一种采样与传输监控电路、模组、通信芯片、车辆及方法与流程

文档序号:31054011发布日期:2022-08-06 10:24阅读:46来源:国知局

1.本发明属于智能车辆电控技术领域,尤其涉及一种采样与传输监控电路、模组、通信芯片、车辆及方法。


背景技术:

2.智能产品的电子线路日趋复杂,对其故障诊断和维护有了更高的要求;特别是一些有人类参与其中的系统,如智能车辆,系统的安全性有着举足轻重的作用。智能产品往往包括多个板卡、模块或带有处理器的子系统,子系统之间往往由通信网络连在一起;如何在现有高等级子系统的基础上达成全局的高等级安全性,从而降低系统性失效和随机硬件失效的概率,是一个亟待改进的技术问题。


技术实现要素:

3.本发明公开了一种采样与传输监控电路、模组、通信芯片、车辆及方法;相关的电路采用网络互连的多个处理单元实现了分级的信号采样与传输监控;其中,高等级的监控电路通过通信线路或信道与低等级的电路相连,在本发明实施例公开的电路结构下,分布于不同板卡、芯片或产品上的低安全等级电路与分布于主控单元的电路具备了相同的安全等级或设计等级。
4.其中,本发明实施例公开的信号采样与传输监控电路,包括第一处理单元、第一通信单元、第二处理单元及第一调理单元。
5.分置于不同板卡、芯片或设备上的第一处理单元与第二处理单元经由第一通信单元建立信号传输通道;第二处理单元至少包括一组信号采集控制电路;该信号采集控制电路响应第一处理单元经由第一通信单元发来的指令,并向第一调理单元发送第一监控信号。
6.进一步地,第一调理单元包括至少一组信号调理电路;该信号调理电路响应第一监控信号并向信号采集控制电路返回第二监控信号。
7.具体地,其信号采集控制电路在第二监控信号的调度下与至少一组输入信号端电连接和/或通信连接;从而将分置于不同板卡、芯片或设备上的第一处理单元与第二处理单元经由第一通信单元互连为关联的整体。
8.进一步地,第二处理单元还可包括至少一组第一信号采集电路;并使得系统的输入信号端与第一信号采集电路电连接和/或通信连接。
9.进一步地,第二处理单元还可包括至少一组第一调度电路;该第一调度电路响应第一处理单元经由第一通信单元发来的指令,并向第一调理单元发送第一监控信号。
10.进一步地,输入信号端可包括至少第一端口和第二端口或进一步包括第三端口;其中,第三端口可连接到的信号可包括接地信号、零电平信号或其它参考信号。
11.进一步地,第二端口可接收所述第一端口的冗余信号,为进一步提升系统的可靠性提高保障。
12.进一步地,信号采集控制电路还可包括至少一组第二通信单元;第一信号采集电路经由该第二通信单元采集来自输入信号端的信号和/或与该输入信号端电连接和/或通信连接。
13.进一步地,第一信号采集电路可包括至少一组模数转换电路,即adc(analog to digital converter);并使得该adc与输入信号端电连接和/或通信连接。
14.进一步地,第一调度电路还可至少包括一组pwm(pulse width modulation)脉宽调制电路;并使得该pwm电路与信号调理电路电连接和/或通信连接。
15.进一步地,第一调度电路还可至少包括两组pwm电路;并使得该pwm电路采用不同的占空比dcl(duty cycle)时序进行控制。
16.其中:上述pwm电路可包括第一pwm电路和第二pwm电路;并使得该第一pwm电路的占空比dcl时序随时间的宽度依次为最大脉冲宽度的10%、20%、30%...100%;或使得该第二pwm电路的占空比dcl时序随时间的宽度依次为最大脉冲宽度的100%、80%、70%...10%。
17.进一步地,该第一处理单元的安全等级可符合预设的第一标准;第二处理单元的安全等级可符合预设的第二标准或未受预设标准的约束。
18.进一步地,第一通信单元和/或第二通信单元建立的信号传输通道符合可按照符合控制器局域网络can(controller area network)、串行外设接口spi(serial peripheral interface)、通用异步收发传输器uart(universal asynchronous receiver/transmitter)中的至少一种通信标准和/或协议来进行选择。
19.进一步地,上述第一标准和第二标准可以选择符合iso26262 asil(automotive safety integrity level)的相关标准;且可以使得该第一标准高出该第二标准至少一个等级。
20.进一步地,本发明实施例还公开了一种信号采集模组,包括上述任一监控电路;其中的第一处理单元与第二处理单元集成于不同的板卡或不同的芯片之上。
21.进一步地,上述监控电路向预设端口输出由输入信号端至少之一采集到的信号、参考数据、参考电压和/或指令。
