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  • autosar网络管理
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    2022-04-15 11:13:19

    1、 Autosar 网络管理目的

    为了使网络中的ECU节点有序地睡眠和唤醒,节省整车电池电量。

    2、 Autosar 网络管理逻辑

    当ECU有唤醒网络的需求时,才会发送网络管理报文(NM报文)。例如,BCM检测刹车开关,当刹车开关踩着,BCM需要唤醒唤醒网络,会发送网络管理报文。BCM休眠取决于网络上是否存在网络管理报文,所有ECU节点都不发网络管理报文,才能进入休眠。

    3、 Autosar 网络管理模式解析

    每个ECU节点定义三种运行模式:

    1. 网络模式 Network Mode
      NM报文可收可发,APP报文可收可发
    2. 总线预睡眠模式 Prepare Bus Sleep Mode
      NM报文只收不发,APP报文不收不发,若发送缓冲区有APP报文则继续
    3. 总线睡眠模式 Bus Sleep Mode
      NM报文只收不发,APP报文不收不发
      其中,1) 网络模式下有三个子状态:
      a) 重复消息状态 Repeat Message State
      b) 正常运行状态 Normal Operate State
      c) 准备睡眠状态 Ready Sleep State
      可参考状态机图进行理解。
      在这里插入图片描述只有在a、b两个状态下BCM才会发NM报文,a状态是确保该模式切换能够被其他节点识别,所以a状态达到基本时间condition4后就会跳出。若有通信需求(保持源 condition1)则进入b状态; 若没有,则进入c状态。
      当进入c状态准备睡眠状态确保该网络中的任何节点过渡到准备总线睡眠模式,期间停发NM报文,APP报文继续发。一定时间内没有保持源,则c状态进入2状态,准备停发APP报文。

    4、 主被动唤醒

    主动唤醒,ECU自己对网络的唤醒请求(唤醒源),如检测刹车开关,主动唤醒要求先发一帧NM报文,再发APP报文。
    被动唤醒,总线上其他节点有唤醒网络的请求,NM报文和APP报文无先后顺序。
    在Repeat Message State下如果主动唤醒会有快发和慢发机制配置,20ms发10帧NM报文,然后恢复整车500ms发送NM报文。

    5、 NM报文解析

    NM PDU占8个byte,
    Byte0: Source Node ID
    Byte1: Control Bit Vector
    Bit0 表示是否请求重复消息状态 ,即有没有唤醒请求
    Bit4 判断主被动唤醒,1主动,0被动
    Byte2: Can NM State 网络管理状态
    Bit0 判断是否从休眠1进入的重复消息状态a
    Bit1 判断是否从准备总线休眠2进入的重复消息状态a
    Bit2 判断是否由重复消息状态a进入正常b
    Bit3 判断是否由准备休眠状态c进入正常b
    Bit4 判断是否由准备休眠状态c进入重复消息状态a
    Bit5 判断是否由正常b进入重复c
    Bit6 判断是不是在正常状态b
    Bit7 判断是不是在重复消息状态a
    Byte 3-Byte 7 UserData Reserve 用于客户自定义的分段网络管理,
    不同的节点醒和睡不同步;醒着的时候收到唤醒源,这个唤醒源用来唤醒其他网段。
    Byte3: 定义网络唤醒源NWI
    Byte4/5: 定义分网段网络管理NOI,即根据每个置位的bit代表哪个网段将该网段单独唤醒,并通过网关把信号发出。
    Byte6/7:定义网络保持源NKI

    6、 LIN的网络唤醒

    LIN网络为单主节点网络,对于主节点来说唤醒条件由主节点来定义,以BCM为例,BCM和雨量环境光传感器组成网络,BCM为主节点,一般OFF后1s左右就发送3C使网络睡眠,切换到非OFF档又会重新唤醒并调度网络,有这样的需求,睡眠之后允许从节点唤醒网络,需要将LIN端口配置成外部中断模式,雨量在OFF档检测到下雨后会主动将总线拉低,达到唤醒时间后就会将主节点唤醒,主节点处理完后就会重新发送3C约定睡眠。

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    1、NM(网络管理)是用来做什么的; 不管是传统的燃油车还是新能源车,车上都有各种各样的ECU,而所有这些ECU都是需要用电的,而车上的供电单元一般是蓄电池,因此蓄电池的电量是有限的,对于新能源车来说太耗电无疑...

    1、NM(网络管理)是用来做什么的;
    不管是传统的燃油车还是新能源车,车上都有各种各样的ECU,而所有这些ECU都是需要用电的,而车上的供电单元一般是蓄电池,因此蓄电池的电量是有限的,对于新能源车来说太耗电无疑会给电池的续航里程带来巨大影响,因此为了尽可能的省电,所以就提出了网络管理,也就是说网络管理一个最重要的作用就是为了省电。

    那么网络管理是如何来实现省电的呢?我们知道车上的所有ECU之间会通过CAN通信、Flexray或以太网等进行相互通信连接在一起,那么网络管理就是通过在各个ECU的网络上,发送一些命令制定一套规则,来实现各个ECU的协同睡眠和唤醒。

    什么是ECU的睡眠和唤醒?为了支持睡眠和唤醒,ECU的芯片必须支持低功耗模式和正常工作模式的切换。低功耗模式(ECU睡眠)指一个ECU断电或者处于极少数的外围器件工作的模式;唤醒指的是ECU处于全工作模式。

