CN111245743A - 一种信息处理方法、存储介质、网关及汽车 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种信息处理方法、存储介质、网关及汽车，所述信息处理方法包括：在已有的R级接收缓冲区的基础上，为需要接收的数据帧分配R+1级接收缓冲区；获取R级接收缓冲区的当前负荷值，当所述R级接收缓冲区的负荷超过第R高负荷阈值时，将R级接收缓冲区链接至R+1级接收缓冲区；当所述R级接收缓冲区和所述R+1级接收缓冲区的负荷超过第R+2高负荷阈值时，为所述需要接收的数据帧分配R+2级接收缓冲区；所述R为大于等于1的整数。本发明通过引入CAN接收模块中的基于前级缓冲区负荷的链式扩展，可有效应对CAN总线负载较大时的CAN数据帧接收，从而提高网关的实时性，减少数据丢包率。

Description

一种信息处理方法、存储介质、网关及汽车

技术领域

本发明涉及汽车总线技术领域，尤其涉及一种信息处理方法、存储介质、网关及汽车。

背景技术

网关设备又称网间连接器、协议转换器，是不同网络之间的连接器，是数据从一个网络到另外一个网络时要经过“协商”的设备。

当前智能驾驶车辆的开发一般是基于对已量产车型的改装，感知、决策等软件模块及承载其运行的硬件设备，通过采用CAN-PCIE、CAN-USB、CAN-Ethernet等协议转换设备，接入到车辆的总线网络中，从而接收并解析CAN消息帧，进而获取车辆的状态及自车传感器信息，并将感知、决策等算法计算出的控制指令，解析封装为CAN数据帧，完成对车辆的控制。鉴于以太网在带宽、协议、应用、成本等方面的优势，基于CAN-Ethernet协议转换的智能网关类数据传输系统，可以很好地支持智能驾驶软件的开发及功能验证。

当接入到CAN-Ethernet数据传输系统中的车辆的CAN总线节点较多时，例如将多个CAN节点汇合在一起接入本系统，保证在一个设备内完成多路节点信号的处理时，为确保经本系统处理后发送的CAN消息帧仍能满足车辆总线网络中的时延要求，需要有相当高的数据帧处理速率，保证系统的实时性，减少数据丢包率。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种信息处理方法、网关及存储介质，以提高网关的实时性，减少数据丢包率。

本发明首先提供一种信息处理方法，包括：在已有的R级接收缓冲区的基础上，为需要接收的数据帧分配R+1级接收缓冲区；获取R级接收缓冲区的当前负荷值，当所述R级接收缓冲区的负荷超过第R高负荷阈值时，将R级接收缓冲区链接至R+1级接收缓冲区；当所述R级接收缓冲区和所述R+1级接收缓冲区的负荷超过第R+2高负荷阈值时，为所述需要接收的数据帧分配R+2级接收缓冲区；所述R为大于等于1的整数。

进一步，当所述R级缓冲区的负荷低于第R低负荷阈值时，解除所述R级接收缓冲区与所述R+1级接收缓冲区的链接，并释放所述R+1级缓冲区。

进一步，所述信息处理方发还包括：为需要发送的数据帧添加优先级信息；为添加优先级信息后的需要发送的数据帧分配S+1级发送缓冲区；根据优先级信息，将所述需要发送的数据帧从所述S+1级发送缓冲区写入所述S级发送缓冲区；从S级发送缓冲区中，将所述需要发送的数据帧发送出去；所述S为大于等于1的整数。

进一步，所述为需要发送的数据帧添加优先级信息的步骤，包括：根据功能需求，为需要发送的数据帧预先分配自定义优先级信息；在对接收到需要发送的数据帧进行处理时，将所述自定义优先级信息添加到所述需要发送的数据帧中；在所述需要发送的数据帧进行协议转换后，将所述自定义优先级信息添加到所述需要发送的数据帧中。

