技术领域
[0001] 本
发明涉及一种
微控制器以及一种用于运行这样的微控制器的方法和一种用于执行该方法的
计算机程序。
背景技术
[0002] 现代的微控制器，如它们例如在机动车的控制设备中（例如在用于
发动机控制的发动机控制设备中）所采用的那样，大多具有
多核处理器，所述多核处理器具有多个（至少两个）处理器核（Core）。处理器核或Core包括：
算术逻辑单元（ALU），所述算术逻辑单元（ALU）是用于实施任务、程序、计算命令等等的真正的
电子运算器；以及此外还包括本地
存储器。这样的本地存储器例如可以被构造为由一个或多个寄存器构成的寄存器组，或者可以被构造为RAM存储器。此外，微控制器还包括全局存储器，其例如可以被构造成闪存、NOR闪存或者RAM存储器。
发明内容
[0003] 根据本发明，提出了具有
专利独立
权利要求的特征的一种微控制器以及一种用于运行这样的微控制器的方法和一种用于执行该方法的计算机程序。有利的构建方案是
从属权利要求以及随后的描述的主题。
[0004] 该微控制器包括全局存储器（例如闪存、NOR闪存、RAM存储器）和处理器单元。处理器单元包括至少一个处理器核。处理器单元尤其是被构造为多核处理器并且包括多个处理器核。每个处理器核都分别具有算术逻辑单元（ALU）和本地存储器（例如由一个或多个寄存器构成的寄存器组，或者RAM存储器）。
[0005] 所述至少一个处理器核以及因此尤其是本地存储器通过通信信道与全局存储器保持通信连接。该通信信道例如被构造为总线、交叉
开关矩阵（Crossbar）或者片上网络（Network-on-a-chip）。
[0006] 在微控制器中设置有至少一个打包单元。这样的打包单元直接与通信信道以数据传输的方式连接。此外，这样的打包单元还直接与全局存储器或者与所述处理器核之一的本地存储器以数据传输的方式连接。多个打包单元可以以适当的方式被分布到微控制器的不同存储器上。例如，特定的、不同的数目的打包单元可以分别与不同的处理器核的本地存储器耦合。在全局存储器上也可以设置适宜的数目的打包单元或者也可以不设置打包单元。
[0007] 与全局存储器耦合的打包单元尤其是被设立为在全局存储器与处理器核的本地存储器之间交换数据。与本地存储器耦合的打包单元尤其是被设立为在所述本地存储器与所述全局存储器之间交换数据和/或在所述本地存储器与其它的本地存储器之间交换数据。
[0008] 每个打包单元都具有本地存储单元、例如闪存。在所述本地存储单元中存储有复制数据（Kopierdaten）。根据所述复制数据，相对应的打包单元按照命令（auf Veranlassung）通过通信信道将多个单个的数据共同在相应的打包单元与其直接以数据传输的方式连接的存储器和另一存储器之间进行交换。所述多个数据尤其是作为共同的数据包来传送。与全局存储器耦合的打包单元尤其是在该全局存储器与本地存储器之间交换数据包。与本地存储器耦合的打包单元尤其是在该本地存储器与全局存储器和/或其它的本地存储器之间交换数据包。
[0009] 通过本发明来提供一种可能性，以便尽可能快地并且以低的计算成本在微控制器的存储器之间复制数据。尤其是使得能够以有效的和低成本的方式在微控制器的存储器之间复制对于执行
进程所需的输入数据和/或复制在这样的进程的过程中获得的结果数据。
[0010] 在微控制器上运行的进程尤其是以周期性的时间段时控地工作。在此，所述各个处理器核以所谓的时隙（time slot）或时间片（time slice）分别实施特定的、不同的
软件功能或进程（任务、程序、计算指令等等）。时间片例如可以分别为1ms、2ms、5ms、10ms、20ms、50ms、100ms、1000ms。对于每个时间片被实施的进程大多需要特定的输入数据、例如已经由机动车的
传感器检测到的当前的测量值。所述测量值尤其是被寄存在微控制器的全局存储器中。为了处理器核可以在一个时间片期间根据特定的输入数据来执行特定的进程，这些输入数据可以按照相对应的指示例如在时间片开始时通过打包单元从全局存储器被复制到该处理器核的本地存储器中。在这些进程的过程中所确定的结果数据可以按照命令在时间片结束时或者也在下一时间片开始时通过打包单元从相应的处理器核的本地存储器被复制到全局存储器中。
[0011] 在传统的微控制器中，在微控制器的存储器之间的复制过程大多由各个处理器核本身（软件侧）来执行，这常常带有问题和缺点。这样的借助于软件的复制大多是成本高的、费时的并且与高的计算能
