CN208924240U - 一体化设备中继器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种一体化设备中继器，其特征是：包括壳体、所述壳体内固接有DDR、车规级通用微处理器、调试串口和FPGA，所述FPGA引出的标准接口分别对应与车用传感器连接的通讯接口，所述FPGA与车规级通用微处理器连接，所述车规级通用微处理器分别与DDR和调试串口连接，现场可编程门阵列通过以太网与整车域控制器无线连接。有益效果：能够使整车域控制器得到传感器获取信息的时间数据，减少各传感器因通信时延对信号传输造成影响，从而提高整车控制器的控制精度；通过设置传感器触发接口实现传感器信息传输的同步；通过FPGA配置的传感器通讯接口配置灵活更具普适性，可应用于多种不同智能车配置。

Description

一体化设备中继器

技术领域

本实用新型属于无线电传输技术领域，尤其涉及一种一体化设备中继器。

背景技术

如今自动驾驶技术发展的兴起，使越来越多的汽车应用辅助驾驶技术，例如自动泊车、公路巡航控制和自动紧急制动等技术，区别于传统汽车领域，这类自动驾驶汽车功能在很大程度上是依靠传感器来实现的，车辆对于传感器的使用方式尤其重要，目前，大多数路面上行驶车辆内的ADAS系统都是独立工作，基本不存在信息交换，只有将多个传感器信息融合起来，才能最大限度的利用传感器信息实现自动驾驶。

基于传感器信息融合，自动驾驶汽车需要主机设备(如工控机)接收众多来自车辆传感器的数据，并通过传感器的信息对车辆加以控制，比如激光雷达、毫米波雷达、相机、惯导、GPS导航信号、轮速传感器、节气门开度传感器等。目前各式传感器所用接口和通信协议各不相同，各种传感器根据其需求有RS232、RS422、CAN总线、以太网等接口，通常情况下这些接口还需要转接接口与主机设备相连，导致每种传感器的通信延迟，也为主机设备利用传感器信息进行控制增加了难度。为了更好的感知车辆周围环境，自动驾驶汽车有时需要对传感器的信息进行融合，例如联合激光雷达信号和相机数据进行障碍物的识别，而这需要知道传感器获取信息的时间，在现有的方案中，各传感器独立地与主机设备连接，时间的同步和获取十分繁琐，传感器融合实现起来相当困难。

实用新型内容

本实用新型是为了克服现有技术中的不足，提供一种一体化设备中继器，以实现各传感器获取信息的时间同步可以被主机设备获取，减小各传感器因通信时延对信号的传输造成的影响，为传感器信息融合提供便利。

本实用新型为实现上述目的，通过以下技术方案实现，一种一体化设备中继器，其特征是：包括壳体、所述壳体内固接有双倍速率同步动态随机存储器、车规级通用微处理器、调试串口和现场可编程门阵列，所述现场可编程逻辑门阵列引出的标准接口分别对应与车用传感器连接的通讯接口，所述现场可编程门阵列与车规级通用微处理器连接，所述车规级通用微处理器分别与双倍速率同步动态随机存储器和调试串口连接，现场可编程门阵列通过以太网与整车域控制器无线连接。

所述通讯接口包括CAN通讯接口、RS-232通讯接口、RS-422通讯接口、以太网通讯接口以及传感器触发接口。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型能够使整车域控制器得到传感器获取信息的时间数据，减少各传感器因通信时延对信号传输造成影响，从而提高整车控制器的控制精度；通过设置传感器触发接口实现传感器信息传输的同步；通过FPGA配置的传感器通讯接口配置灵活更具普适性，可应用于多种不同智能车配置。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图。

图中：1、壳体

具体实施方式

以下结合较佳实施例，对依据本实用新型提供的具体实施方式详述如下：

详见附图1，本实施例公开了一种一体化设备中继器，包括壳体、所述壳体内固接有双倍速率同步动态随机存储器、车规级通用微处理器、调试串口和现场可编程门阵列，所述现场可编程逻辑门阵列引出的标准接口分别对应与车用传感器连接的通讯接口，所述现场可编程门阵列与车规级通用微处理器连接，所述车规级通用微处理器分别与双倍速率同步动态随机存储器和调试串口连接，现场可编程门阵列通过以太网与整车域控制器无线连接。所述通讯接口包括CAN通讯接口、RS-232通讯接口、RS-422通讯接口、以太网通讯接口以及传感器触发接口。如图1所示，一体化设备中继器需要连接电源并通过高速总线与主机装置相连，同时一体化设备中继器中配置多个接口模块以并联的方式内置于中继器中以方便与各传感器传输信号线相连。

