CN114840335B - 一种自动驾驶领域的智能网关控制器及其多核划分策略 - Google Patents
一种自动驾驶领域的智能网关控制器及其多核划分策略 Download PDFInfo
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Abstract
本发明为一种自动驾驶领域的智能网关控制器，包括具有多处理器内核的单片机、GPS模块、RTC模块、网口模块、CAN模块和数据记录模块，其中GPS模块和RTC模块配合单片机内部的定时器用于维护UTC时间，网口模块用于和自动驾驶***通讯，CAN模块用于和底盘通讯，数据记录模块用于数据记录。同时提供了一种自动驾驶领域的智能网关控制器多核划分策略多核划分策略。本发明提出的基于Aurix TC397的多核智能网关控制器根据功能对不同内核执行的程序进行划分，功能模块间以共享内存的方式进行通信。
Description
技术领域
本发明涉及自动驾驶领域技术领域，尤其涉及一种自动驾驶领域智能网关控制器及其多核划分策略。
背景技术
目前，自动驾驶***与车辆底盘的通信链路方式主要是通过定制开发的网关控制器进行数据转发。控制器根据特定协议将自动驾驶***以太网数据包与底盘CAN总线数据进行包装转发。另外会在控制器中增加一定的智能决策能力。能够应对一些底盘的异常状态。但是，所有的决策与转发功能都集中在一个控制内核上，功能划分不明确，程序编写过程中容易存在逻辑漏洞。另外，作为自动驾驶***与车辆底盘之间的唯一数据链路，不具备数据记录能力，给后期问题分析带来困难。
其中主要缺陷在于：1-将所有的数据转发功能与安全逻辑功能于单一内核上实现，逻辑功能混乱；2-不具备数据记录能力，无法为后期问题分析提供数据支持。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于Aurix单片机的多核逻辑功能划分方式，不同逻辑功能被分配到不同核上执行，核间通信通过共享内存的方式进行数据交互，同时提出一种原始数据的记录方式，基于UTC时间轴对将车辆CAN总线上数据与从自动驾驶***接收的原始控制命令进行记录，并保存在TF卡中。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，
一种自动驾驶领域的智能网关控制器，其特征在于，包括具有多处理器内核的单片机、GPS模块、RTC模块、网口模块、CAN模块和数据记录模块，其中GPS模块和RTC模块配合单片机内部的定时器用于维护UTC时间，网口模块用于和自动驾驶***通讯，CAN模块用于和底盘通讯，数据记录模块用于数据记录。
本发明进一步设置，所述单片机为具有6处理器内核的Aurix TC397，所述数据记录模块为TF卡。
另外本发明还提供了一种自动驾驶领域的智能网关控制器多核划分策略多核划分策略，包括具有多处理器内核的单片机、GPS模块、RTC模块、网口模块、CAN模块和数据记录模块，其中GPS模块和RTC模块配合单片机内部的定时器用于维护UTC时间，网口模块用于和自动驾驶***通讯， CAN模块用于和底盘通讯，数据记录模块用于数据记录，其中单片机至少拥有6个独立的处理器内核，根据不同的功能处理不同的事物逻辑。
本发明进一步设置，所述Aurix TC397拥有6个独立的处理器内核CPU0、 CUP1、CUP2、CUP3、CUP4以及CUP5，所述CPU0控制有FreeRTOS实时操作***，该***移植LWIP轻量型TCP/IP协议栈，用于处理与自动驾驶***间的网络数据包的交互；CPU1处理CAN总线数据的收发中断并用于给后续其他内核进行数据记录提供数据源，CPU2移植一套FATFS文件***，用于处理数据的记录；CPU3用于维系一套基于UTC时间的时间***；CPU4 用作安全冗余内核，在该内核上，TC397中运行的整套程序中的全局状态量进行监控。
本发明进一步设置，所述状态量包括当前TC397与底盘间的通信是否正常，当前TC397与自动驾驶***间的通信是否正常，当前底盘的转向、动力、制动模块是否处于正常工作状态，当前自动驾驶***下发的指令数值是否为有效数据，所有的非正常状态会被编码为一组错误码；当发生不同的错误时， CPU4会根据错误码进行分级处理，并执行声光报警、缓慢刹车或者紧急刹车不同的安全操作，同时将错误码作为报警数据通过CPU2记录到TF卡中。
