CN219554988U - 一种用于以太网的车载域控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于以太网的车载域控制系统，包括第一AI芯片、第二AI芯片、以太网交换机和规划控制单元，其中，所述第一AI芯片和所述第二AI芯片之间通过PCIE接口通信连接；所述第一AI芯片和所述第二AI芯片通过所述以太网交换机与所述规划控制单元通信连接：所述第一AI芯片和所述第二AI芯片通过RGMII接口与所述以太网交换机连接；所述以太网交换机通过RGMII接口与所述规划控制单元连接。实现了方便快捷的通信组网和连接，能够满足L2到L2+级别的智能驾驶域控制需求。

Description

一种用于以太网的车载域控制系统

技术领域

本实用新型涉及智能驾驶控制领域，尤其涉及一种用于以太网的车载域控制系统。

背景技术

当前，在智能驾驶领域，L0和L1级别的智能辅助驾驶已经比较普及，如前车跟随、定速巡航、主动刹车等。

但是面对近几年发展非常快的L2到L2+级别的如自动泊车，自动超车，自动驾驶等功能需求，L0和L1级别的智能辅助驾驶已经无法满足。L2到L2+级别的辅助驾驶需要大算力来支持，当前主流方案以多个小算力芯片集成到一起的异构架构为主，算力无法达到要求。当前的解决方案是通过通信软件中间件进行算力扩充，但这一部分这加大了系统的复杂度，难以实现26262功能安全要求。所以极需要满足L2到L2+级别的智能驾驶域控制需求。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种用于以太网的车载域控制系统，该车载域控制系统为海量传感器数据的处理提供算力支持以及车载规划控制功能，大大提升了数据处理算力，并且能够满足L2到L2+级别的智能驾驶域控制需求。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

根据本实用新型实施例的一种用于以太网的车载域控制系统，包括：包括第一AI芯片、第二AI芯片、以太网交换机和规划控制单元，其中，

所述第一AI芯片和所述第二AI芯片之间通过PCIE接口通信连接；

所述第一AI芯片和所述第二AI芯片通过所述以太网交换机与所述规划控制单元通信连接，其中，所述规划控制单元由第三AI芯片构成；

所述第一AI芯片和所述第二AI芯片通过所述以太网交换机与所述规划控制单元通信连接包括：所述第一AI芯片和所述第二AI芯片通过RGMII接口与所述以太网交换机连接；所述以太网交换机通过RGMII接口与所述规划控制单元连接。

进一步的，所述规划控制单元包括相互通信连接的规划子芯片和控制子芯片，所述规划子芯片与所述第一AI芯片和所述第二AI芯片之间通过PCIE或所述以太网交换机通信连接，所述控制子芯片通过所述以太网交换机与所述第一AI芯片和所述第二AI芯片通信连接。

进一步的，所述规划子芯片与所述第一AI芯片和所述第二AI芯片之间通过PCIE通信连接包括：所述规划子芯片分别通过PCIE接口与所述第一AI芯片和所述第二AI芯片通信连接。

进一步的，所述第一AI芯片对外引出12路相机，4路CANFD，2路RS232，1路Debug/RS232、1路车载以太网；所述第二AI芯片对外引出12路相机，4路CANFD，2路RS232，1路Debug/RS232、1路车载以太网。

进一步的，所述第一AI芯片对内引出10路GPIO、1路UART、1路GPI、2路SPI、2路PCIE；所述第二AI芯片对内引出10路GPIO、1路UART、1路GPI、2路SPI、2路PCIE。

