具体实施方式

以下详细描述本质上仅是示例性的，并且无意于限制本公开或其应用和用途。此外，无意受到在前面的介绍或下面的详细描述中提出的任何理论的束缚。例如，通信网络和通信网络协议具有在车辆上使用的特定应用。然而，如本领域技术人员将理解的，本文描述的网络配置和方法可以在车辆外部的系统中具有其他应用。

现在转到图1，示出了根据本公开实施例的表示用于在机动车辆105中的容错以太网时间同步的方法和设备的示例性应用的系统100的图示。示例性系统100包括耦合到第一相机110和第二相机175的视频控制器115、耦合到第一激光雷达收发器130和第二激光雷达收发器120的激光雷达控制器125、耦合到第一雷达收发器140和第二雷达150的雷达控制器145、处理器160、用户界面165、车辆控制器155和拖车界面170。

在该示例性实施例中，激光雷达控制器125、视频控制器115、雷达控制器145各自可操作成从其相应的传感器接收和处理数据。视频控制器115可操作成从第一相机110和第二相机175接收图像，以处理图像来生成图像数据用于生成车辆105周围的物体地图。激光雷达控制器125可操作成从第一激光雷达收发器130和第二激光雷达收发器120中的每个接收方向和距离数据。类似地，雷达控制器145可操作成从第一雷达收发器140和第二雷达150中的每个接收方向和距离数据。可以使用传感器融合技术等将图像数据、激光雷达数据和雷达数据组合，以生成围绕车辆105的区域的三维物体地图。然后，可以将该三维地图与通过无线传输接收并存储在存储器中的高清道路地图进行协调。

处理器160可以使用三维物体地图、高清道路地图、车辆传感器数据以及通过用户界面165接收作为ADAS算法(比如自适应巡航控制、车道居中操作、自主变道、避障等)的输入的用户数据。响应于ADAS算法，处理器160然后可以生成控制信号以耦合到车辆控制器155，以便控制车辆操作。例如，车辆控制器155可以生成联接至转向控制器的转向控制信号、联接至节气门控制器的节气门控制信号以及联接至制动控制器的制动控制信号。

定时是每个控制器155和处理器160的重要方面以便协调数据。例如，如果不能将雷达、激光雷达和图像数据准确地提供给处理器160以便向车辆控制器155提供准确的控制信号，则这些数据就没有用。此外，在车辆环境中，至关重要的是，在存在系统故障或通信通道故障时，可以准确地传达该定时数据和相关的系统间通信。为了解决这个问题，示例性系统通过采用考虑了多个时域和多个故障条件的协定协议来提供定时启动协议以避免时间跳跃。存在故障时的这种时间同步使依赖于全局时间概念的故障操作应用(比如4级自主车辆)成为可能。

在示例性实施例中，系统100可操作成采用通信总线190，其中每个控制器以环形配置耦合到两个其他控制器。通过网络发送的数据可以是单向或双向的。可以使用多个时钟树来形成多个时域。示例性启动协议可以用于在正常操作模式下和在所有故障模式下选择时域，以便保证系统中所有端点之间的一致性，而与故障模式无关。在一示例性实施例中，启动协议可以用于多个Grand Master，同时在Grand Master在运行时失败的情况下保证没有时间跳跃。启动协议可以用于在存在故障时在多个时钟树(多个时域)之间切换，以确保在故障模式下没有时间跳跃。

系统100可操作成提供协议以在正常模式和故障模式下为多个时域中的多个系统提供时间同步。在该示例中，可以选择第一时域内的端节点作为用于提供对第一时域的根定时参考的祖父。具有祖父的端节点可操作成将同步信息周期性地传输到驻留在第一时域内的时钟。具有祖父的端节点还可操作成传输后续帧，其用于跟踪网络中每个节点的传输时间。使用后续帧，节点可以利用同步帧和后续帧以与祖父同步。另外，具有在第一时域内的时钟的系统然后可以将准确的时间中继到它们也连接到的其他时域。然后，示例性系统可以保证系统中所有端点之间的一致性，而与故障模式无关。

