▍文章來源于康謀自動駕駛

01 引言

每一次極端天氣下的緊急制動，每一段復(fù)雜路況中的精準(zhǔn)識別，本質(zhì)都在考驗(yàn)算法對現(xiàn)實(shí)世界的適應(yīng)能力。因此，我們可以看到在智能輔助駕駛從“功能驗(yàn)證”到“場景攻堅(jiān)”的關(guān)鍵階段，真實(shí)、高質(zhì)量的數(shù)據(jù)是算法性能提高的基石。尤其在極端天氣、顛簸路面和電磁干擾等惡劣工況下，如何實(shí)現(xiàn)多源傳感器數(shù)據(jù)的高可靠采集、高精度同步與高效率處理，是行業(yè)中常遇到的難題。

針對這些問題，康謀也有一些思考、經(jīng)驗(yàn)與看法，本文將與大家一起交流。下文將結(jié)合行業(yè)實(shí)踐，系統(tǒng)拆解多總線（CAN/LIN/100BASE-T1等）數(shù)據(jù)采集方案的核心痛點(diǎn)、架構(gòu)設(shè)計(jì)、同步策略與系統(tǒng)搭建等相關(guān)內(nèi)容。

此外，為了更深入地與行業(yè)同仁交流技術(shù)細(xì)節(jié)，康謀將在1月20日（周二）15:00舉辦主題為《汽車多總線數(shù)據(jù)采集與分析：方案搭建與應(yīng)用》的線上直播，屆時將詳細(xì)介紹架構(gòu)設(shè)計(jì)、時間同步方案與軟件系統(tǒng)搭建，方案驗(yàn)證與實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用更多細(xì)節(jié)，歡迎掃碼預(yù)約！

02 關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)

多總線數(shù)據(jù)采集常被簡化為硬件連接問題，但在工程化落地時，需系統(tǒng)應(yīng)對四重挑戰(zhàn)，這直接決定了數(shù)據(jù)能否真正用于算法迭代。

協(xié)議與接口復(fù)雜

常用一套硬件同步采集車載以太網(wǎng)、CAN/CAN FD、FlexRay、LIN及多路視頻，并支持靈活擴(kuò)展以適應(yīng)不同測試場景。

時間同步要求極高

多傳感器數(shù)據(jù)融合依賴納秒級時間對齊，且須在系統(tǒng)啟動異常（如時間復(fù)位）等邊緣場景下保持同步不中斷。

車規(guī)級可靠性嚴(yán)苛

系統(tǒng)需在-40℃~85℃、持續(xù)振動及強(qiáng)電磁干擾環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行，并通過冗余設(shè)計(jì)杜絕數(shù)據(jù)丟失。

數(shù)據(jù)需直接賦能算法

采集系統(tǒng)應(yīng)支持基于工程數(shù)據(jù)庫的信號級解碼，并輸出與平臺無縫銜接的格式，提升數(shù)據(jù)可用性。

03 硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)與同步策略

硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)

為應(yīng)對上述挑戰(zhàn)，硬件系統(tǒng)需采用模塊化、車規(guī)化、高密度的設(shè)計(jì)思路。以下是一個經(jīng)過驗(yàn)證的架構(gòu)實(shí)例：

核心記錄單元

采用強(qiáng)固型工控機(jī)，采用寬溫操作與豐富擴(kuò)展槽，為后續(xù)擴(kuò)展提供地基。

總線采集網(wǎng)絡(luò)（關(guān)鍵）

- 以太網(wǎng)部分：通過 CM 100 HIGH 模塊接入多達(dá)12路100BASE-T1車載以太網(wǎng)，這是智駕數(shù)據(jù)主干。

- 傳統(tǒng)總線部分：CM CAN COMBO 模塊可靈活配置，單模塊提供6路CAN/CAN FD + 1路FlexRay，通過組合滿足不同車型需求。

網(wǎng)關(guān)與交換

Enhanced Ethernet Switch 實(shí)現(xiàn)多路數(shù)據(jù)匯聚，并通過萬兆光口上傳，避免數(shù)據(jù)瓶頸

視頻輸入

采用支持UVC協(xié)議的工業(yè)相機(jī)，通過USB3.0接入，由軟件實(shí)現(xiàn)多路視頻幀級時間對齊。

該架構(gòu)的精髓在于“模塊化”：工程師可根據(jù)具體車型的拓?fù)洌ㄈ缂惺紼/E架構(gòu)或域控架構(gòu)），像搭積木一樣增減對應(yīng)的采集模塊，而非重新設(shè)計(jì)整個系統(tǒng)。

同步策略

同步方案采用IEEE 802.1AS（gPTP）作為骨干協(xié)議，并設(shè)計(jì)了智能策略應(yīng)對復(fù)雜場景：

主從同步（正常工況）：以智能駕駛域控制器為全局時鐘源（Master），通過支持gPTP的交換機(jī)，以透明時鐘（Transparent Clock） 模式逐級向下游采集模塊（Slave）授時，補(bǔ)償傳輸延遲，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)納秒級同步。

混合同步（邊緣場景）：當(dāng)檢測到域控制器時間為初始值（如1970年），系統(tǒng)自動切換至“NTP + gPTP”融合模式：

秒級以上時間由工控機(jī)通過NTP從可靠源（如GPS）獲取。

亞秒級（納秒精度）仍通過gPTP與域控的硬件時鐘保持同步。

智能判決服務(wù)持續(xù)監(jiān)測，待域控時間恢復(fù)正常后，無縫切回純gPTP模式。

04 軟件系統(tǒng)搭建

軟件將硬件采集的原始比特流，轉(zhuǎn)化為可供分析的價值數(shù)據(jù)流。

采集層

采用 DPDK對萬兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行“零拷貝”抓取，極大降低CPU開銷與延遲。視頻采集則通過 V4L2 框架。

存儲管理層

設(shè)計(jì)環(huán)形緩沖區(qū)與文件輪轉(zhuǎn)策略（例如：單個文件達(dá)10GB或時長達(dá)30分鐘即新建文件），平衡寫入效率與文件管理便利性。支持 PCAPNG（網(wǎng)絡(luò)幀）、ROS2 Bag（視頻與自定義消息）等格式并行落盤。

服務(wù)層

實(shí)時可視化：將指定總線數(shù)據(jù)流實(shí)時轉(zhuǎn)發(fā)至 CANoe 等專業(yè)工具，實(shí)現(xiàn)信號級在線解析與繪圖。

統(tǒng)一配置平臺：基于Web的GUI，可集中配置所有分散的總線采集模塊參數(shù)（如CAN波特率、以太網(wǎng)VLAN），提升運(yùn)維效率。

數(shù)據(jù)交付：可按算法團(tuán)隊(duì)需求，自動將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 MDF、BLF、ASC 等不同格式，并推送至指定存儲或云平臺。

05 總結(jié)

綜合來看，一套能支撐智能駕駛研發(fā)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，不是通過接口設(shè)備的簡單堆砌。它常需要滿足以下要求：

硬件層面：以車規(guī)級可靠性為基礎(chǔ)，用模塊化設(shè)計(jì)應(yīng)對不確定性。

同步層面：以高精度協(xié)議為基準(zhǔn)，用智能策略應(yīng)對真實(shí)世界的復(fù)雜場景。

軟件層面：以高效采集為核心，以服務(wù)化思想提供數(shù)據(jù)價值。

通過這樣的方式，數(shù)據(jù)才能從測試車采集流程中，高效轉(zhuǎn)化為驅(qū)動算法迭代的高價值資產(chǎn)。