CN112929343B - 用于智能座舱的跨域通信方法、系统、设备以及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种用于智能座舱的跨域通信方法、系统、设备以及存储介质,该方法包括：申请共享内存，并创建发送和接收线程；输入域模块根据操作指令向共享内存写入至少一个信号数据；按统一数据分层模型对信号数据进行标准化处理；接收域模块按顺序读取共享内存的标准化处理后的信号数据的消息内容；当消息内容为应用程序指令时，由对应的应用程序并执行。通过采用统一的数据分层模型对信号数据进行标准化处理，实现不同操作系统的域模块对信号数据写入和读取的难题，从而在不需要网络接口以及协议栈的情况下实现跨域通信；并且，多个域模块之间采用一个共享内存来进行数据的写入和读取，进一步提高跨域通信的速率。

Description

用于智能座舱的跨域通信方法、系统、设备以及存储介质

技术领域

本发明属于智能汽车技术领域，尤其是一种用于智能座舱的跨域通信方法、系统、设备以及存储介质。

背景技术

近年来，随着消费者对汽车智能化的需求越来越多，越来越多的车型配备中控大屏娱乐系统、全液晶仪表、平视显示器、空调控制及副驾驶娱乐系统等，但是越来越多的电子单元造成车辆的成本、功耗的急剧飙升，因此将以上多个系统集成到一个芯片(SOC)的智能座舱域控制器越来越流行。

智能座舱控制器一般分为控制域、娱乐域、驾驶信息域。其中，控制域通常运行于R核上的RTOS系统，娱乐域通常运行于A核上的Android操作系统，驾驶信息域通常运行于A核上的QNX或Linux作系统。因此，基于安全性和独立性要求，不同的域之间数据不能直接访问，导致数据通信过程较为复杂。

现有解决方案是基于TCP/IP协议栈的裸Socket(套接字)通讯或在Socket通讯基础之上封装的D-BUS(数据总线)。虽然上述方案可以实现跨域通信问题，但是至少存在以下问题：

1)实现跨域通信的所有域都必须支持TCP/IP协议栈，而智能座舱控制器的安全域一般是单片机，无网络接口或协议栈，不支持Socket通讯；

2)网络协议代码复杂，通讯速率低，一般只有几MB/S。

发明内容

本发明提供了一种用于智能座舱的跨域通信方法、系统、设备以及存储介质，以解决现有技术中存在的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供一种用于智能座舱的跨域通信方法，包括：申请共享内存；

向所述共享内存写入至少一个信号数据；

按统一数据分层模型对所述信号数据进行标准化处理，得到标准化信号数据；

按顺序读取所述标准化信号数据，获得消息内容；当所述消息内容为应用程序指令时，由对应的应用程序执行。

在进一步的实施例中，本发明实施例提供的用于智能座舱的跨域通信方法通过建立三级数据分层模型实现对信号数据进行标准化处理；

所述数据分层模型的第一级为物理层，用于定义通信数据的通道；

所述数据分层模型的第二级为数据通信层，用于定义通信数据帧的格式；

所述数据分层模型的第三级为消息路由层，用于定义通信数据的消息内容的数据格式。

在进一步的实施例中，通信数据帧的格式包括帧头和帧数据，帧头至少包含忙碌状态标志、帧长度、帧校验、帧消息数，帧数据区包含至少一个消息内容。

在进一步的实施例中，通信数据的消息内容的数据格式包括消息长度、消息编号、消息校验以及消息路由编号，其中消息编号唯一，消息路由编号与应用程序一一对应。

在进一步的实施例中，输入域模块发送信号数据时，先判断接收域模块的接收帧是否处于忙碌状态，当接收域模块的接收帧处于空闲状态时，将其设置为忙碌状态，然后向共享内存中写入一个或多个消息内容，然后取消接收域模块的接收帧的忙碌标志，允许其读取共享内存中的消息内容。

在进一步的实施例中，接收域模块接收信号数据时，先设置本域的接收帧为忙碌标志，并从共享内存中读取一个或多个消息内容，然后根据消息路由编号通知相应的应用程序读取消息内容以进行程序运行，然后取消接收域模块的接收帧忙碌标志，允许输入域模块向共享内存中写入消息内容。

第二方面，本发明实施例提供一种用于智能座舱的跨域通信系统，包括：域模块，用于写入信号数据以及读取信号数据的消息内容，所述域模块内嵌有信号标准化处理单元以及程序驱动单元,所述标准化处理单元通过建立三级数据分层模型对信号进行标准化处理；