    总结下:其实网络管理就是用来节约能源,有效的实现车上的ECU的协同睡眠和唤醒。

    在这里插入图片描述

    AUTOSAR中网络管理主要使用了CAN接口(CanIf),并提供通用网络管理接口(NmIf)。CAN网络管理在CAN架构中所处的位置。

    1. AutoSar中网络管理的原理;
      我用比较多的CAN网络管理为例来进行说明,我会主要围绕其中最重要的一个状态机来进行介绍。

    网络管理最终要实现的是车上的ECU能够协同睡眠以及唤醒,也就是说网络管理最重要的一点是要保证车上的ECU能够协同唤醒和休眠。那么假如车上的ECU都处于睡眠模式,网络上都没有报文,你咋实现唤醒呢,其实,一般不会让所有的ECU都处于睡眠模式,这个时候可能会有极少的ECU处于工作状态,比如车上的BCM。也就是说有一些ECU是通过KL15直接唤醒的,而有些是通过CAN报文唤醒。当然或许后面会升级到更加节能的模块,可以不需要钥匙信号,这些模块在睡眠状态时,耗能非常少,因此可以一直处于可唤醒状态。

    唤醒请求(Wake Up Request)

    唤醒请求可分为两种:

    ● 主动唤醒请求:来自模块内部对网络的请求。主动唤醒节点的网络管理报文必须先于应用报文发送。

    ● 被动唤醒请求:来自总线上其他模块对该模块的网络请求。被动唤醒的节点,发送网络管理报文和应用报文的先后顺序无特别要求。

    网络状态(Network States)

    节点的网络状态包括以下两种:

    ● 网络请求:模块需要主动与总线上其他节点进行信息交换时,它必须通过发送网络管理报文来请求网络,并将其网络状态设置为“网络请求”;

    ● 网络释放:模块不需要主动与总线上其他节点进行信息交换时,必须将其网络状态设置为“网络释放”;需要注意的是,在网络释放状态下模块仍可能因总线上的其他节点请求网络而与其进行信息交互。

    总线唤醒(Bus wake up)

    采用AUTOSAR CAN 网络管理方式的ECU必须选择符合 ISO 11898-5 标准的高速 CAN 收发器。若ECU处于低功耗模式,仅在总线上出现符合ISO 11898-5标准定义的唤醒序列,且该 ECU成功接收到该网段定义的唤醒报文时才能够被总线唤醒。这里这条唤醒报文必须是该网段中 ECU 的网络管理报文。

    为了满足这种协同唤醒和睡眠,我们下面来看看Autosar中的NM是如何实现协同的。

    在这里插入图片描述

    如图所示,状态机中有三个主状态,分别是BusSleep睡眠模式、PreSleep预睡眠模式、Network网络模式三个状态;其中Network状态又分为三个子状态,分别是RepeatMsg重复报文状态、NormalOperate常规操作状态、ReadySleep准备睡眠状态。下面我来讲一下每个状态它的作用。

    BusSleep睡眠模式:这个状态就是我们所说的休眠状态,这个状态下是不发送网络管理报文也不收发应用报文,一般该状态时一个低功耗的状态,也就是我们上文提到的协同睡眠状态。当然我们上电初始化时,也会默认进入该状态。(当节点没有主动网络唤醒及被动唤醒请求时,ECU 通信控制器切换至睡眠模式,ECU功耗降低至适当水平。在睡眠模式下,节点的网络管理报文和应用报文禁止发送,并且不能对总线上的报文进行ACK应答。同时节点在该模式下,如果检测到有效的唤醒源,节点必须被唤醒)。
    PreSleep预睡眠模式:这个状态是进入休眠状态的前一准备状态,这个状态一般不发送网络管理报文帧了,也不发送应用报文了,只是等待其他ECU一起睡眠,为啥要这个状态呢,其实就是实现‘’协同‘’两个字,也就是让等一段时间让车上所有ECU实现一起睡眠,其实这个一起睡眠还是比较重要的,比如车上某个ECU的工作与其他ECU的工作是关联的,比如VCU(整车控制器)和INV(电机控制器),有可能VCU不发报文了,会导致INV报故障,因此这种情况是要避免的。(在预睡眠模式下,总线活动静止下来,最终达到总线上没有活动,ECU通信控制器状态处于工作模式。在该模式下,节点的网络管理报文和应用报文禁止发送,但应该对总线上的报文进行 ACK应答。节点的网络管理状态必须保持预睡眠模式一段时间,一旦超时,网络管理状态应该离开预睡眠模式,进入睡眠模式。)
    Network网络模式:这个状态是允许ECU进行正常通信的,一般这个状态下即可以收发网络管理报文帧也可以收发应用报文(包括诊断报文),意思就是唤醒状态。接下来我来解释一下这个状态下里面的三个子状态的含义:
    1、RepeatMsg重复报文状态:表示重复发网络管理报文的状态。重复报文状态包含两个子状态:网络管理报文快速发送状态和网络管理报文正常发送状态。

    NM PDU 快速发送状态:节点在进入NM PDU快速发送状态时,必须开启或重置NM-Timeout Timer,为了快速唤醒网络,必须以快速周期发送网络管理报文,同时不得发送正常周期网络管理报文;所有的应用报文必须在第一帧快速NM PDU报文发送开始后延迟一定时间才能发送。在NM PDU快速发送状态下,节点一旦接收或发送一条网络管理报文,或者NM-Timeout Timer超时,NM-Timeout Timer会立即重置。

    NM PDU 正常发送状态:进入NM PDU 正常发送状态后,节点必须以正常周期发送网络管理报文。若节点因被动唤醒请求进入NM PDU正常发送状态,必须开启NM-Timeout Timer,同时所有的应用报文必须从节点检测到唤醒请求后延迟Tx_Enable_Time 才能发送。在NM PDU正常发送状态下,节点一旦接收或发送一条网络管理报文,或者 NM Timeout Timer超时,NM Timeout Timer会立即重置。

    节点的网络管理状态保持重复报文状态一段时间(这段时间一般可以配置),一旦超时,网络管理状态会离开重复报文状态。在该状态下,节点的网络管理报文和应用报文能够正常发送。

    一般我们进入网络(Network)状态时,首先会进入这个状态,这个状态下会快速的发送一些网络管理报文帧出来,为啥要快速发送一些网络管理报文呢?其实就是想尽快的告诉车上的其他ECU,我上线了!我要正常通信了,大家请注意啊,大家也和我一块进行整车通信啊。就是以上这个意思。

