CN113438153B - 一种车载网关、智能汽车及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种车载网关、智能汽车及控制方法，涉及车载通信技术领域，包括用于接收来自数据发送端输出的消息数据的数据接收模块，用于接收所述数据接收模块传输的消息数据，并对所述消息数据进行分类，得到控制消息和非控制消息的数据分类模块，用于确定每个控制消息的控制消息调度策略，确定每个非控制消息的非控制消息调度策略的数据分层模块，用于根据控制消息调度策略输出控制消息，根据非控制消息调度策略输出非控制消息的数据输出模块。本发明采取分层调度策略可以有效避免由于频繁切换消息传输任务而导致的系统崩溃的风险。

Description

一种车载网关、智能汽车及控制方法

技术领域

本发明涉及车载通信技术领域，特别是涉及一种车载网关、智能汽车及控制方法。

背景技术

现如今，每台汽车搭载的电子控制器平均有25个，而在一些高端车型中电子控制器的数量通常会超过100个。以驾驶辅助系统为例，为了满足未来自动驾驶的功能需求，汽车软件系统必将会带来更多的代码量和软件包，运行和存储这些代码就需要更大的存储空间和更强的运算能力。为了不让车载网络架构更加复杂，将已有的、分散的小型电子控制器加以整合成为域控制器并配以开放式的整体架构，成为现今汽车电子系统的发展趋势。所谓“域”就是将汽车电子系统根据功能划分为若干个功能块，为了实现不同车载网络协议的互相转换，保证消息调度的实时性和完整性，车载网关是至关重要的。该车载网关是消息传输的重要节点。

消息的实时调度算法有很多种，最早截止时间优先(Earliest Deadline First，简称EDF)算法是非常著名的实时调度算法之一。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最早截止时间，排出新的定序，即正在运行的任务被剥夺，并且按照新任务的最早截止时间决定是否调度该新任务。如果新任务的最早截止时间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。

最早截止时间优先算法的思想是：首先从两个任务中选择截至时间最早的任务，并把它暂时作为当前处理任务；其次判断该任务是否在当前周期内，若不在当前周期内则让另一任务暂作当前处理任务，若另一任务也不在当前周期内，就让CPU空跑到当前处理任务最靠近的下一个最早截至时间对应的任务并开始；若有任务在该当前周期内，就判断该任务的剩余时间是否小于当前截至时间与当前时间的差，若小于则让该任务运行到结束，否则就让该任务运行到该当前周期的截止时间，然后抢回CPU；接着再判断紧接着的最早截至时间对应的任务，并把CPU给该任务，做法同上，如此反复执行。然而，当多个任务的最早截至时间接近时，该算法造成任务之间的频繁切换或颠簸现象，增大了系统因调度引起的开销，限制了调度算法的实际应用。

最小松弛度(松弛度＝任务必须完成的时间-任务本身运行的时间-当前时间)优先(LeastLaxityFirst，简称LLF)调度算法的思想是：结合任务执行的缓急程度来给任务分配优先级，任务的松弛度越小，越需要尽快执行。然而，当多个任务松弛度值接近时，该算法造成任务之间的频繁切换或颠簸现象，增大了系统因调度引起的开销，限制了调度算法的实际应用。

发明内容

鉴于此，本发明的目的是提供一种车载网关、智能汽车及控制方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种车载网关，包括：

数据接收模块，包括n个数据接收队列，用于接收来自数据发送端输出的消息数据；

数据分类模块，包括m种类型的消息队列，用于接收所述数据接收模块传输的消息数据，并对所述消息数据进行分类，得到控制消息和非控制消息；

数据分层模块，内置有分层调度策略；所述分层调度策略包括控制消息调度策略和非控制消息调度策略；所述数据分层模块用于确定每个所述控制消息的控制消息调度策略，确定每个所述非控制消息的非控制消息调度策略；

数据输出模块，包括n个数据输出队列，用于根据所述控制消息调度策略输出控制消息，根据所述非控制消息调度策略输出非控制消息。

可选的，所述数据分类模块，用于：

基于优先级代码点，将所述数据接收模块传输的消息数据分类成控制消息和非控制消息；其中，所述控制消息的优先级优于所述非控制消息；

依据每个所述非控制消息的传输空闲时间和预计传输时间，确定每个所述非控制消息的类型；所述非控制消息的类型包括常规消息、紧急消息及无效消息。

可选的，在所述依据每个所述非控制消息的传输空闲时间和预计传输时间，确定每个所述非控制消息的类型的方面，所述数据分类模块，用于：

根据

确定每个所述非控制消息的类型；

其中，Message_j为第j个非控制消息；t_fj(τ)为第j个非控制消息Message_j的传输空闲时间，τ为系统当前时间；t_ej为第j个非控制消息Message_j的预计传输时间。

