AutoSAR中CAN通信网络管理的概述

概述

AutoSAR中CAN通信的网络管理主要是根据CANNode接收和发送的NMMessage进行该节点在整个网络中的活动的，根据NM Message控制整个网络对Normal模式和Sleep模式的切换。

同时可以根据CAN NM PDU来检测网络上的其他节点的状态，进行同步休眠等。主要包含以下内容：

1.周期性的NMMessage在发送节点广播式的发送，节点可以周期接收到NM PDU。

2.对于接收节点而言，接收到NMPDU表明相应的节点想要保持网络正常工作。

3.节点想要进入Sleep模式，那么停止发送NM PDU准备进入Sleep，如果此时网络还有别的节点在发送NMPDU，则延迟进入Sleep。

4.在所有节点停止发送NMPDU并且设置的超时时间到，这时候整个网络上的节点同步进入Sleep模式。

5.节点想要从Sleep进入到Normal模式，则请求发送NMPDU。

NM****状态切换

在NM中状态切换主要有两个方面的考虑，其中一个是整个CAN NM的网络切换关系，主要由三个主要的状态，分别是Network Mode、Pre-Bus Sleep Mode和Bus Sleep Mode，对于其内部的转换关系如下图所示。

系统上电后，首先在Bus Sleep模式，如果有NM的通信请求就进入正常的通信模式也就是下中的Network Mode。

在Network Mode主要处理整个系统的网络管理的正常运行，如果NM上的节点停止发送NM PDU，则在定义的TimeOut后进入到Pre-Bus Sleep模式，等待整个通信上的网络达到Bus TimeOut后彻底进入Bus Sleep模式，如果在Pre-Bus Sleep模式下，收到了其它节点的NM请求，则进入正常的Network模式。

在NM的状态切换中还有一个比较重要的就是Network Mode的内部状态切换。无论是Bus Sleep还是Pre-Bus Sleep状态下进入到Network模式都会直接进入Repeat Message State发送NM PDU，处于RepeatMessage State下的节点对于整个网络上的节点来说是有效的节点，并确保其它节点在该状态上保持激活状态。Repaet模式下定义的TimeOut时间到同时接收到NM的请求进入到Normal Operation State，在该模式下只有NN的请求就保持节点处于Awake状态。

接收到RepeatMsg的请求或者对应的RepeatMsg对应的控制Bit接收，则进入Repeat模式，如果接收到NMReleased请求则进入ReadySleep States，ReadySleep States状态下等待其它节点进入到Sleep状态，如果NM TimeOut时间达到进入到Pre-Bus Sleep等待总线Sleep。具体的状态转换如下所示。

网络管理的状态切换中一般主要是由TimeOut和Requested/Released进行切换的，同时包含了对外部NMReq的处理，在使用的时候注意几个TimeOut的时间，尤其是在做整个网络上的Sleep机制的时候要充分考虑不同节点产生的jitters，该部分的考虑主要从内部时钟、NM相关模块函数的循环时间和发送方式进行考虑，由于该部分还有连调连试过，所有先不详细介绍，等后期如果进行相关的工作再补充更新。

NM PDU

AutoSAR中NM的PDU主要包括三大部分，分别是节点的ID、控制位以及用户数据。在标准的CANFrame的具体定义如下：

其中Control Bit Vector的定义如下

Bit0: Repeat Message Request 表明Repeat Msg是否被请求。

Bit3: NM Coordinator Sleep Bit 表明是否开始同步的ShutDown。

Bit4:Active Wakeup Bit 表明是否唤醒通信网络。

Bit6: Partial Network Information Bit (PNI)。

Bit1/2/5/7用于后期扩展。

对于Byte0和Byte1两个Byte，AutoSAR定义的是通用的设置Byte，尤其是Byte0是Source的ID，只取其中的低八位，一般OEM都会定义特定的NM报文，而对于在NM PDU机制中的实现和定义主要写入低八位的ID就可以。

对于UserData不同的OEM会有不同的定义，这个取决于自己的设置，之前参与Daimler的一个项目的时候，他们会把UserData0作为WakeUp Reason使用。

如果使用Partial Network Cluster(PNC)，一般会在特定的UserData中包含PNC上节点所在的位置。对于NMPDU的使用根据具体的OEM要求设置即可。

Partial Network Cluster

PartialNetwork Cluster（PNC）的使用主要是关掉某些网络上的不需要通信的节点，而一些必须的节点可以正常通信，从而更好的节约能量，减少消耗。

只有在该节点的PNC功能使能，同时接收的NM PDU中PNI位为1的时候才进行正常的PNC处理。同样作为PNC的一个节点在发送NM PDU的时候PNI位也必须设置为1。

PNC在实现的时候在CANNM模块提供了一种滤波机制，用来忽略无效的NMPDU。在使用PNC功能的时候，对于NMPDU 不用的OEM会在UserData中相应的Bit表示一个PNC的网络节点，每一个Bit表示了一个PN节点。

对于滤波机制的使用一般从UserData数据开始，指定需要比较的Byte长度，然后设置需要的比较信息（定义需要接收的Byte Value和Mask Value），进行比较即可，只有满足比较条件才认为接收到的NM PDU是一条有效的NMPDU，否则忽略。

在PNC中提供了两种NM的管理机制，分别为Internal and External Requested（EIR）PN和ExternalRequested（ER）PN。

对于EIR PN而言，主要是用于在接收到NM后，ECU根据接收到的NM PDU通知COMM模块和BSWM去控制相关的NM通道中的I-PDU的使能和禁用，同时可以将接收和发送的数据通过COM模块与APP层进行交互。

ER PN而言主要是作为NM的Gateway收集外部的PN PDU使用，用于路由NM相关的PNC到指定的通信Bus通道，进行PN控制。

PNC在AutoSAR****中的实现

对于PNC在AutoSAR中的实现将从CAN相关的PNC做阐述，因为现在CAN的PNC网络管理也是用的最多的。

CAN的PNC在AutoSAR架构中主要包括了支持CAN PNC的硬件、CAN、CanTrcv（SPI通信）、CanIf、CanNm、CanSM、NmIf、ComM、BSWM以及应用层的SWC。整个PNC的相关状态切换如下图所示。

根据上面的图片简单介绍几个主要作用：

1.唤醒：MCU被唤醒后，对于带有唤醒功能的TJA1145而言会在CANTrcv中将唤醒通知到CANIF，然后在EcuM中调用相关的函数对唤醒的有效性进行判断，从而将当前唤醒的状态通知给BswM进行状态处理。

2.PNC通信：在CANIf收到相关的NMPDU后，通知CANNM做PNC的有效性校验，在PNC校验有效后通过PDUR和COM两个模块将有效PNC信息告知COMM中特定的PNC通道，然后COMM将PNC的状态发送给BSWM，BSWM根据PNC的状态和特定的Rules反馈给COMM进行PNC通信请求，同时通过CANSM模块经CANIf去控制CNATrcv进行通信模式切换。

3.在应用层的SWC可以直接建立与BSWM的Mode Req CS接口或者SWC建立与COMM的用于请求通信的CS接口，实现SWC对通信的请求。

4.对于NM PDU的发送一般需要NM模块进行请求或者释放，其控制指令也是在COMM受到BSWM或者SWC请求后发出控制指令。

5.对于PNC的NM PDU Group的使能和禁用开关需要BSWM结合具体的Rules进行控制，从而StartNM PDU 和StopNM PDU。

6.TJA1145这款芯片的模式操作和唤醒帧定义需要通过SPI通信进行控制。

审核编辑：刘清