任务1.2 硬件平台基础和应用-学生手册

任务1.2硬件平台基础和应用学生手册任务1.2硬件平台基础和应用【任务导入】假如你是某自动驾驶企业的一名自动驾驶研发工程师，现在企业需要对新入职的实习生进行培训，由你负责讲解有关硬件平台基础和应用的相关理论知识。【学习目标】素质目标了解MDC610的技术规格，培养严谨认真的学习态度；理解MDC硬件平台基础和经典组网，培养学生的创新精神；通过MDC610部署及安装，培养学生团队协作能力。知识目标能了解MDC610关键接口拓扑及技术规格[K4]；能理解MDC硬件平台基础及经典组网[K5]。能力目标能正确描述MDC610部署及安装步骤[A3]；能正确归纳MDC610配套部件及适配传感器种类[A4]。【知识准备】MDC硬件平台基础及典型组网针对自动驾驶对计算平台的需求，华为公司推出了MDC智能驾驶计算平台解决方案,即装在车轮上的移动数据中心（MobileDataCenter,MDC)。MDC平台集成了华为公司自研的HostCPU芯片、AI芯片、ISP芯片与SSD(固态硬盘）控制芯片，并通过底层的软硬件一体化调优，在时间同步、传感器数据精确处理、多节点实时通信、最小化底噪、低功耗管理、快速安全启动等方面均有优势。基于自研芯片的智能驾驶计算平台MDC智能驾驶计算平台内部包含了两个核心芯片，如图1-2-1所示。一个核心芯片是CPU处理器，它是基于华为公司自研的ARM处理器，16核。另外一个核心芯片是AI处理器，它是华为公司自研的处理器，基于达芬奇AI架构,可以提供200TOPS@INT8的算力。MDC610可提供高达200TOPS的AI算力与200KDMIPS的通用CPU算力。图1-2-1基于鲲鹏—昇腾自研芯片异构智能驾驶计算平台硬件平台逻辑架构MDC硬件的内部逻辑架构图，如图1-2-2所示。图左侧是传感器，中间是MDC,右侧是整车其他的ECU和信息娱乐模块。传感器包括摄像头、GPS、激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达等不同种类的传感器。智能驾驶计算平台可分别通过GMSL接口采集传感器摄像头信息，通过ETH(以太网接口）采集激光雷达信息，通过CAN总线接口采集毫米波雷达、超声波雷达和组合定位信息。由于智能驾驶对计算性能要求很高，所以MDC涉及多个处理单元,包括CPU处理器、AI处理器、图像处理器、存储处理器等，并通过数据总线、车载以太网MCU与LAN-Switch等部件通信。数据交换模块主要负责其余各个模块的数据交互，图像处理模块可以把摄像头的原始数据处理成YUV格式或者RGB格式。AI处理模块主要用来做AI计算，主要是NN计算,可以进行摄像头的AI处理，或者摄像头和激光雷达融合的AI计算。CPU模块主要提供一些整型计算，可以用来部署后融合、定位、规控等应用软件算法。内部的数据交换模块与安全MCU模块。基于智能驾驶此功能模块,需要使用GPU加速的功能软件应部署在AI模块上,其他节点可部署在CPU模块上。图1-2-2智能驾驶计算平台硬件的内部逻辑架构图硬件平台外观与接口MDC是系列化平台产品，支持软、硬件解耦，支持L2~L4的平滑演进和兼容。MDC硬件平台包含图像处理、数据交换、安全MCU（MicrocontrollerUnit）、AI（ArtificialIntelligence）和CPU（CentralProcessingUnit）等模块。图1-2-3MDC610外观图MDC610智能驾驶计算单元，简称MDC610，产品外观构造如图1-2-3所示。设计目标为Level4自动驾驶硬件平台，包括TJP（TrafficJamPilot）、HWP（HighwayPilot）、AVP（AutoValetParking）3个主要功能，其对外接口如图1-2-4所示。图1-2-4MDC610接口图MDC610共有8个对外连接口，各接口及对应的功能见表1-2-1。MDC610根据散热方式不同，提供2个版本：液冷型号为MDC610，风冷型号为MDC610。表1-2-1MDC610接口介绍序号连接器名称连接器说明1低速信号连接器提供CAN/CANFD（ControllerAreaNetworkFrequencyDiversity）接口，对接车控、毫米波雷达、超声波雷达、组合定位等2四合一车载以太连接器提供8路车载以太接口，对接车载网关和激光雷达等3四合一摄像头连接器1/2/3提供14个LVDS（GMSL/Clockless）接口，对接14个Camera4四合一摄像头连接器4提供2路LVDS（GMSL/FPDLINK）输出5风扇插接器提供风扇供电和控制信号MDC610产品外观及接口如图1-2-5所示。