CN117729232A - 一种车载tsn网络平台及数据处理方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种车载TSN网络平台及数据处理方法，涉及车内网络总线技术领域，特别是涉及一种车载TSN网络平台，包括：TSN网络，与TSN网络通信连接的自动驾驶域，通过第一CAN‑TSN网关与TSN网络通信连接的动力域，以及通过第二CAN‑TSN网关与TSN网络通信连接的车身域。本申请能够提高车载网络平台上自动驾驶流量传输的实时性和可靠性。

Description

一种车载TSN网络平台及数据处理方法

技术领域

本申请涉及车内网络总线技术领域，特别是涉及一种车载TSN网络平台及数据处理方法。

背景技术

现代汽车向功能多样化、业务智能化发展，以提升用户体验为导向，衍生出自动驾驶系统、车载信息娱乐系统等个性化服务系统，智能网联汽车对带宽、延时等网络性能提出更严格的要求。然而，控制器局域网络(Controller Area Network，CAN)、局域互联网络(Local Interconnect Network，LIN)、FlexRay等传统车载总线难以适应快速增长的通信需求，为缓解总线性能和网络需求之间的矛盾，引发了对时间敏感网络(Time SensitiveNetwork，TSN)骨干网的分区控制架构的需求。TSN网络高带宽、确定性的特点可以较好满足未来车载网络的需求，而TSN网络和车载的CAN网络的通信需要依赖CAN-TSN网关部件，CAN-TSN网关部署在CAN网络和TSN网络交界处，用于实现CAN消息和以太网报文的协议转换和路由转发。

现有技术中，采用在物理层(Port Physical Layer，PHY)芯片上实现CAN协议报文和以太网报文的互转，并且支持MacSec(IEEE802.1ae)硬件加密数据的安全工业以太网网关。但是该技术方式中灵活性较差，不能快速适应协议实现技术的变化。此外，目前现有的网关使用软件方法在TCP/IP协议栈的传输层或者应用层实现CAN报文和以太网报文的互转，该现有技术存在实现复杂，报文转发延时大，丢包率高，而且CAN报文在以太网中传输安全性很低的问题。

上述实现CAN-TSN网关的技术方式，解决方案大多追求性能极致的纯硬件实现，难以充分发挥软件的灵活性，而且数据的处理受TCP/IP协议栈的干预，因此在难以保证关键业务数据的实时传输，不能满足车载网络平台上自动驾驶流量的高实时和高可靠传输要求。

因此，如何提高车载网络平台上自动驾驶流量传输的实时性和可靠性，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请提供一种车载TSN网络平台，能够提高车载网络平台上自动驾驶流量传输的实时性和可靠性。本申请还提供一种数据处理方法，具有相同的技术效果。

本申请的第一个目的为提供一种车载TSN网络平台。

本申请的上述申请目的一是通过以下技术方案得以实现的：

一种车载TSN网络平台，包括：TSN网络，与所述TSN网络通信连接的自动驾驶域，通过第一CAN-TSN网关与所述TSN网络通信连接的动力域，以及通过第二CAN-TSN网关与所述TSN网络通信连接的车身域，其中：

所述动力域和所述车身域的内部使用CAN总线通信；

所述第一CAN-TSN网关包括依次连接的第一CAN收发器、第一CAN控制器和第一FPGA模块，所述第一FPGA模块包括互相连接的第一RISC-V处理器和第一软件处理模块，所述第一CAN收发器与所述动力域的CAN总线连接，所述第一软件处理模块与所述TSN网络连接，所述第一RISC-V处理器与所述第一CAN控制器连接；

所述第二CAN-TSN网关包括依次连接的第二CAN收发器、第二CAN控制器和第二FPGA模块，所述第二FPGA模块包括互相连接的第二RISC-V处理器和第二软件处理模块，所述第二CAN收发器与所述车身域的CAN总线连接，所述第二软件处理模块与所述TSN网络连接，所述第二RISC-V处理器与所述第二CAN控制器连接；

所述第一软件处理模块和所述第二软件处理模块，均基于RISC-V处理框架编程；

所述第一软件处理模块和所述第二软件处理模块，用于实现CAN报文和以太网报文的转换；

所述TSN网络，用于接收制动控制流量，并将所述制动控制流量映射为时间敏感流量；

所述TSN网络，还用于将所述时间敏感流量，逆映射为以太网报文。

优选地，所述车载TSN网络平台中，所述第一CAN收发器和所述第二CAN收发器均采用PCA82C251T型号的芯片。

优选地，所述车载TSN网络平台中，所述第一CAN控制器和所述第二CAN控制器均采用SJA1000型号的芯片。

优选地，所述车载TSN网络平台中，所述第一FPGA模块和所述第二FPGA模块均采用Xilinx Kintex-7系列的XC7K325T型号的FPGA器件，所述第一RISC-V处理器和所述第二RISC-V处理器均采用CV32E40P型号的处理器。

