一、前言

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

那么這兩種標準分別是怎么實現(xiàn)網(wǎng)絡管理功能的，有什么差異？有什么相同呢？

二、OSEK與AUTOSAR網(wǎng)絡管理實現(xiàn)原理

OSEK網(wǎng)絡管理

1、狀態(tài)機

OSEK網(wǎng)絡管理狀態(tài)機的狀態(tài)跳轉(zhuǎn)是有多層的，具有三個主要狀態(tài)：

圖一OSEK網(wǎng)絡管理主狀態(tài)示意圖

NMOff：網(wǎng)絡管理關閉

NMOn：網(wǎng)絡管理正在運行

NMShutDown：關閉網(wǎng)絡管理的操作，此過程會清理一些在運行過程中產(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)點長期保持的狀態(tài)，正常進行網(wǎng)絡管理

NMBusSleep：睡眠狀態(tài)，網(wǎng)絡管理通信停止

NMActive：參與網(wǎng)絡管理（初始）

NMPassive：節(jié)點不參與網(wǎng)絡管理，但仍監(jiān)視網(wǎng)絡活動

NMAwake狀態(tài)下也有三個子狀態(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報文

NMNormal：周期性發(fā)送或接受Ring報文，檢測節(jié)點狀態(tài)和網(wǎng)絡配置的變化

NMLimpHome：節(jié)點非正常狀態(tài)，不能正常發(fā)送和接收網(wǎng)絡管理報文，嘗試周期性發(fā)送跛行報文

一個節(jié)點從休眠到喚醒，再到休眠狀態(tài)的跳轉(zhuǎn)示意圖如下：

圖四 OSEK網(wǎng)絡管理狀態(tài)跳轉(zhuǎn)示意圖

2、NM報文格式

網(wǎng)絡管理直接關聯(lián)的報文為網(wǎng)絡管理報文，網(wǎng)絡管理報文根據(jù)攜帶數(shù)據(jù)中byte1字節(jié)的不同bit置位可以分為Alive報文、Ring報文和LimpHome報文。網(wǎng)絡管理報文byte1字節(jié)中還攜帶有每個節(jié)點是否滿足休眠的信息，分別叫SleepInd信息、SleepACK信息。

Alive報文（byte1中bit0置位）：每個節(jié)點需要加入邏輯環(huán)中時發(fā)送的聲明。

例：

Ring報文（byte1中bit1置位）：“令牌”在邏輯環(huán)中傳遞的網(wǎng)絡管理報文。

例：

LimpHome報文（byte1中bit2置位）：節(jié)點處于非正常狀態(tài)不能收發(fā)網(wǎng)絡管理報文時發(fā)出的特殊報文。

例：

SleepInd信息（byte1中bit4置位）：網(wǎng)絡管理報文操作碼中攜帶的數(shù)據(jù)，表明發(fā)出此信息的節(jié)點不再主動請求網(wǎng)絡通信。

例：

SleepACK信息（byte1中bit4和bit5置位）：表明網(wǎng)絡中所有節(jié)點都不再需要網(wǎng)絡通信，所有節(jié)點收到此信息的報文后就停止通信，進入休眠。

例：

3、邏輯環(huán)

邏輯環(huán)：網(wǎng)絡管理報文傳遞的邏輯，正常通信的網(wǎng)絡中一個節(jié)點只有收到其他節(jié)點發(fā)出指向自身的網(wǎng)絡管理報文，也就是“令牌”，才能發(fā)出自身網(wǎng)絡管理報文，因此網(wǎng)絡中同一時間只有一個節(jié)點能發(fā)出網(wǎng)絡管理報文，每個節(jié)點按順序發(fā)送網(wǎng)絡管理報文，這個順序就叫做邏輯環(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)絡管理報文。

NodeB的發(fā)出指向NodeC的網(wǎng)絡管理報文，“Token”轉(zhuǎn)移到NodeC。

“Token”在NodeC，NodeC發(fā)出指向NodeA的網(wǎng)絡管理報文。

NodeC的發(fā)出指向NodeA的網(wǎng)絡管理報文，“Token”轉(zhuǎn)移到NodeA。

“Token”在NodeA，NodeA發(fā)出指向NodeB的網(wǎng)絡管理報文。

NodeA的發(fā)出指向NodeB的網(wǎng)絡管理報文，“Token”轉(zhuǎn)移到NodeB。

AUTOSAR網(wǎng)絡管理

1、狀態(tài)機

AUTOSAR網(wǎng)絡管理只有三個模式：

圖六AUTOSAR網(wǎng)絡管理模式示意圖

BusSleepMode：總線睡眠模式，當具備AUTOSAR網(wǎng)絡管理功能的控制器正常休眠時的狀態(tài)。

PrepareBusSleepMode：總線預睡眠模式，此狀態(tài)為網(wǎng)絡中節(jié)點停止通信準備進入睡眠模式的一個過渡狀態(tài)，不會長期處于此狀態(tài)

NetworkMode：網(wǎng)絡模式，網(wǎng)絡中有通信請求時的狀態(tài)。

NetworkMode下還有三個子狀態(tài)，AUTOSAR網(wǎng)絡管理則是根據(jù)這三個子狀態(tài)來判斷節(jié)點是否需要通信：

圖七Network Mode模式下子狀態(tài)示意圖

RepeatMessage State：重復消息狀態(tài)，此狀態(tài)不是一個長時間的狀態(tài)，當從睡眠模式或者準備睡眠模式進入網(wǎng)絡模式時進入此狀態(tài)，發(fā)出自身的網(wǎng)絡管理報文，讓網(wǎng)絡中的其他節(jié)點可以檢測到，也可以用來檢測當前在線的節(jié)點。

NormalOperationState：正常操作狀態(tài)，某個節(jié)點需要網(wǎng)絡通信時處于的狀態(tài)，周期性的發(fā)出自身的網(wǎng)絡管理報文。

ReadySleep State：就緒睡眠狀態(tài)，某個節(jié)點不再需要網(wǎng)絡通信時處于的狀態(tài)，不再發(fā)出自身的網(wǎng)絡管理報文，但正常發(fā)送自身的應用報文。

一個正常通信網(wǎng)絡中的所有節(jié)點都會維持在兩個狀態(tài)，一個是NormalOperationState，另一個是ReadySleep State，這兩個狀態(tài)的差別就是網(wǎng)絡管理報文的發(fā)送與否。

一個節(jié)點從休眠到喚醒，再到休眠狀態(tài)的跳轉(zhuǎn)如下所示：

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

2、NM報文格式

AUTOSAR網(wǎng)絡管理報文由于是廣播發(fā)送的且不需要指定任何節(jié)點，所以報文只包含自身的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)絡管理報文格式

至此，本文分別在狀態(tài)機，網(wǎng)絡管理報文格式對OSEK和AUTOSAR網(wǎng)絡管理進行了簡單介紹。

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

未完待續(xù)。

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注：文中部分圖片來源于AUTOSAR_SWS_CANNetworkManagement