一种基于机器人的激光雷达数据读写控制系统及芯片技术方案

本发明专利技术涉及一种基于机器人的激光雷达数据读写控制系统及芯片，该激光雷达数据读写控制系统包括CPU、AHB总线、预配置器、AHB接口控制器、AHB读写控制层、地址排序模块、地图匹配处理模块以及片上地图存储介质；AHB接口控制器连接片上地图存储介质，同时通过地址排序模块连接片上地图存储介质；AHB读写控制层分别连接AHB接口控制器和地图匹配处理模块；CPU同时与地图匹配处理模块和片上地图存储介质的相应信号端连接，预配置器与CPU连接存在电性连接；解决栅格地图数据不能被突发传输的问题，加速所述激光雷达数据和所述参考栅格数据的匹配运算速度，满足大批量所述激光雷达数据的处理场景。

A Data Reading and Writing Control System and Chip for Lidar Based on Robot

The invention relates to a lidar data reading and writing control system and chip based on a robot, which includes CPU, AHB bus, pre-configurer, AHB interface controller, AHB reading and writing control layer, address sorting module, map matching processing module and on-chip map storage medium; the AHB interface controller connects on-chip map storage medium, and at the same time passes through the on-chip map storage medium. Address sorting module connects map storage medium on chip; AHB read and write control layer connects AHB interface controller and map matching processing module respectively; CPU connects with map matching processing module and corresponding signal end of map storage medium on chip at the same time, and there is electrical connection between pre-configurator and CPU; it solves the problem that raster map data can not be transmitted abruptly, and accelerates the number of lidars mentioned above. According to the matching operation speed of the reference raster data, the processing scene of the lidar data in large quantities can be satisfied.

