CN218768138U - 片上系统及智能行车系统 - Google Patents

Abstract

一种片上系统及智能行车系统，所述片上系统包括：处理单元和接口单元，所述处理单元连接所述接口单元；所述处理单元包括CPU以及与CPU连接的GPU、NPU、ISP、Codec、Safety Island；所述处理单元用于数据计算以及规划、控制预设的自动驾驶功能；所述接口单元包括以下至少一种接口：MIPI‑CSI2、MIPI‑DSI、IIC、CAN Tx/Rx、RGMII、SPI、GTM、GPIOs、UART；所述接口单元用于向所述处理单元输入数据以及向外部输出数据。采用上述方案，可以解决智能汽车系统成本高、可靠度不够的问题。

Description

片上系统及智能行车系统

技术领域

本实用新型属于汽车电子技术领域，特别涉及一种片上系统及智能行车系统。

背景技术

自动驾驶汽车(Autonomous Vehicles；Self-Driving Automobile)是一种通过各个电子控制器(Electronic Control Unit，ECU)组成整车系统驾驶的智能汽车。其中，汽车电子电气(Electrical/Electronic，E/E)架构是自动驾驶的关键。

目前的汽车E/E架构中，自动驾驶域承担整车的智能计算和自动行车，智能座舱域则负责智能交互和娱乐，但目前其域中还涉及各类行车安全零部件。这些零部件包括：仪表、HUD(Head Up Display，抬头显示)/AR-HUD (Augmented Reality Head Up Display，增强现实抬头显示)、SVM(Surround View Monitor，全景环视系统)、CMS(Camera MonitorSystem，外电子后视镜系统)、ADB(Adaptive Driving Beam，自适应远光灯系统)、DMS(Driver Monitoring System，驾驶员监测系统)/OMS(Occupancy Monitoring System，搭载乘员监控系统)等。

现有技术中，行车安全零部件往往以ECU的形式独立地挂载在智能座舱域中。为了使各个零部件实现自身功能，这些ECU需要和自动驾驶域交互，整车的系统架构则会变得复杂，进而导致成本高、延时高以及影响功能安全的问题。

另外一种做法是在智能座舱域中的智能座舱模块片上系统(质量管理等级)上整合行车安全零部件的部分功能。此种做法比起前述做法降低了硬件成本，但增加了软件成本。另一方面智能座舱域及ECU仍需要和自动驾驶域交互，车辆系统负责度高，还会出现延时高以及功能安全不达标的问题。

实用新型内容

本实用新型实施例解决的是智能汽车系统成本高、可靠度不够的技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例提供一种片上系统，包括：处理单元和接口单元，所述处理单元连接所述接口单元；所述处理单元包括CPU 以及与CPU连接的GPU、NPU、ISP、Codec、Safety Island；所述处理单元用于数据计算以及规划、控制预设的自动驾驶功能；所述接口单元包括以下至少一种接口：MIPI-CSI2、MIPI-DSI、IIC、CAN Tx/Rx、RGMII、SPI、GTM、 GPIOs、UART；所述接口单元用于向所述处理单元输入数据以及向外部输出数据。

可选的，所述片上系统的功能安全等级至少为ASIL-B。

可选的，所述接口单元包括以下至少一个所述接口通过视频桥接器连接感知摄像头：所述MIPI-CSI2接口、所述IIC接口，用于实现所述处理单元和所述感知摄像头之间的数据传输。

可选的，所述接口单元包括至少一个所述CAN Tx/Rx接口通过收发器连接毫米波雷达，用于实现所述处理单元和所述毫米波雷达之间的数据传输。

可选的，所述接口单元包括至少一个所述RGMII接口通过收发器或交换机连接激光雷达，用于实现所述处理单元和所述激光雷达之间的数据传输。

可选的，所述接口单元包括以下至少一个所述接口通过收发器连接超声波雷达：所述SPI接口、所述GTM接口、所述GPIOs接口，用于实现所述处理单元和所述超声波雷达之间的数据传输。

