Bagaimanakah lidar kereta pandu sendiri boleh disegerakkan dengan masa GPS?

Antara lima mesej yang ditakrifkan oleh gPTP, Sync dan Follow_UP ialah sekumpulan mesej, yang dihantar secara berkala dan digunakan terutamanya untuk mengukur sisihan jam.

Skim penyegerakan 01

Terdapat tiga skim utama untuk penyegerakan masa lidar dan GPS iaitu PPS+GPRMC, PTP, gPTP

PPS+GPRMC

GNSS Dua maklumat adalah output, satu ialah PPS isyarat nadi penyegerakan dengan tempoh masa 1s dan lebar nadi ialah 5ms~100ms yang lain ialah output mesej penyegerakan masa standard GPRMC melalui port bersiri standard;

Tepi hadapan nadi penyegerakan adalah pada masa yang sama semasa mesej GPRMC dihantar Ralat adalah tahap ns dan boleh diabaikan. GPRMC ialah mesej format standard yang mengandungi data masa UTC (tepat ke saat), longitud dan data kedudukan latitud.

Nadi kedua PPS ialah output tahap fizikal Masa untuk menerima dan memproses isyarat PPS berada pada tahap ns dan masih boleh diabaikan. Walau bagaimanapun, data GPRMC biasanya dihantar melalui port bersiri dengan kadar baud 9600. Masa penghantaran, penerimaan dan pemprosesan tx berada pada tahap ms, yang merupakan kunci kepada penyegerakan masa.

Berikut adalah prinsip penggunaan PPS+GPRMC untuk penyegerakan masa.

(1) Selepas peranti menerima isyarat nadi kedua PPS, ia mengosongkan milisaat dan ke bawah dalam masa sistem dalaman dengan pengayun kristal sebagai sumber jam, dan mula mengira masa milisaat dari sana.

(2) Selepas menerima data GPRMC, ekstrak jam, minit, saat, tahun, bulan dan hari masa UTC dalam mesej.

(3) Masa tx dari apabila nadi kedua diterima untuk menghuraikan masa UTC dalam GPRMC ditambah pada UTC sepanjang kali kedua dan disegerakkan kepada masa sistem Setakat ini, penyegerakan masa telah selesai. Ulangi proses yang sama untuk detik seterusnya, menentukur tepat sekali setiap saat.

Orang pintar mungkin tiba-tiba menyedari bahawa lidar perlu disegerakkan hanya dengan dua wayar dan sambungkannya ke dua antara muka fizikal ini dan juga merupakan penyelesaian yang digunakan oleh banyak pengeluar +GPRMC mempunyai masalah berikut.

(1) PPS ialah isyarat tahap nadi berkuasa rendah Arus pemacu adalah serendah 0.5mA dan sebanyak 20mA, dengan beberapa nod penyegerakan (lidar dan nod lain yang memerlukan penyegerakan masa), a. sedozen atau lebih akan menjadi sangat sukar.

(2) PPS ialah isyarat nadi talian tunggal yang tidak dilindungi Lebih daripada sedozen talian PPS ulang-alik dalam kereta dan sangat terdedah kepada gangguan daripada persekitaran elektromagnet yang keras sama ada nadi gangguan atau nadi penyegerakan.

(3) GPRMC menghantar mesej penyegerakan melalui port bersiri RS232 ialah bentuk komunikasi dupleks penuh 1-ke-1, dan juga boleh mencapai penghantaran data 1-ke-beberapa dalam bentuk master-slave. . Tetapi untuk lebih daripada sepuluh orang, ia benar-benar jarang berlaku, dan ia hanya boleh disahkan melalui eksperimen sama ada ia boleh dilaksanakan. Tetapi sekurang-kurangnya jurutera abah-abah pendawaian tidak mahu bersetuju.

(4) Apabila sumber jam hilang, semua peralatan yang memerlukan penyegerakan masa tiba-tiba kehilangan tulang belakang Setiap junior boleh berdiri sendiri, dan tidak ada ketua kedua untuk berdiri tepat pada masanya dan mengambil alih daripada keadaan keseluruhan. Ini tidak boleh diterima untuk sistem pemanduan autonomi dengan keperluan keselamatan berfungsi yang sangat tinggi.

PTP

Oleh itu, secara teorinya boleh dilaksanakan untuk mencapai penyegerakan masa bagi keseluruhan sistem pemanduan autonomi berdasarkan PPS dan GPRMC mudah, tetapi ia tidak praktikal.

