CN114430356B - 一种基于soa理念的安全网关载板通讯结构 - Google Patents
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Abstract
一种基于SOA理念的安全网关载板通讯结构，包括固定于底盘上的网关载板及分散在底盘各处的终端元件，终端元件通过线缆与I/O转接器连接，I/O转接器与网关载板通过通讯线缆进行连接通讯，同时，I/O转接器与网关载板上设有无线通讯模块。通过有线数据与网关载板进行传输的同时通过无线数据对使用中的数据进行复核，以见检验有限数据传输的有效性和可靠性，通过在汽车座舱内放置无线天线，形成局部无线网络对终端元件数据进行检测，在无线数据检测中通过时域的控制和分配使得每种通讯模式只需要使用一种通讯芯片进行数据转化，且通过分时接通网关控制器使得占用网关控制器的针脚减小到最低限度，增加无线校核的同时能够最大限度降低对硬件的需求。
Description
技术领域
本发明涉及智能汽车通讯领域，具体涉及一种基于SOA理念的安全网关载板通讯结构。
背景技术
随着社会的发展、技术的进步以及人民对绿色能源的不断追求，传统的内燃机车逐渐被新能源汽车所取代，而随着电机技术发展及无线互联网技术不断更新，新能源汽车有集交通工具、信息站、局域网络及无线网络于一体的趋势，当前越来越多的新能源车企在不断追求驱动电机的高响应高功率高效率的同时，在成体上整合了座舱域、驾驶域、底盘域及动力域等多种智能控制，而这些控制又依赖与分布与车体各处的传感器、雷达及其他各种电子元件，而采用的电子元器件所使用的通讯模式不一，其由于车载网路与互联网通讯的需求，车载信息还需要与后台服务器进行通讯，因此车载网关载板成为各种元器件、车内控制器及互联网之间的“翻译器”。
现有的车载网关产品多种多样，满足Ethernet、CAN、LIN及TCP/IP等的各种通讯协议之间的互相交流，在硬件结构上通常采取网关载板引出多个I/O网关，由I/O网关与各种域控制模块连接，采用通讯线缆将分布在车体各处的域控制模块与网关载板连接，因此智能车载平台更偏向于一种智能电子产品，而交通工具的属性需要该电子产品通讯完全可靠，而车体的振动及长期运行使得通讯线缆有断连的风险，而这种风险导致车体控制平台宕机，带来的后果不可预想，因此除了完善的线缆生产和安装工艺，还需要额外的技术保障。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于SOA理念的安全网关载板通讯结构，能够可靠地对新能源汽车的数据进行读取和交换。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种基于SOA理念的安全网关载板通讯结构，包括固定于底盘上的网关载板及分散在底盘各处的终端元件，终端元件通过线缆与I/O转接器连接，I/O转接器与网关载板通过通讯线缆进行连接通讯，同时，I/O转接器与网关载板上设有无线通讯模块，通过无线通讯模块进行数据交换，网关载板接收到有线和无线通讯传输的数据并进行比较，判断数据的有效性并选择有效的数据传输方式及数据。
上述的I/O转接器上的无线通讯模块包括I/O转接器无线通讯芯片和无线通讯天线，I/O转接器无线通讯芯片和无线通讯天线之间通过线缆连接，网关载板上的无线通讯模块包括载板无线通讯模块和无线通讯天线，载板无线通讯模块和无线通讯天线之间通过线缆连接，I/O转接器和网关载板上的无线通讯天线通过底盘与车身之间的线槽进入汽车座舱，在汽车座舱内进行无线数据交换。
优选的方案中，上述的网关载板内设有网关控制器，网关控制器与通讯交换器通讯连接，各I/O转接器与各通讯芯片进行相应总线类型的终端元件数据交换，各通讯芯片与通讯交换器通讯连接，实现网关控制器与各种数据总线类型终端元件的数据交换。
上述的载板无线通讯模块与无线时域控制模块通讯连接，无线时域控制模块与网关控制器控制输出端电连接，无线时域控制模块内设有时域采样电路，时域采样电路通讯输出端与网关控制器通讯连接，网关控制器根据内置的需求控制无线时域控制模块分时采集不同终端元件数据与收到的有线通讯数据进行比对校核，判断有线通讯的连接状态。
优选的方案中，上述的无线时域控制模块内设有通讯转换电路，通讯转换电路将使无线通讯接收数据传至各种总线类型的通讯芯片并通过通讯线路的开合控制实现网关控制器所使用数据无线和有线之间的转换。
