车载以太网软件架构研究

摘要

近年来许多创新在汽车环境下得到迅速推进，为了满足车载网络环境带宽和低延迟等需求，业界计划将以太网作为下一代的车载骨干网络。但由于车载环境的特殊性，传统的标准以太网不能直接应用在车辆上。车载以太网标准化组织从物理层和链路层提出了许多技术建议去解决该问题，其中包括使用时间触发以太网来作为车辆的骨干网络。 时间触发以太网主要位于车载以太网的链路层。这些年国内外许多研究机构和公司开展了时间触发以太网的研究工作，包括时间同步的方式和资源调度的算法，同时也开始将该技术应用在自动驾驶汽车上。 本文基于以上背景，研究了时间触发以太网软件层的关键技术，并对车载环境的设备进行了一定的了解，提出了软件架构的设计与实现方案。本课题硬件基于教研室研制的FPGA开发板，在Linux系统上设计时间触发以太网终端设备驱动和上层应用程序，完成了驱动的内存分配方案设计，以及上层软件和底层硬件数据交互的工作。 过去时间触发以太网测试中，大多采用每个终端上搭配一个应用程序。本文提出一种测试方案，编写并利用总控制台应用软件对整个时间触发以太网环境进行测试。这种方式下的测试能节省不少人力和物力资源，特别是在多交换机多终端的环境下更具有使用价值。 最后连接时间触发以太网交换设备搭建网络环境，模拟车载环境下大规模的数据交互，从而得到测试结果，从性能和可靠性的角度分析时间触发以太网对车载以太网的改善和影响，证实本次研制的时间触发以太网终端设备可以运用于车载以太网环境，未来可以进一步展开这方面的研究工作。文章的最后总结了现阶段下本文工作和今后的研究方向。

目录

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缩略词表

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究目标与内容

1.4 本论文的组织结构

第二章 车载以太网及时间触发以太网相关技术

2.1 车载以太网概述

2.1.1 车载以太网的主要技术

2.1.2 车载以太网拓扑

2.1.3 AUTOSAR软件架构概述

2.2时间触发以太网概述

2.2.1 时间触发以太网的发展进程

2.2.2 数据传输业务

2.2.3 时间同步技术

2.2.4 消息调度表

2.3 自动驾驶汽车概述

2.3.1 自动驾驶汽车基本原理

2.3.2 自动驾驶与时间触发以太网

2.4 本章小结

第三章 车载以太网软件架构设计

3.1 应用层车载环境的模拟方案

3.2 设备介绍

3.2.1 TTE交换机底层硬件

3.2.2 TTE节点卡底层硬件

3.3 软件方案初步设计

3.3.1 TTE终端节点软件任务分析

3.3.2 总控制计算机软件任务分析

3.4 本章小结

第四章 终端节点与总控制台具体实现

4.1 驱动设计

4.1.1 初始化模块

4.1.2 数据收发与中断

4.1.3 控制模块与时间同步模块

4.2 TTE终端应用软件设计

4.2.1 ET和TT消息收发模块

4.2.2 实时消息参数配置模块

4.3 总控制台应用程序设计

4.3.1 界面与功能

4.3.2 拓扑模块

4.3.3 通信模块

4.4 本章小结

第五章 环境搭建与测试

5.1 环境搭建与基本功能测试

5.1.1 硬件环境介绍

5.1.2 软件基本功能与非实时消息测试

5.2 实时消息测试

5.2.1 数据配置与时间同步

5.2.2 实时数据收发测试

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 未来的工作与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果