可选的，在所述确定每个所述控制消息的控制消息调度策略的方面，所述数据分层模块，用于：

当排队的每个控制消息队列均满足

时，表明a个输出节点满足所有控制消息的传输，确定每个控制消息的控制消息调度策略为按照控制消息队列自身的优先级进行传输的策略；

当排队的每个控制消息队列未满足

且控制消息Message_u队列满足max(t_fu(τ)-t_eu-t_cv(a+1≤v≤u))≥0时，表明被抢占输出节点先传输完非控制消息Message_v后再传输控制消息Message_u的传输空闲时间满足要求，确定控制消息Message_u的控制消息调度策略为按照先完成非控制消息Message_v传输再开始控制消息Message_u传输的策略；

当排队的每个控制消息队列未满足

控制消息Message_u队列满足max(t_fu(τ)-t_eu-t_cv(a+1≤v≤u))＜0且t_fv(τ)-t_eu-t_cv(a+1≤v≤u))≥0时，表明被抢占输出节点先传输完控制消息Message_u后再传输非控制消息Message_v的传输空闲时间满足要求，确定控制消息Message_u的控制消息调度策略为按照先完成控制消息Message_u传输再继续非控制消息Message_v传输的策略；

当排队的每个控制消息队列未满足

控制消息Message_u队列满足max(t_fu(τ)-t_eu-t_cv(a+1≤v≤u))＜0且t_fv(τ)-t_eu-t_cv(a+1≤v≤u))＜0时，表明被抢占输出节点只可完成控制消息Message_u和正在传输的非控制消息Message_v中的一个消息传输，确定控制消息Message_u的控制消息调度策略为完成控制消息Message_u传输，非控制消息Message_v重新分配输出节点再进行传输的策略；

其中，所述车载网关的输出节点共有n个，有a个输出节点用于输出控制消息，其余输出节点用于传输非控制消息；在第1个输出节点到第a个输出节点中正在传输的控制消息的预计剩余传输时间集为T；预计传输时间为t_e，传输空闲时间为t_f(τ)；

表示任意；

控制消息Message_u的传输空闲时间为t_fu(τ)，控制消息Message_u的预计传输时间为t_eu；输出节点正在传输的控制消息Message_u的预计剩余传输时间为t_cu；τ为系统当前时间；

被抢占输出节点正在传输的非控制消息Message_v的传输空闲时间为t_fv(τ)，被抢占输出节点正在传输的非控制消息Message_v的预计剩余传输时间t_cv。

可选的，在所述确定每个所述非控制消息的非控制消息调度策略的方面，所述数据分层模块，用于：

当非控制消息为常规消息时，具体为：

当排队的每个常规消息队列均满足Message_j|min(t_fj(τ)-t_ej)andt_fj(τ)-t_ej≥0时，确定每个所述常规消息的非控制消息调度策略为按照常规消息队列自身的优先级进行传输的策略；

当非控制消息为无效消息时，直接丢弃所述无效消息；

当非控制消息为紧急消息时，具体为：

当t_fj(τ)-t_ck-t_cj≥0时，表明在非控制消息输出节点传输完紧急消息Message_k后再传输常规消息Message_j的传输空闲时间满足需求，确定紧急消息Message_k的非控制消息调度策略为先完成紧急消息Message_k传输后再开始传输常规消息Message_j的策略；

当t_fk(τ)-t_ck-t_cj≥0且t_fj(τ)-t_ck-t_cj＜0时，表明在非控制消息输出节点传输完常规消息Message_j后再传输紧急消息Message_k的传输空闲时间满足需求，确定紧急消息Message_k的非控制消息调度策略为先完成常规消息Message_j传输再继续紧急消息Message_k传输的策略；

当t_fk(τ)-t_ck-t_cj＜0且t_fj(τ)-t_ck-t_cj＜0，表明在非控制消息输出节点只可完成正在传输的紧急消息Message_k和常规消息Message_j中的一个消息传输，确定紧急消息Message_k的非控制消息调度策略为继续完成正在传输的紧急消息Message_k传输，常规消息Message_j重新分配输出节点再进行传输的策略；

紧急消息Message_k的传输空闲时间为t_fk(τ)，紧急消息Message_k的预计剩余传输时间为t_ck；常规消息Message_j的传输空闲时间为t_fj(τ)，常规消息Message_j的预计剩余传输时间为t_cj，常规消息Message_j的预计传输时间为t_ej。

可选的，还包括数据协议转换模块；

所述数据协议转换模块的输入端与所述数据分层模块的输出端连接，所述数据协议转换模块的输出端与所述数据输出模块的输入端连接；

所述数据协议转换模块，用于将所述控制消息和所述非控制消息按照输出节点的车载网络协议进行数据转换。

可选的，还包括传输结果反馈模块；

所述传输结果反馈模块的输入端与所述数据输出模块的输出端连接，所述传输结果反馈模块的输出端与所述数据发送端连接；

所述传输结果反馈模块用于反馈所述数据输出模块的输出数据的传输结果，并当所述传输结果表示所述输出数据丢失时，将所述传输结果反馈至所述数据发送端以使所述数据发送端重新发送所述输出数据对应的消息数据。

