CN109617921B - FlexRay协议与802.11p协议的转换装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及车联网技术领域，特别是涉及车辆内部FlexRay协议与车辆外部802.11p协议的转换装置及方法。本发明提供的FlexRay协议与802.11p协议的转换装置及方法，可以实现下一代车载总线FlexRay网络与车辆外部无线网络的互连及协议转换，实现了车内和车外网络的互通，为车联网应用提供了重要的网关设备。另外装置采用了电气隔离措施增强了抗干扰能力，可以在极端情况下对电路进行保护。
Description
技术领域
本发明涉及车联网技术领域，特别是涉及车辆内部FlexRay协议与车辆外部802.11p协议的转换装置及方法。
背景技术
FlexRay作为下一代车用网络，用于车辆内部各设备之间的通信，由于其高带宽、双通道冗余、消息发送时间的确定性等优点，目前已经得到了较为广泛的应用，相关车载设备很多。
专用短程通信技术DSRC作为目前被广泛接受的车载自组网通信标准，其底层协议为IEEE802.11p，用于车辆与外部设备联网通信。
面对现在车联网的飞速发展，车辆内部网络和外部网络很多数据都需要更加频繁的沟通交互，然而目前厂家更多的关注单纯的内部联网或者外部联网，因此需要开发一种针对车辆内部FlexRay协议与车辆外部802.11p协议的转换装置。
发明内容
本发明的目的在于提供FlexRay协议与802.11p协议的转换装置及方法，以解决车辆内部网络和外部网络的通信问题。
本发明的技术解决方案是：
FlexRay协议与802.11p协议的转换装置，该转换装置用于实现车辆内的FlexRay网络数据和车辆外的802.11p无线网络数据的交互，该转换装置包括：两个电源电路、中央处理器、FlexRay协议控制器、两个隔离电路、FlexRay总线收发器、DSRC调制解调器、FleyRay总线和天线；两个隔离电路分别为隔离电路1和隔离电路2，两个电源电路分别为电源电路1和电源电路2；
所述的FleyRay总线为一对差分信号线，用于将车辆内的FlexRay网络数据以差分信号的形式发送给FlexRay总线收发器，也就是说车辆内的FlexRay网络数据通过FleyRay总线发送给FlexRay总线收发器；
所述的FlexRay总线收发器用于接收通过FleyRay总线发送的车辆内的FlexRay网络数据，并将接收到的车辆内的FlexRay网络数据经过隔离电路2进行电气隔离后发送给FlexRay协议控制器；FlexRay总线收发器还用于接收经过隔离电路1进行电气隔离后的车辆外的802.11p无线网络数据，并将接收到的电气隔离后的车辆外的802.11p无线网络数据以差分信号的形式发送至FlexRay总线；
所述的FlexRay协议控制器用于接收经过电气隔离后的车辆内的FlexRay网络数据，并将接收到的电气隔离后的车辆内的FlexRay网络数据通过通用总线接口发送至中央处理器；FlexRay协议控制器还用于接收中央处理器发送的筛选后的车辆外的802.11p无线网络数据，并将接收到的筛选后的车辆外的802.11p无线网络数据经过隔离电路1进行电气隔离后发送给FlexRay总线收发器；
所述的天线用于将车辆外的802.11p无线网络数据发送给DSRC调制解调器，也就是说车辆外的802.11p无线网络数据通过天线发送给DSRC调制解调器；
所述的DSRC调制解调器用于接收通过天线发送的车辆外的802.11p无线网络数据，并将接收到的车辆外的802.11p无线网络数据发送给中央处理器；DSRC调制解调器还用于接收中央处理器发送的筛选后的车辆内的FlexRay网络数据，并将接收到的筛选后的车辆内的FlexRay网络数据通过天线以无线信号的方式发送至车辆外的802.11p无线网络；
所述的中央处理器用于接收FlexRay协议控制器发送的电气隔离后的车辆内的FlexRay网络数据和DSRC调制解调器发送的车辆外的802.11p无线网络数据，并对接收到的电气隔离后的车辆内的FlexRay网络数据进行筛选后发送给DSRC调制解调器，对接收到的车辆外的802.11p无线网络数据进行筛选后发送给FlexRay协议控制器；所述的中央处理器对FlexRay网络数据进行筛选是指将电气隔离后的车辆内的FlexRay网络数据中的当前车速、挡位信息、转向指示灯状态信息、刹车指示灯状态信息、加速踏板信息和制动踏板信息选出；
