一种用于自动驾驶汽车的动力CAN网关及其实现方法技术

一种用于自动驾驶汽车的动力CAN网关及其实现方法，涉及自动驾驶通信领域，本发明专利技术的一种用于自动驾驶汽车的动力CAN网关包括：8路CAN物理收发模块，8路CAN节点，8个高速处理CPU通过防冲突方式共享访问一片存储区域即多口RAM，PII过程影像区，Cut‑Through方式，并通过先打通通信链路后，建立和实时通道链路，最后网关以太网接口通过通信序列和驾驶脑建立数据链接，并发送制定格式的以太网报文，之后网关并监控和驾驶脑之间的数据通信实时性，一旦不满足条件发送报警。本发明专利技术的网关及实现方法具有较高的准确性，能够保证数据传输的唯一性和排他性，能够提高自动驾驶汽车的安全性和可靠性，提高安全系数。

A power CAN gateway for automatic driving vehicle and its implementation method

A power CAN gateway for automatic driving vehicle and its realization method relates to the field of automatic driving communication. The power CAN gateway for automatic driving vehicle comprises 8 road CAN physical transceiver modules, 8 road CAN nodes, 8 high-speed processing CPU, and sharing and accessing a storage area through multi conflict RAM through conflict avoidance method. PII process image area, Cut Through mode, and establish and real-time channel links after opening communication links. Finally, gateway Ethernet interface establishes data links through communication sequence and driver's brain, and sends formatted Ethernet messages. After that, gateway monitors and drives real-time data communication between brains. Send an alarm once the condition is not satisfied. The gateway and the implementation method of the invention have high accuracy, can ensure the uniqueness and exclusiveness of data transmission, and improve the safety and reliability of the automatic driving vehicle, and improve the safety factor.

