CN112596417A - 自动驾驶运行域控制器及控制系统 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例公开了自动驾驶运行域控制器及控制系统。该控制器包括两个运算单元SoC、一个控制单元MCU和关联组件，两个运算单元SoC和一个控制单元MCU通过通讯总线互联，两个运算单元SoC与关联组件通讯连接，用于采集、处理关联组件产生的数据，并将数据的处理结果通过MCU发送到车身域，其中，两个运算单元SoC分为互为冗余的主运算单元SoC和从运算单元SoC，其中，两个SoC进行复杂运算；控制单元MCU采集传感器数据、监测车辆状态和下发控制指令。该实施方式的两个运算单元SoC互为冗余，以增强该域控制器的可靠性和均衡负载压力。控制单元MCU具备较高的功能安全等级，可以提高该域控制器的安全性和可靠性。

Description

自动驾驶运行域控制器及控制系统

技术领域

本公开的实施例涉及自动驾驶技术领域，具体涉及自动驾驶域系统控制器。

背景技术

自动驾驶运行域控制器承担着将车辆各种系统、行车电脑等接入自动驾驶域系统的作用。

以往的相关控制器通常配置有操作系统以运行各种算法，以及在算法上进行加速功能的加速处理器、数字信号处理器、图形处理器等复杂设计。

此外，上述控制器通常包括存储单元来记录相关传感器数据和算法模块的中间数据。

然而，当采用上述控制器时，通常会存在以下技术问题：

第一，运行上述复杂设计的控制器，往往会导致控制器的可靠性和安全性等级较低。

第二，由于记录数据本身需要消耗大量的运算资源，上述控制器的存储模块会消耗该控制器的运算资源。

因此，本领域需要一种新的自动驾驶运行域控制器来解决上述问题。

发明内容

本公开的内容部分用于以简要的形式介绍构思，这些构思将在后面的具体实施方式部分被详细描述。本公开的内容部分并不旨在标识要求保护的技术方案的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求的保护的技术方案的范围。

本公开的一些实施例提出了自动驾驶运行域控制器及控制系统，来解决以上背景技术部分提到一项或多项的技术问题。

第一方面，本公开的一些实施例提供了一种自动驾驶运行域控制器，包括两个运算单元SoC、一个控制单元MCU和关联组件，两个运算单元SoC和一个控制单元MCU通过通讯总线互联，两个运算单元SoC与关联组件通讯连接，用于采集、处理关联组件产生的数据，并将数据的处理结果通过控制单元MCU发送到车身域，其中，两个运算单元SoC分为互为冗余的主运算单元SoC和从运算单元SoC，其中，两个SoC上运行第一操作系统，以进行复杂运算；控制单元MCU与传感器、车身域连接，以采集传感器数据、监测车辆状态和下发控制指令，控制单元MCU上运行第二系统，以满足系统的实时性和车规要求。

第二方面，本公开的一些实施例提供了一种自动驾驶运行域控制系统，包括原始图像相机、第一控制器、第二控制器和存储模块，上述原始图像相机用于采集车辆四周的图像信息，上述第一控制器作为运算单元提供算力，上述第二控制器作为图像接收和记录单元以运行图像信息采集、转发和存储功能，上述存储模块用于存储该车辆的运行数据，其中，上述第一控制器和第二控制器如第一方面中任一项上述的控制器。

本公开的自动驾驶运行域控制器的各个实施例具有如下有益效果：通过两个运算单元SoC和一个控制单元MCU，可以提高该控制器的安全性和可靠性。具体来说，发明人发现，造成相关的控制器安全性不高的原因在于：控制器通常配置有多个功能模块，例如操作系统、加速处理器、数字信号处理器和图形处理器等。运行上述复杂设计的控制器，会导致控制器的安全等级较低。基于此，跟公开的一些实施例的自动驾驶运行域控制器，不仅包括两个运算单元SoC，为处理信号、图像等提供运算环境和功能算力，还包括一个控制单元MCU，该控制单元MCU自身安全性较高，可以将对安全性要求较高的模块部署到该控制单元MCU中。例如传感器、车身域等底层控制模块。同时该控制单元MCU不会运行复杂的操作系统，如此一来，上述底层控制模块的安全性得到了提高，从而提高了该控制器的安全等级。