进一步的，所述规划子芯片对外引出：4路相机，4路视频输出，1路IMU，4路USB。

进一步的，所述规划子芯片对内引出：1路RGMII，1路SPI，1路UART，2路GPIO，2路PCIE，1路UART，1路GPI。

进一步的，所述控制子芯片对外引出：2路LIN，1路USB，1路GPIO，1路JTAG，3路DSI，2路ADC，2路DAC，2路Flexray，12路CANFD。

进一步的，所述控制子芯片对内引出：5路SPI，8路GPIO，2路UART，10路GPIO，1路RGMII，1路GPI。

进一步的，所述控制子芯片还接入12路USS、5路Raddar。

进一步的，所述以太网交换机还接入3路Lidar、1路4D Raddar。

本实用新型实施例的一种用于以太网的车载域控制系统，该系统通过第一AI芯片、第二AI芯片进行传感器数据采集和通过AI算法对传感器数据进行计算处理，通过规划控制单元进行数据融合处理、提供算力支持以及智能驾驶操作控制功能；并且第一AI芯片和第二AI芯片之间支持PCIE通信，第一AI芯片和第二AI芯片通过以太网交换机与规划控制单元通信，实现了方便快捷的通信组网和连接，能够满足L2到L2+级别的智能驾驶域控制需求。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的用于以太网的车载域控制系统的第一种结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的用于以太网的车载域控制系统的第二种结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的用于以太网的车载域控制系统的第三种结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的用于以太网的车载域控制系统的第一AI芯片/第二AI芯片的引脚和连接结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的用于以太网的车载域控制系统的规划子芯片的引脚和连接结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的用于以太网的车载域控制系统的控制子芯片的引脚和连接结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。

在对本申请实施例进行说明之前，先对相关技术进行说明：

AI为人工智能(Artificial Intelligence)的英文缩写。AI芯片也被称为AI加速器或计算卡，即专门用于处理人工智能应用中的大量计算任务的模块(其他非计算任务仍由CPU负责)。当前，AI芯片主要分为GPU、FPGA、ASIC。

PCIE属于高速串行点对点双通道高带宽传输，所连接的设备分配独享通道带宽，不共享总线带宽，主要支持主动电源管理，错误报告，端对端的可靠性传输，热插拔以及服务质量(QOS)等功能。

IMU(Inertial Measurement Unit)，即惯性测量单元，用于测量物体三轴姿态角(或角速率)以及加速度。

RGMII(Reduced Gigabit Media Independent Interface)是Reduced GMII(吉比特介质独立接口)。RGMII均采用4位数据接口，工作时钟125MHz，并且在上升沿和下降沿同时传输数据，因此传输速率可达1000Mbps。同时兼容MII所规定的10/100Mbps工作方式，支持传输速率：10M/100M/1000Mb/s，其对应clk信号分别为：2.5MHz/25MHz/125MHz。RGMII数据结构符合IEEE以太网标准。采用RGMII的目的是降低电路成本，使实现这种接口的器件的引脚数从25个减少到14个。

CANFD是CAN with Flexible Data rate的缩写，为可变数据速率的CAN，也可以简单的认为是传统CAN的升级版。

MCU又称单片微型计算机或者单片机，是把中央处理器的频率与规格做适当缩减，并将内存(memory)、计数器(Timer)、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口，甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机。

LIN总线是针对汽车分布式电子系统而定义的一种低成本的串行通讯网络，是对控制器区域网络(CAN)等其它汽车多路网络的一种补充，适用于对网络的带宽、性能或容错功能没有过高要求的应用。LIN总线是基于SCI(UART)数据格式，采用单主控制器/多从设备的模式，是UART中的一种特殊情况。

JTAG接口(Joint Test Action Group，联合测试工作组)，是一种国际标准测试协议(IEEE 1149.1兼容)，主要用于芯片内部测试。现在多数的高级器件都支持JTAG协议，如DSP、FPGA器件等。标准的JTAG接口是4线：TMS、TCK、TDI、TDO，分别为模式选择、时钟、数据输入和数据输出线。

GPIO(General-purpose input/output)，通用型之输入输出的简称，功能类似8051的P0—P3，其接脚可以供使用者由程控自由使用，PIN脚依现实考量可作为通用输入(GPI)或通用输出(GPO)或通用输入与输出(GPIO)。

UART为通用异步收发传输器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)。

ADC是analog-to-digital converter的缩写，指模拟/数字转换器。DAC是digital-to-analog converter的缩写，指数模转换器。

Flexray通信总线是与汽车制造商和领先供应商共同开发的确定性、容错和高速总线系统。Flexray为线控应用(即线控驱动、线控转向、线控制动等)提供了容错和时间确定性性能要求。

下面，结合具体实例对本申请实施例的一种用于以太网的车载域控制系统进行详细说明：

本实用新型实施例提供的一种用于以太网的车载域控制系统，包括第一AI芯片、第二AI芯片、以太网交换机和规划控制单元，其中，第一AI芯片和第二AI芯片用于采集传感器数据并对传感器数据通过AI算法进行计算处理得到AI数据；规划控制单元用于对AI数据进行融合处理得到融合数据、为融合处理提供算力支持以及基于融合数据进行智能驾驶操作控制。