优选的方案中，上述的时域采样电路结构为：包括时域控制器，时域控制器与网关控制器控制输出端电连接，时域控制器输出端与采样选择器电连接，载板无线通讯模块与解码器连接，解码器输出端将收到数据根据各I/O转接器地址转换为不同总线类型无线数据，然后通过采样选择器每种总线类型选择一组数据传送至相应总线类型的总线通讯芯片模块，再通过分时选择监控中继对各个总线通讯芯片模块进行分时导通至无线采样通讯交换器，由无线采样通讯交换器将采样数据送至网关控制器。
优选的方案中，上述的通讯转换电路结构为：在解码器输出端设有无线通讯转换中继，无线通讯转换中继与时域控制器输出端控制电连接，无线通讯转换中继输出端与各通讯芯片连接，I/O转接器与通讯芯片之间设有有线通讯转换中继，有线通讯转换中继与时域控制器输出端控制电连接。
上述的网关控制器与车辆域控制器通讯连接，车辆域控制器包括CDC座舱域控制器、ADAS驾驶域控制器、底盘域控制器及动力域控制器，车辆域控制器接收各终端元件的讯号并判断汽车的状态，并根据状态通过网关载板向各执行单元发送控制指令。
上述的网关控制器还通过通讯芯片与车载T-BOX进行通讯，车载T-BOX位于车身外侧，为车辆与外部进行无线通讯。
本发明提供的一种基于SOA理念的安全网关载板通讯结构，通过有线数据与网关载板进行传输的同时通过无线数据对使用中的数据进行复核，以见检验有限数据传输的有效性和可靠性，通过在汽车座舱内放置无线天线，形成局部无线网络对终端元件数据进行检测，在无线数据检测中通过时域的控制和分配使得每种通讯模式只需要使用一种通讯芯片进行数据转化，且通过分时接通网关控制器使得占用网关控制器的针脚减小到最低限度，增加无线校核的同时能够最大限度降低对硬件的需求。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明网关载板的通讯连接结构图；
图2为本发明网关载板的通讯结构放大图；
图3为本发明网关载板内部结构连接示意图；
图4为本发明时域控制模块的结构示意图；
图5为实施例中网关控制器MPC5847的电气连接示意图；
图6为实施例中载板无线通讯模块的电气连接示意图；
图7为实施例中监控控制器PS32K144HF的电气连接示意图；
图8为实施例中Enthernet PHY通讯芯片DP838448的电气连接示意图；
图9为实施例中Enthernet PHY通讯芯片TJA1102的电气连接示意图；
图10为实施例中CAN PHY通讯芯片TJA1044的电气连接示意图；
图11为实施例中CAN PHY通讯芯片TJA1043T的电气连接示意图；
图12为实施例中LIN PHY通讯芯片TJA1021T的电气连接示意图；
图13为实施例中通讯交换器SJA1105Q的电气连接示意图；
图14为网关载板的简化硬件连接示意图。
其中：底盘1、网关载板2、网关控制器21、监控控制器22、存储器23、通讯芯片24、载板无线通讯模块25、无线时域控制模块26、时域控制器261、解码器262、无线通讯转换中继263、采样选择器264、总线通讯芯片模块265、分时选择监控中继266、无线采样通讯交换器267、有线通讯转换中继268、通讯交换器27、I/O转接器3、I/O转接器无线通讯芯片31、终端元件4、无线通讯天线5、CDC座舱域控制器6、ADAS驾驶域控制器7、车载T-BOX8。
具体实施方式
以下结合附图和实施例详细说明本发明技术方案。
如图1中所示，一种基于SOA理念的安全网关载板通讯结构，包括固定于底盘1上的网关载板2及分散在底盘1各处的终端元件4，终端元件4通过线缆与I/O转接器3连接，I/O转接器3与网关载板2通过通讯线缆进行连接通讯，同时，I/O转接器3与网关载板2上设有无线通讯模块，通过无线通讯模块进行数据交换，网关载板2接收到有线和无线通讯传输的数据并进行比较，判断数据的有效性并选择有效的数据传输方式及数据。
网关载板2正常情况下通过有线通讯方式将不同总线类型的终端元件4数据进行转换汇总，并转换成各车载电路控制板能够识别的数据类型或者形式发送至各域控制器，比如CDC座舱域控制器、ADAS智能驾驶域控制器、底盘域控制器及动力域控制器等，实现数据的集成转换和交换。
各种总线类型的终端元件4数据通过I/O转接器3与网关载板2上设有无线通讯模块与网关载板2进行数据交换，并通过内置的检查程序对有线通讯数据进行检查，查验数据正确性，从而判断有线通讯方式的可靠度，可靠度低于阈值的紧急情况下可以使用无线通讯数据作为紧急使用通讯方式，提高车辆数据的可靠度。