    2、NormalOperate常规操作状态:在进入RepeatMsg一段一时间后,如果需要通信,就会跳到正常工作状态,正常工作状态会按照正常的周期发送网络管理报文以及所有应用报文正常进行通信,可以说这个状态就是真正的唤醒状态。(在常规操作状态下,节点一旦接收或发送一条网络管理报文,或者NM-Timeout Timer超时,NM-Timeout Timer应该立即重置。在该状态下,节点的网络管理报文和应用报文必须正常发送。)

    3、ReadySleep准备睡眠状态:如果唤醒后,需要休眠,那么我们可能需要做一些准备工作才能允许我们的ECU进入休眠,比如这个时候有一些数据要存储、比如电机控制器检测到电机还没停下来等等情况,因此这个状态就是用来做一些休眠前的准备工作,我们可以看到,任何从唤醒到休眠的过程,都需要经过这个状态,也就是说睡眠前有些准备工作是必须要完成的。那么这个状态下,其实还是能够进行通信的,只有进入PreSleep状态,才会把相应的应用报文收发关闭以及发送NM报文关闭。还有一点要声明的是,一般网络管理报文帧的接收不会关闭。(节点进入准备睡眠状态后,必须停止发送网络管理报文,所有的应用报文在NM Timeout Timer超时后必须停止发送。在准备睡眠状态下,节点一旦接收到一条网络管理报文,NM Timeout Timer会立刻重置。NM Timeout Timer超时,节点的网络管理状态应该进入预睡眠模式。)

    3.网络管理报文(NM PDU)
    AUTOSAR CAN 网络管理报文的数据场格式如下表所示:

    在这里插入图片描述

    源节点标识符(Source Node Identifier)

    NM PDU的字节 0 用于发送源节点标识符,每一个 ECU 都会被分配一个唯一的标识符,来告知接收节点该 NM PDU 是由哪个节点发送的。

    控制比特向量(Control Bit Vector)
    NM PDU 的字节 1 被分配用于发送控制比特向量。其中:
    bit 0 :重复报文状态请求位;
    bit 3 :网络管理睡眠协调位;
    bit 4 :激活唤醒位;
    bit 6 :部分网络信息位;
    其他bit位暂时预留。

    在这里插入图片描述

    用户数据域(User Data)

    网络管理报文的字节 2 到字节 7 用于发送用户自定义的数据信息,这些字节目前各项目为扩展预留,都被填充为‘0x00’。

    4、网络管理状态切换(Network Management State Transition)

    在这里插入图片描述

    Condition_01
    节点供电状态从电池off切换到电池on 后,节点必须进行网络管理模块CanNm初始化,初始化完成后节点必须进入睡眠模式,并且需要立即具备被主动唤醒请求或者被动唤醒请求唤醒的能力;

    Condition_02
    当节点处于睡眠模式时,如果收到有效的网络管理报文,那么节点将离开睡眠模式并进入重复报文状态中的NM PDU正常发送状态。进入NM PDU正常发送状态后,在计时器Repeat Message Timer超时以前,节点必须以正常周期发送网络管理报文。在节点收到网络管理报文时,它向总线发出的第一帧报文可以是网络管理报文也可以是应用报文。

    Condition_03
    如果节点在睡眠模式下检测到主动唤醒请求,那么节点必须发送网络管理报文来主动唤醒网络,在节点主动唤醒网络的过程中,必须首先进入NM PDU快速发送状态。当节点因主动唤醒请求需要唤醒网络时,必须快速发送连续NM PDU报文。

    Condition_04
    处于NM PDU快速发送状态的节点,在计数器为零时,节 点 将 进 入NM PDU正常发送状态,并开始等待一段时间后以正常周期发送网络管理报文。

    Condition_05
    处于重复报文状态下的主动请求网络节点,如果Repeat Message Timer 发生超时,但节点的主动网络请求仍持续存在,节点必须进入常规操作状态。节点继续保持以正常周期发送网络管理报文和应用报文PDU。

    Condition_06
    处于常规操作状态的节点,如果释放所有的网络请求,不再需要主动请求网络,那么它必须立即将网络管理状态切换到准备睡眠状态,同时该节点必须立即停止发送网络管理报文。

    Condition_07
    处于准备睡眠状态的节点,如果检测到主动网络请求,节点必须立刻进入常规操作状态,同时必须开始以正常周期发送网络管理报文和应用报文PDU。

    Condition_08
    处于重复报文状态的NM PDU正常发送状态的节点,如果没有检测到主动网络请求,一旦 Repeat Message Timer超时,节点将进入准备睡眠状态。

    Condition_09
    处于准备睡眠状态的节点如果没有检测到主动网络请求,一旦NM Timeout Timer超时,节点将进入预睡眠模式。

    Condition_10
    处于预睡眠模式的节点,如果收到被动唤醒请求,节点将进入重复报文状态的NM PDU正常发送状态。

    Condition_11
    处于预睡眠模式的节点,如果检测到主动唤醒请求,节点将进入重复报文状态的NM PDU快速发送状态。

    Condition_12
    处于预睡眠模式的节点如果不再收到主动或被动唤醒请求,一旦Wait Bus-Sleep Timer超时,节点将进入睡眠模式。

    Condition_13
    在任何状态下发生电池掉电,节点都将进入关闭模式,不再拥有任何通信和网络管理的功能。AUTOSAR网络管理的算法与处理器无关,即它不依赖于任何处理器特定的硬件支持,因此可以在AUTOSAR范围内的任何处理器架构上实现。

    5.状态转换的时序图
    当唤醒请求(主动唤醒请求、被动唤醒请求)将节点的网络管理状态激活时,该节点的所有应用报文必须延迟一定时间后才能够开始发送。网络中的被唤醒节点网络管理报文的发送不受 延迟时间的限制,可以在它结束前发送,但首帧网络管理报文必须在节点进入重复报文状态后再延迟一定时间发送,以避免被唤醒节点同时发网络管理报文而形成网络拥堵。

