一文搞懂CAN总线的AUTOSAR网络管理

谈思实验室 2023-07-30 19:01

构建AI未来，Arm计算平台无处不在 入门级示波器的属性缺陷

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1、什么是AUTOSAR？

官方一点：AUTOSAR 就是AUTomotive Open System ARchitecture的简称，中文翻译就是汽车开放系统架构。

直白一点：将汽车电子控制单元（ECU）的软件底层做了一个标准的封装。使得大家都能共用一套底层软件，只需要修改其中的一些参数，就可以匹配不同硬件，也可以匹配不同的应用层软件。如此之后，用户只需要专心负责应用层功能开发即可，底层都交给AutoSAR工程师就行了。

再直白一点：“就是一套写的比较好的底层软件”。其实现了硬件驱动的封装（类似于STM32的库），实现了操作系统的功能。用户只需要开发操作系统上层的软件应用即可（类似于基于安卓开发App）。

再再再直白一点：各个厂家在五花八门的硬件上随意开发，想怎么写就怎么写，怎么爽怎么来，导致开发一时爽，维护火葬场，如果底层硬件换掉了，上面的代码基本就要全部推倒重来，而且不同厂家之间的代码移植性也几乎没有，各个厂家和工程师都很头大，于是AUTOSAR应运而生。AUTOSAR将各个硬件的底层接口做了封装，以后如果换硬件，只需要配置一下AUTOSAR，告诉它我换硬件了，赶紧给我适配就可以了，上层代码完全不需要改动就可以使用。从开发的角度来讲，提高了代码的复用性，降低了代码的复杂度，提高了代码的可维护性。

2、什么是网络管理？

网络管理的目的是使网络中的ECU节点有序的睡眠和唤醒。在没有通信需求的时候睡眠，在需要通信的时候唤醒，可以节约汽车电池的电量。

3、什么是CAN总线？

这个CSDN和知乎都有很多的介绍，这里就不赘述了。

4、CAN总线的AUTOSAR网络管理报文（以下简称NM报文）长啥样？

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报文数据场

NM报文的重点在于数据场8字节里的内容：

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：

NM报文数据场byte1格式

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、CAN NM状态介绍

AUTOSAR网络管理有三种状态：

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；

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；

网络模式（Network Mode）：

包含3个子状态：

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；

总结见下图：

6、定时器及参数介绍

第5小节和第6小节的内容看一遍可能理解不了，学完下面的状态迁移图，再回过来多看几遍就能理解了。

7、状态机

现在终于来到AUTOSAR网络管理的最难理解也是最容易使人秃头的状态机了，这里我不打算把每一条状态转换的文字描述直接贴上来，跟着我的思路，我们来一个一个看吧。

在开始之前，先了解一下各种缩略语：

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

01：给ECU上电，ECU自己就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。

02+03：当出现本地唤醒（03）或者远程唤醒（02）时，进入RMS状态。这里再解释下，本地唤醒就是我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。

04：我们现在已经走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，性感ECU在线陪聊，你再不来找我我就要开始想念你......

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。为什么被远程唤醒就不需要这一步呢？欢迎大家在评论区里一起讨论~

06+12：且慢，我们先来计算一下从BSM到这一步花费了多少时间了。参考上面定时器的定义，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，差不多为2s的时间，此时ECU有可能已经不需要通信了（2019-11-29补充：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、或一直有本地唤醒源例如上电）。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。

10：收到本地唤醒，进入NOS。

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。

08+14+05：T_NM_timerout定时器超时，不改变当前状态。定时器需要重置。

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。

15+16：PBM状态只可以接收NM报文，其他报文不发不。收到远程唤醒，走15；收到本地唤醒，走16。

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。

以上就是CAN总线AUTOSAR网络管理的内容分享。

来源：汽车自动驾驶技术