一文解析AUTOSAR CAN網(wǎng)絡(luò)管理

概述

AUTOSAR CAN 網(wǎng)絡(luò)管理是一個獨(dú)立于硬件的協(xié)議，只能在 CAN 上使用。它的主要目的是協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行和總線休眠模式之間的轉(zhuǎn)換。

除了核心功能之外，還提供了可配置功能，例如， 實(shí)施服務(wù)來檢測所有當(dāng)前節(jié)點(diǎn)或檢測是否所有其他節(jié)點(diǎn)都準(zhǔn)備好休眠。

CAN 網(wǎng)絡(luò)管理(CanNm)功能提供網(wǎng)絡(luò)管理接口(NmIf)和 CAN 接口(CanIf)模塊之間的適配。

網(wǎng)絡(luò)管理的制約

CanNm 的一個通道只與一個網(wǎng)絡(luò)中的一個網(wǎng)絡(luò)管理集群相關(guān)聯(lián)。一個網(wǎng)絡(luò)管理群集在一個節(jié)點(diǎn)中只能有一個 CanNm 通道。

CanNm 的一個通道僅與同一 ECU 內(nèi)的一個網(wǎng)絡(luò)相關(guān)聯(lián)。

CanNm 僅適用于 CAN 系統(tǒng)。

CANNm 模塊可以應(yīng)用于任何汽車領(lǐng)域。

網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議

喚醒請求

喚醒請求可分為如下兩種：

本地喚醒請求， 即來自該節(jié)點(diǎn)內(nèi)部的對網(wǎng)絡(luò)的喚醒請求。

遠(yuǎn)程喚醒請求， 即來自網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文請求。

網(wǎng)絡(luò)管理模式

網(wǎng)絡(luò)管理包含如下三種模式：

睡眠模式

預(yù)睡眠模式

網(wǎng)絡(luò)模式

睡眠模式

當(dāng)節(jié)點(diǎn)沒有本地網(wǎng)絡(luò)喚醒及遠(yuǎn)程喚醒請求時， ECU 通訊控制器切換至睡眠模式， ECU 功耗降低至適當(dāng)水平。

在睡眠模式下，節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文和應(yīng)用報(bào)文禁止發(fā)送，并且不能對總線上的報(bào)文進(jìn)行 ACK 應(yīng)答;但可以被總線上的報(bào)文喚醒，在被喚醒后才可以對總線報(bào)文進(jìn)行ACK 應(yīng)答。同時節(jié)點(diǎn)在該模式下，如果檢測到有效的喚醒源，節(jié)點(diǎn)必須被喚醒。

預(yù)睡眠模式

當(dāng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入預(yù)睡眠模式時，將啟動T_WAIT_BUS_SLEEP定時器。

在預(yù)睡眠模式下，總線活動需靜止下來，最終達(dá)到總線上沒有活動，但ECU通訊控制器狀態(tài)應(yīng)處于工作模式。

在該模式下，節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文和應(yīng)用報(bào)文禁止發(fā)送(為了清空發(fā)送緩存，允許將發(fā)送隊(duì)列中已有的報(bào)文發(fā)完)，但需對總線上的報(bào)文進(jìn)行ACK應(yīng)答。

網(wǎng)絡(luò)模式

當(dāng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)模式時，將啟動 T_NM_TIMEROUT 定時器。在網(wǎng)絡(luò)模式下成功接收或者發(fā)送網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文時，節(jié)點(diǎn)將重新啟動 T_NM_TIMEROUT 定時器。

網(wǎng)絡(luò)模式分為三種內(nèi)部狀態(tài)：

重復(fù)報(bào)文狀態(tài)

常規(guī)操作狀態(tài)

準(zhǔn)備睡眠狀態(tài)

重復(fù)報(bào)文狀態(tài)

重復(fù)報(bào)文狀態(tài)確保節(jié)點(diǎn)從睡眠模式或預(yù)睡眠模式到網(wǎng)絡(luò)模式的轉(zhuǎn)換對網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)可見。

