《智能网联汽车计算平台部署与测试》 课件 任务3、4 计算平台工控机安装、计算平台软件系统认知

任务三计算平台工控机安装智能网联汽车计算平台部署与测试某国产自主品牌汽车试制车间试制车间周师傅的小组接到任务，为了验证新开发的自动驾驶系统，需要在一台改装样车上安装工控机。周师傅向小李解释说：“工控机是整车开发阶段常用的计算平台部件，与车规级部件有很多不同之处，因此在工作时要注意把握要点。”周师傅安排小李先从了解工控机入手，请和小李一起开始今天的工作吧。1.什么是工控机？2.工控机有哪些特点？3.工控机有哪些部件？装调技师周师傅、实习技师小李能根据车辆装调规范和工控机技术手册，与他人合作规范完成工控机安装工作。能根据车辆装调规范和工控机技术手册，独立规范完成工控机各项技术参数记录工作。工控机定义与分类工控机（industrialpersonalcomputer，IPC）全称工业控制计算机，又称工业PC。专门用于工业生产和工业服务场景的计算机。作为对机器设备、生产流程、数据参数等进行监测与控制。硬件安装工控机定义与分类在产品加工制造，机电设备控制、快递自动分拣等场景中所使用的计算机均为工控机。在智能网联汽车中，车辆开发测试阶段以及某些专门用途的车辆装备上，通常使用工控机作为车辆计算与控制系统部件。硬件安装工控机定义与分类硬件安装工控机分类通用型专用型基本构造与个人计算机相同，但是根据工业用途进行了各方面的特别设计包括PLC（可编程控制系统）和CNC（数控系统）等，一般安装在数控加工设备和控制设备上工控机特点工控机与普通计算机外观对比：硬件安装工控机普通计算机工控机特点工控机相较于普通计算机在可靠性、实时性、扩展性方面都有专门的设计。硬件安装特点可靠性扩展性实时性工控机特点可靠性工控机运行在比较恶劣的工业环境下，且对数据的安全性要求很高，工控机相较于普通计算机具有加固、防尘、防潮、防腐蚀、防辐射、强散热等特殊设计。硬件安装加固防尘防潮防腐蚀防辐射强散热工控机特点可靠性工控机具有快速诊断和高可维护性的特点。工控机一般设有“看门狗”定时器，当系统故障死机时，无须人为干预自动复位运行。硬件安装平均无故障时间（MeanTimeToFailures，MTTF）1万到1万5千小时平均无故障时间（MeanTimeToFailures，MTTF）10万小时以上工控机普通计算机工控机特点实时性工控机对工业过程进行实时在线检测与控制，对工作状况的变化进行快速响应，及时进行采集和输出调节。硬件安装工控机特点扩充性工控机具有很强的输入输出功能，接口非常丰富，能与工业现场的各种外设、板卡如与道控制器、视频监控系统、车辆检测仪等相连，以完成各种任务。硬件安装工控机安装试验车安装工控机在智能网联汽车测试阶段一般被安装在车辆后排座位置或者后备箱中，主要考虑的因素是因为这里后排或者后备箱空间宽敞，设备的安装部署容易操作，同时布线不会对驾驶员空间造成影响。工控机被安装布置在两厢试验车后备箱内。硬件安装工控机安装硬件安装通过支架与车身结构件进行良好固定防止设备因为车辆颠簸晃动造成接线脱落接线走向应合理电气和数据线接头应插接牢固工控机安装无人驾驶小车安装工控机在用于无人驾驶小车时，一般安装在车辆前部仪表台内部或仪表台上方：硬件安装硬件安装自行分组•学生自行分组硬件安装•一名同学负责查找车辆技术手册。一名同学负责确认工控机实车安装位置。•记录员负责填写工作记录表。硬件安装硬件安装硬件安装确认工控机安装位置。按照工作记录表对工控机进行检查。确定工控机固定方式。硬件安装智能网联实训汽车或智能驾驶小车无笔车辆装调规范、工控机技术手册硬件安装新能源汽车需注意触电危险•工控机检查项目无遗漏工控机部件工控机参数记录机箱主板电源CPU卡与普通计算机差别较大部件CPU硬盘内存外设接口与普通计算机通用部件不同类型工控机的部件有相应设计。工控机部件工控机参数记录散热方式传统工控机扩展性无风扇工控机传统工控机部件传统工控机采用风冷散热，内部有光驱位、硬盘、电源和主板等，其中主板上有CPU、风扇、内存、扩展插槽等部件。工控机部件工控机参数记录工控机部件工控机参数记录无风扇工控机内部构造:工控机部件工控机参数记录工控机部件工控机参数记录主要参数工控机参数记录工控机产品规格参数物理特性参数重量与尺寸参数电源参数环境特性参数主要参数工控机参数记录CPU参数内存参数网络参数扩展接口类型和数量操作系统类型及参数冷却系统类型显卡参数存储参数IO端口类型和数量主机材质CAN卡参数物理特性参数主要参数工控机参数记录设备的外观尺寸长、宽、高参数尺寸参数整机质量质量参数主要参数工控机参数记录电源参数输入电压扩展性功耗主要参数工控机参数记录环境参数相对温度冲击性能参数工作温度存储温度振动性能参数工控机参数记录•一名同学负责查找工控机技术手册。•一名同学负责核对工控机参数。•记录员负责记录工作记录表。