一种智能汽车，包括车载网关。

一种车载网关的控制方法，包括：

数据接收模块接收来自数据发送端输出的消息数据；

数据分类模块接收所述数据接收模块传输的消息数据，并对所述消息数据进行分类，得到控制消息和非控制消息；

数据分层模块确定每个所述控制消息的控制消息调度策略，确定每个所述非控制消息的非控制消息调度策略；所述数据分层模块，内置有分层调度策略；所述分层调度策略包括控制消息调度策略和非控制消息调度策略；

数据输出模块根据所述控制消息调度策略输出控制消息，根据所述非控制消息调度策略输出非控制消息。

可选的，还包括：

数据协议转换模块将所述控制消息和所述非控制消息按照输出节点的车载网络协议进行数据转换，并将转换后的控制消息和转换后的非控制消息发送至所述数据输出模块；

传输结果反馈模块反馈所述数据输出模块的输出数据的传输结果，并当所述传输结果表示所述输出数据丢失时，将所述传输结果反馈至所述数据发送端以使所述数据发送端重新发送所述输出数据对应的消息数据。

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：

本发明提供了一种车载网关、智能汽车及控制方法方法；该车载网关包括数据接收模块、数据分类模块、数据分层调度模块和数据输出模块。本发明采取分层调度策略可以有效避免由于频繁切换消息传输任务而导致的系统崩溃的风险。

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为本发明车载网关的结构示意图；

图2为本发明含分层调度策略的车载网关的结构示意图；

图3为本发明消息分类原理示意图；

图4为本发明智能汽车的结构示意图；

图5为本发明车载网关的控制方法的流程示意图。

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。

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。

网关(Gateway)又称网间连接器、协议转换器。网关在网络层以上实现网络互连，是较复杂的网络互连设备，既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连。即网关是一种充当转换重任的计算机系统或设备，使用在不同的通信协议、数据格式或语言，甚至体系结构完全不同的两种系统之间。

本发明涉及在电子电气结构中使用车载网关的智能汽车，具体而言为一种车载网关及其对于不同类型消息进行分层调度的分层调度策略。本发明将消息分型，不同类型的消息对应不同调度策略，从而有效地提高了车内消息传输的实时性和完整性。

实施例一

请参见图1至图3，本实施例提供的一种车载网关包括数据接收模块、数据分类模块、数据分层调度模块和数据输出模块。

所述数据接收模块，包括n个数据接收队列，用于接收来自数据发送端输出的消息数据。

所述数据分类模块，包括m种类型的消息队列，用于按照设定规则将所述数据接收模块传输过来的消息数据分类成不同类型的消息，进而得到控制消息和非控制消息。

所述数据分层模块内置有分层调度策略，主要根据消息的不同类型对应不同的调度策略，所述分层调度策略包括控制消息调度策略和非控制消息调度策略；即所述数据分层模块，用于确定每个所述控制消息的控制消息调度策略，确定每个所述非控制消息的非控制消息调度策略。

所述数据输出模块，包括n个数据输出队列，用于根据所述控制消息调度策略输出控制消息，根据所述非控制消息调度策略输出非控制消息；一个数据输出队列对应一个输出节点，不同的数据输出队列对应不同的输出节点。

本实施例采取分层调度策略可以有效避免由于频繁切换消息传输任务而导致的系统崩溃的风险。

进一步地，由于与车载网关连接的两端(即数据发送端和输出节点)采用了不同的车载网络协议，故本实施例提供的车载网关还设置了数据协议转换模块，所述数据协议转换模块用于实现不同车载网络协议间数据包的转换。

所述数据协议转换模块，分别与所述数据分层模块和所述数据输出模块连接，即所述数据协议转换模块的输入端与所述数据分层模块的输出端连接，所述数据协议转换模块的输出端与所述数据输出模块的输入端连接，用于将所述控制消息和所述非控制消息按照输出节点的车载网络协议进行数据转换。

进一步地，本实施例提供的车载网关还包括传输结果反馈模块；所述传输结果反馈模块的输入端与所述数据输出模块的输出端连接，所述传输结果反馈模块的输出端与所述数据发送端连接。

所述传输结果反馈模块用于反馈所述数据输出模块的输出数据的传输结果，并当所述传输结果表示所述输出数据丢失时，将所述传输结果反馈至所述数据发送端以使所述数据发送端重新发送所述输出数据对应的消息数据，如存在丢包的情况时，可实现重发。

对于非控制消息来说，随着系统当前时间τ的变化，非控制消息的传输空闲时间逐渐减少，消息传输的紧迫性增加，常规消息会变为紧急消息，紧急消息由于发送时间不够也会变成无效消息，但由于为非控制消息，由传输结果反馈模块反馈给数据发送端，数据发送端将重发消息，并不会对实时性造成较大影响。

