CN112514289B - 控制系统、时钟同步方法、控制器、节点设备及车辆 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种控制系统、时钟同步方法、控制器、节点设备及车辆，涉及汽车领域的电子技术领域。本申请提供的控制系统中，主控制器通过环形网络直接向至少一个节点设备发送参考时钟信号，使得该至少一个节点设备可以基于该参考时钟信号的频率进行计时，由此可以使得主控制器与节点设备的时钟同步精度提升至与参考时钟信号的脉冲宽度相等的精度。并且，由于该控制系统包括环形网络，从而可以确保主控制器与节点设备之间交互信号时具有冗余的路径，确保了信号传输的可靠性。

Description

控制系统、时钟同步方法、控制器、节点设备及车辆

技术领域

本申请涉及汽车领域的电子技术领域，特别涉及一种控制系统、时钟同步方法、控制器、节点设备及车辆。

背景技术

随着车辆智能化的发展，车辆控制系统包括的电子控制单元(electroniccontrol unit，ECU) 的数量不断增多。ECU可以与传感器和执行器连接，该ECU能够对传感器采集的数据进行处理，并控制该执行器执行相应的操作。

为了实现对车辆的精确控制，需要确保多个ECU之间的时钟同步。相关技术中，一般采用精确时间协议(precision time protocol，PTP)，或者以太网控制自动化技术(Ethernet control automation technology，EtherCAT)来实现多个ECU之间的时钟同步。

但是，在采用PTP或EtherCAT进行时钟同步时，多个ECU中的主ECU可以向其他ECU传输数据帧，并接收其他ECU回传的数据帧。该主ECU可以根据其他ECU回传的数据帧来确定多个ECU的本地时钟之间的时钟误差，进而对ECU的本地时钟进行时钟同步，该同步方式的同步精度较低。

发明内容

本申请提供了一种控制系统、时钟同步方法、控制器、节点设备及车辆，可以解决控制系统中，用于控制传感器和执行器的多个控制器件之间的时钟同步上存在的同步精度较低的问题。

一方面，本申请提供了一种控制系统，该控制系统包括环形网络，该环形网络包括主控制器和至少一个节点设备；该主控制器，用于按照该主控制器的本地时钟信号的频率计时并执行任务，以及用于通过该环形网络向至少一个节点设备发送参考时钟信号，该参考时钟信号基于该主控制器的本地时钟信号得到；该至少一个节点设备，用于根据该参考时钟信号的频率计时并执行任务。

本申请提供的方案中，主控制器直接发送参考时钟信号以进行时间同步，可以使得该主控制器与节点设备之间的时钟同步精度提升至与该参考时钟信号的脉冲宽度相等的精度，从而有效提高了时钟同步的精度。并且，由于该控制系统中的主控制器与至少一个节点设备可以依次连接形成环形网络，从而可以确保主控制器与至少一个节点设备之间交互信号时具有冗余的信号交互路径，确保了信号传输的可靠性。

可选地，该参考时钟信号可以为主控制器的本地时钟信号，即主控制器可以直接将其本地时钟信号发送至该至少一个节点设备。

可选地，该参考时钟信号可以为对该主控制器的本地时钟信号进行分频得到的时钟信号。由于主控制器的本地时钟信号的频率一般较高，因此主控制器可以将其本地时钟信号分频后得到参考时钟信号，以确保节点设备能够支持该参考时钟信号的频率。

可选地，该至少一个节点设备可以包括锁相环，该至少一个节点设备可以用于：通过该锁相环，基于该参考时钟信号的频率校正该节点设备的本地时钟信号的频率，使该节点设备的本地时钟信号的频率与该参考时钟信号的频率保持目标比例；按照该节点设备的本地时钟信号的频率计时。

其中，该目标比例可以是节点设备中预先配置的固定值，且该目标比例为两个正整数的比值。节点设备通过锁相环校正其本地时钟信号的频率，可以使得其本地时钟信号的频率与该参考时钟信号的频率达到脉冲级的同步。

可选地，该至少一个节点设备，可以用于按照该参考时钟信号的频率计时。也即是，该节点设备能够直接按照该参考时钟信号的节拍执行任务，而无需再对其本地时钟信号的频率进行校正。

可选地，该主控制器，还可以用于在目标频率范围内调整该主控制器的本地时钟信号的频率，即主控制器可以对其本地时钟信号进行调频，由此实现对该参考时钟信号的调频。

通过对参考时钟信号进行调频，可以有效改善该控制系统中的频率敏感电路在任务执行过程中的电磁兼容(electromagnetic compatibility，EMC)性能。

可选地，该主控制器，还可以用于通过该环形网络向该至少一个节点设备发送同步信号；该至少一个节点设备，还用于根据接收到的同步信号，校正该节点设备的本地时钟的时间。由此，该主控制器与该至少一个节点设备之间不仅可以实现时钟的频率同步，还可以实现时间的同步。

可选地，该主控制器可以通过时钟信号线与至少一个节点设备连接；该主控制器，用于通过该时钟信号线，向该至少一个节点设备发送该同步信号和该参考时钟信号；该至少一个节点设备，用于根据接收到的信号的幅度和/或脉冲宽度，从接收到的信号中分别获取该同步信号和该参考时钟信号。

主控制器通过一条时钟信号线传输同步信号和参考时钟信号，可以避免增加控制系统中主控制器与节点设备之间的信号线的数量，简化控制系统的结构。

可选地，该主控制器可以通过时钟信号线和同步信号线与至少一个节点设备连接；该主控制器，用于通过该时钟信号线向至少一个节点设备发送该参考时钟信号，以及用于通过该同步信号线向至少一个节点设备发送该同步信号。

主控制器通过不同的信号线分别传输同步信号和参考时钟信号，可以使得节点设备无需再从复合信号中解析同步信号和参考时钟信号，由此降低了节点设备接收同步信号和参考时钟信号时的复杂度。

可选地，该至少一个节点设备可以为至少一个从控制器；该控制系统还可以包括：至少一个传感器和至少一个执行器；该至少一个传感器与该主控制器或该至少一个从控制器连接，该至少一个执行器与该主控制器或该至少一个从控制器连接；该主控制器所需执行的任务和该至少一个从控制器所需执行的任务均包括下述任务中的一种或多种：数据传输任务、数据处理任务、指令的发送任务以及驱动信号的输出任务；其中，该指令用于指示该至少一个传感器采集数据，或者用于指示向该至少一个执行器输出驱动信号。

本申请提供的方案中，主控制器可以与至少一个从控制器协同工作，以实现对该控制系统中至少一个传感器和至少一个执行器的控制。

可选地，该主控制器，还可以用于确定该主控制器所需执行的任务以及任务的执行时刻，确定该至少一个从控制器所需执行的任务以及任务的执行时刻，在该主控制器所需执行的任务的执行时刻执行任务，以及向该至少一个从控制器发送任务调度表；其中，该至少一个从控制器接收到的任务调度表包括：该至少一个从控制器所需执行的任务以及任务的执行时刻；相应的，该至少一个从控制器，可以用于根据该任务调度表，在其所需执行的任务的执行时刻执行任务。

由于该主控制器可以统一调度任务，因此可以使得该主控制器和至少一个从控制器能够有序高效地执行各项任务，避免多个任务同时执行时出现资源抢占或竞争等问题。

可选地，该主控制器还可以用于：将数据处理总任务划分为多个数据处理任务，并根据该主控制器的负载以及该至少一个从控制器的负载，确定该主控制器所需执行的数据处理任务以及该至少一个从控制器所需执行的数据处理任务。由此，该环形网络包括的多个控制器可以实现数据处理任务的分布式执行，进而可以在提高任务执行效率的基础上，提高控制器的计算资源的利用率。

可选地，该至少一个从控制器中还可以存储有优先级列表，该优先级列表包括该至少一个从控制器的优先级；该至少一个从控制器还可以用于：若确定该主控制器故障，或者该主控制器所连接的任一信号线故障，则基于该优先级列表，从该至少一个从控制器中确定一个新的主控制器。之后，即可由该新的主控制器对该控制系统中的多个控制器进行统一的调度管理，即该控制系统的主控权可以被移交至该新的主控制器，以确保该控制系统依旧能够正常运行。

可选地，该主控制器和该至少一个从控制器还可以用于：通过该环形网络向该控制系统中的其他控制器发送目标数据；若未接收到经过该环形网络传输后的目标数据，或者接收到的经过该环形网络传输后的目标数据与发送的目标数据不一致，则对该环形网络进行故障检测，和/或，重新发送该目标数据。

其中，该目标数据可以为对安全性要求较高的，需要该环形网络中的多个控制器共享的数据。通过上述方法，可以确保该目标数据能够可靠的传输至接收方。

可选地，该控制系统还可以包括：至少一个第一路由器；该至少一个第一路由器的第一端口与该主控制器或该至少一个从控制器连接，该至少一个第一路由器的第二端口与该至少一个传感器和/或该至少一个执行器连接；其中，该第一端口的数据传输速率低于该环形网络的数据传输速率，该第二端口的数据传输速率低于该第一端口的数据传输速率；与该至少一个第一路由器连接的控制器，还可以用于对该参考时钟信号的频率进行分频，并向该至少一个第一路由器发送分频后的参考时钟信号；该至少一个第一路由器，可以用于根据接收到的参考时钟信号的频率计时并执行任务；其中，该第一路由器执行的任务至少可以包括：通过该第二端口与其所连接的控制器交互数据，以及通过该第一端口与其所连接的该至少一个传感器和/或该至少一个执行器交互数据。

本申请提供的方案中，对数据传输速率要求较高的传感器和/或执行器可以直接与控制系统中的控制器(可以是主控制器，也可以是从控制器)连接，并由该控制器按照较高的参考时钟信号的频率发送指令，以及按照较高的数据传输速率传输数据。对数据传输速率要求一般的传感器和/或执行器则可以与第一路由器连接，并由该第一路由器按照中等的参考时钟信号的频率发送指令，以及按照中等的数据传输速率传输数据。由此，该控制系统可以兼容不同类型的传感器和执行器，有效提高了该控制系统的应用灵活性。

可选地，该控制系统还可以包括：至少一个第二路由器，该至少一个第二路由器的第三端口与该至少一个第一路由器的第二端口连接，该至少一个第二路由器的第四端口与该至少一个传感器和/或该至少一个执行器连接；其中，该第三端口的数据传输速率等于该第二端口的数据传输速率，该第四端口的数据传输速率低于该第三端口的数据传输速率；该至少一个第一路由器，还可以用于对接收到的参考时钟信号的频率进行分频，并向该至少一个第二路由器发送分频后的参考时钟信号；该至少一个第二路由器，用于根据接收到的参考时钟信号的频率计时并执行任务；其中，该至少一个第二路由器执行的任务至少包括：通过该第三端口与该至少一个第一路由器交互数据，以及通过该第四端口与其所连接至少一个传感器和/或至少一个执行器交互数据。

本申请提供的控制系统，可以通过该第一路由器和第二路由器，逐级降低数据传输速率以及参考时钟信号的频率，使得控制器、第一路由器和第二路由器能够按照不同的参考时钟信号的频率执行指令。由此，有效提高了该控制系统的应用灵活性和兼容性。并且，通过设置多个不同级别的路由器，可以确保数据传输速率和参考时钟信号的频率的平滑过渡，进而确保数据传输的稳定性。

可选地，该至少一个节点设备可以为至少一个第一路由器；该控制系统还可以包括：至少一个传感器和至少一个执行器；该至少一个传感器与该主控制器或该至少一个第一路由器连接，该至少一个执行器与该主控制器或该至少一个第一路由器连接；该主控制器所需执行的任务包括下述任务中的一种或多种：数据传输任务、数据处理任务、指令的发送任务以及驱动信号的输出任务；该至少一个第一路由器所需执行的任务包括下述任务中的一种或多种：数据传输任务、指令的发送任务以及驱动信号的输出任务；其中，该指令用于指示该至少一个传感器采集数据，或者用于指示向该至少一个执行器输出驱动信号。

本申请提供的方案中，该环形网络中可以仅包括一个主控制器，该主控制器可以实现对该控制系统中至少一个第一路由器、至少一个传感器以及至少一个执行器的集中控制。

可选地，该至少一个第一路由器的第一端口与该主控制器连接，即该至少一个第一路由器通过第一端口接入环形网络；该控制系统还可以包括：至少一个第二路由器，该至少一个第二路由器的第三端口与该至少一个第一路由器的第二端口连接，该至少一个第二路由器的第四端口与该至少一个传感器和/或该至少一个执行器连接；其中，该第一端口的数据传输速率等于该环形网络的数据传输速率，该第二端口的数据传输速率低于该第一端口的数据传输速率，该第三端口的数据传输速率等于该第二端口的数据传输速率，该第四端口的数据传输速率低于该第三端口的数据传输速率；该至少一个第一路由器，还用于对接收到的参考时钟信号的频率进行分频，并向该至少一个第二路由器发送分频后的参考时钟信号；该至少一个第二路由器，用于根据接收到的参考时钟信号的频率计时并执行任务；其中，该至少一个第二路由器执行的任务至少包括：通过该第三端口与该至少一个第一路由器交互数据，以及通过该第四端口与其所连接该至少一个传感器和/或该至少一个执行器交互数据。

对于该节点设备为第一路由器的场景，可以通过该第二路由器降低数据传输速率以及参考时钟信号的频率，使得环形网络中的器件(包括主控制器和至少一个第一路由器)和第二路由器可以按照不同的参考时钟信号的频率执行指令。由此，有效提高了该控制系统的应用灵活性和兼容性。

可选地，该主控制器可以包括：主控制模块，以及与该主控制模块连接的副控制模块；该至少一个节点设备可以包括主节点模块，以及与该主节点模块连接的副节点模块；该环形网络包括第一环形子网和第二环形子网，该第一环形子网包括该主控制模块和该至少一个节点设备中的主节点模块，该第二环形子网包括该副控制模块和该至少一个节点设备中的副节点模块；该参考时钟信号基于该主控制模块的本地时钟信号得到；该主控制模块，用于分别向该副控制模块和该至少一个节点设备中的主节点模块发送该参考时钟信号；该副控制模块，用于向该至少一个节点设备中的副节点模块发送该参考时钟信号；或者，该至少一个节点设备中的主节点模块，用于向其所连接的副节点模块发送该参考时钟信号。

在本申请中，主控制器中包括的副控制模块的功能与主控制模块的功能可以相同，因此该副控制模块也可以称为冗余的控制模块。节点设备包括主节点模块和副节点模块的功能也可以相同，因此该副节点模块也可以称为冗余的节点模块。通过设置冗余的控制模块和冗余的节点模块，可以确保主控制器和节点设备工作时的可靠性，进而提高该整个控制系统的可靠性。

可选地，该控制系统中的至少一个传感器可以包括：第一类传感器和第二类传感器，该第一类传感器的功能(function)安全完整性等级(safety integrity level，SIL)高于该第二类传感器的功能安全完整性等级；该控制系统中的至少一个执行器可以包括：第一类执行器和第二类执行器，该第一类执行器的功能安全完整性等级高于该第二类执行器的功能安全完整性等级；该第一类传感器分别与该主控制模块和该副控制模块连接，或者分别与该主节点模块和该副节点模块连接；该第二类传感器与该主控制模块、该副控制模块、该主节点模块和该副节点模块中的一个模块连接；该第一类执行器分别与该主控制模块和该副控制模块连接，或者分别与该主节点模块和该副节点模块连接；该第二类执行器与该主控制模块、该副控制模块、该主节点模块和该副节点模块中的一个模块连接。

本申请提供的方案，将功能安全完整性等级较高的器件与主控制器的两个控制模块均连接，或者与节点设备的两个节点模块均连接，可以确保数据采集以及指令执行的可靠性，从而提高该控制系统的安全性。而对于功能安全完整性等级较低的器件，仅将其与主控制器或节点设备中的一个控制模块连接，可以简化控制系统的架构，降低系统的复杂度。

可选地，该控制系统还可以包括：第一电源和第二电源；该第一电源分别与该主控制模块和该至少一个节点设备中的主节点模块连接，该第一电源用于为该主控制模块和该至少一个节点设备中的主节点模块供电；该第二电源分别与该副控制模块和该至少一个节点设备中的副节点模块连接，该第二电源用于为该副控制模块和该至少一个节点设备中的副节点模块供电。

