一種可配置的車載高精定位軟件方案研究

張瑩 蔡之駿 楊波 馮其高 李曉平

摘 要：隨著ADAS技術(shù)的普及和發(fā)展，車輛定位技術(shù)的作用也變得更加關(guān)鍵。只有保證車輛定位的精度才能確保許多ADAS應(yīng)用場(chǎng)景的準(zhǔn)確性。車載高精定位系統(tǒng)一般由定位芯片、SOC端、MCU端及RTK服務(wù)組成，其中定位芯片能結(jié)合GNSS技術(shù)與RTK數(shù)據(jù)從而進(jìn)入高精定位模式。由于定位芯片和RTK服務(wù)都有多種主流產(chǎn)品導(dǎo)致車載高精定位系統(tǒng)存在大量的組合方案，相關(guān)的軟件適配工作也因此變得非常繁重。文章提出一種可配置的車載高精定位軟件方案，能通過(guò)修改軟件配置文件便捷地適配多種定位芯片與RTK服務(wù)的組合方案，從而大幅提升軟件的調(diào)試效率和可拓展性。

關(guān)鍵詞：GNSS;車載高精定位軟件;可配置式;RTK

中圖分類號(hào)：TP319? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2020）15-82-03

Abstract： With the development and popularization of ADAS （Advanced Driving Assistance System）， the vehicle positioning technology becomes more critical. Automotive high-precision positioning system includes positioning chip， SOC （System on Chip）， MCU （Microcontroller Unit） and RTK （Real Time Kinematics） service， where positioning chip can achieve high-precision positioning by combining GNSS （Global Navigation Satellite Systems） with RTK technology Since there are various main products for positioning chips and RTK service， automotive high-precision positioning system has lots of schemes， which requires abundant hard work for software adaption. This paper suggests a configurable high- precision positioning software solution for vehicles， which is able to adapt the high-precision positioning software for different combinations of position chips and RTK service by simply modifying the configure file. Hence， the software debug efficiency and extensibility can be improved significantly.

Keywords： GNSS; Automotive high-precision positioning software; Configurable; RTK

CLC NO.： TP319? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）15-82-03

前言

車載高精定位技術(shù)是目前諸多ADAS（Advanced Driving Assistance System）技術(shù)的基礎(chǔ)，只有保證了車輛定位的精度才能保證V2X（Vehicle-to-Everything）等車輛預(yù)警場(chǎng)景的準(zhǔn)確性[1][2]。車載高精定位系統(tǒng)一般由定位芯片、SOC （System on Chip） 端、MCU（Microcontroller Unit）端及RTK（Real Time Kinematics）服務(wù)組成，其中定位芯片能結(jié)合GNSS（Global Navigation Satellite Systems）技術(shù)與RTK數(shù)據(jù)從而進(jìn)入高精定位模式。該系統(tǒng)的基本工作原理為SOC端周期性地接受定位芯片發(fā)送的基礎(chǔ)定位信號(hào)，并將該信號(hào)發(fā)送至RTK服務(wù)對(duì)應(yīng)的相關(guān)基站;之后，SOC端會(huì)收到RTK基站返回的RTK數(shù)據(jù)并將該數(shù)據(jù)發(fā)送給定位芯片，條件允許時(shí)定位芯片會(huì)進(jìn)入高精定位模式從而使定位芯片發(fā)送給SOC端的定位數(shù)據(jù)也變成了高精定位數(shù)據(jù);MCU端則會(huì)向定位芯片周期性地發(fā)送慣導(dǎo)推算所需信號(hào)（比如輪速tick數(shù)、時(shí)間戳等）以此輔助定位芯片的高精定位計(jì)算。

目前市場(chǎng)上有的主流定位芯片包括Ublox、北斗、高通等，RTK服務(wù)提供商有千尋、星輿科技等。由于不同廠商對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品在軟件上采用不同的流程及函數(shù)接口，同時(shí)考慮到不同的硬件方案也會(huì)導(dǎo)致車載高精定位軟件所使用的串口等配置不同，因此，車載高精定位系統(tǒng)存在著大量不同的組合方案，且每種系統(tǒng)方案都在軟件實(shí)現(xiàn)上會(huì)有較大的不同。

本文提出一種可配置的車載高精定位軟件方案，在該方案中，車載高精定位軟件使用配置文件為特定的程序變量賦值，從而選擇高精定位軟件進(jìn)入的流程分支，以此適配不同的車載高精定位系統(tǒng)。該方案中，用戶只需修改配置文件即可實(shí)適配不同的高精定位系統(tǒng)，從而大幅提升軟件調(diào)試效率與可拓展性。

注意本文中所述車載高精定位軟件不包含定位芯片與RTK服務(wù)基站內(nèi)置的定位推算軟件，僅包含定位相關(guān)的SOC端軟件和MCU端軟件（包含定位芯片及RTK服務(wù)接口函數(shù)）。

