CN108508882A - 一种车辆辅助驾驶控制平台 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种车辆辅助驾驶控制平台，包括主控芯片，该主控芯片为异构、多核架构的SOC，除了包括主控单元之外，该SOC上还搭建有视频处理单元、显示输出单元和通信单元，并且，SOC上还有与相应的数据接口。选用异构、多核架构的高性能SOC搭建ADAS技术平台，应用并行处理方式提升处理器的整体运算性能，在保证低延迟、低功耗的前提下共同协作，从而实现多种主动安全功能由同一处理器集成实现，所以，利用高集成的SOC片上系统能够可靠地进行驾驶辅助控制。并且通过建立平台的方法将各种处理器通过高性能处理器进行集成，解决单芯处理器，以及分散独立系统的处理器处理能力低、处理速度慢、体系结构单一等问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种车辆辅助驾驶控制平台，属于车辆辅助驾驶控制技术领域。
背景技术
高级驾驶辅助系统ADAS目前已逐步应用在车辆安全控制领域以提升车辆行驶的辅助安全水平。受限于处理器的性能，ADAS技术最早以实现单一功能为主，随着半导体期间的快速发展及更新换代，目前ADAS技术逐渐朝着向集成式、高性能、运算密集型的SOC片上系统构建的综合控制系统为主的方向发展，通过融合多传感器环境信息，可涵盖车道偏离及碰撞预警、盲点检测、全景环视、交通标志识别、行人检测等一系列功能。但是，目前这只是一种理念，只是表明从早期单一预警发展到完整的预防碰撞，协同、融合、集成成为ADAS技术的发展趋势，但是现有技术并没有做出集成式、高性能、运算密集型的SOC构建的综合控制系统。
目前应用在车辆ADAS技术上的系统均以单芯片处理器为主，因此导致不同ADAS技术都是以自带独立的ECU实现，从布置、安装、功能可延伸性、客户需求等方面都存在问题，并不满足平台化、集成化要求，即使将几个单芯处理器整合在一起，这部分整合的方案可扩展能力也很差。导致部分整合的想法的原因是所选择的处理器体系架构单一，性能低，无法处理多个ADAS算法，同时也没有站在平台化设计的角度；“实现在一个控制芯片上进行多种辅助驾驶控制”的方案对于该选择一个什么样体系架构的芯片非常重要，合理的体系架构才能满足处理众多传感器信息、多个ADAS算法集成的任务，符合辅助驾驶平台的搭建思想。目前还有一些高校也在研究相关内容，其所采用的方案是利用多个单芯片搭建该平台，从整体实时性、效率、功耗等方面都存在问题，同时这也类似于一种换汤不换药的方法，无非就是将原本各自独立的控制器机械的整合到一个控制盒里。
所以，现阶段客车上应用的驾驶辅助技术均为单芯处理器，或者由几个单芯处理器整合在一起的独立系统。由于使用雷达、摄像头等多种不同类型的传感器数量在不断增多，并且由于单芯处理器处理能力低、处理速度慢、系统分散无法整合的缺陷，无法实现可靠地进行驾驶辅助控制，也给车企带来成本高、安装布置不美观、模块化程度低、缺少平台化建设等一系列问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种车辆辅助驾驶控制平台，用以解决利用单芯处理器无法可靠地进行驾驶辅助控制的问题。
为实现上述目的，本发明的方案包括一种车辆辅助驾驶控制平台，包括主控芯片，所述主控芯片为异构、多核架构的SOC，所述SOC包括主控单元，所述SOC上搭建有视频处理单元、显示输出单元和通信单元；所述SOC上还有用于与摄像头连接的视频输入接口，用于外部通信的通信接口，以及用于连接外部显示设备的显示输出接口。
所述SOC上还搭建有内存与扩展外设单元，所述SOC还有用于连接外部存储器和扩展外设的扩展接口。
所述SOC上还搭建有控制单元，所述车辆辅助驾驶控制平台还包括MCU，所述控制单元与所述MCU通信连接，所述MCU用于与车载CAN总线通信连接。
所述视频处理单元分为高清视频处理模块和标清视频处理模块，高清视频信号通过串并转换器输入给所述高清视频处理模块，标清视频信号通过视频译码器输入给所述标清视频处理模块。
所述SOC上还搭建有电源管理单元，外部供电电源通过所述电源管理单元为控制平台提供工作电压。
所述车辆辅助驾驶控制平台基于的软件架构为四层架构，分别是驱动层、服务层、开发框架层和应用层；
驱动层：用于为底层设备驱动提供配置环境，对SOC底层驱动进行封装及接口定义，提供对硬件操作的API接口；
