CN114268670A - 基于时间触发的以太网异步消息处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于时间触发的以太网异步消息处理系统，包括：系统级芯片通过以太网向MCU发送对传感器的控制请求；微控制器判断所述控制请求是否合法，将所述控制请求缓存在内存中并回复系统级芯片控制请求已确认待操作，其在任务周期中逐一处理所述控制请求后通过I2C通道向传感器控制芯片发送执行指令；微控制器同一任务周期只能处理一条太网消息，只能处理一条执行指令。本发明还公开了一种基于时间触发的以太网异步消息处理方法。本发明通过异步方式执行控制逻辑，可以降低数据处理链路上所有软件模块的所需占用的MCU中央处理单元计算资源，也降低了控制器中央处理单元瞬时负载，以确保其他模块运行不受影响，提高CPU使用的可靠性和有效性。

Description

基于时间触发的以太网异步消息处理系统及方法

技术领域

本发明涉及汽车智能驾驶领域，特别是涉及一种基于时间触发的以太网异步消息处理系统，以及基于时间触发的以太网异步消息处理方法。

背景技术

近年来汽车智能驾驶技术快速发展，以太网逐渐成为汽车内部主要的通信方式。配合时间触发操作系统，具有稳定性强，抗干扰能力强，丢帧率低等优势，在智能驾驶控制器中得到广泛应用。

在典型智能驾驶控制器中，传感器例如摄像头一般由视频输入芯片直接连接并控制。但随着智能驾驶控制器的复杂程度日益提升，单控制器上会出现单MCU芯片加多SOC芯片架构出现。对于这种硬件架构的智能驾驶控制器，摄像头的控制端会统一部署在MCU侧，而作为使用端的SOC侧会通知MCU对摄像头进行一些操作。

使用以太网作为SOC通知MCU通信信道，以及使用时间触发方式作为MCU侧底层运行模式，亦是当前智能驾驶控制器最高效的运行方式。在以时间触发模式运行的MCU上，CPU资源会被各种周期任务所占用或划分。每个任务只需要评估在各种不同场景下所需要的最大运行时间(WCET)，即可灵活配置生成调度表来满足不同需求。

由于智能驾驶控制器具有复杂程度高的特点，SOC通知MCU控制多路摄像头的请求具有突发性，不可预测性和需要快速响应的特点。基于以太网通信和时间触发运行方式的控制器，对于这种场景设置摄像头控制任务的WCET会十分困难：如果WCET设置过大，会导致CPU在大部分时间是空跑造成资源浪费；如果WCET设置过小，会导致其他任务被摄像头控制任务打断，造成大面积任务挂起，影响智能驾驶效果。因此，亟需一种可靠有效的方法来解决这个问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念,该简化形式的概念均为本领域现有技术简化，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本发明要解决的技术问题是提供一种在不影响时间触发运行机制的情况下，能减少以太网消息处理所需预设时间片资源，能减少突发性涌入以太网报文对以太网协议栈的影响并降低丢帧率基于时间触发的以太网异步消息处理系统。

相应的，本发明还提供一种在不影响时间触发运行机制的情况下，能减少以太网消息处理所需预设时间片资源，能减少突发性涌入以太网报文对以太网协议栈的影响并降低丢帧率基于时间触发的以太网异步消息处理方法。

为解决上述技术问题，本发明提供基于时间触发的以太网异步消息处理系统，包括：

系统级芯片(SOC)，其通过以太网向MCU发送对传感器的控制请求；

微控制器，其判断所述控制请求是否合法，将所述控制请求缓存在内存中并回复系统级芯片(SOC)控制请求已确认待操作，其在任务周期中逐一处理所述控制请求后通过I2C通道向传感器控制芯片发送执行指令；

其中，微控制器同一任务周期只能处理一条太网消息，只能处理一条执行指令。

可选择的，进一步改进所述基于时间触发的以太网异步消息处理系统，微控制器具有太网报文缓存模块、命令解析与执行模块和I2C发送模块，在任务周期中其采用以下方式逐一处理所述控制请求；

