CN113364856B - 一种基于共享内存及异构处理器的车载以太网系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于共享内存及异构处理器的车载以太网系统，包括主体、通信中间件、共享内存、RoCE协议栈和TSN协议栈；共享内存与车载以太网中的各应用程序所对应系统的微处理器单元互通，RoCE协议栈处理共享内存中数据并对其进行封装转化，以便TSN协议栈调用或传输；应用程序通过通信中间件以标准的远程调用、信号、消息模式中的一种或多种进行互相通信；共享内存用于存储和分发车载以太网系统中的各类型数据；RoCE协议栈运行于独立的处理器单元/异构加速核心中。本发明在TSN的基础上，引入共享内存及DMA技术，解决通信延时中最大的延时点。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于共享内存及异构处理器的车载以太网系统，属于通信传输领域。
背景技术
近些年以太网正在逐步成为车身网络的关键技术，逐步替代传统的CAN网络。传统以太网不能满足车载以太网的通信需求，传统以太网着力于提供高带宽，但由于协议栈复杂且网络资源是抢占式，导致通信延时较高及确定性（即网络抖动）较差。
对于通信确定性的问题，在引入TSN协议后，可以从根本上解决，通过把以太网资源按照200ns的粒度进行调度，分配网络资源到不同的通信任务/信道中。因此需要考虑如何基于TSN进一步的对传统以太网的通信方式进行改进，以解决由传统以太网所引起的通信延时（协议栈延时）的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：如何在基于TSN协议来实现一种应用于整车网络的以太网传输方式。
为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种基于共享内存及异构处理器的车载以太网系统，所述车载以太网系统包括主体，还包括通信中间件、共享内存、RoCE协议栈和TSN协议栈；所述共享内存与所述车载以太网中的各应用程序所对应系统的微处理器单元互通，所述RoCE协议栈处理所述共享内存中数据并对其进行封装转化，以便所述TSN协议栈调用或传输；
所述应用程序通过所述通信中间件以标准的远程调用、信号、消息模式中的一种或多种进行互相通信；
所述共享内存用于存储和分发所述车载以太网系统中的各类型数据；所述TSN协议栈的异构加速核心可直接访问所述共享内存；存储于所述共享内存中的各类型数据可允许Linux系统和/或RTOS系统的处理器单元直接访问或调用；
所述RoCE协议栈运行于独立的处理器单元/异构加速核心中，且不与所述车载以太网系统中其他处理器单元/异构加速核心共享资源，仅将所述共享内存中的各类型数据转换成RoCE数据包；所述RoCE数据包是以兼容RoCEv2协议方式进行封装的网络数据包；
所述TSN协议栈以802.11Qbv协议作为数据传输协议，所述RoCE协议栈封装的报文经由所述TSN协议栈传输。
上述方案的进一步改进是：所述通信中间件，采用DDS或者Some/ip及PDU信号作为所述车载以太网在数据传输时的中间件协议。
上述方案的进一步改进是：所述共享内存对所述各数据类型标注标签；根据所述标签对所述报文进行配置和TSN调度配置，并利用车载以太网系统的网卡传输。
本发明的有益效果是：本发明在TSN的基础上，引入共享内存及DMA(直接存储器访问)技术，解决通信延时中最大的延时点，即协议栈延时问题。采用类似于RDMA(远程直接数据存取)的方法，绕过操作系统协议栈，使用一个独立的处理器核心进行数据在以太网上的传输，并同时支持高性能处理器的应用及实时处理器的应用，极大的提高了实时处理器的性能利用率。同时在传输物理层使用TSN网络根据不同数据类型进行分配和调度网络资源。
此外，本发明使用共享内存来分发用于传输的数据正文，此处共享内存，不仅可以被同一操作系统环境下的其它进程访问，还可以被同一芯片中的其它异构核心访问，从而成为整个系统的中转和缓存中心。
本发明以兼容RoCEv2协议的方式，封装网络数据包，用于传输。此协议栈运行于独立的处理器单元/核心中，不与系统中其它处理器核心共享资源，只用于对共享内存的数据到RoCE数据包的互相转换。通过这种方式，可以绕开TCP/IP协议栈进行网络传输，且不占用应用处理器的资源。
