浅析PREEvision中AUTOSAR NM开发

AUTOSAR Network Management（以下简称：AUTOSAR NM），即“AUTOSAR网络管理”，是AUTOSAR体系中的网络管理机制。在AUTOSAR NM中，按照总线协议的类型，又可以分为在CAN总线上使用的CAN NM；在FlexRay上使用的FlexRay NM；在J1939上使用的NM；以及在ETH上使用的UDP NM等等。

那我们为什么要做网络管理呢？请看下图：当前整车上有许多ECU，都连接到了蓄电池，假如我们实行一刀切政策，简单粗暴地把这些ECU全都连到15电或者30电，分别会有什么样的后果呢？

图1

很明显，如果所有ECU全都连接30电，那么ECU一直处于运行状态，很快蓄电池就亏电了；如果将ECU全都连接到15电，那么像图中的安全控制模块这类需要一直供电的模块，就没办法正常工作了。那么如何做到在满足ECU正常通信需求的情况下，又能节省蓄电池的电量呢？答案之一就是网络管理。

网络管理的目的，就是使网络中的ECU节点有序的睡眠和唤醒。当ECU在没有通信需求的时候睡眠，在需要通信的时候唤醒，用这种方法来达到节约汽车蓄电池电量的效果。

今天，小怿的任务就是给大家重点科普一下CAN以及ETH的网络管理。

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AUTOSAR NM体系

图2 拓展的AUTOSAR通信栈（Udp NM）

图2中框出了AUTOSAR NM体系，其中各个模块又有不同的作用：

• Communication Manager：又称ComM，是BSW(Basic Software)中的一个组件。它是一个封装了底层通信服务控制的资源管理器，主要用于为用户简化总线通信栈的使用，ComM模块收集来自通信请求者的总线通信访问请求，并协调总线通信访问请求，控制总线通信模式；

• State Manager：控制与ComM模块请求的通信模式所对应的总线实际状态；

• Network Management Interface：网络管理接口，用于支持通用的底层模块，这些模块遵循特定总线NM模块的一组固定需求；

• NM Coordinator：用于协调多个网段的同睡同醒；

• NM Module：网络管理模块，通过发送NM PDU来进行网络管理。

以上的这些模块共同组成了AUTOSAR NM体系，用于对不同类型的总线进行网络管理。

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网络管理工作模式

AUTOSAR NM体系中，CAN和UDP NM存在的三种主模式如下：

• Bus Sleep Mode：睡眠模式，总线无通讯，ECU处于低功耗状态。该模式下NM报文只收不发，APP报文不收不发。

• Network Mode：网络模式，总线有通讯。该模式下NM报文又收又发，APP报文又收又发。

• Prepare Bus Sleep Mode：预睡眠模式，总线无通讯。该模式下NM报文只收不发，APP报文不收不发。

图3 CAN/UDP NM主模式跳转

在Network Mode中，又存在三种状态：

• Repeat Message State重复报文状态，此时NM报文以快速周期发送。在重复报文状态中又存在两种子状态：快速发送报文状态（以一个快速周期，按照规定的快发次数发送NM报文）、正常发送报文状态（以正常发送周期发送NM报文）。

• Normal Operation State正常运行状态，此时NM报文以正常周期发送。

• Ready Sleep State准备睡眠状态，NM报文只收不发，APP报文可收可发。

图4 Network Mode中的状态跳转

下图为CAN NM的状态机，从图中我们可以对节点之间的状态跳转有一定的了解。

图5 节点状态以及跳转总览

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NM PDU

下图为有n个Byte的NM PDU的格式：

图6 NM PDU默认格式

在CAN NM中，PDU长度为8Byte；而在UDP NM中，PDU长度可以自行定义，当然，一个NM报文的长度不能超过底层物理传输层的MTU(最大传输单元)。

• Byte0：源节点ID，由基地址+ECU源地址两部分组成

• Byte1：Control Bit Vector(CBV)，控制比特矢量

• Byte2-n：User Data，用户数据，主要用于部分网络管理和自定义功能参数

下表是控制比特矢量（CBV）的格式：

表1 控制比特矢量

Bit0：重复发送报文请求位

• 0：没有进入重复发送状态（Repeat Message Request）的请求；

• 1：有进入重复发送状态（Repeat Message Request）的请求。

Bit1：PN关闭请求位（PNSR）

• 0：NM报文中不含有同步的部分网络管理关闭请求；

• 1：NM报文中至少含有一个PNC的同步部分网络管理关闭请求。

Bit3：NM协调器睡眠位

• 0：主协调器没有请求启动同步休眠；

• 1：主协调器请求启动同步休眠。

Bit4：激活唤醒位

• 0：作为NM报文发送方的节点没有唤醒网络（被动唤醒）；

• 1：由作为NM报文发送方的该节点唤醒网络（主动唤醒）。

Bit5：部分网络管理学习位（PNL）

• 0：没有请求PNC learning；

• 1：表示请求PNC learning。

Bit6：Partial Network Information Bit（PNI）,部分网络管理信息位

• 0：NM报文中没有部分网络管理的请求信息；

• 1：NM报文中含有部分网络管理的请求信息。

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NM在PV工具中的实现

PREEvision工具支持可视化的NM参数配置，目前支持CAN Nm、FlexRay Nm、UDP Nm、LIN Nm等Cluster的创建，以下举例CAN Nm Confoguration的设置。

在PREEvision中有专门用于放置Nm配置的Network Management Package，创建位置如下：

图7 创建Network Management Package的路径

在创建完文件夹后，就可以开始创建一个CAN Nm的Nm Configuration了，当前有两种方法可以创建CAN Nm Configuration：

• 在Network Management Package下直接创建Network Management Configuration

图8 创建Network Management Configuration

• 在CAN Cluster上进行refactoring

图9 Refactoring CAN Cluster

在CAN Cluster基础上refactoring的Network Management Configuration会直接展示比较完整的相关联的网络管理工件。如果手动创建也可以参考下图中网络管理工件的结构：

图10 CAN Cluster与其对应的Network Management Configuration

在CAN NM Cluster的Property页，可以配置NM所需要的一些关键属性，例如NM Timeout Time等，这些可配置的属性都是AUTOSAR NM中所定义好的。

图11 一些PREEvision中可配置的NM参数

此外，在CAN NM Node的Property页，还可以直接配置Nm节点的Node ID等重要参数。

图12 CAN NM Node的一些属性配置

PREEvision工具中还可以创建网络管理所专有的NM PDU，并配置相应的报文。可以说需要配置的参数都已经被PREEvision安排的明明白白了，是不是很方便呢？不过，在AUTOSAR NM中，除了有像NM Node这类特殊的属性需要配置外，NM PDU与普通的Signal IPDU其实并没有太大的差别，因此在这里也就不做过多的赘述了。今天的内容小怿就介绍到这里啦，我们下期见咯~