進(jìn)入重復(fù)報(bào)文狀態(tài)時，節(jié)點(diǎn)將(重新)開始網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文的發(fā)送，并啟動 T_REPEAT_MESSAGE 定時器。應(yīng)用報(bào)文必須在第一幀網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文發(fā)送開始后且小于 T_STARTx_AppFrame 內(nèi)發(fā)送。

節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)管理狀態(tài)將保持在重復(fù)報(bào)文狀態(tài)直到 T_REPEAT_MESSAGE 時間截止，一旦該時間超時，網(wǎng)絡(luò)管理狀態(tài)應(yīng)該離開重復(fù)報(bào)文狀態(tài)。

在 重 復(fù) 報(bào) 文 狀 態(tài) 下 ， 節(jié) 點(diǎn) 一 旦 接 收 或 發(fā) 送 一 條 網(wǎng) 絡(luò) 管 理 報(bào) 文 ， 或 者T_NM_TIMEROUT 超時，則 T_NM_TIMEROUT 立即重置。

重復(fù)報(bào)文狀態(tài)包含兩個子狀態(tài)：

NM 快速發(fā)送子狀態(tài)。節(jié)點(diǎn)在進(jìn)入 NM 快速發(fā)送子狀態(tài)時，為了快速喚醒網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)必須以快速周期T_NM_ImmediateCycleTime 發(fā)送網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文。

發(fā)送的快速網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文數(shù)量由參數(shù) N_ImmediateNM_TIMES 決定，節(jié)點(diǎn)每次成功發(fā)送一條快速周期網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文時，該數(shù)值應(yīng)遞減 1。

NM 正常發(fā)送子狀態(tài)。進(jìn)入NM正常發(fā)送子狀態(tài)后，節(jié)點(diǎn)必須以正常周期T_NM_MessageCycle發(fā)送網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文。

常規(guī)操作狀態(tài)

當(dāng)節(jié)點(diǎn)因發(fā)生本地喚醒事件需要與網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通訊時，必須保持在常規(guī)操作狀態(tài)，并且以正常周期 T_NM_MessageCycle 發(fā)送網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文。在常規(guī)操作狀態(tài)下，節(jié)點(diǎn)一旦接收或發(fā)送一條網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文，或者 T_NM_TIMEROUT 超時，則 T_NM_TIMEROUT 應(yīng)該立即重置。

在常規(guī)操作狀態(tài)下，節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文和應(yīng)用報(bào)文必須正常發(fā)送。

準(zhǔn)備睡眠狀態(tài)

節(jié)點(diǎn)進(jìn)入準(zhǔn)備睡眠后，必須停止發(fā)送網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文。

在準(zhǔn)備睡眠狀態(tài)下，節(jié)點(diǎn)一旦接收到一條網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文， T_NM_TIMEROUT應(yīng)該立刻重置。T_NM_TIMEROUT超時，節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)管理狀態(tài)應(yīng)進(jìn)入預(yù)睡眠模式。

網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文

AUTOSAR 網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文結(jié)構(gòu)如下表所示：

CAN 網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文 ID 范圍從 0x500~0x53F，其中報(bào)文優(yōu)先級定義為(110) 2 = 6 級， FFFA 為網(wǎng)絡(luò)管理 PGN(自定義)，00~FF 為 ECU 源地址SA;

網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文數(shù)據(jù)場的字節(jié) 1 用于發(fā)送控制比特向量(Control Bit Vector)，字節(jié) 2~7 用戶自定義：

當(dāng)控制器有重復(fù)報(bào)文請求，主動回到重復(fù)報(bào)文狀態(tài)，并將重復(fù)報(bào)文請求位置 1;當(dāng)該控制器離開重復(fù)報(bào)文狀態(tài)，將重復(fù)報(bào)文請求位清零;控制器由于其他條件(本地喚醒或接收到其他控制器重復(fù)報(bào)文狀態(tài)位置 1 的 NM 報(bào)文)而回到重復(fù)報(bào)文狀態(tài),重復(fù)報(bào)文請求位保持 0。

