CAN網(wǎng)絡(luò)管理之Autosar網(wǎng)絡(luò)管理

文章目錄：

• 1. Autosar NM 實(shí)現(xiàn)策略

• 2. Autosar NM 管理模式和狀態(tài)

• 2.1 總線睡眠模式 ( Bus Sleep Mode )

• 2.2 預(yù)睡眠模式 ( Prepare Bus Sleep Mode )

• 2.3 網(wǎng)絡(luò)模式 ( Network Mode )

• 2.4 相關(guān)參數(shù)匯總說(shuō)明

• 3. Autosar NM 網(wǎng)絡(luò)管理運(yùn)行模式

• 4.  Autosar NM 協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）

• 4.1 報(bào)文數(shù)據(jù)格式

• 4.2 源節(jié)點(diǎn)地址（SourceNodeIdentifier）

• 4.3 控制位向量 (ControlBitVector)

• 4.4 用戶數(shù)據(jù)(Userdata)

1. Autosar NM 實(shí)現(xiàn)策略

• Autosar NM 是一種基于分布式的直接網(wǎng)絡(luò)管理策略，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都需基于其在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送或接收到的 NM 報(bào)文來(lái)實(shí)現(xiàn)自身的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，實(shí)施相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)行為
• AUTOSAR 網(wǎng)絡(luò)管理策略通過(guò)發(fā)送周期性的 NM 報(bào)文實(shí)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)上所有節(jié)點(diǎn)通過(guò)廣播形式接收 NM 報(bào)文；節(jié)點(diǎn)通過(guò)發(fā)送 NM 報(bào)文，表征自身需要網(wǎng)絡(luò)保持喚醒狀態(tài)，即當(dāng)自身需要與其它ECU通信，就發(fā)送NM報(bào)文，請(qǐng)求通信
• 如果某ECU的睡眠條件滿足，即該ECU不需要通信，則停止發(fā)送 NM 報(bào)文，等待向總線睡眠模式轉(zhuǎn)換，此時(shí)應(yīng)用報(bào)文仍然發(fā)送；若在轉(zhuǎn)換過(guò)程中接收到其他ECU發(fā)送的 NM 報(bào)文，說(shuō)明該ECU還需要通信，需延遲其向總線睡眠模式的轉(zhuǎn)換；若持續(xù)一段特定的時(shí)間沒(méi)有接收到 NM 報(bào)文而導(dǎo)致專用定時(shí)器超時(shí)，此時(shí)總線沒(méi)有ECU需要通信，停止應(yīng)用報(bào)文發(fā)送，進(jìn)入總線休眠模式
• 總線休眠后，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)總線通信有需求時(shí)，通過(guò)發(fā)送 NM 報(bào)文來(lái)喚醒網(wǎng)絡(luò)上其他處于總線睡眠模式的節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行通信
• AUTOSAR 網(wǎng)絡(luò)管理的主要邏輯可以用以下兩點(diǎn)概括：
• 在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，若節(jié)點(diǎn)對(duì)總線通信有需求，它就需要周期性的發(fā)送 NM 報(bào)文，否則不發(fā)送 NM 報(bào)文
• 若節(jié)點(diǎn)對(duì)總線通信不再有需求，并且總線上沒(méi)有任何NM報(bào)文，則進(jìn)入總線睡眠模式

2. Autosar NM 管理模式和狀態(tài)

• AUTOSAR 網(wǎng)絡(luò)管理包含三種模式：
• 總線睡眠模式 ( Bus Sleep Mode )
• 預(yù)睡眠模式 ( Prepare Bus Sleep Mode )
• 網(wǎng)絡(luò)模式 ( Network Mode )
• 網(wǎng)絡(luò)模式(Network Mode) 又可分成三種內(nèi)部狀態(tài)：
• 重復(fù)報(bào)文狀態(tài)(Repeat Message State)
• 正常運(yùn)行狀態(tài)(Normal Operation State)
• 準(zhǔn)備睡眠狀態(tài)(Ready Sleep State)

2.1 總線睡眠模式 ( Bus Sleep Mode )

• 總線睡眠模式(Bus Sleep Mode)的作用是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上沒(méi)有通信需求的時(shí)候，節(jié)點(diǎn)處于低功耗狀態(tài)，保留喚醒機(jī)制，可以被觸發(fā)喚醒
• ECU 上電后默認(rèn)進(jìn)入總線睡眠模式(Bus Sleep Mode)
• 處于該模式的節(jié)點(diǎn)不發(fā)送也不接收應(yīng)用報(bào)文且不應(yīng)答給出 ACK 應(yīng)答

2.2 預(yù)睡眠模式 ( Prepare Bus Sleep Mode )