【技术实现步骤摘要】
一种基于机器人的激光雷达数据读写控制系统及芯片
本专利技术涉及数字电路领域，具体涉及一种基于机器人的激光雷达数据读写控制系统及芯片。
技术介绍
现有技术中，机器人在采用360度的激光雷达扫描方式定位建图，其优点是建图成功率较高，能根据激光雷达数据实时矫正预先构建的地图。其中，激光雷达内置动作旋转机构能支持激光雷达360度旋转，机器人可能跟随定位目标物体在不断运动的，所以激光雷达每旋转一圈就得到一批激光点云数据。机器人内置的激光导航模组在执行激光导航定位算法的过程中，其软件流程包括：激光导航模组中的CPU（处理器）发出访问指令，控制通信协议总线查找存储器所在的空间，再对存储器进行访问。访问成功则存储器会对通信协议总线返回成功响应信号，同时送出其他CPU希望得到的数据，通信协议总线将这些信号返回给CPU以完成一次指令的操作。由于CPU的工作频率往往高于存储器的读写频率，以至于CPU每发出一条指令对存储器进行操作时都要等待好几个时钟周期才能获得存储器的响应，大大降低了整个激光导航模组的运行效率。特别是构建的栅格地图对应的栅格数据是存储在离散地址单元上，容易造成CPU的内存访问50%以上是空操作，只作地址变化，而没有进行实际的读取操作。这些都浪费了大量的CPU时间。所以，上述激光导航模组使用CPU对大批量的激光雷达数据（本领域技术人员可认为是激光点云数据）反复读写、比对是非常消耗软件资源的，并抢占了其他系统模块的CPU工作时间，影响其他模块的工作速度，尤其是使用大量的激光点云数据构建栅格地图的时候会大大降低CPU的工作效率，严重影响整个激光导航模组的性能，在大批量的激光点云数据传输的环境下，如何克服栅格地图数据不能被突发传输，以提高激光雷达数据的读写速度，是现有技术需解决的问题。
技术实现思路
为了克服上述技术缺陷，本专利技术提供一种基于机器人的激光点云数据读写控制系统，控制存储介质中的激光点云数据自动进出所述激光点云数据读写控制系统以减少CPU读写访问的次数，本专利技术的技术方案如下：一种基于机器人的激光雷达数据读写控制系统，该激光雷达数据读写控制系统包括CPU和AHB总线，还包括AHB接口控制器、AHB读写控制层、地址排序模块、地图匹配处理模块以及片上地图存储介质；AHB接口控制器的一个信号输入端直接连接片上地图存储介质，用于基于AHB总线突发传输片上地图存储介质内存储的激光雷达数据；AHB接口控制器的另一个信号输入端通过地址排序模块连接片上地图存储介质，用于基于AHB总线突发传输经地址排序模块缓存排序的参考栅格数据；AHB读写控制层的信号端口分别连接AHB接口控制器和地图匹配处理模块的对应信号端，用于通过AHB接口控制器将片上地图存储介质内存储的激光雷达数据和参考栅格数据直接读取入地图匹配处理模块，还用于通过AHB接口控制器将地图匹配处理模块运算得到的定位数据直接写回片上地图存储介质；CPU同时与地图匹配处理模块和片上地图存储介质的相应信号端连接，用于在地图匹配处理模块完成预设采样数量的定位路标所采集的激光雷达数据的匹配运算后，从地图存储介质中直接提取地图匹配处理模块写入的定位数据送往软件应用层处理得到定位目标物体的位置信息；其中，参考栅格数据是根据预先构建的栅格地图配置在片上地图存储介质内的数组，栅格地图是根据激光雷达数据的坐标信息构建的，激光雷达数据是激光雷达采集的激光点云数据，激光点云数据是二维坐标数据；定位路标是根据所述机器人周边环境特征设定的；预设采样数量是激光雷达数据读写控制系统为实现定位目标物体定位而设定的定位路标采样数量。相比于现有技术，本专利技术通过在CPU与存储器之间增加读写控制电路，所述AHB接口控制器和所述地址排序模块的加入，解决栅格地图数据不能被突发传输的问题，加快所述AHB读写控制层读写效率，进而加速所述激光雷达数据和所述参考栅格数据的匹配运算速度，满足大批量所述激光雷达数据的处理场景；既能保证系统的稳定性，又保证AHB接口目标的灵活性，进而减少CPU访问频数，优化各个模块的读写时序。进一步地，所述激光雷达数据读写控制系统还包括预配置器，预配置器与所述CPU连接存在电性连接，用于在所述激光雷达数据读写控制系统启动读写操作前，直接告知所述CPU配置所述片上地图存储介质的读写配置信息。预配置器辅助所述AHB接口控制器做出预取址的判断和操作，省去CPU对存储器发出取址指令，可以实现直接响应无需等待的效果，减缓CPU资源占用紧张的情况。进一步地，所述片上地图存储介质包括激光点云数据存储阵列、栅格数据存储阵列和定位数据存储阵列；激光点云数据存储阵列，用于存储所述激光雷达采集的所述激光点云数据，并存储在连续的地址存储单元中；栅格数据存储阵列，用于存储所述参考栅格数据，并且存储在离散的地址存储单元中；所述地址排序模块连接栅格数据存储阵列，用于将栅格数据存储阵列输出的所述参考栅格数据按顺序缓存到连续地址的存储单元中；定位数据存储阵列，用于存储所述地图匹配处理模块运算得到的所述定位数据。相比于现有技术，本技术方案通过在栅格地图数据存储器和AHB接口控制器之间引入地址排序模块，将读取的栅格数据保存至连续地址的存储空间中，从而减少所述AHB接口控制器或者所述AHB读写控制层的读写访问次数，加快后续控制AHB总线突发读取栅格数据进行匹配性判断的速度，削减内存访问开销。进一步地，所述AHB读写控制层包括第一突发读取模块、第二突发读取模块和单次写模块；第一突发读取模块，用于在所述CPU输出所述读写配置信息后，从所述激光点云数据存储阵列突发读取一个突发长度的所述激光点云数据，输出至所述地图匹配处理模块；第二突发读取模块，用于第一突发读取模块每完成一次突发读操作时，从所述地址排序模块突发读取一个突发长度的所述参考栅格数据，输出至所述地图匹配处理模块；单次写模块，用于当所述地图匹配处理模块每完成一个所述定位路标所对应采集的激光雷达数据的匹配运算后，控制所述地图匹配处理模块运算得到的所述定位数据写入所述地图存储介质；其中，第一突发读取模块、第二突发读取模块和单次写模块都是由硬件语言实现的状态机，该状态机是由状态寄存器和组合逻辑电路构成，第一突发读取模块和第二突发读取模块支持突发读操作，突发读操作是直接从存储阵列连续读取一个突发长度的连续地址单元上的数据；突发长度表示一次突发读操作下传输到所述AHB总线的数据的个数。本技术方案使得所述激光雷达数据读写控制系统通过AHB总线执行两次突发读操作来读写外部存储器件，加速所述激光雷达数据和所述参考栅格数据的匹配运算速度，减缓CPU资源占用紧张的情况。进一步地，所述地图匹配处理模块中，所述匹配运算的过程包括：按照所述地址排序模块的存储单元对应的地址顺序，将输入所述地图匹配处理模块的所述突发长度的所述参考栅格数据进行累加，然后取平均值，得到参考栅格数据平均值；判断参考栅格数据平均值是否与所述第一突发读取模块输入的所述激光点云数据匹配，是则将参考栅格数据平均值保留在所述地图匹配处理模块内，等待下一次的匹配性判断再进行累加得到预处理值；否则加一运算作为预处理值；当判断完一个所述定位路标所对应采集的的所述激光点云数据与所述参考栅格数据的匹配情况后，计算预处理值的平均值，即所述定位数据，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于机器人的激光雷达数据读写控制系统，该激光雷达数据读写控制系统包括CPU和AHB总线，其特征在于，还包括AHB接口控制器、AHB读写控制层、地址排序模块、地图匹配处理模块以及片上地图存储介质；AHB接口控制器的一个信号输入端直接连接片上地图存储介质，用于基于AHB总线突发传输片上地图存储介质内存储的激光雷达数据；AHB接口控制器的另一个信号输入端通过地址排序模块连接片上地图存储介质，用于基于AHB总线突发传输经地址排序模块缓存排序的参考栅格数据；AHB读写控制层的信号端口分别连接AHB接口控制器和地图匹配处理模块的对应信号端，用于通过AHB接口控制器将片上地图存储介质内存储的激光雷达数据和参考栅格数据直接读取入地图匹配处理模块，还用于通过AHB接口控制器将地图匹配处理模块运算得到的定位数据直接写回片上地图存储介质；CPU同时与地图匹配处理模块和片上地图存储介质的相应信号端连接，用于在地图匹配处理模块完成预设采样数量的定位路标所采集的激光雷达数据的匹配运算后，从地图存储介质中直接提取地图匹配处理模块写入的定位数据送往软件应用层处理得到定位目标物体的位置信息；其中，参考栅格数据是根据预先构建的栅格地图配置在片上地图存储介质内的数组，栅格地图是根据激光雷达数据的坐标信息构建的，激光雷达数据是激光雷达采集的激光点云数据，激光点云数据是二维坐标数据；定位路标是根据所述机器人周边环境特征设定的；预设采样数量是激光雷达数据读写控制系统为实现定位目标物体定位而设定的定位路标采样数量。...