通过设置冗余的第二电源为副控制模块和副节点模块供电，可以确保该控制系统中的两个环形子网能够独立工作，进一步确保控制系统的功能安全与可靠性。

可选地，该主控制器还可以用于：若检测到任一任务未按照该任一任务的执行时刻执行，则执行故障响应操作，该故障响应操作可以包括下述操作中的一种或多种：重新启动用于执行该任一任务的器件，该器件为该主控制器或该至少一个节点设备；重新启动用于执行该任一任务的器件所连接的传感器和/或执行器；执行该主控制器中配置的安全任务。

由于主控制器在检测到任务执行时刻出错时可以及时执行故障响应操作，从而能够有效确保控制系统的安全性和可靠性。

可选地，该控制系统还可以包括：网关，该网关与该主控制器或该至少一个节点设备连接；该网关用于：向外部设备发送来自该网关所连接的器件的数据，以及向该网关所连接的器件发送来自该外部设备的数据；其中，该外部设备为独立于该控制系统的设备。

本申请提供的控制系统中，主控制器或者至少一个节点设备还可以通过网关与外部设备通信，由此丰富了该控制系统的功能，提高了该控制系统工作时的灵活性。

可选地，该网关可以包括：主通信模块以及与该主通信模块连接的副通信模块。通过设计两个冗余的通信模块，可以确保主控制器或者至少一个节点设备与外部设备进行数据交互时的功能安全与可靠性。

可选地，该控制系统可以为车辆控制系统。

另一方面，提供了一种时钟同步方法，该方法可以应用于控制系统中的主控制器，该控制系统包括环形网络，该环形网络包括该主控制器和至少一个节点设备；该方法包括：按照该主控制器的本地时钟信号的频率计时并执行任务；通过该环形网络向该至少一个节点设备发送参考时钟信号；其中，该参考时钟信号基于该主控制器的本地时钟信号得到，该参考时钟信号用于供该至少一个节点设备根据该参考时钟信号的频率计时并执行任务。

可选地，该参考时钟信号为该主控制器的本地时钟信号。或者，该参考时钟信号为对该主控制器的本地时钟信号进行分频得到的时钟信号。

可选地，该方法还包括：在目标频率范围内调整该主控制器的本地时钟信号的频率。

可选地，该方法还包括：通过该环形网络向该至少一个节点设备发送同步信号，该同步信号用于供该至少一个节点设备校正该至少一个节点设备的本地时钟的时间。

可选地，该主控制器通过时钟信号线与该至少一个节点设备连接；通过该环形网络向该至少一个节点设备发送参考时钟信号和同步信号的过程可以包括：通过该时钟信号线，向该至少一个节点设备发送参考时钟信号和同步信号。

可选地，该主控制器通过时钟信号线和同步信号线与该至少一个节点设备连接；通过该环形网络向该至少一个节点设备发送参考时钟信号的过程可以包括：通过该时钟信号线向该至少一个节点设备发送参考时钟信号；通过该环形网络向该至少一个节点设备发送同步信号的过程可以包括：通过该同步信号线向该至少一个节点设备发送同步信号。

可选地，该至少一个节点设备为至少一个从控制器；该控制系统还包括：至少一个传感器和至少一个执行器；该至少一个传感器与该主控制器或该至少一个从控制器连接，该至少一个执行器与该主控制器或该至少一个从控制器连接；该主控制器所需执行的任务和该至少一个从控制器所需执行的任务均包括下述任务中的一种或多种：数据传输任务、数据处理任务、指令的发送任务以及驱动信号的输出任务；其中，该指令用于指示该至少一个传感器采集数据，或者用于指示向该至少一个执行器输出驱动信号。

可选地，该方法还可以包括：确定该主控制器所需执行的任务以及任务的执行时刻；确定该至少一个从控制器所需执行的任务以及任务的执行时刻；向该至少一个从控制器发送任务调度表，该任务调度表包括：该至少一个从控制器所需执行的任务以及任务的执行时刻；相应的，按照该主控制器的本地时钟信号的频率计时并执行任务的过程可以包括：按照该主控制器的本地时钟信号的频率计时，并在该主控制器所需执行的任务的执行时刻执行任务。

可选地，该方法还可以包括：将数据处理总任务划分为多个该数据处理任务；根据该主控制器的负载以及该至少一个从控制器的负载，确定该主控制器所需执行的数据处理任务以及该至少一个从控制器所需执行的数据处理任务。

可选地，该方法还可以包括：通过该环形网络向该至少一个从控制器发送目标数据；若未接收到经过该环形网络传输后的目标数据，或者接收到的经过该环形网络传输后的目标数据与发送的目标数据不一致，则对该环形网络进行故障检测，和/或，重新发送该目标数据。

可选地，该控制系统还可以包括：至少一个第一路由器；该至少一个第一路由器的第一端口与该主控制器连接，该至少一个第一路由器的第二端口与该至少一个传感器和/或该至少一个执行器连接；其中，该第一端口的数据传输速率低于该环形网络的数据传输速率，该第二端口的数据传输速率低于该第一端口的数据传输速率；该方法还可以包括：对该参考时钟信号的频率进行分频；向该至少一个第一路由器发送分频后的该参考时钟信号。

可选地，该主控制器包括：主控制模块，以及与该主控制模块连接的副控制模块；该至少一个节点设备包括主节点模块，以及与该主节点模块连接的副节点模块；该环形网络包括第一环形子网和第二环形子网，该第一环形子网包括该主控制模块和该至少一个节点设备中的主节点模块，该第二环形子网包括该副控制模块和该至少一个节点设备中的副节点模块；该参考时钟信号基于该主控制模块的本地时钟信号得到；通过该环形网络向该至少一个节点设备发送参考时钟信号的过程可以包括：该主控制模块分别向该副控制模块和该至少一个节点设备中的主节点模块发送该参考时钟信号；其中，该参考时钟信号用于供该主节点模块发送至该副节点模块；或者，该通过该环形网络向该至少一个节点设备发送参考时钟信号，还包括：该副控制模块向该至少一个节点设备中的副节点模块发送该参考时钟信号。

可选地，该方法还可以包括：若检测到任一任务未按照该任一任务的执行时刻执行，则执行故障响应操作，该故障响应操作包括下述操作中的一种或多种：重新启动用于执行该任一任务的器件，该器件为该主控制器或该至少一个节点设备；重新启动用于执行该任一任务的器件所连接的传感器和/或执行器；执行该主控制器中配置的安全任务。

又一方面，提供了一种时钟同步方法，该方法可以应用于控制系统中的节点设备，该控制系统包括环形网络，该环形网络包括主控制器和至少一个该节点设备；该方法可以包括：通过该环形网络接收该主控制器发送的参考时钟信号，该参考时钟信号基于该主控制器的本地时钟信号得到；根据该参考时钟信号的频率计时并执行任务。

可选地，该节点设备包括锁相环；该节点设备根据该参考时钟信号的频率计时的过程可以包括：通过该锁相环，基于该参考时钟信号的频率校正该节点设备的本地时钟信号的频率，使该节点设备的本地时钟信号的频率与该参考时钟信号的频率保持目标比例；按照该节点设备的本地时钟信号的频率计时。

可选地，该节点设备根据该参考时钟信号的频率计时的过程可以包括：按照该参考时钟信号的频率计时。

可选地，该方法还可以包括：通过该环形网络接收该主控制器发送的同步信号；以及根据该同步信号，校正该节点设备的本地时钟的时间。

可选地，该节点设备通过时钟信号线与该主控制器连接；通过该环形网络接收该主控制器发送的参考时钟信号和同步信号的过程可以包括：通过该时钟信号线接收该主控制器发送的信号；根据接收到的信号的幅度和/或脉冲宽度，从该接收到的信号中分别获取同步信号和参考时钟信号。

可选地，该节点设备通过时钟信号线和同步信号线与该主控制器连接；通过该环形网络接收该主控制器发送的参考时钟信号的过程可以包括：通过该时钟信号线接收该主控制器发送的参考时钟信号；通过该环形网络接收该主控制器发送的同步信号的过程可以包括：通过该同步信号线接收该主控制器发送的同步信号。

可选地，该节点设备为从控制器；该控制系统还包括：至少一个传感器和至少一个执行器；该至少一个传感器与该主控制器或该从控制器连接，该至少一个执行器与该主控制器或该从控制器连接；该主控制器所需执行的任务和该从控制器所需执行的任务均包括下述任务中的一种或多种：数据传输任务、数据处理任务、指令的发送任务以及驱动信号的输出任务；其中，该指令用于指示该至少一个传感器采集数据，或者用于指示向该至少一个执行器输出驱动信号。

可选地，该方法还可以包括：通过该环形网络接收该主控制器发送的任务调度表，该任务调度表包括该从控制器所需执行的任务，以及任务的执行时刻；根据该参考时钟信号的频率计时并执行任务的过程可以包括：根据该参考时钟信号的频率计时，并在该从控制器所需执行的任务的执行时刻执行该任务。

可选地，该从控制器中还存储有优先级列表，该优先级列表包括：该控制系统包括的至少一个该从控制器的优先级；该方法还可以包括：若确定该主控制器故障，或者该主控制器所连接的任一信号线故障，则基于该优先级列表，从至少一个该从控制器中确定一个新的主控制器。

可选地，该方法还可以包括：通过该环形网络向该控制系统中的其他控制器发送目标数据；若未接收到经过该环形网络传输后的目标数据，或者接收到的经过该环形网络传输后的目标数据与发送的目标数据不一致，则对该环形网络进行故障检测，和/或，重新发送该目标数据。

可选地，该控制系统还可以包括：至少一个第一路由器；该至少一个第一路由器的第一端口与该从控制器连接，该至少一个第一路由器的第二端口与该至少一个传感器和/或该至少一个执行器连接；其中，该第一端口的数据传输速率低于该环形网络的数据传输速率，该第二端口的数据传输速率低于该第一端口的数据传输速率；该方法还可以包括：对该参考时钟信号的频率进行分频；向该至少一个第一路由器发送分频后的该参考时钟信号。

可选地，该节点设备为第一路由器；该控制系统还包括：至少一个传感器和至少一个执行器；该至少一个传感器与该主控制器或该第一路由器连接，该至少一个执行器与该主控制器或该第一路由器连接；该主控制器所需执行的任务包括下述任务中的一种或多种：数据传输任务、数据处理任务、指令的发送任务以及驱动信号的输出任务；该第一路由器所需执行的任务包括下述任务中的一种或多种：数据传输任务、指令的发送任务以及驱动信号的输出任务；其中，该指令用于指示该至少一个传感器采集数据，或者用于指示向该至少一个执行器输出驱动信号。

可选地，该第一路由器的第一端口与该主控制器连接；该控制系统还包括：至少一个第二路由器，该至少一个第二路由器的第三端口与该第一路由器的第二端口连接，该至少一个第二路由器的第四端口与该至少一个传感器和/或该至少一个执行器连接；其中，该第一端口的数据传输速率等于该环形网络的数据传输速率，该第二端口的数据传输速率低于该第一端口的数据传输速率，该第三端口的数据传输速率等于该第二端口的数据传输速率，该第四端口的数据传输速率低于该第三端口的数据传输速率；该方法还可以包括：对接收到的参考时钟信号的频率进行分频；向该至少一个第二路由器发送分频后的参考时钟信号。

上述方面所提供的时钟同步方法的有益效果可以参考控制系统中相应特征的效果描述，本申请对此不再赘述。

再一方面，提供了一种主控制器，该主控制器可以应用于上述方面所提供的控制系统；并且，该主控制器可以包括可编程逻辑电路和/或程序指令，该主控制器用于实现上述方面所提供的应用于该主控制器的方法。

再一方面，提供了一种节点设备，该节点设备可以应用于上述方面所提供的控制系统；并且，该节点设备可以包括可编程逻辑电路和/或程序指令，该节点设备用于实现上述方面所提供的应用于该节点设备的方法。

再一方面，提供了一种车辆，该车辆包括：如上述方面所提供的控制系统。该车辆可以为电动车辆。并且，该车辆可以为自动驾驶汽车、远程驾驶汽车或者飞行汽车等。

本申请提供的技术方案至少包括以下有益效果：

本申请提供了一种控制系统、时钟同步方法、控制器、节点设备及车辆，该控制系统中的主控制器可以通过环形网络直接向至少一个节点设备发送参考时钟信号，使得至少一个节点设备可以基于该参考时钟信号的频率进行计时，由此实现主控制器与至少一个节点设备的时钟同步。相比于发送数据帧，直接发送参考时钟信号可以使得主控制器与至少一个节点设备的时钟同步精度提升至与参考时钟信号的脉冲宽度相等的精度，从而有效提高了时钟同步的精度。并且，由于该控制系统中的主控制器与至少一个节点设备可以依次连接形成环形网络，从而可以确保该主控制器与该至少一个节点设备之间交互信号时具有冗余的信号交互路径，确保了信号传输的可靠性。

附图说明

图1是本申请实施例提供的一种控制系统的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的一种主控制器与从控制器之间的同步误差的示意图；

图3是本申请实施例提供的一种频率敏感电路产生的传导信号或辐射信号的幅值随频率变化的示意图；

图4是本申请实施例提供的一种参考时钟信号、同步信号和复合信号的示意图；

图5是本申请实施例提供的另一种参考时钟信号、同步信号和复合信号的示意图；

图6是本申请实施例提供的又一种参考时钟信号、同步信号和复合信号的示意图；

图7是本申请实施例提供的一种参考时钟信号和同步信号的示意图；

图8是本申请实施例提供的另一种控制系统的结构示意图；

图9是本申请实施例提供的又一种控制系统的结构的示意图；

图10是本申请实施例提供的一种参考时钟信号的频率的示意图；

图11是本申请实施例提供的一种参考时钟信号的频率，以及不同速率的任务的示意图；

图12是本申请实施例提供的又一种控制系统的结构示意图；

图13是本申请实施例提供的再一种控制系统的结构示意图；

图14是本申请实施例提供的再一种控制系统的结构示意图；

图15是本申请实施例提供的一种时钟同步路径的示意图；

图16是本申请实施例提供的一种控制系统的局部结构示意图；

图17是本申请实施例提供的另一种时钟同步路径的示意图；

图18是本申请实施例提供的再一种控制系统的结构示意图；

图19是本申请实施例提供的再一种控制系统的结构示意图；

图20是本申请实施例提供的再一种控制系统的结构示意图；

图21是本申请实施例提供的一种时钟同步方法的流程图；

图22是本申请实施例提供的另一种时钟同步方法的流程图；

图23是本申请实施例提供的又一种时钟同步方法的流程图；

图24是本申请实施例提供的一种主控制器的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

本申请实施例提供了一种控制系统。如图1所示，该控制系统包括环形网络，该环形网络包括主控制器01(也可以称为中央控制器)，以及至少一个节点设备02。例如，图1中示意性示出了3个节点设备02。其中，该节点设备02可以为从控制器，或者可以为第一路由器。该主控制器01和该从控制器均可以为包括一个或多个处理芯片的控制器件，该第一路由器可以为包括一个或多个转发芯片的转发器件。

该主控制器01，用于按照该主控制器01的本地时钟信号的频率计时并执行任务，以及用于通过该环形网络向该至少一个节点设备02发送参考时钟信号，该参考时钟信号基于该主控制器01的本地时钟信号得到。

该至少一个节点设备02，用于根据该参考时钟信号的频率计时并执行任务。例如，该节点设备02可以根据该参考时钟信号的频率，对其本地时钟信号的频率进行校正，并按照校正后的本地时钟信号的频率计时。或者，该节点设备02可以直接按照该参考时钟信号的频率进行计时。由此，可以实现该主控制器01与至少一个节点设备02的时钟同步。

由于该主控制器01和至少一个节点设备02可以形成环形网络，因此可以确保该主控制器01和至少一个节点设备02之间交互信号时具有冗余的信号交互路径。例如，假设该主控制器01的第一接口与一个节点设备02连接，该主控制器01的第二接口与另一个节点设备02连接。若该主控制器01的第一接口所连接的信号线故障，则该主控制器01还可以通过其第二接口将数据传输至环形网络，使得该数据能够通过该环形网络传输至该主控制器01的第一接口所连接的节点设备02。