共享模块，包括设有缓冲单元的共享内存；输入域模块写入的信号数据经标准化处理后缓存于缓冲单元,接收域模块按顺序读取缓冲单元内的信号数据的信息内容,当消息内容为应用程序指令时，接收域模块的程序驱动单元启动对应的应用程序执行该程序指令；

总线模块，用于建立多个域模块与共享模块的通信连接。

在进一步的实施例中，所述域模块之间分别设有独立的通信通道,所述通信通道分别包括输入通道以及输出通道。

第三方面，本发明实施例提供一种用于智能座舱的跨域通信设备，包括：处理器以及存储有计算机程序的存储器；

所述处理器读取并执行所述计算机程序以实现本发明实施例第一方面提供的用于智能座舱的跨域通信方法。

第四方面，本发明实施例一种用于智能座舱的跨域通信存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明实施例第一方面提供的用于智能座舱的跨域通信方法。

有益效果：本发明实施例提供的用于智能座舱的跨域通信方法，通过采用统一的数据分层模型对信号数据进行标准化处理，实现不同操作系统的域模块对信号数据写入和读取的难题，从而在不需要网络接口以及协议栈的情况下实现跨域通信；并且，多个域模块之间采用一个共享内存来进行数据的写入和读取，进一步提高跨域通信速率。

附图说明

图1是本发明的用于智能座舱的跨域通信方法的流程图。

图2是本发明的跨域通信架构的结构示意图。

图3是本发明的跨域通信数据分层模型图。

图4是本发明的同步进行信号数据发送以及接收的跨域通信流程图。

图5是本发明的用于智能座舱的跨域通信系统的结构示意图。

图6是本发明的用于智能座舱的跨域通信设备的结构示意图。

图1至图6中的各处标记分别为：域模块10、共享模块20、总线模块30、处理器100、存储器200、输入装置300、输出装置400。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例，对本发明技术方案进行清楚、完整的描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

随着汽车智能化的不断发展，越来越多的车型配备中控大屏娱乐系统、全液晶仪表、平视显示器、空调控制及副驾驶娱乐系统等。而越来越多的电子单元造成车辆的成本、功耗的急剧飙升，因此将以上多个系统集成到一个芯片(SOC)的智能座舱域控制器越来越流行。

智能座舱控制器一般分为控制域、娱乐域、驾驶信息域。其中，控制域通常运行于R核上的RTOS系统，娱乐域通常运行于A核上的Android操作系统，驾驶信息域通常运行于A核上的QNX或Linux作系统。为了解决跨域通信问题，现有解决方案是基于TCP/IP协议栈的裸Socket(套接字)通讯或在Socket通讯基础之上封装的D-BUS(数据总线)。而基于安全性和独立性要求，导致上述数据通信过程较为复杂。具体表现为：

1)实现跨域通信的所有域都必须支持TCP/IP协议栈，而智能座舱控制器的安全域一般是单片机，无网络接口或协议栈，不支持Socket通讯；

2)网络协议代码复杂，通讯速率低，一般只有几MB/S。

实施例一

图1是本发明实施例一提供的用于智能座舱的跨域通信方法的流程图。本实施例适用于智能座舱的各功能域模块之间的跨越通信的情况。同时，该方法可以由用于智能座舱的跨域通信系统来执行，该系统可以由软件和/或硬件来予以实现，并一般集成与计算机设备中。

如图1所示，本发明实施例中提供的用于智能座舱的跨域通信方法包括以下步骤：S01，申请共享内存。

其中，共享内容由所有的域模块共享，用于存储本域接收帧，以便各域模块能够直接写入和/或读取信息。同时，创建发送和接收线程，并启动发送和接收定时器。

S02，输入域模块根据用户的操作指令向共享内存写入至少一个信号数据。

其中，输入域模块是指根据用户操作指令进行信号数据写入的域模块，信号数据可能是包含域模块之间的实时通信信息或者是跨域启动应用程序的程序指令的消息内容的集合。

S03，按统一数据分层模型对信号数据进行标准化处理。

现阶段，智能座舱控制器的各域模块通信架构存在不统一的情况。

例如控制域通常采用RTOS系统，娱乐域通常采用Android操作系统，而驾驶信息域通常采用QNX或Linux作系统。因此如果要实现不同系统之间的跨域通信问题，首要要解决的就是建立统一的跨域通信架构。因此，本实施例提出通过一种数据分层模型以建立统一的跨域通信架构，如图2所示。通过数据分层模型对信号数据进行标准化处理，进而使不同操作系统的跨域通信成为可能。