优选地，所述车载TSN网络平台中，所述TSN网络包括控制终端，与所述控制终端连接的TSN交换机，以及分别与所述TSN交换机连接的第一TSN网卡、第二TSN网卡和第三TSN网卡，其中：

所述第一软件处理模块与所述第一TSN网卡连接；

所述第二软件处理模块与所述第二TSN网卡连接；

所述自动驾驶域与所述第三TSN网卡连接。

优选地，所述车载TSN网络平台中，所述动力域包括制动模拟器、动力模拟器和温湿度感知器，所述制动模拟器、所述动力模拟器和所述温湿度感知器，通过CAN总线与所述第一CAN收发器连接，其中：

所述制动模拟器，用于接收并处理CAN总线上携带制动信号的CAN帧，并对处理结果进行显示；

所述动力模拟器，用于模拟动力参数变化，并发送模拟动力参数至CAN总线；

所述温湿度感知器，用于采集环境温度数据和环境湿度数据，并将所述环境温度数据和所述环境湿度数据发送至CAN总线。

优选地，所述车载TSN网络平台中，所述车身域包括多个毫米波雷达，多个所述毫米波雷达通过CAN总线与所述第二CAN收发器连接，其中：

所述毫米波雷达，用于采集距离数据，并将所述距离数据发送至CAN总线。

优选地，所述车载TSN网络平台中，所述自动驾驶域包括至少一个计算节点，所述计算节点与所述TSN网络通信连接，其中：

所述计算节点，用于获取来自所述动力域的第一原始数据和来自所述车身域的第二原始数据，并利用预设自动驾驶算法，对所述第一原始数据和所述第二原始数据进行处理，输出制动控制报文；

其中，所述第一原始数据包括所述模拟动力参数、所述环境温度数据和所述环境湿度数据，所述第二原始数据，包括所述距离数据。

本申请的第二个目的为提供一种数据处理方法。

本申请的上述申请目的二是通过以下技术方案得以实现的：

一种数据处理方法，所述方法应用于上述任意的车载TSN网络平台，其中，所述车载TSN网络平台包括：TSN网络，与所述TSN网络通信连接的自动驾驶域，通过第一CAN-TSN网关与所述TSN网络通信连接的动力域，以及通过第二CAN-TSN网关与所述TSN网络通信连接的车身域，所述方法包括：

利用所述动力域生成第一原始数据，并将所述第一原始数据通过所述第一CAN-TSN网关和所述TSN网络，传输至所述自动驾驶域，其中，所述第一原始数据包括模拟动力参数、环境温度数据和环境湿度数据；

利用所述车身域生成第二原始数据，并将所述第二原始数据通过所述第二CAN-TSN网关和所述TSN网络，传输至所述自动驾驶域，其中，所述第二原始数据包括毫米波雷达采集的距离数据；

利用所述自动驾驶域，基于预设自动驾驶算法，对所述第一原始数据和所述第二原始数据进行处理，输出制动控制报文；

利用所述TSN网络，将所述制动控制报文转换为以太网报文，并将所述以太网报文输出至所述第一CAN-TSN网关；

利用所述第一CAN-TSN网关，将所述以太网报文转换为CAN报文，并将所述CAN报文通过CAN总线，传输至所述动力域；

利用所述动力域，基于所述CAN报文进行数据显示。

优选地，所述数据处理方法中，所述TSN网络包括控制终端，与所述控制终端连接的TSN交换机，以及分别与所述TSN交换机连接的第一TSN网卡、第二TSN网卡和第三TSN网卡，第一软件处理模块与所述第一TSN网卡连接；第二软件处理模块与所述第二TSN网卡连接；所述自动驾驶域与所述第三TSN网卡连接，

