一种面向服务的CANXL与Ethernet桥接器芯片的制作方法

一种面向服务的can xl与ethernet桥接器芯片
【技术领域】
1.本发明涉及汽车电子技术领域，具体涉及一种面向服务的can xl与ethernet桥接器芯片。


背景技术：

2.can：controller area network，控制器局域网总线。用于实时应用的串行通讯协议总线。在汽车中用于各个设备之间的通信，作为当前车载网络的主干网，得到广泛应用。
3.can xl：can extra long，第三代can总线技术，实现最大2048字节的数据帧及最高10+mbit/s的比特率。
4.soa：service oriented architecture，面向服务的架构，在汽车领域指的是基于服务的通信架构。
5.dds：data distribution service，数据分发服务，采用分布订阅体系架构，满足分布式实时通信应用需求。
6.状态机由状态寄存器和组合逻辑电路构成，能够根据控制信号按照预先设定的状态进行状态转移，是协调相关信号动作、完成特定操作的控制中心。有限状态机简写为fsm(finite state machine)，主要分为2大类：第一类，若输出只和状态有关而与输入无关，则称为moore状态机，第二类，输出不仅和状态有关而且和输入有关系，则称为mealy状态机。
7.目前，整车架构中的面向服务的具体实现有整车级别与域控级别。无论是整车soa架构，抑或是域控内的dds架构，都是通过以太网进行数据传输的。而如果支持基于以太网进行数据传输，实现整车soa或者域内dds，则势必需要增加硬件成本与软件成本。
8.随着第三代can总线技术can xl的推出，基于can xl与ethernet共同实现整车soa与域内dds架构成为一种可能。但在当前的芯片设计中，并无can xl与ethernet桥接的设计，用于支持面向服务的架构设计，而是通过总线与控制器进行数据交互，这势必在时延、带宽、软件调度上对芯片造成压力，影响整体的性能。
9.本发明针对can xl与ethernet通过总线与控制器进行数据交互存在时延、带宽、软件调度难的技术问题，对can xl与ethernet桥接器芯片进行了技术改进。


技术实现要素：

10.本发明的目的是，提供一种基于can xl与ethernet桥接结构实现面向服务通信架构的芯片。
11.为实现上述目的，本发明采取的技术方案是一种面向服务的can xl与ethernet桥接器芯片，包括接收缓存器，接收状态机，发送缓存器和发送状态机，用于自动驾驶领域在芯片层面实现对域控制器数据分发服务、整车面向服务架构的支持；所述接收缓存器的行为受到接收状态机的控制，同时所述接收缓存器将自身状态反馈给接收状态机，用于从can xl控制器接收can xl报文，完成can xl报文到ethernet数据的映射，生成ethernet数据包发送给ethernet控制器；所述发送缓存器的行为受到发送状态机的控制，同时所述发送缓
存器将自身状态反馈给发送状态机，用于从ethernet控制器接收ethernet数据包，完成ethernet数据包到can xl报文的映射，生成can xl报文发送给can xl控制器。
12.优选地，所述接收缓存器包括can xl接收滤波子模块、接收信息映射子模块、接收信息缓存子模块、数据缓存子模块、和ethernet报文发送子模块；所述can xl接收滤波子模块用于根据寄存器中的配置接收特定帧标识can xl报文；所述接收信息映射子模块用于根据寄存器根据配置，将can xl报文中的帧标识与控制帧信息映射到ethernet数据包报头；所述接收信息缓存子模块用于缓存经过所述接收信息映射子模块映射后的ethernet数据包报头信息；所述接收数据缓存子模块用于缓存特定帧标识can xl报文数据帧信息；所述ethernet报文发送子模块用于从所述接收信息缓存子模块中获取ethernet数据包报头信息、从所述接收数据缓存子模块中获取特定帧标识can xl报文数据帧信息作为负载，生成ethernet数据包发送给ethernet控制器。
