CN217935627U - 一种具有时间同步功能的can转以太网设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种具有时间同步功能的CAN转以太网设备，包括：PTP从时钟模块、数据处理模块、CAN接口、以太网端口，所述CAN接口包括若干个CAN，所述CAN连接传感器，所述CAN接口依次与数据处理模块、以太网端口、PTP从时钟模块连接，且PTP从时钟模块与数据处理模块连接。本地PTP从时钟模块通过调整自身频率和相位与网络中PTP主时钟时间一致，实现CAN转以太网系统时间同步，数据处理模块将每条报文接收时刻的系统时间戳添加至含有对应报文的新数据结构，重新封装打包转发至以太网中，最终实现原始CAN数据的同步，由于本系统采用的是PTP高精度时间同步协议，时间同步精度可达到亚微秒级，可提供更准确可靠的同步结果。
Description
技术领域
本实用新型涉及无人驾驶技术领域，具体为一种具有时间同步功能的CAN转以太网设备。
背景技术
无人驾驶技术领域中车辆需要多种传感器数据融合来感知周围环境，搜集环境信息，这些传感器都是以自身时钟频率采集数据，所以要得到高精度的输出，就必须跨系统确保数据传输的实时性和采样时间的同步性，为达到数据传输实时性，需要传输链路能在短时间内处理大量的感知数据，显然传统车载CAN/LIN等总线网络已经无法满足要求，而以太网具有传输速率高，吞吐量大，组网容易，与计算机的接口更方便的优势，同时其支持的PTP时间同步协议可达到亚微秒级的时间同步精度，因此，以太网逐渐成为当前无人驾驶传感器通信领域使用的主干网络；
但是，市面上现有的一些传感器产品是采用稳定性高的CAN网络进行数据传输，例如车载毫米波雷达，无法在短时间内改变自身产品形态，将传输方式全部替换成以太网；同时，计算机要想直接处理CAN数据就必须具备高性能的CAN处理板卡，而CAN卡与计算机集成的问题限制了计算机的选型，因此目前很多无人驾驶传感融合方案都是采用CAN转以太网设备，将传感器的CAN数据转换成网络数据输入给计算机处理，但由于CAN报文本身不包含时间信息，上述方案只能将网络数据到达计算机的系统时间作为数据时间戳，通过相应算法进行软同步的方法来实现时间同步，此种方案忽略数据打包时间，时间同步精度低，因此，本文提出一种具有时间同步功能的CAN转以太网方法和系统，可提高时间同步精度，更满足自动驾驶需求。
实用新型内容
由于自动驾驶系统传统时间同步方法是使用集中式计算处理单元的系统时间作为自动驾驶系统的基准时间，用数据抵达集中式计算处理单元的时刻，减去预先评估的线路传输延时，可以得到数据采样时刻的估计时间，但是，这个过程忽略了各传感器子系统的时钟漂移，忽略了线路传输延时的不确定性，使得估计的时间误差不再是一个确定值，在自动驾驶工作于低速领域时，该问题并不明显，然而当自动驾驶系统工作于高速领域时，该问题变得尤为突出，极大的劣化了自动驾驶性能，甚至会导致自动驾驶系统不可用，造成极大的安全隐患，例如采集时间上的一个微秒级别的误差，在100米的空间上得到的可能就是10厘米以上的误差，这些误差会带来对环境信息的漏判或误判，从而导致严重的安全事故，鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种具有时间同步功能的CAN转以太网设备。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种具有时间同步功能的CAN转以太网设备，包括：PTP从时钟模块、数据处理模块、CAN接口、以太网端口，所述CAN接口包括若干个CAN，所述CAN连接传感器，所述CAN接口依次与数据处理模块、以太网端口、PTP从时钟模块连接，且PTP从时钟模块与数据处理模块连接。
优选的，所述PTP从时钟模块采用IEEE1588协议，是主时钟周期性的发送同步信号，对同一网络中所有节点的从时钟进行校正同步，该协议适用于任何满足多点通信的分布式控制系统，网络内有且仅有一个主时钟，可实现亚微秒级时间同步精度。
优选的，所述PTP从时钟模块能够接收网络中PTP主时钟发布的IEEE1588时间同步协议及时间信息，据此计算出主从线路时间延迟及主从时间差，进一步调整本地系统时间与主时钟时间保持一致的频率与相位，完成主从设备亚微秒级时间同步。
优选的，所述数据处理模块通过数据接收接口获取CAN报文信息，同时获取每条报文接收时刻的系统时间戳，将时间戳添加至含有对应CAN报文数据结构中，按照时间顺序依次放置在缓存区中。
优选的，所述CAN接口可接收多路CAN数据，每一路都拥有自己独立的数据缓存区，当满足系统设定的打包规则时，各缓存区的带有时间戳的CAN数据结构封装打包，通过以太网端口发送至局域网。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
1、本地PTP从时钟模块通过调整自身频率和相位与网络中PTP主时钟时间一致，实现CAN转以太网系统时间同步；
2、数据处理模块将每条报文接收时刻的系统时间戳添加至含有对应报文的新数据结构，重新封装打包转发至以太网中，最终实现原始CAN数据的同步；
3、由于本系统采用的是PTP高精度时间同步协议，时间同步精度可达到亚微秒级，可提供更准确可靠的同步结果；
4、相较于计算机系统时间软同步的方法，时间精度更高，更能满足市场需求；同时，所述CAN转以太网系统具备处理多路CAN数据能力，可扩展性强。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图；
