一种嵌入式自动驾驶控制器及其安全监控方法技术

一种嵌入式自动驾驶控制器及其安全监控方法，控制器包括GPS模块、V2X模块、摄像头信号处理模块、Flexray通信模块1、Flexray通信模块2、Flexray通信模块3、CAN通信模块1、CAN通信模块2、CAN通信模块3、CAN通信模块4、模拟信号处理模块、开关信号处理模块、驱动及保护模块、电源保护模块、电源管理模块、DCDC模块、运动处理模块、MCU、FPGA_A处理器、FPGA_B处理器和CPU。安全监控方法包括：MCU、FPGA_A处理器、CPU初始化配置；MCU、FPGA_A处理器、CPU自检测试；周期控制任务；周期测试任务。提高了自动驾驶系统运行的安全性与可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种嵌入式自动驾驶控制器及其安全监控方法
本专利技术涉及一种控制器，更具体地说涉及一种嵌入式自动驾驶控制器及其安全监控方法，属于汽车自动驾驶和嵌入式控制器

技术介绍
目前，自动驾驶技术发展很快，国内外各大主机厂纷纷投入大量的人力和物力，对该技术进行深度研究并投入应用，SAEL3级别和SAEL4级别的各种Demo车型相继发布；其中自动驾驶控制器是自动驾驶系统的大脑，其起着关键的作用。由于核心部件高性能芯片的制约，自动驾驶控制器主要存在如下几种方案：1、英特尔采用Mobileye+Altera+Movidius方案，包括Mobileye的EyeQ系列芯片(ASIC)、Altera的FPGA芯片、Movidius的视觉处理单元VPU，以及英特尔的CPU处理器；当前主要应用于宝马和奥迪车型。2、英伟达采用GPU+CPU方案，其GPU图像处理器有自己专用的内存和专用的指令以完成深度神经网诺的加速，当前主要应用于特斯拉和福特等车型。3、工控机方案，同样采用GPU+CPU架构，每台车至少需要使用两台工控机。但是，以上方案分别存有不同问题：英特尔方案的Mobileye和Movidius采用专用的ASIC芯片技术，其对专用的算法进行了优化，但其价格昂贵，且应用不灵活；英伟达方案的GPU并行运算能力卓越，但功耗过高，不利于整车降功耗，同时其价格昂贵；工控机方案价格优势明显，能满足自动驾驶的功能要求，但其主要针对工业应用，其接口及性能均不能满足车规级标准。
技术实现思路
本专利技术针对现有自动驾驶控制器存在的上述问题，提供一种嵌入式自动驾驶控制器及其安全监控方法。为实现上述目的，本专利技术的技术解决方案是：一种嵌入式自动驾驶控制器，包括GPS模块、V2X模块、摄像头信号处理模块、Flexray通信模块1、Flexray通信模块2、Flexray通信模块3、CAN通信模块1、CAN通信模块2、CAN通信模块3、CAN通信模块4、模拟信号处理模块、开关信号处理模块、驱动及保护模块、电源保护模块、电源管理模块、DCDC模块、运动处理模块、MCU、FPGA_A处理器、FPGA_B处理器和CPU；所述的GPS模块和V2X模块均与GSP和V2X二合一天线连接，所述的摄像头信号处理模块与摄像头连接，所述的Flexray通信模块1与激光雷达连接，所述的Flexray通信模块2与人机交互系统连接，所述的Flexray通信模块3与标定诊断工具连接，所述的CAN通信模块1分别与视觉模块、毫米波雷达和超声波雷达连接，所述的CAN通信模块2与VCU连接，所述的CAN通信模块3与高精度地图传感器连接，所述的模拟信号处理模块与模拟量部件连接，所述的开关信号处理模块与数字量部件连接，所述的驱动及保护模块与负载连接，所述的电源保护模块与供电电源连接，且电源保护模块与DCDC模块连接，所述的DCDC模块与供电电压连接，且DCDC模块与电源管理模块连接；所述的Flexray通信模块1、Flexray通信模块2、Flexray通信模块3、CAN通信模块1、CAN通信模块2、CAN通信模块3、CAN通信模块4、模拟信号处理模块、开关信号处理模块、驱动及保护模块、电源管理模块、运动处理模块分别与MCU连接；所述的GPS模块、V2X模块、摄像头信号处理模块和MCU分别与FPGA_A处理器连接，所述的MCU、FPGA_A处理器分别与FPGA_B处理器连接，所述的MCU、FPGA_A处理器、FPGA_B处理器分别与CPU连接。