CN117369348A - 基于安全域和计算域的中央域控制器 - Google Patents

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刘志霞
胡济民
李洪亮
闫晓晓
刘全周
蔡永祥
赵敬
王齐英
陈正
王晓静
蔡弘
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Abstract

本发明公开基于安全域和计算域的中央域控制器,包括MCU处理单元、MPU处理单元、V2X+5G通讯单元、物联网eSIM单元、CAN通讯单元、以太网通讯单元、看门狗单元、存储单元;MCU处理单元与MPU处理单元连接,V2X+5G通讯单元与物联网eSIM单元连接并与MPU处理单元连接;MCU处理单元与MPU处理单元与存储单元、CAN通讯单元、以太网通讯单元连接,看门狗单元与MPU处理单元连接;V2X+5G通讯单元接收无线信号解析后传输给MPU处理单元处理后传输给MCU处理单元,MCU处理单元用于安全检测。本发明融合了整车内网和整车外网及V2X通讯既能保证通讯功能又能保证信息安全。

Description

基于安全域和计算域的中央域控制器
技术领域
本发明涉及车载通讯设备技术领域,特别是涉及一种基于安全域和计算域的中央域控制器。
背景技术
汽车产业的蓬勃发展,智能网联车逐步实现规模化,5G技术的发展助力智能驾驶进入新阶段,智能化、网络化发展使得汽车面临网络安全风险不断增大。智能网联汽车涉及车载信息交互系统、车载诊断(OBD)接口、车载网关、车内网络等。车内多个存在攻击风险的脆弱点,引入了众多威胁场景。与外部连通的车车通信、车路通信、车云通信和短距通信等车内外通信场景为攻击者提供了更多的攻击面,通信安全防护水平参差不齐也极大降低了攻击成本与难度。智能网联汽车功能的大幅增加,导致信息安全接入点和风险点不断暴露,逐渐成为攻击者目标。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷,而提供一种基于安全域和计算域的中央域控制器。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是:
一种基于安全域和计算域的中央域控制器,包括MCU处理单元、MPU处理单元、V2X+5G通讯单元、物联网eSIM单元、CAN通讯单元、以太网通讯单元、看门狗单元、存储单元;所述MCU处理单元与MPU处理单元通信连接,所述V2X+5G通讯单元与为其提供网络的物联网eSIM单元连接,并与MPU处理单元通信连接;所述MCU处理单元与MPU处理单元各自与存储单元、CAN通讯单元、以太网通讯单元通信连接,所述看门狗单元与所述MPU处理单元通信连接;所述V2X+5G通讯单元接收无线信号解析后传输给MPU处理单元处理后的信号传输给MCU 处理单元,所述MCU处理单元用于安全检测,包括外部电路的故障检测以及自身故障检测。
其中,所述MCU处理单元为多核处理系统,具有:
第一内核,用于基于内置算法进行算法计算处理以及负责与CAN通讯单元进行CAN通讯;
第二内核,用于负责与以太网通讯单元进行以太网通讯;
第三内核,用于进行安全检测。
其中,所述MPU处理单元为多核处理系统,具有:
第一核,用于基于内置算法进行算法计算处理以及负责与CAN通讯单元进行CAN通讯;
第二核,用于负责与以太网通讯单元进行以太网通讯。
其中,所述内置算法包括用于在车辆行驶过程中,计算车辆的平面坐标的计算程序,所述平面坐标的处理公式为:
其中,B、L为车辆的经纬度坐标,X、Y、Z为转换后的平面坐标,坐标原点为零经线零纬线,K为维度B处的卯酉圈曲率半径,a为地球长轴半径,H为相对椭球面的高度,e为椭球第一偏心率。
其中,所述V2X+5G通讯单元包括V2X+5G单元,所述V2X+5G单元通过5G主副天线与基站通讯。
其中,所述MCU处理单元支持进行自身ROM、RAM、FLASH及程序流、数据流监控在内的故障检测。
其中,所述MPU处理单元与MCU处理单元各自通过SPI接口与所述存储单元相连接。
其中,所述MPU处理单元与MCU处理单元通过SPI总线连接通信。
其中,所述MPU处理单元与MCU处理单元各自通过RGMII接口与以太网通讯单元连接。
其中,所述存储单元采用NORFLASH存储单元。
本发明的基于安全域和计算域中央域控制器,集成多核高频抗耦合干扰的MCU处理单元、MPU处理单元,融合了整车内网和整车外网及V2X通讯既能保证通讯功能又能保证信息安全。
附图说明
图1为本发明实施例的基于安全域和计算域的中央域控制器的整体的原理框图。
图2为本发明实施例的基于安全域和计算域的中央域控制器的MCU处理单元的原理框图。