所述利用所述TSN网络，将所述制动控制报文转换为以太网报文，并将所述以太网报文输出至所述第一CAN-TSN网关，具体包括：

利用所述第三TSN网卡，将所述制动控制报文映射为时间敏感流量，并将所述时间敏感流量发送至所述TSN交换机；

利用所述TSN交换机，将所述时间敏感流量逆映射为以太网报文，并将所述以太网报文发送至所述第一TSN网卡；

利用所述第一TSN网卡，将所述以太网报文发送至所述第一软件处理模块。

上述技术方案，涉及一种车载TSN网络平台，包括：TSN网络，与TSN网络通信连接的自动驾驶域，通过第一CAN-TSN网关与TSN网络通信连接的动力域，以及通过第二CAN-TSN网关与TSN网络通信连接的车身域，其中，基于TSN网络，可以将车载网络中的制动控制流量映射为时间敏感流量，以此有效保证在大量自动驾驶流量((例如毫米波雷达报文、温湿度数据等))的干扰下关键业务数据(如自动紧急制动报文)的实时传输；基于RISC-V编程实现的第一软件处理模块和第二软件处理模块，能够灵活地实现CAN报文和以太网报文的转换，通过对TSN网络上送的以太网报文进行实时处理，实现对CAN网络的高效管理控制，而且能够转换CAN消息为以太网报文输出到TSN网络；此外，基于RISC-V处理核软硬件编程，绕过了传统的TCP/IP协议栈，减少了流量传输延时，能够为自动驾驶流量提供低延迟的传输服务；上述技术方案适用于车载网络平台中关键流量的强实时性转发，能够保障关键业务数据强实时性地发送到车载网络的动力域。综上所述，上述技术方案能够提高车载网络平台上自动驾驶流量传输的实时性和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例中一种车载TSN网络平台的结构示意图；

图2为本申请实施例中第一CAN-TSN网关的结构示意图；

图3为本申请实施例中第二CAN-TSN网关的结构示意图；

图4为本申请实施例中一种车载TSN网络平台的另一结构示意图；

图5为本申请实施例中一种数据处理方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的方法或系统，可以通过其它的方式实现。以下所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，单元和模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或模块可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。

另外，在本申请各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理器中，也可以是各单元分别单独作为一个器件，也可以两个或两个以上单元集成在一个器件中；本申请各实施例中的各功能单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

本领域普通技术人员可以理解：实现下述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令及相关的硬件来完成，前述的程序指令可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序指令在执行时，执行包括下述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(Read Only Memory，ROM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

应当理解，本申请中如若使用了“系统”、“装置”、“单元”和/或“模块”，仅是用于区分不同级别的不同组件、元件、部件、部分或装配的一种方法。然而，如果其他词语可实现相同的目的，则可通过其他表达来替换该词语。

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一个或者更多该特征。在本申请的描述中，“多个”、“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本申请中如若使用了流程图，则该流程图是用来说明根据本申请的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或后面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各个步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。

还需要说明的是，在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本申请实施例采用递进的方式撰写。

如图1-4所示，本申请实施例提供一种车载TSN网络平台，包括：TSN网络1，与TSN网络1通信连接的自动驾驶域2，通过第一CAN-TSN网关3与TSN网络1通信连接的动力域4，以及通过第二CAN-TSN网关5与TSN网络1通信连接的车身域6，其中：

动力域4和车身域6的内部使用CAN总线通信；

第一CAN-TSN网关3包括依次连接的第一CAN收发器31、第一CAN控制器32和第一FPGA模块33，第一FPGA模块33包括互相连接的第一RISC-V处理器331和第一软件处理模块332，第一CAN收发器31与动力域4的CAN总线连接，第一软件处理模块332与TSN网络1连接，第一RISC-V处理器331与第一CAN控制器32连接；

第二CAN-TSN网关5包括依次连接的第二CAN收发器51、第二CAN控制器52和第二FPGA模块53，第二FPGA模块53包括互相连接的第二RISC-V处理器531和第二软件处理模块532，第二CAN收发器51与车身域6的CAN总线连接，第二软件处理模块532与TSN网络1连接，第二RISC-V处理器531与第二CAN控制器52连接；

第一软件处理模块332和第二软件处理模块532，均基于RISC-V处理框架编程；

第一软件处理模块332和第二软件处理模块532，用于实现CAN报文和以太网报文的转换；

TSN网络1，用于接收制动控制流量，并将制动控制流量映射为时间敏感流量；TSN网络1，还用于将时间敏感流量，逆映射为以太网报文。

上述车载TSN网络平台，可用于仿真实际自动驾驶算法场景在TSN网络中的应用。在现有技术中，可以以五域分类拆分整车为动力域(安全)、底盘域(车辆运动)、座舱域/智能信息域(娱乐信息)、自动驾驶域(辅助驾驶)和车身域(车身电子)，这五大域控制模块较为完备的集成了自动驾驶车辆的所有控制功能。上述车载TSN网络平台，主要由动力域4、车身域6和自动驾驶域2构成，功能域之间通过TSN网络1连接，动力域4和车身域6的内部使用CAN总线通信，第一CAN-TSN网关3部署在动力域4和TSN网络1的交界处，第二CAN-TSN网关5部署在车身域6和TSN网络1的交界处，第一CAN-TSN网关3和第二CAN-TSN网关5，主要用于实现CAN和TSN异构网络的协议交换和路由转发。TSN网络1作为车载TSN平台的主干网络，其可以接收制动控制流量(例如，由自动驾驶域2生成的制动控制报文)，并将制动控制流量映射为时间敏感(Sensitive Time，ST)流量，其还可以将时间敏感流量，逆映射为以太网报文。