所述的GPS模块和V2X模块分别通过SMA接口与GSP和V2X二合一天线连接。所述的摄像头信号处理模块通过GMSL接口与摄像头连接。所述的Flexray通信模块1通过Flexray1通信接口与激光雷达连接，所述的Flexray通信模块2通过Flexray2通信接口与人机交互系统连接，所述的Flexray通信模块3通过Flexray3通信接口与标定诊断工具连接。所述的CAN通信模块1通过CAN1通信接口分别与视觉模块、毫米波雷达和超声波雷达连接，所述的CAN通信模块2通过CAN2通信接口与VCU连接，所述的CAN通信模块3通过CAN3通信接口与高精度地图传感器连接。一种嵌入式自动驾驶控制器的安全监控方法，包括以下步骤：步骤一，自动驾驶控制器上电，MCU、FPGA_A处理器、CPU各模块进行初始化配置，初始化结束后判断各模块初始化的状态，若各模块配置在正常工作时的状态，则进行步骤二，若有初始化失败的模块，则报出模块故障代码，进入故障模式；步骤二，MCU、FPGA_A处理器、CPU各模块进行自检测试，通过则继续运行进入步骤三，若测试不通过则记录不通过的模块错误代码，并报出模块故障代码，进入故障模式；步骤三，周期控制任务：在MCU中实现CAN总线监控、Flexray总线监控、运动处理监控、模拟信号和开关信号监控和电源监控，在FPGA_A处理器中实现GPS信号监控、V2X信号监控和摄像头的图像和视频信号监控和深度学习算法的监控，在CPU中实现无人驾驶操作系统、决策策略监控和执行器控制算法监控，若系统正常则进入步骤四，若系统有故障，则报出故障代码，进入故障模式；步骤四，周期测试任务：同时在MCU、FPGA_A处理器、CPU和FPGA_B处理器中进行周期测试任务。所述步骤四中的周期测试任务具体包括下面的步骤：步骤S11，首先对MCU、FPGA_A处理器、CPU各模块的配置文件进行检测，测试各模块的配置是否被非法改动，是否与正常配置一致，如异常则进入故障模式，如正常则进化下面的步骤S12；步骤S12，向FPGA_B处理器发送特定的测试任务，FPGA_B处理器收到任务后，按照预定的算法计算出测试结果反馈给MCU、FPGA_A处理器、CPU，这些测试任务根据实际的需要增加或者减少；步骤S13，MCU、FPGA_A处理器、CPU分别将自身运行的结果与反馈结果进行比较，以此来判断MCU、FPGA_A处理器、CPU的工作是否正常，若测试结果通过，则系统进入周期运行模式，循环的运行系统周期控制任务和周期测试任务；若测试不通过，则报出故障代码，同时系统进入故障模式。与现有技术相比较，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术中控制器采用CPU+FPGA的技术方案，在感知算法和决策不断发展需要处理器不断更新的情况下，FPGA具有硬件可升级、可迭代的优势；且FPAG硬件配置灵活，相比相同性能水平的硬件系统功耗更低，十分适合感知计算。2、本专利技术中控制器硬件平台设计丰富的传感器接口，符合车规级要求，以满足不同的成本和功能需求。3、本专利技术中控制器采用硬件级和软件级的两级安全监控，及时发现故障并处理，故障诊断全面，覆盖率高，大大提高了自动驾驶系统运行的安全性与可靠性，最终使控制器满足ISO26262定义的ASILD安全标准。附图说明图1是本专利技术中控制器结构框图。图2是本专利技术中控制器安全监控算法流程图。图3是本专利技术中控制器安全测试流程图。具体实施方式为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例一：参见图1，一种嵌入式自动驾驶控制器，包括GPS模块、V2X本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种嵌入式自动驾驶控制器，其特征在于：包括GPS模块、V2X模块、摄像头信号处理模块、Flexray通信模块1、Flexray通信模块2、Flexray通信模块3、CAN通信模块1、CAN通信模块2、CAN通信模块3、CAN通信模块4、模拟信号处理模块、开关信号处理模