CN115118553A - 一种基于国产cpu和实时操作系统的多协议网关 - Google Patents

一种基于国产cpu和实时操作系统的多协议网关 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于国产CPU和实时操作系统的多协议网关，包括机箱以及安装在机箱内的龙芯核心板、滤波器、电源模块、接口扩展板和电子盘，龙芯核心板运行国产操作系统，滤波器的输出端与电源模块的输入端连接，电源模块的输出端通过组件化线缆与接口扩展板连接，接口扩展板通过板间连接器与龙芯核心板和电子盘连接，通过接口扩展板将电源模块转换的工作电压分配给龙芯核心板和电子盘，并通过接口扩展板为龙芯核心板提供多种功能接口，多种功能接口分别与机箱侧壁上对应的外部连接器相连接。本发明具有国产化、自主可控、可扩展性强、灵活性高的优势，支持多种协议接口的互联，实现信息交互功能。

Description

一种基于国产CPU和实时操作系统的多协议网关
技术领域
本发明涉及汽车网关技术领域，更为具体来说，本发明为一种基于国产 CPU和实时操作系统的多协议网关。
背景技术
随着信息化和数字化要求的提高以及数据量的增大，传统的CAN总线以难以满足新型特种车辆信息传输的需求，车辆的主干总线网络正逐渐从CAN 总线向以太网转变，当前车上的传感器大多采用CAN总线接口，显控器等新型设备多采用以太网接口。
为了解决不同总线接口的设备之间的通信，同时满足国产化指标要求，需要一个具备CAN总线接口与以太网接口的国产化网关设备，搭设不同总线设备之间的信息通路，实现特种车辆上CAN总线接口的设备与以外网接口设备之间数据的解析、过滤和转发，支撑车控计算机对整车设备的监测和管理。
发明内容
为解决现有车辆信息传输需要多种接口的技术问题，从与车辆多种不同数据传输接口对接角度出发，本发明创新地提供了一种基于国产CPU 和实时操作系统的多协议网关，其具有国产化、自主可控、可扩展性强、灵活性高的优势，支持多种协议接口的互联，实现信息交互功能。
为实现上述的技术目的，本发明实施例公开了一种基于国产CPU和实时操作系统的多协议网关，包括机箱以及安装在机箱内的龙芯核心板、滤波器、电源模块、接口扩展板和电子盘，所述龙芯核心板运行国产操作系统，所述滤波器的输出端与电源模块的输入端连接，所述电源模块的输出端通过组件化线缆与接口扩展板连接，所述接口扩展板通过板间连接器与龙芯核心板和电子盘连接，通过所述接口扩展板将电源模块转换的工作电压分配给龙芯核心板和电子盘，并通过所述接口扩展板为龙芯核心板提供多种功能接口，多种所述功能接口分别与机箱侧壁上对应的外部连接器相连接。
进一步的，本发明一种基于国产CPU和实时操作系统的多协议网关，其中所述龙芯核心板运行的操作系统为SylixOS操作系统。
进一步的，本发明一种基于国产CPU和实时操作系统的多协议网关，其中所述龙芯核心板为龙芯2K1000核心板。
进一步的，本发明一种基于国产CPU和实时操作系统的多协议网关，其中还包括纽扣电池板，所述纽扣电池板通过导线与接口扩展板连接，所述纽扣电池板中设有纽扣电池，所述纽扣电池为接口扩展板的时钟芯片提供参考电压。
进一步的，本发明一种基于国产CPU和实时操作系统的多协议网关，其中所述时钟芯片为RTC芯片，所述纽扣电池提供的参考电压为3V。
进一步的，本发明一种基于国产CPU和实时操作系统的多协议网关，其中所述滤波器的输入端与车载电源连接，所述电源模块将车载电源电压转换为5V的工作电压。
进一步的，本发明一种基于国产CPU和实时操作系统的多协议网关，其中所述电子盘为固态电子盘，所述固态电子盘通过SATA接口与接口扩展板连接。
进一步的，本发明一种基于国产CPU和实时操作系统的多协议网关，其中所述功能接口包括SATA、PCIe、UART、SPI、IIC、GMAC、CAN、USB、GPI O、RTC、ETH和/或RS232接口。
进一步的，本发明一种基于国产CPU和实时操作系统的多协议网关，其中所述接口扩展板提供1路USB接口、1路RS232接口、6路CAN接口和4 路以太网接口。
进一步的，本发明一种基于国产CPU和实时操作系统的多协议网关，其中所述机箱包括一端开口的箱体和封闭其开口的箱盖，所述外部连接器全部安装在机箱的同一侧壁上，所述机箱的侧壁上还设有电池安装座和防水透气阀，所述纽扣电池板安装在电池安装座中。