应理解的是，主控制器01与节点设备02时钟同步可以是指：该主控制器01和节点设备 02执行任务时所参考的时钟信号的频率的比例为目标比例。即主控制器01和节点设备02可以按照固定比例的节拍执行任务。例如，若该目标比例为1，则表示该主控制器01和节点设备02执行任务时所参考的时钟信号的频率相同。若该目标比例为n，n为两个正整数的比值，且n不为1，则表示该主控制器01执行任务时所参考的时钟信号的频率为节点设备02执行任务时所参考的时钟信号的频率的n倍。

还应理解的是，参考图1可以看出，该主控制器01可以分别与两个节点设备02连接。该主控制器01在发送参考时钟信号时，可以仅向其所连接的一个节点设备02发送参考时钟信号，再由该节点设备02将该参考时钟信号依次发送至其他节点设备02。也即是，环形网络中的参考时钟信号可以按照顺时针方向或逆时针方向单向传输。或者，该主控制器01也可以向其所连接两个节点设备02分别发送参考时钟信号，再由该两个节点设备02将该参考时钟信号转发至其他节点设备02。也即是，该环形网络中的参考时钟信号可以按照顺时针方向和逆时针方向双向并行传输。

在本申请实施例中，该环形网络中主控制器01与节点设备02之间，以及相邻两个节点设备02之间均可以通过信号线(也可以称为信号链路)连接，因此该主控制器01可以通过该信号线将参考时钟信号发送至该至少一个节点设备02。该主控制器01通过信号线向至少一个节点设备02传输参考时钟信号以实现时钟同步的方式也可以称为硬同步。

图2是本申请实施例提供的一种主控制器与节点设备之间的同步误差的示意图。如图2 所示，由于主控制器01可以直接向节点设备02发送该参考时钟信号，因此可以确保该主控制器01与节点设备02之间进行时钟同步时的同步周期即为该参考时钟信号的周期。相应的，可以确保该主控制器01的时间与节点设备02的时间的误差(即同步误差)，能够缩减至与该参考时钟信号的脉冲宽度相等的级别，也即是，可以实现脉冲级的时钟同步。例如，假设该参考时钟信号的频率为1吉赫兹(GHz)，即该参考时钟信号的一个时钟周期为1纳秒(ns)。则主控制器01每1ns发出的参考时钟信号均可以引导该节点设备02修正其本地时钟，由此可以使得同步误差小于1ns。该ns级的同步误差基本上可以满足大部分实时控制场景的要求。

综上所述，本申请实施例提供了一种控制系统，该控制系统中的主控制器可以通过环形网络直接向至少一个节点设备发送参考时钟信号，使得至少一个节点设备可以基于该参考时钟信号的频率进行计时，由此实现主控制器与至少一个节点设备的时钟同步。相比于发送数据帧，直接发送参考时钟信号可以使得主控制器与至少一个节点设备的时钟同步精度提升至与参考时钟信号的脉冲宽度相等的精度，从而有效提高了时钟同步的精度。并且，由于该控制系统中的主控制器与至少一个节点设备可以依次连接形成环形网络，从而可以确保主控制器与至少一个节点设备之间交互信号时具有冗余的信号交互路径，确保了信号传输的可靠性。

又由于本申请实施例提供的控制系统中，该主控制器与至少一个节点设备之间的时间同步精度较高，因此可以确保对时间敏感的任务均可以由ECU上移至主控制器或节点设备执行，从而有效减少控制系统中ECU的数量，并简化ECU的功能(例如可以将ECU简化为路由器)。该控制系统的复杂度更低，灵活性更高。

可选地，该参考时钟信号可以为主控制器01的本地时钟信号，即该主控制器01可以直接将其本地时钟信号作为参考时钟信号发送至该至少一个节点设备02。

或者，该参考时钟信号可以为对该主控制器01的本地时钟信号进行分频得到的时钟信号。即该主控制器01可以先对其本地时钟信号进行分频得到参考时钟信号，然后再将该参考时钟信号发送至该至少一个节点设备02。

由于主控制器01中的晶体振荡器产生的源时钟信号的频率一般位于中频范围，因此该主控制器01的本地时钟信号可以是主控制器01中的锁相环(phase locked loop，PLL)根据预先配置的倍频值，对该源时钟信号进行倍频后生成的。又由于该主控制器01的PLL生成的本地时钟信号的频率一般较高，因此主控制器01可以将其本地时钟信号分频后得到参考时钟信号，以确保节点设备02能够支持该参考时钟信号的频率。

作为一种可选的实现方式，该至少一个节点设备02可以包括PLL，该至少一个节点设备02可以通过该PLL，基于该参考时钟信号的频率校正节点设备02的本地时钟信号的频率，使该节点设备02的本地时钟信号的频率与该参考时钟信号的频率保持目标比例。之后，该至少一个节点设备02即可按照其校正后的本地时钟信号的频率进行计时。节点设备02通过锁相环校正其本地时钟信号的频率，可以使其本地时钟信号的频率与该参考时钟信号的频率达到脉冲级的同步。

其中，该目标比例可以是节点设备02中预先配置的固定值，且该目标比例可以为两个正整数的比值。例如，若该目标比例为1，则节点设备02可以通过该PLL跟踪锁定该参考时钟信号的频率，使得节点设备02的本地时钟信号的频率与该参考时钟信号的频率相等。

作为另一种可选的实现方式，该节点设备02也可以直接按照该参考时钟信号的频率进行计时。也即是，节点设备02能够按照该参考时钟信号的节拍执行任务，而无需再对其本地时钟信号的频率进行校正。

在本申请实施例中，对于该节点设备02为从控制器的场景，该从控制器可以包括处理器，以及与该处理器连接的至少一个外围器件。该至少一个外围器件可以包括模数转换器(analog- to-digital converter，ADC)，定时器，脉冲宽度调制(pulse widthmodulation，PWM)电路以及通信接口等。其中，该处理器可以通过外围总线与该至少一个外围器件连接，并可以控制该至少一个外围器件执行任务。相应的，在该实现方式中，从控制器中的处理器可以直接按照参考时钟信号的频率控制外围器件执行任务。由此，可以实现该至少一个从控制器的外围总线任务同步，该同步方式也可以称为外围硬同步(peripheral hardware synchronization，PHS)。

可选地，该主控制器01，还可以用于在目标频率范围内调整该主控制器01的本地时钟信号的频率。也即是，该主控制器01可以对其本地时钟信号进行频率调制(frequencymodulation，FM)，简称调频。相应的，主控制器01向至少一个节点设备02发送的参考时钟信号也是经过调频后的时钟信号。其中，该目标频率范围可以为该主控制器01中预先存储的固定的频率范围。

通过对主控制器01的本地时钟信号进行调频，可以有效改善该控制系统中对频率较为敏感的电路(简称频率敏感电路)在任务执行过程中的EMC性能。其中，频率敏感电路可以包括通信电路和驱动电路(也可以称为功率输出电路)等。例如，假设该驱动电路为PWM电路，由于该PWM电路是基于参考时钟信号的频率输出PWM信号的，因此主控制器01对其本地时钟信号进行调频后，即相当于对该PWM信号也进行了调频，从而能够有效改善该PWM 电路的EMC性能。

图3是本申请实施例提供的一种频率敏感电路产生的传导信号或辐射信号的幅值随频率 f变化的示意图，其中幅值的单位为分贝毫伏(dBmv)。参考图3可以看出，主控制器01在对其本地时钟信号进行调频之前，频率敏感电路产生的传导信号或辐射信号的幅值较高，频谱较窄。而主控制器01在对其本地时钟信号进行调频之后，可以将频率敏感电路产生的传导信号或辐射信号的幅值降低，并将频谱展宽，从而有效改善频率敏感电路的EMC性能。

可选地，该主控制器01，还可以用于通过该环形网络向该至少一个节点设备02发送同步信号；相应的，该至少一个节点设备02，还可以用于根据接收到的同步信号，校正该节点设备02的本地时钟的时间。也即是，基于本申请实施例提供的方案，主控制器01与至少一个节点设备02之间不仅可以实现时钟频率的同步，还可以实现时间的同步。其中，该同步信号的频率可以远小于该参考时钟信号的频率，且该参考时钟信号的频率可以为该同步信号的频率的整数倍。例如，该参考时钟信号的频率可以为1GHz，该同步信号的频率则可以为1千赫兹(KHz)。

示例的，假设该同步信号的频率为1KHz，即主控制器01每隔1ms发送一个同步信号的脉冲。则节点设备02在每次接收到该同步信号的脉冲后，均可以将其本地时钟的时间校正为距离当前时间最接近，且为ms的整数倍的数值。例如，假设节点设备02接收到同步信号的脉冲时，其本地时钟的时间为100.001ms，则该节点设备02可以将其本地时钟的时间校正为 100ms。

作为一种可选的实现方式，该环形网络中的主控制器01可以通过时钟信号线与该至少一个节点设备02连接。即该主控制器01与节点设备02之间，以及相邻两个节点设备02之间均通过时钟信号线连接。在该实现方式中，该主控制器01可以用于通过该时钟信号线，向至少一个节点设备02发送该同步信号和该参考时钟信号。也即是，主控制器01可以通过一条时钟信号线向至少一个节点设备02发送该同步信号和该参考时钟信号的复合信号(也可以称为叠加信号)。

相应的，该至少一个节点设备02，可以用于根据接收到的信号的幅度和/或脉冲宽度，从接收到的信号中分别获取该同步信号和该参考时钟信号。

例如，参考图4，该同步信号的脉冲宽度可以与该参考时钟信号的脉冲宽度相同，且主控制器01将可以将该参考时钟信号和同步信号的幅度相加后生成复合信号。相应的，该至少一个节点设备02接收该复合信号的过程中，若检测到幅度大于参考时钟信号的幅度的脉冲，则可以确定接收到了同步信号的脉冲。

或者，参考图5，该同步信号的脉冲宽度可以与该参考时钟信号的脉冲宽度相同，且主控制器01将可以将该参考时钟信号和同步信号的幅度相减生成复合信号。相应的，该至少一个节点设备02接收该复合信号的过程中，若检测到幅度小于参考时钟信号的幅度的脉冲，或者在一个时钟周期内未检测到脉冲，则可以确定接收到了同步信号。

也即是，对于主控制器01将该参考时钟信号和同步信号的幅度相加或相减后生成复合信号的场景，该至少一个节点设备02可以基于复合信号的幅度，从该复合信号中分离出参考时钟信号和同步信号。

又或者，参考图6，该同步信号的脉冲宽度可以大于该参考时钟信号的脉冲宽度，例如，该同步信号的脉冲宽度可以是参考时钟信号的脉冲宽度的整数倍。主控制器01可以将该参考时钟信号和同步信号在时域相加以生成复合信号。相应的，该至少一个节点设备02接收该复合信号的过程中，若检测到某个脉冲周期内的脉冲宽度大于该参考时钟信号的脉冲宽度，则可以确定接收到了该同步信号的脉冲。也即是，该至少一个节点设备02可以基于复合信号的脉冲宽度，从该复合信号中分离出参考时钟信号和同步信号。

上述实现方式中，主控制器01通过一条时钟信号线传输同步信号和参考时钟信号的复合信号，可以避免增加环形网络中相邻器件之间的信号线的数量，简化控制系统的结构。

应理解的是，在上述实现方式中，该环形网络中相邻两个器件之间连接的时钟信号线可以为既能够传输数据，又能够传输时钟信号的信号线。例如，该信号线可以为以太网线。或者，对于时间敏感型网络(time sensitive network，TSN)，该环形网络中相邻两个器件之间可以既连接有用于传输数据的数据信号线，又连接有专用于传输参考时钟信号的时钟信号线。

作为另一种可选的实现方式，该环形网络中的主控制器01可以通过时钟信号线和同步信号线与该至少一个节点设备02连接。即该主控制器01与节点设备02之间，以及相邻两个节点设备02之间均连接有时钟信号线和同步信号线。在该实现方式中，参考图7，该主控制器01可以用于通过该时钟信号线向该至少一个节点设备02发送该参考时钟信号，以及用于通过该同步信号线向该至少一个节点设备02发送该同步信号。该至少一个节点设备02，可以通过该时钟信号线接收参考时钟信号，并通过该同步信号线接收同步信号。

该主控制器01通过不同的信号线分别传输同步信号和参考时钟信号，可以使得该至少一个节点设备02无需再从接收到的复合信号中解析同步信号和参考时钟信号，由此降低了节点设备02接收同步信号和参考时钟信号时的复杂度。

可选地，如图8所示，该控制系统还可以包括：至少一个传感器03和至少一个执行器 04。该至少一个传感器03可以与该主控制器01或一个节点设备02连接，该至少一个执行器 04可以与该主控制器01或一个节点设备02连接。其中，该传感器03可以为图像传感器、速度传感器、温度传感器、压力传感器、激光雷达或超声波雷达等。该执行器04可以为电机，阀门，开关或继电器等。

对于该至少一个节点设备02为至少一个从控制器的场景，该主控制器01所需执行的任务和该至少一个从控制器02所需执行的任务均可以包括下述任务中的一种或多种：数据传输任务、数据处理任务、指令的发送任务以及驱动信号的输出任务。其中，该指令可以用于指示传感器03采集数据，或者用于指示向执行器04输出驱动信号。相应的，数据传输可以是指：传输传感器03采集的数据；数据处理可以是指：处理传感器03采集的数据。

在本申请实施例中，该控制系统中的控制器(可以为主控制器01，也可以为从控制器02) 可以直接生成驱动信号，并且向其所连接的执行器04输出该驱动信号，以驱动该执行器04 工作。或者，控制器可以通过驱动电路与执行器04连接，控制器在需要驱动执行器04工作时，可以向该驱动电路发送用于指示输出驱动信号的指令。驱动电路进而可以基于该指令向执行器04输出驱动信号，以驱动执行器04工作。

可选地，该主控制器01还可以用于：确定该主控制器01所需执行的任务以及任务的执行时刻，确定该至少一个从控制器02所需执行的任务以及任务的执行时刻，在该主控制器01 所需执行的任务的执行时刻执行任务，以及通过该环形网络向该至少一个从控制器02发送任务调度表。其中，该至少一个从控制器02接收到的任务调度表可以包括：该至少一个从控制器02所需执行的任务，以及任务的执行时刻。

相应的，该至少一个从控制器02，可以根据该任务调度表，在其所需执行的任务对应的执行时刻执行任务。

在本申请实施例中，该主控制器01可以采用时分任务(time division task，TDT)技术对该主控制器01以及该至少一个从控制器02所需执行的任务进行统一规划和调度，将不同控制器所需执行的任务分配至不同的时隙。由此，使得该主控制器01以及至少一个从控制器02 可以按照该预先设定的任务调度表有序执行各项任务，避免多个任务同时执行时出现资源抢占或竞争等问题，确保各个任务能够有序高效的执行。

示例的，假设该某个控制器(可以为主控制器01也可以为从控制器02)所需执行的任务包括指令的发送任务，以及数据传输任务，且该指令用于指示传感器03采集数据。则该任务调度表中记录的指令的发送任务的执行时刻即为采集时间点，该数据传输任务的执行时刻即为数据的发送时间点。相应的，该控制器可以在检测到该采集时间点到达时，自动向其所连接的传感器03发送指令，以指示该传感器03采集数据。并且，该控制器在获取到该传感器 03采集的数据后，可以在检测到该发送时间点到达时，自动发送该数据。

应理解的是，若控制系统中包括需同步采集数据的多个不同类型的传感器03，则主控制器01可以将用于指示上述传感器03采集数据的任务的执行时刻设置为同一时刻。也即是，环形网络中的控制器可以在同一时刻向上述传感器03发送用于指示采集数据的指令。

示例的，控制系统中需要同步采集数据的传感器可以包括：采集永磁同步电机(permanent- magnet synchronous motor，PMSM)磁场定向控制(field orientedcontrol，FOC)时的转子位置的传感器，以及采集相电流物理依赖性信号的传感器；或者，可以包括：激光雷达，超声波雷达以及可见光图像传感器等用于采集融合数据的传感器；又或者，可以包括：用于冗余校验的多个传感器。

可选地，该主控制器01，还可以用于生成任务调度总表，该任务调度总表可以包括：该主控制器01所需执行的任务和任务的执行时刻，以及该至少一个从控制器02所需执行的任务和任务的执行时刻。并且，该主控制器01向每个从控制器02发送的任务调度表可以为该任务调度总表。对于主控制器01向每个从控制器02直接发送任务调度总表的场景，可以确保每个从控制器02均能获取到其他从控制器02所需执行的任务以及任务的执行时刻，从而便于在主控制器01故障时，任一从控制器02均能够基于该任务调度总表对控制系统中各个控制器所需执行的任务进行统一的调度和管理，即任一从控制器02均能够基于该任务调度总表快速接替该主控制器01工作。