本发明进一步设置，所述FreeRTOS***上新建两个网口相关的任务分别用于网络数据的发送与接收，在网络数据的接收任务中，除了正常的解析控制命令数据用于填充CAN数据包外，还会将该控制命令数据送入一个基于生产者消费者模型的buffer1，该buffer1遵循先进先出的原则，当收到数据时，生产出一组待处理数据，并存入buffer1，当CPU2存储buffer1头部数据到TF卡时，则消耗一组控制命令数据，随后此数据被buffer1弹出，每一组控制命令数据包括原始控制命令数据与***时间，该***时间从CPU3 核维护的UTC时间处调用，另外在FreeRTOS内新建定时任务用于处理CAN 总线数据发送，保障与底盘通信的实时性。
本发明进一步设置，CPU1内部维护一个基于生产者消费者模型的 buffer2，该buffer2遵循先进先出的原则，当发生一个中断时，则产生一组 CAN数据，并存入buffer2，当其他CPU2存储CAN数据到TF卡时，则消耗一组CAN数据，随后此数据被buffer2弹出，每一组CAN数据包括原始的CAN id部分、CAN data部分与***时间，该***时间从CPU3核维护的UTC时间处调用。
本发明进一步设置，其中数据的记录包括对控制命令数据、CAN数据与错误报警数据的记录，其中CPU2作为消费者去消耗包含控制命令数据与 CAN数据的buffer1与buffer2中的数据，错误报警数据是一种冗余安全报警数据，在发生时会被立刻记录。
本发明进一步设置，为保证数据的实时性，当存储空间不足时，TF卡中的旧数据会被新数据覆盖，以此实现循环数据记录。
本发明进一步设置，正常情况下，TC397内部为初始UTC时间，其由 RTC提供，秒内更精确的时间由CPU3的TIM3定时模块提供，当外接GPS 模块接收到稳定的GPRMC信息与PPS信号后，CPU3从GPRMC中解析秒级别的UTC时间，并通过PPS信号进行秒内时间的对齐，当从该GPS模块获取的UTC时间稳定运行后，则此后整个TC397的***时间以此为准，同时CPU3会操作RTC硬件时间向此基于GPS模块的UTC时间对齐。
本发明的有益效果：本发明提出的基于Aurix TC397的多核智能网关控制器根据功能对不同内核执行的程序进行划分，功能模块间以共享内存的方式进行通信。该多核智能网关控制器在处理基本的数据交互通信，安全冗余逻辑的同时，增加对于原始的数据记录功能。这能够对自动驾驶过程中的一些问题点进行数据复现，便于后期问题分析。同时创新了一种自动驾驶过程中的数据记录方式，自动驾驶***下发的数据与车辆底盘总线数据在同一时间轴下进行记录。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例的控制器***模块功能图
图2为本发明实施例的多核逻辑功能框图。
具体实施方式
以下将配合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，借此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
如图1所示，一种自动驾驶领域的智能网关控制器，包括具有多处理器内核的单片机、GPS模块、RTC模块、网口模块、CAN模块和数据记录模块，其中GPS模块和RTC模块配合单片机内部的定时器用于维护UTC时间，网口模块用于和自动驾驶***通讯，CAN模块用于和底盘通讯，数据记录模块用于数据记录，所述单片机为具有6处理器内核的Aurix TC397，所述数据记录模块为TF卡。
现就具体的实施例做进一步的阐述：
本发明基于Aurix TC397单片机，搭建***电路，设计出一自动驾驶领域的带数据记录功能的智能网关控制器。整个控制器***功能模块划分如图 1所示。主要包括6处理器内核单片机Aurix TC397，GPS模块，RTC模块，网口模块，CAN模块和TF卡。其中GPS模块和RTC模块配合TC397内部的定时器用于维护UTC时间，网口模块用于和自动驾驶***通讯，CAN模块用于和底盘通讯，TF卡用于数据记录。在TC397内部根据逻辑功能分配不同内核进行数据处理。主要逻辑功能有自动驾驶***与车底盘间的数据交互，UTC时间的解析与维护，安全导向的逻辑功能，数据记录功能。