太网报文缓存模块，以指定周期将收到的以太网报文搬运至FIFO缓存，每搬运一次则指针移动到缓存的下一个地址；若超出缓存最大地址，则指针移动到缓存的首地址；

命令解析与执行模块，以指定周期检测缓存中是否存在尚未读取并处理的以太网消息；若存在，则读取并处理后将该以太网消息从缓存中删除，同时发送执行指令并将指针移动到缓存的下一个地址并结束当前执行周期；其同一任务周期只能处理一条太网消息；

检测指针所在地址的以太网报文是否尚未读取并处理，如发现尚未读取和处理情况，立即读取并处理；

I2C发送模块，以指定周期检测是否有发送行指令；若有，则立即将执行指令解析成命令，发送至执行端；其同一任务周期只能处理一条执行指令。

可选择的，进一步改进所述基于时间触发的以太网异步消息处理系统，命令解析与执行模块和I2C发送模块的最大运行时间(WCET)是处理一条以太网消息的最大时间的120％。

可选择的，进一步改进所述基于时间触发的以太网异步消息处理系统，指定周期是微控制器的调度周期。

可选择的，进一步改进所述基于时间触发的以太网异步消息处理系统，传感器是摄像头。

本发明提供基于时间触发的以太网异步消息处理系统使用异步处理的方式，实现控制指令流水化，并减少事件链路上各任务所需要的最坏执行时间为(下称WCET)时间片，提升CPU使用效率，减少突发报文对该CPU core其他任务的影响。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于时间触发的以太网消息异步处理方法，包括以下步骤：

S1，以指定周期将收到的以太网报文搬运至缓存

S2，每搬运一次则指针移动到缓存的下一个地址；若超出缓存最大地址，则指针移动到缓存的首地址；

S3，以指定周期检测缓存中是否存在尚未读取并处理的以太网消息；若存在，则读取并处理后将该以太网消息从缓存中删除，同时发送执行指令并将指针移动到缓存的下一个地址并结束当前执行周期；

S4，检测指针所在地址的以太网报文是否尚未读取并处理，如发现尚未读取和处理情况，立即读取并处理；

S5，以指定周期检测是否有发送行指令；若有，则立即将执行指令解析成命令，发送至执行端；

其中，同一周期只能处理一条以太网消息，只能处理一条执行指令。

可选择的，进一步改进指定周期是处理器的调度周期。

本发明至少具有以下技术效果：

1、通过异步方式执行控制逻辑，可以降低数据处理链路上所有软件模块的所需占用的MCU中央处理单元计算资源，也降低了控制器中央处理单元(CPU)瞬时负载，以确保其他模块运行不受影响，提高CPU使用的可靠性和有效性。

2、降低为处理因集中涌入的以太网报文而造成其他软件模块大面积挂起的可能性，提升了MCU中央处理单元的使用效率。

3、基于时间出发的一补处理方式能减少突发性涌入的以太网报文对以太网协议栈的影响及降低丢帧率。

附图说明

本发明附图旨在示出根据本发明的特定示例性实施例中所使用的方法、结构和/或材料的一般特性，对说明书中的描述进行补充。然而，本发明附图是未按比例绘制的示意图，因而可能未能够准确反映任何所给出的实施例的精确结构或性能特点，本发明附图不应当被解释为限定或限制由根据本发明的示例性实施例所涵盖的数值或属性的范围。下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明基于时间触发的以太网异步消息处理系统结构示意图。

图2是MCU上先入先出缓存(FIFO)的操作原理图。

图3是MCU上基于时间触发调度任务的周期示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容充分地了解本发明的其他优点与技术效果。本发明还可以通过不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点加以应用，在没有背离发明总的设计思路下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明下述示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的具体实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性具体实施例的技术方案充分传达给本领域技术人员。

第一实施例；

参考图1所示，本发明提供一种基于时间触发的以太网异步消息处理系统，以摄像头作为传感器为例，包括：

系统级芯片(SOC)，其通过以太网向MCU发送对传感器的控制请求；

微控制器(MCU)，其判断所述控制请求是否合法，将所述控制请求缓存在内存中并回复系统级芯片(SOC)控制请求已确认待操作，其在任务周期中逐一处理所述控制请求后通过I2C通道向传感器控制芯片发送执行指令；