所述的中央处理器对车辆外的802.11p无线网络数据进行筛选是指将车辆外的802.11p无线网络数据中的车辆密度、路侧设备状态信息、拥堵信息和事故预警信息选出；
所述的电源电路1用于给FlexRay协议控制器、中央处理器、DSRC调制解调器以及隔离电路1和隔离电路2中与FlexRay协议控制器相连的部分提供电源；
所述的电源电路2用于给FlexRay总线收发器以及隔离电路1和隔离电路2中与FlexRay总线收发器相连的部分提供电源；
所述的中央处理器和DSRC调制解调器采用SDIO方式连接；
所述的中央处理器和FlexRay协议控制器采用通用总线连接，包括数据总线、地址总线和控制总线；
该转换装置还可以包含一个安全元件，该安全元件用于车辆外的802.11p无线网络上层协议栈相关的加密操作和秘钥管理，该安全元件通过SPI接口与中央处理器连接，由电源电路1提供电源。
FlexRay协议与802.11p协议的转换方法，该方法用于实现车辆内的FlexRay网络数据和车辆外的802.11p无线网络数据的交互，该方法包括车辆内的FlexRay网络数据发送到车辆外的802.11p无线网络中以及车辆外的802.11p无线网络数据发送到车辆内的FlexRay网络中；
其中，车辆内的FlexRay网络数据发送到车辆外的802.11p无线网络中的步骤包括：
(1)车辆内的FlexRay网络数据首先通过FleyRay总线发送给FlexRay总线收发器；
(2)FlexRay总线收发器接收通过FleyRay总线发送的车辆内的FlexRay网络数据，并将接收到的车辆内的FlexRay网络数据经过隔离电路2进行电气隔离后发送给FlexRay协议控制器；
(3)FlexRay协议控制器接收经过电气隔离后的车辆内的FlexRay网络数据，并将接收到的电气隔离后的车辆内的FlexRay网络数据通过通用总线接口发送至中央处理器；
(4)中央处理器接收FlexRay协议控制器发送的电气隔离后的车辆内的FlexRay网络数据，并对接收到的电气隔离后的车辆内的FlexRay网络数据进行筛选后发送给DSRC调制解调器；
(5)DSRC调制解调器接收中央处理器发送的筛选后的车辆内的FlexRay网络数据，并将接收到的筛选后的车辆内的FlexRay网络数据通过天线发送到车辆外的802.11p无线网络中。
车辆外的802.11p无线网络数据发送到车辆内的FlexRay网络中的步骤包括：
(1)车辆外的802.11p无线网络数据首先通过天线发送给DSRC调制解调器；
(2)DSRC调制解调器接收通过天线发送的车辆外的802.11p无线网络数据，并将接收到的车辆外的802.11p无线网络数据发送给中央处理器；
(3)中央处理器接收DSRC调制解调器发送的车辆外的802.11p无线网络数据，对接收到的车辆外的802.11p无线网络数据进行筛选后发送给FlexRay协议控制器；
(4)FlexRay协议控制器接收中央处理器发送的筛选后的车辆外的802.11p无线网络数据，并将接收到的筛选后的车辆外的802.11p无线网络数据经过隔离电路1进行电气隔离后发送给FlexRay总线收发器；
(5)FlexRay总线收发器接收经过隔离电路1进行电气隔离后的车辆外的802.11p无线网络数据，并将接收到的电气隔离后的车辆外的802.11p无线网络数据经过FlexRay总线发送到车辆内的FlexRay网络中。
有益效果
本发明提供的FlexRay协议与802.11p协议的转换装置及方法，可以实现下一代车载总线FlexRay网络与车辆外部无线网络的互连及协议转换，实现了车内和车外网络的互通，为车联网应用提供了重要的网关设备。另外装置采用了电气隔离措施增强了抗干扰能力，可以在极端情况下对电路进行保护。
其次，FlexRay网络是下一代的车用网络标准，越来越多的车辆中会使用FlexRay网络，802.11p协议作为V2X的外部无线通信关键协议，是车联网发展中的重要组成部分，因此，本发明具有实用性。
附图说明
图1是本发明的FlexRay协议与802.11p协议的转换装置示意图。
具体实施方式