图1-2-5MDC610外观及接口图MDC典型部署方案MDC典型部署方案（调试）和量产方案类似，主要差异点如下：（1）MDC典型部署方案（调试）LiDAR的接口采用通用以太100Base-Tx/1000Base-T，时间同步基于UART+PPS。由转接盒实现车载以太到传统以太的转接；组合定位（GPS/IMU）数据接口采用UART。MDC610典型部署方案（调试）如图1-2-6所示。图1-2-6MDC610典型部署方案（调试）示意图（2）MDC典型部署方案（量产）MDC610应用于L2+应用场景和L3~L4应用场景，其中L3~L4应用场景要根据客户功能安全要求决定是否配置额外的冗余控制器。LiDAR的接口采用车载以太100/1000Base-T1，时间同步基于TSN;组合定位(GPS/IMU)数据按口采用CAN。MDC610典型部署方案（量产）如图1-2-7所示。图1-2-7MDC610典型部署方案（量产）示意图MDC610关键接口拓扑及技术规格华为的MDC610是一款专为乘用车设计的智能驾驶计算平台，它集成了华为自研的SoC芯片，包括ARM处理器、AI处理器、图像处理器和存储处理器。在硬件接口方面，MDC610提供了丰富的接口选项，以支持各种传感器和执行器的连接。MDC610关键接口MDC610CAN接口方案CAN是控制器局域网络（ControllerAreaNetwork）的简称，遵从国际标准ISO11898。在MDC产品中主要用于车控命令下发、传感器接入（毫米波雷达、超声波雷达、组合定位模块、智能摄像头等）。MDC610对外出12个CAN接口，既可以配置为CAN模式（典型速率500kbps），也可以配置成CANFD模式（典型速率2Mbps）。MCU有3个接口用于线控（CAN0-2）。MDC610对外CAN接口拓扑如图1-2-8所示。图1-2-8MDC610对外CAN接口拓扑示意图MDC610以太接口方案车载以太网是一种用于连接车内电子单元的以太技术，车载以太网在一对非屏蔽双绞线上可实现10Mbit/s~25Gbit/s的传输速率，同时还满足汽车行业对高可靠性、低电磁辐射、低功耗、低延迟以及同步实时性等方面的要求。在MDC产品中，车载以太网主要用于激光雷达的接入、与车载网关通信等场景。MDC610对外出8个车载以太接口，按最大支持速率分类如下：100Base-T1：2个100Mbps端口（A1/A2）。1000Base-T1：6个1000Mbps端口（A3/A4/B1~B4），可配置为100Mbps。MDC610车载以太拓扑如图1-2-9所示。图1-2-9MDC610车载以太拓扑示意图MDC610视频接口方案视频数据传输所用LVDS（LowVoltageDifferentialSignaling）是一种高速串行接口，适用于视频、音频和控制信号的传输，使用50Ω同轴电缆（COAX）或100Ω屏蔽双绞线（STP）电缆时的距离可达15m或更长。LVDS根据不同厂家的方案分为GMSL（MAXIM）、FPDLINK（TI）和Clockless（ROHM）等协议。MDC610支持14路视频输入，如下：视频输入：支持最多4路4k@30Hz和10路2k@30HzCamera接入，当前可以支持GMSL或Clockless协议；POC供电：MDC610通过POC（PowerOverCoax）给Camera供电，供电电压约11V，电流最大为250mA（其中1路支持DMS的端口提供电流≥500mA）；视频输出：支持2路视频输出，可以支持GMSL或FPDLINK协议。MDC610视频接口拓扑如图1-2-10所示。图1-2-10MDC610视频接口拓扑示意图MDC610硬件平台技术规格MDC610传感器接口MDC610是华为推出的智能驾驶计算平台，它提供了丰富的标准化传感器接口，支持多种传感器的接入，包括摄像头、激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达等，以覆盖大部分智能驾驶场景对传感器的需求。MDC610传感器接口说明见表1-2-2。表1-2-2MDC610传感器接口规格项目参数描述车载以太接口提供8路车载以太网口，其中3路100BASE-T1/1000BASE-T1可配置，3路1000Base-T1，3路100BASE-T1。