服务层：用于进行功能定义、各种片上外设配置及管脚分配，对SOC的数据输入输出、外设等进行封装及接口定义，提供对各外设操作的API接口；
开发框架层：用于为应用层的实现提供相应的设计架构；
应用层：用于整体逻辑控制及功能实现。
所述应用层由从下到上依次设置的采集层、通信层、综合处理层和决策控制层构成；
采集层：用于获取采集得到的数据信息；
通信层：用于数据信息的通信；
综合处理层：用于根据实际需要建立相应的算法，供决策控制层使用；
决策控制层：用于对接收到的数据信息按照相应的控制算法进行处理，以对车辆状态进行监控和诊断及对相关执行机构的控制指令进行决策。
所述决策控制层有两种决策类型，分别是云端决策和属地化决策，云端决策通过通信和云技术实现对车辆信息的获取和车辆的控制，属地化决策是指车辆本身对接收到的数据进行分析和处理，以对车辆进行控制。
所述开发框架层包括原生框架、WEB框架、QT框架、语音识别框架、视频识别框架、模式管理器及多层控制。
本发明提供的车辆辅助驾驶控制平台中，选用异构、多核架构的高性能SOC搭建ADAS技术平台，SOC中搭建有处理单元，应用并行处理方式提升处理器的整体运算性能，在保证低延迟、低功耗的前提下共同协作，从而实现多种主动安全功能由同一处理器集成实现，所以，利用高集成的SOC片上系统能够可靠地进行驾驶辅助控制。并且通过建立平台的方法将各种处理器通过高性能处理器进行集成，解决原来单芯处理器，以及分散独立系统的处理器处理能力低、处理速度慢、体系结构单一等问题。采用平台化设计的方法满足了ADAS技术要求，及多传感器信息采集与融合、运算集中密集、实时控制、多算法并行处理的需求，符合主动安全技术集成化控制的趋势，同时平台化设计满足标准化、模块化配置要求，避免由于产品更新换代过快，而车辆开发设计周期长，无法使用新产品的问题。
另外，该平台具有可扩展、可升级的特性，以ADAS技术为主，由SOC性能可以进一步扩展至人机交互、V2X通信、远程信息管理等车联网技术，可扩展性好，满足车辆未来集成化、智能化的应用发展趋势。
附图说明
图1是车辆辅助驾驶控制平台软硬件组成示意图；
图2是异构、多核架构的SOC实现框图；
图3是应用层软件架构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示，该车辆辅助驾驶控制平台整体上由底层硬件平台U1及上层软件架构U2组成。硬件平台U1由异构、多核架构的SOC片上系统搭建，即为含有两种或更多种不同类型内核的微处理器或微控制器的架构。其中内嵌不同性能ARM核、DSP核、GPU、专有图像处理引擎等。不同的内核根据性能要求处理不同事务，通过核间通信，以满足ADAS技术及V2X通信等的高速、低延时、实时、安全特性。SOC芯片(本实施例称为主控芯片)属于常规技术，这里就不提供具体芯片型号。
本实施例中，该辅助驾驶平台以SOC为核心，SOC多核异构的架构包含4个A15的ARM核，2个C66x的DSP核，以及支持2D及3D的图形加速处理器GPU。
硬件平台U1在搭建时预留好将来所需要的所有硬件接口及功能。在功能上以ADAS为基础，并可扩展至车联网应用，实现人机交互、驾驶员等信息采集、远程信息管理、V2X通信。如图2所示，SOC包括主控单元M0，主控单元M0为控制核心。而且为了实现相应的功能，SOC上具体搭建有电源管理单元M1、内存与扩展外设单元M2、显示输出单元M3、高清视频处理单元M4、标清视频处理单元M5、通信单元(BT/WIFI/AVB)M6和控制单元(Control)M7。M1--M7为SOC的片内单元，构成了与平台外部电源、存储、视频编解码以及视频显示、控制、无线通信等的接口。
平台的硬件核心为异构、多核架构的SOC，所以对于电源的供应提出很大需求，需要稳定电源才能很好工作在其峰值时钟频率。所需电源涉及0.7V，1.5V，1.8V，3.3V，5V，7.5V，12V及外部总供电电源24V。这里在接入车载电源时，先进行了电源滤波及浪涌抑制处理，以防止大电流冲击对电源芯片造成危害。同时对于内核所需要的电源采用动态电源管理技术，即采用基于PWM技术的电源管理单元M1实现，电源管理单元M1里包括宽输入电源DC-DC转换及多通道电源管理IC为平台的内核、外设、存储器等设备提供稳定电源。
SOC上有与内存与扩展外设单元M2对应的扩展接口，连接外部的DDR以及FLASH芯片等，以实现系统的扩展。