第一CAN-TSN网关3和第二CAN-TSN网关5的结构示意图，可以分别参考图2和图3，第一CAN-TSN网关3和第二CAN-TSN网关5，可以通过轮询各自的CAN控制器芯片的中断和状态寄存器信息，来判断CAN总线上是否有指定的CAN消息。第一CAN-TSN网关3和第二CAN-TSN网关5，可以通过轮询DMA(Direct Memory Access，直接内存访问)状态寄存器以实现以太网报文的获取，DMA方式减少了网络I/O过程中内核造成的开销。

第一CAN-TSN网关3和第二CAN-TSN网关5的功能结构基本相同，区别主要在于部署位置不同。以下以第一CAN-TSN网关3为例，对网关具体结构进行说明：

第一CAN-TSN网关3包括依次连接的第一CAN收发器31、第一CAN控制器32和第一FPGA模块33；

第一CAN收发器31，是第一CAN控制器32和CAN总线之间的物理接口，其可以将来自数据链路层的数字信号转换为模拟信号，并驱动CAN_H和CAN_L信号线完成消息发送；反之，第一CAN收发器31还可以接收来自CAN总线的模拟信号并解码为可由数据链路层处理的数字信号。在具体实施例中，第一CAN收发器31和第二CAN收发器51，均可采用PCA82C251T型号的芯片。

第一CAN控制器32，可用于管理第一FPGA模块33与CAN总线之间的数据流工作，实现消息过滤、消息缓存、发送仲裁、错误检测与处理等协议定义的功能。第一CAN控制器32通过发出中断信号，将接收的CAN消息上报给第一CAN-TSN网关3，并且存储CAN消息在指定的寄存器空间中。在具体实施例中，第一CAN控制器32和第二CAN控制器52，均可采用SJA1000型号的芯片。

第一FPGA模块33，与第一CAN控制器32相连，第一FPGA模块33充当微控制器的功能用于中断响应，完成对CAN消息的获取、封装和解析，以及对以太网报文数据的获取、封装和解析。在具体实施例中，第一FPGA模块33和第二FPGA模块53，均可采用Xilinx Kintex-7系列的XC7K325T型号的FPGA器件。第一FPGA模块33由硬件处理层面的第一RISC-V处理器331和第一软件处理模块332构成，第二FPGA模块53由第二RISC-V处理器531和第二软件处理模块532构成。在具体实施例中，第一RISC-V处理器331和第二RISC-V处理器531，均可采用CV32E40P型号的处理器。第一软件处理模块332和第二软件处理模块532，均基于RISC-V处理框架编程，第一软件处理模块332和第二软件处理模块532，可以用于实现CAN报文和以太网报文的转换，其可以通过物理链路与TSN网络1连接。

上述车载TSN网络平台，基于CAN-TSN网关，通过对TSN网络1上送的以太网报文解析为CAN消息，并同步到CAN网络，实现了对CAN网络的高效管理控制。以下对第一CAN-TSN网关3和第二CAN-TSN网关5的具体工作流程进行说明：

第一CAN收发器31和第二CAN收发器51，可以接收对应CAN总线上指定的CAN消息，例如，第二CAN收发器51，可以接收来自车身域6的毫米波雷达发送在CAN总线上的CAN消息，并将CAN消息转发给第二CAN控制器52；第一CAN收发器31和第二CAN收发器51，还可以发送对应CAN-TSN网关输出的CAN消息到对应CAN总线上；

第一CAN控制器32，在接收第一CAN收发器31转发的CAN报文后触发中断信号，并将中断信号传递给第一FPGA模块33中的第一RISC-V处理器331；第二CAN控制器52，在接收第二CAN收发器51转发的CAN报文后触发中断信号，并将中断信号分别传递给第二FPGA模块53中的第二RISC-V处理器531；

第一RISC-V处理器331，在接收到来自第一CAN控制器32的中断信号后，按照第一软件处理模块332中定义的中断向量分配规则，修改对应位置的中断标识，从而触发第一软件处理模块332的中断响应。第二RISC-V处理器531，在接收到来自第二CAN控制器52的中断信号后，按照第二软件处理模块532中定义的中断向量分配规则，修改对应位置的中断标识，从而触发第二软件处理模块532的中断响应。

第一软件处理模块332和第二软件处理模块532，通过读取中断内容，查看中断寄存器返回的数据，若接收中断的标识位有效，代表当前有CAN报文等待接收，调用CAN报文接收指令；反之，若其他中断标识位有效，则执行其他网关预制的操作，如过载处理、错误通告等。第一软件处理模块332和第二软件处理模块532，接收的CAN报文可以包含报文头(帧ID、报文长度DLC等)以及0到8字节不等的有效数据，所以接收CAN报文涉及多条CAN控制器读写指令。第一软件处理模块332和第二软件处理模块532，对CAN报文完成解析和以太网报文封装等操作后，通过物理链路发送报文到TSN网络1中。可以看出，第一软件处理模块332和第二软件处理模块532，能够灵活地实现CAN报文和以太网报文的转换，结合TSN网络1对于时间敏感流量的优先处理，能够保障关键业务数据(如自动紧急制动报文)能够强实时性地发送到车载TSN网络平台的动力域4。