力相关联。为了该目的，处理器核尤其是从相应的输出存储器单个地读入要复制的数据，并且首先将所述要复制的数据例如暂存在寄存器中。从该寄存器出发，处理器核紧接着将暂存的数据单个地写到目标存储器中。在此，处理器核例如处理预先给定的列表，以便以这种方式相继地复制各个数据。因而，对于单个数据的这样的复制过程，通过通信信道的比较多的事务（Transaktion）是必要的，由此整个复制过程比这对于数据的纯粹的传输会是必要的时间持续显著更长的时间。这样的复制过程可能占用处理器核的总运行时间的直至多个百分点，这可能导致微控制器的明显变慢。此外，在传统的微控制器中，大多不可能同时执行不同处理器核的多个这样的复制过程。因而，在所执行的复制过程期间，可能发生与其它的应该被执行的复制过程的冲突（Kollision），这可能导致微控制器的附加的变慢。这样的冲突的
风险随着各个复制过程的持续时间和处理器核的数目而升高。
[0012] 通过本发明可以消除传统的微控制器的这些问题和缺点。尤其是，数据不借助于软件来交换、而是借助于
硬件由打包单元来交换。尤其是，以打包单元的形式来设置仅供数据的交换支配的硬件单元。与处理器核不同，打包单元不通过通信信道读取命令。
[0013] 数据由打包单元组合成更大的数据包，并且尤其是不需要相继地复制每个单个的数据。此外，打包单元还可以直接地并且在没有延迟的情况下、尤其是在没有通信信道的延迟（所述通信信道的延迟例如可以为直至15个时钟）的情况下
访问所述打包单元与其耦合的相应的存储器。为了该目的，打包单元尤其是分别通过直接的
接口与相应的存储器耦合。打包单元尤其是可以在单个的时钟内以所期望的方式访问相应的被耦合的存储器。因此，总体上，借助于打包单元的数据交换可以比在传统的微控制器中快得多地来执行。
[0014] 通过使处理器核由数据交换的任务释放（befreien），所述处理器核的相对应的计算能力可以被用于执行其它的进程，由此有更多计算能力或计算时间可供微控制器支配。此外，可以避免复制过程的冲突，如它们在通过处理器核进行数据交换时可能出现的那样，由此，微控制器的性能（Verhalten）总体上变得更可预测。
[0015] 打包单元的本地存储单元例如可以分别在几千字节的量级内。例如，要交换的数据的地址、尤其是数据在输出存储器中的地址和在所述数据应该被写到其上的目标存储器中的地址可以作为复制数据来寄存。复制数据例如可以在微控制器的系统启动时被写入到打包单元的本地存储器中。复制数据优选地可以在微控制器的运行时间期间例如由处理器核来改变或适配。打包单元尤其是分别具有如下特定的硬件：所述特定的硬件依据被寄存在相应的打包单元的本地存储器中的复制数据来执行相应的数据交换。尤其是，借助于该硬件，要交换的数据按照作为复制数据来寄存的地址在输出存储器中被搜索（zusammensuchen），并且尤其是与此同时被写入到目标存储器中。
[0016] 所述至少一个打包单元有利地被设立为按照命令借助于突发传输（Burst-Transfer）通过通信信道来交换所述多个单个的数据。在这样的突发传输的过程中可以传输由单个的数据构成的数据包或突发（Burst），而在此没有对每个单个的数据单独地进行寻址（adressieren）。尤其是，数据包的只有一个单个的数据明确地被寻址，并且可以在没有附加的等待时间的情况下访问该数据包的其余数据的地址。各个数据尤其是可以借助于突发传输以所述各个数据已经被写入到输出存储器中的顺序来交换。
[0017] 打包单元优选地分别包括以所述多个单个的数据的大小、尤其是以要交换的数据的数据包的大小的
缓冲器。有利地，该缓冲器具有突发（Burst）的大小。尤其是，每个打包单元可以设置两个这样的缓冲器，以便尽可能快地和同时执行在两个方向上的数据交换。
[0018] 根据一有利的实施方案，所述至少一个打包单元被设立为作为主机（Master）访问通信信道。因此，尤其是可以阻止在数据交换时可能的冲突。如果打包单元作为主机主动地访问通信信道并且交换数据，则打包单元尤其是占用所述打包单元与其耦合的相对应的存储器。有利地，在所述至少一个打包单元的数据交换期间，微控制器的其它部件不能访问所述至少一个打包单元与其以数据传输的方式直接连接的相应的存储器。因此，尤其是确保了：数据在数据交换期间不能改变，因为禁止了其它部件在数据交换期间重写或更新数据。由此，可以在没有诸如软件
锁（Software-Lock）那样的附加措施的情况下保证所交换的数据的一致性。