本实施例设置传输结果反馈模块避免了由于多消息传输任务切换而导致的挂起消息传输任务失败的风险。

下面详细介绍下本实施例所述的数据分类模块和数据分层模块。

首先介绍下各个专业术语。

输出节点集合

输出节点集合IP＝{IP₁，IP₂，…，IP_n}。

为了实现消息数据的计算资源按需分配，最大程度利用系统资源，简化管理过程和调度过程，定义第i个输出节点IP_i的状态信息为IP_i＝{rate，flag}。

其中，rate为输出节点的数据传输速率，flag为输出节点的的空闲标识符。

消息集

假设需要传输N个消息，则消息集为M＝{Message₁，Message₂，…，Message_N}，定义第j个消息Message_j的状态信息为Message_j＝{t_aj，t_dj，L_j}。

其中，t_aj为第j个消息Message_j的到达时间，t_dj为第j个消息Message_j的传输截止时间，这是第j个消息Message_j最新有效完成时间，L_j为第j个消息Message_j的帧长度。

预计传输时间t_e

第j个消息Message_j的预计传输时间t_ej是指以相应处理节点IP_i的数据传输速率输出第j个消息Message_j所需的时间，其计算公式为：

其中，L(Message_j)为第j个消息Message_j的帧长度，rate(IP_i)为第i个输出节点的数据传输速率

传输空闲时间t_f

第j个消息Message_j的传输空闲时间t_fj是指第j个消息Message_j的传输截止时间t_dj和系统当前时间τ的差值，计算公式为：t_fj(τ)＝t_d(Message_j)-τ。

其中，t_d(Message_j)表示第j个消息Message_j的传输截止时间t_dj。

预计剩余传输时间t_c

输出节点正在进行传输的第j个消息Message_j的预计剩余传输时间t_cj是指第j个消息Message_j的预计传输时间t_ej和第j个消息Message_j的已传输时间t_j的差，其计算公式为：t_cj＝t_ej-t_j。

数据分类模块的目的是将消息数据分为控制消息和非控制消息，消息数据的区分是通过数据分类模块中端口的PCP(优先级代码点)过滤，控制消息的优先级优于非控制消息。此外，非控制消息可根据传输空闲时间和预计传输时间，将已接收的非控制信息进一步划分为常规消息、紧急消息及无效消息：

即，所述数据分类模块，用于：

基于优先级代码点将所述消息数据分类成控制消息和非控制消息。

依据每个所述非控制消息的传输空闲时间和预计传输时间，确定每个所述非控制消息的类型；所述非控制消息的类型包括常规消息、紧急消息及无效消息。

进一步地，在所述依据每个所述非控制消息的传输空闲时间和预计传输时间，确定每个所述非控制消息的类型的方面，所述数据分类模块，用于：

根据

确定每个所述非控制消息的类型。

其中，Message_j为第j个非控制消息；t_fj(τ)为第j个非控制消息Message_j的传输空闲时间，τ为系统当前时间；t_ej为第j个非控制消息Message_j的预计传输时间。

每一种消息队列(包括控制信息队列和非控制信息队列)内的优先级由t_f(τ)-t_e的大小决定，值越小优先级越高。

数据分层调度策略分为控制消息调度策略、常规信息调度策略、紧急消息调度策略和无效消息调度策略。

所述数据分层模块内置有控制消息调度策略。

控制消息调度策略：输出节点集合中有a个输出节点用于输出控制消息，其余节点(n-a)用于传输非控制消息。

当a个输出节点满足控制消息的传输时(假设在IP₁到IP_a中正在传输的控制消息的预计剩余传输时间集为T＝{t_c1，t_c2，...，t_ca}，在IP_a+1到IP_n中正在传输的控制消息的消息预计剩余传输时间集为T₁＝{t_c(a+1)，t_c(a+2)，...，t_cn}，控制消息队列排队的每个消息队列满足

每个控制消息都能从IP₁到IP_a找到一个输出节点完成消息传输)，控制消息就按照控制消息队列自身的优先级传输。

当a个输出节点无法满足控制消息的传输时，抢占非控制消息的输出节点。假设需要抢占输出节点的控制消息Message_u的传输空闲时间为t_fu(τ)，预计传输时间为t_eu；被抢占输出节点正在传输的非控制消息Message_v的传输空闲时间为t_fv(τ)，预计剩余传输时间t_cv，消息切换及传输有以下四种情况：

①当被抢占输出节点先传输完非控制消息Message_v后传输控制消息Message_u的空闲时间仍然满足要求时，即max(t_fu(τ)-t_eu-t_cv(a+1≤v≤u))≥0且t_fv(τ)-t_eu-t_cv(a+1≤v≤u))≥0，为了避免由于不必要的任务切换而导致系统性能开销，先完成非控制消息Message_v的传输再开始控制消息Message_u的传输。

②当被抢占输出节点先传输完非控制消息Message_v后传输控制消息Message_u的空闲时间仍然满足要求，反之不可以时，即max(t_fu(τ)-t_eu-t_cv(a+1≤v≤u))≥0且t_fv(τ)-t_eu-t_cv(a+1≤v≤u))＜0，为了避免由于不必要的任务切换而导致系统性能开销，先完成非控制消息Message_v的传输再开始控制消息Message_u的传输。