可选的，所述接口单元包括以下至少一个所述接口连接GNSS IMU：所述UART接口、所述IIC接口、所述SPI接口，用于实现所述处理单元获取高精定位信息。

可选的，所述接口单元包括以下至少三个所述接口分别通过视频桥接器连接全景环视系统、外电子后视镜系统、感知可视化仪表：所述MIPI-DSI接口、所述IIC接口，用于实现所述处理单元和所述全景环视系统、所述外电子后视镜系统、所述感知可视化仪表之间的数据传输。

可选的，所述接口单元包括以下至少一个所述接口通过收发器连接车辆内部网络：所述CAN Tx/Rx接口、所述RGMII接口，用于实现所述处理单元对车辆的横向控制和纵向控制。

可选的，所述片上系统连接存储器，用于存储数据。

可选的，所述片上系统连接供电模块，用于为所述片上系统供电。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例还公开了一种智能行车系统包括：两个上述任一种所述的片上系统级联，两个所述片上系统的单芯片功能安全等级均至少为ASIL-B。

可选的，两个所述片上系统互为冗余。

可选的，两个所述片上系统通过PCIE级联。

与现有技术相比，本实用新型实施例的技术方案具有以下有益效果：

片上系统包括处理单元和接口单元；所述处理单元用于数据计算以及规划、控制预设的自动驾驶功能；所述接口单元用于向所述处理单元输入数据以及向外部输出数据。通过将处理单元和接口单元整合在一个片上系统，可以降低系统延迟，提升系统可靠度，同时节省了软件成本、硬件成本。

进一步，智能行车系统包括两个本实用新型实施例提供的所述的片上系统级联，两个所述片上系统的单芯片功能安全等级均至少为ASIL-B，使智能行车系统的功能安全等级达到ASIL-D，提高了智能汽车系统的可靠性。

附图说明

图1是本实用新型实施例一种片上系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例一种智能行车系统的结构示意图。

具体实施方式

现有技术中，行车安全零部件往往以电子控制器(Electronic Control Unit，ECU)的形式独立地挂载在智能座舱域中。为了使各个零部件实现自身功能，这些ECU需要和自动驾驶域交互，整车的系统架构则会变得复杂，进而导致成本高、延时高以及影响功能安全的问题。

另外一种做法是在智能座舱域中的智能座舱模块片上系统(质量管理等级)上整合行车安全零部件的部分功能。此种做法比起前述做法降低了硬件成本，但增加了软件成本。另一方面智能座舱域及ECU仍需要和自动驾驶域交互，车辆系统负责度高，还会出现延时高以及功能安全不达标的问题。

本实用新型实施例中，片上系统包括处理单元和接口单元；所述处理单元用于数据计算以及规划、控制预设的自动驾驶功能；所述接口单元用于向所述处理单元输入数据以及向外部输出数据。通过将处理单元和接口单元整合在一个片上系统，可以降低系统延迟，提升系统可靠度，同时节省了软件成本、硬件成本。

进一步，智能行车系统包括两个本实用新型实施例提供的所述的片上系统级联，两个所述片上系统的单芯片功能安全等级均至少为ASIL-B，使智能行车系统的功能安全等级达到ASIL-D，提高了智能汽车系统的可靠性。

为使本实用新型的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。

参照图1，本实用新型实施例提供了一种片上系统10，包括：处理单元 101和接口单元102，所述处理单元101连接所述接口单元102；

其中，所述处理单元101包括CPU(Central Processing Unit，中央处理器) 111以及与CPU111连接的GPU(Graphics Processing Unit，图形处理器)112、 NPU(NetworkProcessing Unit，网络处理器)113、ISP(Image Signal Processor，图像信号处理器)114、Codec(编解码器)115、Safety Island(安全岛)116；

所述接口单元102包括以下至少一种接口117：MIPI-CSI2(Mobile IndustryProcessor Interface Camera Serial Interface 2，MIPI联盟第二代相机串行接口)、MIPI-DSI(Mobile Industry Processor Interface Display Serial Interface，MIPI联盟显示串行接口)、IIC(Inter-Integrated Circuit，集成电路总线接口)、CAN Tx/Rx(Controller Area Network Tx/Rx，控制器局域网总线接口)、RGMII (Reduced GigabitMedia Independent Interface，吉比特介质独立接口)、SPI (Serial PeripheralInterface，串行外设接口)、GTM(Generic Timer Module，通用定时模块接口)、GPIOs(General Purpose Input Output，通用输入/输出接口)、UART(Universal AsynchronousReceiver/Transmitter，通用非同步收发传输器)。