本公开的自动驾驶运行域控制系统的各个实施例具有如下有益效果：通过本公开的一些实施例的控制系统，实现第二控制器作为图像接收和记录单元以运行图像信息采集、转发和存储功能，同时不占用第一控制器的运算资源，使运算资源合理运用。具体来说，发明人发现，造成相关控制系统的存储单元会占用第一控制器的运算资源，造成资源使用不当的原因在于：存储单元往往部署到第一控制器中，从而导致该存储单元在实现存储功能时，会占用或消耗第一控制器的运算资源。基于此，本公开的一些实施例的自动驾驶运行域控制系统中，不仅包括第一控制器提供算力，还包括与第一控制器结构相似的第二控制器，来作为图像接收和记录单元，从而运行图像信息采集、转发和存储功能。上述第二控制器具备独立的运算能力，可以在记录数据时提供运算资源，从而不会占用第一控制器的运算资源。上述第二控制器还可以作为技术人员研发、改进和维修等工作的回放工具，进而提供了便利。

附图说明

结合附图并参考以下具体实施方式，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。贯穿附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素。应当理解附图是示意性的，原件和元素不一定按照比例绘制。

图1是本公开的自动驾驶运行域控制器的结构示意图；

图2是本公开的自动驾驶运行域控制系统的结构示意图；

图3是本公开的自动驾驶运行域控制系统的又一结构示意图；

图4是本公开的自动驾驶运行域控制系统的再一结构示意图；

图5是本公开的自动驾驶运行域控制系统图像分发结构的示意图；

图6是本公开的自动驾驶运行域控制系统的图像分发结构的又一结构示意图；

图7是本公开的自动驾驶运行域控制系统的图像分发结构的再一结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。

另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要注意，本公开中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。

需要注意，本公开中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。

本公开实施方式中的多个装置之间所交互的消息或者信息的名称仅用于说明性的目的，而并不是用于对这些消息或信息的范围进行限制。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。

首先，请参阅图1，图1是本公开的自动驾驶域控制器的结构示意图。如图1所示，上述控制器包括一个主运算单元SoC(System-on-a-Chip，系统级芯片)11和一个从运算单元SoC 12，以及控制单元MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)13。上述主运算单元SoC11、从运算单元SoC12和控制单元MCU13可以通过SPI接口(Serial PeripheralInterface，串行外设接口)或者PCIe总线(peripheral component interconnectexpress，高速串行扩展总线)连接。需要说明的是主运算单元SoC11、从运算单元SoC12和控制单元MCU13的连接也可以采用其他方式，例如通过以太网连接。可选的，上述域控制器可以包括一个多口的车规级以太网交换机14，该以太网交换机14可以建立上述主运算单元SoC11、从运算单元SoC12和控制单元MCU13的以太网连接。上述两个运算单元SoC可以是德州仪器的TDA4芯片。上述控制单元MCU可以是英飞凌的TC397芯片。上述主运算单元SoC11和从运算单元SoC12互为冗余，以增强该域控制器的可靠性和均衡负载压力。

上述主运算单元SoC11、从运算单元SoC12上运行第一操作系统，该第一操作系统可以是Linux/QNX等大型操作操作系统。具体而言，上述主运算单元SoC11、从运算单元SoC12具有高算力和图像编解码功能，可以运行复杂的操作系统，以进行复杂运算。上述主运算单元SoC11和从运算单元SoC12互为冗余，可以提高本公开的自动驾驶运行域系统的可靠性。

上述控制单元MCU13用于连接车身域和传感器。上述控制单元MCU13运行第二系统，该第二系统可以是RTOS系统(Real-time operating system，实时操作系统)或者AutoSAR系统(Automotive Open System Architecture，汽车开放系统架构)等。上述控制单元MCU13具有多路CAN总线接口，上述控制单元MCU13可以通过CAN总线接口或其他总线接口与传感器、车身域连接，以采集传感器数据、获取车辆信息、下发控制指令等。同时上述控制单元MCU13具备较高的功能安全等级。因此，可以弥补主运算单元SoC11、从运算单元SoC12安全性不高的问题，进而上述控制单元MCU13可以提高该域控制器的安全性和可靠性。上述传感器可以包括角速度传感器、加速度传感器、油温传感器、发动起转速传感器等等。