③当被抢占输出节点先传输完控制消息Message_u后传输非控制消息Message_v的空闲时间仍然满足要求，反之不可以时，即max(t_fu(τ)-t_eu-t_cv(a+1≤v≤u))＜0且t_fv(τ)-t_eu-t_cv(a+1≤v≤u))≥0，将正在传输的非控制消息Message_v挂起，先完成控制消息Message_u的传输再继续非控制消息Message_v的传输。

④当被抢占输出节点只可完成控制消息Message_u和正在传输的非控制消息Message_v其中的一个消息传输时，即max(t_fu(τ)-t_eu-t_cv(a+1≤v≤u))＜0且t_fv(τ)-t_eu-t_cv(a+1≤v≤u))＜0，先完成控制消息Message_u的传输，保证控制消息Message_u的实时性，非控制消息Message_v通过传输结果反馈模块联系重发。

如果消息Message_v也是控制消息，不执行消息传输任务的切换，先完成控制消息Message_v的传输。

即，在所述确定每个所述控制消息的控制消息调度策略，所述数据分层模块，用于：

当排队的每个控制消息队列均满足

时，表明a个输出节点满足所有控制消息的传输，确定每个控制消息的控制消息调度策略为按照控制消息队列自身的优先级进行传输的策略；

当排队的每个控制消息队列未满足

且控制消息Message_u队列满足max(t_fu(τ)-t_eu-t_cv(a+1≤v≤u))≥0时，表明被抢占输出节点先传输完非控制消息Message_v后再传输控制消息Message_u的传输空闲时间满足要求，确定控制消息Message_u的控制消息调度策略为按照先完成非控制消息Message_v传输再开始控制消息Message_u传输的策略；

当排队的每个控制消息队列未满足

控制消息Message_u队列满足max(t_fu(τ)-t_eu-t_cv(a+1≤v≤u))＜0且t_fv(τ)-t_eu-t_cv(a+1≤v≤u))≥0时，表明被抢占输出节点先传输完控制消息Message_u后再传输非控制消息Message_v的传输空闲时间满足要求，确定控制消息Message_u的控制消息调度策略为按照先完成控制消息Message_u传输再继续非控制消息Message_v传输的策略；

当排队的每个控制消息队列未满足

控制消息Message_u队列满足max(t_fu(τ)-t_eu-t_cv(a+1≤v≤u))＜0且时，表明被抢占输出节点只可完成控制消息Message_u和正在传输的非控制消息Message_v中的一个消息传输，确定控制消息Message_u的控制消息调度策略为完成控制消息Message_u传输，非控制消息Message_v重新分配输出节点再进行传输的策略；

其中，所述车载网关的输出节点共有n个，有a个输出节点用于输出控制消息，其余输出节点用于传输非控制消息；在第1个输出节点到第a个输出节点中正在传输的控制消息的预计剩余传输时间集为T；预计传输时间为t_e，传输空闲时间为t_f(τ)；

表示任意；

控制消息Message_u的传输空闲时间为t_fu(τ)，控制消息Message_u的预计传输时间为t_eu；输出节点正在传输的控制消息Message_u的预计剩余传输时间为t_cu；τ为系统当前时间；

被抢占输出节点正在传输的非控制消息Message_v的传输空闲时间为t_fv(τ)，被抢占输出节点正在传输的非控制消息Message_v的预计剩余传输时间t_cv。

非控制消息调度策略

⑴常规消息调度策略

非控制消息输出节点集合IP₁＝{IP_(a+1)，IP_(a+2)，...，IP_n}。

对于空闲非控制消息输出节点IP_b，常规消息Message_j的传输空闲时间为t_fj(τ)，预计传输时间为t_ej。当排队的每个常规消息队列均满足Message_j|min(t_fj(τ)-t_ej)andt_fj(τ)-t_ej≥0时，确定每个所述常规消息的非控制消息调度策略为按照常规消息队列自身的优先级进行传输的策略。

其中，实施常规消息调度策略的前提是

在安排常规任务时处于空闲状态。

⑵紧急消息调度策略：

分配输出节点：对于非控制消息输出节点，假设正在传输的紧急消息Message_k的传输空闲时间为t_fk(τ)，预计剩余传输时间为t_ck；常规消息Message_j的传输空闲时间为t_fj(τ)，预计剩余传输时间为t_cj。从其相应的输出消息队列或者紧急消息队列中选择消息{Message_j|min(t_fj(τ)-t_ej)andt_fj(τ)-t_ej≥0}，然后将消息分配给输出节点以等待传输。常规消息Message_j的开始传输时间有以下四种情况：

①如果t_fk(τ)-t_ck-t_cj≥0且t_fj(τ)-t_ck-t_cj≥0，表示在该输出节点传输完紧急消息Message_k后再输出常规消息Message_j的空闲时间仍然满足需求，在这种情况下为了避免由于不必要的任务切换而导致系统性能开销，先完成紧急消息Message_k后再输出常规消息Message_j。

