基于AUTOSAR的應(yīng)用層如何獲取準(zhǔn)確的時(shí)間戳嗎？

前言

首先，請(qǐng)問大家?guī)讉€(gè)小小問題，你清楚：

基于AUTOSAR的應(yīng)用層如何獲取準(zhǔn)確的時(shí)間戳嗎？

時(shí)間同步的具體過程包含哪些細(xì)節(jié)呢？

如何正確地獲取到全局時(shí)間戳呢？

今天，我們來一起探索并回答這些問題。為了便于大家理解，以下是本文的主題大綱：

正文

時(shí)間同步軟件框架

正如前文《AUTOSAR基礎(chǔ)篇之CanTsyn》所述，CanTsyn模塊負(fù)責(zé)時(shí)間同步之間的協(xié)議處理，StbM模塊則用來負(fù)責(zé)抽象底層不同的時(shí)間同步協(xié)議，為上層提供統(tǒng)一的時(shí)間戳接口以及當(dāng)前的時(shí)間同步狀態(tài)的接口。

通過如下圖1所示的Tsync則用來代表基于不同總線通訊的時(shí)間同步協(xié)議，StbM則是時(shí)間同步協(xié)議層基礎(chǔ)上的抽象，OS作為Triggered Customer，SW-C則作為Active Customer，后文將解釋這兩者之間的區(qū)別。

圖1 AUTOSAR時(shí)間同步協(xié)議軟件框架

在上圖中，我們可以看到存在5個(gè)不一樣的數(shù)據(jù)流，下面將一一解釋每個(gè)數(shù)據(jù)流的基本作用：

數(shù)據(jù)流1表示StbM主動(dòng)調(diào)用TriggerCustomer提供的函數(shù)接口來完成時(shí)間同步，當(dāng)前主要應(yīng)用場景為OS Schedule Table的同步；

數(shù)據(jù)流2表示Active Customer(SW-C)主動(dòng)調(diào)用StbM提供的標(biāo)準(zhǔn)接口來獲取當(dāng)前時(shí)間戳或者時(shí)間同步狀態(tài)；

數(shù)據(jù)流3表示Active Customer(SW-C)主動(dòng)調(diào)用StbM提供的標(biāo)準(zhǔn)接口來更新StbM維護(hù)的時(shí)間基準(zhǔn)；

數(shù)據(jù)流4表示StbM模塊通過Tsyn模塊提供的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)接口來更新StbM的時(shí)間基準(zhǔn)；

數(shù)據(jù)流5表示StbM模塊主動(dòng)通過Tsyn模塊提供的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)接口來將當(dāng)前的時(shí)間同步信息發(fā)送到相應(yīng)的bus總線上。

在時(shí)間同步領(lǐng)域內(nèi)涉及到諸多專有名詞，因此為了便于大家理解后續(xù)的內(nèi)容，有必要在此跟大家解釋些重要的標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語，具體細(xì)節(jié)如下圖2所示：

圖2 時(shí)間同步標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語解釋

啟動(dòng)階段

在該階段StbM模塊將會(huì)提供完成必要的初始化來提供針對(duì)上層應(yīng)用的時(shí)間同步服務(wù)。

前置條件

StbM模塊通過調(diào)用函數(shù)接口StbM_Init來完成初始化工作，但是在此之前需務(wù)必完成基礎(chǔ)通訊模塊的初始化，如Canif模塊初始化，CanTsyn模塊初始化等。

初始化

通過調(diào)用上述函數(shù)完成初始化之后，將會(huì)完成如下基本動(dòng)作：

變量StbMSynchrinizedTimeBase將會(huì)被初始化為0；

timeBaseStatus將會(huì)將所有的bit初始化為0；

如果參數(shù)StbMStoreTimebaseNonVolatile等于STORAGE_AT_SHUTDOWN，那么就會(huì)從NVM中獲取數(shù)據(jù)（一般包含s跟ns部分），如果NVM獲取數(shù)據(jù)不成功，則都會(huì)賦值為0處理。

正常工作

Synchronized Time Base

每一次調(diào)用函數(shù)接口StbM_BusSetGlobalTime()時(shí)就會(huì)更新對(duì)應(yīng)的同步time base以及對(duì)應(yīng)的Time Base Status。

Time Master 同步狀態(tài)監(jiān)控

如下圖3所示，一個(gè)全局時(shí)間網(wǎng)絡(luò)至少一個(gè)Time Master跟一個(gè)Time Slave, Time Master將會(huì)將其時(shí)間信息傳遞至在同一Time Domain下的Time Slave。