【技术实现步骤摘要】
一种用于自动驾驶汽车的动力CAN网关及其实现方法
本专利技术涉及自动驾驶通信
，具体涉及一种用于自动驾驶汽车的动力CAN网关及其实现方法。
技术介绍
传统汽车上，通过CAN总线传输各种车辆传感器数据和控制信号，通常分为动力CAN、舒适CAN、信息CAN、娱乐CAN等。这些CAN通信方式遵循不同的电气标准和车企的通信协议。这些CAN种类繁多但是通信速率限制在1Mbps以下，通常为500kbps。近些年出现一些速率较高的底盘CAN通信系统如FlexRay速率可达5Mbps，但是对于新一代自动驾驶车辆来说5Mbps数据带宽仍显得捉襟见肘，原因是驾驶脑对数据采集频率要求很高，各种车身传感器不仅需要高速大数据采集，并且要求所有数据同步采集，高实时性数据采集，才能达到多种传感器数据融合同步的较好效果。类似的这种并行同步采集传感器如、力矩、轮速、毫米波雷达、激光雷达、矩阵摄像头等。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的问题，本专利技术提供一种用于自动驾驶汽车的动力CAN网关及其实现方法。本专利技术为解决技术问题所采用的技术方案如下：本专利技术的一种用于自动驾驶汽车的动力CAN网关，包括：8路CAN物理收发模块，8路CAN节点，8个高速处理CPU通过防冲突方式共享访问一片存储区域即多口RAM，PII过程影像区，Cut-Through方式，并通过先打通通信链路后，建立和实时通道链路，最后网关以太网接口通过通信序列和驾驶脑建立数据链接，并发送制定格式的以太网报文，之后网关并监控和驾驶脑之间的数据通信实时性，一旦不满足条件发送报警。进一步的，8路CAN物理层收发模块为低速或高速，支持协议如下：SAEJ1939-11、SAEJ1939-12、SAEJ2284、SAEJ24111、NMEA-2000；支持的波特率如下：33.3k、62.5k、83.3k、125k、250k、500k、1M；通信介质为屏蔽或非屏蔽双绞线；低速类CAN物理层收发模块支持车载灯光类、电动窗、门锁、电动椅、遥控门锁、电子仪表、驾驶信息、自动空调、故障诊断；高速类CAN物理层收发模块支持发动机控制、变速器控制、刹车控制、悬挂控制、ABS。进一步的，8路CAN节点分别通过8路CAN物理层收发模块与车辆自身的CAN单元相连接，8路CAN节点的数据通过后端对应的8个高速处理CPU采集后分别存储到连续的一片存储区域即多口RAM中，在多口RAM的末端存在一个隐形的容量大小完全一致、4倍读写速度的PII过程映像区，该PII过程映像区实现的功能在单个千兆以太网数据访问之前通过ENT状态机锁存多口RAM中所有数据，这些数据保证是最后一次多口RAM未被CPU读写访问之后的状态，若千兆以太网访问瞬间，多口RAM区处于某一CPU读写访问状态，则ENT状态机锁存的PII过程影像区数据不会发生改变，直到此次CPU访问结束。进一步的，所述CAN物理层收发模块采用的核心芯片是NXP公司的PCA82C250。本专利技术的一种用于自动驾驶汽车的动力CAN网关的实现方法，包括以下步骤：步骤一、一种轿车包含如下6种车身CAN单元，这些电源分别引出对应CAN总线接口且包含TVS、EBD总线保护模块：6种车身CAN单元分别为：(1)Engine单元，通信速率500kbps；AllKindsSensorEPSESPABSSASETMECM(2)ClimateControl单元，通信速率19.2kbps；AMotorcontrolBCenterUnit(3)Cluster单元，通信速率125kbps；AClustercontrolBWipercontrolCWinkercontrolDCaraudioELightcontrolFColumnswitchGAutomobilephone(4)Seat单元，通信速率19.2kbps；AMotorcontrolBPassengerdetetionCSwitchcontrol(5)Door单元，通信速率9.6kbps；ASidemirrorBDoorlockCPowerwindowDDoorswitch(6)Roof单元；ARainsensorBSunroof其中以总线型拓扑连接的单元是Door单元、Roof单元和Seat单元；其中以星型拓扑连接单元是Engine单元；其中以树形拓扑连接的单元是ClimateControl单元和Cluster单元；步骤二、A网关的CAN节点1通过CAN物理层收发模块和ClimateControl单元联接在一起；B网关的CAN节点2通过CAN物理层收发模块和Cluster单元联接在一起；C网关的CAN节点3通过CAN物理层收发模块和Engine单元联接在一起；D网关的CAN节点4通过CAN物理层收发模块和Seat单元联接在一起；E网关的CAN节点5通过CAN物理层收发模块和Door单元联接在一起；F网关的CAN节点6通过CAN物理层收发模块和Roof单元联接在一起；步骤三、将CAN节点1，CAN节点2，CAN节点3，CAN节点4，CAN节点5，CAN节点6设置成2个独立域：域A和域B，其中CAN节点1、CAN节点2、CAN节点3在域A下，CAN节点4、CAN节点5、CAN节点6在域B下；通过网关ENET接口配置，接收的EPS转向控制CAN信息可同步转发给CAN节点2CenterUnit上和CAN节点3Lightcontrol上。其中CAN节点1设置为广播节点，在域A中，CAN节点1总线的数据被CAN节点2、CAN3节点和CAN节点4监听，而无需通过ACK字段确认其数据，而CAN节点2、CAN节点3、CAN节点4的数据不会被CAN节点1监听到，相当于单向传输；CAN节点4既是域A的监听节点，又有是域B的发送节点；步骤四、CAN节点1、CAN节点2、CAN节点3、CAN节点4、CAN节点5、CAN节点6、CAN节点7、CAN节点8的数据通过后端对应的高速处理CPU采集后分别存储到连续的一片存储区域中，CAN节点1对应CPU1，CPU1对应存储区1，以此类推；多个CPU对多口RAM的访问方式是串行多口RAM方式，在一个网关时钟周期1ns只有一个CPU可访问多口RAM区，数据存储带宽64位，单次1ns可读写64字节的多口RAM数据；当所有CPU读取完数据后，会把OE信号置高TTL电平，多口RAM会释放对应请求，把所有CPU输入信号RDY置为TTL高电平，此时8个CPU都会知晓多口RAM可读取并写入数据，此时8个CPU能够随时写入或读取数据，在写入过程中若2个或多个CPU同时申请访问多口RAM及CPU的输出引脚OE同时为低电平时，此时多口RAM会根据已经设定的CPU优先级设定访问次序，及在同一时间多口RAM只会给8个CPU的其中唯一的一个最高优先级的CPU输出RDY为TTL低的信号，以保证冯诺伊曼串行数据访问的排他性原则；步骤五、在多口RAM的末端，存在一个隐形的容量大小完全一致、4倍读写速度的PII过程映像区，该影像区实现的功能在单个千兆以太网，数据访问之前通过ENT状态机锁存多口RAM中所有数据，这些数据保证是最后一次多口RAM未被CPU读写访问之后的状态，若千兆以太网访问瞬间，多口RAM区处于某一CPU读写访问状态，则ENT状态机锁存本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于自动驾驶汽车的动力CAN网关，其特征在于，包括：8路CAN物理收发模块，8路CAN节点，8个高速处理CPU通过防冲突方式共享访问一片存储区域即多口RAM，PII过程影像区，Cut‑Through方式，并通过先打通通信链路后，建立和实时通道链路，最后网关以太网接口通过通信序列和驾驶脑建立数据链接，并发送制定格式的以太网报文，之后网关并监控和驾驶脑之间的数据通信实时性，一旦不满足条件发送报警。