具体的，结合图3该数据分层模型的第一级为物理层，用于定义通信数据的通道。本实施例中各域模块之间分别设有独立的通信通道。通信通道分别包括输入通道以及输出通道，记为A通道以及B通道。这两个通道代表两个相反的数据传输方向，可以有效解决某个域模块同时进行收发两个任务的冲突性问题。每个通道存储完整的数据帧为1帧。

数据分层模型的第二级为数据通信层，用于定义通信数据帧的格式。通信数据帧的格式包括帧头和帧数据。其中，帧头引入表明当前帧是否处于忙碌状态的忙碌状态标志，可以用Busy标志表示。当Busy标志为1时代表有域在读或者写帧缓冲，不能访问。同时，帧头还包含帧长度、帧校验、帧消息数。帧数据区包含至少一个消息内容。该消息内容可以是域模块之间的实时通信信息或者是跨域启动应用程序的程序指令。

数据分层模型的第三级为消息路由层，用于定义通信数据的消息内容的数据格式。具体包含消息长度、消息编号、消息校验以及消息路由编号。其中，消息编号记为消息ID，且消息ID是消息内容的唯一标识。消息路由编号记为消息路由ID，其与应用程序一一对应。消息路由ID代表要传给某个应用程序APP，消息路由层对该消息校验成功后，将该消息内容取出，发送给消息路由ID对应的应用程序App，由该应用程序APP，执行相关程序指令。

基于TCP/IP协议栈的跨域通讯方案，一般分为七层，即物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层，分层过多，通讯延迟大，更重要的是没有对实时性做专门优化，通信延迟在10到100毫秒不等。而本实施例中根据智能座仓跨域通讯的需求，提出了三层简化数据分层模型，即物理层、数据通讯层、消息路由层，有效减少了跨进程(独立的任务)通讯的次数，通信延迟可达微秒级。

S04，接收域模块按顺序读取共享内存的标准化处理后的信号数据的消息内容；当消息内容为应用程序指令时，由对应的应用程序并执行。

其中，接收域模块是指接收信号指令并执行的域模块。通过采用统一的数据分层模型对信号数据进行标准化处理，实现不同操作系统的域模块对信号数据写入和读取的难题，从而在不需要网络接口以及协议栈的情况下实现跨域通信；并且，多个域模块之间采用一个共享内存来进行数据的写入和读取，进一步提高跨域通信的速率。目前能实现跨域通讯一般基于TCP/IP协议栈，但是网络协议代码非常复杂，需要层层拆包组包，通讯速率低，一般只有几MB/S，无法满足高清视频或图片的传输，且CPU开销大，特别不适合跑在类似单片机的R核上。本实施例提出的方法基于物理内存共享的，能够将数据传输速率提高至到100MB/S至1GB/S之间，满足高清视频或图片的传输。

在上述过程中，接收域模块读取信号数据的同时存在写入信号数据的情况。即该域模块在作为接收域模块的同时，也可能同时是输入域模块。因此，该域模块即存在同时接收信号数据以及发送信号数据的情况。而为了避免域模块在同时进行信号数据接收以及发送过程中冲突的问题，结合图3，每个域模块均设有单独的通信通道，分别为发送信号数据的A通道以及接收信号数据的B通道，这两个通信通道的数据传输方向相反。

结合图4，当域模块接收信号数据时，即该域模块当前作为接收域模块。此时，通信接收流程具体为：

首先初始化A通道，并申请共享内存用于存储本域接收帧。然后创建接收线程，并启动接收定时器。判定接收定时器是否超时。如果接收定时器超时，则进一步判定本域接收帧是否处于忙碌状态，如果本域接收帧处于忙碌状态，则返回重新进行判定，如果本域接收帧处于空闲状态，则设置本域的接收帧使其呈忙碌状态，并从共享内存中读取一个或多个消息内容。然后根据消息路由编号通知相应的应用程序读取消息内容以进行程序运行。再然后取消接收域模块的接收帧忙碌标志，允许输入域模块向共享内存中写入消息内容，在此基础上判断通信过程是否终止，如果通信过程未终止，则进重新进行接收定时器超时判定，以重复进行信号数据接收过程，如果通信过程终止，则回收共享内存，并退出接收线程，销毁发接收定时器。