[0019] 有利地，所述至少一个打包单元被设立为将所述多个单个的数据转换成其它的数据类型。例如，16位数据可以被转换成32位数据和/或整数数据（Integer Daten）可以被转换成浮点数据（Float Daten）和/或小端（Little Endian）数据可以被转换成大端（Big Endian）数据。
[0020] 优选地，由所述至少一个打包单元来交换的所述多个单个的数据作为输入数据被用于实施进程，或者已经作为所执行的进程的结果数据被确定。如已经解释的那样，这样的进程尤其是在时间片之内时控地来实施。所述至少一个打包单元有利地在这样的时间片开始和/或结束时被促使交换所述多个单个的数据。
[0021] 有利地，所述至少一个打包单元借助于中断（Interrupt）和/或
定时器（Timer）被促使交换所述多个单个的数据。这样的中断例如可以由所述处理器核之一来输出，使得数据交换可以直接由处理器核来操控或发起（anstossen）。借助于定时器，例如通过在打包单元本身中的相对应的逻辑
电路（Logik）可以例如利用自己的系统时钟来实现例如自己的运行控制。在这种情况下，打包单元也可以承担对复制过程的操控并且因此附加地减轻处理器核的负担。
[0022] 优选地，所述至少一个打包单元被设立为以比访问通信信道更大的位宽来访问该打包单元与其以数据传输的方式直接连接的存储器。例如，打包单元可以以1024位而不是64位来访问相应的被耦合的存储器。接着，打包单元可以同时处理在所述大的位宽之内的多个值。
[0023] 优选地，本地存储器和/或全局存储器可以被划分成多个存储体（Bank）。尤其是，这样的存储体只对于与相应的存储器以数据传输的方式直接连接的相应的打包单元是可见的。尤其是，打包单元可以同时访问相应的被耦合的存储器的所有存储体。因此，在打包单元与存储器之间的访问的至少一部分可以被并行化。
[0024] 有利地，打包单元可以在对于所述打包单元与其以数据传输的方式直接连接的相应的存储器和通信系统不同的ECC码之间进行编译。尤其是，该通信系统可以根据字宽要求SECDED码，而对于各个存储器而言，具有更高的字宽和更高的识别和校正能力的码是有意义的。
[0025] 优选地，所述至少一个打包单元被设立为对微控制器的存储器保护单元、所谓的Memory Protection Unit (存储器保护单元，MPU)进行编程。尤其是，打包单元可以在所述打包单元传送特定的处理器核的数据时根据所传送的数据对所述特定的处理器核的MPU重新编程。因此，可以提高安全性，而且可以节省必会被用于对MPU手动的编程的时间。
[0026] 微控制器尤其是被实施到机动车的控制设备中、例如被实施到发动机控制设备中。因此，可以确保相对应的控制设备的被改善的安全性，而且可以遵守在机动车领域中所提出的安全性要求。尤其是可以遵守如在ISO标准26262中存有的安全性要求。
[0027] 根据本发明的微控制器尤其是以程序技术被设立为执行根据本发明的方法。
[0028] 以计算机程序的形式实施该方法也是有利的，因为这尤其是当实施的控制设备还被用于其它的任务并且因而总归存在时导致了特别低的成本。用于提供计算机程序的适当的数据载体尤其是磁存储器、光学存储器和电存储器（诸如
硬盘、闪存、EEPROM、DVD等等）。通过
计算机网络（例如因特网、内联网等等）来下载程序也是可能的。
[0029] 本发明的其它的优点和构建方案从
说明书和随附的
附图中得出。
[0030] 本发明是依据附图中的
实施例示意性地被示出，而且随后参考附图被描述。
附图说明
[0031] 图1示意性地示出了根据本发明的微控制器的优选的构建方案，所述微控制器被设立为执行根据本发明的方法的优选的实施方式。
[0032] 图2作为方
框图示意性地示出了根据本发明的方法的优选的实施方式。
具体实施方式
[0033] 在图1中，根据本发明的微控制器的优选的构建方案示意性地被示出并且用100来标明。微控制器100例如被集成到机动车的控制设备中、例如被集成到用于控制或调节发动机功能的发动机控制设备中。
[0034] 微控制器100包括具有多个处理器核110的多核处理器。在图1中示例性地示出了三个处理器核110A、110B和110C。易于理解的是，微控制器100可以具有适宜的数目的处理器核、例如也可以只具有一个处理器核。
[0035] 每个处理器核110A、110B或110C都分别包括本地存储器111A、111B和111C。此外，微控制器100还包括全局存储器140。本地存储器111A、111B和111C和全局存储器140例如都可以分别被构造为RAM存储器。
