CN113300946B - 一种多核多通信协议网关及其管理调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多核多通信协议网关及其管理调度方法。该网关包括：主干网、子网、管理核心以及多个转发管理核心；主干网输入接口以及子网输入接口与管理核心通信；管理核心通过转发调度核心与主干网输出接口通信；管理核心通过转发调度核心与子网输出接口通信；管理核心接收主干网以及子网输入的消息；管理核心根据接收的消息所到达的目的地，将消息分配至相应的转发管理核心中；转发调度核心发送访问内存请求至管理核心，并当接收管理核心发送的访问内存许可之后，将消息按照队列顺序复制消息，再发送消息；转发调度核心当消息发送完成之后，将相应的消息进行删除。本发明能够提高车载网关的通信性能，保证消息传输的实时性、公平性及安全性。

Description

一种多核多通信协议网关及其管理调度方法

技术领域

本发明涉及车载网关领域，特别是涉及一种多核多通信协议网关及其管理调度方法。

背景技术

由于汽车内部系统功能的逐渐增多，汽车内部的控制单元也逐渐增多，为了顺应大数据时代的需求，加速软件的更新，汽车电子电气架构逐渐由分布转为集中式架构。车载网关作为车载异构通信网络系统的重要节点，不仅需要满足汽车中存在的如CAN、FlexRay、MOST、以太网等多种协议的互相转换，还需要保证消息调度的实时性、公平性。此外，通信速度和数据大小不断增加使得网关的负担加重，网关性能必须增强。

常见的消息调度算法有很多，如FIFO(First Input First Output，先进先出)算法、SP(Strict Priority，严格优先级)算法及EDF(Earliest Deadline First，最早截止时间优先算法)。

FIFO是一种传统的按序执行方法，先进入的指令先完成并引退，跟着才执行第二条指令。SP严格优先级算法对不同的队列设置不同的优先级，优先级高的队列绝对优先于优先级低的队列，只要优先级高的队列中有数据包存在，优先调度优先级高的队列。EDF是最早截止时间优先算法在每一个新的就绪状态，调度器都是从那些已就绪但还没有完全处理完毕的任务中选择最早截止时间的任务，并将执行该任务所需的资源分配给它。在有新任务到来时，调度器必须立即计算EDF，排出新的定序，即正在运行的任务被剥夺，并且按照新任务的截止时间决定是否调度该新任务。如果新任务的最后期限早于被中断的当前任务，就立即处理新任务。按照EDF算法，被中断任务的处理将在稍后继续进行。

而现有的车载网关无法满足使用不同主干网和子网的域架构的智能汽车的要求，相应的调度方法不能保证消息传输的实时性、公平性及安全性。因此，亟需一种适用于车载多核多通信协议的网关即网关调度方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种多核多通信协议网关及其管理调度方法，能够提高车载网关的通信性能，保证消息传输的实时性、公平性及安全性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种多核多通信协议网关，包括：主干网、子网、管理核心以及多个转发管理核心；

所述主干网的主干网输入接口以及所述子网的子网输入接口均与所述管理核心通信；

所述管理核心通过一所述转发调度核心与所述主干网的主干网输出接口通信；所述管理核心通过另一所述转发调度核心与所述子网的子网输出接口通信；

所述管理核心用于接收所述主干网以及所述子网输入的消息；所述管理核心还用于根据接收的消息所到达的目的地，将所述消息分配至相应的转发管理核心中的消息队列中；

所述转发调度核心用于发送访问内存请求至所述管理核心，并当接收所述管理核心发送的访问内存许可之后，将消息队列中的消息按照队列顺序复制消息，再发送消息至相应的主干网或子网；所述转发调度核心还用于当消息发送完成之后，将相应的消息进行删除。

