任务4.2 消息接口及数据通路介绍-课件

主讲老师：李锋消息接口及数据通路介绍项目4：智能驾驶应用开发与测试任务4.2《车载计算平台技术与应用》目录任务导入AssignmentINTRO学习目标LearningobjectivesCONTENTS0102知识准备Backgroundknowledge03课堂总结Classroomsummary0504课堂小测ClassroomquizzPART01任务导入AssignmentINTRO任务导入在智能网联汽车技术领域，执行器和传感器是实现车辆智能化的关键组件。在将执行器和传感器接入MDC平台时，如何理解和应用执行器和传感器的数据通路及消息接口？并通过时间同步机制确保数据的一致性和准确性？MDC时间同步总体介绍PART02学习目标Learningobjectives学习目标素质目标学习时间同步机制，培养学生的逻辑思维能力；积极激发学生的创新潜能，培养其成为创新驱动型人才。能力目标能讲解执行器和传感器的接入流程[K45]；能讲解信息同步机制[K46]。知识目标了解执行器和传感器数据通路基础[K53]；了解接入服务应用流程[K54]；熟悉时间同步机制[K55]。PART03知识准备Backgroundknowledge思政专栏随着智能汽车技术的升级，对传感器的需求也在增加，奥迪威自主研发的AKⅡ车载超声波测距传感器达到行业先进水平，能满足功能安全要求并适配AVPL2以上自动驾驶等级，可达到单款传感器实现UPA和APA多功能切换，集成短距离和长距离雷达的功能，具备测距更远、盲区更小、可编码调制以减小干扰、自适应阈值、满足功能安全（ASILB）级的技术优势，符合高度集成化、智能化、小型化的技术发展方向，非常匹配新能源汽车智能驾驶系统，且已可实现批量交付。AKⅡ车载超声波传感器奥迪威：公司自研AKⅡ车载超声波传感器已可批量交付思政专栏奥迪威披露2024年半年度传感器和执行器营业收入分别增长了36.79%和25.88%，这一增长得益于技改投入、生产效率提升、订单增加以及新产品的推出。通过技术创新和产品研发，奥迪威能够实现快速增长，体现了创新是引领发展的第一动力。企业紧跟市场需求，研发适应自动驾驶技术的传感器和执行器，展现了市场需求对企业发展的重要性，奥迪威的成功案例对其他企业在智能驾驶领域的发展有何启示？智能驾驶传感器布置奥迪威：公司自研AKⅡ车载超声波传感器已可批量交付一、执行器和传感器数据通路概览MDC平台采用液冷方式散热，主要支持三类连接器，包括低速连接器、车载以太连接器、摄像头连接器。1.传感器硬件连接示意图传感器硬件连接示意图一、执行器和传感器数据通路概览MDC支持多种传感器接入包括CANFD、UART、GMSL和以太接口。2.执行器与传感器的数据通路概览（1）多种传感器接入执行器和传感器数据通路一、执行器和传感器数据通路概览CAN类的传感器（Actuator、Radar、GPS/IMU）首先会接入MCU，经过MCU处理后，通过someIP的形式发布到CM（分布式通信网络）上。2.执行器与传感器的数据通路概览（1）多种传感器接入CAN接口一、执行器和传感器数据通路概览GMSL类的传感器（camera）通过ISP处理后，最后经过PCle连接到Host上，发布到CM上。2.执行器与传感器的数据通路概览（1）多种传感器接入GMSL接口一、执行器和传感器数据通路概览以太类的传感器（Liadar、Eth-camera）首先连接到LSW（局域网交换机）上，通过LSW把Host和Mini连接到一起，消息处理后同样发布到CM上。2.执行器与传感器的数据通路概览（1）多种传感器接入以太接口一、执行器和传感器数据通路概览MDC支持多种传感器输出协议，包括DDS（DataDistributionService）和SOME/IP（ScalableService-OrientedMiddlewareoverIP）协议。2.执行器与传感器的数据通路概览（2）多种传感器输出以太接口一、执行器和传感器数据通路概览抽象模式是指传感器数据接入SOC后，按照MDC北向接口定义的消息格式，进行映射后，以topic形式发布到CM。二次开发从CM订阅topic。抽象模式是APP开发者使用起来最方便的模式，但对于不支持传统模式的传感器，则需要透传模式。3.二次开发界面（1）抽象模式二次开发界面一、执行器和传感器数据通路概览对于没有支持的传感器型号，用户可按照MDC定义的接口自行新增抽象，可以通过网络协议栈或者MCU透传，发布到CM上的消息订阅，做新增抽象。