1 軟件系統(tǒng)組成及原理

如圖1所示，車載高精定位軟件系統(tǒng)一般采用雙CPU通信架構(gòu)，由SOC端軟件（默認(rèn)使用Linux操作系統(tǒng)）、MCU端軟件組成，通過(guò)接口函數(shù)與定位芯片及RTK服務(wù)基站進(jìn)行信息交互（部分廠商將定位芯片與SOC模組融合在一起，不過(guò)軟件上SOC端依然需要使用定位相關(guān)接口函數(shù)收發(fā)定位數(shù)據(jù)）。其中SOC端軟件周期性地接受來(lái)自定位芯片的定位數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)給RTK服務(wù)基站，并將基站返回的RTK數(shù)據(jù)發(fā)送給定位芯片從而使該芯片進(jìn)入高精定位狀態(tài)，芯片輸出的定位信號(hào)因此也變成高精定位信號(hào);MCU端軟件負(fù)責(zé)周期性地收集來(lái)自CAN信號(hào)的輪速等慣導(dǎo)所需信號(hào)并將其發(fā)送給定位芯片進(jìn)行慣導(dǎo)推算。注意圖1所述為常規(guī)的車載高精定位軟件原理圖，沒(méi)有使用配置文件。

2 配置文件及使用方法

為了適配不同組合的車載高精定位系統(tǒng)，本文提出一種可配置的車載高精定位軟件方案，在SOC端軟件中引入配置文件（一般為.cfg文件，也可使用其他類型）為特定的程序變量賦值，從而選擇高精定位軟件進(jìn)入的流程分支;配置文件可由用戶自行定義，用于配置高精定位軟件使用的定位芯片、RTK（差分?jǐn)?shù)據(jù)）來(lái)源、串口通道（uart口）;同時(shí)，在SOC端軟件中事先寫好所有需要適配的交互流程程序，并使用特定的交互變量決定軟件的交互流程。如圖2所示，定義變量Model，當(dāng)Model=1時(shí)軟件采用定位芯片1的交互流程（包括相應(yīng)的初始化流程、SDK、函數(shù)接口等），當(dāng)Model=2時(shí)軟件采用定位芯片2的交互流程;同理可定義變量Source，當(dāng)Source=1時(shí)軟件采用RTK服務(wù)提供商1的交互流程，當(dāng)Source=2時(shí)軟件采用RTK服務(wù)提供商2的交互流程;串口等其他通信接口的配置也可使用類似方法完成，撰寫代碼時(shí)需要保證每個(gè)交換流程分支都能正常運(yùn)行。這些變量的取值均來(lái)自于自定義的配置文件，軟件初始化時(shí)會(huì)自動(dòng)從配置文件讀取相關(guān)參數(shù)作為這些配置變量的值。配置文件和SOC端軟件一起編譯，可在軟件運(yùn)行時(shí)直接用putty等工具軟件打開(kāi)對(duì)應(yīng)的端口，然后使用vi模式打開(kāi)的窗口中修改相應(yīng)的配置文件，修改后重啟SOC端軟件即可生效，無(wú)需重新編譯軟件。配置文件中只需按用戶自定義的格式撰寫相關(guān)變量的初始值即可，例如只寫一行：Model=1，Source=2，適配其他方案時(shí)修改對(duì)應(yīng)的數(shù)字即可。

同時(shí)，SOC端軟件還會(huì)將配置文件提供的交互變量值發(fā)送給MCU端軟件，使MCU端也能根據(jù)所選定位芯片進(jìn)入相應(yīng)的流程，從而選擇芯片所需獲取的慣導(dǎo)信號(hào)并發(fā)送給該定位芯片，發(fā)送方式由定位芯片本身需求決定。SOC端軟件與MCU端軟件的通訊方式由用戶決定，一般采用spi通信。

此外，配置文件中還可根據(jù)硬件方法的不同適配不同的接口，比如SOC端與定位芯片交互的串口號(hào)及波特率等參數(shù)均可在配置文件里設(shè)置和修改，具體操作與上述流程分支的選擇相同，這里不再贅述。

3 軟件流程

本文所述的可配置式車載高精定位軟件方案流程分為SOC端軟件流程和MCU端軟件流程，如下所述。

3.1 SOC端軟件流程

SOC端軟件流程圖如圖3所示，SOC端軟件從配置文件獲取流程分支的選擇信息，并根據(jù)所選芯片和RTK服務(wù)周期性地接受來(lái)自定位芯片的定位數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)給RTK服務(wù)基站，并將基站返回的RTK數(shù)據(jù)發(fā)送給定位芯片從而使該芯片進(jìn)入高精定位狀態(tài)，芯片輸出的定位信號(hào)因此也變成高精定位信號(hào)。

3.2 MCU端軟件流程

MCU端軟件流程圖如圖4所示， MCU端軟件從SOC端獲取交互變量信息，進(jìn)入配置文件所選定位芯片相應(yīng)的慣導(dǎo)流程，從而周期性地收集來(lái)自CAN信號(hào)的輪速等當(dāng)前定位芯片所需慣導(dǎo)信號(hào)并將其發(fā)送給定位芯片進(jìn)行慣導(dǎo)推算。

4 結(jié)論

本文提出一種可配置的車載高精定位軟件方案，在該方案中，引入配置文件為車載高精定位軟件的特定程序變量賦值，從而選擇高精定位軟件使用的定位芯片、RTK服務(wù)等流程分支，以此適配不同的車載高精定位系統(tǒng)。該方案中，用戶只需修改配置文件即可實(shí)適配不同的車載高精定位系統(tǒng)，配置文件可使用putty等工具直接修改，無(wú)需重新編譯，從而大幅提升軟件調(diào)試效率與可拓展性。

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