車載基礎(chǔ)軟件——AUTOSAR CP典型應(yīng)用案例SOME/IP和TSN時(shí)間同步我是穿拖鞋的漢子，魔都中堅(jiān)持長(zhǎng)期主義的一個(gè)屌絲工程師！今天是2023年2月7日，上海還在下著雨，估計(jì)是到了梅雨時(shí)節(jié)（提前到來？），真想說句我勸天公重安排，不讓梅雨早時(shí)來！??！老規(guī)矩分享一段喜歡的文字，避免自己成為高知識(shí)低文化的工科男：“ Return to today's topic!本章節(jié)將分享幾個(gè)基于 AUTOSAR CP 基礎(chǔ)協(xié)議棧的典型應(yīng)用案例供讀者參考。
一、SOME/IP 應(yīng)用案例在自動(dòng)駕駛項(xiàng)目中，整車和傳感器通過 CAN 總線與自動(dòng)駕駛域控制器的 MCU 進(jìn)行交互，MCU 再將從 CAN 總線接收到的數(shù)據(jù)組包轉(zhuǎn)發(fā)給 SOC 的各應(yīng)用模塊，MCU 與 SOC 之間則通過基于以太網(wǎng)的 SOME/IP 通信協(xié)議進(jìn)行交互。常用的 SOME/IP 以太網(wǎng)消息類型有：-> REQUEST;-> REQUEST_NO_RETURN;-> NOTIFICATION;-> RESPONSE。其中 REQUEST 為期待響應(yīng)的請(qǐng)求，客戶端有需求時(shí)才會(huì)向服務(wù)端發(fā)送請(qǐng)求，且客戶端會(huì)等待服務(wù)端反饋的結(jié)果。例如，客戶端如果需要向服務(wù)端請(qǐng)求 VIN 碼，則可發(fā)送 REQUEST 類型的消息。RESPONSE 則為響應(yīng)消息，即服務(wù)端的用于響應(yīng)客戶端 REQUEST 類型的報(bào)文。例如：客戶端向服務(wù)端請(qǐng)求 VIN 碼，服務(wù)端則通過 RESPONSE 類型的消息給客戶端回復(fù) VIN 碼。REQUEST_NO_RETURN 為不期待響應(yīng)的請(qǐng)求，客戶端有需求時(shí)才會(huì)向服務(wù)端發(fā)送請(qǐng)求，但客戶端不關(guān)注結(jié)果。若客戶端如果需要向服務(wù)端請(qǐng)求打開車窗，客戶端可發(fā)送 REQUEST_NO_RETURN 類型的消息。NOTIFICATION 為事件通知，客戶端先向服務(wù)端訂閱消息，服務(wù)端當(dāng)發(fā)現(xiàn)被訂閱的消息發(fā)生變化時(shí)則主動(dòng)通知客戶端。例如，客戶端向服務(wù)端訂閱車速信息，服務(wù)端如果發(fā)現(xiàn)車速變化則可發(fā)送 NOTIFICATION 類型的消息給客戶端。在本案例中，由于 MCU 與 SOC 的通信數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量大、通信數(shù)據(jù)類型確定、數(shù)據(jù)周期性發(fā)送等特點(diǎn)，因此 SOME/IP 消息采用 NOTIFICATION 類型。自動(dòng)駕駛域控制器的軟件架構(gòu)如圖 2.1-8 所示。MCU一側(cè)基于AUTOSAR CP搭建應(yīng)用軟件， 主 要 包 括 三 個(gè) 應(yīng) 用 模 塊：VDC（Vehicle Data Center）將整車相關(guān) CAN 數(shù)據(jù)做預(yù)處理，此類 CAN 數(shù)據(jù)主要指 VCU、EPS、EPB 等控制器數(shù)據(jù)；XDC（X Sensor Data Center）將各傳感器的 CAN 數(shù)據(jù)做預(yù)處理，此類 CAN 數(shù)據(jù)主要指毫米波雷達(dá)、組合導(dǎo)航、智能攝像頭等傳感器數(shù)據(jù)；IDC（Internal Data Center）將預(yù)處理后的 CAN 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)并通過 SOME/IP 協(xié)議發(fā)送到 SOC 一側(cè)。
SOC 一側(cè)基于 AUTOSAR AP 搭建，其中 SDC（Service Date Center）將以太網(wǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 SOC 應(yīng)用模塊所需要的數(shù)據(jù)。在 SOME/IP 通信中，SOC 側(cè)的 SDC 作為客戶端，啟動(dòng)后即開始訂閱 MCU 側(cè)的所有已知服務(wù)，MCU 一側(cè)收到訂閱后即開始以固定周期向 SDC 側(cè)發(fā)送訂閱的報(bào)文，為保證實(shí)時(shí)性，SOME/IP 的數(shù)據(jù)傳輸周期與 CAN 報(bào)文周期一致。SOME/IP 序列化方式采用大端一字節(jié)對(duì)齊。因?yàn)橐蛔止?jié)對(duì)齊是最簡(jiǎn)單的對(duì)齊方式，大多編譯器很容易實(shí)現(xiàn)；并且采用一字節(jié)對(duì)齊，序列化后沒有冗余數(shù)據(jù)，報(bào)文的有效負(fù)載段都是有意義的數(shù)據(jù)，所以總體傳輸效率得到了一定提升。