具体的，如图1所示，是本实用新型实施例提供的用于以太网的车载域控制系统的第一种结构示意图，该系统包括第一AI芯片10、第二AI芯片20、以太网交换机30和规划控制单元40；其中，第一AI芯片10和第二AI芯片20之间通过PCIE接口通信连接；第一AI芯片10和第二AI芯片20通过以太网交换机30与规划控制单元40通信连接，其中，规划控制单元40可以由第三AI芯片构成。

第一AI芯片10和第二AI芯片20通过以太网交换机30与规划控制单元40通信包括：第一AI芯片10和第二AI芯片20通过RGMII接口与以太网交换机30连接；以太网交换机30通过RGMII接口与规划控制单元40连接。具体的，通信链路1的两端分别设置PCIE接口，通信链路2、通信链路3和通信链路4的两端分别设置RGMII接口。

该系统基于第一AI芯片、第二AI芯片、以及规划控制单元这三个AI芯片之间提供的不同通信链路的设置，结构简单，搭建人工成本和设备成本低，具有很好的市场应用前景。

在本说明书提供的实施例中，第一AI芯片10和第二AI芯片20优选为完全相同，仅在实际系统搭建时，利用不同的通信接口实现不同的通信功能，相同的芯片之间进行通信连接，不仅解决了硬件接口兼容的问题，也降低了软件融合的难度。在实际应用中，两个AI芯片的关系可以为主芯片和备用芯片的关系，也可以是一个芯片连接相机用作视频数据的采集，另一个芯片用于对视频数据基于AI算法进行计算处理，还可以是另一个芯片的不仅用于对视频数据基于AI算法进行计算处理，还用于连接相机用作视频数据的采集。具体两个AI芯片的功能和接口连接方式根据实际数据采集和计算需要综合分配，从而提升了芯片实现功能的自由度，能够满足不同用户和场景的需求。并且AI芯片之间通过PCIE接口通信连接，可以独享通道带宽，不共享总线带宽，提供了高效可靠的数据传输，满足了数据传输的服务质量要求。本申请中的PCIE接口包括但不限于PCIE 2.0接口和PCIE 3.0接口。

规划控制单元40在实际应用中可以为一系统级SOC芯片，为第一AI芯片和第二AI芯片计算得到的AI数据进行融合处理提供算力支持，基于融合结果对智能驾驶的功能进行控制，不仅实现了对海量数据的高效融合处理，也满足了智能驾驶领域的安全标准。一个芯片完成规划和控制的功能，减少了数据传输的时间成本，提高了智能驾驶安全性。

该系统通过第一AI芯片、第二AI芯片进行传感器数据采集和通过AI算法对传感器数据进行计算处理，通过规划控制单元进行数据融合处理、提供算力支持以及智能驾驶操作控制功能；并且第一AI芯片和第二AI芯片之间支持PCIE通信，第一AI芯片和第二AI芯片通过以太网交换机与规划控制单元通信，实现了方便快捷的通信组网和连接，能够满足L2到L2+级别的智能驾驶域控制需求，性价比高，应用面广。

如图2所示，是本实用新型实施例提供的用于以太网的车载域控制系统的第二种结构示意图，该系统包括第一AI芯片10、第二AI芯片20、以太网交换机30、规划子芯片401和控制子芯片402。具体的，如图1的规划控制单元40(本实用新型实施例中，规划控制单元40可以为第三AI芯片)还可以是由规划子芯片401和控制子芯片402组成，这样通过不同的子芯片分别完成相应的功能。规划子芯片401将AI数据例如不同摄像头的视频数据进行融合处理形成数据融合结果，将该数据融合结果发送给控制子芯片402，控制子芯片402根据数据融合结果对车辆发出控制指令实现智能驾驶的控制功能，其中控制功能包括自动泊车、自动超车、自动驾驶等控制需求的功能。

进一步的，规划子芯片401与第一AI芯片10和第二AI芯片20之间通过PCIE接口或以太网交换机通信连接包括：规划子芯片401通过PCIE接口与第一AI芯片10和第二AI芯片20通信连接，如图3所示，通信链路7和通信链路8的两端分别设置PCIE接口；或规划子芯片401通过RGMII接口与以太网交换机连接，以太网交换机通过RGMII接口与第一AI芯片10和第二AI芯片20连接，如图2所示，通信链路2、通信链路3、和通信链路5的两端分别设置RGMII接口。

控制子芯片402通过以太网交换机30与第一AI芯片10和第二AI芯片20通信，进一步的，控制子芯片402通过RGMII接口与以太网交换机连接，以太网交换机通过RGMII接口与第一AI芯片10和第二AI芯片20连接，如图3所示，通信链路2、通信链路3、通信链路4的两端分别设置RGMII接口。