②如果t_fk(τ)-t_ck-t_cj≥0且t_fj(τ)-t_ck-t_cj＜0，表示在该输出节点传输完常规消息Message_j后再输出紧急消息Message_k的空闲时间仍然满足需求，在这种情况下，必须将紧急消息Message_k转换为挂起消息任务，先完成常规消息Message_j传输再继续紧急消息Message_k的传输。

③如果t_fk(τ)-t_ck-t_cj＜0且t_fj(τ)-t_ck-t_cj≥0，表示在该输出节点传输完紧急消息Message_k后再输出常规消息Message_j的空闲时间仍然满足需求，在这种情况下为了避免由于不必要的任务切换而导致系统性能开销，先完成紧急消息Message_k后再输出常规消息Message_j。

④如果t_fk(τ)-t_ck-t_cj＜0且t_fj(τ)-t_ck-t_cj＜0，表示在该节点只可完成紧急消息Message_k后和常规消息Message_j的一个消息的传输，在这种情况下，不执行消息传输任务切换，而是返回到分配输出节点阶段，为常规消息Message_j重新分配输出节点。

⑶无效消息调度策略：对于无效消息，系统无法在其空闲时间内完成任务，为避免占用资源，该种类型任务直接丢弃。

即，在所述确定每个所述非控制消息的非控制消息调度策略的方面，所述数据分层模块，用于：

当非控制消息为常规消息时，具体为：

当排队的每个常规消息队列均满足Message_j|min(t_fj(τ)-t_ej)andt_fj(τ)-t_ej≥0时，确定每个所述常规消息的非控制消息调度策略为按照常规消息队列自身的优先级进行传输的策略。

当非控制消息为无效消息时，直接丢弃所述无效消息。

当非控制消息为紧急消息时，具体为：

当t_fj(τ)-t_ck-t_cj≥0时，表明在非控制消息输出节点传输完紧急消息Message_k后再传输常规消息Message_j的传输空闲时间满足需求，确定紧急消息Message_k的非控制消息调度策略为先完成紧急消息Message_k传输后再开始传输常规消息Message_j的策略。

当t_fk(τ)-t_ck-t_cj≥0且t_fj(τ)-t_ck-t_cj＜0时，表明在非控制消息输出节点传输完常规消息Message_j后再传输紧急消息Message_k的传输空闲时间满足需求，确定紧急消息Message_k的非控制消息调度策略为先完成常规消息Message_j传输再继续紧急消息Message_k传输的策略。

当t_fk(τ)-t_ck-t_cj＜0且t_fj(τ)-t_ck-t_cj＜0，表明在非控制消息输出节点只可完成正在传输的紧急消息Message_k和常规消息Message_j中的一个消息传输，确定紧急消息Message_k的非控制消息调度策略为继续完成正在传输的紧急消息Message_k传输，常规消息Message_j重新分配输出节点再进行传输的策略。

紧急消息Message_k的传输空闲时间为t_fk(τ)，紧急消息Message_k的预计剩余传输时间为t_ck；常规消息Message_j的传输空闲时间为t_fj(τ)，常规消息Message_j的预计剩余传输时间为t_cj，常规消息Message_j的预计传输时间为t_ej。

本实施例提供的分层调度策略有以下优点：

⑴可以有效避免由于频繁切换消息传输任务而导致的系统崩溃。

证明如下:

如果系统当前时间τ＝τ₁，则控制消息调度策略的第③点和紧急消息调度策略的第②点将输出节点中的执行消息传输任务切换。

τ时刻，输出节点消息从Message₁切换到Message₂，Message₁的传输空闲时间t_f1(τ)，预计剩余传输时间为t_c1；Message₂的传输空闲时间t_f2(τ)，预计剩余传输时间为t_c2，则

然后，当系统当前时间τ＝τ₁+Δτ(τ₁+Δτ≤t_d1且τ₁+Δτ≤t_d2)，其中，Message₁的消息传输截止时间为t_d1，Message₂的消息传输截止时间为t_d2。

因此，直到完成task2，task2不再具有与task1的任务切换。

⑵可以有效避免由于多消息传输任务切换而导致的挂起消息传输任务失败的风险。

如果系统当前时间τ＝τ₁，则控制消息调度策略的第③点和紧急消息调度策略的第②点将输出节点中的执行消息传输任务切换。

τ时刻，输出节点消息从Message₁切换到Message₂，Message₁的传输空闲时间t_f1(τ)，预计剩余传输时间为t_c1；Message₂的传输空闲时间t_f2(τ)，预计剩余传输时间为t_c2，则

当系统当前时间τ＝τ₁+Δτ时，输出节点消息从Message₂切换到Message₃，然后：

且t_f3(τ₁+Δτ)-t_c3≤t_f1(τ₁+Δτ)-t_c1；

和第⑴点相同，不等式组(1)可转换为

不等式(2)+不等式(4)得：

t_f1(τ₁+Δτ)+t_f2(τ₁+Δτ)≥t_c1+2(t_c2-Δτ)+t_c3。

结合不等式(5)，可得：

t_f1(τ₁+Δτ)≥(t_c2-Δτ)+t_c3。

因此，消息传输Message₁不会由于Message₂和Message₃的多次切换而失败。也就是说，在完成Message₂和Message₃之后，Message₁仍在其截止时间t_d1约束内。

