CN113325398B - 一种超声波雷达的多核通讯系统的使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及超声波雷达应用技术领域，公开了一种超声波雷达的多核通讯系统及使用方法，包括多核IC芯片，所述多核IC芯片至少包括一个Cortex‑M4核和一个Cortex‑A53核，所述Cortex‑M4核电信号连接有超声波雷达，所述Cortex‑M4核用于与超声波雷达进行通讯，所述Cortex‑M4核和所述Cortex‑A53核之间通过共享内存实现数据传输。本发明可有效避免多个超声波雷达工作时对CPU的资源占用问题，也解决了主控系统实时性不可靠而引发的雷达数据异常的问题，增加了超声波雷达工作时的稳定性。

Description

一种超声波雷达的多核通讯系统的使用方法

技术领域

本发明涉及超声波雷达应用技术领域，具体涉及一种超声波雷达的多核通讯系统的使用方法。

背景技术

随着科技水平的高速发展，在现实生活中，我们不难发现超声波传感器的应用身影。超声波传感器主要用于检测障碍物等物体，由于具有测量精度高，运行稳定，且具有温度补偿功能等特点被广泛用于制造、电力、冶金测得建材、化工、粮食、汽车、仓储、船舶、纺织、交通、勘探、液位、物位监测、明沟流量检测、机器人技术食品加工等行业。

当系统使用较多超声波雷达时，因为需要占用许多硬件IO资源及CPU资源，当前大部分方法采用异构方案，需要布置一个单独的mcu完成对多个超声波雷达的通信工作，因此成本较高；且现有的芯片间的通信通常采用串口进行通信，通信速度慢，通信数据不可靠；此外还需要有专门的硬件、软件开发工程师维护mcu。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种超声波雷达的多核通讯系统的使用方法，本发明可有效避免多个超声波雷达工作时对CPU的资源占用问题，也解决了主控系统实时性不可靠而引发的雷达数据异常的问题，增加了超声波雷达工作时的稳定性。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种超声波雷达的多核通讯系统，包括多核IC芯片，所述多核IC芯片至少包括一个Cortex-M4核和一个Cortex-A53核，所述Cortex-M4核电信号连接有超声波雷达，所述Cortex-M4核用于与超声波雷达进行通讯，所述Cortex-M4核和所述Cortex-A53核之间通过共享内存实现数据传输。

在本发明中，进一步的，所述Cortex-M4核通过探头与所述超声波雷达电连接，所述探头与所述超声波雷达数量对应设置。

在本发明中，进一步的，所述共享内存包括数据读取接口、数据写入接口，所述Cortex-A53核通过数据读取接口读取共享内存中指定的参数数据，所述Cortex-A53核通过数据写端口将参数数据写入共享内存中。

在本发明中，优选的，所述共享内存还包括设置接口、运行控制接口、停止控制接口以及中止数据接口，所述Cortex-A53核通过设置接口设置Cortex-M4核的多张调度表，所述Cortex-A53核通过运行控制接口控制Cortex-M4核的调度表的运行，所述Cortex-A53核通过停止控制接口控制Cortex-M4核的调度表的停止，所述Cortex-A53核通过中止接口实现阻塞等待Cortex-M4核的目标信息，当Cortex-M4核的调度表正常运行获取到正确的目标信息时，返回目标数据给Cortex-A53核。

在本发明中，优选的，所述每张调度表至少包括多个探头的ID以及工作模式。

一种超声波雷达的多核通讯系统的使用方法，基于上述的一种超声波雷达的多核通讯系统包括如下步骤：

Cortex-M4核初始化，并等待Cortex-A53核的控制指令；

Cortex-A53核将所需数据发送至共享内存并通知Cortex-M4核接收；

Cortex-M4核接收到控制指令并转换，控制对应探头与超声波雷达通讯，超声波雷达按照控制指令进行检测，并返回带有检测结果的通信数据，Cortex-A53核获取该通讯数据。

在本发明中，进一步的，Cortex-A53核将所需数据发送至共享内存并通知Cortex-M4核接收包括：

Cortex-A53核将控制接口数据打包发送至共享内存，并触发一个Cortex-M4核系统软中断以通知Cortex-M4核有新数据产生。

在本发明中，进一步的，所述Cortex-M4核接收到中断后，将数据包解析并提取转换数据，依据数据内的控制指令与探头互交，控制对应的超声波雷达进行检测，获取检测数据并返回数据结果。

