数据处理系统以及配置和操作数据处理系统的方法

技术领域

本公开涉及数据处理系统以及配置和操作数据处理系统的方法，特别是在汽车系统中的应用。

背景技术

在汽车应用中，数据传递必须可靠，特别是在数据传递系统的启动阶段期间必须要快。使用常规数据传递架构的明确定义的通信协议可以帮助降低成本。然而，常规数据传递架构通常涉及冗长的启动过程。

因此，需要增强常规数据传递架构，特别是增加可靠性并改善启动时间。

发明内容

本公开提供了一种计算机实现方法、计算机系统以及非暂时性计算机可读介质。

在一个方面，本公开致力于一种数据处理系统，该数据处理系统包括：传感器数据获取电路，该传感器数据获取电路被配置成从至少一个传感器获取传感器数据；服务器电路，该服务器电路被配置成从传感器数据获取电路接收传感器数据并将传感器数据(可选地，在处理或重新排列或重新格式化之后)转发至处理单元(例如，汽车系统的中央处理单元(CPU))；第一存储器(其也可以被称为传感器数据获取电路存储器)，该第一存储器被配置成存储传感器数据获取电路的配置数据；以及第二存储器(其也可以被称为服务器电路存储器)，该第二存储器被配置成存储服务器电路的配置数据。

换句话说，该数据处理系统包括传感器数据获取电路(或者简称：数据获取电路)以及服务器电路，该器数据获取电路和服务器电路可以分别根据存储在与该数据获取电路和服务器电路相关联(例如，设置在其中)的存储器中的配置信息来进行配置。数据获取电路可以根据存储在与该数据获取电路相关联的存储器中的配置信息来进行配置。服务器电路可以根据存储在与该服务器电路相关联的存储器中的配置信息来进行配置。可以提供配置电路，并且可以将该配置电路配置成：根据第一存储器(例如，根据存储在第一存储器中的配置信息)来配置传感器数据获取电路；并且根据第二存储器(例如，根据存储在第二存储器中的配置信息)来配置服务器电路。

可以将从传感器数据获取电路到服务器电路的传感器数据传输路径设置为静态配置。传感器数据获取电路与服务器电路之间的任何物理连接问题可能迫使该系统进入预定义的数据路由配置。可以将相应的存储器用于存储关于静态配置和/或预定义的数据路由配置的信息，并且可以将该信息用于对传感器数据获取电路和服务器电路进行配置。

可以将相应的存储器用于再调用启动配置。可以提供多个静态配置，例如，用于正常操作(即，没有任何检测到的故障的操作)的一个配置，并且可以提供可在检测到故障的情况下使用的一个或更多个其它配置。相应的存储器可以是非易失性存储器。

可以将第一存储器和第二存储器设置为组合的存储器单元，例如，非易失性存储器(例如，闪速存储器)或易失性存储器(例如，随机存取存储器，RAM)。可以将第一存储器与传感器数据获取电路相关联。例如，可以将第一存储器设置在传感器数据获取电路中。可以将第二存储器与服务器电路相关联。例如，可以将第二存储器设置在服务器电路中。另选地，第一存储器和/或第二存储器可以与传感器数据获取电路和/或服务器电路分开地设置。

在第一次启动数据处理系统时，数据处理系统可以根据由PCI(外围组件互连)Express所提供的自我枚举(例如，PCIe组件的自动化配置)来进行配置，并且该配置可以存储在相应的存储器中。另选地，可以在第一次启动数据处理系统之前将配置数据从外部源写入相应的存储器。这样，可以在汽车PCI Express上提供多个静态枚举。

例如，可以根据PCI Express将传感器数据获取电路经由线缆和插头连接至服务器电路。另选地，传感器数据获取电路和服务器电路可以是硬连线的(例如，焊接的)。

数据处理系统可以根据PCI Express标准来提供，并且可以提供为智能车辆架构。

应理解，电路(例如，“传感器数据获取电路”或“服务器电路”)可以是指电路或电路系统，例如，芯片上系统或多个芯片的布置。

根据另一方面，传感器数据获取电路包括PCI Express端点(EP)，其中，至少一个传感器连接至PCI Express端点。根据另一方面，传感器数据获取电路包括多个PCIExpress端点，其中，相应的传感器连接至所述多个PCI Express端点中的各个PCI Express端点。各个传感器可以有单独的EP。因此，传感器数据获取电路可以提供PCI交换机功能，用于经由EP将所述一个或更多个传感器连接至服务器电路中设置的RC(根复合体(RootComplex))。