实施例二

请参见图4，本实施例提供了一种智能汽车，该智能汽车包括车体以及实施例一所述的车载网关。

实施例三

请参见图5，本实施例提供了应用于实施例所述的车载网关的控制方法，包括：

步骤501：数据接收模块接收来自数据发送端输出的消息数据。

步骤502：数据分类模块接收所述数据接收模块传输的消息数据，并对所述消息数据进行分类，得到控制消息和非控制消息。

步骤503：数据分层模块确定每个所述控制消息的控制消息调度策略，确定每个所述非控制消息的非控制消息调度策略；所述数据分层模块，内置有分层调度策略；所述分层调度策略包括控制消息调度策略和非控制消息调度策略。

步骤504：数据输出模块根据所述控制消息调度策略输出控制消息，根据所述非控制消息调度策略输出非控制消息。

进一步地，本实施例提供的车载网络的控制方法，还包括：

数据协议转换模块将所述控制消息和所述非控制消息按照输出节点的车载网络协议进行数据转换，并将转换后的控制消息和转换后的非控制消息发送至所述数据输出模块。

传输结果反馈模块反馈所述数据输出模块的输出数据的传输结果，并当所述传输结果表示所述输出数据丢失时，将所述传输结果反馈至所述数据发送端以使所述数据发送端重新发送所述输出数据对应的消息数据。

本实施例所述的数据接收模块、数据分类模块、数据分层调度模块、数据协议转换模块、数据输出模块、传输结果反馈模块的其他功能参见实施例一所描述的，在此不再重复赘述。

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 (9)

1.一种车载网关，其特征在于，包括：

数据接收模块，包括n个数据接收队列，用于接收来自数据发送端输出的消息数据；

数据分类模块，包括m种类型的消息队列，用于接收所述数据接收模块传输的消息数据，并对所述消息数据进行分类，得到控制消息和非控制消息；

数据分层模块，内置有分层调度策略；所述分层调度策略包括控制消息调度策略和非控制消息调度策略；所述数据分层模块用于确定每个所述控制消息的控制消息调度策略，确定每个所述非控制消息的非控制消息调度策略；

数据输出模块，包括n个数据输出队列，用于根据所述控制消息调度策略输出控制消息，根据所述非控制消息调度策略输出非控制消息；

在所述确定每个所述控制消息的控制消息调度策略的方面，所述数据分层模块，用于：

当排队的每个控制消息队列均满足

时，表明a个输出节点满足所有控制消息的传输，确定每个控制消息的控制消息调度策略为按照控制消息队列自身的优先级进行传输的策略；

当排队的每个控制消息队列未满足

且控制消息Message_u队列满足max(t_fu(τ)-t_eu-t_cv(a+1≤v≤u))≥0时，表明被抢占输出节点先传输完非控制消息Message_v后再传输控制消息Message_u的传输空闲时间满足要求，确定控制消息Message_u的控制消息调度策略为按照先完成非控制消息Message_v传输再开始控制消息Message_u传输的策略；

当排队的每个控制消息队列未满足

控制消息Message_u队列满足max(t_fu(τ)-t_eu-t_cv(a+1≤v≤u))＜0且t_fv(τ)-t_eu-t_cv(a+1≤v≤u))≥0时，表明被抢占输出节点先传输完控制消息Message_u后再传输非控制消息Message_v的传输空闲时间满足要求，确定控制消息Message_u的控制消息调度策略为按照先完成控制消息Message_u传输再继续非控制消息Message_v传输的策略；

当排队的每个控制消息队列未满足

控制消息Message_u队列满足max(t_fu(τ)-t_eu-t_cv(a+1≤v≤u))＜0且t_fv(τ)-t_eu-t_cv(a+1≤v≤u))＜0时，表明被抢占输出节点只可完成控制消息Message_u和正在传输的非控制消息Message_v中的一个消息传输，确定控制消息Message_u的控制消息调度策略为完成控制消息Message_u传输，非控制消息Message_v重新分配输出节点再进行传输的策略；

其中，所述车载网关的输出节点共有n个，有a个输出节点用于输出控制消息，其余输出节点用于传输非控制消息；在第1个输出节点到第a个输出节点中正在传输的控制消息的预计剩余传输时间集为T；预计传输时间为t_e，传输空闲时间为t_f(τ)；

表示任意；

控制消息Message_u的传输空闲时间为t_fu(τ)，控制消息Message_u的预计传输时间为t_eu；输出节点正在传输的控制消息Message_u的预计剩余传输时间为t_cu；τ为系统当前时间；

被抢占输出节点正在传输的非控制消息Message_v的传输空闲时间为t_fv(τ)，被抢占输出节点正在传输的非控制消息Message_v的预计剩余传输时间t_cv。

