CN111673767A - 一种机器人数据安全保护协处理方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明特别涉及一种机器人数据安全保护协处理方法及系统。该机器人数据安全保护协处理方法及系统，将机器人端采集的摄像头与雷达数据实时上传至服务端虚拟机，供服务端进行建图、导航与图像处理识别操作；服务器端将数据处理结果进行重组、重新绘图成图像数据后将其发送至机器人端；机器人端对接收到的数据进行解包与解析，并将地图数据和视频数据通过并行接口分别发送至其他主控制器，进行路径规划以及目标识别信息提取。该机器人数据安全保护协处理方法及系统，能够在安全保密环境下保证机器人采集的重要数据不被敌人获取，保障了机器人端的数据安全，同时采用FPGA硬件描述语言编写，无CPU，响应速度较快，实时性强，适宜推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及机器人及嵌入式系统技术领域，特别涉及一种机器人数据安全保护协处理方法及系统。
背景技术
传统机器人系统一般采用ARM等架构的嵌入式微处理器进行控制，数据存储、数据处理等操作均在机器人端。大量数据存储在机器人的微处理器、控制器、Flash甚至硬盘等各种存储器中，数据的安全性与保密性较低。尤其是在国防、军工等领域以及战场、公海等应用环境下，若机器人硬件被敌人获取等同于大部分数据将被获取，严重威胁用户数据安全。
基于上述问题，本发明提出了一种机器人数据安全保护协处理方法及系统。
发明内容
本发明为了弥补现有技术的缺陷，提供了一种简单高效的机器人数据安全保护协处理方法及系统。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种机器人数据安全保护协处理方法，其特征在于：在FPGA端采用Verilog硬件描述语言设计机器人数据安全保护协处理系统，采用硬件逻辑及状态机方式控制，无软核及硬核CPU；
具体包括以下步骤：
第一步，将机器人端采集的摄像头与雷达数据实时上传至服务端虚拟机，供服务端虚拟机进行建图、导航与图像处理识别操作；
第二步，服务器端虚拟机将数据处理结果进行重组、重新绘图成图像数据，通过显示通道将当前帧或相关前后数帧地图和视频图像发送至机器人端；
第三步，机器人端对接收到的数据进行解包与解析，并将地图数据和视频数据通过并行接口分别发送至其他主控制器，进行路径规划以及目标识别信息提取。
所述第一步中，机器人端接收到传感器数据后，先根据数据种类分别增加包头与种类标志位打包成雷达数据或摄像头数据，然后再打包成USB重定向数据包，经过发送FIFO缓冲后通过USB重定向通道直传至服务器端虚拟机，供服务器端虚拟机对雷达图像数据进行解包后进行多传感器融合，建图及定位导航操作。
所述第二步中，服务器端通过USB重定向通道接收到视频与雷达数据后，先解包完成目标识别、建图，然后将整幅静态地图以及视频图像或整幅图片数据的形式存储至虚拟机内；同时服务器端将实时更新的动态地图以图片像素数据形式进行存储，并将定位结果，障碍目标点与当前规划路径以及目标点以不同颜色的点或线的形式在动态地图上进行重新绘图，与动态地图数据重组成画面图像，存储至虚拟机中形成对静态地图的不断更新，并与静态地图组成图片序列。
所述第二步中，服务器端将标记过目标识别结果的视频图像与地图序列合并，并按帧进行读取显示；读取显示的同时将图像数据更新显示至显示通道，显示通道与QXL驱动将图像进行重新组包，通过显示通道发送至机器人端。
所述第三步中，机器人端实时读取并解析当前帧图像数据中的Drawcopy，Copybits及Drawfill消息数据，并进行地图更新与渲染。
所述第三步中，机器人端将当前帧数据通过并行接口发送给ARM主处理器进行实时定位，识别结果提取，障碍物判断与规划路径提取。
地图数据仅通过FIFO缓冲，不进行任何存储与内存缓存，整个数据处理过程不在机器人端存储任何传感器、地图、录音等数据，数据全部存储在服务端的虚拟机内，机器人端数据处理全部采用流水线式处理，处理完成即消失，获得机器人无法获取任何数据。
所述机器人数据安全保护协处理系统，包括机器人端和服务器端，所述机器人端包括FPGA内部的主状态机模块，网络通信模块，传感数据采集上传模块，数据处理模块和声音模块；所述机器人端通过网络通信模块连接到服务器端，传感数据采集上传模块负责将接收到的传感器数据进行打包，并将数据包上传至服务器端。
