2017 Fiscal Year Annual Research Report
マルチ・メニーコア向け高並列組み込み制御システム設計・実装手法の研究
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16H02800
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
枝廣 正人 名古屋大学, 情報学研究科, 教授 (50578854)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
道木 慎二 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (10273260)
安積 卓也 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (40582036)
中本 幸一 兵庫県立大学, 応用情報科学研究科, 教授 (70382273)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 組込みシステム / 制御システム / マルチコア / コンポーネントシステム / 並列化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，①マルチコア化により利用可能となる計算機資源の確認，②高並列化を実現する制御アルゴリズム，③マルチコア活用を目指す制御設計とソフトウェア実装を統合するクロスレイヤ設計手法，④並列化モデルのソフトウェアコンポーネント設計，⑤ソフトウェアコンポーネントのマルチコア向け実行環境への実装最適化，から構成される．
①に関しては，①-3) 平成28年度に開発したモータ動作環境（CPUはルネサス エレクトロニクス社RH850/F1Hマルチコア）において，マルチコア化により利用可能となる計算機資源について確認した．平成28年度では単一プロセッサのみの実験であったが，マルチコア動作させることに成功した．
②に関しては，②-2) 平成28年度に検討したモデル予測制御手法に対し，さらなる高速化手法を検討した．ニューラルネットを適用した手法により，約3000倍の高速化を実現し，実用レベルの性能に近づけることに成功した．
③～⑤に関しては，平成28年度に進めた単一プロセッサ向けアルゴリズムを，平成28年度研究内容をふまえクロスレイヤ手法により並列化を実施した．具体的には，マルチコア向けタスク配置最適化手法を，リアルタイム性を有するシステムに発展させるとともに，上記タスク配置情報を自動生成し，実行性能を最適化した．この際，ハードウェア性能指標の抽出のため，研究実施者らも仕様検討に参加しているMulticore Associationのマルチ・メニーコアハードウェア抽象化記述SHIM(*)を利用した． (*) http://www.multicore-association.org/workgroup/shim.php
その上で，①の環境において動作させ，実行性能および制御性能を評価し，有効性を実証した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
おおむね計画通りに進行できている．
平成28年度においては，(i)環境（ルネサス エレクトロニクス社の車載向けマルチコアマイコンRH850/F1Hを利用するRCカー向けブラシレスモータ環境）構築，(ii)構築環境向け制御アルゴリズムの研究開発，(iii)制御と実装との協調設計であるクロスレイヤ設計手法の提案，を実施した．
これに対し平成29年度は，上記(ii)のモータ制御アルゴリズムを，上記(iii)のクロスレイヤ設計手法により，モデルのレベルで並列化を実施，上記(i)の実機環境での並列動作，および安定した制御に成功した．これは，クロスレイヤ設計により，マルチ・メニーコア向けの並列化を実現したことであり，予定より前倒しで進捗していることを意味している．この成果は情報処理学会組込みシステムシンポジウムにおいて優秀ポスター賞，TOPPERS活用アイデア・アプリケーション開発コンテスト アプリケーション部門銅賞を受賞した．また，(iii)の並列化手法は情報処理学会ＣＳ領域奨励賞を受賞した．さらに，この過程において，車載マイコンとして世界トップグループのRH850に対し，車載におけるデファクトになりつつあるAUTOSAR OSに対応したオープンソースOSのTOPPERS/ATK2をマルチコア対応し，公開した．
さらに，高性能を必要とする制御アルゴリズムとして，モデル予測制御を，ニューラルネットを応用することにより，約3000倍の高速化を実現した．
平成29年度は，単一プロセッサ上でも実行可能な制御アルゴリズムを，敢てクロスレイヤ設計を用いて並列化を実施したが，平成30年度は，単一プロセッサでは実行できないようなさらに高性能な制御アルゴリズムを研究開発し，これをクロスレイヤ設計によりマルチ・メニーコア上で実行させ，実行性能，制御性能を評価し，提案手法の有効性を実証する計画である．
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| Strategy for Future Research Activity |
②高並列化を実現する制御アルゴリズム ②-2) 平成２９年度に検討した手法に対しさらなる改良を施し，シミュレーションにて評価を行う．さらに④，⑤の環境で評価を行い，車載電子制御ユニット(ECU: Electronic Control Unit)での実現可能性を示す．②-3) 実機による制御アルゴリズム評価を行う．
③マルチコア活用を目指す制御設計とソフトウェア実装を統合するクロスレイヤ設計手法 ③-3) 実機による制御アルゴリズム評価を行う．
④並列化モデルのソフトウェアコンポーネント設計 ④-3) ③で検討したクロスレイヤ設計を広く利用可能とするために，マルチコアを考慮した制御器への設計を支援・容易化し，制御設計レベルでマルチコア化するクロスレイヤ設計システムを開発する．
⑤ソフトウェアコンポーネントのマルチコア向け実行環境への実装最適化 ⑤-3) 開発された自動生成システムに適用し，②③で提案するアルゴリズムの評価を行う．
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[Presentation] モデルベース開発におけるクロスレイヤ設計手法のマルチコア上モータ制御実装への適用2017
Author(s)
竹松慎弥, 鍾兆前, 井上雅理, 横山静香(名大), 小島流石(阪大) , 近藤真己(NECソリューションイノベータ), 中本幸一(兵庫県立大), 安積卓也(阪大), 道木慎二, 本田晋也, 枝廣正人(名大)
Organizer
情報処理学会組込みシステムシンポジウム2017
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