【技术特征摘要】
1.一种用于自动驾驶汽车的动力CAN网关，其特征在于，包括：8路CAN物理收发模块，8路CAN节点，8个高速处理CPU通过防冲突方式共享访问一片存储区域即多口RAM，PII过程影像区，Cut-Through方式，并通过先打通通信链路后，建立和实时通道链路，最后网关以太网接口通过通信序列和驾驶脑建立数据链接，并发送制定格式的以太网报文，之后网关并监控和驾驶脑之间的数据通信实时性，一旦不满足条件发送报警。2.根据权利要求1所述的一种用于自动驾驶汽车的动力CAN网关，其特征在于，8路CAN物理层收发模块为低速或高速，支持协议如下：SAEJ1939-11、SAEJ1939-12、SAEJ2284、SAEJ24111、NMEA-2000；支持的波特率如下：33.3k、62.5k、83.3k、125k、250k、500k、1M；通信介质为屏蔽或非屏蔽双绞线；低速类CAN物理层收发模块支持车载灯光类、电动窗、门锁、电动椅、遥控门锁、电子仪表、驾驶信息、自动空调、故障诊断；高速类CAN物理层收发模块支持发动机控制、变速器控制、刹车控制、悬挂控制、ABS。3.根据权利要求1所述的一种用于自动驾驶汽车的动力CAN网关，其特征在于，8路CAN节点分别通过8路CAN物理层收发模块与车辆自身的CAN单元相连接，8路CAN节点的数据通过后端对应的8个高速处理CPU采集后分别存储到连续的一片存储区域即多口RAM中，在多口RAM的末端存在一个隐形的容量大小完全一致、4倍读写速度的PII过程映像区，该PII过程映像区实现的功能在单个千兆以太网数据访问之前通过ENT状态机锁存多口RAM中所有数据，这些数据保证是最后一次多口RAM未被CPU读写访问之后的状态，若千兆以太网访问瞬间，多口RAM区处于某一CPU读写访问状态，则ENT状态机锁存的PII过程影像区数据不会发生改变，直到此次CPU访问结束。4.根据权利要求1所述的一种用于自动驾驶汽车的动力CAN网关，其特征在于，所述CAN物理层收发模块采用的核心芯片是NXP公司的PCA82C250。5.如权利要求1至4中任意一项所述的一种用于自动驾驶汽车的动力CAN网关的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、一种轿车包含如下6种车身CAN单元，这些电源分别引出对应CAN总线接口且包含TVS、EBD总线保护模块：6种车身CAN单元分别为：(1)Engine单元，通信速率500kbps；AllKindsSensorEPSESPABSSASETMECM(2)ClimateControl单元，通信速率19.2kbps；AMotorcontrolBCenterUnit(3)Cluster单元，通信速率125kbps；AClustercontrolBWipercontrolCWinkercontrolDCaraudioELightcontrolFColumnswitchGAutomobilephone(4)Seat单元，通信速率19.2kbps；AMotorcontrolBPassengerdetetionCSwitchcontrol(5)Door单元，通信速率9.6kbps；ASidemirrorBDoorlockCPowerwindowDDoorswitch(6)Roof单元；ARainsensorBSunroof其中以总线型拓扑连接的单元是Door单元、Roof单元和Seat单元；其中以星型拓扑连接单元是Engine单元；其中以树形拓扑连接的单元是ClimateControl单元和Cluster单元；步骤二、A网关的CAN节点1通过CAN物理层收发模块和ClimateControl单元联接在一起；B网关的CAN节点2通过CAN物理层收发模块和Cluster单元联接在一起；C网关的CAN节点3通过CAN物理层收发模块和Engine单元联接在一起；D网关的CAN节点4通过CAN物理层收发模块和Seat单元联接在一起；E网关的CAN节点5通过CAN物理层收发模块和Door单元联接在一起；F网关的CAN节点6通过CAN物理层收发模块和Roof单元联接在一起；步骤三、将CAN节点1，CAN节点2，CAN节点3，CAN节点4，CAN节点5，CAN节点6设置成2个独立域：域A和域B，其中CAN节点1、CAN节点2、CAN节点3在域A下，CAN节点4、CAN节点5、CAN节点6在域B下；通过网关ENET接口配置，接收的EPS转向控制CAN信息可同步转发给CAN节点2CenterUnit上和CAN节点3Li...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦民，
申请(专利权)人：秦民，
类型：发明
国别省市：吉林,22