图3为本发明实施例的基于安全域和计算域的中央域控制器的MPU处理单元的原理框图。
图4为本发明实施例的基于安全域和计算域的中央域控制器的V2X+5G通讯单元的原理框图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
如图1所示,本发明实施例的基于安全域和计算域的中央域控制器,包括MCU处理单元、MPU处理单元、V2X+5G通讯单元、物联网eSIM单元、CAN通讯单元、以太网通讯单元、看门狗单元、存储单元;所述MCU处理单元与MPU处理单元通信连接,所述V2X+5G通讯单元与为其提供网络的物联网eSIM单元连接,并与MPU处理单元通信连接;所述MCU处理单元与MPU处理单元各自与存储单元、CAN通讯单元、以太网通讯单元通信连接,所述看门狗单元与所述MPU处理单元通信连接;所述V2X+5G通讯单元接收无线信号解析后传输给MPU处理单元处理后的信号传输给MCU 处理单元,所述MCU处理单元用于安全检测,包括外部电路的故障检测以及自身故障检测。
上述实施例下,在工作时,所述 V2X+5G通讯单元通过网络接收无线信号,将解析后信号传输给MPU处理单元,MPU处理单元经过内置算法计算处理后的信号通过SPI总线传输给MCU 处理单元,所述MPU处理单元对传送来的数据进行数据初步计算,得到如经纬度、车辆状态数据、相对距离以及通过相对距离/速度=时间计算得到相应的时间,然后通过SPI总线传输给所述MCU处理单元,所述MCU处理单元根据传送来的数据进行车辆的刹车、慢速形式、电机的扭矩偏移等的控制。
本发明实施例的设计了融合V2X通信,采用5G通信技术,改善了数据传输,通讯高速运行,促进了低延迟的高频数据交换,最终提高道路的安全性和便利性。
进一步的,一些实施下,设置有系统电源单元,包括作为主电源的系统供电单元以及作为备用的备用系统供电单元,系统电源单元均与MCU处理单元、MPU处理单元、V2X+5G通讯单元、物联网eSIM单元、CAN通讯单元、以太网通讯单元、看门狗单元、存储单元电连接,当主电源的系统供电单元馈电,线缆断开,切换备系统供电单元供电,保证电路正常工作。
其中,所述MPU处理单元中内置算法用于在车辆行驶过程中,计算车辆的平面坐标的计算程序,所述平面坐标的计算公式为:
其中,B、L为车辆的经纬度坐标,X、Y、Z为转换后的平面坐标,坐标原点为零经线零纬线,K为维度B处的卯酉圈曲率半径,a为地球长轴半径,H为相对椭球面的高度,e为椭球第一偏心率。
如图2 所示,所述的MCU处理单元具有第一内核,用于基于内置算法进行算法计算处理以及负责与CAN通讯单元进行CAN通讯;第二内核,用于负责与以太网通讯单元进行以太网通讯;第三内核,用于进行安全检测,第一内核、第二内核、第三内核均与E-MAIL通信。
具体的,所述的MCU处理单元包括MCU单元(MCU微处理器芯片),MCU单元与供电电路电连接,与晶振电路、复位电路均线路链接,所述供电电路为MCU单元提供稳定的工作电压、工作电流,所述晶振电路为MCU单元提供高精度、高稳定性、低相位噪声的时钟信号,所述复位电路在使MCU单元上电工作时重新启动,从而清除芯片中存储的数据,并恢复到初始状态。
其中,所述MCU单元通过存储电路(如NOR FLASH存储电路)与存储单元通过SPI连接, NOR FLASH存储单元能存储128Mbit数据容量,实现大量代码数据闪存、快速读取,减轻MCU单元的数据存储容量,加快设备运行速度,为MCU单元的启动和运行提供了可靠的解决方案,实现MCU单元的快速启动和稳定运行。
其中,所述MCU单元通过RGMII接口(Reduced Gigabit Media IndependentInterface)与1000base-TX高速车载以太网电路连接,连接以太网通讯单元,实现与车内外通讯单元进行通讯,通讯速率高、抗干扰能力强。CAN收发器用于MCU微处理器芯片与车内通信网络信息传输。
如图3所示,所述MPU处理单元具有:第一核,用于基于内置算法进行算法计算处理以及负责与CAN通讯单元进行CAN通讯;第二核,用于负责与以太网通讯单元进行以太网通讯,第一核、第二核均与E-MAIL通信。
具体的,所述MPU处理单元包括MPU单元(MPU微处理器芯片),所述MPU单元与供电电路电连接,与晶振电路、复位电路均线路链接,并与看门狗电路连接,实现与看门狗单元相连接,所述供电电路为MPU单元提供稳定的工作电压、工作电流,所述晶振电路为MPU单元提供高精度、高稳定性、低相位噪声的时钟信号,所述复位电路在使MPU单元上电工作时重新启动,从而清除芯片中存储的数据,并恢复到初始状态。
