设计仿真 | VTD传感器仿真与RDMA技术的应用

随着车辆智能化程度不断提升，车载传感设备也从最初的1R1V逐步发展到5R10V，甚至出现当下主流的多毫米波（6）、多超声波（12）、多相机（10+）以及多激光雷达（1~3）的综合传感系统。同时，这也对智能驾驶仿真测试软件及系统在多类型、多数量传感器仿真过程中的模型真实可靠性、运行实时性、数据传输的低延迟性、高带宽性以及系统可靠性上提出了更加严苛的要求。

在传感器模型的真实性与可靠性方面，VTD软件通过对于传感器建模方法论与技术实现了持续迭代，在相机、激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达等传感器的物理模型搭建方面积累了丰富的经验。在相机模型方面，可实现对于镜头畸变、相机动态曝光、动态白平衡、动态焦距调整、运动模糊、RAW数据仿真、ISP逆变换等特性的模拟。在激光雷达方面，支持传统机械式激光雷达以及MEMS的固态（半固态）激光雷达仿真，同时在雷达回波模式设置、鬼影模拟、边缘膨胀、运动畸变等特性均可实现模拟。

在应对多传感器数据传输的问题上，VTD除了支持常规TCP/IP传输外，还支持共享内存SHM的读写机制，极大的提升了数据读写速率。在传输硬件配合的方面，海克斯康工业软件VTD与NI达成深度合作，双方基于RDMA技术的应用在多传感器仿真领域取得了较大的进展。RDMA(Remote Direct Memory Access)，全称远端内存直接访问技术，相对于传统的TCP/IP通信具有以下特点：

CPU Bypass

数据传输过程中，仅仅使用操作系统建立通道，后续应用程序可绕过CPU直接进行消息传递。可有效降低CPU负载，尤其是在多传感器仿真使用环境中可有效提升仿真性能，最大限度发挥CPU自身性能。

内核Bypass

IO数据流程可绕过内核，在用户层完成数据准备后即可直接通知硬件进行数据的收发，避免系统调用和上下文切换所带来的时间和资源开销。

零拷贝

减少数据在存储区域之间的频繁拷贝，无论本地还是远端进程均可实现对于设备虚拟内存的直接访问，无需复制到网络层，从而有效降低数据传输的延迟以及由于拷贝工作带来的CPU消耗。

高带宽

相较于传统在工作站上使用的万兆网口，RDMA网卡可实现100~200Gb/s的数据传输带宽。对于当前高分辨率（4k）相机、多线固态激光雷达传感器数据即时传输来说RDMA网卡提供了传统以太网接口无法比拟的优势。

目前海克斯康与NI率先在HIL测试领域引入了RDMA技术方案，通过共享内存直接读取的方法实现了基于RDMA技术的激光雷达以及相机传感器Raw data数据的获取与传输，同时引入Ecu对于相机回控的机制，从而实现对于VTD摄像头传感器的故障注入模拟、曝光、白平衡参数动态调整等特性；相较于传统方案，RDMA的应用可有效降低仿真工作站cpu在数据传输工作上的消耗，提升仿真运行性能以及数据传输效率。在系统布局上，可有效优化仿真系统结构，适应更加广泛的测试系统需求。

随着对于RDMA技术研究的深入以及VTD IPC技术的应用，未来有望实现直接通过显存获取图像数据，并实现数据的直接传输，进一步减少数据传输链路中的环节。同时，在VTD云仿真的应用中将有助于突破感知数据传输瓶颈，为后续将感知模块引入云仿真平台提供了有效的数据传输保证。