CN109995628A - 车用域控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种车用域控制器，通过将微控制器单元和微处理器单元作为域控制器的核心芯片，利用微控制器单元处理对于实时性能和/或安全性能有预定要求的软件功能，利用微处理器单元处理对于计算性能和/或通讯性能有预定要求的软件功能，基于微控制器单元和微处理器单元的合理分配和冗余备份，使车用域控制器兼顾实时性、安全性能、计算性能和通讯性能，满足车辆网络管理中不同软件功能对于各个性能的需求，有效提高了车辆的体验效果。

Description

车用域控制器
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，特别涉及一种车用域控制器。
背景技术
车辆用控制器一般为高度嵌入式控制器，其用途主要在于控制车辆上的机电一体化系统或零部件，其设计目标主要在于保证实时性、安全性、稳定性和成本等。为实现以上目标，车辆用控制器一般采用微控制器单元(micro controllerunit，MCU)作为控制器的核心芯片。
随着以电子技术实现的车辆功能逐渐增加，车辆控制器之间需要相互通讯以实现对车辆的协调控制。目前，车辆控制领域采用的通讯技术一般为CAN、LIN、FlexRay等总线技术，其最高通讯带宽分别为1Mbit/s、20kbit/s、10Mbit/s。根据通讯需求不同，在不同场景下应用不同的总线技术，可形成由以上三种组合的车载通讯网络；在通讯需求较多时，还可能采用车载网关。以上车载高度嵌入式控制器与通讯总线CAN构成了分布式车辆电子控制网络，分布式车辆电子控制网络可参考图1，如图1所示，控制器11，控制器12，……，和控制器1x连接并通过CAN1与网关连接；控制器21，控制器22，……，和控制器2x连接并通过CAN2与网关连接；控制器31，控制器32，……，和控制器3x连接并通过CAN3与网关连接；控制器n1，控制器n2，……，和控制器nx连接并通过CANn与网关连接，其中x为大于2的整数，n为大于3的整数。
在车辆电气化、智能化和网联化的发展趋势下，汽车电子控制系统复杂度迅速增加，对协同控制和信息交互量的需求也大幅提升。同时，由软件定义的车辆功能增多，要求系统支持软件快速开发和迭代。在传统分布式车辆控制网络下，以上需求将导致控制器数量和网络信息交互量大幅增长，系统复杂度难以控制，总线带宽不足。同时，由于功能分散在多个控制器中，软件开发和迭代速度受限。为解决以上问题，出现了域集中化控制的趋势和域控制器概念。域控制器将车辆的一个或几个功能域的应用软件功能集成到一个控制器中，便于协同控制，避免大量信息通过总线交互，同时便于软件更新。以域控制器为核心的车辆电子控制网络请参考图2，如图2所示，图2基于图1的基础上，将控制器11，控制器12，……，和控制器1x连接并通过CAN1先与域控制器1连接再与网关连接；控制器21，控制器22，……，和控制器2x连接并通过CAN2先与域控制器2连接再与网关连接；控制器31，控制器32，……，和控制器3x连接并通过CAN3先与域控制器2连接再与网关连接；控制器n1，控制器n2，……，和控制器nx连接并通过CANn先与域控制器3连接再与网关连接，其中x为大于2的整数，n为大于3的整数，图2中域控制器的数量仅为优选方案，对于域控制器的数量可以为2个、3个、4个或h个，h为大于4的整数，此处不作限定。
然而，以传统车辆用微控制器单元(MCU)为核心的域控制器，存在运算性能不足的问题，不能支持对运算性能要求较高的智能化软件算法或软件策略。MCU对高带宽以太网通讯的支持也有限，限制了域控制器之间的通讯信息量。为提高计算和通讯性能，可以采用微处理器单元(micro processor uint，MPU)为作为域控制器的核心，但由于MPU启动速度较慢、安全级别较低，不能满足车辆网络管理对于实时性和安全性的需求。