上述关联组件可以包括具备各种功能的单元。举例来说，该关联组件可以包括eMMC(Embedded Multi Media Card，嵌入式多媒体控制器)，用于存储操作系统、应用程序、传感器、算法等产生的数据，可为后期数据分析、测试和改进提供便利。上述运算单元SoC11、12可以通过串行接口与上述关联组件或者车辆相关系统连接，接收车辆相关信号或者信息，进而进行计算和处理。上述串行接口可以是SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)。本领域技术人员可以根据本领域公知常识对上述串行接口进行选择，但是这种改变并不超出本公开的保护范围。

继续参阅图1，上述关联组件还可以包括导航定位系统接收器31，该导航定位系统接收器31与主运算单元SoC11、从运算单元SoC12和控制单元MCU13连接。上述导航定位系统接收器31可以是GNSS(Global Navigation Satellite System，全球卫星导航系统)。该导航定位系统接收器31可以将定位信息以报文形式发送给上述主运算单元SoC11、从运算单元SoC12和控制单元MCU13。进一步地，同时该导航定位系统接收器31也会发送时间同步信号，进而使主运算单元SoC11、从运算单元SoC和控制单元MCU13分别接收上述两个信号，进而实现上述各单元的时钟同步。

继续参阅图1，上述关联组件还可以包括IMU(Inertial measurement unit，惯性测量单元)32。上述IMU32通过串行接口与上述控制单元MCU13连接，进而可以将车辆姿态信息传输到上述MCU13。其中，上述串行接口可以是RS232接口。

进一步地，上述两个运算单元SoC还分别连接一个四通道GMSL解串器，上述四通道GMSL解串器分别用于连接4个720P环视相机。上述两个运算单元SoC还分别连接一个两通道GMSL2解串器。可分别用于连接2个1080P前视相机。上述两通道GMSL解串器的CSI接口(Camera Serial Interface，相机串行接口)还可以连接一个单通道GMSL2串行器，用于旁路输出上述1080P前视摄像头的数据。上述两个运算单元SoC还会各自连接一个单通道GMSL串行器，用于输出模拟相机数据。如此一来，主运算单元SoC和从运算单元SoC所连接的相机可以被一个信号同时触发，以实现相机的同步。从提高计算结果的准确性。

本公开的自动驾驶运行域控制器包括主、从运算单元SoC和控制单元MCU，上述运算单元SoC用于运行比较复杂的操作系统，提供较高的算力。同时为了弥补运算单元SoC安全性不高的问题，控制单元MCU用于连接车辆的底层控制模块，以提高该系统的安全性和可靠性。

此外，以主从设备模式设置的主运算单元SoC和从运算单元SoC，可以使连接到上述两个运算单元的关联组件同时被触发。例如分别设置到上述两个运算单元SoC的不同相机，主运算单元SoC可以将相机的触发信号发送给从运算单元SoC，进而上述相机可以在同一时刻被触发，实现了相机的同步。可以使上述两个芯片接收到更全面的信号，进而提高了计算结果，提高了本系统的可靠性。

本公开还提供一种自动驾驶运行域控制系统，接下来结合图2进行说明。图2是本公开的自动驾驶运行域控制系统的结构示意图。如图2所示，该控制系统包括原始图像相机34、第一控制器1、第二控制器2和存储模块4。其中，第一控制器1和第二控制器2结构相同，均为根据本公开的自动驾驶运行域控制器。

上述原始图像相机用于采集车辆四周的图像信息，上述第一控制器作为运算单元提供算力，上述第二控制器作为图像接收和记录单元以运行图像信息采集、转发和存储功能，上述存储模块用于存储该车辆的运行数据。第一控制器1和第二控制器2可以通过GMSL吉比特多媒体串行链路或者串行总线连接。

如图2所示，第二控制器2的两端与原始图像相机34和存储模块4连接。该第二控制器2可以接入多路相机，例如环视相机、前视相机等。作为示例，上述第二控制器2连接两组相机，上述两组相机包括一组环视相机和一组前视相机。如此一来，第一控制器1可以独立运行泊车等相关自动驾驶功能，第二控制器2则运行图像采集、转发、存储等功能。