22.此外,本发明实施例还公开了一种通信芯片和智能车辆;其中的芯片包括芯片本体;该芯片本体可光刻或制备有上述任一电路;和/或信号采集模组。
23.进一步地,上述通信芯片本体的加工制程可包括单片/板微处理器或可编程单元mcu(microprogrammed control unit或microcontroller unit)、可控门阵列fpga(field programmable gate array)、可编程逻辑器件cpld(complex programmable logic device)、数字信号处理器dsp(digital signal processing)等工艺或产品中的至少一种。
24.本发明实施例公开的电路、模组、芯片或车辆采用分布设置的信号采样与传输监控结构,在信号调理电路的调度下,从系统的信号按照主系统的控制指令进行采样或传输,使得系统全局的安全等级得到提升。
25.本发明实施例还公开了一种采样传输监控方法,通过获取来自第一处理单元的至少一路第一调度信号并将该第一调度信号经过调理电路后反馈到第二处理单元;同时,将待采集的信号与调理后的这一信号共同发往第一处理单元进行校验处理。
26.其中,第一调度信号是随时间变化的压控信号;传送第一调度信号到调理电路,生成第二监控信号;通过反馈或加载第二监控信号到第二处理单元,将第一处理单元的监控
信号叠加到了第二处理单元。
27.进一步地,第二处理单元包括至少一路信号采集控制电路;通过采集至少一组冗余信号对,并随同第二监控信号发送至第一处理单元;其中,冗余信号对包括第一信号和第二信号,第二信号是第一信号的冗余信号。
28.进一步地,通过叠加接地信号作为第一信号采集电路的输入,来为校验过程提供辅助的参考信号;其中,第一调度信号包括占空比时变的pwm信号或由第一处理单元支配的可控电压信号;第二处理单元还包括至少一组第一调度电路;第一调度电路响应第一处理单元经由第一通信单元发来的指令,并向第一调理单元发送第一监控信号;输入信号端至少包括第一端口和第二端口,分别用于接收所述第一信号和所述第二信号。
29.进一步地,输入信号端还包括第三端口;该第三端口连接到的信号包括接地信号、零电平信号或其它参考信号;第二端口接收第一端口的冗余信号;信号采集控制电路还包括至少一组第二通信单元;第一信号采集电路经由第二通信单元采集来自输入信号端的信号和/或与输入信号端电连接和/或通信连接,反馈相关信号到第一处理单元进行校验;进一步地,第一信号采集电路包括至少一组ad转换电路;该ad转换电路与输入信号端电连接和/或通信连接;第一调度电路至少包括一组pwm电路;pwm电路与信号调理电路电连接和/或通信连接;同样通过调理电路,将第一处理单元的指令叠加到信号采集的输入端并反馈到第二处理单元。
30.需要说明的是,在本文中采用的“第一”、“第二”等类似的语汇,仅仅是为了描述技术方案中的各组成要素,并不构成对技术方案的限定,也不能理解为对相应要素重要性的指示或暗示;带有“第一”、“第二”等类似语汇的要素,表示在对应技术方案中,该要素至少包含一个。
附图说明
31.为了更加清晰地说明本发明的技术方案,利于对本发明的技术效果、技术特征和目的进一步理解,下面结合附图对本发明进行详细的描述,附图构成说明书的必要组成部分,与本发明的实施例一并用于说明本发明的技术方案,但并不构成对本发明的限制。
32.附图中的同一标号代表相同的部件,具体地:图1为本发明实施例:单个从属系统时的组成结构和信号连接示意图;图2为本发明实施例:两个以上从属系统时的组成结构和信号连接示意图;图3为本发明实施例:板间安全信号采样示意图;图4为本发明实施例:多个adc采样组(采用同一路pwm信号)示意图;图5为本发明实施例,多个adc采样组(采用不同变化规律的pwm信号)示意图;图6为本发明实施例:多个单片机参与的采样与传输监控结构示意图;图7为本发明实施例:采用非pwm(如digital output)进行采样与传输监控的结构示意图;图8为本发明实施例:参考电压输出动态加载到被采样信号时的采样与传输监控结构示意图;图9为本发明实施例:独立采样器件取代adc时的采样与传输监控结构示意图;图10为本发明实施例:输入信号端的组成与结构示意图;
图11为本发明方法实施例流程示意图。
33.其中:11-上位机指令同步传输步骤,22-下位机同步调理反馈步骤,33-下位机复合采样转换步骤,44-上位机综合校验步骤,100-第一处理单元(uh);200-第一通信单元;300-第二处理单元,301、302、30n-信号采集控制电路,311、312、31n-第一调度电路(pl1、pl2、mcu、chip),321、32n-第二通信单元,331、332、33n-第一信号采集电路;401、402、40n-第一监控信号,411、412、41n-第二监控信号;500-第一调理单元,501、502、50n-信号调理电路(cc1、ccn);601、602、60n-输入信号端,611、612-第一端口,621、622-第二端口,631、632-第三端口。