工控机参数记录工控机参数记录工控机参数记录工控机主要参数。工控机参数记录智能网联实训汽车或智能驾驶小车无笔车辆装调规范、工控机技术手册工控机参数记录无•

工控机各项参数切勿遗漏是否正确确认试验车辆工控机位置是否能够规范填写工控机环境参数是否能够正确向人解释工控机主要部件是否能正确确认无人驾驶小车工控机位置是否能够规范填写工控机物理特性参数是否能够规范填写工控机环境参数是否能够规范填写工控机物理特性参数工具、资料是否整理恢复工作页是否填写完整工控机主要参数有哪些？工控机特点是什么？工控机的分类？正确确认工控机安装位置发言积极组内讨论热烈工控机主要参数有几项未查询到对工控机部件知识掌握不足技能成就梦想爱国精神团队合作复习本任务工作页。观看随书课程数字资源。预习下一个任务工作页。观看下一个工作页随书数字资源。任务四计算平台软件系统认知智能网联汽车计算平台部署与测试某国产自主品牌汽车试制车间试制车间刘师傅接到试制任务，将带领小张一同在已经完成硬件安装的样车上进行软件部署。小张听说智能网联汽车的软件作用重要，那么计算平台的软件与手机和计算机的软件有哪些不同之处呢，小张带着这个疑问开始今天的工作，请和小张一起开始今天的学习吧。1.什么是计算平台软件系统？2.计算平台软件系统由什么组成？装调技师刘师傅、实习技师小张能根据计算平台技术手册，正确讲解计算平台操作系统的系统软件的功能与特点。能根据计算平台技术手册，正确讲解计算平台操作系统的功能软件的定义与用途。计算平台操作系统定义与组成计算平台操作系统是驱动与调动自动驾驶汽车的各种硬件传感器（如激光雷达、摄像机、毫米波雷达等）。引导系统内置的高级人工智能计算子系统支持自动驾驶汽车的基础功能和高级功能。对接收到的数据信息进行实时可靠反馈的车载计算平台系统软件。系统软件认知计算平台操作系统定义与组成操作系统是计算平台的基础框架软件，是车辆自动驾驶系统能够实时、准确、安全、高效运行的基础与核心。操作系统在架构上位于硬件系统之上，同时支撑各个应用软件运行。系统软件认知实时准确安全高效计算平台操作系统定义与组成系统软件认知根据自动驾驶的核心共性需求实现智能网联功能的共性软件模块，如自动驾驶通用框架、网联、云控等功能软件控制和协调车载智能计算基础平台和外部硬件传感器设备，支持复杂嵌入式系统开发和运行的系统系统软件计算平台操作系统定义与组成系统软件认知在开发阶段一般使用Linux系统作为计算平台的操作系统。硬件选用工控机，对开发中的各个ADAS、自动驾驶算法进行试验和验证。系统软件系统软件认知系统软件是专门用于汽车场景的复杂大规模嵌入式系统运行环境。系统软件通常包含：异构分布系统虚拟机监视器（hypervisor）内核系统分布式数据服务系统(datadistributionservice，DDS，又称数据分发服务)系统软件系统软件认知内核系统智能网联汽车计算平台的自动驾驶系统是典型的RTOS（实时操作系统）。实时操作系统（real-timeoperatingsystem，RTOS）是指能够在指定或者确定的时间内完成系统功能和在外部或内部、同步或异步时间做出响应的系统。实时操作系统有在事先定义的时间范围内识别和处理离散事件的能力；系统能够处理和储存控制系统所需要的大量数据。系统软件系统软件认知内核系统实时操作系统与批处理操作系统、分时操作系统、网络操作系统等其他类型的操作系统相比，最大的特色就是“实时性”，如果有一个任务需要执行，实时操作系统会马上（在较短时间内）执行该任务，不会有较长的延时。这种特性保证了各个任务的及时执行。实时操作系统中都要包含一个实时任务调度器，这个任务调度器与其它操作系统的最大不同是强调严格按照优先级来分配CPU时间。系统软件系统软件认知计算平台常用的内核系统QNXLinuxAndroidWinCE系统软件系统软件认知QNX分布式、嵌入式，可规模扩展的RTOS系统。主要提供进程调度、进程间通信、底层网络通信和中断处理等服务。QNX建立在微内核和完全地址空间保护基础之上，其安全可靠性能可达到汽车安全完整性等级（automotivesafetyintegrationlevel，ASIL）中最高等级D的需求。