或者，该主控制器01向每个从控制器02发送的任务调度表可以仅包括该从控制器02所需执行的任务，以及任务的执行时刻，而无需包括其他从控制器02所需执行的任务，以及任务的执行时刻。由此，避免从控制器02从任务调度表中确定其所需执行的任务的执行时刻时，被其他控制器所需执行的任务干扰。

示例的，假设如图9所示，该控制系统包括主控制器E5，以及四个从控制器E1至E4。则该主控制器E5生成的任务调度总表可以如表1所示。参考表1可以看出，从控制器E1需要在t1时刻执行任务task1，从控制器E3需要在t4时刻执行任务task4，并需要在t5时刻执行任务task5。则该主控制器E5可以将表1所示的任务调度总表分别发送至从控制器E1至从控制器E4，或者，主控制器E5也可以仅向每个从控制器针对性的发送表1的部分内容。例如，主控制器E5向从控制器E1发送的任务调度表可以仅包括任务task1，以及该任务task1 的执行时刻t1；主控制器E5向从控制器E4发送的任务调度表可以仅包括任务task6，以及该任务task6的执行时刻t6。

表1

可选地，该控制系统中的主控制器01和至少一个从控制器02中的每个控制器均可以与物理上离其较近的传感器03和/或执行器04连接。不同控制器可以加载不同的软件模块和操作系统，但不同控制器的通信接口可以相同，且该不同控制器的计算资源可以共享。

相应的，该主控制器01还可以用于：将数据处理总任务划分为多个数据处理任务，并根据该主控制器01的负载和该至少一个从控制器02的负载，确定该主控制器01所需执行的数据处理任务，以及确定该至少一个从控制器02所需执行的数据处理任务。

也即是，对于需要较多计算资源的数据处理总任务，该主控制器01可以调度环形网络中的多个控制器来协同执行该数据处理总任务。由此，可以实现数据处理任务的分布式执行，进而可以在提高任务执行效率的基础上，提高控制器的计算资源的利用率。

并且，在本申请实施例中，该主控制器01还可以根据各数据处理任务的重要程度，功能需求，安全性要求和性能影响程度动态地调配数据处理任务，从而有效提高了任务调度的灵活性，实现了对各控制器的计算资源的合理利用。

可选地，该控制系统中的从控制器02中还可以存储有优先级列表，该优先级列表包括该至少一个从控制器02的优先级。该至少一个从控制器02还可以用于：若确定该主控制器01 故障，或者该主控制器01所连接的任一信号线故障，则基于该优先级列表，从该至少一个从控制器02中确定一个新的主控制器。之后，即可由该新的主控制器对控制系统中的多个控制器进行统一调度管理，即该控制系统的主控权可以被移交至该新的主控制器，以确保该控制系统依旧能够正常运行。

示例的，结合图9，假设该优先级列表中4个从控制器E1至E4的优先级为：E4＞E3＞E2＞E1，则当主控制器E5故障时，从控制器E4可以代替该主控制器E5工作。

应理解的是，该主控制器01中也可以存储有该优先级列表。并且，该优先级列表除了记录有该至少一个从控制器02的优先级，还可以记录有该主控制器01的优先级，且该主控制器01的优先级可以高于该至少一个从控制器02的优先级。由此，可以确保该主控制器01从故障状态恢复后能够再次获取该控制系统的主控权。

可选地，该主控制器01和至少一个从控制器02中均配置有故障检测算法，该主控制器 01和至少一个从控制器02可以基于该故障检测算法，检测该主控制器01或主控制器01所连接的信号线是否故障。例如，该主控制器01可以按照预设的周期，周期性地向该至少一个从控制器02发送心跳消息。若在某个周期内，该至少一个从控制器02均未接收到该心跳消息，则该至少一个从控制器02可以确定该主控制器01故障。若在某个周期内，部分从控制器02未接收到该心跳消息，而其余的从控制器02接收到了该心跳消息，则该至少一个从控制器02可以确定该主控制器01未故障，但该主控制器01与部分从控制器02之间的信号线故障。

在本申请实施例中，该控制系统中的控制器(可以是主控制器01也可以是从控制器02) 接收到其他控制器发送的数据后，可以将接收到的数据的标识(identification，ID)与自身的 ID进行比较。若数据的ID与控制器的ID相同，则控制器可以对接收的数据进行接收处理；若数据的ID与控制器的ID不同，则控制器可以对接收的数据进行转发。并且，为了确保数据能够有效传输至接收端，该控制器还可以先对该数据进行驱动(例如整形和放大)后再进行转发。

可选地，该环形网络可以采用共享式总线的方式传输数据。即每一时刻，该主控制器01 和至少一个从控制器02中只有一个控制器能够作为发送端发送数据，其余控制器均作为接收端仅接收数据。例如，在某个时刻仅从控制器E1能够发送数据，从控制器E2至从控制器E4，以及主控制器E5均接收数据。或者，该环形网络也可以为分组网络，即该控制系统包括的主控制器01和至少一个从控制器02可以划分为多组，每组包括至少两个控制器。每一时刻，不同组内的控制器可以同时交互数据。例如，假设从控制器E1和从控制器E2为一组，从控制器E3和从控制器E4为一组。则在某个时刻，从控制器E1可以向从控制器E2发送数据，同时从控制器E3可以向从控制E4发送数据。

可选地，该控制系统中的控制器(可以是主控制器01也可以是从控制器02)还可以用于：通过该环形网络向其他控制器发送目标数据；若未接收到经过该环形网络传输后的目标数据，或者接收到的经过该环形网络传输后的目标数据与该控制器发送的目标数据不一致，则对该环形网络进行故障检测，和/或，重新发送该目标数据。

其中，该目标数据可以为对安全性要求较高，且需要环形网络包括的多个控制器共享的数据，例如该目标数据可以包括车速。也即是，主控制器01或从控制器02在向环形网络发送的对安全性较高的目标数据后，均可以检测环形网络中的其他控制器是否正确接收到了该目标数据。由此，可以确保该目标数据能够可靠传输至接收方。

示例的，假设该环形网络包括主控制器01和m-1个从控制器01，即该环形网络共包括 m个控制器，则该环形网络中的控制器发送的目标数据均需通过m次转发才能再次传回至该控制器。其中，m为大于1的整数。若相邻两个控制器之间传输目标数据所需的时长为n个时钟周期，则该环形网络中的控制器在发出目标数据后，可以检测在n×m个时钟周期后接收到的数据与该目标数据是否一致，以验证数据完整性。若控制器在n×m个时钟周期后未接收到数据，或者接收到的数据与该目标数据不一致，则可以对该环形网络进行故障检测，和/或，重新发送该目标数据。

其中，控制器对环形网络进行故障检测的过程可以包括：控制器向环形网络中的其他控制器发送检测数据，环形网络中的其他控制器接收到该检测数据后向该检测数据的发送方反馈应答数据。最后，该检测数据的发送方即可根据接收到的应答数据，确定存在故障的控制器，或者，存在故障的信号线。

对于该至少一个节点设备02为从控制器的场景，如图8所示，该控制系统还可以包括：至少一个第一路由器05，该第一路由器05的第一端口051与该主控制器01或者该从控制器 02连接，该第一路由器05的第二端口052与至少一个传感器03和/或至少一个执行器04连接。其中，该第一端口051的数据传输速率低于该环形网络的数据传输速率，该第二端口052 的数据传输速率低于该第一端口051的数据传输速率。

与该至少一个第一路由器05连接的控制器，还用于对环形网络中传输的参考时钟信号的频率进行分频，并向该至少一个第一路由器05发送该分频后的参考时钟信号。

该至少一个第一路由器05，可以用于根据接收到的分频后的参考时钟信号的频率计时并执行任务。其中，该至少一个第一路由器05执行的任务至少可以包括：通过该第二端口052 与其所连接的控制器交互数据，以及通过该第一端口051与其所连接的至少一个传感器03和 /或至少一个执行器04交互数据。

基于上文描述可知，该主控制器01和从控制器02可以按照较高的数据传输速率在环形网络中传输数据，并按照较高的频率计时。并且，与该第一路由器05连接的主控制器01或从控制器02可以将数据传输速率降低后向该第一路由器05传输数据，以及可以将参考时钟信号的频率降低后发送至该第一路由器05。同理，该第一路由器05可以将数据传输速率提高后向其所连接的控制器发送数据。

因此，在本申请实施例中，对数据传输速率要求较高的传感器03(例如图像传感器)和 /或执行器04可以直接与该环形网络中的控制器连接，并由该控制器按照较高的参考时钟信号的频率发送指令，以及按照较高的数据传输速率传输数据。对数据传输速率要求一般的传感器03(例如声音传感器)和/或执行器04则可以与该第一路由器05连接，并由该第一路由器05按照中等的参考时钟信号的频率发送指令，以及按照中等的数据传输速率传输数据。由此，本申请实施例提供的控制系统可以兼容不同类型的传感器和执行器，有效提高了该控制系统的应用灵活性。

继续参考图8，该控制系统还可以包括：至少一个第二路由器06，该第二路由器06的第三端口061与该第一路由器05的第二端口052连接，该第二路由器06的第四端口062与至少一个传感器03和/或至少一个执行器04连接。其中，该第三端口061的数据传输速率等于该第二端口052的数据传输速率，该第四端口062的数据传输速率则可以低于该第三端口061 的数据传输速率。

与该第二路由器06连接的第一路由器05，还可以用于对通过该第一端口051接收到的参考时钟信号的频率进行分频，并通过第二端口052向其所连接的第二路由器06发送分频后的参考时钟信号。

该至少一个第二路由器06，可以用于根据该第一路由器05发送的参考时钟信号的频率计时并执行任务。该第二路由器06执行的任务至少可以包括：通过该第三端口061与该至少一个第一路由器05交互数据，以及通过该第四端口062与其所连接的至少一个传感器03和 /或至少一个执行器04交互数据。

基于上文描述可知，该第一路由器05可以将数据传输速率降低后向该第二路由器06传输数据，以及可以将参考时钟信号的频率降低后发送至该第二路由器06。同理，该第二路由器06可以将数据传输速率提高后向该第一路由器05发送数据。因此在该控制系统中，对数据传输速率要求较低的传感器03(例如水温传感器)和/或执行器04可以与该第二路由器06 连接，并由该第二路由器06按照较低的参考时钟信号的频率发送指令，以及按照较低的数据传输速率传输数据。

基于上述数据传输速率，以及参考时钟信号的频率的大小关系可知，该环形网络可以称为高速环网，该第一路由器05可以称为中速路由器，该第二路由器06可以称为低速路由器。也即是，该控制系统以环形网络中的主控制器01和至少一个从控制器02为根节点，通过级联的各级路由器组合成树状结构。可以理解的是，该控制系统还可以包括与该第二路由器06 连接的更多低级别的其他路由器，本申请实施例对此不做限定。

本申请实施例提供的控制系统，可以通过该第一路由器05和第二路由器06，逐级降低数据传输速率以及参考时钟信号的频率，使得环形网络中的控制器(包括主控制器01和从控制器02)、第一路由器05和第二路由器06可以按照不同的参考时钟信号的频率执行指令。由此，有效提高了该控制系统的应用灵活性和兼容性。并且，通过设置多个不同级别的路由器，可以确保数据传输速率和参考时钟信号的频率平滑过渡，进而确保数据传输的稳定性。

应理解的是，该控制系统中，主控制器01、从控制器02以及第一路由器05均可以按照预先配置的分频值对参考时钟信号进行分频。例如，参考图10，假设主控制器01向环形网络中的至少一个从控制器02发送的参考时钟信号的频率为F1，则环形网络中的任一控制器向其所连接的第一路由器05发送的参考时钟信号的频率F2可以满足：F2＝F1/N1，第一路由器05向第二路由器06发送的参考时钟信号的频率F3可以满足：F3＝F2/N2。其中，N1和N2 均可以为大于1的整数，且N1和N2可以相等，也可以不等。例如，该频率F1的取值范围可以为1GHz至10GHz，该频率F2的取值范围可以为100兆赫兹(MHz)至500MHz，该频率F3的取值范围可以为10MHz至20MHz。

相应的，如图11所示，环形网络中的主控制器01和至少一个从控制器02即可基于频率为F1的参考时钟信号执行高速任务，该至少一个第一路由器05即可基于频率为F2的参考时钟信号执行中速任务，该至少一个第二路由器06即可基于频率为F3的参考时钟信号执行低速任务。

还应理解的是，该主控制器01中配置的分频值，该至少一个从控制器02中配置的分频值，以及该第一路由器05中配置的分频值，均可以是主控制器01根据待执行的任务的速率需求动态配置的。

在本申请实施例中，该主控制器01可以根据待执行的任务的速率要求，将不同速率要求的任务分配至不同级别的器件(包括主控制器、从控制器、第一路由器以及第二路由器)执行。并且，任务的执行时隙(即执行时刻)可以由主控制器01动态调配，从而有效提高了任务执行的灵活性。并且，从控制器02、第一路由器05以及第二路由器06在任务执行过程中，还可以对任务的运行时间进行监测，并将监测结果上报至主控制器01。主控制器01在需要分配新的任务时，即可根据任务调度总表中的时序，接收到的任务的监测结果，以及环形网络中各控制器的负载，确定用于执行该新的任务的控制器，以及该新的任务的执行时刻。由此，可以实现控制系统中计算资源以及通信资源的动态调配。

还应理解的是，对于该至少一个第一路由器05和该至少一个第二路由器06中的任一路由器，若该路由器接收到的指令为用于指示采集数据的指令，则该路由器可以直接向其所连接的传感器03转发该指令，以指示该传感器03采集数据。若该路由器接收到的指令为用于指示输出驱动信号的指令，且该路由器包括驱动电路，则该路由器可以直接执行该指令。即该路由器可以基于接收到的参考时钟信号的频率，向其所连接的执行器04输出驱动信号。若该路由器接收到的指令为用于指示输出驱动信号的指令，且该路由器中不包括驱动电路，则该路由器可以直接向该执行器04的驱动电路转发该指令。驱动电路接收到该指令后即可生成驱动信号，并向执行器04输出该驱动信号。

应理解的是，在本申请实施例中，主控制器01和从控制器02均可以连接一个或多个第一路由器05，每个第一路由器05也可以连接一个或多个第二路由器06。例如，参考图12，从控制器E1至E4中的每个从控制器均连接有两个第一路由器。例如从控制器E1连接有两个第一路由器M1，从控制器E2连接有两个第一路由器M2。主控制器E5连接有一个第一路由器M5。并且，第一路由器M1至第一路由器M4中的每个第一路由器均连接有三个第二路由器。例如，第一路由器M1连接有三个第二路由器L1，第一路由器M4连接有三个第二路由器L4。第一路由器M5则未连接第二路由器。

对于该至少一个节点设备02为至少一个第一路由器02的场景，参考图13，该控制系统中的至少一个传感器03可以与该主控制器01或该至少一个第一路由器02连接，该控制系统中的至少一个执行器04可以与该主控制器01或该至少一个第一路由器02连接。

该主控制器01所需执行的任务可以包括下述任务中的一种或多种：数据传输任务、数据处理任务、指令的发送任务以及驱动信号的输出任务。该至少一个第一路由器02所需执行的任务可以包括下述任务中的一种或多种：数据传输任务、指令的发送任务以及驱动信号的输出任务。其中，该指令可以用于指示传感器03采集数据，或者用于指示向执行器04输出驱动信号。

对于该至少一个节点设备02为至少一个第一路由器02的场景，该主控制器01可以实现对控制系统中各器件的集中式控制。由于大部分的软件功能均可以上移至该主控制器01，因此传统的ECU可以转变为第一路由器02。该第一路由器02仅需根据主控制器01的指令按照严格的时序采集数据和输出驱动信号，或者转发指令即可。由此，相比于传统的ECU，该第一路由器02的硬件结构可以有效简化，成本可以显著降低。例如，该第一路由器02仅需保留模拟放大电路、ADC、定时器、PWM电路以及通信接口等电路，而无需保留处理器等用于实现数据处理的电路。