在具体实施中，处理单元101用于数据计算以及规划、控制预设的自动驾驶功能，接口单元102用于向所述处理单元101输入数据以及向外部输出数据。

在实际应用中，汽车的安全性即功能安全，由ISO26262标准制定相关规则。ISO26262标准将汽车电子的功能安全定义为五个等级：QM级、ASIL-A 级、ASIL-B级、ASIL-C级、ASIL-D级。其中，QM级为符合质量管理的流程，ASIL-D级代表了标准规定的最高等级要求。

在实际应用中，将处理单元101和接口单元102整合在一个片上系统 (System ona Chip，SoC)，相较于各个ECU分散或被部分集成在QM级的智能座舱域芯片中，降低了系统延迟，提升了系统可靠度，同时节省了软件成本、硬件成本。

在具体实施中，片上系统10的功能安全等级至少为ASIL-B。

在具体实施中，接口单元102有至少一个所述接口117通过视频桥接器 118连接感知摄像头119，接口117可以是MIPI-CSI2标准的接口，也可以是 IIC标准的接口，接口单元102可以用于实现所述处理单元101和所述感知摄像头119之间的数据传输。

在本实用新型一实施例中，图像信号处理器ISP114接收感知摄像头119 的数据，并通过计算机视觉技术将处理后的数据输入至NPU113、CPU111、 GPU112，最后由GPU112进行渲染并输出至HUD抬头显示系统(图中未示出)。

在实际应用中，抬头显示及增强现实抬头显示HUD/AR-HUD(片上系统内容处理部分，非光学投射部分)显示了车辆速度、关键报警灯、行车信息。同时，配合高精地图定位信息、ADAS(Advanced Driver Assistant System，前向先进驾驶辅助系统)数据、摄像头图像、雷达传感器数据等，由ADAS(图中未示出)域控处理并输出带感知结果的透明图像，再将感知结果通过CAN 传输给HUD以实时调整投射图像。由于处理单元101和接口单元102被整合在片上系统10，因此保证了HUD的高实时性。

在实际应用中，驾驶员监测和搭载乘员监控系统DMS/OMS(图中未示出) 中，包括HUD抬头显示系统(图中未示出)和AR-HUD增强现实抬头显示系统(图中未示出)。DMS可以基于眼球追踪技术监测驾驶员驾驶状态，进而调整车辆驾驶状态，保证自动驾驶行车安全。

在具体实施中，接口单元102可以包括至少一个CAN Tx/Rx接口120通过收发器121连接毫米波雷达122，可以用于实现所述处理单元101和所述毫米波雷达122之间的数据传输。

在具体实施中，接口单元102可以包括至少一个所述RGMII接口123通过收发器124或交换机(图中未示出)连接激光雷达125，可以用于实现所述处理单元101和所述激光雷达125之间的数据传输。

在本实用新型一实施例中，图像信号处理器ISP114接收感知摄像头119 的数据，并通过计算机视觉技术将处理后的数据输入至NPU113和CPU111。然后结合毫米波雷达122的数据和激光雷达125的数据，通过GPU112进行渲染，最后输出渲染结果至左右电子屏(图中未示出)。此时，外电子后视镜系统CMS136在左右电子屏的显示功能替代了外部的、实物型的后视镜，减少了车辆受到的风阻。

在实际应用中，还可以通过车辆左方、右方、侧后方的图像数据和毫米波雷达122的数据，在外电子后视镜系统CMS136上融合完成盲区监测预警 (Blind Spot Detection，BSD)、车门碰撞预警(Door Open Warning，DOW) 等功能。

在具体实施中，接口单元102可以包括至少一个接口126通过收发器127 连接超声波雷达128，接口126可以是SPI标准的接口，也可以是GTM标准的接口，还可以是GPIOs标准的接口，可以用于实现所述处理单元101和所述超声波雷达128之间的数据传输。

