[发明专利]一种基于时间硬同步的机器人底盘控制系统及方法

权利要求书

1.一种基于时间硬同步的机器人底盘控制系统，其特征在于，包括：内嵌ARM处理器和FPGA的控制处理模块，以及电性连接到所述ARM处理器的上位机；

多个传感器挂载到FPGA，由FPGA实时处理所有传感器的数据请求及响应；其中，采用时间硬同步技术根据请求数据的读取时刻，为每项请求数据标记时间戳，再依次进行组帧、封装操作后，将封装后的数据传输到ARM处理器；其中：

在组帧的时候，将数据帧格式的首尾分别设为帧头和校验；将每帧的起始位置记为时间戳的基准时间，且，每个传感器的数据后紧跟该传感器数据的时间戳相对基准时间的偏差，记为时偏，每个传感器对应一个时偏；

由所述ARM处理器上传至上位机进行汇总、分析和处理后，输出响应指令，并经由所述ARM处理器下发响应指令到FPGA；由FPGA执行上位机下发的响应指令，控制传感器的执行响应动作，其中：

当封装后的帧数据经由ARM处理器上传到上位机后，基于上位机内设置的处理程序，将基时间加上各自的时偏，即得到各个传感器本身时间戳的绝对值；当前，即可通过上位机有效的对各个传感器的上传数据进行实时控制；

所述实现时间硬同步的过程为：FPGA内设有全局时钟模块和传感器数据处理及时间戳标记模块，当FPGA接收到请求数据的时候，基于全局时钟模块获取请求数据的读取时刻；在时间数据经由时钟总线传输到传感器数据处理及时间戳标记模块后，由传感器数据处理及时间戳标记模块为每项请求数据标记时间戳，并依次进行组帧、封装操作，其中，由FPGA传输的带时间戳的数据帧格式的首尾分别是帧头和校验，在每帧的最开始位置为时间戳的基准时间，记为基时间，每个传感器的数据后紧跟该传感器数据的时间戳相对基准时间的偏差，记为时偏，每个传感器对应一个时偏；当该帧数据经由ARM处理器上传到上位机后，基于上位机内设置的处理程序，将基时间加上各自的时偏，即得到各个传感器本身时间戳的绝对值。

2.根据权利要求1所述的机器人底盘控制系统，其特征在于，FPGA内设有多个传感器驱动处理模块，每个传感器通过管脚连接到所述传感器驱动处理模块，进一步挂载到FPGA。

3.根据权利要求2所述的机器人底盘控制系统，其特征在于，所述传感器驱动处理模块内设有处理器及存储器，所述存储器内存有定义硬件串口的执行程序，当该执行程序被处理器执行时，基于所述传感器驱动处理模块来模拟串口通信协议，FPGA基于硬件串口外挂到电平转换芯片，并经由所述电平转换芯片连接到每个传感器；

在将FPGA的TTL电平经由电平转换芯片转换至所需电平后，在串口通信模式下，建立FPGA与传感器之间的通信互联。

4.根据权利要求3所述的机器人底盘控制系统，其特征在于，定义的硬件串口包括TTL串口和485串口；

所述ARM处理器通过RS232串口建立与上位机之间的通信。

5.根据权利要求1所述的机器人底盘控制系统，其特征在于，所述全局时钟模块通过时钟总线连接到传感器数据处理及时间戳标记模块后，进一步互联到每一个传感器驱动处理模块。

6.根据权利要求5所述的机器人底盘控制系统，其特征在于，FPGA内还设有FIFO缓冲器，所述传感器数据处理及时间戳标记模块电性连接到FIFO缓冲器，所述FIFO缓冲器电性连接到各路传感器；

通过FIFO缓冲器实现对请求数据的缓冲，保证由所述传感器数据处理及时间戳标记模块组装、封装后的传感器请求数据完整的传输到ARM处理器。