可选地，如图13所示，该第一路由器02可以通过其第一端口021与该主控制器01连接，即该第一路由器02可以通过其第一端口021接入环形网络。并且，该控制系统还可以包括：至少一个第二路由器06。该第二路由器06的第三端口061与一个第一路由器02的第二端口022连接，该第二路由器的第四端口062与至少一个传感器03和/或至少一个执行器04 连接。其中，该第一端口021的数据传输速率等于该环形网络的数据传输速率，该第二端口022的数据传输速率低于该第一端口061的数据传输速率，该第三端口061的数据传输速率等于该第二端口022的数据传输速率，该第四端口062的数据传输速率低于该第三端口061的数据传输速率。

并且，与该第二路由器06连接的第一路由器02还可以用于：对该参考时钟信号的频率进行分频，并向该第二路由器06发送分频后的参考时钟信号。

该至少一个第二路由器06，可以用于根据该第一路由器02发送的参考时钟信号的频率计时并执行任务。该至少一个第二路由器06执行的任务至少可以包括：通过该第三端口061 与该至少一个第一路由器02交互数据，以及通过该第四端口062与其所连接的至少一个传感器03和/或至少一个执行器04交互数据。

示例的，如图14所示，该控制系统可以包括主控制器E5，以及第一路由器H1至H4共4个第一路由器。其中，每个第一路由器还连接有两个第二路由器。例如第一路由器H1连接有两个第二路由器M1，第一路由器H3连接有两个第二路由器M3。

应理解的是，对于该至少一个节点设备02为第一路由器的场景，该控制系统还可以包括与该第二路由器06连接的至少一个第三路由器。相应的，该第二路由器06可以对第一路由器02发送的参考时钟信号的频率进行分频后发送至该第三路由器。该第三路由器进而可以基于第二路由器06发送的参考时钟信号的频率计时并执行任务。

示例的，参考图14，该每个第二路由器均连接有三个第三路由器。例如，第二路由器M2 连接有三个第三路由器L2，第二路由器M4连接有三个第三路由器L4。可以理解的是，该控制系统还可以包括与该第三路由器连接的更多低级别的其他路由器，本申请实施例对此不做限定。

基于上述数据传输速率，以及参考时钟信号的频率的大小关系可知，该控制系统中的第一路由器02可以称为高速路由器，第二路由器06可以称为中速路由器，第三路由器可以称为低速路由器。也即是，该控制系统能够以主控制器01作为集中控制器，并以该主控制器01 和至少一个第一路由器02为根节点，通过第二路由器和第三路由器等其他低级别的路由器组合成树状结构。

可选地，在本申请实施例中，主控制器01还可以监控主控制器01执行任务的执行时刻，以及节监控节点设备02执行任务的执行时刻。例如，该主控制器01可以通过监视定时器(watchdog timer)，也称为看门狗定时器，监控任务的执行时刻。该主控制器01还可以用于：若检测到任一任务未按照该任一任务的执行时刻执行，则执行故障响应操作。该故障响应操作可以包括下述操作中的一种或多种：

重新启动用于执行该任一任务的器件，该器件可以为该主控制器01或该至少一个节点设备02；

重新启动用于执行该任一任务的器件所连接的传感器03和/或执行器04；

执行该主控制器01中配置的安全任务。

其中，该安全任务是指能够使得该控制系统进入安全状态的任务。根据应用场景的不同，该安全任务的类型有所不同。例如，对于车辆控制系统，该安全任务可以为冗余切换任务、减速任务或靠边停车任务。对于其他类型的控制系统，该安全任务可以为冗余切换任务、系统诊断和保护任务等。

该冗余切换任务可以是指：将用于执行该任一任务的器件所需执行的任务分配至其他器件。例如，主控制器01若确定用于执行该任一任务的从控制器为故障控制器，并可以指示其他从控制器分担该故障的从控制器的相关任务。可选地，该主控制器01还可以根据重新启动后的器件的状态，或者，根据重新启动后的传感器03和/或执行器04的状态，确定是否指示上述重新启动后的器件重新执行该任一任务。

示例的，假设表1所示的任务调度总表中，t6＞t5，若主控制器01检测到任务task6由于执行时刻错误导致在任务task5之前执行，则可以重启该从控制器E4，或者重启该从控制器 E4所连接的传感器03和执行器04。本申请实施例提供的控制系统中，由于主控制器01在检测到任务的执行时刻出错时可以及时执行故障响应操作，从而能够有效确保控制系统的安全性和可靠性。

可选地，本申请实施例提供的控制系统中，该主控制器01可以包括：主控制模块，以及与该主控制模块连接的副控制模块。该至少一个节点设备02可以包括：主节点模块，以及与该主节点模块连接的副节点模块。并且，该环形网络可以包括第一环形子网和第二环形子网。该第一环形子网包括该主控制模块以及该至少一个节点设备02的主节点模块，该第二环形子网包括该副控制模块以及该至少一个节点设备02的副节点模块。也即是，该主控制模块和该至少一个节点设备02中的主节点模块可以依次连接形成该环形网络中的第一环形子网；该副控制模块和该至少一个节点设备02中的副节点模块可以依次连接形成该环形网络中的第二环形子网。

其中，该主控制模块与该副控制模块的功能可以相同，且该两个控制模块可以并行工作。并且，该主控制模块和该副控制模块中的每个控制模块可以为一个处理芯片。同理，该主节点模块与该副节点模块的功能可以相同，且该两个节点模块可以并行工作。并且，若该节点设备02为从控制器，则该主节点模块和该副节点模块中的每个节点模块可以为一个处理芯片。若该节点设备02为第一路由器，则该主节点模块和该副节点模块中的每个节点模块可以为一个转发芯片。

示例的，参考图9、图12和图14，该主控制器E5包括主控制模块E5(A)和副控制模块E5(B)。对于该节点设备02为从控制器的场景，如图9和图12所示，该从控制器E1至从控制器E4中，从控制器Em包括主节点模块Em(A)和副节点模块Em(B)。对于该节点设备02 为第一路由器的场景，如图14所示，该第一路由器H1至第一路由器H4中，第一路由器Hm 包括主节点模块Hm(A)和副节点模块Hm(B)。其中，m为该4个节点设备02的编号，即m 为大于等于1，且小于等于4的整数。例如，该从控制器E1包括主节点模块E1(A)和副节点模块E1(B)。

参考图9，以该节点设备02为从控制器为例，该主控制模块E5(A)和4个从控制器的主节点模块可以通过信号线X15(A)、X12(A)、X23(A)、X34(A)以及X45(A)依次连接，从而形成环形网络中的第一环形子网。该副控制模块E5(B)和4个从控制器的副节点模块可以通过信号线X15(B)、X12(B)、X23(B)、X34(B)以及X45(B)依次连接，从而形成环形网络中的第二环形子网。

本申请实施例提供的控制系统中，由于副控制模块的功能与主控制模块的功能可以相同，副节点模块的功能与主节点模块的功能也可以相同，因此该副控制模块也可以称为冗余的控制模块，该副节点模块也可以称为冗余的节点模块。相应的，该副控制模块与主控制模块之间的信号线，以及该主节点模块与副节点模块之间的信号线也均可以称为冗余信号线。通过采用冗余的控制模块和冗余的节点模块，可以确保该主控制器和节点设备工作时的可靠性，进而提高该整个控制系统的可靠性。

应理解的是，该主控制器01中的主控制模块和副控制模块均具有各自的本地时钟信号，并且，该参考时钟信号可以基于该主控制器01的主控制模块的本地时钟信号得到。也即是，该主控制器01中的主控制模块的本地时钟信号可以作为整个控制系统的时钟基准。例如，该参考时钟信号可以为该主控制器01的主控制模块的本地时钟信号，或者该参考时钟信号可以为对该主控制器01的主控制模块的本地时钟信号进行分频得到的时钟信号。

相应的，该主控制器01的主控制模块，可以用于通过该第一环形子网向该至少一个节点设备02的主节点模块发送该参考时钟信号，以及用于向该主控制器01的副控制模块发送该参考时钟信号。

该主控制器01中的副控制模块，用于通过该第二环形子网向该至少一个节点设备02的副节点模块发送该参考时钟信号。或者，该至少一个节点设备02中的主节点模块，可以用于向其所连接的副节点模块发送该参考时钟信号。也即是，节点设备02中的副控制模块所接收到的参考时钟信号，可以是与其连接的主节点模块发送的，也可以是主控制器01中的副控制模块通过该第二环形子网发送的。

示例的，图15示出了一种时钟同步路径的示意图，参考图15，该主控制器E5的主控制模块E5(A)可以分别向副控制模块E5(B)、从控制器E1的主节点模块E1(A)以及从控制器E4 的主节点模块E4(A)发送参考时钟信号。之后，该从控制器E1的主节点模块E1(A)可以将该参考时钟信号分别发送至副节点模块E1(B)以及从控制器E2的主节点模块E2(A)。同理，该从控制器E4的主节点模块E4(A)也可以将该参考时钟信号分别发送至副节点模块E4(B)以及从控制器E3的主节点模块E3(A)。最后，从控制器E2的主节点模块E2(A)可以将该参考时钟信号发送至副节点模块E2(B)，从控制器E3的主节点模块E3(A)可以将该参考时钟信号发送至副节点模块E3(B)。由此，即可实现整个控制系统的时钟同步。

应理解的是，该第一环形子网和第二环形子网中传输的信号(包括参考时钟信号、数据以及指令等)的传输方向可以相同，也可以不同。例如，第一环形子网中传输的信号的传输方向可以为顺时针方向，第二环形子网中传输的信号的传输方向可以为逆时针方向。

结合图15可以看出，该控制系统中，主控制器01中的控制模块(可以是主控制模块，也可以是副控制模块)传输信号时的传输方向可以包括三种：在环形子网中顺时针传输、在环形子网中逆时针传输以及向另一控制模块传输。节点设备02中的节点模块(可以是主节点模块，也可以是副节点模块)传输信号时的传输方向也包括三种：在环形子网中顺时针传输、在环形子网中逆时针传输以及向另一节点模块传输。其中，控制模块和节点模块实际传输信号时的传输方向可以由主控制器01中的主控制模块控制。或者，对于该节点设备02为从控制器的场景，节点模块传输信号时的传输方向可以由该节点模块根据其检测到的故障情况确定。比如，节点模块在检测到自身的某个接口故障或某个接口所连接的信号线故障时，可以关断该接口，例如可以将该接口设置为非激活(down)状态，并通过其他接口传输信号。

在本申请实施例中，该控制系统包括的至少一个传感器03可以划分为第一类传感器和第二类传感器，该第一类传感器的功能安全完整性等级可以高于该第二类传感器的功能安全完整性等级。其中，该第一类传感器可以分别与主控制器01中的主控制模块和该副控制模块连接，或者，可以分别与节点设备02中的主节点模块和副节点模块连接。该第二类传感器则可以与该主控制模块、该副控制模块、该主节点模块和该副节点模块中的一个模块连接。

也即是，功能安全完整性等级较高的第一类传感器可以与主控制器01中的两个控制模块均连接，或与节点设备02中的两个节点模块均连接。而功能安全完整性等级较低的第二类传感器则可以仅与主控制器01或节点设备02中的一个模块连接。

同理，该至少一个执行器04可以包括：第一类执行器和第二类执行器，该第一类执行器的功能安全完整性等级高于该第二类执行器的功能安全完整性等级。其中，该第一类执行器可以分别与该主控制模块和该副控制模块连接，或者，分别与主节点模块和副节点模块连接。该第二类执行器则可以与该主控制模块、该副控制模块、该主节点模块和该副节点模块中的一个模块连接。

也即是，功能安全完整性等级较高的第一类执行器可以与主控制器01中的两个控制模块均连接，或与节点设备02中的两个节点模块均连接，而功能安全完整性等级较低的第二类执行器则可以仅与主控制器01或节点设备02中的一个模块连接。

示例的，对于车辆控制系统，该第一类传感器可以包括速度传感器、刹车传感器、转向传感器、图像传感器以及安全气囊传感器等，该第二类传感器可以包括温度传感器等。该第一类执行器可以包括制动系统电机和转向系统电机等，该第二类执行器可以包括摇窗电机和音箱的驱动电路等。

本申请实施例提供的方案，将功能安全完整性等级较高的器件与主控制器01的两个控制模块均连接，或者与节点设备02的两个节点模块均连接，可以确保数据采集以及指令执行的可靠性，从而提高该控制系统的安全性。而对于功能安全完整性等级较低的器件，仅将其与主控制器01或节点设备02中的一个控制模块连接，可以简化控制系统的架构，降低系统的复杂度。

可选地，参考图9和图15，该控制系统还可以包括：第一电源A0(A)和第二电源A0(B)。该第一电源A0(A)可以分别与主控制器01中的主控制模块以及该至少一个节点设备02中的主节点模块连接，用于为该主控制模块和该至少一个节点设备02中的主节点模块供电。该第二电源A0(B)可以分别与主控制器01中的副控制模块以及该至少一个节点设备02中的副节点模块连接，用于为该副控制模块和该至少一个节点设备02中的副节点模块供电。

通过设置冗余的第二电源A0(B)为副控制模块和副节点模块供电，可以确保该控制系统中的两个环形子网能够独立工作，进一步确保控制系统的功能安全与可靠性。

应理解的是，该第一电源A0(A)除了可以为主控制模块和主节点模块供电，还可以为主控制模块所连接的其他器件(如传感器和执行器等)，以及主节点模块所连接的其他器件供电。同理，第二电源A0(B)也可以为副控制模块所连接的其他器件，以及副节点模块所连接的其他器件供电。

如图9、图12、图14和图15所示，本申请实施例提供的控制系统还可以包括：网关W0，该网关W0与该主控制器01或者该至少一个节点设备02连接。例如，参考图9、图12、图 14和图15，该网关W0可以与该主控制器E5连接。

该网关W0可以用于：向外部设备发送来自该网关W0所连接的主控制器01或者该至少一个节点设备02的数据，以及向该网关W0所连接的主控制器01或者该至少一个节点设备02发送来自该外部设备的数据。也即是，该网关W0可以用于在外部设备和主控制器01之间，或者外部设备与至少一个节点设备02之间交互数据。其中，该外部设备可以是指独立于该控制系统的设备。例如，对于车辆控制系统，该外部设备可以包括：手机等移动终端、通信基站、路边的数据基站以及其他车辆等。

本申请实施例提供的控制系统中，主控制器01或者至少一个节点设备02还可以通过网关与外部设备通信，由此丰富了该控制系统的功能，提高了该控制系统工作时的灵活性。

可选地，参考图9、图12、图14和图15可以看出，该网关W0也可以包括：主通信模块W0(A)以及与该主通信模块W0(B)连接的副通信模块W0(B)。其中，该主通信模块W0(A) 可以与主控制模块或主节点模块连接，且可以通过主信道D0(A)与外部设备建立通信连接。该副通信模块W0(B)可以与副控制模块或副节点模块连接，且可以通过副信道D0(B)与外部设备建立通信连接。并且，如图9、图12、图14和图15所示，该主通信模块W0(A)可以与第一电源A0(A)连接，并由该第一电源A0(A)供电；该副通信模块W0(B)可以与第二电源A0(B) 连接，并由该第二电源A0(B)供电。

通过设计两个的通信模块，且该两个通信模块由不同的电源独立供电，可以确保主控制器01或者节点设备02与外部设备进行数据交互时的功能安全与可靠性。

在本申请实施例中，该环形网络中的两个器件之间(比如主控制器与节点设备之间，或不同的节点设备之间)，以及环形网络中的器件与外部设备之间交互数据时，数据的发送方可以根据协调世界时(coordinated universal time，UTC)在数据中添加时间戳。由此，可以确保数据的接收方能够根据该时间戳重组数据时序，以便进行数据时序校验。并且，通过添加时间戳还可以使得接收方能够确定数据的传输延迟以进行时延校正，确保接收方对于接收到的数据具有较好的自动控制性能。

可选地，在本申请实施例中，该第一路由器和该第二路由器中的每个路由器均可以包括：主路由模块，以及与该主路由模块连接的冗余的副路由模块。其中，该主路由模块和副路由模块的功能可以相同，且该主路由模块和副路由模块中的每个路由模块均可以为一个具有转发功能的芯片。该第一路由器中的主路由模块可以与第二路由器中的主路由模块连接，且可以与主控制器01中的主控制模块或节点设备02中的主节点模块连接。该第一路由器中的副路由模块则可以与第二路由器中的副路由模块连接，且可以与主控制器01中的副控制模块或节点设备02中的副节点模块连接。