现有的实现CAN-TSN网关的技术方式，解决方案大多追求性能极致的纯硬件实现，难以充分发挥软件的灵活性，而且数据的处理受TCP/IP协议栈的干预，因此在难以保证关键业务数据的实时传输，不能满足车载网络平台上自动驾驶流量的高实时和高可靠传输要求。

上述实施例，涉及一种车载TSN网络平台，包括：TSN网络1，与TSN网络1通信连接的自动驾驶域2，通过第一CAN-TSN网关3与TSN网络1通信连接的动力域4，以及通过第二CAN-TSN网关5与TSN网络1通信连接的车身域6，其中，基于TSN网络1，可以将车载网络中的制动控制流量映射为时间敏感流量，以此有效保证在大量自动驾驶流量(例如毫米波雷达报文、温湿度数据等)的干扰下关键业务数据(如自动紧急制动报文)的实时传输；基于RISC-V编程实现的第一软件处理模块332和第二软件处理模块532，能够灵活地实现CAN报文和以太网报文的转换，通过对TSN网络1上送的以太网报文进行实时处理，实现对CAN网络的高效管理控制，而且能够转换CAN消息为以太网报文输出到TSN网络1；此外，基于RISC-V处理核软硬件编程，绕过了传统的TCP/IP协议栈，减少了流量传输延时，能够为自动驾驶流量提供低延迟的传输服务；上述实施例适用于车载网络平台中关键流量的强实时性转发，能够保障关键业务数据强实时性地发送到车载网络的动力域4。综上所述，上述实施例能够提高车载网络平台上自动驾驶流量传输的实时性和可靠性。

如图4所示，在本申请的其他实施例中，TSN网络1包括控制终端11，与控制终端11连接的TSN交换机12，以及分别与TSN交换机12连接的第一TSN网卡13、第二TSN网卡14和第三TSN网卡15，其中：第一软件处理模块332与第一TSN网卡13连接；第二软件处理模块532与第二TSN网卡14连接；自动驾驶域2与第三TSN网卡15连接。

其中，第三TSN网卡15，可以接收来自自动驾驶域2的制动控制报文，并将制动控制报文映射为时间敏感流量，然后将时间敏感流量发送至TSN交换机12；TSN交换机12，可以将时间敏感流量逆映射为以太网报文，并将以太网报文发送至第一TSN网卡13，进一步由第一TSN网卡13将以太网报文发送至第一软件处理模块332，以通过第一软件处理模块332将以太网报文转换至CAN报文；第一TSN网卡13还可以接收来自第一软件处理模块332发送的以太网报文，并将其发送至TSN交换机12，第二TSN网卡14还可以接收来自第二软件处理模块532发送的以太网报文，并将其发送至TSN交换机12，TSN交换机12还可以将由第一TSN网卡13和第二TSN网卡14转发的以太网报文，发送至第三TSN网卡15，并由第三TSN网卡15发送至自动驾驶域2。控制终端11可以用于根据拓扑结构和业务需求，实现网络资源初始化，时间敏感流量的规划，时间同步控制等功能。主要是为TSN交换机12配置门控列表、流量映射表、静态MAC转发表等，为第一TSN网卡13、第二TSN网卡14和第三TSN网卡15配置流量逆映射表和关键帧注入时刻表等。在具体实施例中，控制终端11可以采用包含libpcap函数库和xml库的linux物理机或者虚拟机。

如图4所示，在本申请的其他实施例中，动力域4包括制动模拟器41、动力模拟器42和温湿度感知器43，制动模拟器41、动力模拟器42和温湿度感知器43，通过CAN总线与第一CAN收发器31连接，其中：

制动模拟器41，用于接收并处理CAN总线上携带制动信号的CAN帧，并对处理结果进行显示；在具体实施例中，制动模拟器41可以由Qt表盘设备和正点原子Linux Mini开发板构成，本申请对此不作限制。

动力模拟器42，用于模拟动力参数变化，并发送模拟动力参数至CAN总线；在具体实施例中，动力模拟器42可以由汽车仪表盘和OBD(On-Board Diagnostics，车载自动诊断系统)模拟器构成，本申请对此不作限制。

温湿度感知器43，用于采集环境温度数据和环境湿度数据，并将环境温度数据和环境湿度数据发送至CAN总线。在具体实施例中，温湿度感知器43可以由温度传感器、湿度传感器和正点原子STM32F103VET6开发板构成，本申请对比不作限制。

