一种积木式原型验证平台的制作方法

1.本发明涉及验证平台技术领域，特别是涉及一种积木式原型验证平台。


背景技术：

2.验证平台，也可称为全数字化仿真平台，是能够对嵌入式硬件系统进行完整模拟的软件系统。用户可以在该系统上运行嵌入式软件，无需相应的硬件即可对嵌入式软件进行测试与调试。
3.当前市场上已有很多类似的产品，但均不具备通用性。所谓通用性，就是指用户可以按照不同的硬件环境需求来搭建不同规格的验证平台实例。而现有的产品，均是定制类产品，即只能满足一种硬件需求，如果硬件需求改变，需要重新研发新的软件产品，影响客户使用效率，并带来不菲的成本叠加。
4.因此，亟需设计一种积木式原型验证平台来克服现有技术的不足。


技术实现要素：

5.本发明为达到上述技术目的所采用的技术方案是：一种积木式原型验证平台，其特征在于，包括：根节点模块，所述根节点模块用于进行数据处理和数量传输及连接外界平台，所述根节点模块包括，信息处理单元、通讯单元、自适应单元、子节点单元；所述信息处理单元用于接收信息并对信息进行识别处理，所述通讯单元用于使各单元实现数据的相互传输，所述子节点单元设有若干，用于连接物理应用，所述自适应单元用于给每个连接的物理应用进行系统编码，信息处理单元根据系统编码进行识别并发送控制指令到指定的物理应用，所述电源管理单元和所述子节点单元及自适应单元分别通过所述通讯单元与所述信息处理单元连接。
6.在一个优选的实施例中，所述通讯单元包括：调制解调电路、编解码芯片，所述编解码芯片用于对接收的数据进行数据解码，对发送的数据进行编码，并转换成正弦波的频率调频信号；所述调制解调电路用于将所述编解码芯片发送的正弦波频率调频信号对直流电源电压进行幅频调节，以及件收到带调制信息的电源电压进行检波处理、正弦波频率解波。
7.在一个优选的实施例中，所述通讯单元的通讯方式为can网络通信、usb通讯、wifi与ble无线通讯方式的一种或多种。
8.在一个优选的实施例中，所述根节点模块及各单元皆连接有指示模块。
9.在一个优选的实施例中，所述信息处理单元连接有电源管理单元，所述电源管理单元还分别与自适应单元、通讯单元、子节点单元连接，用于给各单元提供稳定的直流电压。
10.在一个优选的实施例中，所述调制解调电路包括：频率调节器、正弦波发生器，直流调制器、检波器、频率解调器；所述频率调节器与所述正弦波发生器连接，所述频率调节器用于对输入的正弦波频率调频信号进行调频处理，正弦波发生器用于产生正弦波信号，
直流调制器用于将正弦波信号和直流电压进行叠加，产生带调制信号的电源电压；所述检波器用于分离带调制信号的电源电压，频率解调器用于将分离出的正弦波信号频率进行解调，并将解调后的数据输送给所述编解码芯片中。
11.在一个优选的实施例中，所述外界平台为无人机或机器狗或agv小车或机器人等。
12.在一个优选的实施例中，所述根节点模块与外界平台连接端口采用usb、uart、can等任意一种或多种。
13.本发明的有益效果是：本发明通过通讯模块对直流电源进行调制解调，实现基于电源电压的can总线等通讯协议的通讯网络，实现单元间硬件连接的简单化，同时通过自适应单元，实现多个应用模块的即插即用，且可在各种不同环境中使用，从而提升使用者的使用效率，降低使用成本。
附图说明
14.图1为本发明的原理框图；
15.图2为本发明通讯单元的工作原理框图；
16.图3为本发明调制解调电路的工作原理框图。
17.图中：
18.10、根节点模块；11、通讯单元；111、调制解调电路；112、编解码芯片；113、频率调节器；114、正弦波发生器；115、直流调制器；116、检波器；117、频率解调器；12、自适应单元；13、电源管理单元；14、子节点单元；15、信息处理单元。
具体实施方式
19.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