平台设计时考虑支持多路视频输出，所以SOC具有高度灵活的显示输出单元M3，M3为SOC的显示子系统(即DSS)，并且，SOC上还有与显示输出单元M3相匹配的具备HDMI高清显示输出的显示输出接口。显示输出单元M3由SOC内部DSS显示子系统构成。该显示输出接口具有3路输出，这3路显示输出既可以通过视频DAC芯片实现CVBS的标清视频输出，也可以利用串并转换器实现HDMI高清视频输出，可以作为人机交互的主界面(也可显示全景环视影像、倒车图像等)。
对于平台中所实现的ADAS功能，基于摄像头的ADAS技术因功能不同摄像头性能参数也不同，即摄像头有高清和标清之分。其中前碰撞、车道偏离、交通标志识别等需要采用分辨率较高的高清摄像头，这样可以保证较远的探测距离。图2中的M3/M4为SOC的片内视频扑捉单元VIP(共支持12路视频输入)。对于高清的摄像头，如图2中的S1系列，此处采用基于FPDLink的常用串并转换器实现串行数据流里视频同步信号状态的编码，转换后的数字格式信号可直接通过相应的视频输入接口与SOC对接，供其不同视频算法应用。
ADAS功能中要实现的全景环视技术，可以辅助司机在低速状态下观察车辆四周的情况。环视系统对于摄像头的分辨率要求不高，即采用标清摄像头实现对短距离、广角度、全方位近处环境的检测，四路摄像头由图2的S2组成。对于标清摄像头的图像前端采集，平台所采用的是视频译码器(也称为视频编码器)，实现模拟视频格式转换成数字视频输出，视频译码器的选择采用支持4路CVBS信号的输入，且经过格式转换后其视频输出端为8位ITU-R BT.656或16位4:2:2YCbCr信号，转换后的数字格式信号也通过相应的视频输入接口与SOC对接，供其视频拼接应用。
通信单元(BT/WIFI/AVB)M6实现以太网功能，M6为SOC的片内以太网功能单元，支持千兆以太网RGMII接口；通过M6的RGMII接口与W0单元(WiLink8)组合连接实现蓝牙、WiFi功能，可面向V2X、娱乐功能应用，也是该平台未来可以升级的重点。
该平台还专门设置一颗独立的MCU，即U0，方便与车辆的CAN协议适配，这里采用SPI或UART的连接方式，实现控制单元(Control)M7与U0的对接，即控制单元(Control)M7与U0通信连接，M7的功能是由SOC的SPI或UART口与外部的U0相连实现，进一步通过相应的收发设备与车载CAN总线连接，构成CAN通信。当然，作为其他的实施例，主控单元M0还可以自身内置有2路CAN控制器，直接实现与外部车辆的通信。
如图1所示，平台软件架构U2共分为四层。在搭建平台时考虑平台今后的可升级、可扩展以及平台的稳定性，一共采用了两种操作系统，其中一个为SOC的专有操作系统，为RTOS，面向ADAS技术应用；另外一个采用通用操作系统，通过移植与剪裁面向V2X应用，实现网络安全。
软件架构采用分层次组织和维护代码，按照配置管理、对象、开发组件、控制逻辑的不同划分为四层架构-----驱动层、服务层，开发框架层和应用层，软件架构为图1所示。
软件架构具体实现方案如下：
驱动层：为底层设备驱动提供配置环境，对SOC底层驱动进行封装及接口定义，提供对硬件操作的API接口。
服务层：进行功能定义、各种片上外设配置及管脚分配，对SOC的输入输出、外设等进行封装及接口定义，提供对各外设操作的API接口；服务层包含安全系统、通信连接、远程监控、导航引擎、车载电话、多媒体、诊断、访问管控。
开发框架层：为顶层应用层的实现提供成熟的、已有的设计架构，包括算法数据库及算法因子等，即Lib函数库，便于调用。采用成熟、稳定且可不断升级的软件组件，可缩短整体软件系统开发周期，提高开发质量。开发框架层包括原生框架、WEB框架、QT框架、语音识别框架、视频识别框架、模式管理器及多层控制。
应用层：为整体逻辑控制及功能实现层，涵盖环境感知、数据采集、信息共享、整车控制、人机交互、驾驶认知、V2X通信。
软件架构的开发集中于应用层的视频图像的分析、处理及识别判断等的算法以及基于平台接口的整车通信协议、决策控制以及V2X通信的整体逻辑开发，并且满足平台扩展性、兼容性及可移植性。
应用层实现具体的控制逻辑，如图3所示，其自身的设计架构又包含采集层、通信层、综合处理层及决策控制层，具体实现方案如下：
采集层：通过模拟信息采集技术及CAN总线、无线通信，感知和接收来自其它车辆、道路以及云端的信息和指令，主要包括传感器信息及车辆信息的采集请求、参数设置等，其传感器信息涉及到摄像头、高清摄像机、雷达、驾驶员状态信息、车辆信息(车速、轮速、转速等)等多元信息。