在本申请的其他实施例中，车身域6包括多个毫米波雷达61，多个毫米波雷达61通过CAN总线与第二CAN收发器51连接，其中：毫米波雷达61，用于采集距离数据，并将距离数据发送至CAN总线。在具体实施例中，毫米波雷达61的数量可以基于实际应用需求确定，例如可为4个，毫米波雷达61采用CAN通信接口，默认波特率为500Kbps，本申请对此不作限制。

在本申请的其他实施例中，自动驾驶域2包括至少一个计算节点21，计算节点21与TSN网络1通信连接，其中：计算节点21，用于获取来自动力域4的第一原始数据和来自车身域6的第二原始数据，并利用预设自动驾驶算法，对第一原始数据和第二原始数据进行处理，输出制动控制报文；其中，第一原始数据包括模拟动力参数、环境温度数据和环境湿度数据，第二原始数据，包括毫米波雷达61采集的距离数据。

具体地，计算节点21可以与TSN网络1中的第三TSN网卡15连接，来自动力域4的第一原始数据可以由第一CAN-TSN网关3进行转换处理后，通过TSN网络1发送至自动驾驶域2的计算节点21；来自车身域6的第二原始数据可以由第二CAN-TSN网关5进行转换处理后，通过TSN网络1发送至自动驾驶域2的计算节点21。预设自动驾驶算法，可以采用现有的自动驾驶算法。计算节点21，利用自动驾驶算法，对第一原始数据和第二原始数据进行处理，输出相应的制动控制报文，制动控制报文可以用于控制车辆的行驶状态，并可以通过TSN网络1发送至指定的功能域。在具体实施例中，制动控制报文可以是AEB(Autonomous EmergencyBraking)自动紧急制动报文，计算节点21可以由PC(Personal Computer，个人计算机)机构成，本申请对比不作限制。

如图5所示，在本申请的另一实施例中，还提供一种数据处理方法，所述方法应用于上述任意的车载TSN网络平台，其中，车载TSN网络平台包括：TSN网络，与TSN网络通信连接的自动驾驶域，通过第一CAN-TSN网关与TSN网络通信连接的动力域，以及通过第二CAN-TSN网关与TSN网络通信连接的车身域，所述方法包括：

S101.利用动力域生成第一原始数据，并将第一原始数据通过第一CAN-TSN网关和TSN网络，传输至自动驾驶域，其中，第一原始数据包括模拟动力参数、环境温度数据和环境湿度数据；

在S101中，具体地，动力域可以包括制动模拟器、动力模拟器和温湿度感知器，可以通过动力域中的动力模拟器生成模拟动力参数，可以通过动力域中的温湿度感知器生成环境温度数据和环境湿度数据；动力域将生成的第一原始数据以CAN消息的形式发送至CAN总线，第一CAN-TSN网关通过CAN总线接收第一原始数据并将其转换为以太网报文，并进一步由TSN网络传输至自动驾驶域。

S102.利用车身域生成第二原始数据，并将第二原始数据通过第二CAN-TSN网关和TSN网络，传输至自动驾驶域，其中，第二原始数据包括毫米波雷达采集的距离数据；

在S102中，具体地，车身域可以包括多个毫米波雷达，可以通过车身域中的毫米波雷达生成距离数据，作为第二原始数据；车身域将生成的第二原始数据以CAN消息的形式发送至CAN总线，第二CAN-TSN网关通过CAN总线接收第二原始数据并将其转换为以太网报文，并进一步由TSN网络传输至自动驾驶域。需要说明的是，S101和S102的执行顺序可以互换，也可以同时执行，其不影响本实施例的实现。

S103.利用自动驾驶域，基于预设自动驾驶算法，对第一原始数据和第二原始数据进行处理，输出制动控制报文；

在S103中，具体地，自动驾驶域可以包括至少一个计算节点，计算节点可以采用现有的自动驾驶算法，对第一原始数据和第二原始数据进行处理，输出相应的制动控制报文(例如，AEB自动紧急制动报文)，制动控制报文可以用于控制车辆的行驶状态。

在具体实施例中，当障碍物靠近毫米波雷达(即车身域的毫米波雷达采集的距离数据达到一定阈值)，或温度过高(即动力域的温湿度感知器采集的环境温度数据达到一定阈值)，或动力域的动力模拟器的发送机转速、冷却液温度过高等不宜保持现有车速状态的情况产生时，自动驾驶域的计算节点将产生“刹车”制动信号，最终控制动力域的制动模拟器的车速及制动状态显示。以毫米波雷达采集的距离数据为例，不同的距离数据将触发三种的制动状态：(1)距离大于或等于15m时，自动驾驶模型认为行驶安全；(2)距离大于或等于2m，并且小于15m时，自动驾驶模型认为应该减速；(3)距离小于2m时，自动紧急制动(AEB)功能启动，发送紧急刹车指令，车速迅速减至0km/h。以上计算节点生成制动控制报文的过程仅为示例，本申请不限于此。