接下来请参阅图3，图3是本公开的自动驾驶运行域控制系统的又一些结构示意图。如图3所示，可以将离线数据存储到存储模块4中，第二控制器2可以将上述存储模块4中的记录的数据发送给第一控制器1，进而使第一控制器1可以对其进行分析、测试。

接下来请参阅图4，图4是本公开的自动驾驶运行域控制系统的再一些结构示意图。如图4所示，第二控制器2同时连接了原始图像相机34、多种传感器35及存储模块4。同时作为图像/传感器数据采集、存储模块及自动驾驶算法运算模块。

对于第二控制器作为日志存储功能模块如何实现将原始图像分发到上述第一控制器中这一新的技术问题三，本公开的系统提供三种实施方式进行说明。

接下来结合图5对第一种实施方式进行说明。图5是本公开的自动驾驶运行域控制系统的图像分发结构的结构示意图。如图5所示，一个或多个原始图像相机34通过GMSL接口与上述第二控制器的解串器22连接。上述第二控制器的解串器22将原始图像解串同时，通过MIPI接口(Mobile Industry Processor Interface，移动行业处理器接口)输出到上述第二控制器的运算单元SoC21，以及第二控制器的串行器23。其中，上述第二控制器的运算单元SoC21将图像保存到存储模块4。上述第二控制器的串行器23与上述第一控制器的解串器15连接，上述第一控制器的解串器15与上述第一控制器的运算单元SoC11连接。具体而言，上述解串器可以是MAX9296解串器或MAX9286解串器，该芯片根据自身特性可以将上述原始图像分发。上述串行器可以是MAX9295串行器。

接下来结合图6对第二种实施方式进行说明。图6是本公开的自动驾驶运行域控制系统的图像分发的又一结构示意图。如图6所示，一个或多个原始图像相机34与上述第二控制器的解串器22、以及上述第二控制器的运算单元SoC21依次连接。第二控制器的运算单元SoC21将处理的图像同时传输到存储模块4以及上述第二控制器的串行器23，其中，上述第二控制器的串行器23、上述第一控制器的解串器15和上述第一控制器的运算单元SoC11依次连接。

接下来结合图7对第三种实施方式进行说明。图7是本公开的自动驾驶运行域控制系统的图像分发的再一结构示意图。如图7所示，一个或多个原始图像相机34与上述第二控制器的解串器22、以及上述第二控制器的运算单元SoC21依次连接。第二控制器的运算单元SoC21将接收到的图像通过一路USB接口保存到外部存储单元4。同时上述第二控制器的运算单元SoC21将接收到的图像通过另一个USB接口传输到第一控制器的运算单元SoC11。其中，上述第二控制器的USB接口24、第一控制器的USB接口16和第一控制器的运算单元SoC11依次连接，从而使第二控制器的运算单元SoC21将接收到的图像传输到第一控制器的运算单元SoC11。

上述三种实现方式作为本公开的实施例的发明点，解决了上文提及的新的技术问题三“第二控制器作为日志存储功能模块如何实现将原始图像分发到上述第一控制器中”。导致第二控制器难以将原始图像分发到上述第一控制器中的因素往往如下：现有的自动驾驶域控制系统没有以另一个控制器作为存储功能模块的实现方式。如果解决了上述因素，就能达到将原始图像从作为存储功能模块的控制器发送到处理单元，以进行回溯故障问题等功能。为了达到这一效果，本公开利用解串器的特性在第二控制器中设置一个解串器。同时，在第二控制器中再介入一个串行器，将图像串行化输出到第一控制器当中。从而可以使第二控制器作为日志存储功能模块实现将原始图像分发到上述第一控制器。进而，第一控制器可以进行运算等功能，上述第二控制器用于记录原始图像信息。即使上述第一控制器出现故障，原始图像信息也可以记录下来，为回溯故障问题提供便利。

本公开的自动驾驶运行域控制系统，通过设置第一控制器和第二控制器，第一控制器为处理信号提供运算环境和功能算力。第二控制器用于存储关联组件的数据，进而提供存储功能，为后期分期数据，进行测试和改进提供助力。同时采用另一控制器作为存储模块的方式，可以减少消耗第一控制器的运算资源，进而减轻第一控制器的运行压力，提高本公开的自动驾驶运行域系统的可靠性。

