基于CAN的autosar网络管理

Posted 2021-03-17 still-smile

车载网络总线管理的目的是使网络中的ECU节点有序地睡眠和唤醒，在没有通信需求的时候睡眠，可以节约电池的能量。

CAN总线上的网络管理，是一种无中心式的网络管理，网络中的每个节点都依赖于自己和别人的网络管理报文（NM PDU）来实现通信的睡眠和唤醒，这个NM PDU是周期性发送的，对于每个ECU来说，收到别的ECU发送的NM PDU则意味着当前的网络有通信需求，自己发出NM PDU则是告知别的ECU自己有通信需求。如果某个ECU打算进入Bus-Sleep-Mode，它就会通止发送NM PDU，在进入Bus-Sleep-Mode之前会有一段延时，如果在这段延时中没有收到任何NM PDU，则它就会转入Bus-Sleep-Mode状态了。

AUTOSAR中定义的网络管理PDU

上图定义了NM PDU的格式，byte 0标识ECU的节点地址，byte 1是控制信息。

CAN NM为ECU的网络管理定义了三种模式（Mode）：

1. Bus-Sleep Mode
2. Prepare Bus-Sleep Mode
3. Network Mode

最后的Network Mode又分为三个状态（state），

1. Repeat Message State
2. Normal Operation State
3. Ready Sleep State

CAN总线上的网络管理的核心，就是ECU在这3种模式和3个状态之间的转换的状态机。

基于CAN的网络管理中ECU的NM状态机

跟着状态机走一遍，就会对这个过程有比较直观的了解了。

ECU最初处于Bus-Sleep Mode中，当它有了通信需求（比如接收其他ECU的NM报文，或者它的逻辑功能要求自己唤醒，比如车门控制器收到了遥控钥匙的信号），它就会进入Network Mode，Repeat Message状态是Network Mode的入口状态，到达这个状态之后，ECU会启动一个Repeat Message Timer，在这个Timer定义的时间内，ECU会一直处于Repeat Message状态。当这个timer结束后，如果有通信需求，ECU则进入Normal Operation状态，如果没有通信需求，则进入Ready Sleep 状态。Normal Operation状态就是ECU正常运行的状态，此时它的应用报文和NM报文都会正常收发。当ECU没有通信需求，它会瞬间进入Ready Sleep状态，在Ready Sleep中，如果又出现了通信需求，ECU则瞬间再回复到Normal Operation，如果在一个Timeout Timer中一直没有通信需求，ECU就进入Prepare Bus-Sleep Mode，在Prepare Bus-Sleep状态中，也会启动一个Timeout Timer，如果在这段时间内有了通信需求，ECU又会立即回到Repeat Message状态，如果过了这个timer还没有通信需求，则ECU会回到Bus-Sleep Mode中。

综上所述，ECU网络管理的实现的核心就是实现这个状态机，在AUTOSAR中，这些状态之间的跳变就是由AUTOSAR定义的各种接口函数实现的。但是真实使用的时候不是这么简单，还有很多机制，暂不深究。