可以根据系统需求接入车载网关、激光雷达、毫米波雷达等。CAN接口提供12路CAN/CAN-FD接口，速率可配，最高速率为5Mbps（唤醒CAN当前为2Mbps）。可以根据系统需求接入毫米波雷达、超声波雷达、车控信号（其中1路支持唤醒）、组合定位等。摄像头接口提供14路LVDS（GMSL/Clockless可选）的摄像头接口，支持RawData输入。MDC610对外提供11V电源给摄像头，每路摄像头电流要求小于250mA（峰值电流300mA）。显示接口提供2路LVDS（GMSL/FPDLINK可选）视频输出接口，用于支持360环视、哨兵模式、流媒体后视镜等应用。GPIO提供3个GPI和2个GPO，其中GPO输出电流不大于5mA。PPS输入支持1路PPS信号输入，用于系统时间同步，可接受电平为12V。PPS输出提供1路12V的PPS信号输出，用于调试阶段LiDAR的时间同步，量产时去掉。RS232串口提供2路RS232串口，分别用于组合定位（GPS/IMU）的解算数据接入、输出给激光雷达（或者转接盒）的时间同步，用于调试阶段，量产时去掉。MDC610整机规格表1-2-3为MDC610平台的整机规格说明。表1-2-3MDC610平台整机规格规格项目参数描述（液冷）参数描述（风冷）散热方式液冷风冷散热（左右风道）工作温度-40℃~85℃-40℃~80℃存储温度-40℃~95℃尺寸<300.0x200.0x45.0mm（不包含安装挂耳、不包含面板连接器、不包含进出水管）300.0x200.0x85.0mm（不包含安装挂耳、不包含面板连接器）防水等级IP67不低于IP52噪声（风冷）/约30dBA（常温）重量≤4.0kg（不含液冷工质重量）≤5.0kg出线方案单向出线设计寿命10年或20万公里，以先到为准MDC610计算能力MDC610计算能力说明见表1-2-4。表1-2-4MDC610计算能力说明规格项目参数描述SoC算力AI算力：200Tops@int8CPU通用算力：200KDMIPS内置内存LPDDR4×24GB，内存最大访问带宽204GB/s内置存储128GBMCU6*Cores/4*Checkers@300MHzMCU内置存储ProgramFlash：16MBDataFlash：512KBEMEM：TCM:2MB+XCM:2MBMDC610电源规格整车通过低速连接器向MDC610提供2路独立的12V电源，一路电源连接电池，一路电源备份。当其中一路电源输入故障时，MDC610可以继续使用另一路电源。电源系统关键特性见表1-2-5。电源系统超出线缆和连接器的设计规格，可能造成接口、甚至设备损坏。表1-2-5MDC610电源关键特性说明规格项目参数描述电压范围DC9~32V功耗典型值：约100W（常温，不包含Camera功耗）最大电流25A@8V（瞬态最大电流）备份方式1+1备份MDC610部署及安装步骤MDC610（风冷）散热规格特性说明MDC610采用风冷散热方式，连接器和风扇不支持防水，风道如图1-2-11所示。图1-2-11MDC610（风冷）风道示意注意：MDC610（风冷）应用时，风道前后不能遮挡；实验室应用时，环境温度不超过80摄氏度即可正常运行，但高温时风扇噪音会迅速增大。进风温度超过50摄氏度后，系统所需最小风量迅速增加，特性曲线如图1-2-12所示。MDC610（风冷）散热规格特性说明见表1-2-6。图1-2-12MDC610（风冷）进风温度与风量的关系（仅供参考）表1-2-6MDC610风冷散热规格工作温度支持-40~80℃环境温度风量要求风冷系统最小能支持75CFM的风量噪声约30dBA（常温）MDC610盒体尺寸及安装空间尺寸MDC610（液冷）盒体尺寸：≤300*200*45mm（不包含安装挂耳、不包含面板连接器）；MDC610（液冷）安装空间尺寸：400*300*50mm（盒体前面板走线空间≥100mm，盒体右侧面液冷管道空间≥80mm）。MDC610（液冷）的推荐安装空间尺寸是400mmx300mmx50mm，如图1-2-13所示。盒体前面板的走线空间≥100mm。图1-2-13MDC散热安装空间尺寸注意：MDC610的最高工作环境温度≤85℃，请确保所处环境温度不超过85℃。MDC610不能安装在密闭空间内，所处空间一定要和驾驶舱空气流通，形成空气循环。