在本发明中，进一步的，所述Cortex-A53核获取该通讯数据包括：

将通讯数据打包发送至共享内存中，并触发一个Cortex-A53核系统软中断以通知Cortex-A53核有新数据产生，Cortex-A53核接收到中断后应从此共享内存中取出数据，根据数据内容返回至用户结果。

在本发明中，进一步的，所述Cortex-M4核初始化，包括超声波雷达通讯所需要的定时器、Port口驱动。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过Cortex-M4核完成对超声波雷达的通信控制，通过Cortex-A53核完成对超声波雷达的控制指令以及数据使用，通过共享内存实现Cortex-M4核与Cortex-A53核之间的数据传输，有效避免现有技术中多个超声波雷达工作时对CPU的资源占用问题，以保证超声波雷达工作的稳定性及其他功能的可靠性，减少维护所需的人力、物力、财力；通过多核IC芯片内部核间共享内存的通信方式，通信速度更快，数据更可靠，解决了主控系统实时性不可靠而引发的雷达数据异常的问题，增加了超声波雷达工作时的稳定性，使超声波雷达工作更加稳定，提高了驾驶的安全性。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的一种超声波雷达的多核通讯系统整体结构框图；

图2是本发明的共享内存接口的结构示意图；

图3是本发明的一种超声波雷达的多核通讯系统的使用方法的流程图；

图4是本发明的Cortex-A53核和Cortex-M4核数据传递的流程图；

图5是本发明的Cortex-A53核获取通讯数据的流程图。

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。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在本发明中，超声波雷达主要用于车辆对障碍物等物体进行检测，在现有技术中，当系统使用较多超声波雷达时，因为需要占用许多硬件IO资源及CPU资源，当前大部分方法采用异构方案，需要布置一个单独的mcu完成对多个超声波雷达的通信工作，因此成本较高。

请参见图1，本发明一较佳实施方式提供一种超声波雷达的多核通讯系统，包括多核IC芯片，多核IC芯片至少包括一个Cortex-M4核和一个Cortex-A53核，Cortex-M4核电信号连接有超声波雷达，Cortex-M4核用于与超声波雷达进行通讯，Cortex-M4核和Cortex-A53核之间通过共享内存实现数据传输。

具体的，Cortex-M4核是由ARM专门开发的最新嵌入式处理器，其高效的信号处理功能与Cortex-M处理器系列的低功耗、低成本和易于使用的优点的组合，旨在满足专门面向电动机控制、汽车、电源管理、嵌入式音频和工业自动化市场的新兴类别的灵活解决方案。在本发明提供的一个具体实施例中，在多核IC芯片中，利用一个Cortex-M4运行Freertos系统控制构成M4系统，M4系统占用空间较小，实时性高，可实现对多个超声波雷达进行配置及数据读取操作。

Cortex-A53采取了ARMv8-A架构，能够支持32位的ARMv7代码和64位代码的AArch64执行状态，A53架构特点是功耗降低、能效提高。在本发明提供的一个具体实施例中，利用一个Cortex-A53核运行linux系统构成A53系统，在A53系统功能强大，平台性好，实时性略高，作为多核IC芯片的CPU可实现其他正常的需求功能及间接控制超声波雷达。

在本发明中，Cortex-M4核及Cortex-A53核间采用共享内存通信，通过固定的一块共享内存，两核间可方便快速通信，数据可靠。在M4系统下完成对超声波雷达的通信控制，在A53系统下完成对超声波雷达的控制指令以及数据使用。实施本发明专利可有效避免多个超声波雷达工作时对A53系统的资源占用问题，使用单核与多个超声波雷达通信的方式，来释放主核的资源，以保证超声波雷达工作的稳定性及其他功能的可靠性。同时也解决了A53系统实时性不可靠而引发的雷达数据异常的问题，增加了超声波雷达工作时的稳定性，使超声波雷达工作更加稳定，提高了驾驶的安全性。