可选地，所述主干网包括：以太网。

可选地，所述子网包括：CAN、CAN-FD、FlexRay或MOST中的一种或多种。

一种多核多通信协议网关的管理调度方法，包括：

获取主干网的主干网输入接口以及子网的子网输入接口输入的消息；

根据所述消息所到达的目的地，将所述消息分配至相应的转发管理核心中的消息队列中；

获取转发调度核心的访问内存请求；

根据所述访问内存请求，将访问内存许可发送至相应的转发调度核心；

根据所述访问内存许可，所述转发调度核心将消息队列中的消息按照队列顺序复制消息，再发送消息至相应的主干网或子网；并当消息发送完成之后，将相应的消息进行删除。

可选地，所述获取转发调度核心的访问内存请求，具体包括：

采用轮询的方法获取转发调度核心的访问内存请求。

可选地，所述根据所述访问内存请求，将访问内存许可发送至相应的转发调度核心，具体包括：

判断是否有且仅有一个转发调度核心发送访问内存请求；

若是，则发送访问内存许可至相应的转发调度核心；

若否，则转发调度核心定期生成实时中断，更新访问内存请求的队列，直至有且仅有一个转发调度核心发送访问内存请求。

可选地，所述根据所述访问内存许可，所述转发调度核心将消息队列中的消息按照队列顺序复制消息，再发送消息至相应的主干网或子网；并当消息发送完成之后，将相应的消息进行删除，具体包括：

根据消息队列中消息的最早截止时间确定消息的优先级；

根据消息的优先级进行排队，确定队列顺序。

可选地，所述根据消息的优先级进行排队，确定队列顺序，具体包括：

实时获取消息的优先级，并根据更新后的消息的优先级排队；

将更新后的的消息队列中重复的消息进行删除。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明所提供的一种多核多通信协议网关及其管理调度方法，在网关中加入转发调度核心以及管理核心，即在主干网与子网与管理核心进行通信时，先将消息发送至相应的转发调度核心，即转发调度核心当接收所述管理核心发送的访问内存许可之后，将消息队列中的消息按照队列顺序复制消息，再发送消息至相应的主干网或子网，并删除相应的消息。通过转发调度核心对消息的调度不仅保证了敏感消息及高优先级传输的实时性，还在一定程度上满足了低优先级消息最少次数的重发和尽快传播，符合汽车消息传输的实时性和公平性需求。

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，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的一种多核多通信协议网关结构示意图；

图2为本发明所提供的以以太网为主干网，以CAN、CAN_FD等车载网络协议为子网的域架构中的网关结构示意图；

图3为本发明所提供的调度方法示意图；

图4为本发明所提供的一种多核多通信协议网关的管理调度方法流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种多核多通信协议网关及其管理调度方法，能够提高车载网关的通信性能，保证消息传输的实时性、公平性及安全性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明所提供的一种多核多通信协议网关结构示意图，如图1所示，本发明所提供的一种多核多通信协议网关，包括：主干网、子网、管理核心以及多个转发管理核心。其中，主干网的主干网接口包括：主干网输入接口以及主干网输出接口；子网的子网接口包括：子网输入接口以及子网输出接口。

所述主干网的主干网输入接口以及所述子网的子网输入接口均与所述管理核心通信。

所述管理核心通过一所述转发调度核心与所述主干网的主干网输出接口通信；所述管理核心通过另一所述转发调度核心与所述子网的子网输出接口通信。

所述管理核心用于接收所述主干网以及所述子网输入的消息；所述管理核心还用于根据接收的消息所到达的目的地，将所述消息分配至相应的转发管理核心中的消息队列中。即消息的目的地为子网消息接口1，则将消息分配至负责给子网接口1发送消息的转发调度核心1的消息队列。

所述转发调度核心用于发送访问内存请求至所述管理核心，并当接收所述管理核心发送的访问内存许可之后，将消息队列中的消息按照队列顺序复制消息，再发送消息至相应的主干网或子网；所述转发调度核心还用于当消息发送完成之后，将相应的消息进行删除。