中央处理器用于接收FlexRay协议控制器发来的FlexRay网络数据，并筛选FlexRay网络数据，将选出的数据发送给DSRC调制解调器，中央处理器还用于接收DSRC调制解调器发来的802.11p无线网络数据，并筛选802.11p无线网络数据，将选出的数据发送给FlexRay协议控制器；
所述中央处理器筛选FlexRay网络数据，指将其中的当前车速、挡位信息、转向指示灯状态信息、刹车指示灯状态信息、加速踏板信息和制动踏板信息选出；
所述中央处理器筛选802.11p无线网络数据，指将其中的车辆密度、路侧设备状态信息、拥堵信息和事故预警信息选出；
FlexRay协议控制器用于接收中央处理器发送的筛选后的802.11p无线网络数据，并将筛选后的802.11p无线网络数据经隔离电路1发给FlexRay总线收发器，FlexRay协议控制器还用于经隔离电路2接收FlexRay总线收发器发来的FlexRay网络数据，并将数据交给中央处理器；
2个隔离电路用于FlexRay协议控制器和FlexRay总线收发器的电气隔离，其中隔离电路1用于将FlexRay协议控制器的数据传到FlexRay总线收发器，隔离电路2用于将FlexRay总线收发器的数据传到FlexRay协议控制器；
FlexRay总线收发器用于接收FlexRay网络上的差分信号并将数据经隔离电路2发送到FlexRay协议控制器，FlexRay总线收发器还用于通过隔离电路1接收协议控制器的数据并转换为差分信号发送到FlexRay网络；
DSRC调制解调器用于接收中央处理器发送的筛选后的FlexRay网络数据并将数据通过天线以无线信号发送至802.11p无线网络中，DSRC调制解调器还用于通过天线接收到802.11p无线网络信号并转换为数据发送至中央处理器；
天线，用于为802.11p无线网络提供无线物理层信号收发，将接收802.11p无线网络信号，或者将DSRC调制解调器发出的数据转换为无线物理层信号发送至802.11p无线网络；
电源电路1，用于为本装置中中央处理器、FlexRay协议控制器、DSRC调制解调器以及2个隔离电路中连接FlexRay协议控制器的一侧提供所需电能；
电源电路2，用于为本装置中FlexRay总线收发器以及隔离电路中连接FlexRay总线收发器的一侧提供所需电能；
所述的中央处理器和DSRC调制解调器采用SDIO方式连接；
所述的中央处理器和FlexRay协议控制器采用通用总线连接，包括数据总线、地址总线和控制总线；
所述隔离电路1，输入端与FlexRay协议控制器的发送信号线以及发送相关控制线连接，输出端与FlexRay总线收发器的发送信号线及发送相关控制线连接；
所述隔离电路2，输入端与FlexRay总线收发器的接收信号线、接收相关控制线以及FlexRay协议控制器的接收相关控制线连接，输出端与FlexRay协议控制器的接收信号线、接收相关控制线以及FlexRay总线收发器的接收相关控制线连接；
所述FlexRay总线收发器通过两根差分信号线接入FlexRay网络；
所述DSRC调制解调器通过其天线接口与天线连接；
进一步地，装置还可以包含一个安全元件，用于车外802.11p无线网上层协议栈相关的加密操作和秘钥管理，通过SPI接口与中央处理器连接，由电源电路1提供电能；
进一步地，FlexRay总线收发器接入FlexRay网络的两根差分信号可以增加保护元件；
进一步地，中央处理器筛选FlexRay网络数据或者筛选802.11p无线网络数据可以根据带宽限制、报警级别增减其中的信息。
本发明还提供了FlexRay协议与802.11p协议的转换方法，包括两方面内容：一是将车辆内FlexRay网络数据发送至车辆外的802.11p无线网络，二是将车辆外802.11p无线网络数据发送至车辆内FlexRay网络；
所述将车辆内FlexRay网络数据发送至车辆外的802.11p无线网络的步骤包括：
1、FlexRay网络上的数据以差分信号的方式经两根差分信号线送至FlexRay总线收发器；
2、FlexRay总线收发器将收到的差分信号转换为FlexRay网络数据，并将数据通过隔离电路2发送至FlexRay协议控制器；
3、FlexRay协议控制器将收到的FlexRay网络数据通过通用总线接口发送至中央处理器；
4、中央处理器将收到的FlexRay网络数据进行筛选，并将筛选后的数据通过SDIO接口发送至DSRC调制解调器；