进一步，所述根据优先级信息，将所述需要发送的数据帧从所述S+1级发送缓冲区写入所述S级发送缓冲区的步骤，包括：根据优先级信息，将具有较高优先级的需要发送的数据帧，移动至所述S+1级发送缓冲区的头部；使所述S级发送缓冲区，从所述S+1级发送缓冲区，首先取得具有较高优先级的数据帧信息；移除所述需要发送的数据帧中的优先级信息；将移除优先级信息后的需要待发送的数据帧，写入所述S级发送缓冲区。

本发明另提供一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现上述任一种信息处理方法。

本发明还提供一种网关，包括：处理器；存储器，存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现上述任一种信息处理方法。

进一步，所述网关是CAN-Ethernet协议转换网关。

本发明再提供一种汽车，所述汽车具有上述任一种网关。

本发明通过引入CAN接收模块中的基于前级缓冲区负荷的链式扩展，可有效应对CAN总线负载较大时的CAN数据帧接收，从而提高网关的实时性，减少数据丢包率。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为依据本发明的一种CAN-Ethernet以太网协议转换网关设备的功能及数据流向简图。

图2为依据本发明的一种信息处理方法的流程图。

图3为依据本发明的另一种信息处理方法的流程图。

图4为依据本发明的再一种信息处理方法的流程图。

图5为依据本发明的一种网关的方框示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下参考CAN-Ethernet以太网协议转换网关设备，结合附图及较佳实施例，对本发明详细说明如下。

请参阅图1，图1为应用本发明的CAN-Ethernet以太网协议转换网关设备的功能及数据流向简图。

如图1所示，CAN-Ethernet以太网协议转换网关设备200连接车辆CAN总线网络100和以太网300。来自CAN总线网络100的数据帧经过CAN总线接口22输入CAN-Ethernet以太网协议转换网关设备200，经过CAN数据帧接收模块242和CAN数据帧接收处理模块244处理后，由CAN-ETHERNET协议转换模块26进行协议转换，并通过以太网收发处理模块28输入以太网300。相似地，来自以太网300的数据帧经过以太网收发处理模块28进入CAN-Ethernet以太网协议转换网关设备200后，由CAN-ETHERNET协议转换模块26进行协议转换，通过CAN数据帧发送处理模块246和CAN数据帧发送模块248处理后，由CAN总线接口22输入车辆CAN总线网络100。

再次参阅图1，本发明主要解决了用于智能驾驶的CAN-Ethernet协议转换网关设备200在处理来自CAN总线网络100的数据时面临的如下两个技术问题：

1).在通过CAN-Ethernet以太网协议转换网关设备200接收来自车辆CAN总线网络100的数据时，如何降低CAN接收处理时的丢帧率，提高整个系统的实时性？