一体化设备中继器需要连接额定24V交流电源，其电源电压范围为(9V-36V)，一体化设备中继器通过以太网与整车域控制器相连，中继器通过获取整车域控制器时间并自动补偿网络延时从而与整车域控制器的时间保持同步。

车规级通用微处理器，本实施例选用S32V234微处理器，该微处理器分别与调试串口及DDR(IS46LD16320A lpddr2)相连，调试串口提供向微处理器烧录程序及测试的通道，DDR作为内存在微处理器获取数据量大时提供缓存功能，同时可辅助微处理器实现其他功能。其中微处理为保证系统时间精度的需求，每间隔一定时间向FPGA发送一次当前时间数据，与此同时FPGA接收来自传感器传递的数据，本实施例FPGA芯片选取型号XC6SLX25T。当传感器接口接收到当前完整数据时，FPGA选择微处理发送最新的时间数据进行保存，并将该时间戳添加在传感器数据中，并将该带有时间戳的数据打包通过以太网发送至整车域控制器，由此整车域控制器在处理数据时能够获取传感器数据到达中继器的时间，以便达到控制器精确控制的效果。

在整车控制器需要获取传感器同步信息时，中继器的触发接口向各传感器发送信号，通过传感器触发控制实现传感器数据的同步，在触发过程中计算发出信号与收到信号反馈的时间差，更有利于精确同步接收传感器数据的时间，同时也能够及时的检查传感器链路运行状态，若传感器或传感器链路故障可通过该时间差及时获知，当信号延迟超出标准延迟时间时采取相应故障措施，以保证自动驾驶系统安全运行。

本实施例的RS-232标准串口，选用最常用的串行通讯接口。使用简化为9芯D型插座。RS-232采取不平衡传输方式，即所谓单端通讯。由于其发送电平与接收电平的差仅为2V至3V左右，所以其共模抑制能力差，再加上双绞线上的分布电容，其传送距离最大为约15米，最高速率为20kb/s。RS-232是为点对点(即只用一对收、发设备)通讯而设计的，其驱动器负载为3～7kΩ。所以RS-232适合本地设备之间的通信。

本实施例RS-422通讯接口选用典型的RS-422是四线接口。RS-422支持点对多的双向通信。接收器输入阻抗为4k，故发端最大负载能力是10×4k+100Ω(终接电阻)。RS-422四线接口采用单独的发送和接收通道，各装置之间的信号交换均可以按软件方式(XON/XOFF握手)或硬件方式(一对单独的双绞线)实现。RS-422的最大传输距离为1219米，最大传输速率为10Mb/s。其平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能达到最大传输距离。

FPGA采用了逻辑单元阵列LCA(Logic Cell Array)，内部包括可配置逻辑模块CLB(Configurable Logic Block)、输入输出模块IOB(Input Output Block)和内部连线(Interconnect)三个部分。现场可编程门阵列(FPGA)是可编程器件。FPGA利用小型查找表(16×1RAM)来实现组合逻辑，每个查找表连接到一个D触发器的输入端，触发器再来驱动其他逻辑电路或驱动I/O，由此构成了既可实现组合逻辑功能又可实现时序逻辑功能的基本逻辑单元模块，这些模块间利用金属连线互相连接或连接到I/O模块。FPGA的逻辑是通过向内部静态存储单元加载编程数据来实现的，存储在存储器单元中的值决定了逻辑单元的逻辑功能以及各模块之间或模块与I/O间的联接方式，并最终决定了FPGA所能实现的功能，FPGA允许无限次的编程。