如图2中所示，上述的I/O转接器3上的无线通讯模块包括I/O转接器无线通讯芯片31和无线通讯天线5，I/O转接器无线通讯芯片31和无线通讯天线5之间通过线缆连接，网关载板2上的无线通讯模块包括载板无线通讯模块25和无线通讯天线5，载板无线通讯模块25和无线通讯天线5之间通过线缆连接，I/O转接器3和网关载板2上的无线通讯天线5通过底盘与车身之间的线槽进入汽车座舱，在汽车座舱内进行无线数据交换。
车身和底盘的结合使得汽车座舱内部形成“法拉第笼”，可以屏蔽外部干扰，内部空间可以形成可靠的局域内部无线通讯，通过将无线通讯天线5引至汽车座舱，可以保障通过无线通讯方式的可靠数据交换。
优选的方案如图3中，上述的网关载板2内设有网关控制器21，网关控制器21与通讯交换器27通讯连接，各I/O转接器3与各通讯芯片24进行相应总线类型的终端元件4数据交换，各通讯芯片24与通讯交换器27通讯连接，实现网关控制器21与各种数据总线类型终端元件4的数据交换。
通讯芯片24包括Ethernet PHY通讯芯片、CAN PHY通讯芯片、LIN PHY通讯芯片、LIN PHY通讯芯片、RS232通讯芯片等，实现不同数据总线类型的网关数据转换。
如图3中所示，上述的载板无线通讯模块25与无线时域控制模块26通讯连接，无线时域控制模块26与网关控制器21控制输出端电连接，无线时域控制模块26内设有时域采样电路，时域采样电路通讯输出端与网关控制器21通讯连接，网关控制器21根据内置的需求控制无线时域控制模块26分时采集不同终端元件4数据与收到的有线通讯数据进行比对校核，判断有线通讯的连接状态。
通过无线时域控制模块26，根据终端元件4的使用状况需求和特性对其进行分时采样，这样在进行无线通讯时无需使用与有线通讯数量一样的通讯芯片24，仅需各种类型总线通讯芯片24各设置一个即可，通过采样时域和类型的分配一个采样时间段只采取一种类型的采样，网关控制器21也只需要增加一个额外的通讯接口即可，硬件要求降低最少。
优选的方案如图4中所示，上述的无线时域控制模块26内设有通讯转换电路，通讯转换电路将使无线通讯接收数据传至各种总线类型的通讯芯片24并通过通讯线路的开合控制实现网关控制器21所使用数据无线和有线之间的转换。
通过通讯转换电路，当网关控制器21通过采样复核，认为有线通讯不可靠时，可以通过通讯转换电路将网关控制器21当前使用的通讯数据从有线转为无线，增加数据的可靠性。
优选的方案如图4中所示，上述的时域采样电路结构为：包括时域控制器261，时域控制器261与网关控制器21控制输出端电连接，时域控制器261输出端与采样选择器264电连接，载板无线通讯模块25与解码器262连接，解码器262输出端将收到数据根据各I/O转接器3地址转换为不同总线类型无线数据，然后通过采样选择器264每种总线类型选择一组数据传送至相应总线类型的总线通讯芯片模块265，再通过分时选择监控中继266对各个总线通讯芯片模块265进行分时导通至无线采样通讯交换器267，由无线采样通讯交换器267将采样数据送至网关控制器21。
通过时域控制器261对采样选择器264和分时选择监控中继266进行控制，保证同采样时段每个总线类型的总线通讯芯片模块265只接通一个终端元件4的通讯数据，网关控制器21只接收一个终端元件4的采样数据并进行对比校核，可以大大减少校核所需要的硬件及网关控制器21的接口占用。
如图5-13中所示，为以MPC5748G为基础开发的网关载板电气连接示意图和连接简图，从图8和图12可以看出，总线形式分为CAN、Ethernet、LIN等多种，且每种又设有多个，因此通过无线进行采样如果每个终端元件或者每个总线接口都设置通讯芯片，等于将有限通讯的网络转换电路增设一遍，且MPC5748G网关控制器的接口需要多处一倍，大大加大硬件成本和设计成本，而通过时域控制对每种总线通讯，每个设备通讯进行分时采样，一个采样周期网关控制器只接通一个通讯芯片，可以大大减小这种设备投入和PCB电路、模具的设计及采样连接设计。
优选的方案如图4中所示，上述的通讯转换电路结构为：在解码器262输出端设有无线通讯转换中继263，无线通讯转换中继263与时域控制器261输出端控制电连接，无线通讯转换中继263输出端与各通讯芯片24连接，I/O转接器3与通讯芯片24之间设有有线通讯转换中继268，有线通讯转换中继268与时域控制器261输出端控制电连接。
当网关控制器21根据采样复核判定有线通讯可靠度低于阈值时，将无线通讯转换中继263接通同时，断开有线通讯转换中继268，使网关控制器21接收到的终端元件4数据由有线转换为无线，保证车辆行驶时的数据安全。