针对现有技术中域控制器存在的不足，本领域技术人员一直在寻找解决的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种车用域控制器，以解决使用现有技术中域控制器存无法兼顾计算性能、安全性能和实时性能的需求的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种车用域控制器，所述车用域控制器包括：
微控制器单元，用于处理对于实时性能和/或安全性能有预定要求的软件功能；
微处理器单元，与所述微控制器单元通讯连接，用于处理对于计算性能和/或通讯性能有预定要求的软件功能。
可选的，在所述的车用域控制器中，还包括第一电源和第二电源，所述第一电源给所述微控制器单元供电，所述第二电源给所述微处理器单元供电。
可选的，在所述的车用域控制器中，所述微控制器单元与所述微处理器单元通过SPI和以太网通讯连接，其中，SPI提供面向信号的通讯通道，以太网提供面向服务的通讯通道。
可选的，在所述的车用域控制器中，所述微控制器单元与所述微处理器单元通过CAN和以太网通讯连接，其中，CAN提供面向信号的通讯通道，以太网提供面向服务的通讯通道。
可选的，在所述的车用域控制器中，还包括监控芯片，所述监控芯片通过基于时间窗口的问答通讯对所述微控制器单元进行监控，所述微控制器单元通过面向信号的通讯通道与所述微处理器进行问答通讯，以对所述微处理器单元进行监控。
可选的，在所述的车用域控制器中，所述监控芯片为看门狗。
可选的，在所述的车用域控制器中，还包括CAN网关，所述CAN网关与所述微控制器单元通讯连接。
可选的，在所述的车用域控制器中，还包括以太网网关，所述以太网网关与所述微处理器单元和所述微控制器单元通讯连接。
可选的，在所述的车用域控制器中，所述微处理器单元为基于ARM架构的处理器单元或基于x86架构的处理器单元。
可选的，在所述的车用域控制器中，所述微处理器单元采用符合POSIX标准的操作系统。
可选的，在所述的车用域控制器中，所述微处理器单元的主频率大于等于800MHz；所述微控制器单元的主频率小于等于450MHz。
可选的，在所述的车用域控制器中，所述微控制器单元的数量为一个，所述微处理器单元的数量为至少一个，所有微处理器单元均与所述微控制器单元通讯连接。
可选的，在所述的车用域控制器中，对于实时性能的预定要求指的是硬实时要求；对于安全性能的预定要求指的是按功能安全标准ISO26262，安全等级为ASIL B或C或D；对于计算性能的预定要求指的是计算性能大于8000DMIPS；对于通讯性能的预定要求指的是通讯带宽大于或等于100MBits/s。
在本发明所提供的车用域控制器中，通过将微控制器单元和微处理器单元作为域控制器的核心芯片，利用微控制器单元处理对于实时性能和/或安全性能有预定要求的软件功能，利用微处理器单元处理对于计算性能和/或通讯性能有预定要求的软件功能，基于微控制器单元和微处理器单元的合理分配和冗余备份，使车用域控制器兼顾实时性、安全性能、计算性能和通讯性能，满足车辆网络管理中不同软件功能对于各个性能的需求，有效提高了车辆的体验效果。
附图说明
图1是现有技术中分布式车辆电子控制网络示意图；
图2是现有技术中以域控制器为核心的车辆电子控制网络示意图；
图3是本发明一实施例中车用域控制器的结构示意图；
图4是本发明另一实施例中车用域控制器的结构示意图。
图1至图2中：控制器11，12，1x，21，22，2x，31，32，3x，n1，n2，nx；域控制器1，2，3，4，…，h。
图3至图4中：微控制器单元100；微处理器单元101；监控芯片102；第一电源103；第二电源104；CAN网关105；以太网网关106。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的车用域控制器作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