本发明的有益效果为：基于国产化CPU硬件平台，适配国产实时操作系统的多协议网关设备，具有国产化、自主可控的优势；能够实时接收、解析、转发CAN总线和以太网数据，实现多种协议的互连，并且支持信息交互；其可扩展性强、灵活性高，可作为通用型网关使用。
附图说明
图1为本发明一种基于国产CPU和实时操作系统的多协议网关的结构框图；
图2为本发明一种基于国产CPU和实时操作系统的多协议网关中龙芯 2K1000核心板的结构框图；
图3为本发明一种基于国产CPU和实时操作系统的多协议网关中龙芯 2K1000核心板的电路板结构示意图；
图4为本发明一种基于国产CPU和实时操作系统的多协议网关中接口扩展板的电路板结构示意图；
图5为本发明一种基于国产CPU和实时操作系统的多协议网关中纽扣电池板的电路板结构示意图；
图6为本发明一种基于国产CPU和实时操作系统的多协议网关的正视结构示意图；
图7为本发明一种基于国产CPU和实时操作系统的多协议网关的左视结构示意图；
图8为本发明一种基于国产CPU和实时操作系统的多协议网关的俯视结构示意图(带局部剖视)。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的一种基于国产CPU和实时操作系统的多协议网关进行详细的解释和说明。
如图1并结合图2所示，本发明实施例公开了一种基于国产CPU和实时操作系统的多协议网关，具体包括机箱1以及安装在机箱1内的龙芯核心板 2、滤波器3、电源模块4、接口扩展板5和电子盘6。其中的龙芯核心板2 运行国产操作系统，让滤波器3的输出端与电源模块4的输入端连接，让电源模块4的输出端通过组件化线缆与接口扩展板5连接，接口扩展板5的电路板结构如图4所示，并让接口扩展板5通过板间连接器7与龙芯核心板2 和电子盘6连接，通过接口扩展板5将电源模块4转换的工作电压分配给龙芯核心板2和电子盘6，并通过接口扩展板5为龙芯核心板2提供多种功能接口，多种功能接口分别与机箱1侧壁上对应的外部连接器8相连接。
本发明中涉及的龙芯核心板2为龙芯中科技术股份有限公司生产的龙芯系列芯片，其集成处理器、内存、复位、时钟等部分，主要负责数据解码、协议转换、计算处理等功能。利用龙芯核心板2作为CPU硬件平台，适配国产实时操作系统，具有国产化、自主可控的优势；网关的电源来自车载电源，滤波器3的输入端与车载电源连接，通过滤波器3对电源进行降噪，利用电源模块4将滤波器3滤波后转换为5V的工作电压，将接口扩展板5作为其他模块供电的中间媒介，保证设备整体供电的稳定性；通过接口扩展板5实现扩种协议接口的扩展，能够实时接收、解析、转发CAN总线和以太网数据，实现多种协议的互连，并且支持信息交互，其可扩展性强、灵活性高，可作为通用型网关使用。
在本发明的一实施例中，为了适用于嵌入式设备，龙芯核心板2采用龙芯2K1000核心板(如图3所示)，其能够扩展丰富的外设，功耗低，仅为5 W，适用于嵌入式设备。且在龙芯核心板2运行的操作系统为SylixOS操作系统。选用国产翼辉操作系统(SylixOS)作为软件平台，其对龙芯等国产硬件平台都有很好的兼容性，在实时性方面能够媲美Vxworks，驱动接口的开发相比Vxworks更加简单，同时具有掉电安全文件系统(TpsFs),非常适合嵌入式设备。
在本发明的一实施例中，还包括纽扣电池板9，纽扣电池板9的电路板结构如图5所示，纽扣电池板9通过导线与接口扩展板5连接，在纽扣电池板9中设有纽扣电池，让纽扣电池为接口扩展板5的时钟芯片提供参考电压。时钟芯片为RTC芯片，纽扣电池提供的参考电压为3V。纽扣电池可以采用型号为BR2477A的纽扣电池，为RTC芯片提供稳定的参考电压，提高时钟的精准度。
在本发明的一实施例中，电子盘6为固态电子盘6，固态电子盘6通过 SATA接口与接口扩展板5连接。电子盘6优选用2.5英寸256G-SATA固态电子盘，作为网关的存储介质，用于存储操作系统以及中间数据。
在本发明的一实施例中，功能接口的类型可以从SATA、PCIe、UART、S PI、IIC、GMAC、CAN、USB、GPIO、RTC、ETH和RS232接口选用。更为具体地，本发明实施例中的接口扩展板5提供1路USB接口、1路RS232接口、6 路CAN接口和4路以太网接口。通过CAN接口与以太网接口实现车辆数据的交互，其具体交互过程如下：CAN数据转以太网数据：将从CAN1-CAN6通道接收的所有数据，按以太网“CAN数据透传”帧格式通过以太网接口发送出去；以太网数据转CAN数据：从以太网接收到“CAN帧转发”帧后，按帧格式的CAN_ID、CAN通道号、CAN数据长度、CAN数据等以CAN数据帧方式发送至CAN总线上。