根据另一方面，该数据处理系统系统还包括连接至所述传感器获取电路的另一传感器数据获取电路；其中，该另一传感器数据获取电路被配置成，从至少一个另一传感器获取另一传感器数据；其中，服务器电路被配置成，经由所述传感器数据获取电路，从该另一传感器数据获取电路接收该另一传感器数据。所述传感器数据获取电路和该另一传感器数据获取电路可以连接至服务器电路中的同一RC，并由此可以提供将传感器数据转发到服务器电路(或路由通过)的功能。可以提供超过两个传感器数据获取电路。

根据另一方面，服务器电路包括PCI Express根复合体(RC)。

根据另一方面，该数据处理系统系统还包括另一服务器电路，该另一服务器电路被配置成，从传感器数据获取电路接收传感器数据(并将该传感器数据转发至处理单元)。提供所述服务器电路和另一服务器电路提供了增强的故障容限。即使传感器数据获取电路与所述服务器电路和另一服务器电路中的一个服务器电路之间的通信中断(或者所述服务器电路和另一服务器电路中的一个服务器电路存在故障)，也仍可以将传感器数据经由另一个服务器电路(即，在所述另一服务器电路故障的情况下经由所述服务器电路，以及在所述服务器电路故障的情况下经由所述另一服务器电路)转发给处理单元.

根据另一方面，所述服务器电路和/或另一服务器电路是根据PCI Express非透明(NT)交换机功能来配置的。使用PCIe NT交换机功能可以允许从传感器数据获取电路到所述服务器电路以及另一服务器电路的多播。

根据另一方面，该数据处理系统系统还包括故障检测电路，该故障检测电路被配置成对数据处理系统的操作中的故障进行检测；其中，传感器数据获取电路和服务器电路配置成，如果(故障检测电路)检测到故障，则设定默认配置。例如，如果在预定的时段期间未从被连接至传感器数据获取电路的传感器接收到传感器数据，则可以确定传感器数据获取电路与服务器电路之间的通信出现了故障。

根据另一方面，该数据处理系统系统还包括控制器，该控制器包括传感器数据获取电路和到服务器电路的接口(并且可选地包括数据处理系统的任何另一组件的接口)。例如，在数据处理系统的(部分)系统故障(例如在数据处理系统的组件之间(例如在传感器数据获取电路与服务器电路之间)的PCIe连接故障)的情况下，例如基于被存储在数据获取电路和/或服务器电路的相应存储器中的另选配置，该接口可以用于(重新)配置数据获取电路和/或服务器电路(或者触发这种重新配置)。

根据另一方面，接口可以根据控制器区域网络总线或以太网中的至少一项或者可能与PCI Express不同的任何其它车辆接口来配置(使得即使PCI Express系统发生故障，仍可以连接至传感器数据获取电路和服务器电路，例如用于重新配置或用于触发重新启动或重新引导或者任何其它枚举法)。

根据另一方面，在传感器数据获取电路中和/或在服务器电路中传递传感器数据和/或向服务器电路传递传感器数据是基于直接存储器存取(DMA)来执行的。这可以减少传感器数据获取电路和/或服务器电路的计算工作。

在另一方面，本公开旨在一种包括如上所述的数据处理装置和所述至少一个传感器的车辆。该车辆还可以包括处理单元。该车辆可以(至少部分地)是自主驾驶车辆。

在一个方面，本公开旨在一种配置和操作数据处理系统的计算机实现方法，所述方法包括由计算机硬件组件执行(换句话说：实现)的以下步骤：从传感器数据获取电路存储器读取传感器数据获取电路的第一配置数据；基于第一配置数据对传感器数据获取电路进行配置；从服务器电路存储器读取服务器电路的第二配置数据；基于第二配置数据对服务器电路进行配置；使用传感器数据获取电路从至少一个传感器获取传感器数据；在服务器电路中从传感器数据获取电路接收传感器数据；以及将传感器数据转发至处理单元。

