AUTOSAR 網絡管理接口(Nm)詳解

目錄

• 1. 概述
  • 1.1. 網絡管理接口的作用
  • 1.2. 網絡管理接口的特點
• 2. 網絡管理接口架構
  • 2.1. 架構概覽
  • 2.2. 模塊交互關系
• 3. 網絡管理狀態機
  • 3.1. 狀態定義
  • 3.2. 狀態轉換
• 4. 協調算法
  • 4.1. 協調關閉流程
  • 4.2. 同步點機制
  • 4.3. 協調關閉中斷處理
• 5. 網絡管理交互序列
  • 5.1. 網絡啟動流程
  • 5.2. 網絡關閉流程
  • 5.3. 協調關閉流程
• 6. 配置模型
  • 6.1. 配置結構
  • 6.2. 配置參數
• 7. 總結
  • 7.1. 網絡管理接口的優勢
  • 7.2. 應用場景

---

1. 概述

1.1. 網絡管理接口的作用

AUTOSAR網絡管理接口(Nm)是AUTOSAR通信棧中的一個關鍵組件，它為不同總線類型的網絡管理提供了統一的接口。網絡管理接口的主要作用包括：

• 提供統一的API接口，屏蔽不同總線類型網絡管理的差異
• 管理網絡的啟動和關閉過程
• 協調多個網絡的關閉過程，確保系統有序地進入低功耗模式
• 支持網絡喚醒功能，使系統能夠從低功耗模式恢復

1.2. 網絡管理接口的特點

網絡管理接口具有以下特點：

• 通用性：支持多種總線類型，包括CAN、FlexRay、以太網等
• 可配置性：提供豐富的配置選項，滿足不同應用場景的需求
• 協調功能：支持多網絡協調關閉，確保系統有序進入低功耗模式
• 狀態管理：提供完整的網絡狀態管理機制
• 可擴展性：支持通過CDD(Complex Device Driver)擴展支持其他網絡管理協議

---

2. 網絡管理接口架構

2.1. 架構概覽

AUTOSAR網絡管理接口位于通信管理(ComM)和總線特定網絡管理模塊(如CanNm、FrNm等)之間，作為一個通用接口層，提供統一的API。

2.2. 模塊交互關系

網絡管理接口與其他模塊的交互關系如下：

1. 向上接口：

   • 向ComM提供網絡狀態通知和網絡管理服務
   • 接收來自ComM的網絡請求和釋放命令

2. 向下接口：

   • 調用總線特定網絡管理模塊(CanNm、FrNm、UdpNm、J1939Nm等)的API
   • 接收來自總線特定網絡管理模塊的狀態通知

3. 橫向接口：

   • 支持通過CDD擴展其他網絡管理協議(如OSEK NM)

網絡管理接口通過這種分層架構，實現了對不同總線類型網絡管理的統一抽象，簡化了上層應用的開發。

---

3. 網絡管理狀態機

3.1. 狀態定義

網絡管理接口定義了一個狀態機來管理網絡狀態。狀態機包含以下狀態：

網絡管理狀態機包含以下主要狀態：

1. NM_STATE_BUS_SLEEP：

   • 總線睡眠狀態，網絡處于低功耗模式
   • 此狀態下無通信活動
   • 系統初始化后默認進入此狀態

2. NM_STATE_PREPARE_BUS_SLEEP：

   • 準備總線睡眠狀態
   • 等待進入睡眠模式的超時
   • 可被網絡請求或接收到的NM消息中斷

3. NM_STATE_READY_SLEEP：

   • 準備睡眠狀態
   • 節點已準備好進入睡眠，但等待其他節點也準備好

4. NM_STATE_NORMAL_OPERATION：

   • 正常運行狀態
   • 網絡完全激活，支持正常通信

5. NM_STATE_REPEAT_MESSAGE：

   • 重復消息狀態
   • 節點重復發送NM消息，確保網絡激活

6. NM_STATE_SYNCHRONIZE：

   • 同步狀態
   • 用于網絡同步過程

3.2. 狀態轉換

狀態機的主要轉換包括：

1. 網絡啟動轉換：

   • 從NM_STATE_BUS_SLEEP到NM_STATE_REPEAT_MESSAGE：通過Nm_NetworkRequest或被動喚醒觸發
   • 從NM_STATE_BUS_SLEEP到NM_STATE_NORMAL_OPERATION：通過Nm_PassiveStartUp觸發

2. 網絡關閉轉換：

   • 從NM_STATE_NORMAL_OPERATION到NM_STATE_READY_SLEEP：通過Nm_NetworkRelease且所有節點準備睡眠觸發
   • 從NM_STATE_READY_SLEEP到NM_STATE_PREPARE_BUS_SLEEP：當所有節點準備睡眠時觸發
   • 從NM_STATE_PREPARE_BUS_SLEEP到NM_STATE_BUS_SLEEP：超時后觸發

