AutoSAR中CAN通信網(wǎng)絡(luò)管理的概述

概述

AutoSAR中CAN通信的網(wǎng)絡(luò)管理主要是根據(jù)CANNode接收和發(fā)送的NMMessage進(jìn)行該節(jié)點(diǎn)在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的活動(dòng)的，根據(jù)NM Message控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)對(duì)Normal模式和Sleep模式的切換。

同時(shí)可以根據(jù)CAN NM PDU來檢測網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)，進(jìn)行同步休眠等。主要包含以下內(nèi)容：

1.周期性的NMMessage在發(fā)送節(jié)點(diǎn)廣播式的發(fā)送，節(jié)點(diǎn)可以周期接收到NM PDU。

2.對(duì)于接收節(jié)點(diǎn)而言，接收到NMPDU表明相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)想要保持網(wǎng)絡(luò)正常工作。

3.節(jié)點(diǎn)想要進(jìn)入Sleep模式，那么停止發(fā)送NM PDU準(zhǔn)備進(jìn)入Sleep，如果此時(shí)網(wǎng)絡(luò)還有別的節(jié)點(diǎn)在發(fā)送NMPDU，則延遲進(jìn)入Sleep。

4.在所有節(jié)點(diǎn)停止發(fā)送NMPDU并且設(shè)置的超時(shí)時(shí)間到，這時(shí)候整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)同步進(jìn)入Sleep模式。

5.節(jié)點(diǎn)想要從Sleep進(jìn)入到Normal模式，則請(qǐng)求發(fā)送NMPDU。

NM****狀態(tài)切換

在NM中狀態(tài)切換主要有兩個(gè)方面的考慮，其中一個(gè)是整個(gè)CAN NM的網(wǎng)絡(luò)切換關(guān)系，主要由三個(gè)主要的狀態(tài)，分別是Network Mode、Pre-Bus Sleep Mode和Bus Sleep Mode，對(duì)于其內(nèi)部的轉(zhuǎn)換關(guān)系如下圖所示。

系統(tǒng)上電后，首先在Bus Sleep模式，如果有NM的通信請(qǐng)求就進(jìn)入正常的通信模式也就是下中的Network Mode。

在Network Mode主要處理整個(gè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理的正常運(yùn)行，如果NM上的節(jié)點(diǎn)停止發(fā)送NM PDU，則在定義的TimeOut后進(jìn)入到Pre-Bus Sleep模式，等待整個(gè)通信上的網(wǎng)絡(luò)達(dá)到Bus TimeOut后徹底進(jìn)入Bus Sleep模式，如果在Pre-Bus Sleep模式下，收到了其它節(jié)點(diǎn)的NM請(qǐng)求，則進(jìn)入正常的Network模式。

在NM的狀態(tài)切換中還有一個(gè)比較重要的就是Network Mode的內(nèi)部狀態(tài)切換。無論是Bus Sleep還是Pre-Bus Sleep狀態(tài)下進(jìn)入到Network模式都會(huì)直接進(jìn)入Repeat Message State發(fā)送NM PDU，處于RepeatMessage State下的節(jié)點(diǎn)對(duì)于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)來說是有效的節(jié)點(diǎn)，并確保其它節(jié)點(diǎn)在該狀態(tài)上保持激活狀態(tài)。Repaet模式下定義的TimeOut時(shí)間到同時(shí)接收到NM的請(qǐng)求進(jìn)入到Normal Operation State，在該模式下只有NN的請(qǐng)求就保持節(jié)點(diǎn)處于Awake狀態(tài)。

接收到RepeatMsg的請(qǐng)求或者對(duì)應(yīng)的RepeatMsg對(duì)應(yīng)的控制Bit接收，則進(jìn)入Repeat模式，如果接收到NMReleased請(qǐng)求則進(jìn)入ReadySleep States，ReadySleep States狀態(tài)下等待其它節(jié)點(diǎn)進(jìn)入到Sleep狀態(tài)，如果NM TimeOut時(shí)間達(dá)到進(jìn)入到Pre-Bus Sleep等待總線Sleep。具體的狀態(tài)轉(zhuǎn)換如下所示。

網(wǎng)絡(luò)管理的狀態(tài)切換中一般主要是由TimeOut和Requested/Released進(jìn)行切換的，同時(shí)包含了對(duì)外部NMReq的處理，在使用的時(shí)候注意幾個(gè)TimeOut的時(shí)間，尤其是在做整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的Sleep機(jī)制的時(shí)候要充分考慮不同節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的jitters，該部分的考慮主要從內(nèi)部時(shí)鐘、NM相關(guān)模塊函數(shù)的循環(huán)時(shí)間和發(fā)送方式進(jìn)行考慮，由于該部分還有連調(diào)連試過，所有先不詳細(xì)介紹，等后期如果進(jìn)行相關(guān)的工作再補(bǔ)充更新。

NM PDU

AutoSAR中NM的PDU主要包括三大部分，分別是節(jié)點(diǎn)的ID、控制位以及用戶數(shù)據(jù)。在標(biāo)準(zhǔn)的CANFrame的具體定義如下：

其中Control Bit Vector的定義如下

Bit0: Repeat Message Request 表明Repeat Msg是否被請(qǐng)求。

Bit3: NM Coordinator Sleep Bit 表明是否開始同步的ShutDown。

Bit4:Active Wakeup Bit 表明是否喚醒通信網(wǎng)絡(luò)。

Bit6: Partial Network Information Bit (PNI)。

Bit1/2/5/7用于后期擴(kuò)展。

對(duì)于Byte0和Byte1兩個(gè)Byte，AutoSAR定義的是通用的設(shè)置Byte，尤其是Byte0是Source的ID，只取其中的低八位，一般OEM都會(huì)定義特定的NM報(bào)文，而對(duì)于在NM PDU機(jī)制中的實(shí)現(xiàn)和定義主要寫入低八位的ID就可以。