在示例性系统100中，视频控制器115、激光雷达控制器125、雷达控制器145、处理器160和车辆控制器155可配置为形成时域。在正常模式下，处理器160可被选择为具有祖父时钟，并且可操作成响应于祖父时钟而将同步分组传输到时域中的其他节点。在该示例中，处理器160具有主端口，而雷达控制器145具有从端口。雷达控制器145通过主端口将时间同步信号传输到激光雷达控制器125处的从端口，激光雷达控制器125通过主端口将时间同步信号传输到视频控制器115处的从端口，该视频控制器115通过主端口将时间同步信号传输到车辆控制器155处的从端口。时域内的每个节点可操作成与从其相应的主端口接收的同步帧时间同步，并丢弃所接收的其他时间帧。

在链路故障的情况下，时域内的节点可以停止经由其从端口从指定的节点主端口接收同步帧。例如，如果在激光雷达控制器125和视频控制器115之间存在链接故障，则视频控制器将停止从激光雷达控制器125接收同步帧。此外，视频控制器115将停止生成要传输的同步信号，因此，车辆控制器155将停止从视频控制器115接收同步信号。响应于未从指定节点接收到许多同步信号，节点可以确定存在故障模式并求助于替代指定的节点主端口。在该示例中，处理器160然后将变为向车辆控制器155传输同步信号，并且车辆控制器155将向视频控制器115传输同步信号。在故障模式下，视频控制器115然后将其时钟同步到从车辆控制器155接收到的同步帧和后续帧。同样，车辆控制器155将其时钟同步到从处理器160接收的同步帧和后续帧。

在该示例性时域中，当检测到故障模式时，每个节点将仅需要一个替代节点来接收时间同步信号。例如，在示例性时域中，激光雷达控制器125将与来自雷达控制器145的同步帧同步，除非在处理器160与雷达控制器145之间或雷达控制器145与激光雷达控制器125之间具有链路故障。在任何其他链路故障的情况下，激光雷达控制器125仍将从雷达控制器145接收同步帧。如果激光雷达控制器125停止从雷达控制器145接收同步帧，则激光雷达控制器125然后将切换到视频控制器155作为主。

现在转到图2，示出了描绘用于机动车辆中的容错以太网时间同步的示例性系统200的框图。在该示例性实施例中，系统200可以包括以环形配置构造的以太网协议网络。示例性网络可以包括交换机S1 220、S2 240、S3 260、S4 270以及边缘节点或端点E1 210、E2230、E3 250、E4 280。在一些配置中，交换机S1 220、S2 240、S3 260、S4 270可以与边缘节点E1 210、E2 230、E3 250、E4 280集成。例如，激光雷达传感器可以是网络中具有集成交换机的边缘节点。在正常操作期间，E1 210可被指定为祖父时钟，而S1 220是E1 210的从。S1220则是S2 240和S3 260的主，而E2 230是S2 240的从，E3 250是S3 260的从。在此示例性实施例中，S4 270则是S2 240的从，并且为了时钟同步目的，S3 260和S5之间的链路被禁用。

可以响应于边缘节点未从主节点接收到预期的同步分组而检测到链路故障。例如，如果在S1 220和S3 260之间发生链路故障，则E3 250将不再从E1 210接收同步分组。E3250则将切换到替代配置或域，因为S4 270则将成为S3 260的替代主且E2 230将从E4 280接收同步分组。在S1 220和S3 260之间发生链路故障时，S3 260成为S4 270的从，而S1 220和S3 260之间的链路被禁用。同样，在S1 220和S2 240之间发生链路故障时，S4 270成为S3260的从，而S2 240成为S4 270的从，S1 220和S2 240之间的链路被禁用。如果在S2 240和S4 270之间发生链路故障，则S3 260成为S4 270的主，而S1 220是S2 240和S3 260的主，并且S2 240和S4 270之间的链路被禁用。对于每个可能的链路故障，未接收到同步分组的节点将切换到替代主节点。

