一种车载多芯片间通信协议

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　　1 背景
　　面对复杂多媒体的需求，传统的单片机（MCU）+CAN 总线的控制模式能力已经不足以应付，必须要引入计算能力更强的嵌入式ARMSOC（片上系统）芯片，因为其内部集成了众多的多媒体、通信、控制单元，成为了目前首选的芯片。
　　这样就面临了另一个难题，在高性能的SOC（MPU）芯片和实时信号处理芯片（MCU）之间怎样进行通信呢？必须构建一种协议系统，满足这种新的需求。
　　本研究课题的目的就是解决车载领域MCU和MPU之间的多芯片通信问题，设计一种小巧的，同时兼容性和稳定性强的协议来满足产品开发的需要。
　　2 研究意义
　　MCU运行传统的实时车辆信号处理，MPU负责处理运算量大的音频、视频、3G、WIFI、蓝牙等模块。同时在MPU 上运行Android 系统，保证了用户UI 的人性化，又可以利用Linux内核的兼容性和扩展性。
　　本课题的意义就是基于上述框架研发出一种MCU 和MPU 之间的通信协议，这个协议必须具有以下几个要求：（1）兼容性好：为了能在物理连接上更灵活，降低成本，必须兼容多种物理接口，例如UART、USB 等等。
　　（2）扩展性好：必须能够在基本的协议元素上扩充不同的消息定义，满足不同厂商不同车型的需求。
　　（3）稳定性好：必须具备良好的数据完整性保证，MPU 和MCU 双方的通信的包必须经过CRC 校验，校验失败申请重发。另外通信的波特率设为可调。
　　（4）实时性好：通过超时机制，可以设定300ms 的超时，一旦超过时限，MPU 和MCU都可以申请对方重发，而通信双方都必须以高优先级响应对方的请求。
　　3 研究内容
　　在这个新型车载娱乐系统中，我们引入了两个芯片单片机（MCU），嵌入式SOC 处理器（MPU），它们在整个系统中担负不同的角色。
　　（1）单片机的作用主要是在整个体系中起到对传统车辆信号的兼容，实时接收CAN 总线上的信号，分析类型并按协议打包；实时接收仪表和其他诊断模块传来的信息，分类然后按协议打包发送。最后还有需要及时响SOC 对车辆的信号的请求消息。
　　（2）SOC 处理器的作用是整个车载娱乐系统的核心，为了充分发挥其强大的处理能力和多媒体、通信模块的支持能力，在其上运行了Android 系统。SOC 处理器在多种娱乐通信任务上是强项，但是对于车辆实时信号的处理，则必须通过单片机来获取和控制。在本协议中它的主要角色是接收MCU 传来的消息，并进行协议解析和完整性校验，校验完成后的值通过不同的协议处理模块上报上层应用，按产品策略进行处理。对于校验不过和超时的消息则请求MCU重发。

　　本车载多芯片通信协议架构可分为三层，即物理驱动层、协议接口层和应用接口层。
　　最底层为物理驱动层，此层是整个协议传输的物理介质驱动，负责抽象硬件接口。它首先需要完成兼容性性实现，即对不同的硬件介质（如USB，UART）提供驱动并对上层提供统一的tty 接口。同时还得留出传输波特率等设置接口，以方便不同项目的硬件进行调节以保证容错性。
　　中间层为协议处理层，该层是整个协议栈的核心内容。首先需要实现协议基础设施，如发送机制、接收机制、CRC 校验机制和超时重发机制，并抽象出API 接口。接着，需要按照厂商和产品的要求，实现不同的协议格式，如上汽的、一汽的协议格式，并对外提供统一的API 实现不同协议格式的兼容。最后通过协议分解数据包得到的功能头信息，来判别收到的数据包输入哪种消息，然后将消息发送到响应类型的处理模块，如CAN 消息处理模块。
　　最顶层是应用接口层，主要功能是接收数据整合后发送到上层应用，并和上层应用交互。这层的实现需要用到Linux的几个系统调用机制，如Write、IOCTL，这是上层应用主动请求数据的接口，接口层收到这个命令将向MCU 发送请求消息。还有一种异步机制是netlink 机制，接口层得到MCU 传来消息以后通过netlink 主动上报事件给应用层，不需要应用层请求。综合使用这两类接口可以完整的满足上层对各种车辆消息的需求。__
　　

李小路

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