    NM信号发送的时序图
    在这里插入图片描述

    NM信号接收的时序图

    在这里插入图片描述

    NM协调过程
    在这里插入图片描述

    在睡眠的过程中,一旦NM Timeout Timer超时,节点所有的应用报文必须立刻停止发送。上图描述的案例是针对单一主动唤醒请求触发的唤醒与睡眠过程,当多个唤醒请求交错发生时,各唤醒请求必须遵守各自的定时参数,不会互相影响。

    6.举例介绍
    客户的需求是一个标准的AutoSar架构的网络管理。

    在休眠状态,我们的ECU只有CAN收发器处于工作状态,也就是说能检测NM报文,当然这个是通过芯片来实现的。

    我们的ECU连接上了KL15信号,那么我们的ECU支持KL15唤醒以及NM报文唤醒,也就是有效唤醒源是这两种。

    下面我以NM报文唤醒为例,大概说一下唤醒的过程。

    在睡眠状态,车上网络状态是没有报文的,一旦车上BCM检测到要使用网络时,就是第一时间发出网络管理报文出来,这个时候我们的ECU也会收到该网络管理报文,因此会唤醒我们的ECU,首先我们的ECU的收发器收到NM报文后,告诉芯片要唤醒了,这个时候就会给控制器供电,然后程序就会初始化,进入BusSleep状态,接着会进入RepeatMsg模式,这个时候会迅速发出第一帧NM报文,会快速发出5帧NM报文(如周期10ms),让其他节点知道我们的ECU醒来了,然后会切换到正常周期的NM报文(如50ms),当然这个时候,系统也在初始化,应用报文也会到一定周期能够正常收发。处于RepeatMsg状态一定时间后,会切换到NormalOpr模式,这个时候就会正常通信了。这个模式下NM报文是以一定周期发送的如500ms,告诉所有节点我在正常通信。其实NM报文里面是有一些信息的,比如唤醒原因,用户数据等等,这些都可以去定义。

    下面讲一下NM休眠的过程:

    处于NormalOpr状态下,如果ECU不需要网络了,比如KL15断开,ECU这个时候就会选择释放网络,释放网络就是从Normal状态切换到ReadySleep状态,这个时候会进行一些故障存储、下电前的装备工作,完成后,等待一定时间就会进入到PreSleep状态,这个状态将会把应用报文和TX网络管理报文也关闭,等待一定时间就会进入BusSleep状态,进入BusSleep后,会让控制器进入休眠。
    在这里插入图片描述

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  • AutoSar网络管理

    千次阅读 2020-03-29 22:16:27
    最近学习CAN总线AutoSar网络管理,最近做一些总结。派森君 1. AutoSar和OSEK的关系 AutoSar和OSEK都是汽车电子软件的标准。OSEK/VDX是基于ECU开发的操作系统,AutoSar是基于整体汽车电子开发的功能标准。AutoSar中...

    CAN总线学习-2

    最近学习CAN总线AutoSar网络管理,最近做一些总结。本文基于派森君的内容。

    1. AutoSar和OSEK的关系

    AutoSar和OSEK都是汽车电子软件的标准。OSEK/VDX是基于ECU开发的操作系统,AutoSar是基于整体汽车电子开发的功能标准。AutoSar中规定的操作系统标准就是基于OSEK,通信和网络管理虽然和OSEK有区别,但是有继承性。
    在这里插入图片描述

     OSEK 是德国的汽车电子类开放系统和对应接口标准(open systems and the corresponding interfaces for automotive electronics)
     VDX  是汽车分布式执行标准(vehicle distributed executive)
    

    2. AUTOSAR和OSEK网络管理比较

    2.1 共同点

    • 都属于直接网络管理。
    • 网络管理的目的都是协调各节点同步进入休眠及唤醒(主要是休眠)。
    • 都依靠特定的网络管理CAN报文,每个节点的网络管理ID都不一样。
    • 唤醒方法相同,第一个唤醒的节点发送网络管理帧即同时唤醒其它节点。

    2.2 不同点
    2.2.1 唤醒帧类型不一样
    网络唤醒后,OSEK要求节点发出的第一帧必须是Alive类型,不能是Ring, Limphome等。AutoSar只要求是网络管理帧就行,条件宽松。
    2.2.2 休眠的同步算法不一样
    OSEK网络管理使用令牌环机制,令牌从网络地址低的节点传到网络地址高的节点,如果没有更高的节点,就传给最低地址节点。令牌环根据ECU的网络地址建立。每个ECU都会接受网络管理消息,只有和目的地址相同的一个节点才会得到令牌。

    3. OSEK网络管理建立过程

    3.1 唤醒后建立逻辑环过程

    • 控制器唤醒后想参与网络的节点会先发Alive报文申请加入逻辑环。
    • 逻辑环建成后,各节点按顺序发Ring报文向后续节点传递“令牌”。

    3.2 同步休眠过程

    • 如果逻辑环中有节点想休眠,就设置Ring报文中的Sleep.Ind指示位。
    • 当逻辑环中所有的节点都设置了Sleep.Ind指示位,也意味着任何节点接收到所有其它节点的Sleep.Ind指示位。
    • 逻辑环中所有的节点设置Sleep.Ack指示位
    • 任何节点接收到所有其它的节点的Sleep.Ack指示位
    • 所有节点同步进入等待睡眠状态
    • tWaitBusSleep时间内没有收到唤醒时间,所有节点同步进入睡眠状态
      在这里插入图片描述

    4. AutoSar网络管理策略

    AutoSar基于分布式策略,每个节点根据通信系统中发送或者接收到的NM消息来执行自给自足的网络活动。NM消息通过广播发送,所有网络中的所有节点都可以接收到。接收到NM消息表示发送这个NM消息的节点倾向保持网络工作模式(NETWORK MODE)。如果有节点准备好进入总线睡眠模式 (BUS SLEEP MODE),它就停止发送NM消息,但是只要它还能够接收到从其他节点发来的NM消息,它就延迟到总线睡眠模式的变迁。最终,在一定的时限内,由于不再接收到NM消息,每个节点都启动到总线睡眠模式的变迁。如果网络中的任何节点需要总线通信,它可以通过发送NM消息使网络从来总线睡眠模式中唤醒。概括如下:

    • 每个网络节点如果想保持总线通信,就会一直发送周期性的NM消息;如果它不再需要保持总线通信,它就不再发送NM消息。
    • 如果总线通信已经被释放,并且在配置的一段时间内没有发送或者接收到NM消息,则执行到Bus-Sleep模式的转移。
      在这里插入图片描述
    • PDU结构不一样
      OSEK网络帧PDU包括自己地址,目标地址(下一个令牌环目标),命令状态,用户选择数据。而AutoSar网络帧PDU只包括自己地址,少量控制信息,用户选择数据。内容简单的多。

    综上所述:

    1. OSEK同步休眠时刻是所有节点都发送Ring请求休眠帧,且收到其它节点的Ring确认休眠帧。而AutoSar的同步休眠时刻是所有节点都停发NM帧,且不能收到其它节点的NM帧。比较而言,AutoSar要简单一些。
    2. OSEK令牌环中有一个节点异常,其它节点就要重新建立环才能维持正常网络状态,策略比较复杂。而AutoSar网络管理中,一个节点异常时不影响其它节点的网络状态。比较而言,AutoSar要简单一些。

    5. AutoSar网络管理策略

    5.1 网络管理报文
    首先要明确一点,NM报文就是CAN报文。NM报文符合CAN报文的格式,由帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC场、应答场、帧结尾组成。
    一般厂家在设计的时候会规定好NM报文的ID范围。
    举个例子:规定标识符在0x500到0x5FF范围为NM报文。当在CANoe中抓取到此ID范围内的报文,那就是NM报文。
    NM报文的重点在于数据场8字节里的内容:
    在这里插入图片描述
    Byte0:
    这里填的是ECU的地址,或者叫ECU的ID;
    此报文的ID=一个基础值+ECU的ID,例如厂家规定基础值为0x500,那么此报文的ID=0x500+0x8=0x508;
    这里要注意区分报文的ID和ECU ID的概念,很容易混淆;
    Byte1:
    在这里插入图片描述
    这里关注下bit0和bit4:
    bit0:当此位置1时强制进入RMS(下面会讲到);
    bit4:告诉其他节点自身是怎么被唤醒的。
    置0:被动唤醒、远程唤醒,比如被其他节点发送的NM报文唤醒;
    置1:主动唤醒、本地唤醒,比如给ECU上电;
    byte2-byte7里的user data数据由用户自行定义。
    5.2 CAN NM状态介绍
    AUTOSAR网络管理有三种状态:

    1. 睡眠模式(Bus-Sleep Mode)
      当节点没有本地网络唤醒以及远程唤醒请求时,ECU通讯控制器切换至睡眠模式,ECU功耗降低至适当水平;此模式下,NM报文只收不发,APP报文不收不发,当出现有效唤醒源时必须要被唤醒;
    2. 预睡眠模式(Prepare Bus-Sleep Mode)
      这个状态是为了等待总线上的所有节点能够在进入Bus-Sleep Mode之前有时间停止节点的active状态(如清空队列中为发送的报文);此模式下,NM报文只收不发,APP报文不收不发,如果缓冲区有APP报文那可以继续发完;
    3. 网络模式(Network Mode):
    • 重复报文状态(Repeat Message State):NM报文可收可发,APP报文可收可发;
    • 正常工作状态(Normal Operation State):NM报文可收可发,APP报文可收可发;
    • 准备睡眠状态(Ready Sleep State):NM报文只收不发,APP报文可收可发;在这里插入图片描述
      在这里插入图片描述
      5.3 状态机
      在这里插入图片描述
    • BSM-睡眠模式
    • NM-网络模式
    • PBM-预睡眠模式
    • RMS-重复报文模式
    • NOS-正常操作状态
    • RSS-准备睡眠模式

    NM_1
    给ECU上电,ECU自己会初始化进入睡眠模式。如果没有唤醒源来唤醒此节点,那就会一直待在睡眠模式。
    NM_2+NM_3
    当出现本地唤醒(03)或者远程唤醒(02)时,进入RMS状态。本地唤醒就是自己想要主动和其他节点通信;远程唤醒是其他节点想要和我通信
    NM_4
    我们现在已经到网络模式的重复报文子状态了。话说为什么叫重复报文子状态呢,因为在这个状态里的时候,ECU需要一直发送周期报文,来告诉别人:我在线。
    如果是走03(本地唤醒)进来的,那么需要先在NM Immediate Transmit State中以很快的周期发送N帧报文(例:以20ms的周期连续发送5帧报文),发完这N帧报文再进入到NM Normal Transmit State中以正常的周期发送报文(例:500ms为周期发送报文。这个在上面的表格里有定义)。如果是直接走02进来的,那么直接以正常周期发送NM报文就可以了。一直发到T_repeat_message定时器超时。