请参考图3，其为本发明一实施例中车用域控制器的结构示意图，如图3所示，所述车用域控制器包括：微控制器单元100和微处理器单元101，所述微控制器单元100与所述微处理器单元101通讯连接，所述微控制器单元100用于处理对于实时性能和/或安全性能有预定要求的软件功能；所述微处理器单元101用于处理对于计算性能和/或通讯性能有预定要求的软件功能。优选的，所述微控制器单元100的主频率小于等于450MHz；所述微处理器单元101的主频率大于等于800MHz。所述对于实时性能和/或安全性能有预定要求的软件功能为车辆纵向驱动控制功能、高压电状态管理功能、整车状态管理功能和/或车辆运动学控制功能等；所述对于计算性能和/或通讯性能有预定要求的软件功能为基于动态交通信息的能量优化功能，驾驶员特性分析功能和/或软件刷新客户端功能等。
本发明基于微控制器单元100和微处理器单元101的合理分配和冗余备份，使车用域控制器兼顾实时性、安全性能、计算性能和通讯性能(即通讯带宽)，满足车辆网络管理中不同软件功能对于各个性能的需求，有效提高了车辆的体验效果。
具体的，对于实时性能和/或安全性能有预定要求中“对于实时性能的预定要求”指的是硬实时要求(区别于软实时)，即任务必须在特定时间区间内完成；“对于安全性能的预定要求”指的是按功能安全标准ISO26262，安全等级为ASILB或C或D；对于计算性能和/或通讯性能有预定要求中“对于计算性能的预定要求”指的是计算性能大于8000DMIPS；“对于通讯性能的预定要求”指的是通讯带宽大于或等于100MBits/s。所述微控制器单元100与所述微处理器单元101通过串行外设接口(Serial Peripheral Interface，SPI)和以太网通讯连接，其中，SPI提供面向信号的通讯通道，以太网提供面向服务的通讯通道；或者，所述微控制器单元100与所述微处理器单元101通过CAN和以太网通讯连接，其中，CAN提供面向信号的通讯通道，以太网提供面向服务的通讯通道。
进一步地，所述车用域控制器还包括第一电源103和第二电源，所述第一电源103给所述微控制器单元100供电，所述第二电源给所述微处理器单元101供电。给微控制器单元100和微处理器单元101配备独立的电源供电，以保证MCU和MPU间的独立性，在MCU或MPU一方失效后，运行在另一方上的冗余备份可继续运行，实现“失效可运行或降级运行”的安全机制，换言之两个单元各自具有独立电源供电可以有效防止因供电产生的共因失效。
所述车用域控制器还包括监控芯片102，所述监控芯片102通过基于时间窗口的问答通讯对所述微控制器单元100进行监控，所述微控制器单元100通过面向信号的通讯通道与所述微处理器101进行问答通讯，以对所述微处理器单元101进行监控。优选的，所述监控芯片102为看门狗。
本实施例中，所述微处理器单元101为基于ARM架构的处理器单元或基于x86架构的处理器单元；所述微处理器单元101采用符合POSIX标准的操作系统。
本发明的车用域控制器包括不限于一个微控制器单元100和一个微处理器单元101，也可以设置一个微控制器单元100和多个微处理器单元101以满足域控制器的性能需求，例如，增加微处理器单元101的数量可以有效提升域控制器具有的计算能力和通信能力。当所述微控制器单元100的数量为一个，所述微处理器单元101的数量为多个时，所有微处理器单元101均与所述微控制器单元100通讯连接，多个微处理器单元101之间通信连接。
