD WG 第17回カーエレクトロニクス研究会 36 コア間の同期化周期に関する要求仕様 ◆課題 マルチコアにおいて、共有メモリへのアクセス順序を正確に模擬するには、コア間の同期化周期 はプロセッササイクルと一致させるのがよい。しかし。シミュレータによっては、１サイクルごとに同 期化をとろうとするとそのたびにタスクスイッチング等が発生し、シミュレーション実行速度が極度 に低下する場合もある。 ◆要求仕様（案） コア間の同期化周期は以下の３つの方式のいずれかとする。 方式１： コア間の同期化周期はプロセッササイクルとする。その場合でも、シミュレーション実行 速度が低下しない方式（例えば切り替えオーバーヘッドが極力発生しない方式）を採ること。 方式２： コア間の同期化周期がプロセッササイクルの場合には、シミュレーション実行速度が低 下する（切り替えオーバーヘッド等が発生する）方式を採用する場合は、同期化周期をユーザが 選択指定できること。（プロセッササイクル ｘ 1～N) ユーザは、「共有メモリへのアクセス順序 のタイミング精度」と「シミュレーション実行速度」とのトレードオフで選択指定する。 方式３：コア間の同期化タイミングは共有リソースへのアクセスのタイミングで同期化とする。 同期化周期＝プロセッササイクル x １ の場合 プ ロ セッササイクル時間 同期化周期＝プロセッササイクル x ５ の場合 時間 プ ロ セッササイクル時間 コア１ コア１ コア２ コア２ 書き込み 共有 メモリ 書き込み 読み出し 更新後のデータ [正] All Rights Reserved by 仮想マイコン応用推進協議会／vECU-MBD WG 共有 メモリ 時間 読 み出し 更新前のデータ [誤] 第17回カーエレクトロニクス研究会 37 その他の追加要求仕様 以下のような追加要求仕様を導出 ⇒ ツールベンダの対応を期待 １．メモリ競合の発生支援機能 コア間の処理速度の差をシミュレータ上でコントロールできる機能 具体的には、テストシナリオにて待ちの指示をすれば、片方のコアに待ちを入れること ができる機能 ２．メモリ競合の表示支援機能 【WANT要件】 メモリアクセストレース結果の表示において、アクセス競合があったことがわかりやす いような表示（例：色付けなど）ができる機能（表示支援機能） ３．結果解析支援機能 【WANT要件】 メモリアクセス競合が発生しそうな箇所を見つけることを容易化する補助機能 ４．競合タイミング生成機能 【WANT要件】 近傍タイミングでの同一メモリアドレスへのアクセス競合を見つけ、①直前/②直後お よび③間に挿入の３ケースを自動生成するテストタイミング生成機能 ⇒今回報告内容（マルチコアのモデル要求仕様）は、ユーザガイド第３版に反映しＨＰ公開 All Rights Reserved by 仮想マイコン応用推進協議会／vECU-MBD WG 第17回カーエレクトロニクス研究会 38 １．vECU-MBDワーキンググループの設立背景と活動概要 ２．複数ＥＣＵ連動 ３．マルチコア ４．まとめ All Rights Reserved by 仮想マイコン応用推進協議会／vECU-MBD WG 第17回カーエレクトロニクス研究会 39 まとめ ◆vECU-MBDワーキンググループ ・仮想ECU活用の目的： V字開発プロセスの右側を短縮 ・自動車完成車メーカ、部品メーカー、半導体メーカー、ツール メーカー、 および、研究機関の技術を縦断した国内協調活動 ⇒仮想ＥＣＵの活用拡大を図る ◆活動事例紹介(1) 複数ECU連動 ・vECU-CANバスモデル 仕様書＆サンプルコードの公開 ・実証例題： 並列処理用CoSim (FMI連携およびD-EIPF連携) に取り組み 技術課題抽出と対応策検討 ＋ 部分的な検証 ◆活動事例紹介(2) マルチコア ・マルチコアにおけるモデル要求仕様の策定 ⇒ ユーザガイドに反映し公開 ◆今後の活動計画（案） ・複数ECU連動： 並列処理の実証例題の構築と検証 ・フォールト注入： 機能拡張されたツールを用いた実証例題 ・モデル調達・構築ガイドの策定 【注意】今後の活動計画は、今後のWGでの審議結果により、予告なく変更される場合があります。 All Rights Reserved by 仮想マイコン応用推進協議会／vECU-MBD WG 第17回カーエレクトロニクス研究会 40 参考文献 仮想マイコン応用推進協議会/vECU-MBD WG 公開資料 http://www.vecu-mbd.org/ JMAAB 公開資料 http://jmaab.mathworks.jp/ ISO26262 Road vehicles — Functional safety — FMI 公開資料 https://www.fmi-standard.org/downloads 嶋田：自動車制御システムシミュレーションへの仮想マイコンモデル適用に向けたJMAAB/仮想マイ コン応用推進協議会合同活動の紹介, 第11回カーエレクトロニクス研究会, 2012年5月 Akira Watanabe and Asuka Sotome, "Functional Development Methodology for On-Board Distributed ECU Systems for Production Vehicle Application", SAE Int. J. Passeng. Cars - Electron. Electr. Syst. September 2012 5:492-500; doi:10.4271/2012-01-0929 嶋田, 吉野, 齋藤：仮想ECUを用いたモデルベース開発の試行 ～vECU-MBD WG活動事例紹介～ , 第13回カーエレクトロニクス研究会, 2013年5月 宮崎：仮想ECU活用のためのユーザガイド策定～vECU-MBD WG活動事例紹介～ , 第14回カーエレ クトロニクス研究会, 2014年1月 宮崎, 阿部：仮想ECUを用いた複数ECU連動およびフォールト注入の試行～vECU-MBD WG活動事 例紹介～～vECU-MBD WG活動事例紹介～ , 第15回カーエレクトロニクス研究会, 2014年7月 宮崎：仮想ECUを用いたフォールト注入テストの実証事例と活用ポイント～仮想マイコン応用推進協 議会/vECU-MBD WG活動事例紹介～,自動車機能安全カンファレンス2015, 2015年3月 非因果モデリングツールを用いたFMIモデル接続ガイドラインVer.1.0, 自動車技術会 国際標準記述に よるモデル開発・流通検討委員会 モデル接続技術検討WG, 2015年3月 中山：クルマやIoT/ネットの開発 仮想環境でスピードアップ, 日経エレクトロニクス 2015年7月 All Rights Reserved by 仮想マイコン応用推進協議会／vECU-MBD WG 第17回カーエレクトロニクス研究会 41 ご清聴ありがとうございました。 All Rights Reserved by 仮想マイコン応用推進協議会／vECU-MBD WG 第17回カーエレクトロニクス研究会 42
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