陳洋 杜彬 王學棟

【摘? 要】文章設計的協(xié)議方案通過建立虛擬設備節(jié)點的處理方式，在多個處理器、多臺車輛接入通信時，在保證傳輸效率與正確性的同時，還能夠顯著降低代碼量，提升代碼復用率，大幅降低維護成本，提高車輛通信的服務品質(zhì)。

【關(guān)鍵詞】車聯(lián)網(wǎng);板級通信協(xié)議;虛擬設備節(jié)點;高效通信

中圖分類號：U463.6? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1003-8639（ 2024 ）05-0057-02

An Efficient Communication Method Between Board Level Multiprocessors

CHEN Yang，DU Bin，WANG Xuedong

（Shaanxi Tianxingjian Car Networking Information Technology Co.，Ltd.，Xi'an 710200，China）

【Abstract】The protocol scheme designed in the article establishes a processing method for virtual device nodes. When multiple processors and vehicles are connected to communication，while ensuring transmission efficiency and correctness，it can significantly reduce code volume，improve code reuse rate，significantly reduce maintenance costs，and improve the service quality of vehicle communication.

【Key words】internet of vehicles;board level communication protocol;virtual device nodes;efficient communication

作者簡介

陳洋，男，助理工程師，嵌入式開發(fā)工程師;杜彬，男，工程師，主要從事車聯(lián)網(wǎng)終端產(chǎn)品項目管理及規(guī)劃工作;王學棟，男，助理工程師，主要從事車聯(lián)網(wǎng)終端項目開發(fā)、管理工作。

目前車載智能網(wǎng)聯(lián)設備的主控方案大多都是由強實時性的MCU、高性能的SOC、聯(lián)網(wǎng)模組構(gòu)成，這些主控模塊均都有數(shù)據(jù)處理能力。在處理如GPS、傳感器、CAN網(wǎng)絡設備等外設的信息時，現(xiàn)有的通信協(xié)議中大部分情況都是通過定義命令碼來實現(xiàn)。當設備和命令碼越來越多的時候代碼量會急劇增加且后期不易維護，在交互過程中保證數(shù)據(jù)的傳輸效率與正確性是尤為重要的。

當前隨著互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，車輛已經(jīng)不再是簡單的代步工具，而是逐漸演變?yōu)榧瘖蕵放c交通一體的智能交通產(chǎn)品，使得車輛的應用通信數(shù)據(jù)相比以前成倍增加。另外，由于公路網(wǎng)上車輛密度的影響，通信基站對數(shù)據(jù)的承載能力也是不同的，當數(shù)據(jù)處理能力跟不上使用者的預計時，就會讓使用者體驗感下降。

1? 系統(tǒng)方案

1.1? 方案說明

本文設計一種板級多處理器間高效的通信協(xié)議，在協(xié)議中根據(jù)通信需求創(chuàng)建虛擬設備節(jié)點，優(yōu)化以往定義命令碼的方式，當不同設備之間通信時，通過這層協(xié)議使得不同設備之間存在相同屬性的虛擬設備，不僅大幅度降低了維護難度，還提高了智能網(wǎng)聯(lián)設備間數(shù)據(jù)交互的準確性及數(shù)據(jù)品質(zhì)，為車輛安全保駕護航。

1.2? 方案實現(xiàn)

本技術(shù)方案的通信是基于數(shù)據(jù)通道實現(xiàn)的，每個通道都有一個唯一的名稱和一個與之相關(guān)聯(lián)的消息類型，每個通道代表了一種虛擬外設。通信協(xié)議中的各對象又分為消息發(fā)布者與消息訂閱者，發(fā)布者指將消息發(fā)送到特定通道以供訂閱者接收的單位，訂閱者則指從數(shù)據(jù)總線上接收特定通道消息的單位。數(shù)據(jù)總線上各對象關(guān)系如圖1所示。

每條完整的數(shù)據(jù)消息由標識位、發(fā)送通道、操作類型、接收通道、數(shù)據(jù)長度、數(shù)據(jù)內(nèi)容和校驗碼組成，其中需要傳送的消息體位于數(shù)據(jù)內(nèi)容段。通信協(xié)議在對數(shù)據(jù)幀處理時采用分層處理，分為數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層及應用層協(xié)議3部分，每層負責的功能如下。