具体实施方式
34.下面结合附图和实施例,对本发明作进一步的详细说明。当然,下列描述的具体实施例只是为了解释本发明的技术方案,而不是对本发明的限定。
35.此外,实施例或附图中表述的部分,也仅仅是本发明相关部分的举例说明,而不是本发明的全部。
36.如图1与图2所示,为本发明实施例在单个或两个以上从属系统时的组成结构和信号连接示意图;其中,该信号采样与传输监控电路包括第一处理单元100、第一通信单元200、第二处理单元300及第一调理单元500。
37.具体地,第一处理单元100与第二处理单元300经由第一通信单元200建立信号传输通道;在工作状态下,第二处理单元300将在第一处理单元100的监控下执行相关的信号采集和传输。
38.其中,第二处理单元300至少包括一组信号采集控制电路301、302、30n;信号采集控制电路301、302、30n响应第一处理单元100经由第一通信单元200发来的指令,并向第一调理单元500发送第一监控信号401、402、40n。
39.具体地,第一调理单元500包括至少一组信号调理电路501、502、50n;工作状态下,信号调理电路501、502、50n响应第一监控信号401、402、40n并向信号采集控制电路301、302、30n返回第二监控信号411、412、41n。
40.其中,信号采集控制电路301、302、30n在第二监控信号411、412、41n的调度下与至少一组输入信号端601、602、60n电连接和/或通信连接。
41.进一步地,第二处理单元300还可包括至少一组第一信号采集电路331、332、33n;输入信号端601、602、60n与第一信号采集电路331、332、33n电连接和/或通信连接,进而由输入信号端601、602、60n采集并传输相关的信号。
42.进一步地,第二处理单元300还可包括至少一组第一调度电路311、312、31n;该第一调度电路311、312、31n响应第一处理单元100经由第一通信单元200发来的指令,并向第一调理单元500发送第一监控信号401、402、40n。
43.进一步地,输入信号端601、602、60n可至少包括第一端口611、612和第二端口621、
622;分别用于采集不同的或相同的信号。
44.进一步地,输入信号端601、602、60n还可包括第三端口631、632;该第三端口631、632连接到的信号包括接地信号、零电平信号或其它参考信号,通过该第三端口631、632的信号,可向相关的电路提供参考信号。
45.具体地,第二端口621、622可用来接收第一端口611、612的冗余信号,并用来校验或保证相关信号的稳定、可靠采集与传输,提高系统的鲁棒性。
46.其中,信号采集控制电路301、302、30n还包括至少一组第二通信单元321、32n;使得相关电路的适于范围进一步得到拓展,其中的第二处理单元既可以是分布在不同板卡或芯片上的智能系统,也可以是通过通信希望相连的更为广泛的系统。
47.具体地,第一信号采集电路331、332、33n经由第二通信单元321、32n采集来自输入信号端601、602、60n的信号和/或与输入信号端601、602、60n电连接和/或通信连接。
48.进一步地,第一信号采集电路331、332、33n可包括至少一组ad转换电路;该ad转换电路与输入信号端601、602、60n电连接和/或通信连接。
49.进一步地,第一调度电路311、312、31n可至少包括一组pwm电路;该pwm电路与信号调理电路501、502、50n电连接和/或通信连接。
50.其中,第一调度电路311、312、31n可至少包括两组pwm电路;该pwm电路采用不同的占空比dcl时序进行控制。
51.具体地,该pwm电路可包括第一pwm电路和第二pwm电路;其第一pwm电路的占空比dcl时序随时间的宽度依次为最大脉冲宽度的10%、20%、30%...100%;其第二pwm电路的占空比dcl时序随时间的宽度依次为最大脉冲宽度的100%、80%、70%...10%。
52.进一步地,在特定的应用场景或行业背景下,第一处理单元200的安全等级需要符合预设的第一标准;第二处理单元300的安全等级亦可选择符合预设的第二标准或不受预设标准的约束。
53.具体地,第一通信单元200和/或第二通信单元321、32n建立的信号传输通道可选择符合can、spi、uart中的至少一种通信标准和/或协议。