本发明以TSN协议栈中的802.11Qbv协议作为数据传输协议，依托此协议，可以对以太网的传输资源进行时间片调度，以针对不同的应用数据类型，进行网络资源的分配。
附图说明
图1是本发明中的一种基于共享内存及异构处理器的车载以太网系统的示意图。
具体实施方式
实施例
本实施例的一种基于共享内存及异构处理器的车载以太网系统，如图1所示，车载以太网系统包括主体，还包括通信中间件、共享内存、RoCE协议栈和TSN协议栈；共享内存与车载以太网中的各应用程序所对应系统的微处理器单元互通，RoCE协议栈处理共享内存中数据并对其进行封装转化，以便TSN协议栈调用或传输；
应用程序通过通信中间件以标准的远程调用、信号、消息模式中的一种或多种进行互相通信；本实施使用DDS或者Some/ip及PDU信号，作为车载以太网数据传输中间件协议，对于应用程序而言，使用标准的远程调用、信号、消息等模式进行互相通信，而不必关心通信对象在哪里，是否在本地，或者其它处理器核心，或者网络上的其它节点。
共享内存用于存储和分发车载以太网系统中的各类型数据；TSN协议栈的异构加速核心可直接访问共享内存；存储于共享内存中的各类型数据可允许Linux系统和/或RTOS系统的处理器单元直接访问或调用；
RoCE协议栈运行于独立的处理器单元/异构加速核心中，且不与车载以太网系统中其他处理器单元/异构加速核心共享资源，仅将共享内存中的各类型数据转换成RoCE数据包；RoCE数据包是以兼容RoCEv2协议方式进行封装的网络数据包；
TSN协议栈以802.11Qbv协议作为数据传输协议，RoCE协议栈封装的报文经由TSN协议栈传输。
共享内存对各数据类型标注标签；根据标签对报文进行配置和TSN调度配置，并利用车载以太网系统的网卡传输。
本实施例中的通信中间件把需要传输的数据存入共享内存，而由于共享内存是可以允许系统中特定异构核心进行访问，选用一个异构核心进行专门的网络传输任务，从而可以极大的降低处理器的开销。而使用RoCE作数据协议封装，且使用TSN作为传输层，即前文所述的方式即可使得延时极大降低，传输确定性极大提高，数据传输确定性拿到了纳秒级别。
本发明不局限于上述实施例所述的具体技术方案，除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等形成的技术方案，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种基于共享内存及异构处理器的车载以太网系统，其特征在于：所述以太网系统中的共享内存与所述车载以太网中的各应用程序所对应系统的微处理器单元互通，所述以太网系统中的RoCE协议栈处理所述共享内存中数据并对其进行封装转化，以便所述以太网系统中的TSN协议栈调用或传输；
所述应用程序通过所述以太网系统中的通信中间件以标准的远程调用、信号、消息模式中的一种或多种进行互相通信；
所述共享内存用于存储和分发所述车载以太网系统中的各类型数据；所述TSN协议栈的异构加速核心直接访问所述共享内存；存储于所述共享内存中的各类型数据允许Linux系统和/或RTOS系统的处理器单元直接访问或调用；
所述RoCE协议栈运行于独立的处理器单元/异构加速核心中，且不与所述车载以太网系统中其他处理器单元/异构加速核心共享资源，仅将所述共享内存中的各类型数据转换成RoCE数据包；所述RoCE数据包是以兼容RoCEv2协议方式进行封装的网络数据包；
所述TSN协议栈以802.11Qbv协议作为数据传输协议，所述RoCE协议栈封装的报文经由所述TSN协议栈传输。
2.根据权利要求1所述的基于共享内存及异构处理器的车载以太网系统，其特征在于：所述通信中间件，采用DDS或者Some/ip及PDU作为所述车载以太网在数据传输时的中间件协议。
3.根据权利要求1所述的基于共享内存及异构处理器的车载以太网系统，其特征在于：所述共享内存对所述各类型数据标注标签；根据所述标签对所述报文进行配置和TSN调度配置，并利用车载以太网系统的网卡传输。
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