    这一步的目的是如果是本地唤醒的话,可能此ECU下面还有很多从属节点,当此ECU唤醒之后,需要同时唤醒其他兄弟节点一起通信,所以最开始的N帧报文周期很短,目的是为了快速、低延迟地唤醒其他节点。
    NM_6+NM_12
    我们先计算一下从BSM到这一步用了多少时间。参考上面定时器定义,在02或03中,最大唤醒时间为T_wake_up=200ms;在04中T_repeat_message=1600ms。总计1800ms,此时ECU可能已经不需要通信了(ECU持续处于唤醒状态的条件是有持续的唤醒源,例如一直有NM报文远程唤醒(间接唤醒)、或一直有本地唤醒源例如上电(直接唤醒))。如果还需要继续通信,走06,进入NOS,继续周期发送NM报文,可以收发APP报文,当不再需要通信了,就停止发送NM报文,等待T_NM_timeout超时之后走09;如果直接不需要通信了,直接走12。
    NM_10
    收到本地唤醒,进入NOS。
    NM_11
    收到NM报文的byte1字节的重复请求位如果置1,强制进入RMS。
    NM_08+NM_14+NM_05
    T_NM_timerout定时器超时,不改变当前状态。定时器需要重置。
    NM_13
    在RSS状态,NM报文不可以发送。等待T_NM_TIMEOUT定时器超时后进入PBM。
    NM_15+NM_16
    PBM状态只可以接收NM报文,其他报文不发不收。收到远程唤醒,走15;收到本地唤醒,走16。
    NM_17
    如果PBM状态收不到任何唤醒源,在T_WAIT_BUS_SLEEP定时器超时后进入BSM。

    Tips:
    DUT在RSS状态的时候,如果收到本地唤醒(如KL15),会走NM11进入RMS状态;那如果收到远程唤醒报文呢?

    根据主机厂的设计不同,可能会有下面两种动作:
    1.在RSS收到远程唤醒报文,不会发生状态跳转,但是会重置T_NM_TIMEOUT定时器,即:在RSS状态收到持续的远程报文唤醒,会一直保持在RSS状态,此时DUT不能发出NM报文,但是可以收发APP报文;
    2.在RSS状态收到远程唤醒报文,会重新进入NOS。

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  • 详解Autosar网络管理

    千次阅读 多人点赞 2021-03-24 09:52:55
    1、NM(网络管理)是用来做什么的; 不管是传统的燃油车还是新能源车,车上都有各种各样的ECU,而所有这些ECU都是需要用电的,而车上的供电单元一般是蓄电池,因此蓄电池的电量是有限的,对于新能源车来说太耗电无疑...

    1、NM(网络管理)是用来做什么的;
    不管是传统的燃油车还是新能源车,车上都有各种各样的ECU,而所有这些ECU都是需要用电的,而车上的供电单元一般是蓄电池,因此蓄电池的电量是有限的,对于新能源车来说太耗电无疑会给电池的续航里程带来巨大影响,因此为了尽可能的省电,所以就提出了网络管理,也就是说网络管理一个最重要的作用就是为了省电。

    那么网络管理是如何来实现省电的呢?我们知道车上的所有ECU之间会通过CAN通信、Flexray或以太网等进行相互通信连接在一起,那么网络管理就是通过在各个ECU的网络上,发送一些命令制定一套规则,来实现各个ECU的协同睡眠和唤醒。

    什么是ECU的睡眠和唤醒?为了支持睡眠和唤醒,ECU的芯片必须支持低功耗模式和正常工作模式的切换。低功耗模式(ECU睡眠)指一个ECU断电或者处于极少数的外围器件工作的模式;唤醒指的是ECU处于全工作模式。

    总结下:其实网络管理就是用来节约能源,有效的实现车上的ECU的协同睡眠和唤醒。

    在这里插入图片描述

    AUTOSAR中网络管理主要使用了CAN接口(CanIf),并提供通用网络管理接口(NmIf)。CAN网络管理在CAN架构中所处的位置。

    1. AutoSar中网络管理的原理;
      我用比较多的CAN网络管理为例来进行说明,我会主要围绕其中最重要的一个状态机来进行介绍。

    网络管理最终要实现的是车上的ECU能够协同睡眠以及唤醒,也就是说网络管理最重要的一点是要保证车上的ECU能够协同唤醒和休眠。那么假如车上的ECU都处于睡眠模式,网络上都没有报文,你咋实现唤醒呢,其实,一般不会让所有的ECU都处于睡眠模式,这个时候可能会有极少的ECU处于工作状态,比如车上的BCM。也就是说有一些ECU是通过KL15直接唤醒的,而有些是通过CAN报文唤醒。当然或许后面会升级到更加节能的模块,可以不需要钥匙信号,这些模块在睡眠状态时,耗能非常少,因此可以一直处于可唤醒状态。

    唤醒请求(Wake Up Request)

    唤醒请求可分为两种:

    ● 主动唤醒请求:来自模块内部对网络的请求。主动唤醒节点的网络管理报文必须先于应用报文发送。

    ● 被动唤醒请求:来自总线上其他模块对该模块的网络请求。被动唤醒的节点,发送网络管理报文和应用报文的先后顺序无特别要求。

    网络状态(Network States)

    节点的网络状态包括以下两种:

    ● 网络请求:模块需要主动与总线上其他节点进行信息交换时,它必须通过发送网络管理报文来请求网络,并将其网络状态设置为“网络请求”;

    ● 网络释放:模块不需要主动与总线上其他节点进行信息交换时,必须将其网络状态设置为“网络释放”;需要注意的是,在网络释放状态下模块仍可能因总线上的其他节点请求网络而与其进行信息交互。

    总线唤醒(Bus wake up)

    采用AUTOSAR CAN 网络管理方式的ECU必须选择符合 ISO 11898-5 标准的高速 CAN 收发器。若ECU处于低功耗模式,仅在总线上出现符合ISO 11898-5标准定义的唤醒序列,且该 ECU成功接收到该网段定义的唤醒报文时才能够被总线唤醒。这里这条唤醒报文必须是该网段中 ECU 的网络管理报文。

    为了满足这种协同唤醒和睡眠,我们下面来看看Autosar中的NM是如何实现协同的。

    在这里插入图片描述

    如图所示,状态机中有三个主状态,分别是BusSleep睡眠模式、PreSleep预睡眠模式、Network网络模式三个状态;其中Network状态又分为三个子状态,分别是RepeatMsg重复报文状态、NormalOperate常规操作状态、ReadySleep准备睡眠状态。下面我来讲一下每个状态它的作用。