在另一方面，本公开旨在一种计算机系统，所述计算机系统包括多个计算机硬件组件，所述多个计算机硬件组件被配置成执行本文所描述的计算机实现方法的若干或所有步骤。

该计算机系统可以包括多个计算机硬件组件(例如，处理单元、至少一个存储器单元以及至少一个非暂时性数据存储部)。应理解，可以提供进一步的计算机硬件组件并用于在计算机系统中执行所述计算机实现方法的步骤。该非暂时性数据存储部和/或存储器单元可以包括计算机程序，该计算机程序用于指令计算机例如使用所述处理单元和所述至少一个存储器单元来执行本文所描述的计算机实现方法的若干或所有步骤或各方面。

在另一方面，本公开旨在一种非暂时性计算机可读介质，该非暂时性计算机可读介质包括用于执行本文所描述的计算机实现方法的若干或所有步骤或各方面的指令。可以将计算机可读介质被配置为：诸如光盘或数字通用盘(DVD)的光学介质；诸如硬盘驱动器(HDD)的磁介质；固态驱动器(SSD)；诸如闪速存储器的只读存储器(ROM)；等等。而且，可以将计算机可读介质配置为可经由诸如互联网连接的数据连接来访问的数据存储部。计算机可读介质例如可以是在线数据存储库或云存储。

本公开还旨在一种计算机程序，该计算机程序用于指令计算机执行本文所描述的计算机实现方法的若干或所有步骤或各方面。

附图说明

本文接合以下示意性地示出的附图，对本公开的示例实施方式和功能进行描述：

图1是计算系统内的示例性PCIe实现的例示图；

图2是根据各种实施方式的汽车架构的例示图；以及

图3是例示根据各种实施方式的配置和操作数据处理系统的方法的流程图。

具体实施方式

例如，在个人计算机环境中，外围组件互连(PCI)总线可以将诸如串行接口组件或图形卡之类的外围装置连接至CPU(中央处理单元)。PCI的最新版本是PCI Express(PCIe)，它使用点对点串行硬件链路，而不是PCI中最初使用的并行硬件链路。

PCIe可以用于计算机和移动装置行业中的不同应用。在个人计算机之外，可能还有其它的用例，诸如在移动电话中，用于将WLAN(无线局域网)组件连接至主要的芯片上系统(SoC)或者经由线缆将固态存储装置连接至个人计算机的主板。在数据中心中，PCIe可以用于经由线缆将存储装置阵列连接至数据中心服务器装置。

图1示出了计算系统(例如，个人计算机或移动装置)内的示例性PCIe实现的例示图100。PCIe实现可以包括几个标准化的主要要素。例如，中央处理单元(CPU)118及其关联的存储器120可以直接连接至PCIe根复合体(RC)102。RC 102可以直接连接至外围组件106、108(可以称为端点(EP))或者连接至PCIe交换机104，该交换机将几个EP组件110、112、114、116连接至RC 102。RC 102与EP 106、108之间、RC 102与交换机104之间以及交换机104与EP110、112、114、116之间的连接可以是根据PCIe的连接。

可能无法将两个RC组件彼此直接连接。PCIe交换机中可能需要非透明(NT)桥接模式，以允许在两个RC组件之间进行直接通信。

PCIe为各个EP使用标准化的配置寄存器组，如表1所示。

表1

为了寻址PCIe装置，必须通过映射到系统的I/O(输入/输出)端口地址空间或存储器映射的地址空间来启用PCIe装置。系统的固件、装置驱动程序或操作系统(OS)对基址寄存器(BAR)进行编程，以通过将配置命令写入PCIe控制器来向装置通知其的地址映射。由于所有PCIe装置在系统重置时均处于非活动状态，因此没有向这些PCIe装置分配地址，而操作系统或装置驱动程序可以通过这些地址与这些PCIe装置进行通信。BIOS或者OS在所有PCIe端口上扫描所连接的EP和交换机并对这些EP和交换机进行配置，并且该过程可以被称为(PCIe)枚举。

也可以在系统启动和PCIe枚举之后连接PCIe EP，这被称为热插拔。可以热插拨的所有EP需要系统预先获知。需要保留这些装置所需的地址空间。这些可以热插拨的装置是不活动的EP，在将它们物理连接至系统后，它们将变为活动状态。