所述传感器触发接口实现传感器信息传输的同步。

所述CAN属于总线式串行通信网络，应用于汽车内各种传感器和执行器之间相互通信的CAN总线。CAN总线协议是建立在国际标准组织的开放系统OSI 7层互连参考模型基础之上的。其模型结构只有3层，即只取OSI底层的物理层、数据链层和传输层，保证了节点间无差错的数据传输。CAN总线上用“显性”(Dominant)和“隐性”(Recessive)两个互补的逻辑值表示“0”和“1”。CAN技术的报文传输为多主方式工作，网络上任意节点均可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息，而不分主从。CAN节点只需通过对报文的标示符滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式发送、接收数据。CAN总线的数据传输(报文传输)采用帧格式。按帧格式的不同，分为含有11位标识符的标准帧和含有29位标识符的扩展帧。CAN总线的帧类型分为数据帧、远程帧、错误帧和过载帧。

一体化设备中继器实现方法包括如下步骤：

步骤1，一体化设备中继器需要同外部电源相连以供电；

步骤2，一体化设备中继器通过高速总线与自动驾驶汽车的控制主机装置相连，采用高速总线传输信号能够更好的保证信号的传输效率；

步骤3，一体化设备中继器内部配置多个接口模块，如图中所示的接口模块1、接口模块2、接口模块3、……，各个接口模块以并联的方式配置在一体化设备中继器中，并且每个接口模块可根据自动驾驶汽车的传感器配置方式的不同采用不同的转接接口，以实现该设备的通用性；

步骤4，根据自动驾驶汽车的传感器采集数据的需求，各个传感器通过该接口模块将数据传递至一体化设备中继器中，中继器根据收到来自各传感器数据的时间为每帧数据标记时间标签，中继器时间通过高速总线与主机设备保持同步，并通过高速总线将标记了时间标签的数据传输至主机设备；

步骤5，主机设备通过高速总线收到来自一体化设备“预处理”后的带有时间标签的数据，主机设备可通过该时间标签计算传感器获取数据的相对时间及绝对时间，根据自动驾驶车辆自身的控制需求利用数据，以实现更精确的控制效果；

步骤6，中继器接收数据的同时也可向各传感器发送触发信号，以计算发出信号及收到信号反馈的时间差，更有利于精确同步接收传感器数据的时间，同时也能够及时的检查传感器链路运行状态，若传感器或传感器链路故障可通过该时间差及时获知，当信号延迟超出标准延迟时间时采取相应故障措施，以保证自动驾驶系统安全运行。

一体化中继器使用低延迟高速总线与主机设备相连，按照需求配置高速总线可使用千兆/万兆以太网连接，也可以使用PCIE连接，保证中继器与主机之间的信号传输效率，降低中继器与主机之间的信号延迟。一体化设备中继器可以灵活的配置多种型号的接口满足不同自动驾驶方案的传感器需求，以实现在不同公司开发自动驾驶系统传感器配置下的广泛应用。

一体化中继器的主要功能是接收各传感器数据通过内部处理给接收到的各帧数据并标记中继器接收到来自传感器信息的时间，在该数据中附上时间标识，中继器的时间通过高速总线与主机设备保持同步，这样主机设备在处理来自传感器的相应的信息时，就能方便得知接收信息的相对时间与绝对时间，使得信息融合成为可能。同时，一体化设备中继器也可以按照主机设备的需求，通过接口向各个传感器发送触发信号，计算触发信号和收到相应反馈信号的时间差更精确的同步传感器数据信息的时间，同时更有助于检测传感器及其信号链路的运行状态，以便及时获知传感器的故障，在传感器信号延时超出标准时采取相应措施，防止主机设备读取错误传感器信息导致控制错误。

上述参照实施例对该一种一体化设备中继器的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本实用新型总体构思下的变化和修改，应属本实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种一体化设备中继器，其特征是：包括壳体、所述壳体内固接有双倍速率同步动态随机存储器、车规级通用微处理器、调试串口和现场可编程门阵列，所述现场可编程逻辑门阵列引出的标准接口分别对应与车用传感器连接的通讯接口，所述现场可编程门阵列与车规级通用微处理器连接，所述车规级通用微处理器分别与双倍速率同步动态随机存储器和调试串口连接，现场可编程门阵列通过以太网与整车域控制器无线连接。

2.根据权利要求1所述的一体化设备中继器，其特征是：所述通讯接口包括CAN通讯接口、RS-232通讯接口、RS-422通讯接口、以太网通讯接口以及传感器触发接口。