[發(fā)明專利]一種用于自動(dòng)駕駛汽車的動(dòng)力CAN網(wǎng)關(guān)及其實(shí)現(xiàn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810509794.2
• 申請(qǐng)日: 2018-05-24
• 公開（公告）號(hào): CN108880965B
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 秦民
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 秦民
• 主分類號(hào): H04L12/40
• 分類號(hào): H04L12/40;H04L12/24;H04L12/801
• 代理公司: 長(zhǎng)春眾邦菁華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 22214
• 代理人: 于曉慶

1.一種用于自動(dòng)駕駛汽車的動(dòng)力CAN網(wǎng)關(guān)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，一種用于自動(dòng)駕駛汽車的動(dòng)力CAN網(wǎng)關(guān)，包括：8路CAN物理層收發(fā)模塊，8路CAN節(jié)點(diǎn)，8個(gè)高速處理CPU通過防沖突方式共享訪問一片存儲(chǔ)區(qū)域即多口RAM，PII過程影像區(qū)，Cut-Through方式，并通過先打通通信鏈路后，建立和實(shí)時(shí)通道鏈路，最后網(wǎng)關(guān)以太網(wǎng)接口通過通信序列和駕駛腦建立數(shù)據(jù)鏈接，并發(fā)送制定格式的以太網(wǎng)報(bào)文，之后網(wǎng)關(guān)并監(jiān)控和駕駛腦之間的數(shù)據(jù)通信實(shí)時(shí)性，一旦不滿足條件發(fā)送報(bào)警；

該實(shí)現(xiàn)方法包括以下步驟：

步驟一、一種轎車包含如下6種車身CAN單元，這些電源分別引出對(duì)應(yīng)CAN總線接口且包含TVS、EBD總線保護(hù)模塊：

6種車身CAN單元分別為：

(1)Engine單元，通信速率500kbps；

All Kinds Sensor

EPS

ESP

ABS

SAS

ETM

ECM

(2)Climate Control單元，通信速率19.2kbps；

AMotor control

B Center Unit

(3)Cluster單元，通信速率125kbps；

A Cluster control

B Wiper control

C Winker control

D Car audio

E Light control

F Column switch

G Automobile phone

(4)Seat單元，通信速率19.2kbps；

AMotor control

B Passenger detetion

C Switch control

(5)Door單元，通信速率9.6kbps；

A Side mirror

B Door lock

C Power window

D Door switch

(6)Roof單元；

ARain sensor

B Sunroof

其中以總線型拓?fù)溥B接的單元是Door單元、Roof單元和Seat單元；

其中以星型拓?fù)溥B接單元是Engine單元；

其中以樹形拓?fù)溥B接的單元是Climate Control單元和Cluster單元；

步驟二、A網(wǎng)關(guān)的CAN節(jié)點(diǎn)1通過CAN物理層收發(fā)模塊和Climate Control單元聯(lián)接在一起；

B網(wǎng)關(guān)的CAN節(jié)點(diǎn)2通過CAN物理層收發(fā)模塊和Cluster單元聯(lián)接在一起；

C網(wǎng)關(guān)的CAN節(jié)點(diǎn)3通過CAN物理層收發(fā)模塊和Engine單元聯(lián)接在一起；

D網(wǎng)關(guān)的CAN節(jié)點(diǎn)4通過CAN物理層收發(fā)模塊和Seat單元聯(lián)接在一起；

E網(wǎng)關(guān)的CAN節(jié)點(diǎn)5通過CAN物理層收發(fā)模塊和Door單元聯(lián)接在一起；

F網(wǎng)關(guān)的CAN節(jié)點(diǎn)6通過CAN物理層收發(fā)模塊和Roof單元聯(lián)接在一起；

步驟三、將CAN節(jié)點(diǎn)1，CAN節(jié)點(diǎn)2，CAN節(jié)點(diǎn)3，CAN節(jié)點(diǎn)4，CAN節(jié)點(diǎn)5，CAN節(jié)點(diǎn)6設(shè)置成2個(gè)獨(dú)立域：域A和域B，其中CAN節(jié)點(diǎn)1、CAN節(jié)點(diǎn)2、CAN節(jié)點(diǎn)3在域A下，CAN節(jié)點(diǎn)4、CAN節(jié)點(diǎn)5、CAN節(jié)點(diǎn)6在域B下；

通過網(wǎng)關(guān)ENET接口配置，接收的EPS轉(zhuǎn)向控制CAN信息可同步轉(zhuǎn)發(fā)給CAN節(jié)點(diǎn)2CenterUnit上和CAN節(jié)點(diǎn)3Light control上；其中CAN節(jié)點(diǎn)1設(shè)置為廣播節(jié)點(diǎn)，在域A中，CAN節(jié)點(diǎn)1總線的數(shù)據(jù)被CAN節(jié)點(diǎn)2、CAN3節(jié)點(diǎn)和CAN節(jié)點(diǎn)4監(jiān)聽，而無需通過ACK字段確認(rèn)其數(shù)據(jù)，而CAN節(jié)點(diǎn)2、CAN節(jié)點(diǎn)3、CAN節(jié)點(diǎn)4的數(shù)據(jù)不會(huì)被CAN節(jié)點(diǎn)1監(jiān)聽到，相當(dāng)于單向傳輸；CAN節(jié)點(diǎn)4既是域A的監(jiān)聽節(jié)點(diǎn)，又有是域B的發(fā)送節(jié)點(diǎn)；