【技术特征摘要】
1.一种基于机器人的激光雷达数据读写控制系统，该激光雷达数据读写控制系统包括CPU和AHB总线，其特征在于，还包括AHB接口控制器、AHB读写控制层、地址排序模块、地图匹配处理模块以及片上地图存储介质；AHB接口控制器的一个信号输入端直接连接片上地图存储介质，用于基于AHB总线突发传输片上地图存储介质内存储的激光雷达数据；AHB接口控制器的另一个信号输入端通过地址排序模块连接片上地图存储介质，用于基于AHB总线突发传输经地址排序模块缓存排序的参考栅格数据；AHB读写控制层的信号端口分别连接AHB接口控制器和地图匹配处理模块的对应信号端，用于通过AHB接口控制器将片上地图存储介质内存储的激光雷达数据和参考栅格数据直接读取入地图匹配处理模块，还用于通过AHB接口控制器将地图匹配处理模块运算得到的定位数据直接写回片上地图存储介质；CPU同时与地图匹配处理模块和片上地图存储介质的相应信号端连接，用于在地图匹配处理模块完成预设采样数量的定位路标所采集的激光雷达数据的匹配运算后，从地图存储介质中直接提取地图匹配处理模块写入的定位数据送往软件应用层处理得到定位目标物体的位置信息；其中，参考栅格数据是根据预先构建的栅格地图配置在片上地图存储介质内的数组，栅格地图是根据激光雷达数据的坐标信息构建的，激光雷达数据是激光雷达采集的激光点云数据，激光点云数据是二维坐标数据；定位路标是根据所述机器人周边环境特征设定的；预设采样数量是激光雷达数据读写控制系统为实现定位目标物体定位而设定的定位路标采样数量。2.根据权利要求1所述激光雷达数据读写控制系统，其特征在于，所述激光雷达数据读写控制系统还包括预配置器，预配置器与所述CPU连接存在电性连接，用于在所述激光雷达数据读写控制系统启动读写操作前，直接告知所述CPU配置所述片上地图存储介质的读写配置信息。3.根据权利要求2所述激光雷达数据读写控制系统，其特征在于，所述片上地图存储介质包括激光点云数据存储阵列、栅格数据存储阵列和定位数据存储阵列；激光点云数据存储阵列，用于存储所述激光雷达采集的所述激光点云数据，并存储在连续的地址存储单元中；栅格数据存储阵列，用于存储所述参考栅格数据，并且存储在离散的地址存储单元中；所述地址排序模块连接栅格数据存储阵列，用于将栅格数据存储阵列输出的所述参考栅格数据按顺序缓存到连续地址的存储单元中；定位数据存储阵列，用于存储所述地图匹配处理模块运算得到的所述定位数据。4.根据权利要求3所述激光雷达数据读写控制系统，其特征在于，所述AHB读写控制层包括第一突发读取模块、第二突发读取模块和单次写模块；第一突发读取模块，用于在所述CPU输出所述读写配置信息后，从所述激光点云数据存储阵列突发读取一个突发长度的所述激光点云数据，输出至所述地图匹配处理模块；第二突发读取模块，用于第一突发读取模块每完成一次突发读操作时，从所述地址排序模块突发读取一个突发长度的所述参考栅格数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：何再生，邓文拔，
申请(专利权)人：珠海市一微半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44