为了适应会隔离指定的祖父节点的链路故障或祖父的运行时故障，提供了多个祖父的启动协议，以保证不存在时间跳跃。为了避免这些问题，为每个时域指定副祖父。启动时，副祖父将启动其自己的时钟。副祖父可操作成尝试通过普通主节点从主祖父接收同步帧。如果未通过普通主节点接收到同步帧，则副祖父可操作成尝试从替代主节点接收同步帧。如果在预定时间段内未从替代主节点接收到同步帧，则副祖父可操作成响应于其自己的时钟作为主祖父来生成并传输同步分组。如果启动时从祖父接收到同步帧，则副祖父可操作成将其自己的时钟同步到祖父的时钟。如果稍后出现链路故障并且不再通过普通主节点或替代主节点从祖父接收到同步分组，则副祖父将从其自己先前的同步时钟生成同步帧，并通过时域网络传输该同步帧。该启动协议保证在故障模式下没有时间跳跃，因为副祖父时钟被同步至主祖父。

现在转向图3，示出了说明用于机动车辆中的容错以太网时间同步的示例性方法300的流程图。在该示例性实施例中，边缘节点可操作成执行示例性方法300。示例性方法300首先可操作成初始化310内部时钟。在内部时钟的初始化之后，该方法接下来可操作成在320根据内部时钟的定时进行操作。例如，示例性边缘节点可以是可操作成执行车辆雷达算法的雷达控制器。雷达控制器可以进一步操作成经由到雷达传感器的同步信号来级联其内部时钟，从而与雷达传感器形成另一时域。

该方法接下来可操作成在330确定是否已经从主祖父节点接收到同步信号。如果已经从主祖父节点接收到同步信号，则方法300接下来可操作成在340同步内部时钟并在320返回以内部时钟进行操作。如果在预定数量的时钟周期(比如八个时钟周期)内尚未从主祖父节点接收到同步信号，则方法300可操作成在350确定是否已经从替代主在边缘节点的切换部分接收到同步信号。如果在350已经从替代主接收到同步信号，则方法300可操作成在340将内部时钟同步到来自替代主的同步信号，并返回到在320以内部时钟进行操作。在一示例性实施例中，取决于设计标准，替代主可以成为主主，而先前的主主可以成为替代主。可替代地，替代主可以保持替代主，并且边缘节点继续先检查来自主主的同步信号，然后同步到来自替代主的同步信号。

如果在350为从替代主接收到同步信号，则方法300接下来可操作成在360确定是否已经将运行方法的当前边缘节点指定为替代祖父。如果在360未将当前边缘节点指定为替代祖父，则方法300可操作成在380生成指示同步损失的误差信号，并将该误差信号耦合至系统控制器、车辆控制器或其他监督控制器。然后方法可返回到在320以当前时钟进行操作。可替代地，响应于同步丢失，当前节点可以关闭390、进入待机状态或进入替代操作状态。

如果在360确定当前节点为替代祖父，则方法300可操作成生成并经由以太网网络向其他节点传输370同步信号。该方法可以进一步生成指示累积的传播延迟等的后续帧。在同步信号的传输370之后，该方法然后可以返回到在320以当前时钟进行操作。

现在转向图4，示出了说明用于机动车辆网络中的容错以太网时间同步的示例性系统400的框图。示例性系统400可以包括第一网络节点410和第一交换机415、第二网络节点420和第二交换机425以及第三网络节点430和第三交换机435。第一网络交换机可以通过第一链路475耦合到第二网络交换机。第一网络交换机415可以通过第二链路480耦合到第三网络交换机。第二网络交换机425可以通过第三链路485耦合到第三网络交换机435。

在示例性实施例中，耦合到第一交换机415的第一网络节点410配置为响应于第一网络节点410内部的第一时钟而生成和传输第一时间同步信号。第一交换机415可以集成到第一网络节点，并且配置为通过主端口在以太网网络上传输数据，并通过从端口从以太网网络接收数据。这些端口是可配置的，并且可以响应于网络链路故障、来自第一网络节点410的控制信号等而从主切换到从或者从从切换到主。在一示例性实施例中，第一时钟可被指定为祖父时钟，以用作具有以太网网络的时域的所有节点的定时基准。第一网络节点410可以进一步配置为生成指示由第一交换机415对第一时间同步信号的处理而导致的第一延迟的后续帧，并且第二网络节点420可操作成响应于第一等待时间和由第二交换机425对第一时间同步信号的处理而导致的第二等待时间来更新后续节点。

