CN112272132A - 基于fpga实现can数据的dds协议实时传输方法及*** - Google Patents

基于fpga实现can数据的dds协议实时传输方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于FPGA实现CAN数据的DDS协议实时传输方法及***，包括域控制器和中央控制器，域控制器包括FPGA模块和微处理器单元；微处理器单元生成映射规则下发到FPGA模块；传感器采集数据通过CAN总线发送到域控制器，FPGA模块按照映射规则将CAN数据封装到DDS数据中；通过DDS协议走以太网发送到中央控制器上的DDS订阅节点，处理反馈的DDS数据又通过DDS协议走以太网发回到域控制器；FPGA模块按照映射规则将反馈的DDS数据解封装为CAN数据，通过CAN总线发送到执行器。本发明利用MPU实现协议的复杂处理，利用FPGA的实时性处理固定逻辑的DDS转换，保障车载以太网通信的实时性。本发明适用于CAN/LIN/Ethernet通信方式并存的车载网络，通过数据转换实现CAN/LIN低速总线数据基于DDS协议的以太网传输。

Description

基于FPGA实现CAN数据的DDS协议实时传输方法及***
技术领域
本发明属于自动驾驶技术领域，尤其涉及一种基于FPGA实现CAN数据的DDS协议实时传输方法及***。
背景技术
随着自动驾驶技术的快速发展，为了让自动驾驶汽车更快更好的感知周围环境，必然会涉及到多传感器融合以及车载网络通信两个领域。这两个领域对车载通信的总线也提出更高的要求，如大带宽、实时性、稳定性以及分布式等。而对于至关重要的功能安全，在车载网络通信上，对于实时性的要求，显得尤为突出。
从车载EE架构的演进路线来看，车载以太网传输已经是大势所趋。同时，数据分发服务DDS（Data Distribution Service for Real-Time-Systems），作为以数据为中心的分布式实时通信中间件，也保障数据进行实时、高效、灵活地分发，非常适合下一代车载EE架构。
目前大多基于CAN数据转换到DDS传输的方法，都是简单封装报文结构，再通过处理器负责DDS的数据通信。这种方案，端到端的时延和抖动，都是不确定的，无法满足车载网络对于实时性的要求。目前基于车载以太网的TSN解决方案也尚不成熟，基于DDS协议的汽车以太网自身无法保证低时延和抖动的要求，所以一个基于FPGA平台实现CAN数据通过DDS协议实时传输的设计方法就显得尤为重要。
发明内容
发明目的：针对以上问题，本发明提出一种基于FPGA实现CAN数据的DDS协议实时传输方法及***，以极低的时延和抖动完成CAN数据通过DDS协议实时传输。
技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于FPGA实现CAN数据的DDS协议实时传输方法，包括步骤：
（1）传感器采集数据，通过CAN总线将CAN数据发送到域控制器，由域控制器的FPGA模块按照一定的映射规则将CAN数据封装到DDS数据中；
（2）通过DDS协议走以太网发送DDS数据到中央控制器上的DDS订阅节点，DDS订阅节点处理反馈的DDS数据又通过DDS协议走以太网发回到域控制器；
（3）域控制器的FPGA模块又按照一定的映射规则将反馈的DDS数据解封装为CAN数据，通过CAN总线把CAN数据发送到执行器中。
进一步地，域控制器包括FPGA模块和微处理器单元，通过微处理器单元生成映射规则下发到FPGA模块。
进一步地，映射规则的生成包括步骤：
（1.1）在微处理器单元上部署DDS发布和订阅APP；运行DDS发现协议，生成用户订阅的数据对象的主题名称和全局唯一标识符的映射关系；
（1.2）根据连接到CAN总线的传感器和执行器，生成CAN数据帧格式；
（1.3）融合CAN数据帧格式和主题名称和全局唯一标识符的映射关系，生成CANID和GUID的映射规则表。
进一步地，FPGA模块上部署有CAN数据收发处理模块，DDS封装和解封装模块和以太网收发处理模块。
进一步地，FPGA模块的具体处理流程包括：
（2.1）FPGA模块的CAN数据收发处理模块接收CAN数据之后，转发给DDS封装和解封装模块，根据映射规则表将CAN数据封装到DDS数据中，然后将DDS数据传输到以太网收发处理模块，通过DDS协议走以太网发送；
（2.2）FPGA模块的以太网收发处理模块接收通过DDS协议走以太网发来的DDS数据，转发给DDS封装和解封装模块，根据映射规则表将DDS数据解封装为CAN数据，传输到CAN数据收发处理模块，通过CAN总线发送CAN数据。
一种基于FPGA实现CAN数据的DDS协议实时传输***，包括域控制器和中央控制器，传感器和执行器，CAN总线和以太网；其中，域控制器包括FPGA模块和微处理器单元；微处理器单元生成映射规则下发到FPGA模块；
传感器采集数据，通过CAN总线发送到域控制器， FPGA模块按照映射规则将CAN数据封装到DDS数据中；通过DDS协议走以太网发送到中央控制器上的DDS订阅节点，DDS订阅节点处理反馈的DDS数据又通过DDS协议走以太网发回到域控制器；FPGA模块又按照映射规则将反馈的DDS数据解封装为CAN数据，通过CAN总线发送到执行器中。
进一步地，FPGA模块上部署有CAN数据收发处理模块，DDS封装和解封装模块和以太网收发处理模块；