在具体实施中，接口单元102可以包括至少一个接口129连接GNSS IMU (GlobalNavigation Satellite System Inertial Measurement Unit基于惯性测量的卫星导航系统)130，接口129可以是UART标准的接口，也可以是IIC标准的接口，还可以是SPI标准的接口，用于实现所述处理单元101获取高精定位信息。

在本实用新型一实施例中，自适应远光灯系统ADB(图中未示出)通过感知可视化仪表137的数据和GNSS IMU130的高精定位信息，实现预设的重构和投射功能。

在具体实施中，接口单元102可以包括接口131、接口132、接口133，这三个接口分别通过视频桥接器134连接全景环视系统135、外电子后视镜系统136、感知可视化仪表137。接口131可以是MIPI-DSI接口或IIC接口，接口132可以是MIPI-DSI接口或IIC接口，接口133可以是MIPI-DSI接口或 IIC接口。接口单元102可以用于实现所述处理单元101和所述全景环视系统 135、所述外电子后视镜系统136、所述感知可视化仪表137之间的数据传输。

在本实用新型一实施例中，图像信号处理器ISP114接收SVM全景环视系统135的数据，并通过计算机视觉技术将处理后的数据输入至NPU113和 CPU111，结合其他CAN-FD(Controller Area Network with Flexible Data-Rate，控制器局域网可变总线接口)信息，通过GPU112进行渲染，最后输出行车信息和状态。

在实际应用中，SVM全景环视系统135可以采用APA(Auto Parking Asist，自动泊车)技术或AVP(Automated Valet Parking，自动代客泊车)技术，完成预设的自动停车功能，并输出鸟瞰图和报警信息到中控显示屏上。

在本实用新型一实施例中，图像信号处理器ISP114接收感知摄像头119 的数据，并通过计算机视觉技术将处理后的数据输入至NPU113和CPU111，结合毫米波雷达122的数据、激光雷达125的数据以及其他CAN-FD信息，通过GPU112进行渲染，最后输出渲染结果至液晶仪表(图中未示出)，实现感知可视化仪表137的预设仪表功能。

在具体实施中，接口单元102可以包括接口138通过收发器139连接车辆内部网络142，接口138可以是CAN Tx/Rx标准的接口或RGMII标准的接口，可以用于实现所述处理单元101对车辆(图中未示出)的横向控制和纵向控制。

在具体实施中，片上系统10可以连接存储器140，存储器140可以是Flash (闪存)、DDR RAM(随机存储器)等存储器，用于存储数据。

在具体实施中，片上系统10可以连接供电模块141，用于为所述片上系统10供电。

参照图2，本实用新型实施例还提供了一种智能行车系统20，包括：上述实施例中提供的任一种所述的片上系统201和片上系统202；片上系统201 和片上系统202通过PCIE(Peripheral Component Interconnect Express，外设组件互连标准)级联；

其中，所述片上系统201和片上系统202的单芯片功能安全等级均至少为ASIL-B。

在实际应用中，智能行车系统20作为一种包含车载芯片的智能汽车系统，根据ISO26262标准，采用安全等级均为ASIL-B级的片上系统201和片上系统202，使得整个车辆系统的安全等级为ASIL-D级。即通过分解安全等级 ASIL-D为ASIL-B+ASIL-B的形式，能够达到系统级ASIL-D的要求，满足了自动驾驶相关功能的安全要求，并且超出了部分功能的功能安全等级要求，大大提升了智能行车系统20的功能安全性。

在实际应用中，片上系统201和片上系统202通过级联的方式，能够对自动驾驶功能和显示输出等数据进行备份。同时，片上系统201接入各类传感器时，可以将片上系统202接入同样的传感器作为冗余，包括感知可视化仪表137、CMS136、DMS/OMS(图中未示出)等。

在具体实施中，片上系统201和片上系统202互为冗余，可以有效地提高智能行车系统20的可靠性、安全性。

在实际应用中，对智能行车系统20配备了功能安全等级至少为ASIL-B 级的软件系统，符合自动驾驶各项功能所需的功能安全等级，保障了车辆的行车安全。

在本实用新型一实施例中，智能行车系统20中设置了通过PCIE级联的片上系统201和片上系统202，且片上系统201和片上系统202的单芯片功能安全等级均至少为ASIL-B。片上系统201和片上系统202均可用于数据计算、数据传输以及规划、控制预设的自动驾驶功能。在片上系统201执行预设的自动驾驶功能时，片上系统202通过PCIE对自动驾驶功能和显示输出等数据进行备份。