13.优选地，所述接收状态机用于驱动所述接收信息缓存子模块、所述接收数据缓存子模块内信息与数据的流动，包括can xl报文接收状态机和ethernet数据包发送状态机；所述can xl报文接收状态机包括接收can xl帧标识状态、can xl帧接收滤波状态、接收can xl控制帧状态、ethernet数据包报头信息映射状态、ethernet数据包负载缓存状态；所述ethernet数据包发送状态机包括ethernet数据包发送准备状态、发送ethernet数据包报头状态，发送ethernet数据包负载状态。
14.优选地，所述接收信息映射子模块包括会话映射分模块和长度映射分模块；所述会话映射分模块用于将can xl报文特定帧标识信息与can xl报文控制帧中的虚拟can标识、can xl地址信息映射到ethernet数据包地址信息；所述长度映射分模块用于将can xl报文数据长度信息映射到ethernet数据包长度信息。
15.优选地，所述ethernet数据包地址信息指源地址、源端口、目的地址、目的端口、通信协议信息。
16.优选地，所述发送缓存器包括报文滤波子模块、发送信息映射子模块、发送信息缓存子模块、负载缓存子模块、和can xl发送子模块；所述报文滤波子模块用于根据寄存器配置接收特定ethernet数据包；所述发送信息映射子模块用于根据寄存器根据配置，将ethernet数据包报头映射到can xl报文帧标识与控制帧信息；所述发送信息缓存子模块用于缓存经过所述发送信息映射子模块映射后的can xl报文帧标识与控制帧信息；所述负载缓存子模块用于缓存特定ethernet数据包负载信息；所述can xl发送子模块用于从所述发送信息缓存子模块中获取can xl报文帧标识与控制帧信息、从所述发送数据缓存子模块中获取特定ethernet数据包负载信息作为数据，生成can xl报文发送给can xl控制器。
17.优选地，所述发送状态机模块驱动所述发送信息缓存子模块、所述发送数据缓存子模块内信息与数据的流动，包括ethernet数据包接收状态机和can xl报文发送状态机；所述ethernet数据包接收状态机包括接收ethernet数据包报头状态、ethernet数据包接收滤波状态、can xl报文帧标识与控制帧信息映射状态、缓存can xl报文负载状态；所述can xl报文发送状态机包括can xl报文发送准备状态，发送can xl仲裁帧状态、发送can xl报文控制帧状态、发送can xl报文数据帧状态、发送can xl报文帧尾状态。
18.优选地，所述接收信息映射子模块包括ethernet会话映射分模块和ethernet长度映射分模块；所述ethernet会话映射分模块用于将ethernet数据包地址信息映射到can xl
报文特定帧标识信息与can xl报文控制帧中的虚拟can标识、can xl地址信息；所述ethernet长度映射分模块用于将ethernet数据包长度信息映射到can xl报文数据长度信息。
19.优选地，所述ethernet数据包地址信息指源地址、源端口、目的地址、目的端口、通信协议信息。
20.本发明一种面向服务的can xl与ethernet桥接器芯片有益效果如下：1、在芯片层面实现can xl中的帧标识、虚拟can标识、地址与ethernet报文中源地址、源端口、目的地址、目的端口、通信协议五元组会话信息的相互映射，实现can网络层与ethernet传输层的通信，无需软件参与即可完成对整车soa及域内dds所需的通信支持；2、芯片内部的can xl与ethernet的桥接设计，减少芯片内部总线与内存控制器的带宽压力，保证芯片的整体性能；3、能够实现时延上的低延迟，并能够保证面向服务通信的实时性。
【附图说明】
21.图1是一种面向服务的can xl与ethernet桥接器芯片结构图。
22.图2是一种面向服务的can xl与ethernet桥接器芯片接收缓存器模块结构图。
23.图3是一种面向服务的can xl与ethernet桥接器芯片接收状态机模块接收状态转移图。
24.图4是一种面向服务的can xl与ethernet桥接器芯片发送缓存器模块结构图。
25.图5是一种面向服务的can xl与ethernet桥接器芯片发送状态机模块发送状态转移图。
【具体实施方式】
26.下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明构思的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本发明造成不必要的模糊。