圖3 Time Master 同步狀態(tài)更新示意圖

由上圖可知，Time Master通過reference本地clock來更新本地全局時(shí)間，然后通過sync/FUP報(bào)文發(fā)送給到總線上。其中，如果Time Domain為0-15則為synchronized time base，而Time Domain 16-31則為Offset Time Base。

通過調(diào)用函數(shù)接口 StbM_GetCurrentTime() 來獲取當(dāng)前對(duì)應(yīng)Time Domain下的Time Base，對(duì)應(yīng)的timebasestatus以及user data；

通過調(diào)用函數(shù)接口StbM_GetCurrentTimeRaw() 來獲取當(dāng)前時(shí)間Time Base的ns部分；

通過調(diào)用函數(shù)接口StbM_GetCurrentTimeDiff() 來獲取輸入的時(shí)間戳與當(dāng)前時(shí)間戳的時(shí)間間隔，單位為ns；

通過調(diào)用函數(shù)接口StbM_BusSetGlobalTime()來更新當(dāng)前的Time Base以及設(shè)置對(duì)應(yīng)的timebaseStatus；

通過調(diào)用函數(shù)接口 StbM_SetGlobalTime()并且會(huì)就將GLOBAL_TIME_BASE bit位置1，同時(shí)清除其他bit 位；

Time Slave 同步狀態(tài)監(jiān)控

如下圖4所示體現(xiàn)了Time Slave的數(shù)據(jù)流交互關(guān)系，在下圖中我們可以看到Time Slave會(huì)接收來自同一Time Domin下的sync/fup 報(bào)文，同時(shí)加上本地計(jì)算出來的接收sync/fup報(bào)文的時(shí)間差最終用于更新當(dāng)前StbM的Time Base，該Time Base將最終被應(yīng)用到應(yīng)用層。

圖4 Time Slave同步狀態(tài)更新圖

Time Slave在完成上述時(shí)間同步的過程中，需要注意幾點(diǎn)：

每次更新調(diào)用函數(shù)StbM_BusSetGlobalTime時(shí)，都會(huì)比較下當(dāng)前更新的時(shí)間戳與當(dāng)前內(nèi)部正在使用的時(shí)間戳的差值是否超過StbMSyncLossThreshold參數(shù)設(shè)定的值，如果該值為0，則會(huì)取消該部分的檢查，如果超過了設(shè)定的值， 那么將會(huì)將timeBaseStatus中的狀態(tài)位TIMELEAP 置1；

如果下一次更新，差值保證在范圍內(nèi)，那么timeBaseStatus中的狀態(tài)位TIMELEAP將會(huì)被清0；

TIme Slave會(huì)實(shí)時(shí)確認(rèn)下當(dāng)前的時(shí)間戳與最近一次調(diào)用該函數(shù)的時(shí)間差距是否在參數(shù)StbMSyncLossTimeout設(shè)定的范圍內(nèi)，如果Timeout發(fā)生，那么需置timeBaseStatus中的TIMEOUT bit位，一旦調(diào)用StbM_BusSetGlobalTime函數(shù)將會(huì)清除該TIMEOUT bit位。

如果從來沒有發(fā)生過時(shí)間同步， 那么TIMEOUT位將不會(huì)置位，只要發(fā)生過一次成功的時(shí)間同步，后續(xù)同步?jīng)]有按照預(yù)期發(fā)送，那么就會(huì)啟動(dòng)這個(gè)Timeout檢查。

如果參數(shù)syncToTimeBase設(shè)定為sync to GTM,那么調(diào)用StbM_BusSetGlobalTime() 將會(huì)清除timeBaseStatus中的SYNC_TO_GATEWAY bit位；

如果參數(shù)syncToTimeBase設(shè)定為sync to subdomain,那么調(diào)用StbM_BusSetGlobalTime() 將會(huì)置位timeBaseStatus中的SYNC_TO_GATEWAY bit位；

一旦調(diào)用函數(shù)接口fStbM_BusSetGlobalTime()，那么就會(huì)設(shè)置timeBaseStatus中的GLOBAL_TIME_BASE Bit位，一旦置位，則不會(huì)清除。

Time Gateway同步狀態(tài)監(jiān)控

Time Gateway既作為屬于某個(gè)Time Domain的Time slave，同時(shí)也會(huì)作為某個(gè)Time Domain下的Time Master而存在，如果存在Time Gateway的節(jié)點(diǎn)，那么必然存在Time SubDomain的概念。

如果Time Gateway作為某個(gè)Time Domain的Time Slave存在，同樣存在著如下特性需要了解：

每次更新調(diào)用函數(shù)StbM_BusSetGlobalTime時(shí)，都會(huì)比較下當(dāng)前更新的時(shí)間戳與當(dāng)前內(nèi)部正在使用的時(shí)間戳的差值是否超過StbMSyncLossThreshold參數(shù)設(shè)定的值，如果該值為0，則會(huì)取消該部分的檢查，如果超過了設(shè)定的值， 那么將會(huì)將timeBaseStatus中的狀態(tài)位TIMELEAP 置1；