块、驱动及保护模块、电源保护模块、电源管理模块、DCDC模块、运动处理模块、MCU、FPGA_A处理器、FPGA_B处理器和CPU；所述的GPS模块和V2X模块均与GSP和V2X二合一天线连接，所述的摄像头信号处理模块与摄像头连接，所述的Flexray通信模块1与激光雷达连接，所述的Flexray通信模块2与人机交互系统连接，所述的Flexray通信模块3与标定诊断工具连接，所述的CAN通信模块1分别与视觉模块、毫米波雷达和超声波雷达连接，所述的CAN通信模块2与VCU连接，所述的CAN通信模块3与高精度地图传感器连接，所述的模拟信号处理模块与模拟量部件连接，所述的开关信号处理模块与数字量部件连接，所述的驱动及保护模块与负载连接，所述的电源保护模块与供电电源连接，且电源保护模块与DCDC模块连接，所述的DCDC模块与供电电压连接，且DCDC模块与电源管理模块连接；所述的Flexray通信模块1、Flexray通信模块2、Flexray通信模块3、CAN通信模块1、CAN通信模块2、CAN通信模块3、CAN通信模块4、模拟信号处理模块、开关信号处理模块、驱动及保护模块、电源管理模块、运动处理模块分别与MCU连接；所述的GPS模块、V2X模块、摄像头信号处理模块和MCU分别与FPGA_A处理器连接，所述的MCU、FPGA_A处理器分别与FPGA_B处理器连接，所述的MCU、FPGA_A处理器、FPGA_B处理器分别与CPU连接。...

【技术特征摘要】
1.一种嵌入式自动驾驶控制器，其特征在于：包括GPS模块、V2X模块、摄像头信号处理模块、Flexray通信模块1、Flexray通信模块2、Flexray通信模块3、CAN通信模块1、CAN通信模块2、CAN通信模块3、CAN通信模块4、模拟信号处理模块、开关信号处理模块、驱动及保护模块、电源保护模块、电源管理模块、DCDC模块、运动处理模块、MCU、FPGA_A处理器、FPGA_B处理器和CPU；所述的GPS模块和V2X模块均与GSP和V2X二合一天线连接，所述的摄像头信号处理模块与摄像头连接，所述的Flexray通信模块1与激光雷达连接，所述的Flexray通信模块2与人机交互系统连接，所述的Flexray通信模块3与标定诊断工具连接，所述的CAN通信模块1分别与视觉模块、毫米波雷达和超声波雷达连接，所述的CAN通信模块2与VCU连接，所述的CAN通信模块3与高精度地图传感器连接，所述的模拟信号处理模块与模拟量部件连接，所述的开关信号处理模块与数字量部件连接，所述的驱动及保护模块与负载连接，所述的电源保护模块与供电电源连接，且电源保护模块与DCDC模块连接，所述的DCDC模块与供电电压连接，且DCDC模块与电源管理模块连接；所述的Flexray通信模块1、Flexray通信模块2、Flexray通信模块3、CAN通信模块1、CAN通信模块2、CAN通信模块3、CAN通信模块4、模拟信号处理模块、开关信号处理模块、驱动及保护模块、电源管理模块、运动处理模块分别与MCU连接；所述的GPS模块、V2X模块、摄像头信号处理模块和MCU分别与FPGA_A处理器连接，所述的MCU、FPGA_A处理器分别与FPGA_B处理器连接，所述的MCU、FPGA_A处理器、FPGA_B处理器分别与CPU连接。2.根据权利要求1所述的一种嵌入式自动驾驶控制器，其特征在于：所述的GPS模块和V2X模块分别通过SMA接口与GSP和V2X二合一天线连接。3.根据权利要求1所述的一种嵌入式自动驾驶控制器，其特征在于：所述的摄像头信号处理模块通过GMSL接口与摄像头连接。4.根据权利要求1所述的一种嵌入式自动驾驶控制器，其特征在于：所述的Flexray通信模块1通过Flexray1通信接口与激光雷达连接，所述的Flexray通信模块2通过Flexray2通信接口与人机交互系统连接，所述的Flexray通信模块3通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁亚娟，吴慧君，白艳伟，赵丽，
申请(专利权)人：武汉超控科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42