20.如图1-图3所示，本发明提供一种积木式原型验证平台，其特征在于，包括：根节点模块10，所述根节点模块10用于进行数据处理和数量传输及连接外界平台，所述根节点模块10包括，信息处理单元15、通讯单元11、自适应单元12、子节点单元14；所述信息处理单元15用于接收信息并对信息进行识别处理，所述通讯单元11用于使各单元实现数据的相互传输，所述子节点单元14设有若干，用于连接物理应用，所述自适应单元12用于给每个连接的物理应用进行系统编码，信息处理单元15根据系统编码进行识别并发送控制指令到指定的物理应用，所述电源管理单元13和所述子节点单元14及自适应单元12分别通过所述通讯单元11与所述信息处理单元15连接，具体的，子节点单元14用于连接外界的物理应用，如探照灯、摄像头、喊话器等；为实现本平台能够涉及多个领域，在各种不同的使用场景下，能够多个相同模块同时使用，通过设置自适应单元12，来保证多个相同的物理应用实现动态自适应接入，例如，当子节点单元14连接五个一样的灯珠同时接入时，自适应单元12根据上电建立通讯的顺序和应用唯一的id号，进行系统的自适应编码，设置唯一应用id给到对应的应用，在单次上电时有效，断电后重新接入会根据系统的数量重新适应，可支持多个应用的同时接入，接入数量最大为128个，通讯单元11设置在各个单元上，使各个单元能够相互传输
数据。
21.其中应用模块的上线过程如下：
22.当单个应用模块上电启动上电的时候，会自动通过预先写好的芯片id和出厂时间，通过rsa2048签名的算法，衍生出该模块唯一的硬件id号。然后通过can总线以0x100上报当前模块sn给根节点，当根节点收到信息后，对模块发送的信息进行校验和比对，确认无误后进行can id的分配。当确认完id之后，会将id下发给对应模块，进行规则的匹配。以此类推，不同模块接入，can id会是一个自增的过程，理论上可以到达总线所能承载的节点个数。当多个不同或者相同模块接入时，根节点可以根据模块类型和模块id的映射关系，锁定到具体的模块地址，继而可以识别对应模块上报的数据，以及发送控制指令到指定的模块。
23.下线过程：
24.在不同的模块can id完成设置之后，根节点会和各个模块保持一个1hz的心跳连接，当出现3次以上的心跳超时，会判定该模块离线，会自动从列表中剔除该id。
25.当整个系统需要关闭时，根节点会广播下电通知到所有的id上，告知即将下电，需要提前保护相关的数据和设置。
26.需要说明的是，根节点模块10可进行图形化编程，直接使用配套的可视化软件进行功能配置，或者通过图形化拖动的方式实现业务逻辑，无需代码编程；还可支持脚本编程、api编程，使用者可以用简单的python语言，就可以自己根据平台中的各个功能模块随意拼装组合，组合后编写简单的业务代码，即可跑通整个平台。这样方便使用者用现有的功能模块重新组合，更加符合自身的业务需求；同时api编程可以方便接入到机器人、机器狗、无人机等载体平台，也可以接入到智慧城市、智能园区等大系统平台，更贴切贴近实战场景，通过实际场景级接入，验证效果更真实，适应性更强，同时，开发者可以基于开放的sdk，再平台上直接产品化，减少研发投入。
27.需要说明的是，应用模块，如探照灯、测绘相机、红外相机、气体检测器、喊话器、计算盒子等通过中间件，如psdk3.0、python解释器、mqtt、ota升级、物模型、设备管理器等与底层驱动，如osal、usb、sdcard、toolchain、sicket、can、file system等连接并进行运行。
28.进一步的，在本实施例中，所述通讯单元11包括：调制解调电路111、编解码芯片112，所述编解码芯片112用于对接收的数据进行数据解码，对发送的数据进行编码，并转换成正弦波的频率调频信号；所述调制解调电路111用于将所述编解码芯片112发送的正弦波频率调频信号对直流电源电压进行幅频调节，以及件收到带调制信息的电源电压进行检波处理、正弦波频率解波，其中调制解调电路111包括，频率调节器113、正弦波发生器114，直流调制器115、检波器116、频率解调器117；所述频率调节器113与所述正弦波发生器114连接，所述频率调节器113用于对输入的正弦波频率调频信号进行调频处理，正弦波发生器114用于产生正弦波信号，直流调制器115用于将正弦波信号和直流电压进行叠加，产生带调制信号的电源电压；所述检波器116用于分离带调制信号的电源电压，频率解调器117用于将分离出的正弦波信号频率进行解调，并将解调后的数据输送给所述编解码芯片112中，具体的，每个模块采用“即插即用“的积木式物理设计，模块之间不仅需要稳定供电，还需要能够进行数据通信，为了实现模块间硬件连接的极简设计，通讯单元11通过对直流电源进行调制解调，实现了基于电源电压的can总线等通信协议的通信网络，硬件线路上仅需要电源电压(vcc)和电源地线(gnd)两条连接线。为实现电压的稳定供电，本实施例的电压调制