其中,所述MPU单元与存储单元的NOR FLASH存储电路通过SPI连接,存储单元能存储128Mbit数据容量,大量代码数据闪存、快速读取,减轻MPU单元的数据存储容量,加快运行速度,为MPU单元的启动和运行提供了可靠的解决方案,实现MPU单元的快速启动和稳定运行。
其中,MPU单元通过RGMII与1000base-TX高速车载以太网电路连接,通过连接以太网通讯单元,实现与车内外通讯单元通讯,通讯速率高、抗干扰能力强;所述看门狗电路与MPU单元线路连接,在器件受干扰使其CPU进入死循环时,看门狗单元重启CPU,使程序恢复正常运行,电源电压波动较大或断电,看门狗单元重启CPU系统要求将当前有用的数据进行保护,保证程序稳定性和运行及数据的安全性;通过CAN电路连接CAN收发器,实现MPU单元与车内通信网络信息传输,接收电流、速度、扭矩、反馈信息等数据,通过CAN通讯进行数据传输。
如图4所示,所述V2X+5G通讯单元包括V2X+5G单元(芯片),该V2X+5G单元与供电电路电连接,与晶振电路、复位电路均线路链接,并与天线电路连接;所述供电电路为V2X+5G单元提供稳定的工作电压、工作电流,所述晶振电路为V2X+5G单元提供高精度、高稳定性、低相位噪声的时钟信号,所述复位电路在使V2X+5G单元上电工作时重新启动,从而清除芯片中存储的数据,并恢复到初始状态。
其中,所述V2X+5G单元通过5G主副天线与基站通讯,通过eSIM电路与联网eSIM单元的联网eSIM卡通过线路连接,联网eSIM卡为V2X+5G单元提供5G网络。所述V2X+5G单元的USB电路通过USB3.1总线与MPU处理单元通讯,同时通过 USB 端口升级固件以解决一些Bug及兼容性问题。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明;
因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.基于安全域和计算域的中央域控制器,其特征在于,包括MCU处理单元、MPU处理单元、V2X+5G通讯单元、物联网eSIM单元、CAN通讯单元、以太网通讯单元、看门狗单元、存储单元;所述MCU处理单元与MPU处理单元通信连接,所述V2X+5G通讯单元与为其提供网络的物联网eSIM单元连接,并与MPU处理单元通信连接;所述MCU处理单元与MPU处理单元各自与存储单元、CAN通讯单元、以太网通讯单元通信连接,所述看门狗单元与所述MPU处理单元通信连接;
所述V2X+5G通讯单元接收无线信号解析后传输给MPU处理单元处理后的信号传输给MCU 处理单元,所述MCU处理单元用于安全检测,包括外部电路的故障检测以及自身故障检测。
2.根据权利要求1所述基于安全域和计算域的中央域控制器,其特征在于,所述MCU处理单元为多核处理系统,具有:
第一内核,用于基于内置算法进行算法计算处理以及负责与CAN通讯单元进行CAN通讯;
第二内核,用于负责与以太网通讯单元进行以太网通讯;
第三内核,用于进行安全检测。
3.根据权利要求1所述基于安全域和计算域的中央域控制器,其特征在于,所述MPU处理单元为多核处理系统,具有:
第一核,用于基于内置算法进行算法计算处理以及负责与CAN通讯单元进行CAN通讯;
第二核,用于负责与以太网通讯单元进行以太网通讯。
4.根据权利要求3所述基于安全域和计算域的中央域控制器,其特征在于,所述内置算法包括用于在车辆行驶过程中,计算车辆的平面坐标的计算程序,所述平面坐标的计算处理公式为:
其中,B、L为车辆的经纬度坐标,X、Y、Z为转换后的平面坐标,坐标原点为零经线、零纬线,K为维度B处的卯酉圈曲率半径,a为地球长轴半径,H为相对椭球面的高度,e为椭球第一偏心率。
5.根据权利要求1所述基于安全域和计算域的中央域控制器,其特征在于,所述V2X+5G通讯单元包括V2X+5G单元,所述V2X+5G单元通过5G主副天线与基站通讯。
6.根据权利要求1所述基于安全域和计算域的中央域控制器,其特征在于,所述MCU处理单元支持进行自身ROM、RAM、FLASH及程序流、数据流监控在内的故障检测。
7.根据权利要求1所述基于安全域和计算域的中央域控制器,其特征在于,所述MPU处理单元与MCU处理单元各自通过SPI接口与所述存储单元相连接。
8.根据权利要求1所述基于安全域和计算域的中央域控制器,其特征在于,所述MPU处理单元与MCU处理单元通过SPI总线连接通信。
9.根据权利要求1所述基于安全域和计算域的中央域控制器,其特征在于,所述MPU处理单元与MCU处理单元各自通过RGMII接口与以太网通讯单元连接。
10.根据权利要求1所述基于安全域和计算域的中央域控制器,其特征在于,所述存储单元采用NORFLASH存储单元。
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