通信层：依据车辆网络通信架构实现车内、车外的信息交互、共享及通信协议报文的制定。平台涉及的通信手段包含CAN通信、以太网、RS485、蓝牙、WIFI。CAN通信除了用于实现车内外的信息共享外，还用于和雷达等传感器的通信(读取雷达的探测距离、相对速度等信息)，WIFI用于实现车联网的V2X通信，由图2中的WiLink实现。另外，通信层还有最基本的功能，为将采集层采集到的数据信息以及经上述各通信方式获取的数据信息传输给综合处理层。
综合处理层：通过采集层及通信层对外部环境各信息及车辆信息的获取与共享，综合处理层实现对多传感器信息的应用、融合及算法考量，通过算法优化及固化建立基于车道线检测、图像拼接、碰撞预警、行人检测、交通标志识别、MOD移动物体识别等算法数据库，供顶层整体决策实现控制逻辑。此处算法所需要的图像处理等应用算子在开发框架层中会以库函数的形式提供，缩短开发周期。
决策控制层：分云端决策和属地化决策。云端决策通过通信和云技术实现对车辆信息的获取和车辆的控制。属地化决策是指车辆对其感知到的环境信息、目标信息等由SOC芯片进行分析处理，对车辆状态进行监控和诊断、对相关执行机构控制指令进行决策。通过综合决策产生的行为指令结果，转换为车辆执行机构可以识别的动作指令，实现对车辆的制动、转向、等控制，辅助驾驶员操作。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种车辆辅助驾驶控制平台，其特征在于，包括主控芯片，所述主控芯片为异构、多核架构的SOC，所述SOC包括主控单元，所述SOC上搭建有视频处理单元、显示输出单元和通信单元；所述SOC上还有用于与摄像头连接的视频输入接口，用于外部通信的通信接口，以及用于连接外部显示设备的显示输出接口。
2.根据权利要求1所述的车辆辅助驾驶控制平台，其特征在于，所述SOC上还搭建有内存与扩展外设单元，所述SOC还有用于连接外部存储器和扩展外设的扩展接口。
3.根据权利要求1所述的车辆辅助驾驶控制平台，其特征在于，所述SOC上还搭建有控制单元，所述车辆辅助驾驶控制平台还包括MCU，所述控制单元与所述MCU通信连接，所述MCU用于与车载CAN总线通信连接。
4.根据权利要求1所述的车辆辅助驾驶控制平台，其特征在于，所述视频处理单元分为高清视频处理模块和标清视频处理模块，高清视频信号通过串并转换器输入给所述高清视频处理模块，标清视频信号通过视频译码器输入给所述标清视频处理模块。
5.根据权利要求1所述的车辆辅助驾驶控制平台，其特征在于，所述SOC上还搭建有电源管理单元，外部供电电源通过所述电源管理单元为控制平台提供工作电压。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的车辆辅助驾驶控制平台，其特征在于，所述车辆辅助驾驶控制平台基于的软件架构为四层架构，分别是驱动层、服务层、开发框架层和应用层；
驱动层：用于为底层设备驱动提供配置环境，对SOC底层驱动进行封装及接口定义，提供对硬件操作的API接口；
服务层：用于进行功能定义、各种片上外设配置及管脚分配，对SOC的数据输入输出、外设等进行封装及接口定义，提供对各外设操作的API接口；
开发框架层：用于为应用层的实现提供相应的设计架构；
应用层：用于整体逻辑控制及功能实现。
7.根据权利要求6所述的车辆辅助驾驶控制平台，其特征在于，所述应用层由从下到上依次设置的采集层、通信层、综合处理层和决策控制层构成；
采集层：用于获取采集得到的数据信息；
通信层：用于数据信息的通信；
综合处理层：用于根据实际需要建立相应的算法，供决策控制层使用；
决策控制层：用于对接收到的数据信息按照相应的控制算法进行处理，以对车辆状态进行监控和诊断及对相关执行机构的控制指令进行决策。
8.根据权利要求7所述的车辆辅助驾驶控制平台，其特征在于，所述决策控制层有两种决策类型，分别是云端决策和属地化决策，云端决策通过通信和云技术实现对车辆信息的获取和车辆的控制，属地化决策是指车辆本身对接收到的数据进行分析和处理，以对车辆进行控制。
9.根据权利要求6所述的车辆辅助驾驶控制平台，其特征在于，所述开发框架层包括原生框架、WEB框架、QT框架、语音识别框架、视频识别框架、模式管理器及多层控制。
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