图2示出了根据各种实施方式的汽车架构的例示图200。根据各种实施方式，可以基于可维持的软件抽象层从硬件中抽象出软件，并且可以例如通过数据获取电路202、210、222从关联的计算装置中抽象出输入和输出(IO)。

根据各种实施方式，可以通过线缆接口使用PCI Express(PCIe)，将数据获取电路202、210、222连接至一个或两个服务器电路230、236，以便从数据获取电路202、210、222向服务器电路230、236传递传感器数据的集合，举例来说，比如摄像头数据、雷达数据或其它汽车传感器数据。

各个服务器电路包含RC(例如，第一服务器电路230包括第一RC 232，并且第二服务器电路236包括第二RC 238)。

各个数据获取电路包括各个传感器数据链路的一个或更多个EP。例如，第一数据获取电路202包括一个EP 204，一个传感器206连接至该EP 204；第二数据获取电路210包括两个EP 212、216，其中，第一传感器214连接至第一EP 212，并且第二传感器218连接至第二EP 216；并且第三数据获取电路222包括一个EP 224，一个传感器226连接至该EP 224。

连接至数据获取电路的各个传感器可以表示针对服务器电路的单独EP。各个数据获取电路可以针对连接至数据获取电路的所有传感器提供所述多个传感器数据EP所需的PCIe交换机功能。

如图2所示，多个数据获取电路202、210、222可以按照链式配置连接至服务器电路的同一PCIe线缆接口(例如，经由第一服务器电路230的PCIe线缆接口228，或者经由第二服务器电路236的PCIe线缆接口234)。

各个数据获取电路202、210、222可以包含PCIe交换机功能，该PCIe交换机功能将数据获取电路及其EP连接至其后面的、位于服务器电路前面数据获取电路或者直接连接至服务器电路。例如，第一数据获取电路202可以经由连接208(例如，PCIe连接)连接至第二数据获取电路210，第二数据获取电路210可以经由连接220(例如PCIe连接)连接至第三数据获取电路222，并且第三数据获取电路222可以经由连接228(例如PCIe连接)连接至第一服务器电路230，并且可以经由连接234(例如PCIe连接)连接至第二服务器电路236。这种堆叠式PCIe交换机配置可以使所有传感器作为单独的EP对RC(在相应的服务器电路中)并且也对CPU是可见的。

各个传感器可以经由其在数据获取电路中的EP将其内容流传输至服务器电路的RC，并且最后流传输到服务器电路中的按每传感器映射的单独的存储器缓冲区中。

从数据获取电路的SoC处的传感器数据输入接口到服务器电路的SoC的PCIe控制器组件的数据传递可以使用直接存储器存取(DMA)技术(若可用的话)，以便以尽可能小的数据获取电路CPU负载来传递传感器数据。DMA也可以在服务器电路内使用，以将所接收到的数据从PCIe控制器传递至服务器电路的存储器缓冲区。

根据各种实施方式，可以按照PCIe的方法，同时将传感器数据的集合从一个数据获取电路传递至两个(或更多个)服务器电路，这可以称为多播。可以提供多播，以便为3级或更高级别的自主驾驶(AD)系统的冗余计算节点馈送相同的传感器数据。两个服务器电路均可以从数据获取电路接收相同的数据，并且两个服务器电路可能正在构建冗余计算系统。

利用冗余计算系统，即使一个计算节点发生故障，AD系统仍可以具有可用的完整传感器集。如果一个计算模式失败，则车辆可以执行跛行模式(limp mode)机动。两个服务器电路与数据获取电路链的连接可以基于这两个服务器电路中的一个服务器电路的非透明(NT)PCIe交换机功能的实现来提供，以便在同一时间点将两个服务器电路的两个RC均连接至数据获取电路中的所有传感器EP。

PC或数据中心系统中的PCIe的自枚举过程可以是一种灵活的解决方案，并且可以非常轻松地应对任何系统更改。但是汽车系统在汽车生产之后通常是静态的。车载应用/系统的一个主要要求可能是快速加电序列。因此，根据各种实施方式，可以在短时间内建立服务器电路和数据获取电路的PCIe系统。各个RC、EP以及交换机功能的配置连同所有寄存器集和存储器缓冲区配置应能够在系统启动时作为已知的静态配置被再调用。系统的所有节点可以在其非持久性存储器或非易失性存储器中具有配置空间，以存储和再调用正常的启动PCIe配置。