2.根据权利要求1所述的一种车载网关，其特征在于，

所述数据分类模块，用于：

基于优先级代码点，将所述数据接收模块传输的消息数据分类成控制消息和非控制消息；其中，所述控制消息的优先级优于所述非控制消息；

依据每个所述非控制消息的传输空闲时间和预计传输时间，确定每个所述非控制消息的类型；所述非控制消息的类型包括常规消息、紧急消息及无效消息。

3.根据权利要求2所述的一种车载网关，其特征在于，在所述依据每个所述非控制消息的传输空闲时间和预计传输时间，确定每个所述非控制消息的类型的方面，所述数据分类模块，用于：

根据

确定每个所述非控制消息的类型；

其中，Message_j为第j个非控制消息；t_fj(τ)为第j个非控制消息Message_j的传输空闲时间，τ为系统当前时间；t_ej为第j个非控制消息Message_j的预计传输时间。

4.根据权利要求3所述的一种车载网关，其特征在于，在所述确定每个所述非控制消息的非控制消息调度策略的方面，所述数据分层模块，用于：

当非控制消息为常规消息时，具体为：

当排队的每个常规消息队列均满足Message_j|min(t_fj(τ)-t_ej)andt_fj(τ)-t_ej≥0时，确定每个所述常规消息的非控制消息调度策略为按照常规消息队列自身的优先级进行传输的策略；

当非控制消息为无效消息时，直接丢弃所述无效消息；

当非控制消息为紧急消息时，具体为：

当t_fj(τ)-t_ck-t_cj≥0时，表明在非控制消息输出节点传输完紧急消息Message_k后再传输常规消息Message_j的传输空闲时间满足需求，确定紧急消息Message_k的非控制消息调度策略为先完成紧急消息Message_k传输后再开始传输常规消息Message_j的策略；

当t_fk(τ)-t_ck-t_cj≥0且t_fj(τ)-t_ck-t_cj＜0时，表明在非控制消息输出节点传输完常规消息Message_j后再传输紧急消息Message_k的传输空闲时间满足需求，确定紧急消息Message_k的非控制消息调度策略为先完成常规消息Message_j传输再继续紧急消息Message_k传输的策略；

当t_fk(τ)-t_ck-t_cj＜0且t_fj(τ)-t_ck-t_cj＜0，表明在非控制消息输出节点只可完成正在传输的紧急消息Message_k和常规消息Message_j中的一个消息传输，确定紧急消息Message_k的非控制消息调度策略为继续完成正在传输的紧急消息Message_k传输，常规消息Message_j重新分配输出节点再进行传输的策略；

紧急消息Message_k的传输空闲时间为t_fk(τ)，紧急消息Message_k的预计剩余传输时间为t_ck；常规消息Message_j的传输空闲时间为t_fj(τ)，常规消息Message_j的预计剩余传输时间为t_cj，常规消息Message_j的预计传输时间为t_ej。

5.根据权利要求1所述的一种车载网关，其特征在于，还包括数据协议转换模块；

所述数据协议转换模块的输入端与所述数据分层模块的输出端连接，所述数据协议转换模块的输出端与所述数据输出模块的输入端连接；

所述数据协议转换模块，用于将所述控制消息和所述非控制消息按照输出节点的车载网络协议进行数据转换。

6.根据权利要求1所述的一种车载网关，其特征在于，还包括传输结果反馈模块；

所述传输结果反馈模块的输入端与所述数据输出模块的输出端连接，所述传输结果反馈模块的输出端与所述数据发送端连接；

所述传输结果反馈模块用于反馈所述数据输出模块的输出数据的传输结果，并当所述传输结果表示所述输出数据丢失时，将所述传输结果反馈至所述数据发送端以使所述数据发送端重新发送所述输出数据对应的消息数据。

7.一种智能汽车，其特征在于，所述智能汽车包括权利要求1-6任一一项所述的车载网关。

8.一种车载网关的控制方法，其特征在于，所述控制方法应用于权利要求1-6任一一项所述的车载网关，包括：

数据接收模块接收来自数据发送端输出的消息数据；

数据分类模块接收所述数据接收模块传输的消息数据，并对所述消息数据进行分类，得到控制消息和非控制消息；

数据分层模块确定每个所述控制消息的控制消息调度策略，确定每个所述非控制消息的非控制消息调度策略；所述数据分层模块，内置有分层调度策略；所述分层调度策略包括控制消息调度策略和非控制消息调度策略；

数据输出模块根据所述控制消息调度策略输出控制消息，根据所述非控制消息调度策略输出非控制消息。

9.根据权利要求8所述的车载网关的控制方法，其特征在于，还包括：

数据协议转换模块将所述控制消息和所述非控制消息按照输出节点的车载网络协议进行数据转换，并将转换后的控制消息和转换后的非控制消息发送至所述数据输出模块；

传输结果反馈模块反馈所述数据输出模块的输出数据的传输结果，并当所述传输结果表示所述输出数据丢失时，将所述传输结果反馈至所述数据发送端以使所述数据发送端重新发送所述输出数据对应的消息数据。

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