如果下一次更新，差值保證在范圍內(nèi)，那么timeBaseStatus中的狀態(tài)位TIMELEAP將會(huì)被清0；

TIme Slave會(huì)實(shí)時(shí)確認(rèn)下當(dāng)前的時(shí)間戳與最近一次調(diào)用該函數(shù)的時(shí)間差距是否在參數(shù)StbMSyncLossTimeout設(shè)定的范圍內(nèi)，如果Timeout發(fā)生，那么需置timeBaseStatus中的TIMEOUT bit位，一旦調(diào)用StbM_BusSetGlobalTime函數(shù)將會(huì)清除該TIMEOUT bit位。

如果從來沒有發(fā)生過時(shí)間同步， 那么TIMEOUT位將不會(huì)置位，只要發(fā)生過一次成功的時(shí)間同步，后續(xù)同步?jīng)]有按照預(yù)期發(fā)送，那么就會(huì)啟動(dòng)這個(gè)Timeout檢查。

如果參數(shù)syncToTimeBase設(shè)定為sync to GTM,那么調(diào)用StbM_BusSetGlobalTime() 將會(huì)清除timeBaseStatus中的SYNC_TO_GATEWAY bit位；

如果參數(shù)syncToTimeBase設(shè)定為sync to subdomain,那么調(diào)用StbM_BusSetGlobalTime() 將會(huì)置位timeBaseStatus中的SYNC_TO_GATEWAY bit位；

一旦調(diào)用函數(shù)接口fStbM_BusSetGlobalTime()，那么就會(huì)設(shè)置timeBaseStatus中的GLOBAL_TIME_BASE Bit位，一旦置位，則不會(huì)清除。

Offset Time Base

對(duì)于Offset Time Base，相比Synchronized Time Base存在著如下一些特性：

每次調(diào)用StbM_SetOffset()就會(huì)用來更新相應(yīng)的Time base的 Offset Time；

函數(shù)StbM_SetOffset() 與StbM_GetOffset() 只能接收16-31的TimeBaseId；

每一次調(diào)用函數(shù)StbM_GetOffset()將會(huì)返回對(duì)應(yīng)的Offset Time Base的Offset Time；

在配置上也會(huì)存在限制，即只有StbMSynchronizedTimeBaseIdentifier為16至31，StbMOffsetTimeBase才會(huì)真實(shí)有效。

Customer

Customers作為理解為基于StbM模塊基礎(chǔ)之上的一種應(yīng)用角色，按照其功能作用可劃分為如下兩種角色：

Active customers：顧名思義就是一種主動(dòng)觸發(fā)調(diào)用StbM相關(guān)函數(shù)接口的應(yīng)用角色；

Triggered customers：就是一種被動(dòng)被StbM模塊調(diào)用其自身接口的應(yīng)用角色；

Active customers

對(duì)于Active customers，為了便于理解，我們可以列出如下場景來體現(xiàn)其基本作用：

讀取當(dāng)前的time base value，同步狀態(tài)以及user data；

設(shè)置對(duì)應(yīng)time base的value以及相應(yīng)的user data；

Triggered customers

對(duì)于Triggered customer，當(dāng)前僅用于同步OS的schedule table，通過調(diào)用OS提供的API函數(shù) SyncScheduleTable() 來實(shí)現(xiàn)Schedule Table之間的counter同步。

通過配置參數(shù)STBM_TRIGGERED_CUSTOMER_PERIOD來完成StbM定周期調(diào)用上述函數(shù)接口來完成各個(gè)sechdule table的os counter間的同步；

同時(shí)StbM僅在Schedule Table 處于WAITING，RUNNING，或者 RUNNING_SYNCHRONOUS狀態(tài)時(shí)完成同步，因此也就意味著StbM在同步前先要確認(rèn)下當(dāng)前需同步的Schedule Table的狀態(tài)，然后才能進(jìn)行同步。

關(guān)閉階段

針對(duì)Shutdown階段，僅存在一個(gè)需要做的操作，如果參數(shù)StbMStoreTimebaseNonVolatile等于STORAGE_AT_SHUTDOWN，那么便會(huì)將當(dāng)前實(shí)時(shí)時(shí)間戳(S跟ns部分)存儲(chǔ)在NVM中。

常用函數(shù)接口說明

為了便于大家了解StbM模塊所提供的基本功能，因此將常見的函數(shù)接口列舉如下，以方便大家的查閱：

圖5 StbM模塊常用函數(shù)接口

編輯：黃飛