# 传感器融合接口规范

**版本**: v0.1  
**日期**: 2026-03-07  
**作者**: 孙大圣  
**状态**: 草稿  

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## 1. 文档概述

### 1.1 目的
本文档定义商用车AI-Box Demo中传感器融合模块的接口规范，确保MCU、SoC和传感器之间的数据交互标准化、实时性和可靠性。

### 1.2 适用范围
- MCU与SoC之间的传感器数据传输接口
- SoC内部传感器融合算法的输入/输出接口  
- 传感器数据格式标准化定义
- 实时性要求和性能指标

### 1.3 参考文档
- 《商用车AI-Box Demo - 产品需求规格书》v2.0
- 《智能挂车AI-Box软件架构设计》
- IPCL通信协议规范

## 2. 系统架构上下文

### 2.1 传感器类型
根据PRD v2.0，系统需要支持以下传感器类型：
- **摄像头**: 视频流数据（V4L2接口）
- **温度传感器**: 环境温度监控
- **加速度计**: 车辆运动状态检测  
- **GPS模块**: 位置信息获取
- **其他车载传感器**: 待确认具体型号

### 2.2 数据流向
```
传感器 → MCU采集 → SPI/UART传输 → SoC接收 → 传感器融合算法 → 应用层使用
```

## 3. MCU-SoC传感器数据接口

### 3.1 SPI接口规范（主传输通道）

#### 3.1.1 基本参数
- **传输速率**: ≥10Mbps
- **最大包长**: 512字节
- **校验机制**: CRC32校验
- **重传机制**: 最大3次重传

#### 3.1.2 命令格式
详细协议规范请参考 `spi_protocol_details.md` 文件。

#### 3.1.3 传感器ID定义
详细传感器数据格式请参考 `spi_protocol_details.md` 文件。

### 3.2 UART接口规范（健康监控通道）

#### 3.2.1 基本参数  
- **传输速率**: ≥1Mbps
- **用途**: SoC健康状态报告 + 关键传感器状态
- **超时机制**: 3秒无响应触发GPIO复位

#### 3.2.2 状态报告格式
| 字段 | 长度 | 描述 |
|------|------|------|
| Header | 2字节 | 0xAA55 |
| CPU_Load | 1字节 | CPU负载百分比 |
| Memory_Usage | 1字节 | 内存使用百分比 |
| Temp_SoC | 2字节 | SoC温度 (℃ × 10) |
| Critical_Sensors | 4字节 | 关键传感器状态位图 |
| CRC16 | 2字节 | 校验码 |

## 4. SoC内部传感器融合接口

### 4.1 数据结构定义

#### 4.1.1 通用传感器数据结构
```c
typedef struct {
    uint8_t sensor_id;
    uint32_t timestamp_ms;
    uint16_t data_length;
    uint8_t* data;
    uint32_t crc32;
} sensor_data_t;
```

#### 4.1.2 融合后数据结构
```c
typedef struct {
    uint32_t fusion_timestamp_ms;
    uint32_t valid_sensors_mask;
    // 融合后的环境感知数据
    float temperature_celsius;
    int16_t acceleration[3];
    double gps_position[3]; // lat, lon, alt
    // 其他融合数据...
    uint32_t fusion_confidence; // 融合置信度 (0-100)
} fused_sensor_data_t;
```

### 4.2 API接口定义

#### 4.2.1 数据接收接口
```c
// MCU数据接收回调
int on_sensor_data_received(sensor_data_t* raw_data);

// 传感器数据队列管理
int sensor_queue_push(sensor_data_t* data);
sensor_data_t* sensor_queue_pop(void);
```

#### 4.2.2 融合算法接口
```c
// 执行传感器融合
int perform_sensor_fusion(fused_sensor_data_t* output);

// 获取最新融合结果
const fused_sensor_data_t* get_latest_fusion_result(void);
```

## 5. 实时性要求

### 5.1 端到端延迟
| 传感器类型 | 最大延迟 | 说明 |
|------------|----------|------|
| 摄像头 | 100ms | 满足实时视频处理 |
| 温度传感器 | 500ms | 环境监控足够 |
| 加速度计 | 50ms | 车辆安全关键 |
| GPS | 1000ms | 位置更新频率 |

### 5.2 数据吞吐量
| 传感器类型 | 数据率 | 带宽需求 |
|------------|--------|----------|
| 摄像头 (720p) | 30fps | ~8Mbps |
| 温度传感器 | 1Hz | ~32bps |
| 加速度计 | 100Hz | ~4.8kbps |
| GPS | 1Hz | ~64bps |

## 6. 错误处理与恢复

### 6.1 错误类型
- **通信错误**: CRC校验失败、超时
- **数据错误**: 无效传感器ID、数据长度异常
- **硬件错误**: 传感器离线、MCU异常

### 6.2 恢复策略
- **通信错误**: 自动重传（最多3次）
- **数据错误**: 丢弃异常数据包，记录错误日志
- **硬件错误**: 触发系统健康检查，必要时GPIO复位

## 7. 硬件抽象层(HAL)设计

### 7.1 HAL接口定义
```c
// MCU通信HAL
typedef struct {
    int (*spi_send)(const uint8_t* data, size_t len);
    int (*spi_receive)(uint8_t* buffer, size_t max_len);
    int (*uart_send)(const uint8_t* data, size_t len);
    int (*gpio_reset)(void);
} mcu_comm_hal_t;

// 传感器驱动HAL  
typedef struct {
    int (*init)(void);
    int (*read_data)(sensor_data_t* data);
    int (*get_status)(void);
} sensor_driver_hal_t;
```

### 7.2 SoC适配策略
- 采用硬件抽象层设计，便于不同SoC型号适配
- 预留SoC型号确认后的配置接口
- 编译时条件编译支持不同硬件平台

## 8. 待确定事项

### 8.1 硬件相关
- [ ] **SoC具体型号确认** - 需要联系猪小杰确认PRD v2.0中的SoC选型
- [ ] **传感器具体型号和规格确认** - 需要获取详细的传感器数据手册
- [ ] **SPI/UART引脚分配确认** - 需要硬件原理图确认

### 8.2 软件相关  
- [ ] **传感器融合算法详细规格** - 需要与算法团队确认融合策略
- [ ] **实时操作系统(RTOS)选择确认** - Linux vs RTOS决策
- [ ] **内存分配策略确认** - 共享内存池大小和管理策略

## 9. 验收标准

### 9.1 功能验收
- [ ] 所有传感器数据能够正确传输和解析
- [ ] 传感器融合算法能够正常工作
- [ ] 错误处理机制有效

### 9.2 性能验收
- [ ] 端到端延迟满足第5章节要求
- [ ] 系统资源占用符合预期
- [ ] 在-40℃~85℃环境下稳定运行

## 10. 后续工作计划

- [ ] 3月8日: 与猪小杰确认传感器具体规格
- [ ] 3月9日: 完善详细数据格式和算法接口
- [ ] 3月10日: 完成最终版接口规范并提交评审