在本发明中，进一步的，Cortex-M4核通过探头与超声波雷达电连接，所述探头与超声波雷达数量对应设置。在现有技术中，与超声波雷达通信通常采用串口(如CAN、UART等)进行通信，通信速度慢，通信数据不可靠。在本发明中，Cortex-M4核采用探头的通讯方式与超声波雷达进行通讯，探头作为Cortex-M4核的外设，有效的节约了Cortex-M4核内的空间，且通信速度快又可靠。

在本发明中，进一步的，由于本发明为解决现有技术中存在的问题，设计了一个多核IC芯片，在该芯片中，至少包括了Cortex-M4核及Cortex-A53核，其中实现两核之间的通讯是本发明的重点。为实现M4系统与A53系统之间的信息互交，本发明采用了共享内存用以满足两核之间的信息互交。共享内存使得多个进程可以访问同一块内存空间，是最快的可用IPC形式，同时与其它通信机制如信号量结合使用，来达到进程间的同步及互斥。其他进程能把同一段共享内存段“连接到”自己的地址空间里去，所有进程都能访问共享内存中的地址。如果一个进程向这段共享内存写了数据，所做的改动会即时被有访问同一段共享内存的其他进程看到。因此，共享内存的使用大大降低了在大规模数据处理过程中内存的消耗。

在本发明中，请参见图2，共享内存包括数据读取接口、数据写入接口，具体的，读取接口为Ultrasonic_ReadCfg，A53系统通过此接口读取共享内存中指定的寄存器数据、配置参数等，当接口信号返回后，读取到的内容应填充在Cortex-A53核的data区。数据写入接口为Ultrasonic_WriteCfg，Cortex-A53核通过数据写端口将可写入指定的寄存器数据、配置参数等，当接口返回后，A53系统根据返回值判断执行结果。

在本发明中，进一步的，所述共享内存还包括设置接口、运行控制接口、停止控制接口以及中止数据接口，设置接口为Ultrasonic_SetScheduleTable，Cortex-A53核通过此接口设置M4系统的多张调度表，每张调度表至少包括多个探头的ID以及工作模式，因此，通过调度表的方式便于探头信息的提取，从而可以精准的控制探头所对应的超声波雷达，通信数据可靠。运行控制接口为Ultrasonic_Start，Cortex-A53核通过此接口控制Cortex-M4核的调度表的运行，停止控制接口为Ultrasonic_Stop，Cortex-A53核通过此接口控制Cortex-M4核的调度表的停止。中止数据接口为Ultrasonic_ReadObjBlocking，Cortex-A53核通过中止接口可阻塞等待Cortex-M4核的目标信息，当Cortex-M4核的调度表正常运行获取到正确的目标信息时，返回目标数据给Cortex-A53核。

基于上述的一种超声波雷达的多核通讯系统，请参见图3，本发明还提供一种超声波雷达的多核通讯系统的使用方法，包括如下步骤：

Cortex-M4核初始化，并等待Cortex-A53核的控制指令；

Cortex-A53核将所需数据发送至共享内存并通知Cortex-M4核接收；

Cortex-M4核接收到控制指令并转换，控制对应探头与超声波雷达通讯，超声波雷达按照控制指令进行检测，并返回带有检测结果的通信数据，Cortex-A53核获取该通讯数据。

具体的，在系统上电后，M4系统、A53系统同时启动，Cortex-M4核初始化超声波雷达通信所需要的定时器、port口驱动，以驱动探头与超声波雷达进行通讯，并等待Cortex-A53的控制指令；

请参见图4，A53系统启动完成后，通过共享内存预留的控制接口间接控制超声波雷达。具体的，在共享内存中预设一个固定位置，该位置可依据实际需要人为进行设定，Cortex-A53核将控制接口数据打包发送至共享内存预设的固定位置中，其中控制接口数据应包括获取指定超声波雷达的检测数据，并触发一个Cortex-M4核系统软中断以通知Cortex-M4核有新数据产生。

Cortex-M4核接收到中断后，将数据包解析并提取数据，依据数据内的控制指令与探头互交，将数据转化为超声波雷达波形控制对应的超声波雷达进行检测，获取检测数据并返回带有检测结果的通信数据。