另外，SOME/IP 通信報(bào)文中的 Payload 也會(huì)添加時(shí)間戳和 Rolling Counter等信息，SOC 一側(cè)的應(yīng)用在使用 MCU 傳來的數(shù)據(jù)之前，會(huì)先把時(shí)間戳取出來，并作數(shù)據(jù)校驗(yàn)、對(duì)齊、分等工作。SOME/IP 報(bào)文結(jié)構(gòu)如下圖所示。本案例中的 SOME/IP 協(xié)議均基于 UDP 協(xié)議開發(fā)，它在用戶有需求的時(shí)候才發(fā)送報(bào)文，這種方法有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：1、效率高。與 CAN 等周期性的網(wǎng)絡(luò)相比，總線上不會(huì)出現(xiàn)過多不必要的數(shù)據(jù)，從而減少了資源消耗，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的全雙工傳輸模式也讓通信效率變得更高。2、通信速率快。對(duì)于雷達(dá)這類較大的數(shù)據(jù)，需要 MCU 能在短時(shí)間內(nèi)及時(shí)地將數(shù)據(jù)傳輸?shù)?SOC，使用以太網(wǎng)是目前各類總線通信中速率最快的，它最能滿足大數(shù)據(jù)量的通信需求。3、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度長(zhǎng)。CAN-FD 報(bào)文數(shù)據(jù)長(zhǎng)度最大 64 字節(jié)，LIN 報(bào)文數(shù)據(jù)長(zhǎng)度最大 8 字節(jié)，單幀 Flexray 報(bào)文數(shù)據(jù)長(zhǎng)度最大 254 字節(jié)，而基于 UDP 的以太網(wǎng)單幀報(bào)文長(zhǎng)度可達(dá) 1500 字節(jié)，能滿足大數(shù)據(jù)的通信需求。4、實(shí)現(xiàn)較簡(jiǎn)單。以太網(wǎng)已有成熟的 TCP/IP 協(xié)議棧，基于 Linux 平臺(tái)還有開源的 Vsomeip 協(xié)議棧，可直接移植使用。
二、時(shí)間同步應(yīng)用案例在智能駕駛中，時(shí)間是一個(gè)非常重要的參數(shù)，各個(gè)系統(tǒng)中需要保證時(shí)間一致：-> 車云系統(tǒng)之間時(shí)間一致；-> 域控之間時(shí)間一致；-> 域控與各個(gè) ECU 之間時(shí)間一致；-> ECU 與各個(gè)傳感器之間時(shí)間一致等。車云系統(tǒng)為保證時(shí)間一致，常在車載 ECU 中加裝 GPS 模塊，ECU 通過 GPS 數(shù)據(jù)與云平臺(tái)時(shí)間保持一致。車內(nèi)系統(tǒng)（域控之間、域控與 ECU 之間、ECU 與傳感器之間）為保證時(shí)間一致主要采用：PTP（PrecisionTime Protocol 高精度時(shí)間同步協(xié)議）、PPS（同步脈沖信號(hào)）、AUTOSAR CP 同步方案等。如下圖多傳感器融合系統(tǒng)中，Camera ECU 通過高精度攝像頭采集車道線、障礙物、標(biāo)識(shí)等信息；Radar ECU 通過毫米波雷達(dá)進(jìn)行障礙物、障礙物速度等信息的采集；Camera/Radar ECU 通過CAN-FD 將處理的數(shù)據(jù)交給 ADCU 進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，ADCU 中自帶 GNSS 芯片保證與云端時(shí)間一致。由于該系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性、真實(shí)性要求比較高，所以需要保證 Camera/Radar ECU 采集的數(shù)據(jù)時(shí)間一致。為了達(dá)到該目的，如下圖時(shí)間同步步驟所示，本案例采用了 AUTOSAR CP 時(shí)間同步解決方案，即ADCU 作為 Time Master 實(shí)體，Camera/Radar ECU 作為 Time Slave 實(shí)體，由 ADCU 對(duì) Camera/Radar ECU 進(jìn)行時(shí)間同步。時(shí)間同步的步驟與方法如下：1、ADCU 以 1s 為周期發(fā)送同步幀，即圖中 t1 時(shí)刻發(fā)送 t0 時(shí)刻的時(shí)間戳。2、Camera/Radar ECU 在 t2 時(shí)刻收到同步幀后，記錄 t2 時(shí)刻的時(shí)間戳。3、ADCU 間隔固定時(shí)間（100ms）后發(fā)送跟隨幀，發(fā)送內(nèi)容即 Δt0 時(shí)間。4、Camera/Radar ECU 在 t3 時(shí)刻接收到跟隨幀后，進(jìn)行絕對(duì)時(shí)間計(jì)算并將絕對(duì)時(shí)間更新到 ECU 中，公式為：t3 = t0 +Δt0 + t3–t2。注：如上內(nèi)容僅是自己在查詢資料做的匯總，拱同行做入門學(xué)習(xí)！ 愿你我相信時(shí)間的力量， 做一個(gè)長(zhǎng)期主義者！ |
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