[发明专利]模型计算单元、控制设备以及用于计算基于数据的函数模型的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于控制设备的模型计算单元，在其中实施基于数据的函数模型用于在硬件方面执行函数、尤其用于控制发动机系统。本发明还涉及用于在这种模型计算单元中计算基于数据的函数模型的方法。

背景技术

由现有技术公开了控制设备，其带有主运算单元和单独的模型计算单元用来计算基于数据的函数模型。文件DE 10 2010 028 266 A1例如示出了控制设备，其带有额外的逻辑电路作为模型计算单元，其在硬件方面构造用于计算指数函数。这实现了在硬件单元中支持贝叶斯回归方法，该方法尤其需要用于计算高斯过程模型。

总体构造模型计算单元用于执行基于参数和取样点或者训练数据来计算基于数据的函数模型的数学过程。所述模型计算单元尤其在硬件方面构造用于有效地计算指数函数，从而能够以比在主运算单元中更高的运算速度来运算高斯过程模型。包含用于计算基于数据的函数模型的参数以及取样点的配置数据通常在模型计算单元中计算之前读入该模型计算单元中，并且随后通过模型计算单元的硬件来进行基于配置数据的计算。然而在不利的配置数据的情况下，这种模型计算单元的硬件的至今为止的实施会在计算时引起数值上的问题，使得不是所有离线确定的基于数据的函数模型都能稳定地在模型计算单元上进行计算。

发明内容

按本发明提出了按权利要求1所述的用于在带有运算核心的控制设备中计算基于数据的函数模型的模型计算单元以及按并列权利要求所述的用于计算基于数据的函数模型的控制设备和方法。

本发明的其它有利的设计方案在从属权利要求中得到说明。

根据第一方面，模型计算单元作为用于在控制设备中计算基于数据的函数模型的硬件单元，其中模型计算单元具有运算核心，其中该运算核心包括：

-用于在硬件方面执行乘法的乘法单元；

-用于在硬件方面执行加法的加法单元；

-用于在硬件方面计算指数函数的指数函数单元；

-用于存储有待计算的基于数据的函数模型的超参数以及取样点数据的配置寄存器或者存储器；以及

-用于在乘法单元、加法单元、指数函数单元以及配置寄存器或者存储器中在硬件方面控制计算过程的逻辑电路，从而求得基于数据的函数模型。

模型计算单元涉及逻辑单元，该逻辑单元包含硬件，该硬件构造用于为基于数据的函数模型在硬件方面执行特定的计算，尤其构造用于与运算核心共同地集成。借助于该逻辑单元，在线地执行之前训练的并且保存在硬件上的用于贝叶斯回归模型的计算方法。使用高斯过程模型作为基于数据的函数模型，尤其可以通过测试点（在该测试点应该求得模型值）的输入标准化的转换以及通过指数项的转换作为加法和乘法以及指数函数的结果求得高斯过程模型的模型值。

所述模型计算单元尤其可以仅仅由上面所述的单元组成。

在硬件中能够实现硬件-函数块、所谓的用于整数计算的MAC块（MAC=Multiplier-Accumulator（乘法-累加器）,也就是德语的：MAK=Multiplikationsakkumulator）或者用于浮点计算的FMA块（FMA：fused multiply-add）也称作FMAC块（FMAC=fused multiply accumulate（熔合乘法累积））。该硬件-函数块在为整数以及浮点计算的说明中称作MAC单元。该MAC单元可以通过硬件中直接的实现特别有效并且由此快速地执行a+b×c的运算。这也许在很少的时钟脉冲周期内并且在特殊情况下也在一个时钟脉冲周期内是可行的。

通过单独设置这种带有在硬件中实现的MAC单元以及在硬件中实现的用于仅仅计算指数函数的指数函数单元的模型计算单元，可以提供特别有效的逻辑电路，该逻辑电路可以作为模型计算单元与运算核心（该运算核心适合于软件的执行）集成地在控制设备中用来求得基于数据的函数模型、尤其高斯过程模型的模型值。

此外，所述乘法单元和加法单元单独地或者组合地在MAC单元中实现。

根据一种实施方式可以设置多个运算核心，其中多个运算核心中的多个具有一个共同的指数函数单元和/或一个共同的MAC单元。作为替代方案也可以规定，每个运算核心具有自己的指数函数单元以及自己的MAC单元。

可以规定所述函数模型为多个输入参量分配一个模型值，其中构造计算过程用于借助于MAC单元分别为输入参量的输入标准化的计算进行乘法以及加法，并且借助于MAC单元为输出参量的输出标准化的计算进行乘法和加法。