27.实施例
28.本实施例实现一种面向服务的can xl与ethernet桥接器芯片。
29.本实施例设计一种面向服务的can xl与ethernet桥接芯片架构，包括接收缓存器模块，接收状态机模块，发送缓存器模块，发送状态机模块等，在芯片层面上实现对域控制器数据分发服务、整车服务架构的支持。
30.本实施例芯片结构描述：
31.图1是一种面向服务的can xl与ethernet桥接器芯片结构图。如附图1所示，本实施例的can xl与ethernet桥接器主要分为接收缓存器模块、接收状态机模块、发送缓存器模块、发送状态机模块。
32.本实施例接收缓存器模块：包括can xl接收滤波子模块、接收信息映射子模块、接
收信息缓存子模块、数据缓存子模块、和ethernet报文发送子模块。
33.图2是一种面向服务的can xl与ethernet桥接器芯片接收缓存器模块结构图。如附图2所示，本实施例接收缓存器模块根据寄存器中的配置，从can xl控制器中接收can xl报文，并根据报文的类型，进行分别存储；同时，接收缓存器模块根据寄存器中的配置，完成帧标识与控制帧信息到ethernet数据的映射。接收缓存器的行为受到接收状态机的控制，同时将自身状态反馈给接收状态机。
34.can xl接收滤波：根据寄存器中的配置，接收相应的can xl报文。当can xl控制器送出符合配置中特定帧标识的报文时，该报文滤波模块接收后续的报文信息；否则不进行接收。
35.接收信息映射：该模块根据配置，将can xl报文中的标识与控制帧的信息映射到ethernet的报头。映射关系由软件在寄存器中指定，有会话映射，长度映射等。会话映射为：can xl报文中的标识信息与控制帧中的虚拟can标识、地址信息映射到ethernet报文中的地址信息，即源地址、源端口、目的地址、目的端口、通信协议等五元组信息。长度映射为：can xl报文中的数据长度信息映射到ethernet报文中的长度信息。
36.接收信息缓存：该模块缓存经过映射后的信息，包括会话、长度等信息。
37.数据缓存：该模块缓存can xl报文的数据帧信息。
38.ethernet报文发送：该模块从信息缓存与数据缓存中获取报头与负载，将其发送至ethernet控制器。
39.注：can xl报文仲裁帧中的帧标识、控制帧中的虚拟can标识、地址信息，映射到ethernet中的地址、端口、协议等会话信息，无论是在域控或是整车层面，皆可实现面向服务的一对多通信支持。
40.本实施例接收状态机模块：
41.图3是一种面向服务的can xl与ethernet桥接器芯片接收状态机模块接收状态转移图。如附图3所示，接收状态机模块驱动接收缓存器内数据的流动，包括缓存的信息与数据；同时将缓存中的数据发送至以太网控制器。状态机主要包括两个部分：can xl报文的接收，以太网报文的发送。其中can xl报文的接收包括接收帧标识、接收滤波、接收控制帧、信息映射、缓存等状态。ethernet报文的发送包括发送准备，发送报头，发送负载等状态。
42.本实施例发送缓存器模块：包括报文滤波子模块、发送信息映射子模块、发送信息缓存子模块、负载缓存子模块、和can xl发送子模块。
43.图4是一种面向服务的can xl与ethernet桥接器芯片发送缓存器模块结构图。如附图4所示，本实施例发送缓存器模块根据寄存器中的配置，从以太网控制器中接收报文，并完成ethernet报文到can xl报文的映射。发送缓存器的行为受到发送状态机的控制。
44.报文滤波：该模块根据寄存器中的配置，接收相应的ethernet报文。当ethernet控制器送出符合配置中的会话信息时，该报文滤波模块接收后续的报文信息；否则不进行接收。
45.发送信息映射：该模块根据配置，将ethernet报文中的源地址、源端口、目的地址、目的端口、协议等信息映射为can xl报文中的帧标识、虚拟can标识、地址等信息；将ethernet报文中的负载长度信息映射为can xl中的长度信息。
46.发送信息缓存：该模块缓存经过映射后的can xl报文信息，包括帧标识、虚拟can
标识、地址、长度等。
47.负载缓存：该模块缓存ethernet报文的负载信息。