3. 中斷關閉轉換：

   • 從NM_STATE_PREPARE_BUS_SLEEP到NM_STATE_REPEAT_MESSAGE：通過Nm_NetworkRequest或接收到NM消息觸發
   • 從NM_STATE_READY_SLEEP到NM_STATE_REPEAT_MESSAGE：通過Nm_NetworkRequest觸發
   • 從NM_STATE_READY_SLEEP到NM_STATE_NORMAL_OPERATION：接收到無睡眠指示的NM消息觸發

4. 其他轉換：

   • 從NM_STATE_NORMAL_OPERATION到NM_STATE_REPEAT_MESSAGE：通過Nm_RepeatMessageRequest觸發
   • 從NM_STATE_REPEAT_MESSAGE到NM_STATE_NORMAL_OPERATION：重復消息完成后觸發
   • 從NM_STATE_SYNCHRONIZE到NM_STATE_NORMAL_OPERATION：同步完成后觸發

---

4. 協調算法

4.1. 協調關閉流程

網絡管理接口提供了協調關閉功能，用于協調多個網絡的關閉過程，確保系統有序地進入低功耗模式。

協調關閉流程的主要步驟包括：

1. 觸發協調關閉：

   • ComM請求網絡釋放，調用Nm_NetworkRelease
   • Nm檢查是否為協調網絡

2. 計算全局協調時間：

   • 全局協調時間 = 所有協調網絡中最大的關閉時間
   • 確保所有網絡有足夠的時間完成關閉過程

3. 同步點處理：

   • 如果配置為使用同步點，等待同步網絡的同步點
   • 同步點通過Nm_SynchronizationPoint回調函數通知
   • 如果未配置使用同步點，立即開始協調關閉

4. 并行關閉處理：

   • 啟動協調關閉定時器
   • 并行處理多個網絡的關閉流程
   • 每個網絡等待全局協調時間
   • 所有網絡同時進入準備睡眠狀態

5. 完成關閉：

   • 所有網絡進入總線睡眠狀態
   • 系統進入低功耗模式

4.2. 同步點機制

同步點機制用于確保協調關閉過程的同步性，特別是在處理非確定性總線時。同步點的主要特點包括：

1. 同步網絡配置：

   • 每個協調集群只能配置一個網絡作為同步網絡
   • 同步網絡通過NmSynchronizingNetwork參數配置

2. 同步點通知：

   • 同步網絡在適當的時間點調用Nm_SynchronizationPoint回調
   • 回調函數通知協調器開始協調關閉過程

3. 同步用例：

   • 同步命令：所有網絡同時收到關閉命令
   • 同步啟動：協調關閉過程同時啟動
   • 同步網絡睡眠：所有網絡同時進入睡眠狀態

4.3. 協調關閉中斷處理

協調關閉過程可能會被網絡喚醒中斷。中斷處理的主要步驟包括：

1. 檢測喚醒：

   • 檢查是否發生網絡喚醒事件
   • 喚醒事件可能來自外部喚醒或協調喚醒

2. 中斷處理：

   • 如果發生喚醒，中斷協調關閉流程
   • 重新激活所有協調網絡
   • 恢復正常通信

3. 繼續關閉：

   • 如果未發生喚醒，繼續協調關閉流程
   • 完成網絡關閉過程

---

5. 網絡管理交互序列

5.1. 網絡啟動流程

網絡啟動流程的主要步驟包括：

1. 啟動請求：

   • ComM調用Nm_NetworkRequest請求啟動網絡
   • Nm接收請求并處理

2. 總線特定處理：

   • Nm調用相應的總線特定網絡管理模塊(如CanNm_NetworkRequest)
   • 總線特定模塊發送NM消息激活網絡

3. 狀態通知：

   • 總線特定模塊進入重復消息狀態
   • 通過Nm_NetworkMode回調通知網絡已激活
   • Nm將通知轉發給ComM(ComM_Nm_NetworkMode)

5.2. 網絡關閉流程

網絡關閉流程的主要步驟包括：

1. 關閉請求：

   • ComM調用Nm_NetworkRelease請求關閉網絡
   • Nm接收請求并處理

2. 總線特定處理：

   • Nm調用相應的總線特定網絡管理模塊(如CanNm_NetworkRelease)
   • 總線特定模塊設置睡眠指示位
   • 發送帶睡眠指示的NM消息

3. 準備睡眠：

   • 總線特定模塊等待所有節點準備睡眠
   • 通過Nm_PrepareBusSleepMode回調通知準備進入睡眠模式
   • Nm將通知轉發給ComM(ComM_Nm_PrepareBusSleepMode)