當(dāng)控制器由于本地喚醒進(jìn)入重復(fù)報(bào)文狀態(tài)時，主動喚醒位置 1，直到重新進(jìn)入預(yù)睡眠模式時清零;當(dāng)控制器由于遠(yuǎn)程 NM 報(bào)文喚醒，主動喚醒位保持 0。

網(wǎng)絡(luò)管理常用參數(shù)

狀態(tài)遷移

狀態(tài)遷移條件

NM_01

網(wǎng)絡(luò)管理節(jié)點(diǎn)的上電后(Battery Power on)，節(jié)點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理模塊初始化，初始化完成后進(jìn)入睡眠模式，具備被本地喚醒事件或者遠(yuǎn)程喚醒請求的能力。

NM_02

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)管理節(jié)點(diǎn)處于睡眠模式時，如果收到有效的遠(yuǎn)程喚醒請求，那么節(jié)點(diǎn)必須離開睡眠模式并進(jìn)入重復(fù)報(bào)文狀態(tài)的 NM 正常發(fā)送子狀態(tài)。

進(jìn)入 NM 正常發(fā)送子狀態(tài)后，在定時器 T_REPEAT_MESSAGE 超時前，節(jié)點(diǎn)必須以以 T_NM_MessageCycle 為周期發(fā)送網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文。

NM_03

如果節(jié)點(diǎn)在睡眠模式下檢測到本地喚醒請求，那么節(jié)點(diǎn)必須主動喚醒網(wǎng)絡(luò)， 進(jìn)入NM 快速發(fā)送子狀態(tài)， 并將主動喚醒位設(shè)置為 1。

節(jié)點(diǎn)進(jìn)入 NM 快速發(fā)送子狀態(tài)后，需以 T_NM_ImmediateCycleTime 為周期，發(fā)送數(shù)量為 N_ImmediateNM_TIMES 的網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文。

NM_04

處于 NM 快速發(fā)送子狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)，在計(jì)數(shù)器 N_ImmediateNM_TIMES 為零時，將進(jìn)入 NM 正常發(fā)送子狀態(tài)。

NM_05

處于重復(fù)發(fā)送狀態(tài)下的節(jié)點(diǎn)，如果 T_NM_TIMEROUT 超時，節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)管理狀態(tài)不應(yīng)改變，但 T_NM_TIMEROUT 必須重置。

NM_06

處于 NM 正常發(fā)送子狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)，當(dāng) T_REPEAT_MESSAGE 超時， 主動喚醒模式下，則進(jìn)入常規(guī)操作狀態(tài)。節(jié)點(diǎn)繼續(xù)保持以正常周期 T_NM_MessageCycle發(fā)送網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文和相關(guān)的應(yīng)用報(bào)文。

NM_07

處于常規(guī)操作狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)，如果節(jié)點(diǎn)自身有重復(fù)報(bào)文請求，節(jié)點(diǎn)將網(wǎng)絡(luò)管理狀態(tài)切換到重復(fù)報(bào)文狀態(tài)的 NM 快速發(fā)送子狀態(tài);如果節(jié)點(diǎn)收到其他節(jié)點(diǎn)重復(fù)報(bào)文請求位置 1 的 NM 報(bào)文，節(jié)點(diǎn)將網(wǎng)絡(luò)管理狀態(tài)切換到重復(fù)報(bào)文狀態(tài)的 NM 正常發(fā)送子狀態(tài)。

NM_08

處于常規(guī)操作狀態(tài)下的節(jié)點(diǎn)，如果 T_NM_TIMEROUT 超時，節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)管理狀態(tài)不應(yīng)改變，但 T_NM_TIMEROUT 必須重置。

NM_09

處于常規(guī)操作狀態(tài)下的節(jié)點(diǎn)，如果本身不需要網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)馬上將網(wǎng)絡(luò)管理狀態(tài)切換到準(zhǔn)備睡眠狀態(tài)，同時停止發(fā)送網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文，保持應(yīng)用報(bào)文的發(fā)送和接受，每次接受到網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文，重置T_NM_TIMEROUT定時器。