2).在通过该类协议转换网关设备向车辆CAN总线网络上发送CAN数据帧时，如何增强CAN数据帧发送顺序的可控性？

针对上述技术问题，本发明首先提供一种信息处理方法，请参阅图2，包括：

步骤S10，在已有的R级接收缓冲区的基础上，为需要接收的数据帧分配R+1级接收缓冲区；

步骤S30，获取R级接收缓冲区的当前负荷值，当所述R级接收缓冲区的负荷超过第R高负荷阈值时，将R级接收缓冲区链接至R+1级接收缓冲区；

步骤S50，当所述R级接收缓冲区和所述R+1级接收缓冲区的负荷超过第R+2高负荷阈值时，为所述需要接收的数据帧分配R+2级接收缓冲区；

所述R为大于等于1的整数。

具体而言，所述信息处理方法，针对技术问题1，在CAN-Ethernet协议转换设备200的CAN数据接收模块242处，引入基于前级缓冲区负荷控制的链式扩展机制。

更具体而言，在通常意义上的CAN总线接收缓冲区里，即CAN数据接收模块242处，这里可以称之为一级缓冲区，即上述R为1时，引入一个或多个定长的待处理缓冲区。当来自车辆总线网络上的CAN数据帧对一级缓冲区的填充大于等于设定的负荷阈值时，即将第一个待处理缓冲区，即上述R+1级缓冲区，链接至一级缓冲区或R级缓冲区。以此类推，当第一个待处理缓冲区的填充大于等于设定的负荷阈值，或所述R级接收缓冲区和所述R+1级接收缓冲区的负荷超过第R+2高负荷阈值时，即将第二个待处理缓冲区，即R+2级缓冲区，链接至第一个待处理缓冲区；当第一个缓冲区和第二个缓冲区的填充大于等于设定的负荷阈值时，即将第三个待处理缓冲区链接至第一个待处理缓冲区，完成对CAN总线接收缓冲区的扩展。

在一实施例中，当所述R级缓冲区的负荷低于第R低负荷阈值时，解除所述R级接收缓冲区与所述R+1级接收缓冲区的链接，并释放所述R+1级接收缓冲区。

承前所述，在R级接收缓冲区被填充的区域低于负荷阈值，也可解除与R+1级接收缓冲区链接，并在之后由缓冲区管理单元将相应的待处理缓冲区释放。例如在已链接的第一个待处理的缓冲区被填充的区域低于负荷阈值，可以解除第一个待处理缓冲区与第二个待处理缓冲区的链接。

上述技术方案主要针对前述面对的技术问题1，当CAN网络上负载较大时，上述实施例提供的技术方案能避免接收端因无法及时处理可能导致的较高丢帧率，提高了经网关设备采集及处理的总线数据的完整性和实时，对依赖于实时精确地获取经网关设备采集并处理的车辆CAN网络信息的系统而言，这不仅提升了其他模块的控制效果，也因为能避免连续丢帧而被其他CAN节点判定为超时故障。

与现有技术相比，上述技术方案无需对CAN-Ethernet或其他类型的CAN协议转换设备中CAN总线侧的原始报文进行筛选，保证了车辆CAN总线网络通过本发明所提出的协议转换设备进行转发或处理时的报文及信息的完整性。并且，通过对CAN协议转换设备中CAN总线侧的接收缓冲区进行基于前级缓冲区负荷的链式扩展，一方面提高了系统的实时性，避免动态扩展接收缓冲区时的内存分配、数据复制等操作所带来的额外执行时间，另一方面则提高了总线数据的完整性，减少了丢包率，避免因CAN总线侧接收缓冲区满而导致新的CAN数据帧被丢弃或缓冲区中尚未处理的CAN数据帧被覆盖。

进一步，针对技术问题2，在一实施例中，增加了图3所示的步骤，即图1所示的信息处理方法还包括：

步骤S71，为需要发送的数据帧添加优先级信息；

步骤S73，为添加优先级信息后的需要发送的数据帧分配S+1级发送缓冲区；

步骤S75，根据优先级信息，将所述需要发送的数据帧从所述S+1级发送缓冲区写入所述S级发送缓冲区；

步骤S77，从S级发送缓冲区中，将所述需要发送的数据帧发送出去；

所述S为大于等于1的整数。

在本实施例中，请参阅图4，所述根据优先级信息，将所述需要发送的数据帧从所述S+1级发送缓冲区写入所述S级发送缓冲区的步骤，即步骤S75还可以包括：

步骤S751，根据优先级信息，将具有较高优先级的需要发送的数据帧，移动至所述S+1级发送缓冲区的头部；

步骤S753，使所述S级发送缓冲区，从所述S+1级发送缓冲区，首先取得具有较高优先级的数据帧信息；

步骤S755，移除所述需要发送的数据帧中的优先级信息；

步骤S757，将移除优先级信息后的需要待发送的数据帧，写入所述S级发送缓冲区。

具体而言，本实施例针对上述提及的要解决的技术问题2，在CAN数据接收处理模块244及CAN-ETHERNET协议转换模块26中，对需要转发给车辆CAN总线网络100的CAN数据帧添加额外的优先级信息，并在CAN总线发送处理模块246中引入基于优先级的二级发送处理缓冲区，即S+1级发送缓冲区。