方式基于直流电压外加一段低振幅的正弦波偏置信号，正弦波的振幅均值为100mv，该振幅值不影响线路上的所有稳压芯片和元器件，且有利于信号检波，保证了数据通信的稳定性。系统例的每个单元都可以作为数据发送方和接收方，调制解调电路111包括编解码芯片112和调制调节电路组成，编解码芯片112负责对can等数据通信协议进行数据编码和解码，转换成正弦波的频率调制信号。
29.调制解调电路111的原理，当单元作为发送方时，通过编解码芯片112对can总线等通信协议进行数据编码，转换成正弦波的频率调频信号，该信号被送入调制解调电路111的频率调节器113，调制解调电路111中的正弦波发生器114产生的正弦波频率将随频率调节器113的信号的变化而改变，经过信号调制的正弦波信号再经过调制解调电路111中的直流调制器115与直流稳压电源进行正向叠加，得到一段带调制信号的电源电压。
30.当单元作为接收方时，单元接收到一段带调制信号的电源电压，首先经过调制解调电路111的检波器116分离出直流稳压电源和带调制信息的正弦波信号，该正弦波信号随后被送入调制解调电路111的频率解调器117中，解调器输出的编码数据再被传递到编解码芯片112中，完成信号解调。
31.进一步的，所述通讯单元11的通讯方式为can网络通信、usb通讯、wifi与ble无线通讯方式的一种或多种，具体的，本实施例中，采用多种通信协议结合一起，因每个应用模块对通讯要求较高，需要满足即插即用/高可靠性/高实时性等要求，包含了小数据链路和大数据链路，其中小线路链路采用can网络通讯作为整个平台的基础通讯链路，大数据链路选用更为通用的usb通讯，最大通讯速率可达480mbps，用在应用模块为摄像机等传输数据较大的应用。
32.进一步的，在本实施例中，根节点模块10还包括，电源管理单元13，信息处理单元15与电源管理单元13连接，该电源管理单元13还分别和自适应单元12和通讯单元11及子节点单元14连接，给各个单元提供的稳定的直流电压以供运行。
33.进一步的，在本实施例中，为便于识别各单元及根节点模块10的运行情况，各单元和根节点模块10分别连接有指示模块(图中未示出)，该指示模块为rgb灯，当应用模块首次上电时rgb灯常亮黄灯，代表已完成供电，且供电电压正常；当应用模块和根节点通过热插拔的方式完成物理连接时，此时会自动建立通讯，完成后会处于绿灯常亮；当应用模块上电检测到硬件错误，此时会变成常亮红灯，需要联系厂商检测维修；当应用模块在运行过程中，发生异常，指示模块变成红色慢闪状态，并上报异常信息；当应用模块在运行过程中，通讯发生异常，指示模块变成黄色慢闪，并上报异常信息；当应用模块在运行过程中，受到其他单元的控制命令，此时该应用模块会执行命令，并触发绿色慢闪一下，代表执行动作。
34.可以理解的，通过”即插即用“的积木式物理设计，并辅助以不同硬件平台的转接件，支持接入不同的飞行器或者机器人平台，通过成熟稳定的驱动和中间件支持，能够实现各个细分行业的模块应用，解决实际的各种问题，通过多个模块的集成和优化，最终可以完成各细分领域的解决方案，如搜救领域的喊话器和探照灯的解决方案等。
35.其中，每个模块都是同一的硬件总线连接接口，接入后既能通电也能通信，同时还能至此正反接及电源调制，通过自适应模块使应用模块与本平台连接时能够自动识别，实现即插即用，使平台的使用更简便，且根节点支持api编程，使平台可接入外界其他应用设备或系统中，扩大平台的应用领域，提升平台的拓展性，
36.综上所述，本发明通过通讯模块对直流电源进行调制解调，实现基于电源电压的can总线等通讯协议的通讯网络，实现单元间硬件连接的简单化，同时通过自适应单元，实现多个应用模块的即插即用，使用更简便，且可在各种不同环境中使用，提升平台的拓展性，降低使用成本。
37.本发明并不仅仅限于说明书和实施方式中所描述，因此对于熟悉领域的人员而言可容易地实现另外的优点和修改，故在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念的精神和范围的情况下，本发明并不限于特定的细节、代表性的设备和这里示出与描述的图示示例。