NM_10

處于準(zhǔn)備睡眠狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)，如果檢測到本地喚醒請求，則將網(wǎng)絡(luò)管理狀態(tài)切換到常規(guī)操作狀態(tài)。

NM_11

處于準(zhǔn)備睡眠狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)，如果節(jié)點(diǎn)自身有重復(fù)報(bào)文請求，節(jié)點(diǎn)將網(wǎng)絡(luò)管理狀態(tài)切換到重復(fù)報(bào)文狀態(tài)的 NM 快速發(fā)送子狀態(tài);如果節(jié)點(diǎn)收到其他節(jié)點(diǎn)重復(fù)報(bào)文請求位置 1 的 NM 報(bào)文，節(jié)點(diǎn)將網(wǎng)絡(luò)管理狀態(tài)切換到重復(fù)報(bào)文狀態(tài)的 NM 正常發(fā)送子狀態(tài)。

NM_12

處于 NM 正常發(fā)送子狀態(tài)下的節(jié)點(diǎn)，當(dāng) T_REPEAT_MESSAGE 超時，且自身無網(wǎng)絡(luò)請求，節(jié)點(diǎn)將立即進(jìn)入準(zhǔn)備睡眠狀態(tài)，并開啟CANNM_WBS_TIMER定時器。

NM_13處 于 準(zhǔn) 備 睡 眠 狀 態(tài) 的 節(jié) 點(diǎn)， 如 果 不 再 收 到 本 地 或 遠(yuǎn) 程 喚 醒 請 求 ， 在CANNM_WBS_TIMER超時后，節(jié)點(diǎn)將進(jìn)入預(yù)睡眠模式，進(jìn)入預(yù)睡眠模式后開啟T_WAIT_BUS_SLEEP 定時器.

NM_14

處于網(wǎng)絡(luò)模式的節(jié)點(diǎn)，在成功接收或者發(fā)送一幀網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文后，節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)處于預(yù)睡眠模式的節(jié)點(diǎn)，如果收到遠(yuǎn)程喚醒請求，將進(jìn)入重復(fù)報(bào)文狀態(tài)的 NM 正常發(fā)送子狀態(tài)。

NM_16

處于預(yù)睡眠模式的節(jié)點(diǎn)，如果收到本地喚醒請求，將進(jìn)入重復(fù)報(bào)文狀態(tài)的 NM 快速發(fā)送子狀態(tài)。

NM_17

處 于 預(yù) 睡 眠 模 式 的 節(jié) 點(diǎn) ， 如 果 不 再 收 到 本 地 或 遠(yuǎn) 程 喚 醒 請 求 ，在T_WAIT_BUS_SLEEP 超時后，節(jié)點(diǎn)將進(jìn)入睡眠模式。

故障處理

節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)管理所在的網(wǎng)絡(luò)總線不可用時，必須執(zhí)行如下行為：

如果節(jié)點(diǎn)沒有準(zhǔn)備好睡眠，但總線變得不可用，則不應(yīng)該進(jìn)入睡眠模式。

如果節(jié)點(diǎn)已準(zhǔn)備好睡眠，但總線變得不可用，則應(yīng)該進(jìn)入睡眠模式。

如果總線不可用，但節(jié)點(diǎn)狀態(tài)變?yōu)闇?zhǔn)備睡眠，則應(yīng)該進(jìn)入睡眠模式。

如果總線不可用，但節(jié)點(diǎn)狀態(tài)變?yōu)槲礈?zhǔn)備好睡眠，則不應(yīng)該進(jìn)入睡眠模式。

網(wǎng)絡(luò)管理的故障處理不適用于已經(jīng)處于睡眠模式的節(jié)點(diǎn)，因?yàn)樵谒吣Ｊ较聼o通信行為，此時總線不可用是難以檢測到的。

審核編輯：湯梓紅