上述的网关控制器21与车辆域控制器通讯连接，车辆域控制器包括CDC座舱域控制器6、ADAS驾驶域控制器7、底盘域控制器及动力域控制器，车辆域控制器接收各终端元件4的讯号并判断汽车的状态，并根据状态通过网关载板2向各执行单元发送控制指令。
上述的网关控制器21还通过通讯芯片24与车载T-BOX8进行通讯，车载T-BOX8位于车身外侧，为车辆与外部进行无线通讯。
Claims (4)
1.一种基于SOA理念的安全网关载板通讯结构，其特征在于，包括固定于底盘（1）上的网关载板（2）及分散在底盘（1）各处的终端元件（4），终端元件（4）通过线缆与I/O转接器（3）连接，I/O转接器（3）与网关载板（2）通过通讯线缆进行连接通讯，同时，I/O转接器（3）与网关载板（2）上设有无线通讯模块，通过无线通讯模块进行数据交换，网关载板（2）接收到有线和无线通讯传输的数据并进行比较，判断数据的有效性并选择有效的数据传输方式及数据；
所述的I/O转接器（3）上的无线通讯模块包括I/O转接器无线通讯芯片（31）和无线通讯天线（5），I/O转接器无线通讯芯片（31）和无线通讯天线（5）之间通过线缆连接，网关载板（2）上的无线通讯模块包括载板无线通讯模块（25）和无线通讯天线（5），载板无线通讯模块（25）和无线通讯天线（5）之间通过线缆连接，I/O转接器（3）和网关载板（2）上的无线通讯天线（5）通过底盘与车身之间的线槽进入汽车座舱，在汽车座舱内进行无线数据交换；
所述的网关载板（2）内设有网关控制器（21），网关控制器（21）与通讯交换器（27）通讯连接，各I/O转接器（3）与各通讯芯片（24）进行相应总线类型的终端元件（4）数据交换，各通讯芯片（24）与通讯交换器（27）通讯连接，实现网关控制器（21）与各种数据总线类型终端元件（4）的数据交换；
所述的载板无线通讯模块（25）与无线时域控制模块（26）通讯连接，无线时域控制模块（26）与网关控制器（21）控制输出端电连接，无线时域控制模块（26）内设有时域采样电路，时域采样电路通讯输出端与网关控制器（21）通讯连接，网关控制器（21）根据内置的需求控制无线时域控制模块（26）分时采集不同终端元件（4）数据与收到的有线通讯数据进行比对校核，判断有线通讯的连接状态；
所述的无线时域控制模块（26）内设有通讯转换电路，通讯转换电路将使无线通讯接收数据传至各种总线类型的通讯芯片（24）并通过通讯线路的开合控制实现网关控制器（21）所使用数据无线和有线之间的转换；
所述的时域采样电路结构为：包括时域控制器（261），时域控制器（261）与网关控制器（21）控制输出端电连接，时域控制器（261）输出端与采样选择器（264）电连接，载板无线通讯模块（25）与解码器（262）连接，解码器（262）输出端将收到数据根据各I/O转接器（3）地址转换为不同总线类型无线数据，然后通过采样选择器（264）每种总线类型选择一组数据传送至相应总线类型的总线通讯芯片模块（265），再通过分时选择监控中继（266）对各个总线通讯芯片模块（265）进行分时导通至无线采样通讯交换器（267），由无线采样通讯交换器（267）将采样数据送至网关控制器（21）。
2.根据权利要求1所述的一种基于SOA理念的安全网关载板通讯结构，其特征在于，所述的通讯转换电路结构为：在解码器（262）输出端设有无线通讯转换中继（263），无线通讯转换中继（263）与时域控制器（261）输出端控制电连接，无线通讯转换中继（263）输出端与各通讯芯片（24）连接，I/O转接器（3）与通讯芯片（24）之间设有有线通讯转换中继（268），有线通讯转换中继（268）与时域控制器（261）输出端控制电连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于SOA理念的安全网关载板通讯结构，其特征在于，所述的网关控制器（21）与车辆域控制器通讯连接，车辆域控制器包括CDC座舱域控制器（6）、ADAS驾驶域控制器（7）、底盘域控制器及动力域控制器，车辆域控制器接收各终端元件（4）的讯号并判断汽车的状态，并根据状态通过网关载板（2）向各执行单元发送控制指令。
4.根据权利要求3所述的一种基于SOA理念的安全网关载板通讯结构，其特征在于，所述的网关控制器（21）还通过通讯芯片（24）与车载T-BOX（8）进行通讯，车载T-BOX（8）位于车身外侧，为车辆与外部进行无线通讯。
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