S104.利用TSN网络，将制动控制报文转换为以太网报文，并将以太网报文输出至第一CAN-TSN网关；

在S104中，具体地，通过TSN网络，可以将制动控制报文映射为时间敏感流量，并将时间敏感流量，逆映射为以太网报文，然后将以太网报文输出至第一CAN-TSN网关。

S105.利用第一CAN-TSN网关，将以太网报文转换为CAN报文，并将CAN报文通过CAN总线，传输至动力域；

在S105中，具体地，可以通过第一CAN-TSN网关的第一软件处理模块将以太网报文转换为CAN报文，并通过第一CAN-TSN网关的第一RISC-V处理器、第一CAN控制器和第一CAN收发器，将CAN报文发送至CAN总线，并由CAN总线，最终传输至动力域。

S106.利用动力域，基于CAN报文进行数据显示。

在S106中，具体地，可以通过动力域的制动模拟器，对CAN报文进行处理并将处理结果进行数据显示。在具体实施例中，可以通过制动模拟器中的Qt表盘设备进行数据显示，本申请对此不作限制。

在本实施例中，基于TSN网络，可以将车载网络中的制动控制流量映射规划为时间敏感流量，以此有效保证在大量自动驾驶流量(例如毫米波雷达报文、温湿度数据等)的干扰下关键业务数据(如自动紧急制动报文)的实时传输；基于RISC-V编程实现的第一软件处理模块和第二软件处理模块，能够灵活地实现CAN报文和以太网报文的转换，通过对TSN网络上送的以太网报文进行实时处理，实现对CAN网络的高效管理控制，而且还能够转换CAN消息为以太网报文输出到TSN网络；此外，基于RISC-V处理核软硬件编程，绕过了传统的TCP/IP协议栈，减少了流量传输延时，能够为自动驾驶流量提供低延迟的传输服务；上述实施例适用于车载网络平台中关键流量的强实时性转发，能够保障关键业务数据强实时性地发送到车载网络的动力域。综上所述，上述实施例能够提高车载网络平台上自动驾驶流量传输的实时性和可靠性。

在本申请的其他实施例中，TSN网络包括控制终端，与控制终端连接的TSN交换机，以及分别与TSN交换机连接的第一TSN网卡、第二TSN网卡和第三TSN网卡，第一软件处理模块与第一TSN网卡连接；第二软件处理模块与第二TSN网卡连接；自动驾驶域与第三TSN网卡连接，

利用TSN网络，将制动控制报文转换为以太网报文，并将以太网报文输出至第一CAN-TSN网关的步骤的其中一种实现方式，具体包括：

S201.利用第三TSN网卡，将制动控制报文映射为时间敏感流量，并将时间敏感流量发送至TSN交换机；

S202.利用TSN交换机，将时间敏感流量逆映射为以太网报文，并将以太网报文发送至第一TSN网卡；

S203.利用第一TSN网卡，将以太网报文发送至第一软件处理模块。

在本实施例中，基于TSN网络中的第三TSN网卡、TSN交换机和第一TSN网卡之间的数据交互，以将车载网络中的制动控制报文映射为时间敏感流量，可以有效保证在大量自动驾驶流量的干扰下关键业务数据的实时传输。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种车载TSN网络平台，其特征在于，包括：TSN网络，与所述TSN网络通信连接的自动驾驶域，通过第一CAN-TSN网关与所述TSN网络通信连接的动力域，以及通过第二CAN-TSN网关与所述TSN网络通信连接的车身域，其中：

所述动力域和所述车身域的内部使用CAN总线通信；

所述第一CAN-TSN网关包括依次连接的第一CAN收发器、第一CAN控制器和第一FPGA模块，所述第一FPGA模块包括互相连接的第一RISC-V处理器和第一软件处理模块，所述第一CAN收发器与所述动力域的CAN总线连接，所述第一软件处理模块与所述TSN网络连接，所述第一RISC-V处理器与所述第一CAN控制器连接；

所述第二CAN-TSN网关包括依次连接的第二CAN收发器、第二CAN控制器和第二FPGA模块，所述第二FPGA模块包括互相连接的第二RISC-V处理器和第二软件处理模块，所述第二CAN收发器与所述车身域的CAN总线连接，所述第二软件处理模块与所述TSN网络连接，所述第二RISC-V处理器与所述第二CAN控制器连接；