更具体而言，在为CAN数据帧添加额外的优先级信息时，对于用户指定的需要由车辆优先响应的指令，如紧急减速、紧急转向避障、驾驶员接管等，分配较高的优先级，而其他无需优先响应的指令则分配较低的优先级。添加了额外优先级信息的CAN数据帧首先存放至CAN总线发送处理侧模块246的基于优先级的二级发送缓冲区中，具有高优先级的数据帧将根据该缓冲区中的数据处理算法移动至该缓冲区的头部，从而使原发送缓冲区，即S级发送处理缓冲区，也可设置于CAN总线发送处理侧模块246中，在取数据时能首先取得具有最高优先级的CAN数据帧，然后移除优先级信息得到待发送的CAN数据帧，写入到CAN控制器发送缓冲区由CAN控制器发送到车辆总线网络上。从而实现对CAN数据帧发送顺序的人为调整，弥补仅依靠CAN总线自身仲裁机制及使用顺序队列作为发送缓冲区时的不足。

当车辆CAN总线网络受限于已有的CAN报文优先级定义及CAN总线自身的仲裁机制时，若发送端总线负载较大，发送缓冲区中已存在较多待发送CAN数据帧时，此时通常的仅具有先进先出特性的发送缓冲区可能无法满足我们优先发送一些需要紧急响应的CAN报文的需求。

针对这一问题，即前述面临的技术问题2，上述结合图3和图4所描述的技术方案，一方面，无需对CAN协议转换设备中CAN总线侧的数据源端进行基于发送速度的流量控制，兼容不同速率的车载CAN总线网络；另一方面，通过为CAN数据帧添加额外的优先级及在发送缓冲区中引入基于优先级的二级缓冲区，弥补CAN协议转换设备仅依靠CAN总线仲裁机制及使用FIFO(First Input First Output；先进先出)型发送缓冲区时的不足，提高了CAN数据帧发送顺序的可控性，从而使通过本发明所提及的CAN协议转换设备实现对车辆的控制时可通过人为控制覆写车辆原有CAN报文的优先级实现一些需要紧急响应的功能。

本发明另提供一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现上述任一种信息处理方法。

本发明还提供一种网关，包括处理器和存储器，存储器上存储有可在处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现上述任一种信息处理方法。所述网关例如可以是CAN-Ethernet协议转换网关。

再次参考图1，图1所示的CAN-Ethernet协议转换网关设备功能及数据流向简图，基本上可以说明本发明所应用的协议转换网关设备的基本功能及软件框架：

CAN数据接收模块242，接收来自车辆CAN网络的数据帧，当总线上数据帧较多时，在该模块中通过对接收缓冲区处理以匹配总线负载较高的情况。

CAN数据接收处理模块244，负责对CAN数据接收模块所接收的CAN数据帧进行处理：

a.添加为实现特定功能优先处理而自定义的优先级信息，这里自定义的优先级可以为无符号的整数，0表示最高优先级，1表示次高优先级，依次类推；

b.参照车辆CAN通信矩阵中对CAN数据帧的描述，对CAN数据帧进行解析，提取出其描述的车辆状态及物理特性的真实值等信息，填充入协议转换模块所需的数据结构类型中。

CAN-Ethernet以太网协议转换模块26，负责将CAN数据帧接收处理模块244得到的车辆信息数据结构类型转换封装为以太网传输的数据包交由以太网收发处理模块28发送；并将以太网收发处理模块28接收到的状态请求或控制指令转换为带有自定义优先级信息的CAN数据帧，交由CAN数据帧发送处理模块246。

以太网收发处理模块28，负责将经协议转换后的车辆信息通过以太网发送，并接收通过以太网传输给网关设备的状态请求或控制指令等，同时还对以太网连接状态及以太网传输进行控制。