步驟四、CAN節(jié)點(diǎn)1、CAN節(jié)點(diǎn)2、CAN節(jié)點(diǎn)3、CAN節(jié)點(diǎn)4、CAN節(jié)點(diǎn)5、CAN節(jié)點(diǎn)6、CAN節(jié)點(diǎn)7、CAN節(jié)點(diǎn)8的數(shù)據(jù)通過后端對(duì)應(yīng)的高速處理CPU采集后分別存儲(chǔ)到連續(xù)的一片存儲(chǔ)區(qū)域中，CAN節(jié)點(diǎn)1對(duì)應(yīng)CPU1，CPU1對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)區(qū)1，以此類推；多個(gè)CPU對(duì)多口RAM的訪問方式是串行多口RAM方式，在一個(gè)網(wǎng)關(guān)時(shí)鐘周期1ns只有一個(gè)CPU可訪問多口RAM區(qū)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)帶寬64位，單次1ns可讀寫64字節(jié)的多口RAM數(shù)據(jù)；當(dāng)所有CPU讀取完數(shù)據(jù)后，會(huì)把OE信號(hào)置高TTL電平，多口RAM會(huì)釋放對(duì)應(yīng)請(qǐng)求，把所有CPU輸入信號(hào)RDY置為TTL高電平，此時(shí)8個(gè)CPU都會(huì)知曉多口RAM可讀取并寫入數(shù)據(jù)，此時(shí)8個(gè)CPU能夠隨時(shí)寫入或讀取數(shù)據(jù)，在寫入過程中若2個(gè)或多個(gè)CPU同時(shí)申請(qǐng)?jiān)L問多口RAM及CPU的輸出引腳OE同時(shí)為低電平時(shí)，此時(shí)多口RAM會(huì)根據(jù)已經(jīng)設(shè)定的CPU優(yōu)先級(jí)設(shè)定訪問次序，及在同一時(shí)間多口RAM只會(huì)給8個(gè)CPU的其中唯一的一個(gè)最高優(yōu)先級(jí)的CPU輸出RDY為TTL低的信號(hào)，以保證馮諾伊曼串行數(shù)據(jù)訪問的排他性原則；

步驟五、在多口RAM的末端，存在一個(gè)隱形的容量大小完全一致、4倍讀寫速度的PII過程影像區(qū)，該影像區(qū)實(shí)現(xiàn)的功能在單個(gè)千兆以太網(wǎng)，數(shù)據(jù)訪問之前通過ENT狀態(tài)機(jī)鎖存多口RAM中所有數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)保證是最后一次多口RAM未被CPU讀寫訪問之后的狀態(tài)，若千兆以太網(wǎng)訪問瞬間，多口RAM區(qū)處于某一CPU讀寫訪問狀態(tài)，則ENT狀態(tài)機(jī)鎖存的PII過程影像區(qū)數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生改變，直到此次CPU訪問結(jié)束；若千兆以太網(wǎng)對(duì)PII過程影像區(qū)進(jìn)行影像寫入數(shù)據(jù)操作，那么ENT狀態(tài)機(jī)，會(huì)待到單時(shí)鐘周期刷新完畢后，回寫數(shù)據(jù)到多口RAM，保證單時(shí)鐘周期數(shù)據(jù)的唯一性；

步驟六、ENT狀態(tài)機(jī)除實(shí)現(xiàn)過程影像數(shù)據(jù)外，還會(huì)產(chǎn)生以太網(wǎng)通信的實(shí)時(shí)控制以便和駕駛腦進(jìn)行實(shí)時(shí)通信；

千兆以太網(wǎng)通信方式采用CSMA/CD方式，同時(shí)采用實(shí)時(shí)性較高的PROFINET協(xié)議，要求駕駛腦的處理系統(tǒng)支持PROFINET協(xié)議，且與之連接的交換機(jī)不但要支持PROFINET協(xié)議，且需要工作在CUT-Through刺穿模式，且交換機(jī)端到端傳輸延時(shí)小于4us；

步驟七、與駕駛腦通信之前，首先設(shè)定RT循環(huán)時(shí)間為2ms，整個(gè)通信過程采用RT IRT混合傳輸，單報(bào)文幀最長(zhǎng)5000個(gè)字節(jié)，所有網(wǎng)關(guān)與駕駛腦通信；

步驟八、網(wǎng)關(guān)與駕駛腦整個(gè)通信鏈路建立過程如下：

1、識(shí)別駕駛腦設(shè)備名稱；

2、解析IP地址；

3、設(shè)置IP地址；

4、建立連接關(guān)系；

5、寫入數(shù)據(jù)記錄；

6、參數(shù)化結(jié)束；

7、應(yīng)用準(zhǔn)備好；

步驟九、建立好與駕駛腦的鏈路后，網(wǎng)關(guān)與駕駛腦需要確定準(zhǔn)確的時(shí)間間隔，用以發(fā)送實(shí)時(shí)循環(huán)數(shù)據(jù)；

步驟十、駕駛腦給網(wǎng)關(guān)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，網(wǎng)關(guān)會(huì)啟動(dòng)一個(gè)硬件看門狗監(jiān)視器，用以監(jiān)控實(shí)時(shí)通信的可靠性。