48.can xl发送：该模块从信息缓存与负载缓存中获取can xl仲裁帧、控制帧、数据帧、帧尾等所需信息，将其发送至can xl控制器。
49.注：ethernet中的地址、端口、协议等会话信息，映射到can xl报文中的帧标识、虚拟can标识、地址信息，即可实现面向服务的一对多通信支持。
50.本实施例发送状态机模块：
51.图5是一种面向服务的can xl与ethernet桥接器芯片发送状态机模块发送状态转移图。如附图5所示，本实施例发送状态机模块驱动发送缓存器内数据的流动，包括缓存的信息与数据；同时将缓存中的数据发送至can xl控制器。状态机主要包括两个部分：ethernet报文的接收，can xl报文的发送。其中ethernet报文的接收包括接收报头、接收滤波、信息映射、缓存负载等状态。can xl报文的发送包括发送准备，发送仲裁帧、发送控制帧、发送数据帧、发送帧尾等状态。
52.本实施例核心特征在于：
53.1)芯片层面can xl中的帧标识、虚拟can标识、地址与ethernet报文中源地址、源端口、目的地址、目的端口、通信协议五元组会话信息的相互映射，实现can网络层与ethernet传输层的通信，无需软件参与即可完成对整车soa及域内dds所需的通信支持。
54.2)在芯片级别设计实现can xl与ethernet的桥接架构，减少芯片内部总线与内存控制器的带宽压力，保证芯片的整体性能。
55.3)在芯片级别设计can xl与ethernet的桥接架构，实现通信时延上的低延迟，减少软件的参与，从而保证整车面向服务架构以及域控数据分发服务的通信实时性。
56.本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-only memory，rom)或随机存储记忆体(random access memory，ram)等。
57.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种面向服务的can xl与ethernet桥接器芯片，其特征在于：包括接收缓存器，接收状态机，发送缓存器和发送状态机，用于自动驾驶领域在芯片层面实现对域控制器数据分发服务、整车面向服务架构的支持；所述接收缓存器的行为受到接收状态机的控制，同时所述接收缓存器将自身状态反馈给接收状态机，用于从can xl控制器接收can xl报文，完成can xl报文到ethernet数据的映射，生成ethernet数据包发送给ethernet控制器；所述发送缓存器的行为受到发送状态机的控制，同时所述发送缓存器将自身状态反馈给发送状态机，用于从ethernet控制器接收ethernet数据包，完成ethernet数据包到can xl报文的映射，生成can xl报文发送给can xl控制器。2.根据权利要求1所述的一种面向服务的can xl与ethernet桥接器芯片，其特征在于：所述接收缓存器包括can xl接收滤波子模块、接收信息映射子模块、接收信息缓存子模块、数据缓存子模块、和ethernet报文发送子模块；所述can xl接收滤波子模块用于根据寄存器中的配置接收特定帧标识can xl报文；所述接收信息映射子模块用于根据寄存器根据配置，将can xl报文中的帧标识与控制帧信息映射到ethernet数据包报头；所述接收信息缓存子模块用于缓存经过所述接收信息映射子模块映射后的ethernet数据包报头信息；所述接收数据缓存子模块用于缓存特定帧标识can xl报文数据帧信息；所述ethernet报文发送子模块用于从所述接收信息缓存子模块中获取ethernet数据包报头信息、从所述接收数据缓存子模块中获取特定帧标识can xl报文数据帧信息作为负载，生成ethernet数据包发送给ethernet控制器。3.根据权利要求2所述的一种面向服务的can xl与ethernet桥接器芯片，其特征在于：所述接收状态机用于驱动所述接收信息缓存子模块、所述接收数据缓存子模块内信息与数据的流动，包括can xl报文接收状态机和ethernet数据包发送状态机；所述can xl报文接收状态机包括接收can xl帧标识状态、can xl帧接收滤波状态、接收can xl控制帧状态、ethernet数据包报头信息映射状态、ethernet数据包负载缓存状态；所述ethernet数据包发送状态机包括ethernet数据包发送准备状态、发送ethernet数据包报头状态，发送ethernet数据包负载状态。