Aurix TC397拥有6个独立的处理器内核CPU0到CUP5。根据不同的功能划分，每个CPU上处理不同的事物逻辑。
CPU0上跑FreeRTOS实时操作***。***移植LWIP轻量型TCP/IP协议栈，用于处理与自动驾驶***间的网络数据包的交互。在FreeRTOS***上新建两个网口相关的任务分别用于网络数据的发送与接收。在网络数据的接收任务中，除了正常的解析控制命令数据用于填充CAN数据包外，还会将该控制命令数据送入一个基于生产者消费者模型的buffer1。该buffer1遵循先进先出的原则。当收到数据时，生产出一组待处理数据，并存入buffer1。当CPU2存储buffer1头部数据到TF卡时，则消耗一组控制命令数据，随后此数据被buffer1弹出。每一组控制命令数据包括原始控制命令数据与***时间。该***时间从CPU3核维护的UTC时间处调用。另外在FreeRTOS内新建定时任务用于处理CAN总线数据发送，保障与底盘通信的实时性。
CPU1主要处理CAN总线数据的收发中断。此CPU主要用于给后续其他内核进行数据记录提供数据源。CPU内部维护一个基于生产者消费者模型的buffer2。该buffer2遵循先进先出的原则。当发生一个中断时，则产生一组CAN数据，并存入buffer2。当其他CPU2存储CAN数据到TF卡时，则消耗一组CAN数据，随后此数据被buffer2弹出。每一组CAN数据包括原始的CAN id部分，CAN data部分与***时间。该***时间从CPU3核维护的UTC时间处调用。
CPU2移植了一套FATFS文件***。用于处理数据的记录问题。此处共有三个类型数据需要记录，分别是控制命令数据，CAN数据与错误报警数据。其中CPU2作为消费者去消耗包含控制命令数据与CAN数据的buffer1与 buffer2中的数据，错误报警数据是一种冗余安全报警数据，在发生时会被立刻记录。为保证数据的实时性，当存储空间不足时，TF卡中的旧数据会被新数据覆盖，以此实现循环数据记录。
CPU3维系一套基于UTC时间的时间***。正常情况下，TC397内部是初始UTC时间由RTC提供，秒内更精确的时间由CPU3的TIM3定时模块提供。该定时器可以提供10ns级别精度的时间供使用。当外接GPS模块接收到稳定的GPRMC信息与PPS信号后，CPU3从GPRMC中解析秒级别的 UTC时间，并通过PPS信号进行秒内时间的对齐。当从该GPS模块获取的 UTC时间稳定运行后，则此后整个TC397的***时间以此为准，同时CPU3 会操作RTC硬件时间向此基于GPS模块的UTC时间对齐。
CPU4用作安全冗余内核，在该内核上，TC397中运行的整套程序中的一些全局状态量进行监控。这些状态量包括，当前TC397与底盘间的通信是否正常，当前TC397与自动驾驶***间的通信是否正常，当前底盘的转向，动力，制动等模块是否处于正常工作状态，当前自动驾驶***下发的指令数值是否为有效数据等。这些所有的非正常状态会被编码为一组错误码。当发生不同的错误时，CPU4会根据错误码进行分级处理，并执行声光报警，缓慢刹车或者紧急刹车等不同的安全操作。同时这些错误码会作为报警数据通过CPU2记录到TF卡中。
本发明提出的基于Aurix TC397的多核智能网关控制器根据功能对不同内核执行的程序进行划分，功能模块间以共享内存的方式进行通信。
该多核智能网关控制器在处理基本的数据交互通信，安全冗余逻辑的同时，增加对于原始的数据记录功能。这能够对自动驾驶过程中的一些问题点进行数据复现，便于后期问题分析。
如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。
需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者***不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者***所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者***中还存在另外的相同要素。
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (6)
