下一代智能驾驶系统超全的系统时期同步打算设计
下一代智能驾驶系统须要驳回多激光雷达、多毫米波雷达、多摄像头号各类传感器，传感器从采集数据四解决到发送到域控制器外部，存在延时，且延时的时长不稳固。为了提高智能驾驶的传感器融合、决策布局和融合定位等性能，智能驾驶初级域控制器HPC与其关联的传感器均须要做时期同步，实践环节就是须要定义分明传感器输入数据的时期戳消息（包括打时期戳的时辰及精度要求），同时也须要定义全体时期同步打算和同步精度要求。
要讲分明时钟同步原理须要首先解释分明两种时钟同步类型：数据时钟和治理时钟。首先，全体上是组合惯导提供的UTC时期经过PPS+GPRMC给时期同步主机授时。该时期同步主机将相应的时期消息经过PTP协定和中央网关，给各类传感器数据采集主机授时。HPC则须要成功好外部SOC和MCU之间的时期同步环节。
HPC的SOC和MCU之间的数据面时期经过gPTP协定时期同步，其中SOC为主master；HPC的SOC和MCU之间的治理面时期经过HPC私有协定启动同步，SOC为主Master，经过以太链路启动同步。
SOC和MCU同步环节中，治理时钟和数据时钟都会做同步，数据面用gPTP协定，在其时期同步精度要求250巧妙内，治理时钟用私有协定，也经过以太网，精度是10ms。其外部的治理时期和数据面时期就须要对齐，HPC要保障数据时钟的延续性，不准许无心外跳变。由于意外跳变会惹起很重大的数据误传和曲解析。
每次域控制器冷启动时，域控制器会尝试与提供主时钟的节点继续启动必定时期（该时期可以依据实践状况按需标定）的通讯以启动初始同步。假设同步成功，则数据时钟会驳回治理时期，以同步失掉到的相对时期；对应的驱动程序可以随其启动，并调用对应的运行软件启动运算。假设同步不成功 ，域控制器会不时尝试同步。
整个同步分类关键包括中央域控制器与网关、各类传感器及口头器之间的同步。HPC的相对时期通常经过中央网关CGW作为整车一切控制器提供一致时期源，将全体的同步时期戳输入给所无关联的控制器端（如车身域控制器PDC、整车域控制器VDC、座舱域控制器CSC等）。在下一代智能驾驶系统架构中，整车域控制器VDC不只承当着控制整车口头器端运转的配置，还同时专任着中央网关CGW的配置，承载着HPC与其他域控制器消息交互和协定转化的配置。
如下图示意了智能驾驶控制器HPC与其关联域控制器的衔接相关。
前述讲到VDC可作为中央网关配置，因此以HPC为核心的控制器间同步环节着重在于HPC与VDC之间的同步环节。经过VDC的消息中转可以成功各域控制器之间的同步及通讯配置。各控制器关键经过以太网直连，驳回基于以太网gPTP协定。HPC与VDC的同步环节须要思考与HPC直连的GNSS输入相对时期为主时钟，该时期误差比拟小（通常在10ms内）。思考智驾大数据云端剖析精度，及 gPTP协定精度通常要求在250巧妙内，HPC和VDC定周期可驳回其整数倍精度（如125毫秒）做同步。
HPC部分网络节点的同步环节
HPC部分网络节点同步环节是指其与传感器之间的同步环节。在智能驾驶私有外部网络均以域控制器为主节点Master，驳回其相应的数据端时期做时期源。HPC经过部分外网独自给传感器（激光雷达、毫米波雷达、行车摄像头、环顾摄像头和组合惯导等）提供一致时期源。环节中，区分经过以太网衔接激光雷达、组合惯导（预留1PPS），同时经过CANFD/以太网衔接毫米波雷达、超声波盒子PDC，经过GSML/LVDS衔接摄像头（蕴含行车/环顾摄像头）。该类不同的网络衔接方式均作为从节点与网关做时期同步。
其中关键蕴含三大传感器如下：
行车摄像头关键包括前视摄像头、侧视摄像头、后视摄像头为代表，泊车摄像头关键指环顾摄像头；驳回集中式打算后的摄像头通常不再是一体机，而是便捷的传感器而已，输入的是原始图像。