    BusSleep睡眠模式:这个状态就是我们所说的休眠状态,这个状态下是不发送网络管理报文也不收发应用报文,一般该状态时一个低功耗的状态,也就是我们上文提到的协同睡眠状态。当然我们上电初始化时,也会默认进入该状态。(当节点没有主动网络唤醒及被动唤醒请求时,ECU 通信控制器切换至睡眠模式,ECU功耗降低至适当水平。在睡眠模式下,节点的网络管理报文和应用报文禁止发送,并且不能对总线上的报文进行ACK应答。同时节点在该模式下,如果检测到有效的唤醒源,节点必须被唤醒)。
    PreSleep预睡眠模式:这个状态是进入休眠状态的前一准备状态,这个状态一般不发送网络管理报文帧了,也不发送应用报文了,只是等待其他ECU一起睡眠,为啥要这个状态呢,其实就是实现‘’协同‘’两个字,也就是让等一段时间让车上所有ECU实现一起睡眠,其实这个一起睡眠还是比较重要的,比如车上某个ECU的工作与其他ECU的工作是关联的,比如VCU(整车控制器)和INV(电机控制器),有可能VCU不发报文了,会导致INV报故障,因此这种情况是要避免的。(在预睡眠模式下,总线活动静止下来,最终达到总线上没有活动,ECU通信控制器状态处于工作模式。在该模式下,节点的网络管理报文和应用报文禁止发送,但应该对总线上的报文进行 ACK应答。节点的网络管理状态必须保持预睡眠模式一段时间,一旦超时,网络管理状态应该离开预睡眠模式,进入睡眠模式。)
    Network网络模式:这个状态是允许ECU进行正常通信的,一般这个状态下即可以收发网络管理报文帧也可以收发应用报文(包括诊断报文),意思就是唤醒状态。接下来我来解释一下这个状态下里面的三个子状态的含义:
    1、RepeatMsg重复报文状态:表示重复发网络管理报文的状态。重复报文状态包含两个子状态:网络管理报文快速发送状态和网络管理报文正常发送状态。

    NM PDU 快速发送状态:节点在进入NM PDU快速发送状态时,必须开启或重置NM-Timeout Timer,为了快速唤醒网络,必须以快速周期发送网络管理报文,同时不得发送正常周期网络管理报文;所有的应用报文必须在第一帧快速NM PDU报文发送开始后延迟一定时间才能发送。在NM PDU快速发送状态下,节点一旦接收或发送一条网络管理报文,或者NM-Timeout Timer超时,NM-Timeout Timer会立即重置。

    NM PDU 正常发送状态:进入NM PDU 正常发送状态后,节点必须以正常周期发送网络管理报文。若节点因被动唤醒请求进入NM PDU正常发送状态,必须开启NM-Timeout Timer,同时所有的应用报文必须从节点检测到唤醒请求后延迟Tx_Enable_Time 才能发送。在NM PDU正常发送状态下,节点一旦接收或发送一条网络管理报文,或者 NM Timeout Timer超时,NM Timeout Timer会立即重置。

    节点的网络管理状态保持重复报文状态一段时间(这段时间一般可以配置),一旦超时,网络管理状态会离开重复报文状态。在该状态下,节点的网络管理报文和应用报文能够正常发送。

    一般我们进入网络(Network)状态时,首先会进入这个状态,这个状态下会快速的发送一些网络管理报文帧出来,为啥要快速发送一些网络管理报文呢?其实就是想尽快的告诉车上的其他ECU,我上线了!我要正常通信了,大家请注意啊,大家也和我一块进行整车通信啊。就是以上这个意思。

    2、NormalOperate常规操作状态:在进入RepeatMsg一段一时间后,如果需要通信,就会跳到正常工作状态,正常工作状态会按照正常的周期发送网络管理报文以及所有应用报文正常进行通信,可以说这个状态就是真正的唤醒状态。(在常规操作状态下,节点一旦接收或发送一条网络管理报文,或者NM-Timeout Timer超时,NM-Timeout Timer应该立即重置。在该状态下,节点的网络管理报文和应用报文必须正常发送。)

    3、ReadySleep准备睡眠状态:如果唤醒后,需要休眠,那么我们可能需要做一些准备工作才能允许我们的ECU进入休眠,比如这个时候有一些数据要存储、比如电机控制器检测到电机还没停下来等等情况,因此这个状态就是用来做一些休眠前的准备工作,我们可以看到,任何从唤醒到休眠的过程,都需要经过这个状态,也就是说睡眠前有些准备工作是必须要完成的。那么这个状态下,其实还是能够进行通信的,只有进入PreSleep状态,才会把相应的应用报文收发关闭以及发送NM报文关闭。还有一点要声明的是,一般网络管理报文帧的接收不会关闭。(节点进入准备睡眠状态后,必须停止发送网络管理报文,所有的应用报文在NM Timeout Timer超时后必须停止发送。在准备睡眠状态下,节点一旦接收到一条网络管理报文,NM Timeout Timer会立刻重置。NM Timeout Timer超时,节点的网络管理状态应该进入预睡眠模式。)

    3.网络管理报文(NM PDU)
    AUTOSAR CAN 网络管理报文的数据场格式如下表所示:

    在这里插入图片描述

    源节点标识符(Source Node Identifier)

    NM PDU的字节 0 用于发送源节点标识符,每一个 ECU 都会被分配一个唯一的标识符,来告知接收节点该 NM PDU 是由哪个节点发送的。

    控制比特向量(Control Bit Vector)
    NM PDU 的字节 1 被分配用于发送控制比特向量。其中:
    bit 0 :重复报文状态请求位;
    bit 3 :网络管理睡眠协调位;
    bit 4 :激活唤醒位;
    bit 6 :部分网络信息位;
    其他bit位暂时预留。

    在这里插入图片描述

    用户数据域(User Data)

    网络管理报文的字节 2 到字节 7 用于发送用户自定义的数据信息,这些字节目前各项目为扩展预留,都被填充为‘0x00’。

    4、网络管理状态切换(Network Management State Transition)

