科普系列：AUTOSAR與OSEK網(wǎng)絡(luò)管理比較（上）

一、前言

汽車網(wǎng)絡(luò)管理從根本上來說是為了省電的，基本的實(shí)現(xiàn)方式就是汽車在沒有使用的情況下一些ECU會(huì)通過網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)調(diào)進(jìn)入低功耗模式或者睡眠模式，從而達(dá)到省電的目的。目前主流的網(wǎng)絡(luò)管理標(biāo)準(zhǔn)有兩個(gè)，一個(gè)是AUTOSAR（Automotive Open System Architecture，即汽車開放系統(tǒng)架構(gòu)），另一個(gè)是OSEK。AUTOSAR與OSEK的網(wǎng)絡(luò)管理方式雖然有區(qū)別，但是可以認(rèn)為AUTOSAR是基于OSEK/VDS發(fā)展出來的。

那么這兩種標(biāo)準(zhǔn)分別是怎么實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理功能的，有什么差異？有什么相同呢？

二、OSEK與AUTOSAR網(wǎng)絡(luò)管理實(shí)現(xiàn)原理

OSEK網(wǎng)絡(luò)管理

1、狀態(tài)機(jī)

OSEK網(wǎng)絡(luò)管理狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)跳轉(zhuǎn)是有多層的，具有三個(gè)主要狀態(tài)：

圖一OSEK網(wǎng)絡(luò)管理主狀態(tài)示意圖

NMOff：網(wǎng)絡(luò)管理關(guān)閉

NMOn：網(wǎng)絡(luò)管理正在運(yùn)行

NMShutDown：關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)管理的操作，此過程會(huì)清理一些在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)

NMOn狀態(tài)下有兩組并行的子狀態(tài)，互不影響：

圖二NMOn狀態(tài)下的子狀態(tài)示意圖

NMInit：主要是硬件初始化，此狀態(tài)很短暫（初始）

NMAwake：一般情況下節(jié)點(diǎn)長(zhǎng)期保持的狀態(tài)，正常進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理

NMBusSleep：睡眠狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)管理通信停止

NMActive：參與網(wǎng)絡(luò)管理（初始）

NMPassive：節(jié)點(diǎn)不參與網(wǎng)絡(luò)管理，但仍監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)

NMAwake狀態(tài)下也有三個(gè)子狀態(tài)：

圖三NMAwake狀態(tài)下的子狀態(tài)示意圖

NMReset：軟件初始化，發(fā)送alive報(bào)文

NMNormal：周期性發(fā)送或接受Ring報(bào)文，檢測(cè)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)和網(wǎng)絡(luò)配置的變化

NMLimpHome：節(jié)點(diǎn)非正常狀態(tài)，不能正常發(fā)送和接收網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文，嘗試周期性發(fā)送跛行報(bào)文

一個(gè)節(jié)點(diǎn)從休眠到喚醒，再到休眠狀態(tài)的跳轉(zhuǎn)示意圖如下：

圖四 OSEK網(wǎng)絡(luò)管理狀態(tài)跳轉(zhuǎn)示意圖

2、NM報(bào)文格式

網(wǎng)絡(luò)管理直接關(guān)聯(lián)的報(bào)文為網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文，網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文根據(jù)攜帶數(shù)據(jù)中byte1字節(jié)的不同bit置位可以分為Alive報(bào)文、Ring報(bào)文和LimpHome報(bào)文。網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文byte1字節(jié)中還攜帶有每個(gè)節(jié)點(diǎn)是否滿足休眠的信息，分別叫SleepInd信息、SleepACK信息。

Alive報(bào)文（byte1中bit0置位）：每個(gè)節(jié)點(diǎn)需要加入邏輯環(huán)中時(shí)發(fā)送的聲明。

例：

Ring報(bào)文（byte1中bit1置位）：“令牌”在邏輯環(huán)中傳遞的網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文。

例：

LimpHome報(bào)文（byte1中bit2置位）：節(jié)點(diǎn)處于非正常狀態(tài)不能收發(fā)網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文時(shí)發(fā)出的特殊報(bào)文。

例：

SleepInd信息（byte1中bit4置位）：網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文操作碼中攜帶的數(shù)據(jù)，表明發(fā)出此信息的節(jié)點(diǎn)不再主動(dòng)請(qǐng)求網(wǎng)絡(luò)通信。

例：

SleepACK信息（byte1中bit4和bit5置位）：表明網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)都不再需要網(wǎng)絡(luò)通信，所有節(jié)點(diǎn)收到此信息的報(bào)文后就停止通信，進(jìn)入休眠。