• 預(yù)睡眠模式(Prepare Bus Sleep Mode)的作用是確保所有節(jié)點(diǎn)在進(jìn)入總線睡眠模式之前都有足夠的時(shí)間停止其網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)；在預(yù)睡眠模式下，所有節(jié)點(diǎn)應(yīng)停止發(fā)送 NM 報(bào)文和應(yīng)用報(bào)文，若發(fā)送緩存區(qū)存有報(bào)文，會(huì)被發(fā)送出去以清空發(fā)送緩存區(qū)
• 當(dāng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入預(yù)睡眠模式(Prepare Bus Sleep Mode)后，將立即開(kāi)啟 T_WAIT_BUS_SLEEP定時(shí)器；在該定時(shí)器溢出后，該節(jié)點(diǎn)將離開(kāi)預(yù)睡眠模式(Prepare Bus Sleep Mode)，進(jìn)入總線睡眠模式(Bus Sleep Mode)
• 當(dāng)處于預(yù)睡眠模式(Prepare Bus Sleep Mode)的節(jié)點(diǎn)接收到 NM 報(bào)文或?qū)ψ陨碚?qǐng)求網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)，睡眠被中斷，節(jié)點(diǎn)將向網(wǎng)絡(luò)模式 (Network Mode)轉(zhuǎn)換，進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)模式(Network Mode)中的重復(fù)報(bào)文狀態(tài)（Repeat Message State）

2.3 網(wǎng)絡(luò)模式 ( Network Mode )

• 網(wǎng)絡(luò)模式的作用是確保當(dāng)節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求網(wǎng)絡(luò)時(shí)網(wǎng)絡(luò)處于激活狀態(tài)
• 當(dāng)節(jié)點(diǎn)從其他模式進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)模式時(shí)，默認(rèn)進(jìn)入其重復(fù)報(bào)文狀態(tài)
• 當(dāng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)模式時(shí)，需啟動(dòng) T_NM_TIMEOUT 定時(shí)器；節(jié)點(diǎn)每次成功接收或成功發(fā)送NM 報(bào)文時(shí)，需重啟 T_NM_TIMEOUT 定時(shí)器
• 節(jié)點(diǎn)在總線睡眠模式下，當(dāng)滿足下列兩個(gè)條件之一時(shí)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)模式(Network Mode)，并開(kāi)始發(fā)送第一幀 NM 報(bào)文；這一過(guò)程需在規(guī)定的喚醒時(shí)間 t 內(nèi)完成，要求 t ≤ T_WakeUp，如圖所示：
• 主動(dòng)喚醒：主動(dòng)請(qǐng)求喚醒網(wǎng)絡(luò)（本地喚醒條件滿足）
• 被動(dòng)喚醒：接收到其他節(jié)點(diǎn)的 NM 報(bào)文

• 當(dāng)節(jié)點(diǎn)從預(yù)睡眠模式、常規(guī)運(yùn)行狀態(tài)、 準(zhǔn) 備 睡 眠 狀 態(tài)進(jìn) 入 重 復(fù) 報(bào) 文 狀 態(tài)后，需在 T_START_NM_TX 時(shí)間內(nèi)發(fā)送出第一幀 NM 報(bào)文，當(dāng)節(jié)點(diǎn)成功發(fā)送第一幀 NM 報(bào)文后，需在 T_START_App_TX 時(shí)間內(nèi)將第一幀 CAN 應(yīng)用報(bào)文發(fā)送出來(lái)，如圖所示 ：

2.3.1 重復(fù)報(bào)文狀態(tài)(Repeat Message State)

• 重復(fù)報(bào)文狀態(tài)(Repeat Message State)的作用是確保節(jié)點(diǎn)從總線睡眠或預(yù)睡眠模式進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)模式時(shí)對(duì)保證自身可以被其他節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)；此外，也使得網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)在一定時(shí)間（T_REPEAT_MESSAGE）內(nèi)保持激活狀態(tài)；該狀態(tài)可用于檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)上存在的節(jié)點(diǎn)
• 在該狀態(tài)下，節(jié)點(diǎn)要周期性地向外發(fā)送 NM 報(bào)文
• 根據(jù)進(jìn)入該狀態(tài)的條件不同，發(fā)送 NM 報(bào)文的周期也不同，分為快速模式和常速模式：