此外，规划子芯片401通过通用接口与控制子芯片402通信，如图2所示，通信链路6的两端分别设置SPI/UART/GPIO接口，实际应用中，可以是单独的3种接口，也可以是三合一接口。规划子芯片401与第一AI芯片10和第二AI芯片20之间通过PCIE接口通信连接，可以独享通道带宽，不共享总线带宽，提供了高效可靠的数据传输，满足了数据传输的服务质量要求。控制子芯片402通过以太网交换机30与第一AI芯片10和第二AI芯片20通信，控制子芯片402连接以太网交换机30，使得控制子芯片402可以通过以太网交换机30获取AI芯片的数据以及其他数据例如4D毫米波雷达、激光雷达等传感器数据。

该实施例基于三个AI芯片和一个控制芯片之间提供的不同通信链路的设置，结构简单，搭建人工成本低。通过规划子芯片和控制子芯片来分别实现规划和控制的功能，数据计算处理的速度更快，对芯片的集成要求不高，可以选择的芯片型号更广，市场推广实现程度高，并且维修替换时只需要针对相应芯片，另一芯片还能继续使用，降低了维修替换成本。

如图4所示，本实用新型实施例提供的用于以太网的车载域控制系统的第一AI芯片10/第二AI芯片20的引脚和连接结构示意图。第一AI芯片10和第二AI芯片20分别对外引出12路相机，4路CANFD，2路RS232，1路调试接口Debug/串行接口RS232、1路车载以太网。其中，对外引出的12路相机分别为4路8M相机和8路2M相机，其中，前视图像为8M，环视和周视图像为4M。相机连接到第一AI芯片10和第二AI芯片20，为自动驾驶提供图像。

第一AI芯片10和第二AI芯片20分别对内引出10路通用输入与输出接口GPIO，1路UART、1路通用输入接口GPI、2路串行外围设备接口SPI、2路高速串行点对点双通道高带宽传输PCIE。

第一AI芯片10和第二AI芯片20采用征程J5系列芯片。采用2个征程5系列芯片，处理器算力达到28*2＝56KDMKIPS，AI算力达到128*2＝256TOPS。该类芯片完全由中国企业自主研发，每帧中可同时对200个视觉目标进行检测，为中国智能驾驶、智能城市发展提供基础支撑。征程5系列芯片是面向智能驾驶的“征程1.0”处理器，具备强大的计算机视觉处理功能、丰富的图像信号接入功能和神经网络计算引擎，同时支持AI算法、汽车网络安全、摄像头预处理、图形并行处理、高清显示、视频处理、多传感器感知与融合以及高吞吐处理引擎，性能优异。

如图5所示，本实用新型实施例提供的用于以太网的车载域控制系统的规划子芯片401的引脚和连接结构示意图。

规划子芯片401对外引出4路相机、4路视频输出、1路IMU、4路USB。相机还可接入规划子芯片401用于泊车场景。

规划子芯片401对内引出1路RGMII、1路SPI、2路UART、2路GPIO、2路PCIE、1路GPI。

规划子芯片401优选采用芯驰X9系列芯片，包括X9 HP和X9U芯片，算力达到100KDMIPS，能够满足泊车、座舱等相关算力需求。

此外，第一AI芯片10、第二AI芯片20以及规划子芯片401还设置有FLASH/LPDDR4/EMMC存储器，便于向各芯片烧录各种功能、算法等。

如图6所示，本实用新型实施例提供的用于以太网的车载域控制系统的控制子芯片402的引脚和连接结构示意图。

控制子芯片402对外引出2路LIN、1路USB、1路GPIO、1路JTAG、3路DSI、2路ADC、2路DAC、2路Flexray、12路CANFD。

控制子芯片402对内引出5路SPI、18路GPIO、2路UART、1路RGMII、1路GPI，其中，18路GPIO用于诊断作用，2路GPIO用于通信作用。

此外，控制子芯片402还可接入12路超声波雷达USS、5路毫米波雷达Raddar。

另外，以太网交换机30还可接入3路激光雷达Lidar、1路4D毫米波雷达Raddar(图中未示出)。通过将各种类型传感器连接如域控制系统并进行数据融合处理，大大提升了智能驾驶域控制的安全性。