1）數(shù)據(jù)鏈路層。主要負責數(shù)據(jù)幀發(fā)送、數(shù)據(jù)幀接收及數(shù)據(jù)的完整性校驗。數(shù)據(jù)幀的發(fā)送與接收依靠當前芯片的通信口實現(xiàn)，協(xié)議中預留了解耦后的數(shù)據(jù)收發(fā)接口，使用時需要將實際的物理硬件接口驅(qū)動添加到該接口中，如UART的收發(fā)接口、SPI的收發(fā)接口等;數(shù)據(jù)幀完整性校驗通過提取數(shù)據(jù)幀中的標識位、數(shù)據(jù)長度、CRC16校驗碼來保證;校驗無誤后，數(shù)據(jù)鏈路層將數(shù)據(jù)幀傳送給網(wǎng)絡層。

2）網(wǎng)絡層。主要負責數(shù)據(jù)幀中數(shù)據(jù)內(nèi)容的路由及虛擬設備節(jié)點的管理。數(shù)據(jù)向上路由即為訂閱者收取訂閱消息的過程，向下路由即為發(fā)布者向消息總線發(fā)布消息的過程。

設計時預留了虛擬設備節(jié)點的添加接口，添加后程序在運行時，網(wǎng)絡層協(xié)議根據(jù)數(shù)據(jù)幀中的操作類型管理虛擬設備節(jié)點的打開、關(guān)閉以及多處理器之間虛擬設備節(jié)點間數(shù)據(jù)鏈路的暢通。

在虛擬設備節(jié)點之間的數(shù)據(jù)鏈路建立成功后，對應用層而言，網(wǎng)絡層需要根據(jù)數(shù)據(jù)幀中的發(fā)送通道和接收通道將數(shù)據(jù)內(nèi)容段的數(shù)據(jù)分發(fā)到不同的虛擬設備節(jié)點中進行緩存;對數(shù)據(jù)鏈路層而言，網(wǎng)絡層需要根據(jù)應用層協(xié)議的發(fā)送需求將打包好的數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)鏈路層進行發(fā)送。

3）應用層協(xié)議。主要負責對數(shù)據(jù)內(nèi)容的解包、打包，通過對這段數(shù)據(jù)的解析即可明確這條消息體需要實現(xiàn)的具體功能。應用層協(xié)議可以根據(jù)項目需求進行高度自由化定義，比如添加CAN總線消息的處理協(xié)議包、物聯(lián)網(wǎng)設備的通信協(xié)議包，或是自定義解析協(xié)議到當前的應用層協(xié)議中統(tǒng)一進行管理。這些協(xié)議會與網(wǎng)絡層的虛擬設備節(jié)點緩存區(qū)的操作接口進行連接。

1.3? 方案有益效果

使用本方案多處理器間的通信協(xié)議，首先解耦了硬件與軟件的數(shù)據(jù)收發(fā)接口;其次通過數(shù)據(jù)路由功能將數(shù)據(jù)發(fā)送給指定的虛擬設備，可以提高設備間的通信效率，保證數(shù)據(jù)傳輸準確性、穩(wěn)定性與數(shù)據(jù)安全等;最后應用層協(xié)議的高度自由化定義使協(xié)議的擴展能力更強。

2? 實際應用

2.1? 當本通信協(xié)議應用到板級多處理器之間時

多處理器間通信架構(gòu)如圖2所示，圖中共有3個處理器，3個處理器之間的通信鏈路使用物理通道，如SPI、UART等接口進行連接，在每個處理器中協(xié)議的網(wǎng)路層會根據(jù)項目需求虛擬出所有相關(guān)的處理器接口，對其狀態(tài)統(tǒng)一進行管理。

2.2? 當本通信協(xié)議應用到車與車之間時

多車輛間通信架構(gòu)如圖3所示，圖中共有3輛車，當車輛之間需要進行數(shù)據(jù)交互時，3輛車之間的通信鏈路使用車際網(wǎng)絡進行連接，在每臺車輛內(nèi)部中控的網(wǎng)路層會虛擬出所有相關(guān)的車輛，這樣就可以方便地對每臺車輛的信息進行管理。

3? 結(jié)束語

本方案將處理器之間通信協(xié)議分為3層，每一層之間都通過解耦后的接口進行連接。網(wǎng)絡層中的虛擬設備節(jié)點技術(shù)及應用協(xié)議層包管理方式，可以使多處理器、多設備、多車輛之間僅靠同一套通信協(xié)議就可以快速實現(xiàn)數(shù)據(jù)互通。

參考文獻：

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（編輯? 楊凱麟）

收稿日期：2023-09-05