CAN数据帧发送处理模块246，负责处理来自CAN数据接收处理模块及经协议转换模块转换得到的CAN数据帧，该CAN数据帧均带有自定义的优先级信息，将其写入基于优先级的二级发送缓冲区，所述二级缓冲区的实现方式可以为基于完全二叉树的优先队列，缓冲区中的基于优先级的排序算法将会把高优先级的CAN数据帧移动至发送缓冲区的头部，具有相同优先级的CAN数据帧仍然按照其进入缓冲区的先后顺序存放。

CAN数据帧发送模块248负责从CAN数据帧发送处理模块244中的基于优先级的二级发送缓冲区中读取经排序的带有自定义优先级的CAN数据帧，此时优先级最高的CAN数据帧将被首先读取，然后去掉自定义的优先级信息，转换为标准的CAN数据帧，写入到CAN接口发送到车辆总线网络。

其中，为了降低总线负载较大时的丢帧率，保证通过CAN以太网协议转换网关设备获取到的车辆信息的完整性和实时性，在CAN数据帧接收模块242中引入了基于前级缓冲区负荷控制的链式扩展机制，其运行过程及流程图如下：

a).初始化阶段在CAN数据帧接收模块242中引入两级缓冲区，一级缓冲区及二级缓冲区，同时设定3级负荷阈值，第一低负荷阈值用于解除链接，第一高负荷阈值用于当多级(大于等于两级)接收缓冲被填满前提前准备新的接收缓冲区，第二高负荷阈值用于将当前缓冲区链接至新的缓冲区从而实现缓冲区的链式扩展；

b).接收CAN数据帧存放至一级缓冲区；

c).计算一级缓冲区的负荷，所述负荷指已被填充的缓冲区容量/缓冲区容量，若负荷大于等于第二高负荷阈值时，将一级缓冲区链接至二级缓冲区；

备注：缓冲区的数据结构中包含了指向前级缓冲区及后级缓冲区的指针，所谓的链接，即将其后级缓冲区指针指向新的次级缓冲区。

d).接收到的CAN数据帧填满一级缓冲区后，即可继续向已链接的二级缓冲区中填充；

e).计算当前缓冲区的总负荷(已被填充的当前缓冲区容量/当前缓冲区总容量)，若大于等于第一高负荷阈值，则系统缓冲区管理单元将创建新的缓冲区n级缓冲区(n大于2)；

f).继续接受CAN数据帧并计算负荷阈值，若大于等于第二高负荷阈值，即将新的n级缓冲区链接至原前级缓冲区；

g).由于CAN数据帧接收处理模块244同时从接收缓冲区中读取CAN数据帧，接收缓冲区的负载并不是一直增加，而是动态变化的，当接收缓冲的负荷阈值小于等于第一低负荷阈值时，则说明当前接收缓冲区容量有冗余，考虑到网关设备的硬件载体为内存有限的嵌入式系统，故当被扩展的缓冲区级数大于2时，可在负荷低于第一低负荷阈值时将最近一次链接扩展的缓冲区解除链接，并由系统缓冲区管理单元将分配给被解除链接的缓冲区空间释放，供其他模块使用。

其中，为了能够实现对CAN数据帧发送顺序的调整从而优先发送需要紧急响应的控制指令，本发明为来自车辆总线网络及由协议转换模块封装的CAN数据帧添加了自定义的优先级信息，并在软件上的发送缓冲区中增加了基于优先级的二级发送缓冲区，其运行过程及流程图如下所示：

a).首先根据功能需求，例如需要优先响应哪些指令，如紧急减速、避障、停车，要求人类驾驶员接管等，为CAN数据帧分配自定义优先级，如前述自定义优先级以无符号整数表示，例如0为最高优先级、1次高，依次类推；