可以将预定义的系统设置版本存储至(或存储在)非易失性存储器中，但是在一些情况下，在汽车计算单元启动时，可以将整个映像(image)从闪速存储器(非易失性存储器)下载至RAM(随机存取存储器)。在这种情况下，系统设置可以从RAM加载，而不是从闪速存储器加载。

根据各种实施方式，对于在数据获取电路或服务器电路之间的接口故障或者服务器电路的整个系统故障的情况来说，系统可以预先准备好多个已知的PCIe配置，所述已知的PCIe配置例如在尽可能短的时间内重新建立与EP的连接，以保持汽车需求并使得能够实现持续的功能，并且如果车辆是自动化的，则该车辆将允许启用跛行模式。对于自动化驾驶情形，整个接口或系统故障场景可以由所选择的可能跛行模式场景来加以解决。

对于没有故障的系统或处于跛行模式的系统中的正常PCIe启动配置，可以由故障检测电路来控制PCIe配置，该故障检测电路对车辆系统的PCIe节点中的各个PCIe节点的PCIe设置进行控制。可以提供从故障检测电路到系统的所有节点(特别是到各个数据获取电路以及到各个服务器电路)的独立物理接口，以在系统中发生故障的情况下对启动配置或跛行模式配置进行控制。该接口可以是CAN、以太网或者与PCIe不同的任何其它车辆接口。

应理解，即使图2示出了两个服务器电路230、236，服务器电路的数量也不限于两个；可以仅有一个服务器电路，或者可以有两个、三个、四个或者任何其它数量的服务器电路。

应理解，即使图2示出了三个数据获取电路202、210、222，数据获取电路的数量也不限于三个；可以仅有一个数据获取电路，或者可以有两个、三个、四个或者任何其它数量的数据获取电路。

同样地，连接至数据获取电路的传感器的数量可以是一个、两个、三个或者任何其它整数个。可以在数据获取电路中为各个传感器提供一个EP。

图3示出了例示根据各种实施方式的配置和操作数据处理系统的方法的流程图300。在302，可以从传感器数据获取电路存储器读取传感器数据获取电路的第一配置数据。在304，可以基于第一配置数据对传感器数据获取电路进行配置。在306，可以从服务器电路存储器读取服务器电路的第二配置数据。在308，可以基于第二配置数据对服务器电路进行配置。在310，可以使用传感器数据获取电路从至少一个传感器获取传感器数据。在312，可以在服务器电路中从传感器数据获取电路接收传感器数据。在314，可以将传感器数据转发至处理单元。

上述步骤302、304、306、308、310、312、314以及进一步的步骤中的各个步骤皆可以由计算机硬件组件来执行。应理解，针对数据处理系统描述的特性和特征可以类似地提供给配置和操作数据处理系统的方法，反之亦然。

100 计算系统内的示例性PCIe实现的例示图

102 PCIe根复合体

104 PCIe交换机

106 端点

108 端点

110 端点

112 端点

114 端点

116 端点

200 根据各种实施方式的汽车架构的例示图

202 数据获取电路

204 端点

206 传感器

208 连接

210 数据获取电路

212 端点

214 传感器

216 端点

218 传感器

220 连接

222 数据获取电路

224 端点

226 传感器

228 连接

230 服务器电路

232 根复合体

234 连接

236 服务器电路

238 根复合体

300 例示根据各种实施方式的配置和操作数据处理系统的方法的流程图

302 从传感器数据获取电路存储器中读取传感器数据获取电路的第一配置数据的步骤

304 基于第一配置数据对传感器数据获取电路进行配置的步骤

306 从服务器电路存储器中读取服务器电路的第二配置数据的步骤

308 基于第二配置数据对服务器电路进行配置的步骤

310 使用传感器数据获取电路从至少一个传感器获取传感器数据的步骤

312 在服务器电路中从传感器数据获取电路接收传感器数据的步骤

314 将传感器数据转发至处理单元