当域模块接收信号数据时，即该域模块当前作为输入域模块。此时，通信发送流程具体为：

首先初始化B通道，并申请共享内存用于存储本域接收帧。然后创建发送线程，并启动发送定时器。判定发送定时器是否超时。如果接收定时器超时，则进一步判定接收域模块的对端帧是否处于忙碌状态，即判断接收域模块的接收帧是否处于忙碌状态。如果对端帧处于忙碌状态，则返回重新进行判定。如果接收域模块的接收帧即对端帧处于空闲状态，则设置接收域模块的接收帧使其呈忙碌状态，并向共享内存中写入一个或多个消息内容，然后取消接收域模块的接收帧的忙碌标志，允许其读取共享内存中的消息内容。最后判定通信过程是否终止，如果通信过程未终止，则进重新进行发送定时器超时判定，以重复进行信号数据发送过程；如果通信过程终止，则回收共享内存，并退出发送线程，销毁发送定时器。

本实施例中，通过引入数据帧忙碌标志，有效解决了某个域模块的通信数据发送和接收的同步问题；并且通过数据传输方向相反的两个通道，解决了两个信号数据同时进行且不产生冲突。

实施例二

图5是本发明实施例二提供的用于智能座舱的跨域通信系统的结构示意图。如图5所示，本发明实施例中提供的用于智能座舱的跨域通信系统包括域模块10、共享模块20以及总线模块30。

具体的，域模块的数量为多个，其具体数量根据智能座舱的功能需求来进行设定。本实施例中域模块包括控制域、娱乐域、驾驶信息域等，其中控制域通过CAN总线与行车电脑连接。而各域模块均可用于写入信号数据以及读取信号数据的消息内容。并且，各域模块内嵌有信号标准化处理单元以及程序驱动单元。

其中，标准化处理单元通过统一数据分层模型对信号进行标准化处理，从而构建不同域模块的统一通信构架。该数据分层模型的第一级为物理层，用于定义通信数据的通道。本实施例中各域模块之间分别设有独立的通信通道。通信通道分别包括输入通道以及输出通道。这两个通道代表两个相反的数据传输方向，可以有效解决某个域模块同时进行收发两个任务的冲突性问题。数据分层模型的第二级为数据通信层，用于定义通信数据帧的格式。通信数据帧的格式包括帧头和帧数据。其中，帧头引入表明当前帧是否处于忙碌状态的忙碌状态标志，可以用Busy标志表示。当Busy标志为1时代表有域在读或者写帧缓冲，不能访问。同时，帧头还包含帧长度、帧校验、帧消息数。帧数据区包含至少一个消息内容。

该消息内容可以是域模块之间的实时通信信息或者是跨域启动应用程序的程序指令。数据分层模型的第三级为消息路由层，用于定义通信数据的消息内容的数据格式。具体包含消息长度、消息编号、消息校验以及消息路由编号。其中，消息编号记为消息ID，且消息ID是消息内容的唯一标识。消息路由编号记为消息路由ID，其与应用程序一一对应。消息路由ID代表要传给某个应用程序APP，消息路由层对该消息校验成功后，将该消息内容取出，发送给消息路由ID对应的应用程序App，由该应用程序APP，执行相关程序指令。

共享模块，包括设有缓冲单元的共享内存。输入域模块写入的信号数据经标准化处理后缓存于缓冲单元,接收域模块按顺序读取缓冲单元内的信号数据的信息内容,当消息内容为应用程序指令时，接收域模块的程序驱动单元启动对应的应用程序执行该程序指令。

总线模块，用于建立多个域模块与共享模块的通信连接。

本实施例中提供的用于智能座舱的跨域通信系统可执行本发明任意实施例所提供的用于智能座舱的跨域通信方法，并具备该方法的有益效果。

实施例三

图6是本发明实施例三提供的用于智能座舱的跨域通信设备的结构示意图。如图6所示，本发明实施例中提供的用于智能座舱的跨域通信设备包括处理器100、存储器200、输入装置300以及输出装置400。

具体的，处理器100、存储器200、输入装置300以及输出装置400可以通过总线连接的方式进行连接。其中存储器作为一种计算机可读存储介质，可以用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块。例如本发明实施例中用于智能座舱的跨域通信对应的域模块、共享模块。处理器通过运行存储在存储器中的软件程序、指令以及模块，从而执行计算机设备的各种功能应用以及数据处理，进而实现上述用于智能座舱的跨域通信方法。该方法包括：