CAN数据收发处理模块接收CAN数据转发给DDS封装和解封装模块，根据映射规则表将CAN数据封装到DDS数据中，并传输到以太网收发处理模块通过DDS协议走以太网发送；
以太网收发处理模块接收通过DDS协议走以太网发来的DDS数据，转发给DDS封装和解封装模块，根据映射规则表将DDS数据解封装为CAN数据，传输到CAN数据收发处理模块通过CAN总线发送。
有益效果：本发明适用于CAN/LIN/Ethernet等通信方式并存的车载网络，通过数据转换实现CAN/LIN等低速总线数据基于数据分发服务DDS协议通过以太网传输。
本发明利用MPU的编程灵活性实现协议的复杂处理，利用FPGA的硬件实时性处理固定逻辑的DDS转换，保障了车载以太网通信实时性的要求。
附图说明
图1是域控制器和中央控制器的网络拓扑示意图；
图2是FPGA实时传输示意图；
图3是CAN和DDS数据转换规则示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
如图1所示，整车拓扑架构包括域控制器（Domain controller）和中央控制器（Central controller），本发明所述的基于FPGA实现CAN数据的DDS协议实时传输方法，包括步骤：
由传感器（Sensor）采集数据，通过CAN总线把CAN数据发送到域控制器，再由域控制器的FPGA模块按照一定的映射规则将CAN数据封装到DDS数据中；然后通过DDS协议走以太网发送到中央控制器，中央控制器上的DDS订阅节点接收DDS数据。
DDS订阅节点处理接收的DDS数据，并给出反馈的DDS数据又通过DDS协议走以太网发回到域控制器，域控制器的FPGA模块又按照一定的映射规则将DDS数据解封装为CAN数据，然后通过CAN总线把CAN数据发送到执行器（Actuator）中。
如图2所示，域控制器包括现场可编程逻辑门阵列FPGA（Field ProgrammableGate Arrays）和微处理器单元MPU（Microprocessor Unit）。
如图3所示，通过微处理器单元MPU处理生成CAN数据封装到DDS数据的映射规则，具体包括步骤：
（1）在微处理器单元MPU上部署DDS发布和订阅APP；运行DDS发现协议，生成用户订阅的数据对象的主题名称（TopicName）和GUID（全局唯一标识符）的映射关系；
（2）根据实际连接到CAN总线的传感器和执行器，生成CAN数据帧格式；
（3）融合CAN数据帧格式和主题名称（TopicName）和全局唯一标识符（Guid）的映射关系，生成CANID和GUID的映射规则表（Rule），配置下发到FPGA上。
规则包含CANID 到GUID的映射关系，以及GUID到DDS数据传输路径的映射。具体包括CAN到DDS，DDS到CAN的转换映射，以及DDS数据发送到目的端的出口定位信息。
如图2所示，通过FPGA处理CAN数据到DDS数据的封装和解封装，实现通过CAN总线连接传感器采集数据，通过基于DDS发现协议建立数据链路传输数据，实现CAN数据通过DDS协议实时传输到订阅节点上，以极低的时延和抖动通过以太网络进行实时传输。
FPGA上部署有CAN数据收发处理模块，DDS封装和解封装模块，以及以太网收发处理模块。
具体地，由传感器（Sensor）采集数据，通过CAN总线把CAN数据发送到FPGA模块的CAN数据收发处理模块，CAN数据收发处理模块接收CAN数据之后，转发给DDS封装和解封装模块，根据映射规则表（Rule）将CAN数据封装到DDS数据中，然后将DDS数据传输到以太网收发处理模块，通过DDS协议走以太网发送到中央控制器上的DDS订阅节点。
DDS订阅节点处理接收的DDS数据，并给出反馈的DDS数据又通过DDS协议走以太网发回到FPGA模块的以太网收发处理模块，以太网收发处理模块接收DDS数据后转发给DDS封装和解封装模块，根据映射规则表（Rule）将DDS数据解封装为CAN数据，传输到CAN数据收发处理模块，然后通过CAN总线把CAN数据发送到执行器（Actuator）中。
本发明所述的基于FPGA实现CAN数据的DDS协议实时传输***，包括域控制器和中央控制器，传感器和执行器，CAN总线和以太网；其中，域控制器包括FPGA模块和微处理器单元；微处理器单元生成映射规则下发到FPGA模块。
传感器采集数据，通过CAN总线发送到域控制器， FPGA模块按照映射规则将CAN数据封装到DDS数据中；通过DDS协议走以太网发送到中央控制器上的DDS订阅节点，DDS订阅节点处理反馈的DDS数据又通过DDS协议走以太网发回到域控制器；FPGA模块又按照映射规则将反馈的DDS数据解封装为CAN数据，通过CAN总线发送到执行器中。
FPGA模块上部署有CAN数据收发处理模块，DDS封装和解封装模块和以太网收发处理模块。
CAN数据收发处理模块接收CAN数据转发给DDS封装和解封装模块，根据映射规则表将CAN数据封装到DDS数据中，并传输到以太网收发处理模块通过DDS协议走以太网发送。
以太网收发处理模块接收通过DDS协议走以太网发来的DDS数据，转发给DDS封装和解封装模块，根据映射规则表将DDS数据解封装为CAN数据，传输到CAN数据收发处理模块通过CAN总线发送。
本发明通过FPGA严格控制车载以太网络数据传输的时延，从而进一步提高DDS数据传输的实时性，确保自动驾驶紧急场景的功能安全性。