1.  快速模式

• 當(dāng)節(jié)點(diǎn)主動(dòng)進(jìn)入重復(fù)報(bào)文狀態(tài)時(shí)，節(jié)點(diǎn)應(yīng)立即發(fā)出規(guī)定數(shù)量N_ImmediateNM_TIMES 的 NM 報(bào)文，發(fā)送周期為T_NM_ImmediateCycleTime，當(dāng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送完所有的快速周期報(bào)文后，需使用 T_NM_MessageCycle 周期來(lái)發(fā)送
• 節(jié)點(diǎn)在重復(fù)報(bào)文狀態(tài)(Repeat Message State)中持續(xù)的時(shí)間為T_REPEAT_MESSAGE
• 主動(dòng)進(jìn)入重復(fù)報(bào)文狀態(tài)是指：網(wǎng)絡(luò)通信需求（本地喚醒條件滿足）或自身請(qǐng)求進(jìn)入重復(fù)報(bào)文狀態(tài)（Repeat Message Request()函數(shù)被調(diào)用）2.  常速模式
• 當(dāng)節(jié)點(diǎn)被動(dòng)進(jìn)入重復(fù)報(bào)文狀態(tài)時(shí)，應(yīng)按照 T_NM_MessageCycle 周期發(fā)送NM 報(bào)文，節(jié)點(diǎn)在重復(fù)報(bào)文狀態(tài)(Repeat Message State)中持續(xù)的時(shí)間為 T_REPEAT_MESSAGE
• 被動(dòng)進(jìn)入重復(fù)報(bào)文狀態(tài)是指：處于總線睡眠模式(Bus Sleep Mode)或預(yù)睡眠模式(Prepare Bus Sleep Mode)，由于成功地接收到 NM 報(bào)文而進(jìn)入重復(fù)報(bào)文狀態(tài)(Repeat Message State)，或節(jié)點(diǎn)處于正常運(yùn)行狀態(tài) (Normal Operation State)或準(zhǔn)備睡眠狀態(tài)(Ready Sleep State)，由于成功接收到重復(fù)報(bào)文狀態(tài)請(qǐng)求標(biāo)志位置位的 NM 報(bào)文(Repeat Message Bit Received)而進(jìn)入重復(fù)報(bào)文狀態(tài)(Repeat Message State)
• 當(dāng)節(jié)點(diǎn)處于重復(fù)報(bào)文狀態(tài)(Repeat Message State)，T_NM_TIMEOUT 定時(shí)器超時(shí)溢出時(shí)，需要重啟 T_NM_TIMEOUT 定時(shí)器
• 節(jié)點(diǎn)在進(jìn)入重復(fù)報(bào)文狀態(tài)(Repeat Message State)后，需要保持一段時(shí)間，這段時(shí)間由參數(shù) T_REPEAT_MESSAGE 決定；T_REPEAT_MESSAGE 超時(shí)后，節(jié)點(diǎn)需離開(kāi)重復(fù)報(bào)文狀態(tài)(Repeat Message State)
• 節(jié)點(diǎn)離開(kāi)重復(fù)報(bào)文狀態(tài)(Repeat Message State)后，若對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信有需求（本地喚醒），應(yīng)進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài) (Normal Operation State)；若對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信無(wú)需求，應(yīng)進(jìn)入準(zhǔn)備睡眠狀態(tài) (Ready Sleep State)

2.3.2  正常運(yùn)行狀態(tài)(Normal Operation State)

• 正常運(yùn)行狀態(tài)(Normal Operation State)的作用是為了確保節(jié)點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)有通信需求時(shí)，網(wǎng)絡(luò)一直保持喚醒狀態(tài)
• 在正常運(yùn)行狀態(tài)(Normal Operation State)下：
• 節(jié)點(diǎn)需按照 T_NM_MessageCycle 的周期發(fā)送 NM 報(bào)文
• 定時(shí)器 T_NM_TIMEOUT 溢出后，需要重啟定時(shí)器
• 當(dāng)節(jié)點(diǎn)自身主動(dòng)釋放網(wǎng)絡(luò)后，需進(jìn)入準(zhǔn)備睡眠狀態(tài)(Ready Sleep State)
• 當(dāng)節(jié)點(diǎn)接收到重復(fù)報(bào)文狀態(tài)請(qǐng)求標(biāo)志位置位的 NM 報(bào)文(Repeat Message Bit Received)或者自身請(qǐng)求進(jìn)入重復(fù)報(bào)文狀態(tài)（Repeat Message Request()函數(shù)被調(diào)用）時(shí)，需進(jìn)入重復(fù)報(bào)文狀態(tài)(Repeat Message State)

2.3.3  準(zhǔn)備睡眠狀態(tài)(Ready Sleep State)