申请共享内存，并创建发送和接收线程；

输入域模块根据操作指令向共享内存写入至少一个信号数据；

按统一数据分层模型对信号数据进行标准化处理；

接收域模块按顺序读取共享内存的标准化处理后的信号数据的消息内容；当消息内容为应用程序指令时，由对应的应用程序并执行。

存储器可以包括高速随机存储器，还可以包括非易失性存储器，例如固态存储器。在一些实施例中存储器还可以进一步包括相对于处理器远程设置的存储器。输入装置可用于接收输入的数字或字符信息以及产生与计算机设备的用户设置以及功能控制有关的键入信号。输出装置可以是包括显示屏在内的显示设备。

实施例四

本发明实施例四还提供一种用于智能座舱的跨域通信存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现发明实施例第一方面提供的用于智能座舱的跨域通信方法。该方法包括：

申请共享内存，并创建发送和接收线程；

输入域模块根据操作指令向共享内存写入至少一个信号数据；

按统一数据分层模型对信号数据进行标准化处理；

接收域模块按顺序读取共享内存的标准化处理后的信号数据的消息内容；当消息内容为应用程序指令时，由对应的应用程序并执行。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种用于智能座舱的跨域通信方法，其特征在于，包括：

申请共享内存；

向所述共享内存写入至少一个信号数据；

按统一数据分层模型对所述信号数据进行标准化处理，得到标准化信号数据；

按顺序读取所述标准化信号数据，获得消息内容；当所述消息内容为应用程序指令时，由对应的应用程序执行；

通过建立三级数据分层模型实现对信号数据进行标准化处理；

所述数据分层模型的第一级为物理层，用于定义通信数据的通道；

所述数据分层模型的第二级为数据通信层，用于定义通信数据帧的格式；

所述数据分层模型的第三级为消息路由层，用于定义通信数据的消息内容的数据格式。

2.根据权利要求1所述的用于智能座舱的跨域通信方法，其特征在于，所述通信数据帧的格式，包括帧头和帧数据，帧头至少包含忙碌状态标志、帧长度、帧校验、帧消息数，帧数据区包含至少一个消息内容。

3.根据权利要求2所述的用于智能座舱的跨域通信方法，其特征在于，所述通信数据的消息内容的数据格式包括消息长度、消息编号、消息校验以及消息路由编号，其中消息编号唯一，消息路由编号与应用程序一一对应。

4.根据权利要求3所述的用于智能座舱的跨域通信方法，其特征在于，输入域模块发送信号数据时，先判断接收域模块的接收帧是否处于忙碌状态，当接收域模块的接收帧处于空闲状态时，将其设置为忙碌状态，然后向共享内存中写入一个或多个消息内容，然后取消接收域模块的接收帧的忙碌标志，允许其读取共享内存中的消息内容。

5.根据权利要求3所述的用于智能座舱的跨域通信方法，其特征在于，接收域模块接收信号数据时，先设置本域的接收帧为忙碌标志，并从共享内存中读取一个或多个消息内容，然后根据消息路由编号通知相应的应用程序读取消息内容以进行程序运行，然后取消接收域模块的接收帧忙碌标志，允许输入域模块向共享内存中写入消息内容。

6.一种用于智能座舱的跨域通信系统，其特征在于，包括：域模块，用于写入信号数据以及读取信号数据的消息内容，所述域模块内嵌有信号标准化处理单元以及程序驱动单元，所述标准化处理单元通过统一数据分层模型对信号进行标准化处理；通过建立三级数据分层模型实现对信号数据进行标准化处理；

所述数据分层模型的第一级为物理层，用于定义通信数据的通道；

所述数据分层模型的第二级为数据通信层，用于定义通信数据帧的格式；

所述数据分层模型的第三级为消息路由层，用于定义通信数据的消息内容的数据格式，

共享模块，包括设有缓冲单元的共享内存；输入域模块写入的信号数据经标准化处理后缓存于缓冲单元，接收域模块按顺序读取缓冲单元内的信号数据的信息内容，当消息内容为应用程序指令时，接收域模块的程序驱动单元启动对应的应用程序执行该程序指令；

总线模块，用于建立多个域模块与共享模块的通信连接。

7.根据权利要求6所述的用于智能座舱的跨域通信系统，其特征在于，包括：所述域模块之间分别设有独立的通信通道,所述通信通道分别包括输入通道以及输出通道。

8.一种用于智能座舱的跨域通信设备，其特征在于，包括：

处理器以及存储有计算机程序的存储器；

所述处理器读取并执行所述计算机程序以实现如权利要求1-5任意一项所述的用于智能座舱的跨域通信方法。

9.一种用于智能座舱的跨域通信存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-5任意一项所述的用于智能座舱的跨域通信方法。

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