包括第二交换机425的第二网络节点420可以配置为用于从第一交换机415接收第一时间同步信号并且用于将第二时间同步信号传输到第三交换机435。在一示例性应用中，第一网络节点410可以是激光雷达控制器，第二网络节点420可以是激光雷达传感器。响应于网络链路故障，第二网络节点420可以响应于链路故障而启用主端口。

在该示例性实施例中，包括第三交换机435的第三网络节点430配置为从第一交换机415接收第一时间同步信号，从第二交换机425接收第二时间同步信号。第三网络节点430可以进一步操作成响应于经由第二链路480从第一交换机415接收第一时间同步信号而将第三节点内部时钟同步到第一同步信号。第三网络节点430可以进一步操作成响应于未通过第二链路480从第一交换机415接收到第一时间同步信号而将内部时钟同步到第二同步信号。在一示例性实施例中，响应于第一交换机415和第三交换机435之间的链路故障的检测，内部时钟可被同步到第二时间同步信号，其中响应于第三交换机435在多个时间同步间隔内未接收到第一时间同步信号来确定链路故障。在一示例性应用中，第三交换机435可操作成响应于链路故障来将端口角色从从端口重新定义为主端口。示例性系统可以进一步包括第四交换机，其中第三交换机435可操作成响应于链路故障来将第二时间同步信号传输到第四交换机。

在示例性实施例中，示例性系统400可以是包括具有第一网络交换机和祖父时钟的车辆控制器的车辆通信网络，其中车辆控制器可操作成响应于祖父时钟而生成第一时间同步帧，并且通过第一数据链路将第一时间同步从第一网络交换机耦合到第二网络交换机，并且通过第二数据链路将第一时间同步从第一网络交换机耦合到第三网络交换机。示例性系统400还包括具有第二网络交换机的第一车辆传感器，其配置为经由第一数据链路接收第一时间同步帧，配置为响应于第一时间同步帧而生成第二时间同步帧并且通过第三数据链路将第二时间同步帧传输到第三网络交换机。示例性系统400还包括具有第三网络交换机和内部时钟的第二车辆传感器，其中第二车辆传感器可操作成响应于接收第一时间同步帧而根据第一时间同步信号使内部时钟与祖父时钟同步，响应于未接收到第一时间同步帧而根据第二时间同步信号使内部时钟与祖父时钟同步。另外，第二车辆传感器可以配置为响应于在多个时间同步间隔内没有接收到第一时间同步帧而根据第二时间同步信号使内部时钟与祖父时钟同步。

现在转向图5，示出了说明在机动车辆中的祖父故障期间用于容错以太网时间同步的示例性方法500的框图。示例性方法首先可操作成用于生成510时间同步信号，以在多时域网络配置中同步多个节点。时间同步信号可以由被指定为祖父的边缘节点生成。例如，时间同步信号可以由耦合到第一雷达传感器和第二雷达传感器的雷达控制器生成。在一示例性实施例中，每个雷达传感器可以是具有集成交换节点的边缘节点，该集成交换节点具有配置为从模式的至少一个端口。该方法可以进一步操作成生成具有时间戳的后续帧，用于确定在通过一个或多个交换节点和端节点的传播期间累积的等待时间。

该方法可以将时间同步信号经由第一链路从第一交换机传输520到第二交换机并且经由第二链路从第一交换机传输到第三交换机。在一示例性实施例中，在第二交换机和第三交换机之间可能存在第三链路，该第三链路出于网络同步目的而被禁用。

该方法接下来可操作成用于检测530第二链路的链路故障，响应于第三交换机未经由第二链路接收到时间同步信号而检测到链路故障。在一示例性实施例中，可以响应于第三交换机在多个时间同步间隔内未经由第二链路接收到时间同步信号而检测到链路故障。