Claims (7)

1.一种基于FPGA实现CAN数据的DDS协议实时传输方法，其特征在于，包括步骤：
（1）传感器采集数据，通过CAN总线将CAN数据发送到域控制器，由域控制器的FPGA模块按照一定的映射规则将CAN数据封装到DDS数据中；
（2）通过DDS协议走以太网发送DDS数据到中央控制器上的DDS订阅节点，DDS订阅节点处理反馈的DDS数据又通过DDS协议走以太网发回到域控制器；
（3）域控制器的FPGA模块又按照一定的映射规则将反馈的DDS数据解封装为CAN数据，通过CAN总线把CAN数据发送到执行器中。
2.根据权利要求1所述的基于FPGA实现CAN数据的DDS协议实时传输方法，其特征在于，域控制器包括FPGA模块和微处理器单元，通过微处理器单元生成映射规则下发到FPGA模块。
3.根据权利要求2所述的基于FPGA实现CAN数据的DDS协议实时传输方法，其特征在于，映射规则的生成包括步骤：
（1.1）在微处理器单元上部署DDS发布和订阅APP；运行DDS发现协议，生成用户订阅的数据对象的主题名称和全局唯一标识符的映射关系；
（1.2）根据连接到CAN总线的传感器和执行器，生成CAN数据帧格式；
（1.3）融合CAN数据帧格式和主题名称和全局唯一标识符的映射关系，生成CANID和GUID的映射规则表。
4.根据权利要求1所述的基于FPGA实现CAN数据的DDS协议实时传输方法，其特征在于，FPGA模块上部署有CAN数据收发处理模块，DDS封装和解封装模块和以太网收发处理模块。
5.根据权利要求4所述的基于FPGA实现CAN数据的DDS协议实时传输方法，其特征在于，FPGA模块的具体处理流程包括：
（2.1）FPGA模块的CAN数据收发处理模块接收CAN数据之后，转发给DDS封装和解封装模块，根据映射规则表将CAN数据封装到DDS数据中，然后将DDS数据传输到以太网收发处理模块，通过DDS协议走以太网发送；
（2.2）FPGA模块的以太网收发处理模块接收通过DDS协议走以太网发来的DDS数据，转发给DDS封装和解封装模块，根据映射规则表将DDS数据解封装为CAN数据，传输到CAN数据收发处理模块，通过CAN总线发送CAN数据。
6.一种基于FPGA实现CAN数据的DDS协议实时传输***，其特征在于，包括域控制器和中央控制器，传感器和执行器，CAN总线和以太网；其中，域控制器包括FPGA模块和微处理器单元；微处理器单元生成映射规则下发到FPGA模块；
传感器采集数据，通过CAN总线发送到域控制器，FPGA模块按照映射规则将CAN数据封装到DDS数据中；通过DDS协议走以太网发送到中央控制器上的DDS订阅节点，DDS订阅节点处理反馈的DDS数据又通过DDS协议走以太网发回到域控制器；FPGA模块又按照映射规则将反馈的DDS数据解封装为CAN数据，通过CAN总线发送到执行器中。
7.根据权利要求6所述的基于FPGA实现CAN数据的DDS协议实时传输***，其特征在于，FPGA模块上部署有CAN数据收发处理模块，DDS封装和解封装模块和以太网收发处理模块；
CAN数据收发处理模块接收CAN数据转发给DDS封装和解封装模块，根据映射规则表将CAN数据封装到DDS数据中，并传输到以太网收发处理模块通过DDS协议走以太网发送；
以太网收发处理模块接收通过DDS协议走以太网发来的DDS数据，转发给DDS封装和解封装模块，根据映射规则表将DDS数据解封装为CAN数据，传输到CAN数据收发处理模块通过CAN总线发送。
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