• 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中仍有節(jié)點(diǎn)對(duì)通信有需求時(shí)，處于準(zhǔn)備睡眠狀態(tài)(Ready Sleep State)的節(jié)點(diǎn)將延遲其向預(yù)睡眠模式(Prepare Bus Sleep Mode)的轉(zhuǎn)換。
• 在準(zhǔn)備睡眠狀態(tài)下：
• 需停止發(fā)送 NM 報(bào)文
• 定時(shí)器 T_NM_TIMEOUT 溢出后（即其他節(jié)點(diǎn)沒(méi)有再發(fā)送 NM 報(bào)文），需進(jìn)入準(zhǔn)備總線睡眠模式(Prepare Bus Sleep Mode)
• 當(dāng)節(jié)點(diǎn)自身請(qǐng)求網(wǎng)絡(luò)通信，需進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)(Normal Operation State)
• 當(dāng)節(jié)點(diǎn)接收到重復(fù)報(bào)文狀態(tài)請(qǐng)求標(biāo)志位置位的 NM 報(bào)文(Repeat Message Bit Received)或者自身請(qǐng)求進(jìn)入重復(fù)報(bào)文狀態(tài)（Repeat Message Request()函數(shù)被調(diào)用）時(shí)，需進(jìn)入重復(fù)報(bào)文狀態(tài)(Repeat Message State)

2.4 相關(guān)參數(shù)匯總說(shuō)明

相關(guān)參數(shù)說(shuō)明如下（不同主機(jī)廠的性能要求不一樣，參數(shù)可能存在差異，僅供參考）：

3. Autosar NM 網(wǎng)絡(luò)管理運(yùn)行模式

• AUTOSAR 網(wǎng)絡(luò)管理模式轉(zhuǎn)換圖如圖所示：

• 各模式及狀態(tài)跳轉(zhuǎn)條件描述：

• 各模式及狀態(tài)跳轉(zhuǎn)行為描述：

• 不同的運(yùn)行模式對(duì)應(yīng)收發(fā) CAN 報(bào)文的類型：

4.  Autosar NM 協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）

4.1 報(bào)文數(shù)據(jù)格式

網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文的數(shù)據(jù)格式如圖 ：

4.2 源節(jié)點(diǎn)地址（SourceNodeIdentifier）

每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都會(huì)被分配一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)符（Node_ID），存放于 NM 報(bào)文的 Byte0（Source Node Identifier）中，Node_ID常用ECU地址來(lái)表示，比如某個(gè)ECU NM報(bào)文ID是0x456，則直接用0x56填充Byte0

4.3 控制位向量 (ControlBitVector)

下表描述了控制位向量(ControlBitVector)的格式：

• 重 復(fù) 報(bào) 文 請(qǐng) 求 標(biāo) 志 位 (Repeat Message Request Bit) 的 默 認(rèn) 值 為 0 ；當(dāng) 節(jié) 點(diǎn) 由 于 RepeatMessageRequest()函數(shù)被調(diào)用，從正常運(yùn)行狀態(tài)(Normal Operation State)或準(zhǔn)備睡眠狀態(tài) (Ready Sleep State)進(jìn)入重復(fù)報(bào)文狀態(tài)(Repeat Message State)時(shí)，需將其發(fā)送的網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文中的重復(fù)報(bào)文請(qǐng)求標(biāo)志位(Repeat Message Request Bit)置 1，直到其離開(kāi)重復(fù)報(bào)文狀態(tài)
• 當(dāng)節(jié)點(diǎn)由于自身請(qǐng)求喚醒網(wǎng)絡(luò)（本地喚醒條件滿足），從總線睡眠模式(Bus Sleep Mode)或準(zhǔn)備總線睡眠模式(Prepare Bus Sleep Mode)進(jìn)入重復(fù)報(bào)文狀態(tài)(Repeat Message State)時(shí)，需將主動(dòng)喚醒網(wǎng)絡(luò)標(biāo)志位(Active Wakeup Bit)置 1，直到其進(jìn)入準(zhǔn)備睡眠狀態(tài)(Ready Sleep State)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)由于接收到 NM 報(bào)文而進(jìn)入重復(fù)報(bào)文狀態(tài)(Repeat Message State)，需將其發(fā)送的網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文中的主動(dòng)喚醒網(wǎng)絡(luò)標(biāo)志位(Active Wakeup Bit)置 0

4.4 用戶數(shù)據(jù)(Userdata)

• 在 NM報(bào)文 中，有六個(gè) 字節(jié) （Byte2  ~ Byte7）稱為用戶數(shù)據(jù) (Userdata) ，用以存儲(chǔ)特殊的應(yīng)用數(shù)據(jù)，比如：系統(tǒng)配置信息、總線故障信息、總線喚醒原因等，用于分析控制器節(jié)點(diǎn)行為，便于分析問(wèn)題