因为APP仍然从CM上订阅该消息，所以当传感器的型号或者底层代码变更时，APP的处理逻辑不需要变更。3.二次开发界面（2）透传模式一（新增抽象）二次开发界面一、执行器和传感器数据通路概览该模式是指传感器接入SOC后，用户可以根据自己的需求处理传感器数据。3.二次开发界面（3）透传模式二（用户自定义）二次开发界面一、执行器和传感器数据通路概览MDC平台目前支持的传感器类型，如表，该列表MDC目前仍然在更新，新增支持的传感器型号可以通过官网查询。4.支持的传感器类型序号传感器类型数据透传模式支持的传感器型号1LIDAR禾赛Pandar40P2GPS/IMUNovatelPP6D/PP7D、导远570D3RADAR大陆ARS408-214USS无5cameraentron_ar0231、hongiing_imx390、leopard_ar0231_isp、leopard_ar0820、wissen_imx390、jinghua_imx490_isp、jinghua_ar0233_isp、huawei_imx390、sensing_ar0233_isp、sensing_ar0233、sensing_imx390_isp、sensing_imx490_isp、nandou_ov10640_isp二、执行器和传感器接入服务应用流程首先要将需要开发的传感器接入到MDC300上，做相应的配置。1.传感器/执行器接入配置LIDAR型号及接入场景配置组合定位接入场景配置RADAR型号及接入场景配置Camere型号及接入场景配置执行器型号及接入场景配置阶段二、执行器和传感器接入服务应用流程接着进入代码开发阶段，用Arxml生成代码框架，然后通过CM订阅传感器数据，订阅到数据后则开始聚焦业务数据的处理。2.代码开发配置LIDAR型号及接入场景配置组合定位接入场景配置RADAR型号及接入场景配置Camere型号及接入场景配置执行器型号及接入场景代码开发Arxml生成代码框架订阅传感器数据AI业务数据处理代码开发阶段二、执行器和传感器接入服务应用流程通过MDS工具编译代码，进行本地或在线运行。3.编译运行配置LIDAR型号及接入场景配置组合定位接入场景配置RADAR型号及接入场景配置Camere型号及接入场景配置执行器型号及接入场景代码开发Arxml生成代码框架订阅传感器数据AI业务数据处理编译运行编译运行阶段二、执行器和传感器接入服务应用流程通过Mviz等工具进行可视化调试，针对不同的传感器。4.可视化调试配置LIDAR型号及接入场景配置组合定位接入场景配置RADAR型号及接入场景配置Camere型号及接入场景配置执行器型号及接入场景代码开发Arxml生成代码框架订阅传感器数据AI业务数据处理编译运行可视化调试可视化调试阶段三、MDC时间同步机制时间同步应用场景：智能驾驶应用基于同一时刻的传感器数据进行融合和决策规划：（1）智能驾驶技术的实现，涉及到感知、规划、执行三个层面。由于车辆行驶在未知动态环境中，需要事先构建出环境地图并在地图中进行自我定位，这其中涉及到各传感器数据的精确时间同步。1.时间同步在智能驾驶的应用智能驾驶平台感知、融合、规划TimemasterSensor2TimeslaveSensor1TimeslaveSensor3Timeslave传感器时间同步三、MDC时间同步机制（2）通过设置唯一的时钟主机（Timemaster）给各类传感器（Timeslave）提供相同的基准时间。需要根据提供的基准时间校准各自的时钟时间，实现时间同步。最后根据校准后的时间为采集数据加上时间戳信息。如图，在T1时刻，sensor2产生了一个数据，基于时间同步（统一时间基准），查找对应时刻的sensor1和sensor3的数据，而实际查找的方式就是找出与sensor2时间差最近的传感器数据包。1.时间同步在智能驾驶的应用传感器基准时间三、MDC时间同步机制GNSS作为全局时间源，在实际业务应用中仍有难以克服的困难和问题。MDC设计了管理面时间（UTC）和数据面时间（智能驾驶时间）独立的双时钟模式，以确保智能驾驶时间的高精度、低延迟、长稳定。MDC内部节点支持管理面时间和数据面时间的同步。2.MDC时间同步总体介绍MDC时间同步总体介绍三、MDC时间同步机制GNSS-CLK管理面时钟为绝对时间，跟随现实世界UTC时间（存在时钟跳变），当GNSS时间可用时，与GNSS时间同步，当GNSS时间不可用时，则依赖板载晶振自运行。