1.一种自动驾驶领域的智能网关控制器多核划分策略，其特征在于，包括：具有多处理器内核的单片机、GPS模块、RTC模块、网口模块、CAN模块和数据记录模块，其中，
所述GPS模块和所述RTC模块配合所述单片机内部的定时器用于维护UTC时间；
所述网口模块用于和自动驾驶***通讯；
所述CAN模块用于和底盘通讯；
所述数据记录模块用于数据记录；
所述单片机至少拥有6个独立的处理器内核，根据不同的功能处理不同的事物逻辑，所述单片机包括Aurix TC397，所述Aurix TC397拥有6个独立的处理器内核CPU0、CPU1、CPU2、CPU3、CPU4以及CPU5，其中，所述CPU0控制有FreeRTOS实时操作***，该***移植LWIP轻量型TCP/IP协议栈，用于处理与自动驾驶***间的网络数据包的交互；
所述CPU1处理CAN总线数据的收发中断并用于给后续其他内核进行数据记录提供数据源；
所述CPU2移植一套FATFS文件***，用于处理数据的记录；
所述CPU3用于维系一套基于UTC时间的时间***；所述CPU4用作安全冗余内核，在该内核上，TC397中运行的程序中的全局状态量进行监控，其中，状态量包括：
当前TC397与底盘间的通信是否正常，
当前TC397与自动驾驶***间的通信是否正常，
当前底盘的转向、动力或制动模块是否处于正常工作状态，
当前自动驾驶***下发的指令数值是否为有效数据；
当发生错误时，所述CPU4根据错误码进行分级处理，执行声光报警、缓慢刹车或者紧急刹车，并将错误码作为报警数据记录到所述数据记录模块中。
2.根据权利要求1所述的智能网关控制器多核划分策略，其特征在于，
所述FreeRTOS实时操作***上新建两个网口相关的任务，分别用于网络数据的发送与接收，其中，
在网络数据的接收任务中，解析控制命令数据，用于填充CAN数据包，将该控制命令数据送入基于生产者消费者模型的buffer1，该buffer1遵循先进先出的原则，当收到数据时，生产出一组待处理数据，并存入所述buffer1，当所述CPU2存储buffer1头部数据到所述数据记录模块时，则消耗一组控制命令数据，随后此数据被所述buffer1弹出，其中，每一组控制命令数据包括原始控制命令数据与***时间，该***时间从所述CPU3维护的UTC时间处调用；
在所述FreeRTOS实时操作***内新建定时任务，用于处理CAN总线数据发送，保障与底盘通信的实时性。
3.根据权利要求2所述的智能网关控制器多核划分策略，其特征在于，所述CPU1内部维护基于生产者消费者模型的buffer2，该buffer2遵循先进先出的原则，当发生中断时，则产生一组CAN数据，并存入buffer2，当其他CPU2存储CAN数据到所述数据记录模块时，则消耗一组CAN数据，随后此数据被buffer2弹出，其中，每一组CAN数据包括原始的CAN id部分、CAN data部分与***时间，该***时间从所述CPU3维护的UTC时间处调用。
4.根据权利要求3所述的智能网关控制器多核划分策略，其特征在于，所述数据记录包括对所述控制命令数据的记录、对所述CAN数据的记录与所述报警数据记录，其中，所述CPU2作为消费者消耗包含所述控制命令数据与所述CAN数据的所述buffer1与所述buffer2中的数据。
5.根据权利要求1所述的智能网关控制器多核划分策略，其特征在于，当存储空间不足时，所述数据记录模块中的旧数据被新数据覆盖，以此实现循环数据记录。
6.根据权利要求1所述的智能网关控制器多核划分策略，其特征在于，正常情况下，TC397内部为初始UTC时间，由RTC提供，秒内更精确的时间由所述CPU3的TIM3定时模块提供，当外接GPS模块接收到稳定的GPRMC信息与PPS信号后，所述CPU3从GPRMC中解析秒级别的UTC时间，并通过PPS信号进行秒内时间的对齐，当从该GPS模块获取的UTC时间稳定运行后，则此后整个TC397的***时间以此为准，同时所述CPU3操作RTC硬件时间向此基于GPS模块的UTC时间对齐。
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| Publication number | Publication date |
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