HPC和摄像头经过视频数据线缆如GSML或LVDS启动数据传输，HPC应用其数据时钟（即系统时期，非相对时期）作为时期源，定时发送触发信号Trigger Signal给摄像头，摄像头基于实时触发信号调整曝光时辰。由于单相机内不可间接记载对应的时期戳，因此经常使用多相机同步触发的方式启动同步，并以记载域控内的触发信号的时辰作为图像的初始时期戳。
摄像头其成像两边（如下计算方式）时辰打时期戳，且时期精度要求在10ms内。Tmidtime成像两边=Ttrigger（触发时辰）+1/2*Texposure（曝光时期）；如上公式中曝光时期是固定的。
由于触发时辰位于整帧图像的曝光末尾，为了提高时期戳的精度，须要对曝光时长启动补救以失掉两边行曝光完结点时辰，来代表整帧图像的曝光两边时辰；通常驳回如下公式启动时期补救。
Tcompensate（补救时期）=每行长度×总行数/2
域控制器记载时辰包括如下5个时辰：摄像头成像两边时辰、图像进感知模块的时辰、图像感知结果进融合模块的时辰、感知融合结果发送时期、下游模块接纳时辰。
HPC和激光雷达通常也是基于以太网gPTP协定联合千兆以太网直连，HPC为主节点Master，激光雷达为从节点Slave。HPC同步时期源驳回的是相对时期（即系统时期）作为数据时钟，时期同步精度要求依旧是250巧妙内。HPC和激光雷达驳回同步时期精度的整数倍周期（比如可以是125毫秒、也可以是250ms）做同步，激光雷达须要依照该同步环节实时升级时期。此外，激光雷达须要在收回每帧点云中每个点的时期作为传感器打时期戳的时辰要求（精度要求为1ms内）。
雷同，域控制器须要基于激光雷达前往时期记载激光点云发送点时辰（即激光雷达在接纳到反射信号时可以记载到每个点的时辰）；输入域控制器时期戳（通常此时激光雷达已带有相应的时期消息，HPC则不用再打时期戳）；激光感知模块时期戳（普通则由激光雷达供应商启动原始点云消息解决，假设是集中式打算则由HPC中的SOC担任启动前端点云感知，并由专有的SOC启动感知后端融合）；感知结果带上时期戳发送给下游模块接纳；且此时须要打上最后一个时期戳。域控制器的数据时钟针对激光点云感知而言关键用于感知算法设计（这类算法可以是车端，也可以是云端），而相对时期关键触及本地时期，关键用于数据记载和存储业务。
通常前毫米波雷达独自对消息启动同步，而角毫米波雷达群自身会存在一个主雷达对其一切的消息进后退一步环节同步。通常以上一代智能驾驶来说，毫米波雷达输入数据通常驳回的是指标级数据，而下一代域控制器驳回集中式打算后，关于将3D毫米波雷达升级换代为4D毫米波雷达，即间接解决毫米波雷达点云的呼声越来越高。这个环节中，毫米波雷达不再具有计算单元，而是便捷输入点云数据。但由于毫米波雷达的微波信号解决依旧存在较高的难度，关于下一代智能驾驶系统来说，很多OEM依旧驳回指标级数据启动直连，时期同步精度通常要求叫激光雷达愈加普遍些，通常为1ms以内。点云毫米波雷达收回和收到回波的两边时辰作为标志打上时期戳，要求精度1ms内。
同时，HPC和毫米波雷达经过设定1-2秒的周时期隔启动同步，该时期段内毫米波雷达实时升级对应的时期。雷同的，域控制器基于毫米波雷达前往时期支持记载蕴含以下五个时辰的时期戳：
回波反射点生成时期戳、回波输入至域控制器时期戳（当然关于指标级数据记载，其毫米波雷达已带时期戳消息，华为不再打时期戳）；毫米波雷达输入的指标物消息是由原始反射点聚类过滤失掉，为了失掉愈加精准的时期戳，通常须要取得原始反射点生成时辰的时期戳，如下图白色部分。
感知结果发送专门SOC/MCU并与其他传感器做大融合时期戳。雷同的，域控制器的数据时期（或本地时期）用于算法设计运转，而相对时期用于数据记载和存储业务。
HPC须要对智能camera和radar的报文需额外打上对应报文进入时辰的时期戳，对数据进感知模块时辰打时期戳，作为备份经常使用与毫米波雷达确认，尤其角雷达，经过期期同步消息才干确定角雷达能否可收回指标。