所述网络通信模块在主状态机模块控制下通过硬件网络芯片与spice协议服务端进行网络通信，在机器人开始工作后先后按照spice通信协议与服务端建立主通道及裁剪、修改过的USB重定向通道，显示通道，声音播放通道及录音通道，在各通道的基础上进行数据处理。
本发明的有益效果是：该机器人数据安全保护协处理方法及系统，能够在安全保密环境下保证机器人采集的传感数据、地图数据等重要数据不被敌人获取，保障了机器人端的数据安全，同时采用FPGA硬件描述语言编写，无CPU，无软件顺序执行造成的延迟，速度较快，实时性强，适宜推广应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
附图1为本发明机器人数据安全保护协处理系统结构示意图。
附图2为本发明FPGA芯片结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好的理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚，完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
FPGA是现场可编程门阵列的简称，功能强大，可实现各种数字电路功能，没有软件延迟，速度极快。但是开发过程复杂，周期较长，需要进行底层逻辑设计，在需要进行复杂应用开发的场景下应用较少。
该机器人数据安全保护协处理方法，在FPGA端采用Verilog硬件描述语言设计机器人数据安全保护协处理系统，采用硬件逻辑及状态机方式控制，无软核及硬核CPU；
具体包括以下步骤：
第一步，将机器人端采集的摄像头与雷达数据实时上传至服务端虚拟机，供服务端虚拟机进行建图、导航与图像处理识别操作；
第二步，服务器端虚拟机将数据处理结果进行重组、重新绘图成图像数据，通过显示通道将当前帧或相关前后数帧地图和视频图像发送至机器人端；
第三步，机器人端对接收到的数据进行解包与解析，并将地图数据和视频数据通过并行接口分别发送至其他主控制器，进行路径规划以及目标识别信息提取。
所述第一步中，机器人端接收到传感器数据后，先根据数据种类分别增加包头与种类标志位打包成雷达数据或摄像头数据，然后再打包成USB重定向数据包，经过发送FIFO缓冲后通过USB重定向通道直传至服务器端虚拟机，供服务器端虚拟机对雷达图像数据进行解包后进行多传感器融合，建图及定位导航操作。
所述第二步中，服务器端通过USB重定向通道接收到视频与雷达数据后，先解包完成目标识别、建图，然后将整幅静态地图以及视频图像或整幅图片数据的形式存储至虚拟机内；同时服务器端将实时更新的动态地图以图片像素数据形式进行存储，并将定位结果，障碍目标点与当前规划路径以及目标点以不同颜色的点或线的形式在动态地图上进行重新绘图，与动态地图数据重组成画面图像，存储至虚拟机中形成对静态地图的不断更新，并与静态地图组成图片序列。
所述第二步中，服务器端将标记过目标识别结果的视频图像与地图序列合并，并按帧进行读取显示；读取显示的同时将图像数据更新显示至显示通道，显示通道与QXL驱动将图像进行重新组包，通过显示通道发送至机器人端。
所述第三步中，机器人端实时读取并解析当前帧图像数据中的Drawcopy，Copybits及Drawfill消息数据，并进行地图更新与渲染。
所述第三步中，机器人端将当前帧数据通过并行接口发送给ARM主处理器进行实时定位，识别结果提取，障碍物判断与规划路径提取。
地图数据仅通过FIFO缓冲，不进行任何存储与内存缓存，整个数据处理过程不在机器人端存储任何传感器、地图、录音等数据，数据全部存储在服务端的虚拟机内，机器人端数据处理全部采用流水线式处理，处理完成即消失，获得机器人无法获取任何数据。
所述机器人数据安全保护协处理系统，包括机器人端和服务器端，所述机器人端包括FPGA内部的主状态机模块，网络通信模块，传感数据采集上传模块，数据处理模块和声音模块；所述机器人端通过网络通信模块连接到服务器端，传感数据采集上传模块负责将接收到的传感器数据进行打包，并将数据包上传至服务器端。
所述网络通信模块在主状态机模块控制下通过硬件网络芯片与spice协议服务端进行网络通信，在机器人开始工作后先后按照spice通信协议与服务端建立主通道及裁剪、修改过的USB重定向通道，显示通道，声音播放通道及录音通道，在各通道的基础上进行数据处理。