图2为本实用新型的数据处理模块过程示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1-2，本实用新型提供一种技术方案：一种具有时间同步功能的CAN转以太网设备，包括：PTP从时钟模块、数据处理模块、CAN接口、以太网端口，CAN接口包括若干个CAN，CAN连接传感器，CAN接口依次与数据处理模块、以太网端口、PTP从时钟模块连接，且PTP从时钟模块与数据处理模块连接。
PTP从时钟模块采用IEEE1588协议，简称PTP(picture transfer protocol)，是标准化的精确时间协议，是主时钟周期性的发送同步信号，对同一网络中所有节点的从时钟进行校正同步，该协议适用于任何满足多点通信的分布式控制系统，网络内有且仅有一个主时钟，可实现亚微秒级时间同步精度，PTP从时钟模块能够接收网络中PTP主时钟发布的IEEE1588时间同步协议及时间信息，据此计算出主从线路时间延迟及主从时间差，进一步调整本地系统时间与主时钟时间保持一致的频率与相位，完成主从设备亚微秒级时间同步。
数据处理模块通过数据接收接口获取CAN报文信息，同时获取每条报文接收时刻的系统时间戳，将时间戳添加至含有对应CAN报文数据结构中，按照时间顺序依次放置在缓存区中，可接收多路CAN数据，每一路都拥有自己独立的数据缓存区，当满足系统设定的打包规则时，各缓存区的带有时间戳的CAN数据结构封装打包，通过以太网端口发送至局域网。
其详细连接手段，为本领域公知技术，下述主要介绍工作原理以及过程，具体工作如下。
步骤1：PTP从时钟模块经以太网端口获取网络中PTP主时钟周期性发布的IEEE1588时间同步协议及时间信息，通过解析上述信息中时间戳，PTP从时钟模块可计算出主从线路的时间延迟及主从时间差，进一步调整从时钟模块的本地时间与主时钟时间具有一致的频率和相位，完成系统时间亚微秒级同步；
步骤2：CAN数据输入接口接收外部CAN报文，数据处理模块在每条CAN报文接收时刻获取PTP从时钟模块输出的系统时间戳，将此时间戳添加至含有该条报文的新数据结构中，并按照接收的先后顺序依次放置在数据缓存区中，由于上述CAN输入接口具备接收多路CAN数据的能力，所以每路相应带有时间戳的CAN数据集合都储存在独立的数据缓存区中；
步骤3：将各个缓存区内带有时间戳的CAN报文数据打包并重新封装，通过以太网端口转发至局域网完成数据时间同步，打包时间为可配置项，范围为100微秒——50毫秒。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种具有时间同步功能的CAN转以太网设备，其特征在于，包括：PTP从时钟模块、数据处理模块、CAN接口、以太网端口，所述CAN接口包括若干个CAN，所述CAN连接传感器，所述CAN接口依次与数据处理模块、以太网端口、PTP从时钟模块连接，且PTP从时钟模块与数据处理模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种具有时间同步功能的CAN转以太网设备，其特征在于：所述PTP从时钟模块采用IEEE1588协议，是主时钟周期性的发送同步信号，对同一网络中所有节点的从时钟进行校正同步，该协议适用于任何满足多点通信的分布式控制系统，网络内有且仅有一个主时钟，可实现亚微秒级时间同步精度。
3.根据权利要求2所述的一种具有时间同步功能的CAN转以太网设备，其特征在于：所述PTP从时钟模块能够接收网络中PTP主时钟发布的IEEE1588时间同步协议及时间信息，据此计算出主从线路时间延迟及主从时间差，进一步调整本地系统时间与主时钟时间保持一致的频率与相位，完成主从设备亚微秒级时间同步。
4.根据权利要求3所述的一种具有时间同步功能的CAN转以太网设备，其特征在于：所述数据处理模块通过数据接收接口获取CAN报文信息，同时获取每条报文接收时刻的系统时间戳，将时间戳添加至含有对应CAN报文数据结构中，按照时间顺序依次放置在缓存区中。
5.根据权利要求4所述的一种具有时间同步功能的CAN转以太网设备，其特征在于：所述CAN接口可接收多路CAN数据，每一路都拥有自己独立的数据缓存区，当满足系统设定的打包规则时，各缓存区的带有时间戳的CAN数据结构封装打包，通过以太网端口发送至局域网。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202222185223.2U CN217935627U (zh) | 2022-08-18 | 2022-08-18 | 一种具有时间同步功能的can转以太网设备 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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Family Applications (1)
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Country Status (1)
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2022
- 2022-08-18 CN CN202222185223.2U patent/CN217935627U/zh active Active
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