下一代智能驾驶系统中，不同的OEM关于惯导经常使用的类型有所不同，通常依据其自研才干分为组合惯导和独立惯导两种类型。由于组合惯导内置卫惯组合算法，依据实践运行状况，这里咱们只针对较为便捷的组合惯导的直连启动说明。HPC作为主节点Master而组合惯导为从节点，经过100兆以太网与组合惯导直连。其中，以太网依旧是基于gPTP协定启动的。HPC同步时期源依旧驳回数据时钟（即系统时期，非相对时期）启动同步。要求时期同步精度要求：250巧妙内，同步周期为同步精度要求的整数倍时时期隔（如1毫秒或125毫秒）。其间，组合惯导依据RTK和IMU消息基于最近一次性IMU采样，打时期戳。其精度限度在1ms内。
此外，IMU的采样时辰、进入HPC时辰、进入后端融合模块这三个时辰均会被打上时期戳。
HPC外部网络节点的时期同步环节
除开外部网路节点时期同步外，关于下一代智能驾驶系统来说，其与相关联的口头器之间(如集成制动控制系统EPBi、电子转向系统EPS、能源控制系统VCU)均存在少量外部消息交互。参考阶段性集中控制方式，这类整车控制端口通常经过整车控制器VDC启动衔接和同步控制。如前述，VDC实践亦可看成中央网关，除开对各类域控制器的消息转发外，其还承当着整个同步时期戳的定义和发送。由于关于整车系统，整个相对时期是智能驾驶系统的域控制器HPC衔接的GNSS/GPS所取得的。
关咨询统通常是经过整车域控端口（VDC）启动独自的时期同步控制，因此HPC和ESP、EPS、VCU之间通常是不存在间接的主从节点这类型的时期同步相关，而是在口头指令环节中间接将各自时期戳发送给VDC控制器，在口头环节中启动时期对齐即可。
HPC安保冗余控制环节中的时期同步环节
关于整个智能驾驶系统来说，在时期同步环节中依旧须要思考相应的失效控制逻辑。思考到其内所蕴含的AI芯片SOC和逻辑芯片MCU所承载的不同的配置。通常在两者产生缺点的不同时辰会存在必定水平的配置升级。这类配置升级咱们称之为部调配置升级。部调配置升级时期，若部分SOC失效时，MCU经过晶振保养时期和传感器做同步。时期，仍可接纳Radar及其他SOC传递上来的摄像头指标数据消息，并坚持输入时期戳的稳固。因此，可以说部调配置升级后系统在短时期内依旧经常使用原时期戳做应答，MCU仍可坚持原时期数据稳固（其时期同步环节可参照MCU中的管外面时钟启动），支持配置的运转。由于短时期内误差很小，所以该时期内不做时期同步危险也很小。
当然，假设整个HPC失效，则须要另外一个备份控制器（可以是另外一个低配版本的HPC，也可以是额外参与的智能摄像头Smart Camera）启动安保控制。此环节中，则须要从新建设该备份控制器与对应传感器之间的时期同步相关。
另外一种失效形式为供电失效惹起的配置升级。这里须要说明，域控制器存在两种睡眠形式：深度睡眠和浅度睡眠。该睡眠形式关键与能否掐断全体供电无关。假设控制器处于深睡眠，则数据时钟间接经常使用上一次性下电时存储的治理时钟，不再启动从新计时。假设控制器处于浅睡眠，则间接应用本次下电的治理时钟启动计时。相关于深度睡眠来说，浅睡眠同步的时钟结果愈加准确。当然无论睡眠深浅，该时期段内控制器时钟一直是有效的，且各软件均不可反常运转。当然，由于整个浅睡眠转化到深睡眠的时期是可以自定义的（如12小时）。
本文具体的解说了下一代智能驾驶系统的各个控制单元的时期同步原理，并对同步环节中的各个模块提出了精度要求，触及部分网络节点同步、全局网络节点同步。其中，部分网络节点同步关键是针对智能驾驶系统外部的传感器与域控之间的同步相关。全局网络节点同步关键是针对智能驾驶系统与外部关咨询统（如控制制动、转向、能源、车门、车灯、网关等）启动的时期同步相关。
关于全体计算精度而言，部分网络节点同步是至关关键的，由于触及的传感器单元比拟多，须要各自针对自身实践状况打上对应的时期戳，并最终由域控启动总同步。全局网络节点同步则实践参照各分域控与HPC之间的消息交互便捷的启动时期消息替换即可。这里须要留意的是，全体系统的相对时期均来自于GNSS系统，通常可由HPC或CSC启动衔接输入。