如图6、7和图8所示，本发明一实施例中的机箱1包括一端开口的箱体11和封闭其开口的箱盖12，外部连接器8全部安装在机箱1的同一侧壁上(如图6中所示的9个连接器X1-X9，其中X1对应电源接口，X2对应US B接口或路RS232接口，X3-X5对应CAN1-CAN6接口，X6-X9对应ETH1-ETH4 以太网接口，各个连接器的点号可按照附表1进行定义)，机箱1的侧壁上还设有电池安装座13和防水透气阀14，防水透气阀14用于平衡机箱1内外空气压力，使机箱1内空气压力达到平衡，保证机箱1内各个模块的安全稳定运行。纽扣电池板9安装在电池安装座13中，以便于纽扣电池的更换，降低维护难度。
附表一：
Figure BDA0003707555840000071
Figure BDA0003707555840000081
Figure BDA0003707555840000091
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明实质内容上所作的任何修改、等同替换和简单改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于国产CPU和实时操作系统的多协议网关，其特征在于：包括机箱(1)以及安装在机箱(1)内的龙芯核心板(2)、滤波器(3)、电源模块(4)、接口扩展板(5)和电子盘(6)，所述龙芯核心板(2)运行国产操作系统，所述滤波器(3)的输出端与电源模块(4)的输入端连接，所述电源模块(4)的输出端通过组件化线缆与接口扩展板(5)连接，所述接口扩展板(5)通过板间连接器(7)与龙芯核心板(2)和电子盘(6)连接，通过所述接口扩展板(5)将电源模块(4)转换的工作电压分配给龙芯核心板(2)和电子盘(6)，并通过所述接口扩展板(5)为龙芯核心板(2)提供多种功能接口，多种所述功能接口分别与机箱(1)侧壁上对应的外部连接器(8)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于国产CPU和实时操作系统的多协议网关，其特征在于：所述龙芯核心板(2)运行的操作系统为SylixOS操作系统。
3.根据权利要求1所述的一种基于国产CPU和实时操作系统的多协议网关，其特征在于：所述龙芯核心板(2)为龙芯2K1000核心板。
4.根据权利要求1所述的一种基于国产CPU和实时操作系统的多协议网关，其特征在于：还包括纽扣电池板(9)，所述纽扣电池板(9)通过导线与接口扩展板(5)连接，所述纽扣电池板(9)中设有纽扣电池，所述纽扣电池为接口扩展板(5)的时钟芯片提供参考电压。
5.根据权利要求4所述的一种基于国产CPU和实时操作系统的多协议网关，其特征在于：所述时钟芯片为RTC芯片，所述纽扣电池提供的参考电压为3V。
6.根据权利要求1所述的一种基于国产CPU和实时操作系统的多协议网关，其特征在于：所述滤波器(3)的输入端与车载电源连接，所述电源模块(4)将车载电源电压转换为5V的工作电压。
7.根据权利要求1所述的一种基于国产CPU和实时操作系统的多协议网关，其特征在于：所述电子盘(6)为固态电子盘(6)，所述固态电子盘(6)通过SATA接口与接口扩展板(5)连接。
8.根据权利要求1所述的一种基于国产CPU和实时操作系统的多协议网关，其特征在于：所述功能接口包括SATA、PCIe、UART、SPI、IIC、GMAC、CAN、USB、GPIO、RTC、ETH和/或RS232接口。
9.根据权利要求1所述的一种基于国产CPU和实时操作系统的多协议网关，其特征在于：所述接口扩展板(5)提供1路USB接口、1路RS232接口、6路CAN接口和4路以太网接口。
10.根据权利要求4所述的一种基于国产CPU和实时操作系统的多协议网关，其特征在于：所述机箱(1)包括一端开口的箱体(11)和封闭其开口的箱盖(12)，所述外部连接器(8)全部安装在机箱(1)的同一侧壁上，所述机箱(1)的侧壁上还设有电池安装座(13)和防水透气阀(14)，所述纽扣电池板(9)安装在电池安装座(13)中。
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