响应于检测到链路故障，方法500然后配置为经由第三链路将时间同步信号从第二交换机传输540到第三交换机。第二交换机可以响应于链路故障而启用主端口，其中该端口先前已配置为从端口。第三交换机可以从第二交换机接收时间同步信号，然后将时间同步信号耦合到边缘节点。作为响应，边缘节点可以响应于时间同步信号来同步内部时钟。另外，示例性系统可以包括第四交换机，其可操作成从第三交换机接收时间同步信号。在该示例性实施例中，第三交换机可以使主端口能够将时间同步信号传输到第四交换机。

应该强调的是，可以对这里描述的实施例进行许多变型和修改，其中的元件应被理解为在其他可接受的示例中。所有这些修改和变型旨在这里包括在本公开的范围内并由所附权利要求保护。此外，本文描述的任何步骤可以同时执行或以与本文所定序的步骤不同的顺序执行。而且，应该显而易见的是，本文公开的特定实施例的特征和属性可以以不同的方式组合以形成另外的实施例，所有这些都落入本公开的范围内。

在此使用的条件语言，比如“可”、“可以”、“可能”、“例如”等，除非另有明确说明，或在所用上下文中理解使用，通常意在传达某些实施例包括而某些实施例不包括某些特征、元素和/或状态。因此，这样的条件语言通常不旨在暗示特征、元素和/或状态以任何方式对于一个或多个实施例是必需的，或者一个或多个实施例必须包括用于在有或没有作者输入或提示的情况下确定在任何特定实施例中是否包括或将要执行这些特征、元素和/或状态的逻辑。

此外，本文可能使用了以下术语。除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指代。因此，例如，对项目的引用包括对一个或多个项目的引用。术语“那个”是指一个、两个或多个，并且通常适用于部分或全部数量的选择。术语“多个”是指一项或多项。术语“约”或“大约”是指数量、尺寸、大小、配方、参数、形状和其他特征不需要精确，但可以根据需要近似和/或更大或更小，反映出可接受的公差、转换系数、舍入、测量误差等以及本领域技术人员已知的其他因素。术语“基本”是指不需要精确地实现所列举的特性、参数或值，而是包括例如公差、测量误差、测量精度限制和本领域技术人员已知的其他因素在内的偏差或变化可能以不排除该特性旨在提供的效果的量发生。

本文公开的过程、方法或算法可以传递给可包括任何现有的可编程电子控制单元或专用电子控制单元的处理设备、控制器或计算机/由其实施。类似地，过程、方法或算法可以以多种形式存储为可由控制器或计算机执行的数据和指令，形式包括但不限于永久存储在不可写存储介质比如ROM设备上的信息以及可更改地存储在可写存储介质比如软盘、磁带、CD、RAM设备以及其他磁和光介质上的信息。过程、方法或算法也可以在软件可执行物体中实现。可替代地，可以使用合适的硬件部件比如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或其他硬件部件或设备或者硬件、软件和固件部分的组合来全部或部分地体现过程、方法或算法。这样的示例设备可以作为车辆计算系统的一部分在车载上或者位于车外并与一个或多个车辆上的设备进行远程通信。

尽管以上描述了示例性实施例，但并不意味着这些实施例描述了权利要求所涵盖的所有可能形式。说明书中使用的词语是描述性的词语而不是限制性的词语，并且应当理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可以进行各种改变。如先前所述，各个实施例的特征可被组合以形成可能未明确描述或示出的本公开的其他示例性方面。尽管可以将各个实施例描述为相对于一个或多个期望的特征提供优点或优于其他实施例或现有技术的实施方式，但本领域普通技术人员认识到可以损害一个或多个特征或特性来实现期望的总体系统属性，这取决于特定的应用和实施方式。这些属性可以包括但不限于成本、强度、耐用性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、尺寸、可使用性、重量、可制造性、易于组装等。这样，就一个或多个特征而言，被描述为比其他实施例或现有技术实施方式更不期望的实施例不在本公开的范围之外，并且对于特定应用而言可能是期望的。