与目前的现有技术相比，该机器人数据安全保护协处理方法及系统，具有以下特点：
1.整个数据处理过程不在机器人端存储任何传感器、地图、录音等数据，数据全部存储在服务端的虚拟机内，机器人端数据处理全部采用流水线式处理，处理完成即消失，即使获得机器人无法获取任何数据，安全性较高。
2.该机器人数据安全保护协处理系统，采用FPGA硬件描述语言编写，无CPU，无软件顺序执行造成的延迟，速度较快，实时性强。
以上所述的实施例，只是本发明具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种机器人数据安全保护协处理方法，其特征在于：在FPGA端采用Verilog硬件描述语言设计机器人数据安全保护协处理系统，采用硬件逻辑及状态机方式控制，无软核及硬核CPU；
具体包括以下步骤：
第一步，将机器人端采集的摄像头与雷达数据实时上传至服务端虚拟机，供服务端虚拟机进行建图、导航与图像处理识别操作；
第二步，服务器端虚拟机将数据处理结果进行重组、重新绘图成图像数据，通过显示通道将当前帧或相关前后数帧地图和视频图像发送至机器人端；
第三步，机器人端对接收到的数据进行解包与解析，并将地图数据和视频数据通过并行接口分别发送至其他主控制器，进行路径规划以及目标识别信息提取。
2.根据权利要求1所述的机器人数据安全保护协处理方法，其特征在于：所述第一步中，机器人端接收到传感器数据后，先根据数据种类分别增加包头与种类标志位打包成雷达数据或摄像头数据，然后再打包成USB重定向数据包，经过发送FIFO缓冲后通过USB重定向通道直传至服务器端虚拟机，供服务器端虚拟机对雷达图像数据进行解包后进行多传感器融合，建图及定位导航操作。
3.根据权利要求2所述的机器人数据安全保护协处理方法，其特征在于：所述第二步中，服务器端通过USB重定向通道接收到视频与雷达数据后，先解包完成目标识别、建图，然后将整幅静态地图以及视频图像或整幅图片数据的形式存储至虚拟机内；同时服务器端将实时更新的动态地图以图片像素数据形式进行存储，并将定位结果，障碍目标点与当前规划路径以及目标点以不同颜色的点或线的形式在动态地图上进行重新绘图，与动态地图数据重组成画面图像，存储至虚拟机中形成对静态地图的不断更新，并与静态地图组成图片序列。
4.根据权利要求3所述的机器人数据安全保护协处理方法，其特征在于：所述第二步中，服务器端将标记过目标识别结果的视频图像与地图序列合并，并按帧进行读取显示；读取显示的同时将图像数据更新显示至显示通道，显示通道与QXL驱动将图像进行重新组包，通过显示通道发送至机器人端。
5.根据权利要求4所述的机器人数据安全保护协处理方法，其特征在于：所述第三步中，机器人端实时读取并解析当前帧图像数据中的Drawcopy，Copybits及Drawfill消息数据，并进行地图更新与渲染。
6.根据权利要求5所述的机器人数据安全保护协处理方法，其特征在于：所述第三步中，机器人端将当前帧数据通过并行接口发送给ARM主处理器进行实时定位，识别结果提取，障碍物判断与规划路径提取。
7.根据权利要求6所述的机器人数据安全保护协处理方法，其特征在于：地图数据仅通过FIFO缓冲，不进行任何存储与内存缓存，整个数据处理过程不在机器人端存储任何传感器、地图、录音等数据，数据全部存储在服务端的虚拟机内，机器人端数据处理全部采用流水线式处理，处理完成即消失，获得机器人无法获取任何数据。
8.一种基于权利要求1～7所述的机器人数据安全保护协处理方法的机器人数据安全保护协处理系统，其特征在于：包括机器人端和服务器端，所述机器人端包括FPGA内部的主状态机模块，网络通信模块，传感数据采集上传模块，数据处理模块和声音模块；所述机器人端通过网络通信模块连接到服务器端，传感数据采集上传模块负责将接收到的传感器数据进行打包，并将数据包上传至服务器端。
9.根据权利要求8所述的机器人数据安全保护协处理系统，其特征在于：所述网络通信模块在主状态机模块控制下通过硬件网络芯片与spice协议服务端进行网络通信，在机器人开始工作后先后按照spice通信协议与服务端建立主通道及裁剪、修改过的USB重定向通道，显示通道，声音播放通道及录音通道，在各通道的基础上进行数据处理。
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