[0036] 处理器核110A、110B和110C、尤其是本地存储器111A、111B和111C与全局存储器140通过通信系统130、例如总线保持通信连接。
[0037] 微控制器100此外还包括多个打包单元。例如，打包单元120A和120B分别以数据传输的方式直接与处理器核110A和110B的本地存储器111A和111B连接。例如两个打包单元120C和120D以数据传输的方式直接与本地存储器111C连接。打包单元120E以数据传输的方式直接与全局存储器140连接。此外，打包单元120A、120B、120C、120D和120E分别以数据传输的方式直接与总线130连接。
[0038] 打包单元120A、120B、120C、120D和120E分别通过直接的接口与相应的存储器111A、111B、111C和140耦合。此外，每个打包单元120A、120B、120C、120D和120E都分别包括自己的本地存储单元121A、121B、121C、121D和121E。
[0039] 打包单元120E被设立为通过总线130在全局存储器140与本地存储器111A、111B和111C之间交换数据。打包单元120A、120B、120C、120D和120E被设立为不仅通过总线130在本地存储器111A、111B、111C与全局存储器140之间交换数据而且在所述本地存储器111A、
111B和111C彼此之间交换数据。
[0040] 在打包单元120A、120B、120C、120D和120E的本地存储器121A、121B、121C、121D和121E中分别寄存如下复制数据，按照所述复制数据执行相应的数据交换。尤其是，所要交换的数据的地址以及所述数据应该在相应的目标存储器中被写到的目标地址作为复制数据被寄存在相应的输出存储器中。
[0041] 微控制器100尤其是以程序技术被设立为执行根据本发明的方法的优选的实施方式，所述实施方式在图2中作为方框图示意性地被示出。
[0042] 微控制器100的运行以例如100ms的周期性的时间片时控地实现。在所述时间片内，由处理器核110A、110B和110C在发动机控制的过程中分别执行特定的进程。为了执行所述进程，处理器核110A、110B和110C分别需要被寄存在全局存储器140中的特定的输入数据、例如传感器的测量值。此外，作为所述各个进程的结果被计算出的结果数据应该由处理器核110A、110B和110C传送给全局存储器140。打包单元120A、120B、120C、120D和120E被设置用于交换这些数据。
[0043] 在图2中所示出的步骤201中，这样的时间片开始。例如，这通过由处理器单元110A发送的中断来用
信号通知。利用该中断来促使打包单元交换数据。
[0044] 例如，在步骤202中，根据被寄存在本地存储单元121E中的复制数据，打包单元120E按照所述命令通过总线130将
温度和压力测量值从全局存储器140中写入到本地存储器111A中。所述温度和压力测量值由多个单个的数据组成。打包单元120E将所述多个单个的数据共同作为唯一的数据包借助于突发传输传送给本地存储器111A。
[0045] 在处理这些数据并且将结果存放在本地存储器111A中之后，打包单元120E在步骤203中通过总线130将数据包从本地存储器111A传送到全局存储器140中。该数据包例如描述了在发动机
燃烧室中的执行器的操控值，所述操控值已经由处理器核110A基于最后被传送的温度和压力测量值计算出。
[0046] 与根据步骤202和203的所述数据交换同时地，在步骤204中，根据被存储在本地存储单元121A中的复制数据，由打包单元120A按照来自步骤201的命令通过总线130将数据包从本地存储器111A传送到处理器核110C的本地存储器111C中。例如，该数据包是也在步骤203中被传送的相同的数据包。
[0047] 在根据步骤202至205的所述数据交换期间，打包单元120A和120E分别作为主机访问相应的被耦合的存储器140和111A。在此过程中，微控制器100的其它部件不能访问全局存储器140和本地存储器111A。
[0048] 在数据交换已经结束之后，在步骤206中由处理器核110来实施进程。所述打包单元直至下一数据交换都是不活跃的，而且微控制器100的其余部件可以正常地访问全局存储器140和本地存储器111A。