Protokol penyegerakan masa berketepatan tinggi berasaskan rangkaian PTP (Protokol Masa Ketepatan, 1588 V2) boleh mencapai ketepatan penyegerakan sub-mikrosaat. Untuk seni bina global di mana rangkaian tulang belakang adalah Ethernet, semuanya sudah sedia Ia hanya memerlukan sokongan cip PHY perkakasan setiap pengawal domain.

PTP ialah sistem penyegerakan masa induk-hamba yang menggunakan cap masa perkakasan, jadi ia boleh mengurangkan masa pemprosesan perisian dengan ketara. Pada masa yang sama, PTP boleh berjalan pada lapisan L2 (lapisan MAC) dan lapisan L4 (lapisan UDP Apabila berjalan pada rangkaian lapisan L2, penghuraian paket dilakukan terus pada lapisan MAC tanpa melalui protokol UDP empat lapisan). timbunan, sekali gus mengurangkan masa timbunan protokol, meningkatkan lagi ketepatan penyegerakan masa, yang sangat mesra kepada sistem pemanduan autonomi.

Penyelesaian seni bina di bawah seni bina global adalah seperti yang ditunjukkan di bawah.

Port rangkaian yang menjalankan protokol PTP dalam peranti dipanggil port PTP Port induk PTP digunakan untuk menerbitkan masa, dan port hamba PTP digunakan untuk menerima masa. Tiga jenis nod jam ditakrifkan pada masa yang sama, nod jam sempadan (BC, Jam Sempadan), nod jam biasa (OC, Jam Biasa) dan nod jam telus (TC, Jam Lutsinar).

(1) Nod jam sempadan mempunyai berbilang port PTP, salah satu daripadanya digunakan untuk menyegerakkan masa peranti huluan, dan port selebihnya digunakan untuk menghantar masa ke peranti hiliran. Apabila peranti penyegerakan masa huluan nod jam sempadan ialah penerima GNSS, nod jam sempadan pada masa ini ialah nod jam induk (jam optimum).

(2) Nod jam biasa hanya mempunyai satu port PTP, yang digunakan untuk menyegerakkan masa nod jam huluan.

(3) Jam lutsinar, seperti namanya, mempunyai berbilang port PTP, masa diterima, masa dimajukan, tidak melakukan analisis protokol dan tidak mengambil bahagian dalam penyegerakan masa secara dalaman. PTP menukar mesej penyegerakan antara peranti induk dan hamba dan merekodkan masa penghantaran mesej untuk mengira kelewatan penghantaran rangkaian dan sisihan jam antara peranti induk dan hamba.

PTP mentakrifkan empat mesej penyegerakan: Sync, Follow_Up, Delay_Req dan Delay_Resp Proses penyegerakan yang tepat adalah seperti berikut.

(1) Port induk PTP menghantar mesej Penyegerakan ke port hamba, dan Masa penghantaran Penyegerakan t1 direkodkan secara serentak. Selepas menerima mesej Sync dari port, masa penerimaan t2 direkodkan.

(2) Kemudian port induk meletakkan masa t1 dalam mesej Follow_Up dan menghantarnya ke port hamba Selepas menerima mesej ini, port hamba boleh menghuraikan t1 dan mendapatkan persamaan pertama: t1+ Network delay. + sisihan jam = t2.

(3) Port hamba menghantar mesej Delay_Req ke port induk, dan pada masa yang sama merekodkan masa t3 apabila Delay_Req dihantar. Selepas port utama menerima mesej, ia merekodkan masa penerimaan t4.

(4) Kemudian port induk meletakkan masa t4 dalam mesej Delay_Resp dan menghantarnya ke port hamba Selepas menerima mesej ini, port hamba boleh menghuraikan t4 dan mendapatkan persamaan pertama: t3+ Network delay. -sisihan jam=t4. Dua yang tidak diketahui dan dua sistem persamaan boleh diselesaikan dengan menggunakan pengetahuan matematik sekolah rendah: kelewatan rangkaian = [(t2-t1)+(t4-t1)]/2, sisihan jam = [(t2-t1)-(t4- t3)]/2.

gPTP

gPTP (Generalized Precision Time Protocol), satu siri pengoptimuman berdasarkan protokol PTP (IEEE 1588v2), membentuk mekanisme penyegerakan masa yang lebih disasarkan, yang boleh mencapai penyegerakan peringkat μs ketepatan.

gPTP mentakrifkan dua jenis peranti, Stesen Penghujung Sedar Masa dan Jambatan Sedar Masa. Setiap peranti mempunyai jam tempatan Jam tempatan diukur dengan tempoh ayunan pengayun kristal Pembilang perkakasan dalaman peranti bertanggungjawab untuk mengira tempoh ayunan. Port rangkaian pada peranti yang digunakan untuk menerbitkan mesej penyegerakan masa dipanggil port induk, dan port yang digunakan untuk menerima mesej penyegerakan masa dipanggil port hamba.