例：

3、邏輯環(huán)

邏輯環(huán)：網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文傳遞的邏輯，正常通信的網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)節(jié)點(diǎn)只有收到其他節(jié)點(diǎn)發(fā)出指向自身的網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文，也就是“令牌”，才能發(fā)出自身網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文，因此網(wǎng)絡(luò)中同一時(shí)間只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)能發(fā)出網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文，每個(gè)節(jié)點(diǎn)按順序發(fā)送網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文，這個(gè)順序就叫做邏輯環(huán)。示意圖如下：

圖五 邏輯環(huán)示意圖

“Token”在NodeB，NodeB發(fā)出指向NodeC的網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文。

NodeB的發(fā)出指向NodeC的網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文，“Token”轉(zhuǎn)移到NodeC。

“Token”在NodeC，NodeC發(fā)出指向NodeA的網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文。

NodeC的發(fā)出指向NodeA的網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文，“Token”轉(zhuǎn)移到NodeA。

“Token”在NodeA，NodeA發(fā)出指向NodeB的網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文。

NodeA的發(fā)出指向NodeB的網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文，“Token”轉(zhuǎn)移到NodeB。

AUTOSAR網(wǎng)絡(luò)管理

1、狀態(tài)機(jī)

AUTOSAR網(wǎng)絡(luò)管理只有三個(gè)模式：

圖六AUTOSAR網(wǎng)絡(luò)管理模式示意圖

BusSleepMode：總線睡眠模式，當(dāng)具備AUTOSAR網(wǎng)絡(luò)管理功能的控制器正常休眠時(shí)的狀態(tài)。

PrepareBusSleepMode：總線預(yù)睡眠模式，此狀態(tài)為網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)停止通信準(zhǔn)備進(jìn)入睡眠模式的一個(gè)過渡狀態(tài)，不會(huì)長(zhǎng)期處于此狀態(tài)

NetworkMode：網(wǎng)絡(luò)模式，網(wǎng)絡(luò)中有通信請(qǐng)求時(shí)的狀態(tài)。

NetworkMode下還有三個(gè)子狀態(tài)，AUTOSAR網(wǎng)絡(luò)管理則是根據(jù)這三個(gè)子狀態(tài)來判斷節(jié)點(diǎn)是否需要通信：

圖七Network Mode模式下子狀態(tài)示意圖

RepeatMessage State：重復(fù)消息狀態(tài)，此狀態(tài)不是一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間的狀態(tài)，當(dāng)從睡眠模式或者準(zhǔn)備睡眠模式進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)模式時(shí)進(jìn)入此狀態(tài)，發(fā)出自身的網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文，讓網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)可以檢測(cè)到，也可以用來檢測(cè)當(dāng)前在線的節(jié)點(diǎn)。

NormalOperationState：正常操作狀態(tài)，某個(gè)節(jié)點(diǎn)需要網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)處于的狀態(tài)，周期性的發(fā)出自身的網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文。

ReadySleep State：就緒睡眠狀態(tài)，某個(gè)節(jié)點(diǎn)不再需要網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)處于的狀態(tài)，不再發(fā)出自身的網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文，但正常發(fā)送自身的應(yīng)用報(bào)文。

一個(gè)正常通信網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)都會(huì)維持在兩個(gè)狀態(tài)，一個(gè)是NormalOperationState，另一個(gè)是ReadySleep State，這兩個(gè)狀態(tài)的差別就是網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文的發(fā)送與否。

一個(gè)節(jié)點(diǎn)從休眠到喚醒，再到休眠狀態(tài)的跳轉(zhuǎn)如下所示：

圖八AUTOSAR網(wǎng)絡(luò)管理狀態(tài)跳轉(zhuǎn)示意圖

2、NM報(bào)文格式

AUTOSAR網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文由于是廣播發(fā)送的且不需要指定任何節(jié)點(diǎn)，所以報(bào)文只包含自身的ID，和少量的控制信息，叫做控制位向量，以及用戶數(shù)據(jù)。

圖九AUTOSAR網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文格式

至此，本文分別在狀態(tài)機(jī)，網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文格式對(duì)OSEK和AUTOSAR網(wǎng)絡(luò)管理進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。

本文重點(diǎn)在兩種網(wǎng)絡(luò)管理特點(diǎn)的比較，因文章篇幅限制，還請(qǐng)各位看官移步至文章《科普系列：AUTOSAR與OSEK網(wǎng)絡(luò)管理比較（下）》。

未完待續(xù)。

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注：文中部分圖片來源于AUTOSAR_SWS_CANNetworkManagement