5、DSRC调制解调器接收中央处理器发来的筛选后的FlexRay网络数据，并将数据通过天线以无线信号的方式发送至802.11p无线网络；
所述将车辆外的802.11p无线网络数据发送至车辆内FlexRay网络的步骤包括：
1、DSRC调制解调器通过天线接收802.11p无线网络中的无线信号，并转换为802.11p无线网络数据；
2、DSRC调制解调器将转换后的802.11p无线网络数据通过SDIO接口发送至中央处理器；
3、中央处理器将收到的802.11p无线网络数据进行筛选，并将筛选后的数据通过通用总线接口发送至FlexRay协议控制器；
4、FlexRay协议控制器将收到的筛选后的802.11p无线网络数据经隔离电路1发送给FlexRay总线收发器；
5、FlexRay总线收发器将收到的筛选后的802.11p无线网络数据转换为差分信号，并通过两根差分信号线发送至FlexRay网络。
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
实施例
FlexRay协议与802.11p协议的转换装置，如图1所示，包括：两个电源电路、中央处理器、FlexRay协议控制器、隔离电路、FlexRay总线收发器、DSRC调制解调器和天线，外部设备包括外部供电设备、FlexRay网络上的其他节点设备和802.11p无线网络中的其他节点设备；
所述中央处理器选用NXP公司型号为i.MX 6SoloX的处理器；
所述FlexRay协议控制器选用NXP公司的型号为MFR4300的芯片，通过12根地址总线(A0-A11)、16根数据总线(D0-D15)和5根控制总线(OE#、WE#、CE#、INT_CC和RESET#)与中央处理器对应功能的引脚连接；
所述FlexRay总线收发器选用NXP公司的TJA1080A芯片，通过两根差分信号线BM和BP接入FlexRay网络；
所述2个隔离电路，主芯片采用TI公司的ISO7240M芯片和ISO7241M芯片，每个芯片可以隔离传输4路信号；
其中隔离电路1也即ISO7240M，4路输入端分别与MFR4300的TXD发送信号线以及3个GPIO控制线连接，4路输出端与TJA1080A的TXD发送信号线及EN、TXEN、BGE三根控制线连接；
其中隔离电路2也即ISO7241M，4路输入端与TJA1080A的RXD发送信号线、RXEN控制线、ERRN控制线以及MFR4300的1个GPIO控制线连接，4路输出端分别与MFR4300的RXD接收信号线、2个GPIO控制线以及TJA1080A的STBN控制线连接；
所述DSRC调制解调器，主芯片采用NXP公司的SAF5400芯片，通过SDIO与i.MX6SoloX处理器连接；
2个电源电路相互隔离，电源电路2为TJA1080A以及2个隔离电路中与TJA1080A连接的一侧电路供电，电源电路1为装置中其他电路供电；
进一步地，装置还可以包含一个安全元件，主芯片采用NXP公司的SXF1800芯片，通过SPI接口与i.MX 6SoloX处理器连接；
进一步地，FlexRay总线收发器接入FlexRay网络的两根差分信号线可以增加保护元件，例如在两根信号线中串接滤波电感、分别对信号地接入滤波电容、分别对信号地接入双向稳压二极管。
利用实施例中的FlexRay协议与802.11p协议的转换装置，其转换方法包括两方面内容：一是将车辆内FlexRay网络数据发送至车辆外的802.11p无线网络，二是将车辆外802.11p无线网络数据发送至车辆内FlexRay网络；
所述将车辆内FlexRay网络数据发送至车辆外的802.11p无线网络的步骤包括：
1、FlexRay网络上的数据以差分信号的方式经两根差分信号线送至FlexRay总线收发器；
2、FlexRay总线收发器将收到的差分信号转换为FlexRay网络数据，并将数据通过隔离电路2发送至FlexRay协议控制器；
3、FlexRay协议控制器将收到的FlexRay网络数据通过通用总线接口发送至中央处理器；
4、中央处理器将收到的FlexRay网络数据进行筛选，并将筛选后的数据通过SDIO接口发送至DSRC调制解调器；
5、DSRC调制解调器接收中央处理器发来的筛选后的FlexRay网络数据，并将数据通过天线以无线信号的方式发送至802.11p无线网络；