4. 進入睡眠：

   • 總線特定模塊等待超時
   • 通過Nm_BusSleepMode回調通知已進入睡眠模式
   • Nm將通知轉發給ComM(ComM_Nm_BusSleepMode)

5.3. 協調關閉流程

協調關閉流程的主要步驟包括：

1. 協調關閉請求：

   • ComM對多個通道調用Nm_NetworkRelease
   • Nm計算全局協調時間

2. 并行處理：

   • Nm對多個通道調用總線特定的NetworkRelease函數
   • 總線特定模塊等待全局協調時間

3. 同步通知：

   • 所有通道同時通過回調函數通知狀態變化
   • 包括PrepareBusSleepMode和BusSleepMode通知
   • Nm將通知轉發給ComM

4. 完成關閉：

   • 所有網絡同時進入總線睡眠狀態
   • 系統進入低功耗模式

---

6. 配置模型

6.1. 配置結構

網絡管理接口的配置模型定義了如何配置網絡管理功能。

配置模型的主要結構包括：

1. Nm：

   • 頂層配置容器
   • 包含NmGeneral、NmGlobalConfig和多個NmChannelConfig

2. NmGeneralType：

   • 通用配置參數
   • 包括錯誤檢測、版本信息API和主函數周期

3. NmGlobalConfigType：

   • 全局配置參數
   • 包括主函數周期時間、全局協調時間和協調同步支持

4. NmChannelConfigType：

   • 通道配置參數
   • 每個通道對應一個網絡接口
   • 可配置為不同的總線類型和功能

5. NmCoordinationSyncSupportType：

   • 協調同步支持配置
   • 用于配置網絡協調功能
   • 包括協調集群索引、活動協調器標志和同步網絡標志

6. NmBusNmType：

   • 總線類型枚舉
   • 支持CAN、FlexRay、UDP、J1939和本地NM

6.2. 配置參數

網絡管理接口的主要配置參數包括：

1. 通用參數：

   • NmDevErrorDetect：是否啟用開發錯誤檢測
   • NmVersionInfoApi：是否支持版本信息API
   • NmMainFunctionPeriod：主函數周期時間

2. 全局參數：

   • NmCycletimeMainFunction：主函數調用周期
   • NmGlobalCoordinatorTime：全局協調時間
   • NmCoordinationSynchronizationSupport：是否支持協調同步

3. 通道參數：

   • NmChannelId：通道ID
   • NmBusType：總線類型(CAN、FlexRay、UDP、J1939或本地NM)
   • NmNodeDetectionEnabled：是否啟用節點檢測
   • NmNodeIdEnabled：是否啟用節點ID
   • NmRepeatMessageSupport：是否支持重復消息
   • NmUserDataSupport：是否支持用戶數據
   • NmComUserDataSupport：是否支持COM用戶數據
   • NmPduRxIndicationEnabled：是否啟用PDU接收指示
   • NmRemoteSleepIndEnabled：是否啟用遠程睡眠指示
   • NmBusSynchronizationEnabled：是否啟用總線同步
   • NmCoordinationSupport：是否支持協調
   • NmStateChangeIndEnabled：是否啟用狀態變化指示
   • NmCarWakeUpRxEnabled：是否啟用車輛喚醒接收

4. 協調同步參數：

   • NmCoordClusterIndex：協調集群索引
   • NmActiveCoordinator：是否為活動協調器
   • NmSynchronizingNetwork：是否為同步網絡

---

7. 總結

7.1. 網絡管理接口的優勢

AUTOSAR網絡管理接口具有以下優勢：

• 統一接口：提供統一的API，簡化上層應用開發
• 可配置性：豐富的配置選項，滿足不同應用場景需求
• 協調功能：支持多網絡協調關閉，確保系統有序進入低功耗模式
• 可擴展性：支持通過CDD擴展其他網絡管理協議
• 標準化：符合AUTOSAR標準，確保不同供應商組件的互操作性

7.2. 應用場景

網絡管理接口適用于以下應用場景：

1. 多網絡ECU：

   • 管理多個網絡接口的ECU
   • 協調多個網絡的關閉過程

2. 低功耗管理：

   • 需要精確控制網絡進入和退出低功耗模式的系統
   • 支持部分網絡喚醒功能

3. 網關應用：

   • 連接多個網絡的網關ECU
   • 協調不同網絡的狀態

4. 分布式系統：

   • 多ECU分布式系統
   • 需要協調多個ECU的網絡狀態