功能安全是汽车研发流程中非常关键的要素之一，随着系统复杂性的提高，来自系统失效和随机硬件失效的风险日益增加。根据汽车功能安全标准ISO26262对处理器单元的诊断覆盖率推荐的安全技术措施，本实施例控制子芯片402采用Infineon Tricore系列芯片，如芯驰E3、德州仪器TI397系列芯片，具备双核锁步(dual-core lockstep)处理器结构的硬件冗余技术措施以及软硬件自检功能(BIST,build-in self test)、存储器纠错校验技术(ECC,error correcting code)，保证处理器的安全特性。

MCU承担的职责全是功能安全等级要求高的重任，可以用它来承担自动驾驶功能激活期间的车辆控制功能，承担自动驾驶系统故障时的降级策略，检测智驾域内系统的运行状态，承担与车内通讯的网关功能等。

本实用新型实施例提供一种用于以太网的车载域控制系统，该系统通过第一AI芯片、第二AI芯片进行传感器数据采集和通过AI算法对传感器数据进行计算处理，通过规划控制单元进行数据融合处理、提供算力支持以及智能驾驶操作控制功能；并且第一AI芯片和第二AI芯片之间支持PCIE通信，第一AI芯片和第二AI芯片通过以太网交换机与规划控制单元通信，实现了方便快捷的通信组网和连接，并且大大提升了数据处理算力，能够满足L2到L2+级别的智能驾驶域控制需求。通过具体描述各芯片提供的接口，在控制接口数量的同时，又丰富了接口的种类，也满足了功能需求的同时也兼顾了性价比的要求。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于以太网的车载域控制系统，其特征在于，包括第一AI芯片、第二AI芯片、以太网交换机和规划控制单元，其中，

所述第一AI芯片和所述第二AI芯片之间通过PCIE接口通信连接；

所述第一AI芯片和所述第二AI芯片通过所述以太网交换机与所述规划控制单元通信连接，其中，所述规划控制单元由第三AI芯片构成；

所述第一AI芯片和所述第二AI芯片通过所述以太网交换机与所述规划控制单元通信连接包括：所述第一AI芯片和所述第二AI芯片通过RGMII接口与所述以太网交换机连接；所述以太网交换机通过RGMII接口与所述规划控制单元连接。

2.如权利要求1所述的用于以太网的车载域控制系统，其特征在于，所述第三AI芯片包括相互通信连接的规划子芯片和控制子芯片，所述规划子芯片与所述第一AI芯片和所述第二AI芯片之间通过所述PCIE接口或所述以太网交换机通信连接，所述控制子芯片通过所述以太网交换机与所述第一AI芯片和所述第二AI芯片通信连接。

3.如权利要求2所述的用于以太网的车载域控制系统，其特征在于，所述规划子芯片与所述第一AI芯片和所述第二AI芯片之间通过PCIE接口通信连接包括：所述规划子芯片分别通过PCIE接口与所述第一AI芯片和所述第二AI芯片连接。

4.如权利要求2或3所述的用于以太网的车载域控制系统，其特征在于，所述第一AI芯片对外引出12路相机，4路CANFD，2路RS232，1路Debug/RS232、1路车载以太网；

所述第二AI芯片对外引出12路相机，4路CANFD，2路RS232，1路Debug/RS232、1路车载以太网。

5.如权利要求4所述的用于以太网的车载域控制系统，其特征在于，所述第一AI芯片对内引出10路GPIO、1路UART、1路GPI、2路SPI、2路PCIE；

所述第二AI芯片对内引出10路GPIO、1路UART、1路GPI、2路SPI、2路PCIE。

6.如权利要求2所述的用于以太网的车载域控制系统，其特征在于，所述规划子芯片对外引出4路相机、4路视频输出、1路IMU、4路USB，所述规划子芯片对内引出1路RGMII、1路SPI、2路UART、2路GPIO、2路PCIE、1路GPI。

7.如权利要求2所述的用于以太网的车载域控制系统，其特征在于，所述控制子芯片对外引出2路LIN、1路USB、1路GPIO、1路JTAG、3路DSI、2路ADC、2路DAC、2路Flexray、12路CANFD。

8.如权利要求7所述的用于以太网的车载域控制系统，其特征在于，所述控制子芯片对内引出5路SPI、18路GPIO、2路UART、1路RGMII、1路GPI。

9.如权利要求8所述的用于以太网的车载域控制系统，其特征在于，所述控制子芯片还接入12路USS、5路Raddar。

10.如权利要求1所述的用于以太网的车载域控制系统，其特征在于，所述以太网交换机还接入3路Lidar、1路4D Raddar。