[發明專利]模型計算單元、控制設備以及用于計算基于數據的函數模型的方法

在審

• 申請號: 201410140041.0
• 申請日: 2014-04-09
• 公開（公告）號: CN104102137A
• 公開（公告）日: 2014-10-15
• 發明（設計）人: T.朗;H.馬克特;A.奧厄;W.菲舍爾;U.舒爾邁斯特;N.班諾夫;F.施雷賴歇特;A.岡托羅;C.弗萊克;A.馮菲廷霍夫;M.薩伊茨勒;M.漢澤爾曼;M.施賴伯
• 申請（專利權）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02;F02D41/14
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 宣力偉;楊國治

技術領域

本發明涉及用于控制設備的模型計算單元，在其中實施基于數據的函數模型用于在硬件方面執行函數、尤其用于控制發動機系統。本發明還涉及用于在這種模型計算單元中計算基于數據的函數模型的方法。

背景技術

由現有技術公開了控制設備，其帶有主運算單元和單獨的模型計算單元用來計算基于數據的函數模型。文件DE?10?2010?028?266?A1例如示出了控制設備，其帶有額外的邏輯電路作為模型計算單元，其在硬件方面構造用于計算指數函數。這實現了在硬件單元中支持貝葉斯回歸方法，該方法尤其需要用于計算高斯過程模型。

總體構造模型計算單元用于執行基于參數和取樣點或者訓練數據來計算基于數據的函數模型的數學過程。所述模型計算單元尤其在硬件方面構造用于有效地計算指數函數，從而能夠以比在主運算單元中更高的運算速度來運算高斯過程模型。包含用于計算基于數據的函數模型的參數以及取樣點的配置數據通常在模型計算單元中計算之前讀入該模型計算單元中，并且隨后通過模型計算單元的硬件來進行基于配置數據的計算。然而在不利的配置數據的情況下，這種模型計算單元的硬件的至今為止的實施會在計算時引起數值上的問題，使得不是所有離線確定的基于數據的函數模型都能穩定地在模型計算單元上進行計算。

發明內容

按本發明提出了按權利要求1所述的用于在帶有運算核心的控制設備中計算基于數據的函數模型的模型計算單元以及按并列權利要求所述的用于計算基于數據的函數模型的控制設備和方法。

本發明的其它有利的設計方案在從屬權利要求中得到說明。

根據第一方面，模型計算單元作為用于在控制設備中計算基于數據的函數模型的硬件單元，其中模型計算單元具有運算核心，其中該運算核心包括：

-用于在硬件方面執行乘法的乘法單元；

-用于在硬件方面執行加法的加法單元；

-用于在硬件方面計算指數函數的指數函數單元；

-用于存儲有待計算的基于數據的函數模型的超參數以及取樣點數據的配置寄存器或者存儲器；以及

-用于在乘法單元、加法單元、指數函數單元以及配置寄存器或者存儲器中在硬件方面控制計算過程的邏輯電路，從而求得基于數據的函數模型。

模型計算單元涉及邏輯單元，該邏輯單元包含硬件，該硬件構造用于為基于數據的函數模型在硬件方面執行特定的計算，尤其構造用于與運算核心共同地集成。借助于該邏輯單元，在線地執行之前訓練的并且保存在硬件上的用于貝葉斯回歸模型的計算方法。使用高斯過程模型作為基于數據的函數模型，尤其可以通過測試點（在該測試點應該求得模型值）的輸入標準化的轉換以及通過指數項的轉換作為加法和乘法以及指數函數的結果求得高斯過程模型的模型值。

所述模型計算單元尤其可以僅僅由上面所述的單元組成。

在硬件中能夠實現硬件-函數塊、所謂的用于整數計算的MAC塊（MAC=Multiplier-Accumulator（乘法-累加器）,也就是德語的：MAK=Multiplikationsakkumulator）或者用于浮點計算的FMA塊（FMA：fused?multiply-add）也稱作FMAC塊（FMAC=fused?multiply?accumulate（熔合乘法累積））。該硬件-函數塊在為整數以及浮點計算的說明中稱作MAC單元。該MAC單元可以通過硬件中直接的實現特別有效并且由此快速地執行a+b×c的運算。這也許在很少的時鐘脈沖周期內并且在特殊情況下也在一個時鐘脈沖周期內是可行的。

通過單獨設置這種帶有在硬件中實現的MAC單元以及在硬件中實現的用于僅僅計算指數函數的指數函數單元的模型計算單元，可以提供特別有效的邏輯電路，該邏輯電路可以作為模型計算單元與運算核心（該運算核心適合于軟件的執行）集成地在控制設備中用來求得基于數據的函數模型、尤其高斯過程模型的模型值。

此外，所述乘法單元和加法單元單獨地或者組合地在MAC單元中實現。

根據一種實施方式可以設置多個運算核心，其中多個運算核心中的多個具有一個共同的指數函數單元和/或一個共同的MAC單元。作為替代方案也可以規定，每個運算核心具有自己的指數函數單元以及自己的MAC單元。

可以規定所述函數模型為多個輸入參量分配一個模型值，其中構造計算過程用于借助于MAC單元分別為輸入參量的輸入標準化的計算進行乘法以及加法，并且借助于MAC單元為輸出參量的輸出標準化的計算進行乘法和加法。