54.其中,第一标准和第二标准可以是iso26262asil标准;特别地,可使得该第一标准高出该第二标准至少一个等级。
55.进一步地,若将上述电路用在信号采集模组、通信芯片、智能车辆或其它应用领域,则可使相关的电路获取基于更高安全等级的电路采集、传输、监控、安全或防护水平。
56.具体地,在上述信号采集模组、通信芯片、智能车辆或其它应用领域的场景下,第一处理单元100与第二处理单元300被集成于不同的板卡或不同的芯片之上;监控电路向预设端口输出由输入信号端601、602、60n至少之一采集到的信号、参考数据、参考电压和/或指令。
57.此时,整个系统的安全等级或可靠性将按照第一处理系统所能达到的标准得到提升和保障如下:如图3,为本发明实施例板间安全信号采样示意图;其中,从系统(单片机)mcu可选择低成本硬件方案,使得从属mcu机仅满足较低的asil汽车安全完整性等级,甚至不进行评级;此时,只要主mcu满足整个控制器或系统需要的asil等级即可实现整个控制器或系统的安全指标。
asil)之外的采样器件331,通过can/spi/uart等通信方式321将采集到的信号611、621等传给chip(low asil)。
72.如图11,采样传输监控方法,包括上位机指令同步传输步骤11、下位机同步调理反馈步骤22、下位机复合采样转换步骤33和上位机综合校验步骤44。
73.步骤11中,上位机与下位机同步工作,通过获取来自上位机第一处理单元100的至少一路第一调度信号,实现上位机对下位机的同步;其中,第一调度信号是随时间变化的压控信号。
74.步骤22中,传送第一调度信号到调理电路,生成第二监控信号411、412、41n;同时,反馈或加载第二监控信号411、412、41n到第二处理单元300;其中,下位机的第二处理单元300包括至少一路信号采集控制电路301、302、30n。
75.步骤33及44中,通过采集至少一组冗余信号对,并随同第二监控信号411、412、41n发送至上位机的第一处理单元100进行校验;其中,冗余信号对包括第一信号和第二信号,第二信号是第一信号的冗余信号。
76.进一步地,在步骤33中,还可叠加接地信号作为第一信号采集电路331、332、33n的输入;其中,第一调度信号包括占空比时变的pwm信号或由上位机第一处理单元100支配的可控电压信号;其中,下位机的第二处理单元300还包括至少一组第一调度电路311、312、31n;第一调度电路311、312、31n响应上位机第一处理单元100经由第一通信单元200发来的指令,并向第一调理单元500发送第一监控信号401、402、40n;输入信号端601、602、60n至少包括第一端口611、612和第二端口621、622。
77.具体地,输入信号端601、602、60n还可包括第三端口631、632;第三端口631、632连接到的信号包括接地信号、零电平信号或其它参考信号;第二端口621、622接收第一端口611、612的冗余信号;信号采集控制电路301、302、30n还包括至少一组第二通信单元321、32n;第一信号采集电路331、332、33n经由第二通信单元321、32n采集来自输入信号端601、602、60n的信号和/或与输入信号端601、602、60n电连接和/或通信连接;第一信号采集电路331、332、33n包括至少一组ad转换电路;ad转换电路与输入信号端601、602、60n电连接和/或通信连接;第一调度电路311、312、31n至少包括一组pwm电路;pwm电路与信号调理电路501、502、50n电连接和/或通信连接实现信号的同步与控制。
78.输入信号作为控制系统的给定信息,其asil等级将直接影响整个系统的asil等级,所以对于安全关键系统设计而言至关重要。
79.在降低成本、提高集成度的大背景下,控制器“多合一”的趋势日益明显,在一个产品中板内、板间存在多块mcu的情况下,对于采样全路径的asil等级保证就显得格外重要和复杂。
80.通过采用本发明实施例所公开的方案,在高等级的主mcu监控或管理下,即可实现整个控制器需求的asil等级。对于从mcu,即使只具有较低的asil等级或者没有设定安全等级,当主从mcu通过can、spi、uart进行通信时,仍可按照上述技术方案实现较高的asil等级。
81.需要说明的是,上述实施例仅是为了更清楚地说明本发明的技术方案,本领域技术人员可以理解,本发明的实施方式不限于以上内容,基于上述内容所进行的明显变化、替换或替代,均不超出本发明技术方案涵盖的范围;在不脱离本发明构思的情况下,其它实施
方式也将落入本发明的范围。
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