b).在CAN数据帧接收处理模块244中，为来自车辆CAN总线上的数据帧添加自定义的优先级；

c).在CAN-Ethernet协议转换模块26中，为由以太网控制命令转换为CAN控制命令的数据帧添加自定义优先级；

d).将b及c中生成的带有自定义优先级的CAN数据帧写入到基于优先级的二级发送缓冲区；

e).在基于优先级的二级发送缓冲区中，当带有优先级的CAN数据帧被写入时，使用快速排序算法根据优先级移动CAN数据帧，最高优先级的CAN数据帧将被移动至缓冲区头部，具有同样优先级的CAN数据帧将按写入的先后顺序排序；

f).CAN数据发送模块从基于优先级的二级缓冲区头部中读取CAN数据帧，获取的即是优先级最高的CAN数据帧，去除CAN数据帧中的优先级信息，写入自身的发送缓冲区，然后由CAN控制器发送到车辆CAN总线网络中。

需要指出的是，上文以CAN-Ethernet以太网协议转换网关设备对本发明的信息处理方法进行了说明，但上述方法也适用于其他类型的CAN协议转换设备对CAN数据帧的接收及发送处理，并且也适用于其他总线类型的网关。

本发明还提供一种汽车，所述汽车具有上述任意一种网关。

综上所述，本发明通过引入CAN接收模块中的基于前级缓冲区负荷的链式扩展及CAN发送处理时的基于优先级的二级缓冲区，可有效应对CAN总线负载较大时的CAN数据帧接收，并能实现特定工况下的控制指令的优先发送。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种信息处理方法，其特征在于，包括：

在已有的R级接收缓冲区的基础上，为需要接收的数据帧分配R+1级接收缓冲区；

获取R级接收缓冲区的当前负荷值，当所述R级接收缓冲区的负荷超过第R高负荷阈值时，将R级接收缓冲区链接至R+1级接收缓冲区；

当所述R级接收缓冲区和所述R+1级接收缓冲区的负荷超过第R+2高负荷阈值时，为所述需要接收的数据帧分配R+2级接收缓冲区；

所述R为大于等于1的整数。

2.根据权利要求1所述的信息处理方法，其特征在于，还包括：

当所述R级缓冲区的负荷低于第R低负荷阈值时，解除所述R级接收缓冲区与所述R+1级接收缓冲区的链接，并释放所述R+1级缓冲区。

3.根据权利要求1所述的信息处理方法，其特征在于，还包括：

为需要发送的数据帧添加优先级信息；

为添加优先级信息后的需要发送的数据帧分配S+1级发送缓冲区；

根据优先级信息，将所述需要发送的数据帧从所述S+1级发送缓冲区写入所述S级发送缓冲区；

从S级发送缓冲区中，将所述需要发送的数据帧发送出去；

所述S为大于等于1的整数。

4.根据权利要求3所述的信息处理方法，其特征在于，所述为需要发送的数据帧添加优先级信息的步骤，包括：

根据功能需求，为需要发送的数据帧预先分配自定义优先级信息；

在对接收到需要发送的数据帧进行处理时，将所述自定义优先级信息添加到所述需要发送的数据帧中；

在所述需要发送的数据帧进行协议转换后，将所述自定义优先级信息添加到所述需要发送的数据帧中。

5.根据权利要求3所述的信息处理方法，其特征在于，所述根据优先级信息，将所述需要发送的数据帧从所述S+1级发送缓冲区写入所述S级发送缓冲区的步骤，包括：

根据优先级信息，将具有较高优先级的需要发送的数据帧，移动至所述S+1级发送缓冲区的头部；

使所述S级发送缓冲区，从所述S+1级发送缓冲区，首先取得具有较高优先级的数据帧信息；

移除所述需要发送的数据帧中的优先级信息；

将移除优先级信息后的需要待发送的数据帧，写入所述S级发送缓冲区。

6.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现如权利要求1至5任一项所述的信息处理方法。

7.一种网关，其特征在于，包括：

处理器；

存储器，存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现如权利要求1至5任一项所述的信息处理方法。

8.根据权利要求7所述的网关，其特征在于，所述网关是CAN-Ethernet协议转换网关。

9.一种汽车，其特征在于，所述汽车具有权利要求7或8所述的网关。

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