示例的，参考图16，该控制系统中的第一路由器M1包括主路由模块M1(A)和副路由模块M1(B)，第二路由器L1包括主路由模块L1(A)和副路由模块L1(B)。该主路由模块M1(A)分别与从控制器E1的主节点模块E1(A)和第二路由器L1的主路由模块L1(A)连接，该副路由模块M1(B)分别与从控制器E1的副节点模块E1(B)和第二路由器L1的副路由模块L1(B) 连接。

并且，结合图16还可以看出，路由器中的主路由模块和副路由模块均可以采用独立的电源供电。例如，主路由模块均与第一电源A0(A)连接，并由该第一电源A0(A)供电。副路由模块均与第二电源A0(B)连接，并由该第二电源A0(B)供电。

对于控制系统中的路由器包括主路由模块和副路由模块的场景，主控制器01的主控制模块或节点设备02的主节点模块可以向该主路由模块发送参考时钟信号。该主路由模块进而可以再将接收到的参考时钟信号发送至副路由模块。或者，也可以由主控制器01的副控制模块或节点设备02的副节点模块向该副路由模块发送该参考时钟信号。

图17是本申请实施例提供的另一种控制系统中的时钟同步路径的示意图，参考图17可以看出，主控制器E5中的主控制模块E5(A)可以向第一路由器E1中的主路由模块E1(A)发送参考时钟信号以实现时钟同步。该第一路由器E1中的主路由模块E1(A)进而可以分别向副路由模块E1(B)以及第二路由器M1的主路由模块M1(A)发送参考时钟信号，以实现时钟同步。最后，第二路由器06的主路由模块M1(A)可以向副路由模块M1(B)发送参考时钟信号，以实现时钟同步。

在本申请实施例中，安全级别较高的第一类传感器可以与路由器中的两个路由模块均连接，而安全级别较低的第二类传感器则可以仅与路由器中的一个路由模块连接。同理，安全级别较高的第一类执行器可以与路由器中的两个路由模块均连接，而安全级别较低的第二类执行器则可以仅与路由器中的一个路由模块连接。

示例的，参考图16，第一类传感器S1可以包括主传感模块S1(A)和副传感模块S1(B)，该主传感模块S1(A)可以与主路由模块、主控制模块或主节点模块连接，该副传感模块S1(B) 则可以与副路由模块、副控制模块或副节点模块连接。第一类执行器P1可以包括主执行模块 P1(A)和副执行模块P1(B)，该主执行模块P1(A)可以与主路由模块、主控制模块或主节点模块连接，该副执行模块P1(B)则可以与副路由模块、副控制模块或副节点模块连接。

由于本申请实施例提供的控制系统中，控制器和路由器均具有冗余的功能模块和冗余的信号链路，且可以由冗余的电源供电，因此有效提高了控制系统的功能安全与可靠性。

可选地，本申请实施例提供的控制系统中包括的控制器的个数可以根据应用场景的需求灵活调整。例如，该控制系统包括的控制器的个数可以根据控制器的性能，环形网络的通信速率要求，控制系统包括的传感器和执行器的个数，及功能复杂度，以及成本等因素综合确定。以车载控制系统为例，参考图9、图12和图15，该车载控制系统可以包括E1至E5共5 个控制器，其中E5为主控制器，E1至E4为从控制器。并且，基于该各个从控制器的设置方位，该从控制器E1也可以称为左前控制器，从控制器E2也可以称为左后控制器，从控制器E3也可以称为右后控制器，从控制器E4也可以称为右前控制器。

或者，参考图18，该控制系统可以包括E1至E4共4个控制器，该4个控制器中的一个为主控制器，其他3个为从控制器。又或者，参考图19，该控制系统可以包括E1至E3共3 个控制器，其中E1为左前控制器，E2为后控制器，E3为右前控制器。并且，该3个控制器中的一个为主控制器，其他2个为从控制器。再或者，参考图20，该控制系统可以包括E1和E2共2个控制器，其中E1为前控制器，E2为后控制器。并且，该2个控制器中的一个为主控制器，其他1个为从控制器。

可以理解的是，本申请实施例提供的控制系统除了可以为车辆控制系统以外，还可以为其他类型的控制系统，例如可以为对实时控制要求较高的系统，或者对功能安全要求较高的控制系统。其中，对实时控制要求较高的系统可以包括：航空器动力系统、操舵系统、电传系统、工业控制伺服系统、回旋加速器、电磁弹射系统以及电磁炮系统等。对功能安全要求较高的系统包括：医疗领域的手术机器人操纵系统、远程操纵系统和轨道交通驱动系统，还可以包括：自动驾驶汽车、远程驾驶汽车以及飞行汽车等的驱动和控制系统。此外，本申请实施例提供的控制系统还可以应用于对安全性要求较高的自动化工业领域，例如可以为化工、核能、煤矿和码头等的远程或遥控操纵系统，或者可以为电力行业故障定位测距系统等。

本申请实施例提供的控制系统还具有如下功能和有益效果：

1、将软件功能均上移至环形网络中的控制器，实现软硬件解耦，增强了控制系统的灵活性，并降低了传感器和执行器的测试复杂度，更能保证测试质量，减少控制系统的联调时间，降低开发难度。

2、可以根据故障情况动态调整信号的传输方向(即通信路由)。并且，任务的执行时刻，软件模块运行的物理载体(如主控制器或从控制器)以及各软件模块的功能均可以由主控制器动态调度，提高了控制系统的可靠性和应用灵活性。

3、对于车辆控制系统，基于该整车系统级的主控制器所具有的时钟同步和任务调度的功能，可以将传感器控制和执行器控制等传统的ECU功能转变为控制器实现，有效减少整车 ECU的数量，降低整车ECU和线束成本。

4、高层次功能安全算法(如微秒级快速功能安全保护过电流)，潜伏故障探测等均可由顶层的控制器实现，可以通过顶层功能安全校验和模型检查，有效增强整个控制系统的安全性，并降低底层功能安全机制所带来的硬件和软件开销成本。

5、控制系统中的各个器件均采用冗余结构，可以将系统层面的功能安全完整性等级降级。例如对于车辆控制系统，可以将汽车安全完整性等级(automotive safetyintegration level，ASIL) 由D级降级为B级或以下。

6、通过对参考时钟信号进行调频以改善整个控制系统的EMC性能。

7、由主控制器统一调度任务，避免控制系统中的任务出现资源抢占和竞争的问题，确保任务的有序执行。

8、基于对环形网络中多个控制器的运行状态检测机制和故障检测机制，进行主从控制器的动态调整，调整原则包括：控制器的优先级和故障状态。

9、控制系统中的相关寄存器的操作均按照参考时钟信号的频率同步执行。并且，主控制器中用于实现不同任务的代码分区域存储，时序上相互独立，互不干扰。

综上所述，本申请实施例提供了一种控制系统，该控制系统中的主控制器可以通过环形网络直接向至少一个节点设备发送参考时钟信号，使得至少一个节点设备可以基于该参考时钟信号的频率进行计时，由此实现主控制器与至少一个节点设备的时钟同步。相比于发送数据帧，直接发送参考时钟信号可以使得主控制器与至少一个节点设备的时钟同步精度提升至与参考时钟信号的脉冲宽度相等的精度，从而有效提高了时钟同步的精度。并且，由于该控制系统中的主控制器与至少一个节点设备可以依次连接形成环形网络，从而可以确保主控制器与至少一个节点设备之间交互信号时具有冗余的信号交互路径，确保了信号传输的可靠性。

又由于本申请实施例提供的控制系统中，该主控制器与至少一个节点设备之间的时间同步精度较高，因此可以确保对时间敏感的任务均可以由ECU上移至主控制器或节点设备执行，从而有效减少控制系统中ECU的数量，并简化ECU的功能(例如可以将ECU简化为路由器)。该控制系统的复杂度更低，灵活性更高。

本申请实施例还提供了一种时钟同步方法，该时钟同步方法可以应用于如上述实施例提供的控制系统中。参考图21，该方法可以包括：

步骤101、主控制器按照该主控制器的本地时钟信号的频率计时并执行任务。

该主控制器的本地时钟信号可以是主控制器中的PLL根据预先配置的倍频值，对该主控制器中晶体振荡器产生的源时钟信号进行倍频后产生的。

该主控制器执行的任务可以包括下述任务中的一种或多种：数据传输任务、数据处理任务、指令的发送任务以及驱动信号的输出任务。其中，该指令可以用于指示传感器采集数据，或者用于指示向执行器输出驱动信号。

步骤102、主控制器通过环形网络向至少一个节点设备发送参考时钟信号。

该参考时钟信号基于该主控制器的本地时钟信号得到，且该参考时钟信号用于供该至少一个节点设备根据该参考时钟信号的频率计时并执行任务。其中，该参考时钟信号为该主控制器的本地时钟信号。或者，该参考时钟信号为对该主控制器的本地时钟信号进行分频得到的时钟信号。

可选地，该主控制器可以包括：主控制模块，以及与该主控制模块连接的副控制模块。该至少一个节点设备可以包括主节点模块，以及与该主节点模块连接的副节点模块。该环形网络包括第一环形子网和第二环形子网，该第一环形子网包括该主控制模块和该至少一个节点设备中的主节点模块，该第二环形子网包括该副控制模块和该至少一个节点设备中的副节点模块。对于该主控制器包括两个控制模块的场景，该参考时钟信号可以基于该主控制模块的本地时钟信号得到。

相应的，上述步骤102中，该主控制模块可以分别向该副控制模块和该至少一个节点设备中的主节点模块发送该参考时钟信号。

之后，该节点设备中的主节点模块可以将接收到的参考时钟信号发送至其所连接的副节点模块。或者，该主控制器中的副控制模块可以通过该第二环形子网向该至少一个节点设备中的副节点模块发送该参考时钟信号。

步骤103、主控制器通过该环形网络向该至少一个节点设备发送同步信号。

该同步信号用于供该至少一个节点设备校正该节点设备的本地时钟的时间。

作为一种可选的实现方式，该主控制器通过时钟信号线与该至少一个节点设备连接。在该实现方式中，该主控制器可以通过该时钟信号线向该至少一个节点设备发送参考时钟信号和同步信号的复合信号。

作为另一种可选的实现方式，该主控制器通过时钟信号线和同步信号线与该至少一个节点设备连接。在该实现方式中，该主控制器可以通过该时钟信号线向该至少一个节点设备发送参考时钟信号，并可以通过该同步信号线向该至少一个节点设备发送同步信号。

步骤104、节点设备根据该同步信号，校正该节点设备的本地时钟的时间。

节点设备接收到该同步信号后，即可基于该同步信号校正其本地时钟的时间，以确保与该主控制器的时间同步。

其中，对于该主控制器通过时钟信号线发送参考时钟信号和同步信号的复合信号场景，该节点设备可以根据接收到的复合信号的幅度和/或脉冲宽度，从该接收到的复合信号中分别获取同步信号和参考时钟信号。

对于该主控制器通过时钟信号线发送参考时钟信号，并通过同步信号线发送同步信号的场景，该节点设备可以通过该时钟信号线接收该主控制器发送的参考时钟信号，并可以通过该同步信号线接收该主控制器发送的同步信号。也即是，该节点设备无需再从复合信号中解析同步信号和参考时钟信号，由此降低了节点设备接收同步信号和参考时钟信号时的复杂度。

步骤105、节点设备根据该参考时钟信号的频率计时并执行任务。

作为一种可选的实现方式，该节点设备可以包括PLL。该节点设备可以通过该PLL，基于该参考时钟信号的频率校正该节点设备的本地时钟信号的频率，使该节点设备的本地时钟信号的频率与该参考时钟信号的频率保持目标比例。之后，该节点设备即可按照该节点设备的校正后的本地时钟信号的频率计时并执行任务。

作为另一种可选的实现方式，该节点设备可以直接按照该参考时钟信号的频率计时并执行任务。也即是，该节点设备也可以无需对其本地时钟信号的频率进行校正。

步骤106、主控制器在目标频率范围内调整该主控制器的本地时钟信号的频率。

在本申请实施例中，该主控制器还可以对其本地时钟信号进行调频，从而可以有效改善该控制系统中频率敏感电路在任务执行过程中的EMC性能。

步骤107、主控制器若检测到任一任务未按照该任一任务的执行时刻执行，则执行故障响应操作。

该主控制器还可以监测控制系统中任务的执行情况，若主控制器检测到任一任务未按照该任一任务的执行时刻执行，则可以执行故障响应操作。该故障响应操作可以包括下述操作中的一种或多种：

重新启动用于执行该任一任务的器件，该器件为该主控制器或该至少一个节点设备；

重新启动用于执行该任一任务的器件所连接的传感器和/或执行器；

执行该主控制器中配置的安全任务。

可选地，该控制系统中的至少一个节点设备可以为至少一个从控制器。该控制系统还可以包括：至少一个传感器和至少一个执行器；该至少一个传感器与该主控制器或该至少一个从控制器连接，该至少一个执行器与该主控制器或该至少一个从控制器连接。该主控制器所需执行的任务和该至少一个从控制器所需执行的任务均包括下述任务中的一种或多种：数据传输任务、数据处理任务、指令的发送任务以及驱动信号的输出任务；其中，该指令用于指示该至少一个传感器采集数据，或者用于指示向该至少一个执行器输出驱动信号。

对于该至少一个节点设备为至少一个从控制器的场景，参考图22，该方法还可以包括：

步骤108a、主控制器确定该主控制器所需执行的任务以及任务的执行时刻，以及该至少一个从控制器所需执行的任务以及任务的执行时刻。

在本申请实施例中，该环形网络中多个控制器(包括主控制器和从控制器)所需执行的任务，以及任务的执行时刻均可以由该主控制器确定。也即是，该主控制器可以实现对任务的统一调度和管理，以确保任务的有序执行。

若待执行的任务包括数据处理总任务，且该数据处理总任务需要较多计算资源，则主控制器可以将该数据处理总任务划分为多个数据处理任务。并且，该主控制器根据该主控制器的负载以及该至少一个从控制器的负载，确定该主控制器所需执行的数据处理任务以及该至少一个从控制器所需执行的数据处理任务。由此，可以实现数据处理任务的分布式执行，进而可以在提高任务执行效率的基础上，提高控制器的计算资源的利用率。

步骤109a、主控制器向该至少一个从控制器发送任务调度表。

该任务调度表可以包括：该至少一个从控制器所需执行的任务以及任务的执行时刻。从控制器通过该环形网络接收到该主控制器发送的任务调度表后，即可按照该任务调度表中记录的任务的执行时刻执行任务。也即是，在上述步骤105中，该从控制器可以根据该参考时钟信号的频率计时，并在该从控制器所需执行的任务的执行时刻执行该任务。

同理，在上述步骤101中，该主控制器可以基于其本地时钟信号的频率计时，并在该主控制器所需执行的任务的执行时刻执行任务。

步骤110a、主控制器通过该环形网络向该至少一个从控制器发送目标数据。

其中，该目标数据可以为对安全性要求较高，且需要环形网络包括的多个控制器共享的数据，例如该目标数据可以包括车速。

步骤111a、若未接收到经过该环形网络传输后的目标数据，或者接收到的经过该环形网络传输后的目标数据与发送的目标数据不一致，则该主控制器对该环形网络进行故障检测，和/或，重新发送该目标数据。

在本申请实施例中，主控制器在向环形网络发送的对安全性较高的目标数据后，可以检测环形网络中的从控制器是否正确接收到了该目标数据。由此，可以确保该目标数据能够可靠传输至从控制器。

应理解的是，该控制系统中的从控制器也可以执行上述步骤110a和步骤111a所示的方法。也即是，该从控制器也可以通过该环形网络发送目标数据，并可以在检测到该环形网络中的其他控制器未正确接收到该目标数据时，对该环形网络进行故障检测，和/或，重新发送该目标数据。

步骤112a、从控制器若确定该主控制器故障，或者该主控制器所连接的任一信号线故障，则基于优先级列表，从至少一个从控制器中确定一个新的主控制器。

该从控制器中还可以存储有优先级列表，该优先级列表包括：该控制系统包括的至少一个从控制器的优先级。从控制器若确定该主控制器故障，或者该主控制器所连接的任一信号线故障，则可以基于优先级列表，从该控制系统包括的至少一个从控制器中确定一个新的主控制器。之后，即可由该新的主控制器对控制系统中的多个控制器进行统一调度管理，即该控制系统的主控权可以被移交至该新的主控制器，以确保该控制系统依旧能够正常运行。