其中，微控制器同一任务周期只能处理一条太网消息，只能处理一条执行指令。

第二实施例；

参考图1结合图2和图3所示，本发明提供一种基于时间触发的以太网异步消息处理系统，以摄像头作为传感器为例，包括：

系统级芯片(SOC)，其通过以太网向MCU发送对传感器的控制请求；

微控制器(MCU)，其判断所述控制请求是否合法，将所述控制请求缓存在内存中并回复系统级芯片(SOC)控制请求已确认待操作，其在任务周期中逐一处理所述控制请求后通过I2C通道向传感器控制芯片发送执行指令；其具有太网报文缓存模块、命令解析与执行模块和I2C发送模块，在任务周期中其采用以下方式逐一处理所述控制请求；

太网报文缓存模块，以指定周期将收到的以太网报文搬运至FIFO缓存，每搬运一次则指针移动到缓存的下一个地址；若超出缓存最大地址，则指针移动到缓存的首地址；

具体为以太网报文缓存模块会在同一周期将收到的以太网报文全部缓存到FIFO中，每缓存一条以太网报文，pETH则跳到FIFO缓存的下一位置。若pETH超出FIFO缓存最大地址，则pETH移动到FIFO缓存的首地址；

命令解析与执行模块，以指定周期检测缓存中是否存在尚未读取并处理的以太网消息；若存在，则读取并处理后将该以太网消息从缓存中删除，同时发送执行指令并将指针移动到缓存的下一个地址并结束当前执行周期；其同一任务周期只能处理一条太网消息；具体为命令解析与执行模块会从pParse指针所在地址读出报文并处理，处理完成后先将解析后的指令发送到I2C模块，随后删除pParse指针所在地址的以太网报文，并移动到FIFO缓存的下一地址。同时结束本次执行周期。若pParse超出FIFO缓存最大地址，则pETH移动到FIFO缓存的首地址；

检测指针所在地址的以太网报文是否尚未读取并处理，如发现尚未读取和处理情况，立即读取并处理；

I2C发送模块，以指定周期检测是否有发送行指令；若有，则立即将执行指令解析成命令，发送至执行端；其同一任务周期只能处理一条执行指令；

具体为I2C模块将命令解析与执行模块的指令发送至摄像头控制芯片，随后结束本次执行周期；

其中，指定周期是微控制器的调度周期，微控制器同一任务周期只能处理一条太网消息，只能处理一条执行指令。

结合图3所示，示例性的整个MCU的调度以10毫秒为周期，其中以太网接收任务的最坏执行时间为(下称WCET)为0.1毫秒，指令解析执行模块的WCET为0.1毫秒，I2C执行模块的WCET为0.05毫秒。10毫秒的剩余CPU时间为其他周期任务。

相应的，由于命令解析与执行模块和I2C执行模块在同一周期，至多处理一条消息，则这两个模块的WCET可以为一个较小的固定值。以提高CPU资源的利用率。其WCET可根据处理一跳消息的最大事件加20％即可得出，示例性的命令解析与执行模块为0.1毫秒，I2C执行模块为0.05毫秒。

第三实施例；

本发明提供一种基于时间触发的以太网消息异步处理方法，包括以下步骤：

S1，以指定周期将收到的以太网报文搬运至缓存

S2，每搬运一次则指针移动到缓存的下一个地址；若超出缓存最大地址，则指针移动到缓存的首地址；

S3，以指定周期检测缓存中是否存在尚未读取并处理的以太网消息；若存在，则读取并处理后将该以太网消息从缓存中删除，同时发送执行指令并将指针移动到缓存的下一个地址并结束当前执行周期；