如图3所示，各消息队列调度算法首先根据消息的最早截止时间确定消息的优先级，使用优先级排队，在排队过程中发生延迟时(消息队列不能即进即出，发生排队即产生延时，因为消息较多在队列中累积就会发生延时，延迟的后果将会导致汽车的实时性和安全性下降)，需要不断更新(例如消息队列中出现了两个具有相同ID的消息，该消息的优先级为3，将前一个消息删除，后一个消息的优先级升级为2，重新插入队列中优先级为2的消息的首位)及删除现有消息(现有消息与队列中已存在消息重复，进一步增多在队列中排队的消息，所以将重复的具有相同ID的消息删除可以减少延迟，且删除已发送消息，这里的删除消息是删除队列中的重复消息，删除完之后队列还会留有一个该消息可以复制发送)，避免消息的长期累积。当消息更新时，具有相同ID的消息可以适当提升其优先级(提升的程度是可以将该消息的优先级提升一级，并且置于同等优先级之首)，以此避免低优先级始终处于消息队列，无法转发甚至丢失的情况，使低优先级的消息也可以尽快传输。当有紧急消息时，可直接设定为最高优先级传输该消息，避免延时带来的损失。

所述主干网包括：以太网。

所述子网包括：CAN、CAN-FD、FlexRay或MOST中的一种或多种。

如图2所示，为以以太网为主干网，以CAN、CAN_FD等车载网络协议为子网的车载多核多协议网关示意图，结合现在汽车域架构的通信协议需求，以以太网作为主干网，采用CAN、CAN-FD、FlexRay、MOST作为子网，设定一个管理核心和三个转发调度核心，得到适用于汽车域架构的多核多通信协议车载网关，包括以太网接口、CAN接口、CAN_FD接口、FlexRay接口、MOST接口、管理核心、转发调度核心0、转发调度核心1、转发调度核心2。所述以太网接口由以太网消息输入端口及以太网消息输出端口组成；所述CAN接口由CAN消息输入端口及CAN消息输出端口组成；所述FlexRay接口由FlexRay输入端口组成；所述MOST接口由MOST消息输入端口及MOST消息输出端口组成；

所述管理核心用以接收以太网、CAN、CAN-FD、FlexRay、MOST接口的消息输入，然后根据不同消息所到达的目的地将消息分配至转发调度核心的消息队列，并且管理转发调度核心对于存储器的访问；

所述转发调度核心0在接收到管理核心的访问内存许可之后，可以按照队列顺序复制消息发送消息至以太网消息输出端口；

所述转发调度核心1在接收到管理核心的访问内存许可之后，可以按照队列顺序复制消息发送消息至CAN及CAN_FD消息输出端口；

所述转发调度核心2在接收到管理核心的访问内存许可之后，可以按照队列顺序复制消息发送消息至FlexRay及MOST消息输出端口。

图4为本发明所提供的一种多核多通信协议网关的管理调度方法流程示意图，如图4所示，本发明所提供的一种多核多通信协议网关的管理调度方法，包括：

S101，获取主干网的主干网输入接口以及子网的子网输入接口输入的消息；

S102，根据所述消息所到达的目的地，将所述消息分配至相应的转发管理核心中的消息队列中；

S103，获取转发调度核心的访问内存请求；

S103具体包括：

采用轮询的方法获取转发调度核心的访问内存请求。

使用轮询的方法监视转发调度核心的内存访问要求，如果接收到了内存访问请求时，没有其余转发调度核心在访问内存，内存访问将被许可；由于仅仅允许一个管理核心或者转发调度核心访问内存，为保证管理核心有机会访问内存，转发调度核心会定期生成实时中断，在中断期间，管理核心将访问内存更新队列。采用这种管理内存访问的策略的目的是为防止两个及两个以上的核心(含转发调度核心和管理核心)访问内存导致消息丢失或者系统崩溃。