可选地，该控制系统还可以包括：至少一个第一路由器；该至少一个第一路由器的第一端口与该主控制器连接，该至少一个第一路由器的第二端口与该至少一个传感器和/或该至少一个执行器连接；其中，该第一端口的数据传输速率低于该环形网络的数据传输速率，该第二端口的数据传输速率低于该第一端口的数据传输速率。继续参考图22，该方法还可以包括：

步骤113a、主控制器对参考时钟信号的频率进行分频。

主控制器可以按照预先配置的分频值，对该参考时钟信号的频率进行分频。

步骤114a、主控制器向该至少一个第一路由器发送分频后的参考时钟信号。

步骤115a、第一路由器根据接收到的参考时钟信号的频率计时并执行任务。

第一路由器接收到该主控制器发送的分频后的参考时钟信号后，即可根据该分频后的参考时钟信号的频率计时并执行任务。

应理解的是，该控制系统中的从控制器也可以与第一路由器的第一端口连接。若从控制器也连接有第一路由器，则该从控制器也可以执行上述步骤113a和步骤114a所示的方法。也即是，该从控制器可以对主控制器发送的参考时钟信号的频率进行分频，并向其所连接的第一路由器发送该分频后的参考时钟信号。

对于该至少一个节点设备为至少一个第一路由器的场景，该控制系统中的至少一个传感器可以与该主控制器或该第一路由器连接，该控制系统中的至少一个执行器可以与该主控制器或该第一路由器连接。该主控制器所需执行的任务包括下述任务中的一种或多种：数据传输任务、数据处理任务、指令的发送任务以及驱动信号的输出任务；该第一路由器所需执行的任务包括下述任务中的一种或多种：数据传输任务、指令的发送任务以及驱动信号的输出任务。其中，该指令用于指示该至少一个传感器采集数据，或者用于指示向该至少一个执行器输出驱动信号。

该第一路由器的第一端口与该主控制器连接；该控制系统还可以包括：至少一个第二路由器，该至少一个第二路由器的第三端口与该第一路由器的第二端口连接，该至少一个第二路由器的第四端口与该至少一个传感器和/或该至少一个执行器连接。其中，该第一端口的数据传输速率等于该环形网络的数据传输速率，该第二端口的数据传输速率低于该第一端口的数据传输速率，该第三端口的数据传输速率等于该第二端口的数据传输速率，该第四端口的数据传输速率低于该第三端口的数据传输速率。

对于该至少一个节点设备为至少一个第一路由器的场景，如图23所示，该时钟同步方法还可以包括：

步骤108b、第一路由器对接收到的参考时钟信号的频率进行分频。

第一路由器接收到主控制器发送的参考时钟信号后，可以按照预先配置的分频值对该参考时钟信号的频率进行分频。

步骤109b、第一路由器向该至少一个第二路由器发送分频后的参考时钟信号。

步骤110b、第二路由器根据接收到的参考时钟信号的频率计时并执行任务。

第二路由器接收到该第一路由器发送的分频后的参考时钟信号后，即可根据该分频后的参考时钟信号的频率计时并执行任务。

应理解的是，本申请实施例提供的时钟同步方法的步骤先后顺序可以进行适当调整，步骤也可以根据情况进行相应增减。例如，在图21所示的实施例中，步骤103可以在步骤102 之前执行，步骤106可以在步骤103之前执行，且步骤107可以在步骤106之前执行。或者，步骤103和步骤104可以根据情况删除，步骤106和步骤107也可以根据情况删除。在图22所示的实施例中，步骤110a和步骤111a可以根据情况删除，步骤112a可以根据情况删除，步骤113a至步骤115a也可以根据情况删除。并且，在该图22所示的实施例中，第一路由器也可以执行如图23所示的实施例中步骤108b和步骤109b所示的方法。

综上所述，本申请实施例提供了一种时钟同步方法，主控制器可以通过环形网络直接向至少一个节点设备发送参考时钟信号，使得至少一个节点设备可以基于该参考时钟信号的频率进行计时，由此实现主控制器与至少一个节点设备的时钟同步。相比于发送数据帧，直接发送参考时钟信号可以使得主控制器与至少一个节点设备的时钟同步精度提升至与参考时钟信号的脉冲宽度相等的精度，从而有效提高了时钟同步的精度。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上文描述的时钟同步方法的具体工作过程，可以参考前述系统实施例中的相关描述，在此不再赘述。

本申请实施例还提供了一种主控制器，该主控制器可以应用于上述实施例所提供的控制系统中。该主控制器可以包括可编程逻辑电路和/或程序指令，该主控制器用于实现上述方法实施例中由该主控制器所执行的步骤。

图24是本申请实施例提供的一种主控制器的结构示意图，参考图24，该主控制器可以包括：处理器2101、存储器2102、网络接口2103和总线2104。其中，总线2104用于连接处理器2101、存储器2102和网络接口2103。通过网络接口2103(可以是有线或者无线)可以实现与其他器件之间的通信连接。存储器2102中存储有计算机程序21021，该计算机程序21021用于实现各种应用功能。

应理解，在本申请实施例中，处理器2101可以是CPU，该处理器2101还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、 GPU或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者是任何常规的处理器等。

存储器2102可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(read-only memory，ROM)、可编程只读存储器(programmable ROM，PROM)、可擦除可编程只读存储器(erasable PROM，EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(electrically EPROM，EEPROM)或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器(random access memory，RAM)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(static RAM，SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、同步动态随机存取存储器(synchronous DRAM，SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(double data date SDRAM，DDR SDRAM)、增强型同步动态随机存取存储器(enhanced SDRAM，ESDRAM)、同步连接动态随机存取存储器 (synchlink DRAM，SLDRAM)和直接内存总线随机存取存储器(direct rambus RAM，DR RAM)。

总线2104除包括数据总线之外，还可以包括电源总线、控制总线和状态信号总线等。但是为了清楚说明起见，在图中将各种总线都标为总线2104。

处理器2101被配置为执行存储器2102中存储的计算机程序，处理器2101通过执行该计算机程序21021来实现上文所述的主控制器的功能。

本申请实施例还提供了一种节点设备，该节点设备可以应用于如上述实施例所提供的控制系统中。该节点设备可以包括可编程逻辑电路和/或程序指令，该节点设备可以用于实现上述方法实施例中由节点设备所执行的步骤。

应理解的是，本申请实施例提供的控制系统中的主控制器和节点设备均可以用专用集成电路(application-specific integrated circuit，ASIC)实现，或可编程逻辑器件(programmable logic device，PLD)实现，上述PLD可以是复杂程序逻辑器件(complexprogrammable logical device，CPLD)，现场可编程门阵列(field-programmable gatearray，FPGA)，通用阵列逻辑(generic array logic，GAL)或其任意组合。当然，也可以通过软件实现上述主控制器和从控制器的功能，当通过软件实现上述主控制器和从控制器的功能时，该主控制器和从控制器中的各个模块也可以为软件模块。

本申请实施例还提供了一种车辆，该车辆可以包括如上述实施例所提供的控制系统。例如，可以包括如图1、图8、图9、以及图12至图20任一所示的控制系统。

可选地，该车辆可以为电动车辆。并且，该车辆可以为自动驾驶汽车、远程驾驶汽车或者飞行汽车等。

上述实施例，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或其他任意组合来实现。当使用软件实现时，上述实施例可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括至少一个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以为通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线 (DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含至少一个可用介质集合的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质。半导体介质可以是固态硬盘(solid state drive，SSD)。

本申请中术语“第一”“第二”等字样用于对作用和功能基本相同的相同项或相似项进行区分，应理解，“第一”、“第二”、“第n”之间不具有逻辑或时序上的依赖关系，也不对数量和执行顺序进行限定。还应理解，尽管以下描述使用术语第一、第二等来描述各种元素，但这些元素不应受术语的限制。这些术语只是用于将一元素与另一元素区别分开。例如，在不脱离各种所述示例的范围的情况下，第一电源可以被称为第二电源，并且类似地，第二电源可以被称为第一电源。第一电源和第二电源都可以是电源，并且在某些情况下，可以是单独且不同的电源。

本申请中术语“至少一个”的含义是指至少一个，本申请中术语“多个”的含义是指两个或两个以上。本文中术语“系统”和“网络”经常可互换使用。应当理解的是，在本文中提及的“和/或”，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A 和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

以上所述，仅为本申请的可选实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (55)

1.一种控制系统，其特征在于，所述控制系统包括环形网络，所述环形网络包括主控制器和至少一个节点设备；

所述主控制器，用于按照所述主控制器的本地时钟信号的频率计时并执行任务，以及通过所述环形网络向所述至少一个节点设备发送参考时钟信号和同步信号，其中，所述参考时钟信号基于所述主控制器的本地时钟信号得到，所述同步信号的频率小于所述参考时钟信号的频率；

所述至少一个节点设备，用于根据所述参考时钟信号的频率计时并执行任务，并用于根据接收到的所述同步信号，校正所述节点设备的本地时钟的时间。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述参考时钟信号为所述主控制器的本地时钟信号。

3.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述参考时钟信号为对所述主控制器的本地时钟信号进行分频得到的时钟信号。

4.根据权利要求1至3任一所述的控制系统，其特征在于，所述至少一个节点设备包括锁相环，所述至少一个节点设备，用于：

通过所述锁相环，基于所述参考时钟信号的频率校正所述节点设备的本地时钟信号的频率，使所述节点设备的本地时钟信号的频率与所述参考时钟信号的频率保持目标比例；

按照所述节点设备的本地时钟信号的频率计时。

5.根据权利要求1至3任一所述的控制系统，其特征在于，所述至少一个节点设备，用于按照所述参考时钟信号的频率计时。

6.根据权利要求1至3任一所述的控制系统，其特征在于，所述主控制器，还用于在目标频率范围内调整所述主控制器的本地时钟信号的频率。

7.根据权利要求1至3任一所述的控制系统，其特征在于，所述参考时钟信号的频率为所述同步信号的频率的整数倍；

所述至少一个节点设备，用于在接收到所述同步信号的脉冲后，将所述节点设备的本地时钟的时间校正为与当前时间最接近，且为所述同步信号的周期的整数倍的数值。

8.根据权利要求1至3任一所述的控制系统，其特征在于，所述主控制器通过时钟信号线与所述至少一个节点设备连接；

所述主控制器，用于通过所述时钟信号线，向所述至少一个节点设备发送所述同步信号和所述参考时钟信号在时域相加或相减后生成的复合信号；

所述至少一个节点设备，用于若所述同步信号的脉冲宽度与所述参考时钟信号的脉冲宽度相同，则根据所述复合信号的幅度的变化，从所述复合信号中分别获取所述同步信号和所述参考时钟信号。

9.根据权利要求1至3任一所述的控制系统，其特征在于，所述主控制器通过时钟信号线和同步信号线与所述至少一个节点设备连接；

所述主控制器，用于通过所述时钟信号线向所述至少一个节点设备发送所述参考时钟信号，以及用于通过所述同步信号线向所述至少一个节点设备发送所述同步信号。

10.根据权利要求1至3任一所述的控制系统，其特征在于，所述至少一个节点设备为至少一个从控制器；所述控制系统还包括：至少一个传感器和至少一个执行器；所述至少一个传感器与所述主控制器或所述至少一个从控制器连接，所述至少一个执行器与所述主控制器或所述至少一个从控制器连接；

所述主控制器所需执行的任务和所述至少一个从控制器所需执行的任务均包括下述任务中的一种或多种：数据传输任务、数据处理任务、指令的发送任务以及驱动信号的输出任务；

其中，所述指令用于指示所述至少一个传感器采集数据，或者用于指示向所述至少一个执行器输出驱动信号。

11.根据权利要求10所述的控制系统，其特征在于，所述主控制器，还用于：

确定所述主控制器所需执行的任务以及任务的执行时刻，确定所述至少一个从控制器所需执行的任务以及任务的执行时刻，在所述主控制器所需执行的任务的执行时刻执行任务，以及向所述至少一个从控制器发送任务调度表；其中，所述至少一个从控制器接收到的任务调度表包括：所述至少一个从控制器所需执行的任务以及任务的执行时刻；

所述至少一个从控制器，用于根据所述任务调度表，在其所需执行的任务的执行时刻执行任务。

12.根据权利要求10所述的控制系统，其特征在于，所述主控制器还用于：

将数据处理总任务划分为多个所述数据处理任务，并根据所述主控制器的负载以及所述至少一个从控制器的负载，确定所述主控制器所需执行的数据处理任务以及所述至少一个从控制器所需执行的数据处理任务。

13.根据权利要求10所述的控制系统，其特征在于，所述至少一个从控制器中还存储有优先级列表，所述优先级列表包括所述至少一个从控制器的优先级；所述至少一个从控制器还用于：

若确定所述主控制器故障，或者所述主控制器所连接的任一信号线故障，则基于所述优先级列表，从所述至少一个从控制器中确定一个新的主控制器。

14.根据权利要求10所述的控制系统，其特征在于，所述主控制器和所述至少一个从控制器还用于：

通过所述环形网络向所述控制系统中的其他控制器发送目标数据；

若未接收到经过所述环形网络传输后的目标数据，或者接收到的经过所述环形网络传输后的目标数据与发送的目标数据不一致，则对所述环形网络进行故障检测，和/或，重新发送所述目标数据。

15.根据权利要求10所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括：至少一个第一路由器；

所述至少一个第一路由器的第一端口与所述主控制器或所述至少一个从控制器连接，所述至少一个第一路由器的第二端口与所述至少一个传感器和/或所述至少一个执行器连接；其中，所述第一端口的数据传输速率低于所述环形网络的数据传输速率，所述第二端口的数据传输速率低于所述第一端口的数据传输速率；

与所述至少一个第一路由器连接的控制器，还用于对所述参考时钟信号的频率进行分频，并向所述至少一个第一路由器发送分频后的所述参考时钟信号；

所述至少一个第一路由器，用于根据接收到的参考时钟信号的频率计时并执行任务；

其中，所述第一路由器执行的任务至少包括：通过所述第二端口与其所连接的控制器交互数据，以及通过所述第一端口与其所连接的所述至少一个传感器和/或所述至少一个执行器交互数据。

16.根据权利要求15所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括：至少一个第二路由器，所述至少一个第二路由器的第三端口与所述至少一个第一路由器的第二端口连接，所述至少一个第二路由器的第四端口与所述至少一个传感器和/或所述至少一个执行器连接；其中，所述第三端口的数据传输速率等于所述第二端口的数据传输速率，所述第四端口的数据传输速率低于所述第三端口的数据传输速率；

所述至少一个第一路由器，还用于对接收到的参考时钟信号的频率进行分频，并向所述至少一个第二路由器发送分频后的参考时钟信号；

所述至少一个第二路由器，用于根据接收到的参考时钟信号的频率计时并执行任务；

其中，所述至少一个第二路由器执行的任务至少包括：通过所述第三端口与所述至少一个第一路由器交互数据，以及通过所述第四端口与其所连接所述至少一个传感器和/或所述至少一个执行器交互数据。

17.根据权利要求1至3任一所述的控制系统，其特征在于，所述至少一个节点设备为至少一个第一路由器；所述控制系统还包括：至少一个传感器和至少一个执行器；所述至少一个传感器与所述主控制器或所述至少一个第一路由器连接，所述至少一个执行器与所述主控制器或所述至少一个第一路由器连接；

所述主控制器所需执行的任务包括下述任务中的一种或多种：数据传输任务、数据处理任务、指令的发送任务以及驱动信号的输出任务；

所述至少一个第一路由器所需执行的任务包括下述任务中的一种或多种：数据传输任务、指令的发送任务以及驱动信号的输出任务；

其中，所述指令用于指示所述至少一个传感器采集数据，或者用于指示向所述至少一个执行器输出驱动信号。

18.根据权利要求17所述的控制系统，其特征在于，所述至少一个第一路由器的第一端口与所述主控制器连接；所述控制系统还包括：至少一个第二路由器，所述至少一个第二路由器的第三端口与所述至少一个第一路由器的第二端口连接，所述至少一个第二路由器的第四端口与所述至少一个传感器和/或所述至少一个执行器连接；其中，所述第一端口的数据传输速率等于所述环形网络的数据传输速率，所述第二端口的数据传输速率低于所述第一端口的数据传输速率，所述第三端口的数据传输速率等于所述第二端口的数据传输速率，所述第四端口的数据传输速率低于所述第三端口的数据传输速率；