(1) Stesen penamat masa, yang boleh digunakan sama ada sebagai jam induk atau jam hamba.

(2) Jambatan sedar masa, yang boleh digunakan sebagai jam induk atau peranti jambatan, serupa dengan suis. Selepas menerima mesej gPTP, peranti jambatan akan memberikan mesej mandi sebelum menghantarnya keluar. Masa yang digunakan oleh mesej dalam peranti jambatan dipanggil masa tinggal. gPTP memerlukan peranti jambatan mesti mempunyai keupayaan untuk mengukur masa tinggal.

Rajah di bawah menunjukkan sistem gPTP ringkas, termasuk sumber jam, 1 jam induk, 2 peranti jambatan dan 4 jam hamba. Jam induk ialah pangkalan masa dalam sistem Ia biasanya mempunyai jam tempatan berketepatan lebih tinggi dan perlu dimasa oleh sumber jam kuasi berketepatan tinggi. Jam induk boleh diperuntukkan secara dinamik dalam sistem atau pra-peruntukan (untuk senario aplikasi topologi tetap yang dipasang pada kenderaan, prinsip pra-peruntukan sering digunakan).

Mekanisme peruntukan dinamik jam induk yang dinyatakan dalam gPTP ialah BMCA (Algoritma Jam Induk Terbaik, algoritma pemilihan jam induk terbaik). Selepas sistem dihidupkan dan terjaga, semua peranti dalam sistem boleh mengambil bahagian dalam pemilihan jam induk dengan menghantar mesej, yang mengandungi maklumat jam peranti masing-masing. Setiap peranti yang mengambil bahagian akan membandingkan maklumat jam sendiri dengan maklumat jam peranti lain dan menentukan sama ada ia mempunyai kelebihan Jika tidak, ia akan menarik diri daripada pilihan raya sehingga pemimpin seni mempertahankan diri yang mempunyai kemampuan komprehensif terkuat itu dilahirkan.

Proses penyegerakan 02

gPTP mentakrifkan dua jenis mesej, mesej jenis acara (termasuk Sync, Pdelay_Req dan Pdelay_Resp) dan mesej jenis umum (termasuk Follow_UP dan Pdelay_Resp_Follow_UP). gPTP mentakrifkan bahawa peranti berfungsi dalam sublapisan MAC (Media Acess Control) lapisan pautan data kedua dalam model rangkaian tujuh lapisan.

Apabila lapisan MAC peranti menerima atau menghantar mesej jenis peristiwa, ia akan mencetuskan pensampelan pembilang perkakasan untuk mendapatkan nilai kiraan kitaran ayunan jam Digabungkan dengan kekerapan ayunan jam dan masa rujukan, cap waktu pada masa ini boleh diperolehi. Mesej jenis umum hanya digunakan untuk membawa maklumat dan tidak akan mencetuskan operasi pensampelan kaunter perkakasan dalaman.

Pengukuran sisihan jam

Antara lima mesej yang ditakrifkan oleh gPTP, Sync dan Follow_UP ialah sekumpulan mesej, yang dihantar secara berkala dan digunakan terutamanya untuk mengukur sisihan jam. Penyegerakan dihantar oleh port utama Apabila mesej meninggalkan lapisan MAC port utama, port utama dicetuskan untuk merekodkan cap waktu t1 pada masa ini. Selepas menerima mesej Sync daripada lapisan MAC port, cap waktu t2 pada masa ini direkodkan. Selepas itu, port induk melampirkan nilai t1 pada mesej Follow_UP dan menghantarnya ke port hamba.

Jika tiada kelewatan atau kelewatan penghantaran rangkaian dan boleh diabaikan, port hamba akan menambah nilai jam tempatan pada offset jam (nilai t1-t2) untuk melengkapkan penyegerakan masa, juga Tiada pemikiran lanjut di sebaliknya. Walau bagaimanapun, untuk gPTP dengan ketepatan penyegerakan masa peringkat μs, kelewatan penghantaran jelas tidak boleh diabaikan.