在本发明的另一实施例中，域控制器集成了CAN网关功能和以太网网关功能。具体请参考图4，其为本实施例中车用域控制器的结构示意图。如图4所示，在上一实施例的基础上，车用域控制器还包括：CAN网关105和以太网网关106，所述CAN网关105与所述微控制器单元100通讯连接，所述以太网网关106与所述微处理器单元101和所述微控制器单元100通讯连接；其中，由CAN网关105对不同CAN总线上的信息进行转发，由太网网关106对不同以太网之间的数据进行转发，协议间转换任务可在MCU或者MPU中进行。其中，域控制器集成了CAN网关，所带来的有益效果包括：1)集成CAN网关功能节省了独立网关的成本；2)由于CAN网关与整车所有控制器通讯连接，可收集车辆运行数据进行数据统计分析，用于驾驶员行为分析、零部件寿命分析等功能。其中，域控制器集成了以太网网关，所带来的有益效果包括：1)集成以太网关节省了独立以太网关的成本；2)以太网通讯数据可汇总与本域控制器中，进行大数据统计。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
综上，在本发明所提供的车用域控制器中，通过将微控制器单元和微处理器单元作为域控制器的核心芯片，利用微控制器单元处理对于实时性能和/或安全性能有预定要求的软件功能，利用微处理器单元处理对于计算性能和/或通讯性能有预定要求的软件功能，基于微控制器单元和微处理器单元的合理分配和冗余备份，使车用域控制器兼顾实时性、安全性能、计算性能和通讯性能，满足车辆网络管理中不同软件功能对于各个性能的需求，有效提高了车辆的体验效果。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (13)

1.一种车用域控制器，其特征在于，包括：
微控制器单元，用于处理对于实时性能和/或安全性能有预定要求的软件功能；
微处理器单元，与所述微控制器单元通讯连接，用于处理对于计算性能和/或通讯性能有预定要求的软件功能。
2.如权利要求1所述的车用域控制器，其特征在于，还包括第一电源和第二电源，所述第一电源给所述微控制器单元供电，所述第二电源给所述微处理器单元供电。
3.如权利要求1所述的车用域控制器，其特征在于，所述微控制器单元与所述微处理器单元通过SPI和以太网通讯连接，其中，SPI提供面向信号的通讯通道，以太网提供面向服务的通讯通道。
4.如权利要求1所述的车用域控制器，其特征在于，所述微控制器单元与所述微处理器单元通过CAN和以太网通讯连接，其中，CAN提供面向信号的通讯通道，以太网提供面向服务的通讯通道。
5.如权利要求3或4所述的车用域控制器，其特征在于，还包括监控芯片，所述监控芯片通过基于时间窗口的问答通讯对所述微控制器单元进行监控，所述微控制器单元通过面向信号的通讯通道与所述微处理器进行问答通讯，以对所述微处理器单元进行监控。
6.如权利要求5所述的车用域控制器，其特征在于，所述监控芯片为看门狗。
7.如权利要求5所述的车用域控制器，其特征在于，还包括CAN网关，所述CAN网关与所述微控制器单元通讯连接。
8.如权利要求5所述的车用域控制器，其特征在于，还包括以太网网关，所述以太网网关与所述微处理器单元和所述微控制器单元通讯连接。
9.如权利要求1所述的车用域控制器，其特征在于，所述微处理器单元为基于ARM架构的处理器单元或基于x86架构的处理器单元。
10.如权利要求1所述的车用域控制器，其特征在于，所述微处理器单元采用符合POSIX标准的操作系统。
11.如权利要求1～4中任一项所述的车用域控制器，其特征在于，所述微处理器单元的主频率大于等于800MHz；所述微控制器单元的主频率小于等于450MHz。
12.如权利要求1～4中任一项所述的车用域控制器，其特征在于，所述微控制器单元的数量为一个，所述微处理器单元的数量为至少一个，所有微处理器单元均与所述微控制器单元通讯连接。
13.如权利要求1～4中任一项所述的车用域控制器，其特征在于，对于实时性能的预定要求指的是硬实时要求；对于安全性能的预定要求指的是按功能安全标准ISO26262，安全等级为ASIL B或C或D；对于计算性能的预定要求指的是计算性能大于8000DMIPS；对于通讯性能的预定要求指的是通讯带宽大于或等于100MBits/s。
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