    在这里插入图片描述

    Condition_01
    节点供电状态从电池off切换到电池on 后,节点必须进行网络管理模块CanNm初始化,初始化完成后节点必须进入睡眠模式,并且需要立即具备被主动唤醒请求或者被动唤醒请求唤醒的能力;

    Condition_02
    当节点处于睡眠模式时,如果收到有效的网络管理报文,那么节点将离开睡眠模式并进入重复报文状态中的NM PDU正常发送状态。进入NM PDU正常发送状态后,在计时器Repeat Message Timer超时以前,节点必须以正常周期发送网络管理报文。在节点收到网络管理报文时,它向总线发出的第一帧报文可以是网络管理报文也可以是应用报文。

    Condition_03
    如果节点在睡眠模式下检测到主动唤醒请求,那么节点必须发送网络管理报文来主动唤醒网络,在节点主动唤醒网络的过程中,必须首先进入NM PDU快速发送状态。当节点因主动唤醒请求需要唤醒网络时,必须快速发送连续NM PDU报文。

    Condition_04
    处于NM PDU快速发送状态的节点,在计数器为零时,节 点 将 进 入NM PDU正常发送状态,并开始等待一段时间后以正常周期发送网络管理报文。

    Condition_05
    处于重复报文状态下的主动请求网络节点,如果Repeat Message Timer 发生超时,但节点的主动网络请求仍持续存在,节点必须进入常规操作状态。节点继续保持以正常周期发送网络管理报文和应用报文PDU。

    Condition_06
    处于常规操作状态的节点,如果释放所有的网络请求,不再需要主动请求网络,那么它必须立即将网络管理状态切换到准备睡眠状态,同时该节点必须立即停止发送网络管理报文。

    Condition_07
    处于准备睡眠状态的节点,如果检测到主动网络请求,节点必须立刻进入常规操作状态,同时必须开始以正常周期发送网络管理报文和应用报文PDU。

    Condition_08
    处于重复报文状态的NM PDU正常发送状态的节点,如果没有检测到主动网络请求,一旦 Repeat Message Timer超时,节点将进入准备睡眠状态。

    Condition_09
    处于准备睡眠状态的节点如果没有检测到主动网络请求,一旦NM Timeout Timer超时,节点将进入预睡眠模式。

    Condition_10
    处于预睡眠模式的节点,如果收到被动唤醒请求,节点将进入重复报文状态的NM PDU正常发送状态。

    Condition_11
    处于预睡眠模式的节点,如果检测到主动唤醒请求,节点将进入重复报文状态的NM PDU快速发送状态。

    Condition_12
    处于预睡眠模式的节点如果不再收到主动或被动唤醒请求,一旦Wait Bus-Sleep Timer超时,节点将进入睡眠模式。

    Condition_13
    在任何状态下发生电池掉电,节点都将进入关闭模式,不再拥有任何通信和网络管理的功能。AUTOSAR网络管理的算法与处理器无关,即它不依赖于任何处理器特定的硬件支持,因此可以在AUTOSAR范围内的任何处理器架构上实现。

    5.状态转换的时序图
    当唤醒请求(主动唤醒请求、被动唤醒请求)将节点的网络管理状态激活时,该节点的所有应用报文必须延迟一定时间后才能够开始发送。网络中的被唤醒节点网络管理报文的发送不受 延迟时间的限制,可以在它结束前发送,但首帧网络管理报文必须在节点进入重复报文状态后再延迟一定时间发送,以避免被唤醒节点同时发网络管理报文而形成网络拥堵。

    NM信号发送的时序图
    在这里插入图片描述

    NM信号接收的时序图

    在这里插入图片描述

    NM协调过程
    在这里插入图片描述

    在睡眠的过程中,一旦NM Timeout Timer超时,节点所有的应用报文必须立刻停止发送。上图描述的案例是针对单一主动唤醒请求触发的唤醒与睡眠过程,当多个唤醒请求交错发生时,各唤醒请求必须遵守各自的定时参数,不会互相影响。

    6.举例介绍
    客户的需求是一个标准的AutoSar架构的网络管理。

    在休眠状态,我们的ECU只有CAN收发器处于工作状态,也就是说能检测NM报文,当然这个是通过芯片来实现的。

    我们的ECU连接上了KL15信号,那么我们的ECU支持KL15唤醒以及NM报文唤醒,也就是有效唤醒源是这两种。

    下面我以NM报文唤醒为例,大概说一下唤醒的过程。

    在睡眠状态,车上网络状态是没有报文的,一旦车上BCM检测到要使用网络时,就是第一时间发出网络管理报文出来,这个时候我们的ECU也会收到该网络管理报文,因此会唤醒我们的ECU,首先我们的ECU的收发器收到NM报文后,告诉芯片要唤醒了,这个时候就会给控制器供电,然后程序就会初始化,进入BusSleep状态,接着会进入RepeatMsg模式,这个时候会迅速发出第一帧NM报文,会快速发出5帧NM报文(如周期10ms),让其他节点知道我们的ECU醒来了,然后会切换到正常周期的NM报文(如50ms),当然这个时候,系统也在初始化,应用报文也会到一定周期能够正常收发。处于RepeatMsg状态一定时间后,会切换到NormalOpr模式,这个时候就会正常通信了。这个模式下NM报文是以一定周期发送的如500ms,告诉所有节点我在正常通信。其实NM报文里面是有一些信息的,比如唤醒原因,用户数据等等,这些都可以去定义。

    下面讲一下NM休眠的过程:

    处于NormalOpr状态下,如果ECU不需要网络了,比如KL15断开,ECU这个时候就会选择释放网络,释放网络就是从Normal状态切换到ReadySleep状态,这个时候会进行一些故障存储、下电前的装备工作,完成后,等待一定时间就会进入到PreSleep状态,这个状态将会把应用报文和TX网络管理报文也关闭,等待一定时间就会进入BusSleep状态,进入BusSleep后,会让控制器进入休眠。
    在这里插入图片描述

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