随着自动驾驶的不断发展,对自动驾驶控制器的算力提出了越来越高的要求,传统的单核处理器已经无法满足自动驾驶的算力需求,而多核处理器开始得到更多的应用。另外,功能安全也是自动驾驶需要解决的一个重要问题,为了提高自动驾驶控制器的功能安全,冗余技术开始逐渐应用于自动驾驶控制器的设计上。因此,本文对多核处理器在自动驾驶控制中的应用以及自动驾驶控制器的冗余设计方法进行研究,提出了基于多核处理器的双冗余自动驾驶控制器硬件架构,并基于该硬件架构进行了自动驾驶控制软件架构的设计。本文首先对自动驾驶控制器进行了硬件设计。针对控制器的算力和功能安全需求,选择了能够达到最高功能安全等级ASIL-D的多核处理器TC297,并在此基础上对控制器进行了双系统冗余设计。两个系统之间通过HSSL、SPI、CAN和ERU进行通信,一方面使两系统可以相互进行故障检测以实现冗余功能,另一方面使两个处理器能够协同运行,从而进一步提高控制器的算力。在硬件架构设计的基础上,进行了控制器的电路设计,包括电路原理图的设计和印制电路板的设计,并通过PCB的加工和元器件焊接,完成了自动驾驶控制器的实物设计,从而为自动驾驶控制软件架构的开发提供了硬件基础。针对自动驾驶控制器的系统启动和应用程序升级需求,设计了系统基础软件Bootloader。为了使控制器正常启动,设计了系统启动程序,用于对处理器的时钟系统和内存等进行设置,以建立正确的应用程序运行环境,并对各内核的寄存器、堆栈及Cache等进行设置,以保证多核能够正常启动和运行;为了解决应用程序可执行文件的下载、格式转换及烧写等问题,设计了应用程序可执行文件的下载程序;为了使Bootloader在完成系统启动和应用程序升级工作后顺利跳转到应用程序入口并开始运行应用程序,采用相关的指令设计了跳转程序;为了使Bootloader合理地使用程序存储器空间,进行了程序存储器的空间分配方案设计。针对自动驾驶任务的实时运行需求和多核协同运行需求,进行了多核处理器基础软件的设计。为了使自动驾驶任务的运行具有较高的实时性,选择了非对称多处理作为多核处理器的运行模式,并在处理器上移植了实时操作系统Free RTOS;为了满足多核协同运行时的核间任务同步需求,采用核间中断设计了核间任务同步机制;为了解决多核协同运行时由于同时访问共享资源而发生相互冲突的问题,采用处理器的专用硬件指令设计了核间共享资源互斥访问机制;为了满足多核协同运行时的数据通信需求,采用共享内存的方式,结合核间任务同步机制设计了核间通信机制。针对自动驾驶控制器的功能安全需求,在双冗余控制器硬件平台的基础上,进行了双冗余系统软件设计。为了使控制器中互为冗余的两个系统在启动后能够获取自身及对方的工作状态信息,并使两系统进入正确的运行状态,设计了系统状态信息管理程序;为了使两系统同步运行以避免故障误判,设计了系统间的同步协议和相应的同步程序;为了保证系统出现故障时能够快速的检测到故障的发生并进行正确的处理,设计了系统之间和系统内部的系统故障检测及处理程序。为了验证软硬件设计的正确性,分别针对Bootloader、多核处理器基础软件和双冗余系统软件的各功能模块设计了不同的测试用例并进行了测试。根据相关测试结果,验证了本文所设计的自动驾驶控制器软硬件的正确性。