4.根据权利要求2所述的一种面向服务的can xl与ethernet桥接器芯片，其特征在于：所述接收信息映射子模块包括会话映射分模块和长度映射分模块；所述会话映射分模块用于将can xl报文特定帧标识信息与can xl报文控制帧中的虚拟can标识、can xl地址信息映射到ethernet数据包地址信息；所述长度映射分模块用于将can xl报文数据长度信息映射到ethernet数据包长度信息。5.根据权利要求4所述的一种面向服务的can xl与ethernet桥接器芯片，其特征在于：所述ethernet数据包地址信息指源地址、源端口、目的地址、目的端口、通信协议信息。6.根据权利要求3所述的一种面向服务的can xl与ethernet桥接器芯片，其特征在于：所述发送缓存器包括报文滤波子模块、发送信息映射子模块、发送信息缓存子模块、负载缓存子模块、和can xl发送子模块；所述报文滤波子模块用于根据寄存器配置接收特定ethernet数据包；所述发送信息映射子模块用于根据寄存器根据配置，将ethernet数据包报头映射到can xl报文帧标识与控制帧信息；所述发送信息缓存子模块用于缓存经过所述发送信息映射子模块映射后的can xl报文帧标识与控制帧信息；所述负载缓存子模块用于缓存特定ethernet数据包负载信息；所述can xl发送子模块用于从所述发送信息缓存子模
块中获取can xl报文帧标识与控制帧信息、从所述发送数据缓存子模块中获取特定ethernet数据包负载信息作为数据，生成can xl报文发送给can xl控制器。7.根据权利要求6所述的一种面向服务的can xl与ethernet桥接器芯片，其特征在于：所述发送状态机模块驱动所述发送信息缓存子模块、所述发送数据缓存子模块内信息与数据的流动，包括ethernet数据包接收状态机和can xl报文发送状态机；所述ethernet数据包接收状态机包括接收ethernet数据包报头状态、ethernet数据包接收滤波状态、can xl报文帧标识与控制帧信息映射状态、缓存can xl报文负载状态；所述can xl报文发送状态机包括can xl报文发送准备状态，发送can xl仲裁帧状态、发送can xl报文控制帧状态、发送can xl报文数据帧状态、发送can xl报文帧尾状态。8.根据权利要求6所述的一种面向服务的can xl与ethernet桥接器芯片，其特征在于：所述接收信息映射子模块包括ethernet会话映射分模块和ethernet长度映射分模块；所述ethernet会话映射分模块用于将ethernet数据包地址信息映射到can xl报文特定帧标识信息与can xl报文控制帧中的虚拟can标识、can xl地址信息；所述ethernet长度映射分模块用于将ethernet数据包长度信息映射到can xl报文数据长度信息。9.根据权利要求8所述的一种面向服务的can xl与ethernet桥接器芯片，其特征在于：所述ethernet数据包地址信息指源地址、源端口、目的地址、目的端口、通信协议信息。

技术总结
本发明涉及一种面向服务的CAN XL与Ethernet桥接器芯片，包括接收缓存器，接收状态机，发送缓存器和发送状态机，用于自动驾驶领域在芯片层面实现对域控制器数据分发服务、整车面向服务架构的支持；所述接收缓存器的行为受到接收状态机的控制，同时所述接收缓存器将自身状态反馈给接收状态机，用于从CAN XL控制器接收CAN XL报文，完成CAN XL报文到Ethernet数据的映射，生成Ethernet数据包发送给Ethernet控制器；所述发送缓存器的行为受到发送状态机的控制，同时所述发送缓存器将自身状态反馈给发送状态机，用于从Ethernet控制器接收Ethernet数据包，完成Ethernet数据包到CAN XL报文的映射，生成CAN XL报文发送给CAN XL控制器。有益效果是基于CAN XL与Ethernet桥接结构实现面向服务通信架构。接结构实现面向服务通信架构。接结构实现面向服务通信架构。


技术研发人员：周自成 姜辛 章健勇
受保护的技术使用者：北京辉羲智能科技有限公司
技术研发日：2023.05.24
技术公布日：2023/8/24