GNSS-CLK提供给不参与智能驾驶算法计算的节点（如维测、日志等）使用，内部命名为管理面时钟。2.MDC时间同步总体介绍MDCGNSS-CLK管理面时间组合导航（GNSS+IMU）UART/CAN+PPSGNSS-CLK管理面三、MDC时间同步机制OS-CLK数据面时钟为相对时间，SOC系统时钟，完全依赖板载晶振自运行，为了避免时钟跳变，不与GNSS时间同步。OS-CLK提供给参与智能驾驶算法计算的节点（如传感器等）使用，内部命名为数据面时钟。2.MDC时间同步总体介绍MDCOS-CLK数据面时间毫米波雷达UART+PPS激光雷达（支持TSN）激光雷达（不支持TSN）摄像头ETH+gPTPCAN+TimeStampGMSL+TimeStampOS-CLK数据面三、MDC时间同步机制INS和MDC通过PPS+GPRMC方式进行UTC时间同步，INS作为TimeMaster，MDC作为TimeSlave。3.MDC与GPS（INS）时间同步TimeMasterTimeSlaveINS组合导航（GNSS+IMU）MDCPPSGPRMCMDC与GPS（INS）时间同步三、MDC时间同步机制推荐使用该方式。MDC和激光雷达通过以太网络连接，采用gPTP协议。MDC和激光雷达同步的是数据面时间；时间同步精度为250us；cMDC和激光雷达定期（默认为125ms）进行时间同步，激光雷达实时更新时间。4.MDC与激光雷达的时间同步（1）通过gPTP协议同步时间TimeMasterMDCTimeSlave激光雷达（支持TSN）通过gPTP协议同步时间方式1：ETHgPTP(推荐）三、MDC时间同步机制不推荐使用该方式。MDC和激光雷达通过PPS秒脉冲+GPRMC时间数据，组成GPS时间同步方式；MDC和激光雷达同步的是数据面时间；时间同步精度为1ms；实现机制和INS同步UTC时间类似。4.MDC与激光雷达的时间同步（2）通过MDCPPS（秒脉冲）+GPRMC方式同步TimeMasterMDCTimeSlave激光雷达（不支持TSN）通过MDCPPS（秒脉冲）+GPRMC方式同步方式2：MDCPPS+UART三、MDC时间同步机制MDC和摄像头通过GMSL连接，MDC定时发送触发信号给摄像头，摄像头实时基于触发信号调整曝光时刻（外触发模式）；相机内无法直接记录时间戳，因此相机不采用时间同步的方式，ISP收到完整图像时，在消息头中记录该时刻，其中时刻为数据面时间；抽象或者智能驾驶应用收到的图像的报文时，在消息结构体中可获取对应的ISP接收到完整图像的时刻。5.MDC与摄像头的时间同步MDC与摄像头时间同步方式三、MDC时间同步机制MDC和毫米波雷达的连接通路为CAN总线，通常毫米波雷达不支持通过报文进行时间同步；毫米波雷达发送数据到MDC，MDCCAN驱动收到报文后打上接收本地数据面时间戳；MDC运行的传感器抽象针对CAN链路时延，对毫米波雷达的数据进行时延补偿。6.MDC与毫米波雷达的时间同步MDC与毫米波雷达时间同步方式三、MDC时间同步机制为了兼容各场景，MDC提供按需实现数据面时间对齐管理面时间的命令行工具，方便智能驾驶应用在不影响智能驾驶的场景下，使数据面时间尽量接近管理面时间。命令行工具是按需触发或调用，实现数据面时间更新为管理面时间。7.MDC数据面和管理面时间的对齐管理面时间GNSS-CLKMDC命令行工具命令行工具数据面时间OS-CLK三、MDC时间同步机制为了后续数据面时间尽量贴近管理面时间，除了时间对齐外，还需要实现MDC数据面PPS的相位和INS（GPS）PPS相位对齐。如管理面时间和GPS尚未同步过，触发对齐后数据面仍然为非UTC时间触发对齐时，数据面时间可能会存在跳变，建议在非智能驾驶场景下触发。可监控管理面和数据面时间的偏差，超过偏差值后，可触发再次对齐。7.MDC数据面和管理面时间的对齐管理面时间更新到数据面时间管理面时间数据面时间GNSS-CLKMDCINSPPSMDC数据面PPSOS-CLKMDCPPS和INSPPS相位对齐PART04Classroomquizz课堂小测课堂小测1)MDC平台中，GMSL类的传感器（如camera）是如何连接到Host并发布到CM上的？（）。(单选)A) 直接通过以太网连接到HostB) 经过ISP处