對(duì)于UserData不同的OEM會(huì)有不同的定義，這個(gè)取決于自己的設(shè)置，之前參與Daimler的一個(gè)項(xiàng)目的時(shí)候，他們會(huì)把UserData0作為WakeUp Reason使用。

如果使用Partial Network Cluster(PNC)，一般會(huì)在特定的UserData中包含PNC上節(jié)點(diǎn)所在的位置。對(duì)于NMPDU的使用根據(jù)具體的OEM要求設(shè)置即可。

Partial Network Cluster

PartialNetwork Cluster（PNC）的使用主要是關(guān)掉某些網(wǎng)絡(luò)上的不需要通信的節(jié)點(diǎn)，而一些必須的節(jié)點(diǎn)可以正常通信，從而更好的節(jié)約能量，減少消耗。

只有在該節(jié)點(diǎn)的PNC功能使能，同時(shí)接收的NM PDU中PNI位為1的時(shí)候才進(jìn)行正常的PNC處理。同樣作為PNC的一個(gè)節(jié)點(diǎn)在發(fā)送NM PDU的時(shí)候PNI位也必須設(shè)置為1。

PNC在實(shí)現(xiàn)的時(shí)候在CANNM模塊提供了一種濾波機(jī)制，用來忽略無效的NMPDU。在使用PNC功能的時(shí)候，對(duì)于NMPDU 不用的OEM會(huì)在UserData中相應(yīng)的Bit表示一個(gè)PNC的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，每一個(gè)Bit表示了一個(gè)PN節(jié)點(diǎn)。

對(duì)于濾波機(jī)制的使用一般從UserData數(shù)據(jù)開始，指定需要比較的Byte長度，然后設(shè)置需要的比較信息（定義需要接收的Byte Value和Mask Value），進(jìn)行比較即可，只有滿足比較條件才認(rèn)為接收到的NM PDU是一條有效的NMPDU，否則忽略。

在PNC中提供了兩種NM的管理機(jī)制，分別為Internal and External Requested（EIR）PN和ExternalRequested（ER）PN。

對(duì)于EIR PN而言，主要是用于在接收到NM后，ECU根據(jù)接收到的NM PDU通知COMM模塊和BSWM去控制相關(guān)的NM通道中的I-PDU的使能和禁用，同時(shí)可以將接收和發(fā)送的數(shù)據(jù)通過COM模塊與APP層進(jìn)行交互。

ER PN而言主要是作為NM的Gateway收集外部的PN PDU使用，用于路由NM相關(guān)的PNC到指定的通信Bus通道，進(jìn)行PN控制。

PNC在AutoSAR****中的實(shí)現(xiàn)

對(duì)于PNC在AutoSAR中的實(shí)現(xiàn)將從CAN相關(guān)的PNC做闡述，因?yàn)楝F(xiàn)在CAN的PNC網(wǎng)絡(luò)管理也是用的最多的。

CAN的PNC在AutoSAR架構(gòu)中主要包括了支持CAN PNC的硬件、CAN、CanTrcv（SPI通信）、CanIf、CanNm、CanSM、NmIf、ComM、BSWM以及應(yīng)用層的SWC。整個(gè)PNC的相關(guān)狀態(tài)切換如下圖所示。

根據(jù)上面的圖片簡單介紹幾個(gè)主要作用：

1.喚醒：MCU被喚醒后，對(duì)于帶有喚醒功能的TJA1145而言會(huì)在CANTrcv中將喚醒通知到CANIF，然后在EcuM中調(diào)用相關(guān)的函數(shù)對(duì)喚醒的有效性進(jìn)行判斷，從而將當(dāng)前喚醒的狀態(tài)通知給BswM進(jìn)行狀態(tài)處理。

2.PNC通信：在CANIf收到相關(guān)的NMPDU后，通知CANNM做PNC的有效性校驗(yàn)，在PNC校驗(yàn)有效后通過PDUR和COM兩個(gè)模塊將有效PNC信息告知COMM中特定的PNC通道，然后COMM將PNC的狀態(tài)發(fā)送給BSWM，BSWM根據(jù)PNC的狀態(tài)和特定的Rules反饋給COMM進(jìn)行PNC通信請(qǐng)求，同時(shí)通過CANSM模塊經(jīng)CANIf去控制CNATrcv進(jìn)行通信模式切換。

3.在應(yīng)用層的SWC可以直接建立與BSWM的Mode Req CS接口或者SWC建立與COMM的用于請(qǐng)求通信的CS接口，實(shí)現(xiàn)SWC對(duì)通信的請(qǐng)求。

4.對(duì)于NM PDU的發(fā)送一般需要NM模塊進(jìn)行請(qǐng)求或者釋放，其控制指令也是在COMM受到BSWM或者SWC請(qǐng)求后發(fā)出控制指令。

5.對(duì)于PNC的NM PDU Group的使能和禁用開關(guān)需要BSWM結(jié)合具體的Rules進(jìn)行控制，從而StartNM PDU 和StopNM PDU。

6.TJA1145這款芯片的模式操作和喚醒幀定義需要通過SPI通信進(jìn)行控制。

審核編輯：劉清