系统软件系统软件认知Linux主要包括主要特性CPU进程管理、文件系统管理、设备管理驱动、网络通信以及系统初始化和系统调用等模块可移植性、动态内核、开源灵活广泛支持芯片和硬件环境及应用层程序系统软件系统软件认知Android基于Linux架构开发的系统。优势在于为开源系统，易于各车企以此为基础进行自研开发，各移动终端应用生态丰富。缺点系统对于自动驾驶的安全性和稳定性要求满足性较低。系统软件系统软件认知WinCE微软发布的多任务嵌入式系统，具有多任务抢占和硬实时的特点。该系统因为开发者数量较少等原因目前逐渐退出市场。各大车企开发的各个操作系统都是在以上内核系统的基础上进行二次开发而成。系统软件系统软件认知虚拟机监视器英文名称为Hypervisor，或被称为VMM（virtualmachinemonitor）。用于协调管理并虚拟化内存、CPU和外围设备等硬件资源。Hypervisor可允许多个操作系统和应用共享硬件并提供给运行在Hypervisor之上的多个内核系统。系统软件系统软件认知虚拟机监视器一个计算机上面运行着一个hypervisor，hypervisor上面又运行着一个或多个虚拟机，该类虚拟机一般被称为virtualmachine（VM）。hypervisor为虚拟机营造了一个虚拟操作系统，并且对系统运行进行管理。多个不同的操作系统能够共享虚拟化的硬件资源，以个人计算机为例，Linux、Windows、macOS实例能够在一个单独的物理x86机器上运行。系统软件系统软件认知虚拟机监视器在智能网联汽车计算平台上，Hypervisor可以实现将不同的操作系统运行在同一个主控芯片上，成为跨平台应用和提高硬件利用率的重要途径。在智能座舱系统中，Hypervisor也有普遍应用。系统软件系统软件认知分布式数据服务系统自动驾驶操作系统需要建立跨多内核、多CPU、多板的分布式数据服务机制。分布式数据服务系统（DDS）作为分布式实时通信中间件，采用发布/订阅体系架构，面向实时系统进行数据分布服务。通过DDS车内模块间的通信可简单地发布数据、控制进程并订阅到所需的数据。系统软件认知报数法从任意指派从一名学生开始从1-5依次报数报相同数目者结合成一组系统软件认知•一名同学负责讲解自动驾驶操作系统。•记录员负责填写工作记录表。可以轮换进行讲解和记录。系统软件认知系统软件认知系统软件认知确定讲解内容。讲解过程评价。系统软件认知智能网联实训汽车或智能驾驶小车无笔计算平台技术手册系统软件认知无•讲解内容无遗漏功能软件定义功能软件认知自动驾驶通用框架功能软件认知自动驾驶通用框架功能软件认知主要功能：通过设计和实现通用框架模块满足动驾驶会产生安全和产品化共性需求，保障自动驾驶系统实时、安全、可扩展和可定制。实现自动驾驶所需的人工智能算法，如基于卷积神经网络（CNN）框架的深度学习感知算法、基于高精度地图等多源信息融合定位算法、基于通用AI和规则的决策规划算法和基于车辆动力学模型的控制算法等。自动驾驶通用框架功能软件认知分类多任务模块化框架普通模块化框架端到端模块化框架自动驾驶通用框架功能软件认知普通模块化框架每个模型负责单独的子任务优点是易于调试迭代缺点是解耦就会丢失最优性，各个模块的优化目标并不是以驾驶为最终目标，并且每个模块的误差会传递到之后的模块。自动驾驶通用框架功能软件认知多任务模块化框架多任务模块利用一个共享的特征提取器来完成多个子任务优点是节省计算成本。缺点是不同任务之间可能会存在负面影响。自动驾驶通用框架功能软件认知端到端（End-to-end，E2E）模块化框架以最终的驾驶性能为目标，具体又可以细分为隐式的端到端和显式的端到端两种框架。隐式端到端（vanillasolution）以传感器数据作为输入直接输出规划或者控制指令。这种框架的好处是较为简洁。缺点是缺乏可解释性，难以调式及迭代。自动驾驶通用框架功能软件认知端到端（End-to-end，E2E）模块化框架显式端到端（explicitsolution）将多个模块囊括在端到端模型之中，每个模块有各自的输出，并且会将提取到的特征传递到下游任务。自动驾驶网联模块功能软件认知网联模块负责实现网联通信、处理网联数据、网联协同感知、网联协同规划、网联协同控制等网联自动驾驶功能。01网联通信02处理网联数据03网联协同感知04网联协同规划05网联协同控制自动驾驶网联模块功能软件认知网联模块的数据包括路侧摄像头、智能信号灯、道路交通提示预警等信息和其他车辆信息，通过V2X（车用无线通信技术）获得。网联数据与单车传感器系统的多种环境感知手段相结合，经过数据融合处理后能够将单车感知范围扩展到数百米，车辆的自动驾驶系统可根据感知信息控制车辆启停、减速等行为，实现车辆