综上所述，汽车自动驾驶行进中的速度、转速、关键零部件报警灯、实时道路行车状况(障碍物、车道线、行车、行人等)等道路关键信息与行车安全息息相关，通过将处理单元101和接口单元102整合在一个片上系统10，使得片上系统10可以在接收外部输入数据后，快速处理自动驾驶关键信息，降低系统延迟。同时，智能行车系统20包括本实用新型实施例提供的任一种所述的片上系统201和片上系统202，且片上系统201和片上系统202级联、功能安全等级均至少为ASIL-B，大大提高了自动驾驶汽车系统的可靠性。

虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (14)

1.一种片上系统，其特征在于，包括：处理单元和接口单元，所述处理单元连接所述接口单元；

所述处理单元包括CPU以及与CPU连接的GPU、NPU、ISP、Codec、SafetyIsland；所述处理单元用于数据计算以及规划、控制预设的自动驾驶功能；

所述接口单元包括以下至少一种接口：MIPI-CSI2、MIPI-DSI、IIC、CANTx/Rx、RGMII、SPI、GTM、GPIOs、UART；所述接口单元用于向所述处理单元输入数据以及向外部输出数据。

2.如权利要求1所述的片上系统，其特征在于，所述片上系统的功能安全等级至少为ASIL-B。

3.如权利要求1所述的片上系统，其特征在于，所述接口单元包括以下至少一个所述接口通过视频桥接器连接感知摄像头：所述MIPI-CSI2接口、所述IIC接口，用于实现所述处理单元和所述感知摄像头之间的数据传输。

4.如权利要求1所述的片上系统，其特征在于，所述接口单元包括至少一个所述CANTx/Rx接口通过收发器连接毫米波雷达，用于实现所述处理单元和所述毫米波雷达之间的数据传输。

5.如权利要求1所述的片上系统，其特征在于，所述接口单元包括至少一个所述RGMII接口通过收发器或交换机连接激光雷达，用于实现所述处理单元和所述激光雷达之间的数据传输。

6.如权利要求1所述的片上系统，其特征在于，所述接口单元包括以下至少一个所述接口通过收发器连接超声波雷达：所述SPI接口、所述GTM接口、所述GPIOs接口，用于实现所述处理单元和所述超声波雷达之间的数据传输。

7.如权利要求1所述的片上系统，其特征在于，所述接口单元包括以下至少一个所述接口连接GNSSIMU：所述UART接口、所述IIC接口、所述SPI接口，用于实现所述处理单元获取高精定位信息。

8.如权利要求1所述的片上系统，其特征在于，所述接口单元包括以下至少三个所述接口分别通过视频桥接器连接全景环视系统、外电子后视镜系统、感知可视化仪表：所述MIPI-DSI接口、所述IIC接口，用于实现所述处理单元和所述全景环视系统、所述外电子后视镜系统、所述感知可视化仪表之间的数据传输。

9.如权利要求1所述的片上系统，其特征在于，所述接口单元包括以下至少一个所述接口通过收发器连接车辆内部网络：所述CAN Tx/Rx接口、所述RGMII接口，用于实现所述处理单元对车辆的横向控制和纵向控制。

10.如权利要求1所述的片上系统，其特征在于，所述片上系统连接存储器，用于存储数据。

11.如权利要求1所述的片上系统，其特征在于，所述片上系统连接供电模块，用于为所述片上系统供电。

12.一种智能行车系统，其特征在于，包括：两个权利要求1至11中任一项所述的片上系统级联，两个所述片上系统的单芯片功能安全等级均至少为ASIL-B。

13.如权利要求12所述的智能行车系统，其特征在于，两个所述片上系统互为冗余。

14.如权利要求12所述的智能行车系统，其特征在于，两个所述片上系统通过PCIE级联。

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