所述至少一个第一路由器，还用于对接收到的参考时钟信号的频率进行分频，并向所述至少一个第二路由器发送分频后的参考时钟信号；

所述至少一个第二路由器，用于根据接收到的参考时钟信号的频率计时并执行任务；

其中，所述至少一个第二路由器执行的任务至少包括：通过所述第三端口与所述至少一个第一路由器交互数据，以及通过所述第四端口与其所连接所述至少一个传感器和/或所述至少一个执行器交互数据。

19.根据权利要求1至3任一所述的控制系统，其特征在于，所述主控制器包括：主控制模块，以及与所述主控制模块连接的副控制模块；所述至少一个节点设备包括主节点模块，以及与所述主节点模块连接的副节点模块；

所述环形网络包括第一环形子网和第二环形子网，所述第一环形子网包括所述主控制模块和所述至少一个节点设备中的主节点模块，所述第二环形子网包括所述副控制模块和所述至少一个节点设备中的副节点模块；所述参考时钟信号基于所述主控制模块的本地时钟信号得到；

所述主控制模块，用于分别向所述副控制模块和所述至少一个节点设备中的主节点模块发送所述参考时钟信号；

所述副控制模块，用于向所述至少一个节点设备中的副节点模块发送所述参考时钟信号；或者，所述至少一个节点设备中的主节点模块，用于向其所连接的副节点模块发送所述参考时钟信号。

20.根据权利要求19所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统中的至少一个传感器包括：第一类传感器和第二类传感器，所述第一类传感器的功能安全完整性等级高于所述第二类传感器的功能安全完整性等级；所述控制系统中的至少一个执行器包括：第一类执行器和第二类执行器，所述第一类执行器的功能安全完整性等级高于所述第二类执行器的功能安全完整性等级；

所述第一类传感器分别与所述主控制模块和所述副控制模块连接，或者分别与所述主节点模块和所述副节点模块连接；

所述第二类传感器与所述主控制模块、所述副控制模块、所述主节点模块和所述副节点模块中的一个模块连接；

所述第一类执行器分别与所述主控制模块和所述副控制模块连接，或者分别与所述主节点模块和所述副节点模块连接；

所述第二类执行器与所述主控制模块、所述副控制模块、所述主节点模块和所述副节点模块中的一个模块连接。

21.根据权利要求19所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括：第一电源和第二电源；

所述第一电源分别与所述主控制模块和所述至少一个节点设备中的主节点模块连接，所述第一电源用于为所述主控制模块和所述至少一个节点设备中的主节点模块供电；

所述第二电源分别与所述副控制模块和所述至少一个节点设备中的副节点模块连接，所述第二电源用于为所述副控制模块和所述至少一个节点设备中的副节点模块供电。

22.根据权利要求1至3任一所述的控制系统，其特征在于，所述主控制器还用于：

若检测到任一任务未按照所述任一任务的执行时刻执行，则执行故障响应操作，所述故障响应操作包括下述操作中的一种或多种：

重新启动用于执行所述任一任务的器件，所述器件为所述主控制器或所述至少一个节点设备；

重新启动用于执行所述任一任务的器件所连接的传感器和/或执行器；

执行所述主控制器中配置的安全任务。

23.根据权利要求1至3任一所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括：网关，所述网关与所述主控制器或所述至少一个节点设备连接；所述网关用于：

向外部设备发送来自所述网关所连接的器件的数据，以及向所述网关所连接的器件发送来自所述外部设备的数据；

其中，所述外部设备为独立于所述控制系统的设备。

24.根据权利要求23所述的控制系统，其特征在于，所述网关包括：主通信模块以及与所述主通信模块连接的副通信模块。

25.根据权利要求1至3任一所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统为车辆控制系统。

26.一种时钟同步方法，其特征在于，应用于控制系统中的主控制器，所述控制系统包括环形网络，所述环形网络包括所述主控制器和至少一个节点设备；所述方法包括：

按照所述主控制器的本地时钟信号的频率计时并执行任务；

通过所述环形网络向所述至少一个节点设备发送参考时钟信号和同步信号；

其中，所述参考时钟信号基于所述主控制器的本地时钟信号得到，所述同步信号的频率小于所述参考时钟信号的频率，所述参考时钟信号用于供所述至少一个节点设备根据所述参考时钟信号的频率计时并执行任务，所述同步信号用于供所述至少一个节点设备校正所述至少一个节点设备的本地时钟的时间。

27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述参考时钟信号为所述主控制器的本地时钟信号。

28.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述参考时钟信号为对所述主控制器的本地时钟信号进行分频得到的时钟信号。

29.根据权利要求26至28任一所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在目标频率范围内调整所述主控制器的本地时钟信号的频率。

30.根据权利要求26至28任一所述的方法，其特征在于，所述参考时钟信号的频率为所述同步信号的频率的整数倍，所述同步信号用于供所述至少一个节点设备在接收到所述同步信号的脉冲后，将所述至少一个节点设备的本地时钟的时间校正为与当前时间最接近，且为所述同步信号的周期的整数倍的数值。

31.根据权利要求26至28任一所述的方法，其特征在于，所述主控制器通过时钟信号线与所述至少一个节点设备连接；

所述通过所述环形网络向所述至少一个节点设备发送参考时钟信号和同步信号，包括：

通过所述时钟信号线，向所述至少一个节点设备发送参考时钟信号和同步信号在时域相加或相减后生成的复合信号。

32.根据权利要求26至28任一所述的方法，其特征在于，所述主控制器通过时钟信号线和同步信号线与所述至少一个节点设备连接；

所述通过所述环形网络向所述至少一个节点设备发送参考时钟信号和同步信号，包括：

通过所述时钟信号线向所述至少一个节点设备发送参考时钟信号；

通过所述同步信号线向所述至少一个节点设备发送同步信号。

33.根据权利要求26至28任一所述的方法，其特征在于，所述至少一个节点设备为至少一个从控制器；所述控制系统还包括：至少一个传感器和至少一个执行器；所述至少一个传感器与所述主控制器或所述至少一个从控制器连接，所述至少一个执行器与所述主控制器或所述至少一个从控制器连接；

所述主控制器所需执行的任务和所述至少一个从控制器所需执行的任务均包括下述任务中的一种或多种：数据传输任务、数据处理任务、指令的发送任务以及驱动信号的输出任务；

其中，所述指令用于指示所述至少一个传感器采集数据，或者用于指示向所述至少一个执行器输出驱动信号。

34.根据权利要求33所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

确定所述主控制器所需执行的任务以及任务的执行时刻；

确定所述至少一个从控制器所需执行的任务以及任务的执行时刻；

向所述至少一个从控制器发送任务调度表，所述任务调度表包括：所述至少一个从控制器所需执行的任务以及任务的执行时刻；

所述按照所述主控制器的本地时钟信号的频率计时并执行任务，包括：

按照所述主控制器的本地时钟信号的频率计时，并在所述主控制器所需执行的任务的执行时刻执行任务。

35.根据权利要求33所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

将数据处理总任务划分为多个所述数据处理任务；

根据所述主控制器的负载以及所述至少一个从控制器的负载，确定所述主控制器所需执行的数据处理任务以及所述至少一个从控制器所需执行的数据处理任务。

36.根据权利要求33所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

通过所述环形网络向所述至少一个从控制器发送目标数据；

若未接收到经过所述环形网络传输后的目标数据，或者接收到的经过所述环形网络传输后的目标数据与发送的目标数据不一致，则对所述环形网络进行故障检测，和/或，重新发送所述目标数据。

37.根据权利要求33所述的方法，其特征在于，所述控制系统还包括：至少一个第一路由器；所述至少一个第一路由器的第一端口与所述主控制器连接，所述至少一个第一路由器的第二端口与所述至少一个传感器和/或所述至少一个执行器连接；其中，所述第一端口的数据传输速率低于所述环形网络的数据传输速率，所述第二端口的数据传输速率低于所述第一端口的数据传输速率；所述方法还包括：

对所述参考时钟信号的频率进行分频；

向所述至少一个第一路由器发送分频后的所述参考时钟信号。

38.根据权利要求26至28任一所述的方法，其特征在于，所述主控制器包括：主控制模块，以及与所述主控制模块连接的副控制模块；所述至少一个节点设备包括主节点模块，以及与所述主节点模块连接的副节点模块；所述环形网络包括第一环形子网和第二环形子网，所述第一环形子网包括所述主控制模块和所述至少一个节点设备中的主节点模块，所述第二环形子网包括所述副控制模块和所述至少一个节点设备中的副节点模块；所述参考时钟信号基于所述主控制模块的本地时钟信号得到；

所述通过所述环形网络向所述至少一个节点设备发送参考时钟信号，包括：

所述主控制模块分别向所述副控制模块和所述至少一个节点设备中的主节点模块发送所述参考时钟信号；

其中，所述参考时钟信号用于供所述主节点模块发送至所述副节点模块；或者，所述通过所述环形网络向所述至少一个节点设备发送参考时钟信号，还包括：所述副控制模块向所述至少一个节点设备中的副节点模块发送所述参考时钟信号。

39.根据权利要求26至28任一所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

若检测到任一任务未按照所述任一任务的执行时刻执行，则执行故障响应操作，所述故障响应操作包括下述操作中的一种或多种：

重新启动用于执行所述任一任务的器件，所述器件为所述主控制器或所述至少一个节点设备；

重新启动用于执行所述任一任务的器件所连接的传感器和/或执行器；

执行所述主控制器中配置的安全任务。

40.一种时钟同步方法，其特征在于，应用于控制系统中的节点设备，所述控制系统包括环形网络，所述环形网络包括主控制器和至少一个所述节点设备；所述方法包括：

通过所述环形网络接收所述主控制器发送的参考时钟信号和同步信号，所述参考时钟信号基于所述主控制器的本地时钟信号得到，所述同步信号的频率小于所述参考时钟信号的频率；

根据所述参考时钟信号的频率计时并执行任务；

根据所述同步信号，校正所述节点设备的本地时钟的时间。

41.根据权利要求40所述的方法，其特征在于，所述节点设备包括锁相环；所述根据所述参考时钟信号的频率计时，包括：

通过所述锁相环，基于所述参考时钟信号的频率校正所述节点设备的本地时钟信号的频率，使所述节点设备的本地时钟信号的频率与所述参考时钟信号的频率保持目标比例；

按照所述节点设备的本地时钟信号的频率计时。

42.根据权利要求40所述的方法，其特征在于，所述根据所述参考时钟信号的频率计时，包括：按照所述参考时钟信号的频率计时。

43.根据权利要求40至42任一所述的方法，其特征在于，所述参考时钟信号的频率为所述同步信号的频率的整数倍；所述根据所述同步信号，校正所述节点设备的本地时钟的时间，包括：

在接收到所述同步信号的脉冲后，将所述节点设备的本地时钟的时间校正为与当前时间最接近，且为所述同步信号的周期的整数倍的数值。

44.根据权利要求40至42任一所述的方法，其特征在于，所述节点设备通过时钟信号线与所述主控制器连接；

所述通过所述环形网络接收所述主控制器发送的参考时钟信号和同步信号，包括：

通过所述时钟信号线接收所述主控制器发送的复合信号，所述复合信号是所述同步信号和所述参考时钟信号在时域相加或相减后生成的；

若所述同步信号的脉冲宽度与所述参考时钟信号的脉冲宽度相同，则根据所述复合信号的幅度的变化，从所述复合信号中分别获取同步信号和参考时钟信号。

45.根据权利要求40至42任一所述的方法，其特征在于，所述节点设备通过时钟信号线和同步信号线与所述主控制器连接；

所述通过所述环形网络接收所述主控制器发送的参考时钟信号和同步信号，包括：

通过所述时钟信号线接收所述主控制器发送的参考时钟信号；

通过所述同步信号线接收所述主控制器发送的同步信号。

46.根据权利要求40至42任一所述的方法，其特征在于，所述节点设备为从控制器；所述控制系统还包括：至少一个传感器和至少一个执行器；所述至少一个传感器与所述主控制器或所述从控制器连接，所述至少一个执行器与所述主控制器或所述从控制器连接；

所述主控制器所需执行的任务和所述从控制器所需执行的任务均包括下述任务中的一种或多种：数据传输任务、数据处理任务、指令的发送任务以及驱动信号的输出任务；

其中，所述指令用于指示所述至少一个传感器采集数据，或者用于指示向所述至少一个执行器输出驱动信号。

47.根据权利要求46所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

通过所述环形网络接收所述主控制器发送的任务调度表，所述任务调度表包括所述从控制器所需执行的任务，以及任务的执行时刻；

所述根据所述参考时钟信号的频率计时并执行任务，包括：

根据所述参考时钟信号的频率计时，并在所述从控制器所需执行的任务的执行时刻执行所述任务。

48.根据权利要求46所述的方法，其特征在于，所述从控制器中还存储有优先级列表，所述优先级列表包括：所述控制系统包括的至少一个所述从控制器的优先级；所述方法还包括：

若确定所述主控制器故障，或者所述主控制器所连接的任一信号线故障，则基于所述优先级列表，从至少一个所述从控制器中确定一个新的主控制器。

49.根据权利要求46所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

通过所述环形网络向所述控制系统中的其他控制器发送目标数据；

若未接收到经过所述环形网络传输后的目标数据，或者接收到的经过所述环形网络传输后的目标数据与发送的目标数据不一致，则对所述环形网络进行故障检测，和/或，重新发送所述目标数据。

50.根据权利要求46所述的方法，其特征在于，所述控制系统还包括：至少一个第一路由器；所述至少一个第一路由器的第一端口与所述从控制器连接，所述至少一个第一路由器的第二端口与所述至少一个传感器和/或所述至少一个执行器连接；其中，所述第一端口的数据传输速率低于所述环形网络的数据传输速率，所述第二端口的数据传输速率低于所述第一端口的数据传输速率；所述方法还包括：

对所述参考时钟信号的频率进行分频；

向所述至少一个第一路由器发送分频后的所述参考时钟信号。

51.根据权利要求40至42任一所述的方法，其特征在于，所述节点设备为第一路由器；所述控制系统还包括：至少一个传感器和至少一个执行器；所述至少一个传感器与所述主控制器或所述第一路由器连接，所述至少一个执行器与所述主控制器或所述第一路由器连接；

所述主控制器所需执行的任务包括下述任务中的一种或多种：数据传输任务、数据处理任务、指令的发送任务以及驱动信号的输出任务；

所述第一路由器所需执行的任务包括下述任务中的一种或多种：数据传输任务、指令的发送任务以及驱动信号的输出任务；

其中，所述指令用于指示所述至少一个传感器采集数据，或者用于指示向所述至少一个执行器输出驱动信号。

52.根据权利要求51所述的方法，其特征在于，所述第一路由器的第一端口与所述主控制器连接；所述控制系统还包括：至少一个第二路由器，所述至少一个第二路由器的第三端口与所述第一路由器的第二端口连接，所述至少一个第二路由器的第四端口与所述至少一个传感器和/或所述至少一个执行器连接；其中，所述第一端口的数据传输速率等于所述环形网络的数据传输速率，所述第二端口的数据传输速率低于所述第一端口的数据传输速率，所述第三端口的数据传输速率等于所述第二端口的数据传输速率，所述第四端口的数据传输速率低于所述第三端口的数据传输速率；所述方法还包括：

对接收到的参考时钟信号的频率进行分频；

向所述至少一个第二路由器发送分频后的参考时钟信号。

53.一种主控制器，其特征在于，应用于控制系统，所述控制系统包括环形网络，所述环形网络包括所述主控制器和至少一个节点设备；

其中，所述主控制器包括可编程逻辑电路和/或程序指令，所述主控制器用于实现如权利要求26至39任一所述的方法。

54.一种节点设备，其特征在于，应用于控制系统，所述控制系统包括环形网络，所述环形网络包括主控制器和至少一个所述节点设备；

其中，所述节点设备包括可编程逻辑电路和/或程序指令，所述节点设备用于实现如权利要求40至52任一所述的方法。

55.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括：如权利要求1至25任一所述的控制系统。

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