最终，Cortex-A53核获取该通讯数据，并将通讯数据内容返回至用户结果。具体的，请参见图5，Cortex-M4核将通讯数据打包发送至共享内存中预设固定位置，该固定位置也需要认为提前进行设定，并触发一个A53系统软中断以通知Cortex-A53核有新数据产生，Cortex-A53核接收到中断后应从此共享内存中解析取出数据，其中该数据包括了对应的探头ID以及该ID对应的超声波雷达的检测参数，根据数据内容返回至用户结果。

在本实施方式中，

工作原理：

系统上电后，M4系统和A53系统同时启动，Cortex-M4核初始化超声波雷达通信所需要的定时器、port口驱动，并等待Cortex-A53的控制指令；A53系统启动完成后，Cortex-A53核将需要的控制接口数据填充至共享内存固定位置，然后触发一个Cortex-M4核系统软中断通知Cortex-M4核有新数据产生，Cortex-M4核接收到中断后应从此位置取出数据，根据数据内容执行控制指令与探头交互，探头与超声波雷达进行通讯，指令执行完毕并已拿到正确返回数据结果后，填充数据至指定位置，触发一个A53系统软中断通知Cortex-A53核有新数据产生，Cortex-A53接收到中断后应从此位置取出数据，根据数据内容返回至用户结果。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (4)

1.一种超声波雷达的多核通讯系统的使用方法，其特征在于，包括多核IC芯片，所述多核IC芯片至少包括一个Cortex-M4核和一个Cortex-A53核，所述Cortex-M4核电信号连接有超声波雷达，所述Cortex-M4核用于与超声波雷达进行通讯，所述Cortex-M4核和所述Cortex-A53核之间通过共享内存实现数据传输；

还包括如下步骤：

Cortex-M4核初始化，并等待Cortex-A53核的控制指令；

Cortex-A53核将所需数据发送至共享内存并通知Cortex-M4核接收；

Cortex-M4核接收到控制指令并转换，控制对应探头与超声波雷达通讯，超声波雷达按照控制指令进行检测，并返回带有检测结果的通信数据，Cortex-A53核获取该通信数据；

Cortex-A53核将所需数据发送至共享内存并通知Cortex-M4核接收包括：

Cortex-A53核将控制接口数据打包发送至共享内存，并触发一个Cortex-M4核系统软中断以通知Cortex-M4核有新数据产生；

所述共享内存包括数据读取接口、数据写入接口，所述Cortex-A53核通过数据读取接口读取共享内存中指定的参数数据，所述Cortex-A53核通过数据写端口将参数数据写入共享内存中；

所述Cortex-M4核接收到中断后，将数据包解析并提取转换数据，依据数据内的控制指令与探头互交，控制对应的超声波雷达进行检测，获取检测数据并返回数据结果；

还包括设置接口、运行控制接口、停止控制接口以及中止数据接口，所述Cortex-A53核通过设置接口设置Cortex-M4核的多张调度表，所述Cortex-A53核通过运行控制接口控制Cortex-M4核的调度表的运行，所述Cortex-A53核通过停止控制接口控制Cortex-M4核的调度表的停止，所述Cortex-A53核通过中止接口实现阻塞等待Cortex-M4核的目标信息，当Cortex-M4核的调度表正常运行获取到正确的目标信息时，返回目标数据给Cortex-A53核；

所述Cortex-A53核获取通信数据包括：

Cortex-M4核将通信数据打包发送至共享内存中，并触发一个Cortex-A53核系统软中断以通知Cortex-A53核有新数据产生，Cortex-A53核接收到中断后应从此共享内存中取出数据，根据数据内容返回至用户结果。

2.根据权利要求1所述的一种超声波雷达的多核通讯系统的使用方法，其特征在于，所述Cortex-M4核通过探头与所述超声波雷达电连接，所述探头与所述超声波雷达数量对应设置。

3.根据权利要求1所述的一种超声波雷达的多核通讯系统的使用方法，其特征在于，每张调度表至少包括多个探头的ID以及工作模式。

4.根据权利要求1所述的一种超声波雷达的多核通讯系统的使用方法，其特征在于，所述Cortex-M4核初始化，包括超声波雷达通讯所需要的定时器、Port口驱动。