Fail-safe ECU System Using Dynamic Reconfiguration of FPGA Naoya Chujo

自動車の組込型制御装置としてECU (Electronic Control Unit)は広く使用されている。高まる環境 や安全などのニーズに対応するために,自動車一 台当たりのECU数は増加し続けており,その機能 は複雑化している。複雑化するECUシステムでは 信頼性向上が重要となってきているが,組込装置 として実装面から小型であることも重要であるた め,最小限の付加ハードウェアで信頼性を向上さ せることが求められている。本報告では動的再構 成可能なFPGA (Field Programmable Gate Array) を 使用したフェールセーフ機能付きのECUシステム を提案する。通常動作時にはFPGAを故障検出回 路として構成しECUの故障を監視させる。故障検 出時にはFPGAを故障したFPGAのバックアップ 回路として動的に再構成する。動的再構成により フェールセーフ用の専用回路を個別に装備する必 要がなくなり,ECUシステムの小型化と信頼性向 上が可能となる。例として,Xilinx 6200シリーズ を用いた回路設計を行って,リアルタイム制御 ECUへの適用評価した結果を示す。 ECUs ( Electronic Control Units ) are embedded controllers in automobiles. The number of ECUs in each automobile is increasing and their functions are becoming more complex in order to meet environmental requirements and satisfy market needs. It is important to make these ECUs reliable for the sake of customer safety. Since space and cost reduction are high priorities for automobile applications, there is a demand for improved circuit reliability with the minimum amount of hardware addition. This paper presents a fail-safe ECU system using dynamically reconfigurable FPGA ( Field Programmable Gate Array). The FPGA is configured to be fault detectors and functions as a monitor for the control circuits under normal operating conditions. If a fault in one ECU is detected, the FPGA is dynamically reconfigured to be a backup circuit for the faulty control circuit. Because of this dynamic reconfiguration it is possible for the proposed fail-safe ECU system to be small, compared with conventional hardware. Example fail-safe circuits using dynamically reconfigurable FPGA, such as the Xilinx 6200 series, have been designed and evaluated.