所述将车辆外的802.11p无线网络数据发送至车辆内FlexRay网络的步骤包括：
1、DSRC调制解调器通过天线接收802.11p无线网络中的无线信号，并转换为802.11p无线网络数据；
2、DSRC调制解调器将转换后的802.11p无线网络数据通过SDIO接口发送至中央处理器；
3、中央处理器将收到的802.11p无线网络数据进行筛选，并将筛选后的数据通过通用总线接口发送至FlexRay协议控制器；
4、FlexRay协议控制器将收到的筛选后的802.11p无线网络数据经隔离电路1发送给FlexRay总线收发器；
5、FlexRay总线收发器将收到的筛选后的802.11p无线网络数据转换为差分信号，并通过两根差分信号线发送至FlexRay网络。
所述中央处理器将收到的FlexRay网络数据进行筛选，指将当前车速、挡位信息、转向指示灯状态信息、刹车指示灯状态信息、加速踏板信息和制动踏板信息选出，这些信息均来自于车辆内部FlexRay网络中的节点，其中当前车速、加速踏板信息和制动踏板信息来自于发动机ECU模块，挡位信息来自于变速箱ECU模块，转向指示灯状态信息和刹车指示灯状态信息来自于信号灯控制模块。
所述中央处理器将收到的802.11p无线网络数据进行筛选，指将其中的车辆密度、路侧设备状态信息、拥堵信息和事故预警信息选出，这些信息均来自于本车辆外部的加入到802.11p无线网络中的其他车辆和路侧设备，其中路侧设备状态信息来自于路侧设备，事故预警信息来自于其他车辆，车辆密度和拥堵信息可来自于可提供计算能力的其他车辆或者路侧设备。
Claims (3)
1.FlexRay协议与802.11p协议的转换装置，其特征在于：该转换装置包括：两个电源电路、中央处理器、FlexRay协议控制器、两个隔离电路、FlexRay总线收发器、DSRC调制解调器、FleyRay总线和天线；两个隔离电路分别为隔离电路1和隔离电路2，两个电源电路分别为电源电路1和电源电路2；
所述的FleyRay总线用于将车辆内的FlexRay网络数据发送给FlexRay总线收发器；
所述的FlexRay总线收发器用于接收通过FleyRay总线发送的车辆内的FlexRay网络数据，并将接收到的车辆内的FlexRay网络数据经过隔离电路2进行电气隔离后发送给FlexRay协议控制器；FlexRay总线收发器还用于接收经过隔离电路1进行电气隔离后的车辆外的802.11p无线网络数据，并将接收到的电气隔离后的车辆外的802.11p无线网络数据经过FlexRay总线进行发送；
所述的FlexRay协议控制器用于接收经过电气隔离后的车辆内的FlexRay网络数据，并将接收到的电气隔离后的车辆内的FlexRay网络数据通过通用总线接口发送至中央处理器；FlexRay协议控制器还用于接收中央处理器发送的筛选后的车辆外的802.11p无线网络数据，并将接收到的筛选后的车辆外的802.11p无线网络数据经过隔离电路1进行电气隔离后发送给FlexRay总线收发器；
所述的天线用于将车辆外的802.11p无线网络数据发送给DSRC调制解调器；
所述的DSRC调制解调器用于接收通过天线发送的车辆外的802.11p无线网络数据，并将接收到的车辆外的802.11p无线网络数据发送给中央处理器；DSRC调制解调器还用于接收中央处理器发送的筛选后的车辆内的FlexRay网络数据，并将接收到的筛选后的车辆内的FlexRay网络数据通过天线进行发送；
所述的中央处理器用于接收FlexRay协议控制器发送的电气隔离后的车辆内的FlexRay网络数据和DSRC调制解调器发送的车辆外的802.11p无线网络数据，并对接收到的电气隔离后的车辆内的FlexRay网络数据进行筛选后发送给DSRC调制解调器，对接收到的车辆外的802.11p无线网络数据进行筛选后发送给FlexRay协议控制器；
所述的中央处理器对FlexRay网络数据进行筛选是指将电气隔离后的车辆内的FlexRay网络数据中的当前车速、挡位信息、转向指示灯状态信息、刹车指示灯状态信息、加速踏板信息和制动踏板信息选出；
所述的中央处理器对车辆外的802.11p无线网络数据进行筛选是指将车辆外的802.11p无线网络数据中的车辆密度、路侧设备状态信息、拥堵信息和事故预警信息选出；