所述第一软件处理模块和所述第二软件处理模块，均基于RISC-V处理框架编程；

所述第一软件处理模块和所述第二软件处理模块，用于实现CAN报文和以太网报文的转换；

所述TSN网络，用于接收制动控制流量，并将所述制动控制流量映射为时间敏感流量；

所述TSN网络，还用于将所述时间敏感流量，逆映射为以太网报文。

2.如权利要求1中所述的车载TSN网络平台，其特征在于，所述第一CAN收发器和所述第二CAN收发器均采用PCA82C251T型号的芯片。

3.如权利要求1中所述的车载TSN网络平台，其特征在于，所述第一CAN控制器和所述第二CAN控制器均采用SJA1000型号的芯片。

4.如权利要求1中所述的车载TSN网络平台，其特征在于，所述第一FPGA模块和所述第二FPGA模块均采用Xilinx Kintex-7系列的XC7K325T型号的FPGA器件，所述第一RISC-V处理器和所述第二RISC-V处理器均采用CV32E40P型号的处理器。

5.如权利要求1中所述的车载TSN网络平台，其特征在于，所述TSN网络包括控制终端，与所述控制终端连接的TSN交换机，以及分别与所述TSN交换机连接的第一TSN网卡、第二TSN网卡和第三TSN网卡，其中：

所述第一软件处理模块与所述第一TSN网卡连接；

所述第二软件处理模块与所述第二TSN网卡连接；

所述自动驾驶域与所述第三TSN网卡连接。

6.如权利要求1中所述的车载TSN网络平台，其特征在于，所述动力域包括制动模拟器、动力模拟器和温湿度感知器，所述制动模拟器、所述动力模拟器和所述温湿度感知器，通过CAN总线与所述第一CAN收发器连接，其中：

所述制动模拟器，用于接收并处理CAN总线上携带制动信号的CAN帧，并对处理结果进行显示；

所述动力模拟器，用于模拟动力参数变化，并发送模拟动力参数至CAN总线；

所述温湿度感知器，用于采集环境温度数据和环境湿度数据，并将所述环境温度数据和所述环境湿度数据发送至CAN总线。

7.如权利要求6中所述的车载TSN网络平台，其特征在于，所述车身域包括多个毫米波雷达，多个所述毫米波雷达通过CAN总线与所述第二CAN收发器连接，其中：

所述毫米波雷达，用于采集距离数据，并将所述距离数据发送至CAN总线。

8.如权利要求7中所述的车载TSN网络平台，其特征在于，所述自动驾驶域包括至少一个计算节点，所述计算节点与所述TSN网络通信连接，其中：

所述计算节点，用于获取来自所述动力域的第一原始数据和来自所述车身域的第二原始数据，并利用预设自动驾驶算法，对所述第一原始数据和所述第二原始数据进行处理，输出制动控制报文；

其中，所述第一原始数据包括所述模拟动力参数、所述环境温度数据和所述环境湿度数据，所述第二原始数据，包括所述距离数据。

9.一种数据处理方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1-8中任意的车载TSN网络平台，其中，所述车载TSN网络平台包括：TSN网络，与所述TSN网络通信连接的自动驾驶域，通过第一CAN-TSN网关与所述TSN网络通信连接的动力域，以及通过第二CAN-TSN网关与所述TSN网络通信连接的车身域，所述方法包括：

利用所述动力域生成第一原始数据，并将所述第一原始数据通过所述第一CAN-TSN网关和所述TSN网络，传输至所述自动驾驶域，其中，所述第一原始数据包括模拟动力参数、环境温度数据和环境湿度数据；

利用所述车身域生成第二原始数据，并将所述第二原始数据通过所述第二CAN-TSN网关和所述TSN网络，传输至所述自动驾驶域，其中，所述第二原始数据包括毫米波雷达采集的距离数据；

利用所述自动驾驶域，基于预设自动驾驶算法，对所述第一原始数据和所述第二原始数据进行处理，输出制动控制报文；

利用所述TSN网络，将所述制动控制报文转换为以太网报文，并将所述以太网报文输出至所述第一CAN-TSN网关；

利用所述第一CAN-TSN网关，将所述以太网报文转换为CAN报文，并将所述CAN报文通过CAN总线，传输至所述动力域；

利用所述动力域，基于所述CAN报文进行数据显示。

10.如权利要求9中所述的方法，其特征在于，所述TSN网络包括控制终端，与所述控制终端连接的TSN交换机，以及分别与所述TSN交换机连接的第一TSN网卡、第二TSN网卡和第三TSN网卡，第一软件处理模块与所述第一TSN网卡连接；第二软件处理模块与所述第二TSN网卡连接；所述自动驾驶域与所述第三TSN网卡连接，

所述利用所述TSN网络，将所述制动控制报文转换为以太网报文，并将所述以太网报文输出至所述第一CAN-TSN网关，具体包括：

利用所述第三TSN网卡，将所述制动控制报文映射为时间敏感流量，并将所述时间敏感流量发送至所述TSN交换机；

利用所述TSN交换机，将所述时间敏感流量逆映射为以太网报文，并将所述以太网报文发送至所述第一TSN网卡；

利用所述第一TSN网卡，将所述以太网报文发送至所述第一软件处理模块。