S104，根据所述访问内存请求，将访问内存许可发送至相应的转发调度核心；

S104具体包括：

判断是否有且仅有一个转发调度核心发送访问内存请求；

若是，则发送访问内存许可至相应的转发调度核心；

若否，则转发调度核心定期生成实时中断，更新访问内存请求的队列，直至有且仅有一个转发调度核心发送访问内存请求。

S105，根据所述访问内存许可，所述转发调度核心将消息队列中的消息按照队列顺序复制消息，再发送消息至相应的主干网或子网；并当消息发送完成之后，将相应的消息进行删除。

S105具体包括：

根据消息队列中消息的最早截止时间确定消息的优先级；

根据消息的优先级进行排队，确定队列顺序。

所述根据消息的优先级进行排队，确定队列顺序，具体包括：

实时获取消息的优先级，并根据更新后的消息的优先级排队；

将更新后的的消息队列中重复的消息进行删除。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种多核多通信协议网关，其特征在于，包括：主干网、子网、管理核心以及多个转发调度核心；

所述主干网的主干网输入接口以及所述子网的子网输入接口均与所述管理核心通信；

所述管理核心通过一所述转发调度核心与所述主干网的主干网输出接口通信；所述管理核心通过另一所述转发调度核心与所述子网的子网输出接口通信；

所述管理核心用于接收所述主干网以及所述子网输入的消息；所述管理核心还用于根据接收的消息所到达的目的地，将所述消息分配至相应的转发调度核心中的消息队列中；

所述转发调度核心用于发送访问内存请求至所述管理核心，并当接收所述管理核心发送的访问内存许可之后，将消息队列中的消息按照队列顺序复制消息，再发送消息至相应的主干网或子网；所述转发调度核心还用于当消息发送完成之后，将相应的消息进行删除；根据消息队列中消息的最早截止时间确定消息的优先级；根据消息的优先级进行排队，确定队列顺序。

2.根据权利要求1所述的一种多核多通信协议网关，其特征在于，所述主干网包括：以太网。

3.根据权利要求1所述的一种多核多通信协议网关，其特征在于，所述子网包括：CAN、CAN-FD、FlexRay或MOST中的一种或多种。

4.一种多核多通信协议网关的管理调度方法，其特征在于，包括：

获取主干网的主干网输入接口以及子网的子网输入接口输入的消息；

根据所述消息所到达的目的地，将所述消息分配至相应的转发调度核心中的消息队列中；

获取转发调度核心的访问内存请求；

根据所述访问内存请求，将访问内存许可发送至相应的转发调度核心；

根据所述访问内存许可，所述转发调度核心将消息队列中的消息按照队列顺序复制消息，再发送消息至相应的主干网或子网；并当消息发送完成之后，将相应的消息进行删除；

所述根据所述访问内存许可，所述转发调度核心将消息队列中的消息按照队列顺序复制消息，再发送消息至相应的主干网或子网；并当消息发送完成之后，将相应的消息进行删除，具体包括：

根据消息队列中消息的最早截止时间确定消息的优先级；

根据消息的优先级进行排队，确定队列顺序。

5.根据权利要求4所述的一种多核多通信协议网关的管理调度方法，其特征在于，所述获取转发调度核心的访问内存请求，具体包括：

采用轮询的方法获取转发调度核心的访问内存请求。

6.根据权利要求4所述的一种多核多通信协议网关的管理调度方法，其特征在于，所述根据所述访问内存请求，将访问内存许可发送至相应的转发调度核心，具体包括：

判断是否有且仅有一个转发调度核心发送访问内存请求；

若是，则发送访问内存许可至相应的转发调度核心；

若否，则转发调度核心定期生成实时中断，更新访问内存请求的队列，直至有且仅有一个转发调度核心发送访问内存请求。

7.根据权利要求4所述的一种多核多通信协议网关的管理调度方法，其特征在于，所述根据消息的优先级进行排队，确定队列顺序，具体包括：

实时获取消息的优先级，并根据更新后的消息的优先级排队；

将更新后的消息队列中重复的消息进行删除。

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