一种车载TSN网络平台及数据处理方法

本技术涉及车内网络总线，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：

1、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。

2、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。

3、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。

4、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。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本技术提供一种车载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。本技术还提供一种数据处理方法，具有相同的技术效果。

2、本技术的第一个目的为提供一种车载tsn网络平台。

3、本技术的上述申请目的一是通过以下技术方案得以实现的：

4、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：

5、所述动力域和所述车身域的内部使用can总线通信；

6、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；

7、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；

8、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；

9、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；

10、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；

11、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。

12、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。

13、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。

14、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。

15、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：

16、所述第一软件处理模块与所述第一tsn网卡连接；

17、所述第二软件处理模块与所述第二tsn网卡连接；

18、所述自动驾驶域与所述第三tsn网卡连接。

19、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：

20、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；

21、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；

22、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。

23、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：

24、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。

25、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：

26、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；

27、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。

28、本技术的第二个目的为提供一种数据处理方法。

29、本技术的上述申请目的二是通过以下技术方案得以实现的：

30、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：

31、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；

32、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；

33、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；

34、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；

35、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；

36、利用所述动力域，基于所述can报文进行数据显示。

37、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，

38、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：

39、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；

40、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；

41、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。

42、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。