MDC整机安装与拆卸背景信息MDC610的风冷单系统盒体尺寸是300mmx200mmx85mm，为了预留线缆弯曲和维护操作空间，推荐安装空间为400mmx300mmx100mm。注意事项请将MDC610水平安装。请安装于非封闭空间，整机和车内空气循环系统连通。请确保安装现场无液体试剂，液体试剂会造成设备短路损坏。为防止发生盐雾渗漏现象或者因淋雨、滴水等导致设备进水，损坏MDC610硬件设备，MDC610需根据实际情况安装于机柜内或施加防护罩保护，机柜与防护罩的详细介绍请参见机柜与防护罩介绍。MDC部署位置：乘员舱或后备箱MDC作为自动驾驶核心控制单元“大脑”，从安全可靠性的维度考量，推荐MDC部署在相对“舒适区”的乘员舱或后备箱内。MDC推荐部署位置包括：中控台内或下方、乘员舱座位底下、副驾脚踏区、后备箱。MDC推荐部署位置如图1-2-14所示。图1-2-14MDC推荐部署位置MDC610配套部件及适配传感器种类转接盒MTB310介绍MTB310转接盒可实现车载以太网接口与通用以太网接口的转换，通常用于连接MDC610系列设备与激光雷达等其他通用以太设备。由于当前部分商用的激光雷达是通用以太接口，而MDC610系列设备是车载以太接口，所以需要通过MTB310转接盒将通用以太接口转换为车载以太接口，同时转发GPRMC（GlobalPositioningRecommendedMinimumSpecificGPS/TRANSITData）和PPS（PulsePerSecond）实现激光雷达的配置和时间同步，让MDC610系列设备适配多种场景。MTB310转接盒的典型组网方案如图1-2-15所示。图1-2-15典型组网MTB310转接盒的外观如图1-2-16和图1-2-17所示。图1-2-16MTB310转接盒前视图图1-2-17MTB310转接盒后视图MTB310转接盒的对外接口如图1-2-18所示，图中的圆圈序号表示通用以太网连接器和四合一车载以太网连接器的端口内部对应关系。图1-2-18MTB310转接盒面板图MTB310接口说明见表1-2-7。表1-2-7MTB310接口说明序号连接器名称连接器说明1低速连接器1提供4路激光雷达时间信息和时间同步，用于对接激光雷达。2通用以太连接器提供8个通用以太网（100BASE-TX/1000BASE-T）接口，用于对接激光雷达或其他通用以太接口设备。3-1四合一车载以太连接器B提供8路车载以太信号，用于对接MDC。默认提供3路车载以太1000BASE-T1接口（端口3、4、8）和5路车载以太100BASE-T1接口（端口1、2、5、6、7），其中，接口速率可以通过低速信号接口2的Config_ID模块进行配置，最大可支持8路1000BASE-T1。3-2四合一车载以太连接器A4低速连接器2接收MDC提供的时间信息和时间同步，用于对接MDC。另外，Config-ID模块可以配置车载以太接口的速率。转接盒MTB310技术规格MTB310转接盒关键技术规格，见表1-2-8。表1-2-8MTB310转接盒关键规格规格项目参数描述车载以太接口提供8路车载以太接口，用于对接MDC：3路1000BASE-T1+5路100BASE-T1通用以太接口提供8路通用以太接口，用于对接激光雷达（Lidar）等其他通用以太设备，支持1000BASE-T协议和100BASE-TX协议系统同步接口支持时间同步信号转发：以MDC为时间同步信号源，通过转接盒将PPS转发给4个LiDAR。支持3.3V、5V和RS232三种电平的PPS支持时间信息转发：以MDC为时间信息信号源，通过转接盒将时间信息分发给4个LiDAR（电平为RS232）最大功耗12W（max）电源输入DC12/24V（9V~32V）工作温度-20℃~+60℃存储温度-40℃~+85℃散热方式自然散热防尘防水等级IP40出线方案双向出线尺寸188*122*41mm（长*宽*高）重量约1kgMDC610调试线缆MDC610提供如下线缆用于实验室调测：表1-2-9MDC610调试线缆大类小类详细数量主机MDC610主机MDC610主机1MTB310主机MTB310主机1线缆低速信号线缆MDC610上的低速信号线缆，包括2路12V电源、12路CAN的接入等，长度1m1车载以太线缆车载以太线缆，用于MDC610与MTB310以太，1个四合一端口对1个四合一端口，长度1m2摄像头线缆摄像头线缆，1个四合一端口转为4个单端口，长度为1m或15m4转接盒电源线转接盒电源线，长度0.5m1ACC