S4，检测指针所在地址的以太网报文是否尚未读取并处理，如发现尚未读取和处理情况，立即读取并处理；

S5，以指定周期检测是否有发送行指令；若有，则立即将执行指令解析成命令，发送至执行端；

其中，同一周期只能处理一条以太网消息，只能处理一条执行指令。

第四实施例；

本发明提供一种基于时间触发的以太网消息异步处理方法，包括以下步骤：

S1，以10毫秒为指定周期将收到的以太网报文搬运至FIFO缓存，10毫秒是处理器的调度周期；

S2，每搬运一次则pETH指针移动到FIFO缓存的下一个地址；若超出FIFO缓存最大地址，则pETH移动到FIFO缓存的首地址；

S3，以10毫秒为指定周期检测FIFO缓存中是否存在尚未读取并处理的以太网消息；如存在尚未读取并处理的以太网消息，则立即读取并处理，随后将该条以太网消息从缓存中删除，同时，将执行指令发送到I2C模块并将pParse指针移动到FIFO缓存的下一个地址并结束当前执行周期；

S4，检测pParse指针所在地址的以太网报文是否尚未读取并处理；

S5，以10毫秒为指定周期检测命令与执行模块是否有发送I2C的执行指令；如有，则立即将执行指令解析成I2C命令，并发送至摄像头控制芯片；

其中，命令解析与执行模块在同一周期只能处理一条以太网消息，I2C模块在同一周期只能处理一条执行指令。

除非另有定义，否则这里所使用的全部术语(包括技术术语和科学术语)都具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的意思相同的意思。还将理解的是，除非这里明确定义，否则诸如在通用字典中定义的术语这类术语应当被解释为具有与它们在相关领域语境中的意思相一致的意思，而不以理想的或过于正式的含义加以解释。

以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于时间触发的以太网异步消息处理系统，其特征在于，包括：

系统级芯片，其通过以太网向MCU发送对传感器的控制请求；

微控制器，其判断所述控制请求是否合法，将所述控制请求缓存在内存中并回复系统级芯片控制请求已确认待操作，其在任务周期中逐一处理所述控制请求后通过I2C通道向传感器控制芯片发送执行指令；

其中，微控制器同一任务周期只能处理一条太网消息，只能处理一条执行指令。

2.如权利要求1所述基于时间触发的以太网异步消息处理系统，其特征在于：微控制器具有太网报文缓存模块、命令解析与执行模块和I2C发送模块，在任务周期中其采用以下方式逐一处理所述控制请求；

太网报文缓存模块，以指定周期将收到的以太网报文搬运至FIFO缓存，每搬运一次则指针移动到缓存的下一个地址；若超出缓存最大地址，则指针移动到缓存的首地址；

命令解析与执行模块，以指定周期检测缓存中是否存在尚未读取并处理的以太网消息；若存在，则读取并处理后将该以太网消息从缓存中删除，同时发送执行指令并将指针移动到缓存的下一个地址并结束当前执行周期；其同一任务周期只能处理一条太网消息；

检测指针所在地址的以太网报文是否尚未读取并处理，如发现尚未读取和处理情况，立即读取并处理；

I2C发送模块，以指定周期检测是否有发送行指令；若有，则立即将执行指令解析成命令，发送至执行端；其同一任务周期只能处理一条执行指令。

3.如权利要求2所述基于时间触发的以太网异步消息处理系统，其特征在于：

命令解析与执行模块和I2C发送模块的最大运行时间(WCET)是处理一条以太网消息的最大时间的120％。

4.如权利要求1所述基于时间触发的以太网异步消息处理系统，其特征在于：指定周期是微控制器的调度周期。

5.如权利要求1所述基于时间触发的以太网异步消息处理系统，其特征在于：传感器是摄像头。

6.一种基于时间触发的以太网消息异步处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，以指定周期将收到的以太网报文搬运至缓存

S2，每搬运一次则指针移动到缓存的下一个地址；若超出缓存最大地址，则指针移动到缓存的首地址；

S3，以指定周期检测缓存中是否存在尚未读取并处理的以太网消息；若存在，则读取并处理后将该以太网消息从缓存中删除，同时发送执行指令并将指针移动到缓存的下一个地址并结束当前执行周期；

S4，检测指针所在地址的以太网报文是否尚未读取并处理，如发现尚未读取和处理情况，立即读取并处理；

S5，以指定周期检测是否有发送行指令；若有，则立即将执行指令解析成命令，发送至执行端；

其中，同一周期只能处理一条以太网消息，只能处理一条执行指令。

7.如权利要求6基于时间触发的以太网消息异步处理方法，其特征在于：

指定周期是处理器的调度周期。

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