最后，上述三种控制系统的图像分发的结构实施方式，可以解决原始相机数据的分发问题，提高该控制系统的可靠性。

以上描述仅为本公开的一些较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开的实施例中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开的实施例中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种自动驾驶运行域控制器，包括两个运算单元SoC、一个控制单元MCU和关联组件，所述两个运算单元SoC和一个控制单元MCU通过通讯总线互联，所述两个运算单元SoC与关联组件通讯连接，用于采集、处理关联组件产生的数据，并将所述数据的处理结果通过MCU发送到车身域，其中，

所述两个运算单元SoC分为互为冗余的主运算单元SoC和从运算单元SoC，其中，所述两个SoC上运行第一操作系统，以进行复杂运算；

所述控制单元MCU与传感器、车身域连接，以采集传感器数据、监测车辆状态和下发控制指令，所述MCU上运行第二系统，以满足系统的实时性和车规要求。

2.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述控制器中还包括一个车规级多口以太网交换机，所述以太网交换机用于建立所述主运算单元SoC、从运算单元SoC和控制单元MCU之间的以太网连接。

3.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述关联组件包括一个GNSS导航定位系统接收器，所述GNSS与所述主运算单元SoC、从运算单元SoC和控制单元MCU通讯连接，以及所述GNSS的信号会输出至主运算单元SoC、从运算单元SoC和控制单元MCU，以实现所述系统的时钟同步。

4.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述关联组件包括一个IMU惯性测量单元，所述IMU与所述控制单元MCU之间通过串口连接，用于获取车身姿态信息。

5.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所控制单元MCU还包括多路CAN总线接口，所述控制单元MCU通过所述CAN总线接口与传感器、车身域连接，以采集传感器数据、获取车辆信息和下发控制指令。

6.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述两个运算单元SoC分别连接一个四通道GMSL解串器，所述四通道GMSL解串器用于连接4个720P环视相机；所述两个运算单元SoC分别连接一个两通道GMSL2解串器，所述两通道GMSL2解串器用于连接2个1080P前视相机；所述两通道GMSL解串器的相机串行接口CSI还连接一个单通道GMSL2串行器，用于旁路输出所述1080P前视摄像头的数据；所述两个运算单元SoC还各自连接一个单通道GMSL串行器，用于输出模拟相机数据。

7.一种自动驾驶运行域控制系统，包括原始图像相机、第一控制器、第二控制器和存储模块，所述原始图像相机用于采集车辆四周的图像信息，所述第一控制器作为运算单元提供算力，所述第二控制器作为图像接收和记录单元以运行图像信息采集、转发和存储功能，所述存储模块用于存储该车辆的运行数据，其中，所述第一控制器和第二控制器是权利要求1-6中任一项所述的控制器。

8.根据权利要求7所述的控制系统，其特征在于，所述原始图像相机与所述第二控制器的解串器连接，所述第二控制器的解串器将原始图像解串同时输出到所述第二控制器的运算单元SoC以及第二控制器的串行器，所述第二控制器的运算单元SoC与存储模块连接以及将图像传输到存储模块；所述第二控制器的串行器将图像传输到第一控制器的运算单元SoC，其中，所述第二控制器的串行器与所述第一控制器的解串器连接，所述第一控制器的解串器与所述第一控制器的运算单元SoC连接。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述原始图像相机与所述第二控制器的解串器、以及所述第二控制器的运算单元SoC依次连接，第二控制器的运算单元SoC将处理的图像同时传输到存储模块以及所述第二控制器的串行器，所述第二控制器的串行器将所述图像传输到所述第一控制器的运算单元SoC，其中，所述第二控制器的串行器、所述第一控制器的解串器和所述第一控制器的运算单元SoC依次连接。

10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述原始图像相机与所述第二控制器的解串器、以及所述第二控制器的运算单元SoC依次连接，第二控制器的运算单元SoC将处理的图像通过两路USB接口同时传输到存储模块以及第二控制器的USB接口，其中，所述第二控制器的USB接口、第一控制器的USB接口和第一控制器的运算单元SoC依次连接。

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