Pengukuran kelewatan penghantaran

gPTP menggunakan kaedah P2P (Peer to Peer) untuk mengukur kelewatan penghantaran. Dalam kaedah P2P, kelewatan penghantaran antara peranti bersebelahan diukur dan mesej tidak dibenarkan dihantar ke seluruh peranti Ini memerlukan semua peranti dalam rangkaian gPTP perlu menyokong fungsi gPTP. Pada masa yang sama, satu set mesej bebas ditakrifkan khusus untuk pengukuran kelewatan penghantaran, iaitu Pdelay_Req, Pdelay_Resp dan Pdelay_Resp_Follow_UP yang dihantar secara berkala.

Port hamba mula-mula menghantar mesej Pdelay_Req, menandakan permulaan pengukuran kelewatan penghantaran Apabila mesej meninggalkan lapisan MAC port hamba, port hamba dicetuskan untuk merekodkan cap masa t3 pada masa ini. Selepas menerima mesej Pdelay_Req, lapisan MAC port induk akan merekodkan cap waktu t4 pada masa ini, kemudian, port induk menghantar nilai t4 ke port hamba melalui mesej Pdelay_Resp Pada masa yang sama, apabila mesej Pdelay_Resp keluar lapisan MAC port induk, port induk mencetuskan Port merekodkan cap waktu t5 pada masa ini dan merekodkan cap masa t6 pada masa ini selepas menerima mesej Pdelay_Resp daripada lapisan MAC port. Selepas itu, dalam rutin yang sama, port induk menghantar nilai t5 ke port hamba melalui mesej Pdelay_Resp_Follow_Up. Pada ketika ini, proses pengukuran kelewatan penghantaran telah tamat. Dengan mengandaikan bahawa kelewatan penghantaran laluan adalah simetri, kelewatan penghantaran antara peranti bersebelahan boleh dikira mengikut formula berikut.

Penyegerakan frekuensi

Pengukuran kelewatan penghantaran di atas adalah berdasarkan premis bahawa kekerapan ayunan jam port hamba dan port induk adalah konsisten. Sekarang mari kita pertimbangkan apakah peristiwa ghaib yang akan berlaku jika frekuensi ayunan jam pelabuhan tuan dan hamba tidak konsisten. Dengan mengandaikan bahawa kekerapan ayunan jam port hamba ialah 25MHz, satu tempoh ayunan jam ialah 40ns. Kekerapan ayunan jam bagi port induk ialah 100MHz, dan tempoh ayunan jam bagi satu jam ialah 10ns.

Andaikan bahawa semasa proses pengukuran kelewatan penghantaran, perbezaan antara tempoh ayunan yang direkodkan oleh port hamba pada t6 dan t3 ialah 200 tempoh ayunan. Oleh kerana kekerapan jam port induk adalah 4 kali ganda daripada port hamba, port hamba menerima kira-kira 800 perbezaan tempoh ayunan antara t5 dan t4. Jika dikira berdasarkan tempoh ayunan jam 40ns port hamba, kelewatan penghantaran ialah -24μs ([200x40-800x40]/2). Bukan sahaja tiada kelewatan dalam penghantaran, tetapi ia diketahui lebih awal, dan tidak ada keraguan tentangnya dari pelabuhan.

Selain ketidakkonsistenan yang wujud dalam frekuensi ayunan jam port induk dan hamba, suhu, penuaan dan sebab lain juga boleh menyebabkan frekuensi pengayun kristal menjadi tidak stabil. Untuk menyelesaikan masalah penyegerakan frekuensi, gPTP menggunakan penyegerakan frekuensi untuk menyegerakkan frekuensi ayunan jam port hamba ke port induk.

Mesej Pdelay_Resp dan Pdelay_Resp_Follow_UP proses pengukuran kelewatan penghantaran pemultipleksan penyegerakan frekuensi. Dengan menggunakan dua set respons, nilai t5, t6, t9, dan t10 akhirnya boleh diperolehi Nisbah frekuensi port induk-hamba boleh diperolehi daripada formula berikut.

Apabila frekuensi port induk dan hamba disegerakkan, nisbah frekuensi adalah sama dengan 1. Jika lebih besar daripada 1, ini bermakna port utama berjalan dengan pantas jika kurang daripada 1, bermakna port utama berjalan perlahan. Port hamba melaraskan asas masanya mengikut nilai nisbah frekuensi untuk mendapatkan cap masa yang betul.

Atas ialah kandungan terperinci Bagaimanakah lidar kereta pandu sendiri boleh disegerakkan dengan masa GPS?. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!