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如何理解CAN的时间同步？

智能汽车电子与软件 2023-03-08 17:30
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来源：汽车ECU开发

01

为什么需要时间同步

对于自动驾驶而言，通常需要摄像头、毫米波雷达、超声波雷达、激光雷达等传感器，而这些传感器的精确的数据采集时间是及其重要的，因为这些数据是感知和决策规划的输入。如果输入数据的时间不同步，可能会引起决策规划出错误的动作，导致车辆做出危险的动作。
时间同步技术就是为了解决精确获取传感器采样时间的，在以太网、CAN、Flexray总线上都有相应的实现。时间同步信息以广播的形式从Master(TM)节点发送至各Slave节点(TS)，或者通过时间网关将时间同步信息同步至其他子网络(如图1所示)，用于解决各ECU因硬件时钟信号偏差、总线仲裁、总线传输、软件处理等原因带来的时间延迟。

图1 时间同步框图

02

CAN时间同步机制

下面我们主要来梳理基于CAN总线的时间同步。从AUTOSAR规范来看，其主要分为两步，第一步是TM发送SYNC信息，第二步是发送FUP(Timeadjustment message (Follow-Up)，时间调整信息)，如图2所示。

图2 CAN时间同步步骤
具体如下：
1、TM节点在t0r时刻调用接口发送SYNC信号，SYNC信号中包含的时间信息为t0r，在t1r时刻SYNC信号发送完成，此时的时间为t1r。TS节点在t2r时刻接收到了SYNC信号。
2、TM节点再次发送FUP信号，信号中包含的时间信息为t4r=t1r-(st0r)，其中st0r=t1r-t0r，TS节点在t3r时刻接收到了FUP信号。
根据上面两步的时间信息，TS节点可以计算本地的时间同步值为t3r-t2r+t1r。
CAN时间同步消息结构
CAN时间同步中使用到的SYNC和FUP帧的帧格式如图3所示。

图3 SYNC和FUP帧格式
SYNC帧：
1，Byte0用于表示CRC是否起作用，其中Byte0=0x10表示不采用CRC，Byte0=0x20表示采用CRC；
2、当Byte0=0x20时，表示采用CRC，则Byte1用于存储CRC的值，当Byte0=0x10时，Byte1的默认值为0；
3、Byte2的高4位表示时间同步域，低4位为Sequence Counter，有点类似与应用报文的rolling counter；
Byte3为用户自定义；
Byte4~Byte7为同步时间，长度为32bits，单位为秒；
FUP帧：
Byte0同样用于表示是否使用CRC，其中Byte0=0x18表示不适用CRC，Byte0=0x28表示使用CRC；
2、当Byte0=0x28时，表示采用CRC，则Byte1用于存储CRC的值，当Byte0=0x18时，Byte1的默认值为0；
3、Byte2与SYNC帧一样，高4位表示时间同步域，低4位为Sequence Counter；
4、Byte3的高5位为保留位，， bit2为SGW，表示时间同步状态（0：SyncToGTM， 1：SyncToSubDomain），bit1-bit0为OVS，表示时间同步溢出时间（overflow of seconds）；
5、Byte4~Byte7中的高2位为0，低30位表示同步时间，单位为ns。

03

AUTOSAR中CanTSyn的配置

在AUTOSAR中要实现CAN时间同步，其涉及到的模块有3个，分别为STdM、CanIf、CanTSyn，各模块之间的关系如图4所示。

图4 AUTOSAR中实现CAN时间同步涉及到的模块
其中StdM用于同步各软件模块，并提供绝对时间值。涉及到的配置Timebase、时钟源等，主要几个如下所示。
对于CanTSyn模块而言，其涉及到的配置如下所示。
而在CanIf模块而言，需要将报文设置为时间同步报文，如下所示。
小结
以上就是CAN时间同步的一个简单介绍，主要是梳理了时间同步技术的缘由、CAN时间同步机制、CAN时间同步在AUTOSAR架构下的实现。
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