所述的电源电路1用于给FlexRay协议控制器、中央处理器、DSRC调制解调器以及隔离电路1和隔离电路2中与FlexRay协议控制器相连的部分提供电源；
所述的电源电路2用于给FlexRay总线收发器以及隔离电路1和隔离电路2中与FlexRay总线收发器相连的部分提供电源；
所述的中央处理器和DSRC调制解调器采用SDIO方式连接；
所述的中央处理器和FlexRay协议控制器采用通用总线连接，包括数据总线、地址总线和控制总线。
2.根据权利要求1所述的FlexRay协议与802.11p协议的转换装置，其特征在于：该转换装置还包含一个安全元件，该安全元件用于车辆外的802.11p无线网络上层协议栈相关的加密操作和秘钥管理，该安全元件通过SPI接口与中央处理器连接，由电源电路1提供电源。
3.一种使用权利要求1所述的装置进行FlexRay协议与802.11p协议的转换方法，其特征在于：该方法包括车辆内的FlexRay网络数据发送到车辆外的802.11p无线网络中以及车辆外的802.11p无线网络数据发送到车辆内的FlexRay网络中；
其中，车辆内的FlexRay网络数据发送到车辆外的802.11p无线网络中的步骤包括：
(11)车辆内的FlexRay网络数据首先通过FleyRay总线发送给FlexRay总线收发器；
(12)FlexRay总线收发器接收通过FleyRay总线发送的车辆内的FlexRay网络数据，并将接收到的车辆内的FlexRay网络数据经过隔离电路2进行电气隔离后发送给FlexRay协议控制器；
(13)FlexRay协议控制器接收经过电气隔离后的车辆内的FlexRay网络数据，并将接收到的电气隔离后的车辆内的FlexRay网络数据通过通用总线接口发送至中央处理器；
(14)中央处理器接收FlexRay协议控制器发送的电气隔离后的车辆内的FlexRay网络数据，并对接收到的电气隔离后的车辆内的FlexRay网络数据进行筛选后发送给DSRC调制解调器；
(15)DSRC调制解调器接收中央处理器发送的筛选后的车辆内的FlexRay网络数据，并将接收到的筛选后的车辆内的FlexRay网络数据通过天线发送到车辆外的802.11p无线网络中；
车辆外的802.11p无线网络数据发送到车辆内的FlexRay网络中的步骤包括：
(21)车辆外的802.11p无线网络数据首先通过天线发送给DSRC调制解调器；
(22)DSRC调制解调器接收通过天线发送的车辆外的802.11p无线网络数据，并将接收到的车辆外的802.11p无线网络数据发送给中央处理器；
(23)中央处理器接收DSRC调制解调器发送的车辆外的802.11p无线网络数据，对接收到的车辆外的802.11p无线网络数据进行筛选后发送给FlexRay协议控制器；
(24)FlexRay协议控制器接收中央处理器发送的筛选后的车辆外的802.11p无线网络数据，并将接收到的筛选后的车辆外的802.11p无线网络数据经过隔离电路1进行电气隔离后发送给FlexRay总线收发器；
(25)FlexRay总线收发器接收经过隔离电路1进行电气隔离后的车辆外的802.11p无线网络数据，并将接收到的电气隔离后的车辆外的802.11p无线网络数据经过FlexRay总线发送到车辆内的FlexRay网络中。
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Application publication date: 20190412 Assignee: Beijing Rongwei Zhongbang Electronic Tchnology Co.,Ltd. Assignor: Beijing Jiaotong University Contract record no.: X2022990000201 Denomination of invention: Device and method for converting FlexRay protocol and 802.11p protocol Granted publication date: 20200707 License type: Exclusive License Record date: 20220408 |
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