網絡管理
文章目錄
1 前言
1.1 爲什麼要進行網絡管理？
隨着汽車電子電動化，智能化的迅猛發展，汽車系統存在多種ECU控制單元，並且多個ECU之間是協同工作的，即必須保證它們之間能夠正常的相互通信。目前主流的通信方式是CAN，Flexray,以及新興的車載以太網。
1.2 網絡管理的定義
1.2.1 企業標準中的定義
企業標準中描述網絡管理：網絡管理（NM：Network Management）是獨立於硬件之外的，只能在CAN上使用的協議。其主要的目的是協調網絡的正常運行和總線休眠之間的轉換。除了核心功能之外，還提供檢測當前節點的服務[1]。
1.2.2 AUTOSAR標準中的定義
網絡管理部分由通信管理器（簡稱ComM），通用網絡管理器接口（簡稱NmIf），總線相關的網絡管理器（簡稱NM，包括CanNM，LinNM，FrNM），總線相關的狀管理器（簡稱SM，包括CanSM，LinSM，FrSM）四個模塊構成。
其中總線相關的網絡管理模塊的定義同企業標準！
2 網絡管理的功能
網絡管理不僅具有實現普通的業務數據傳輸的功能，並且也可以通過網絡實現對各個ECU的控制，即發出指令實現ECU之間的協同休眠和喚醒。
通常 ECU 都存在幾種工作模式如下圖1所示：
圖1 ECU工作模式
3 網絡管理的過程
網絡管理本質就是一個狀態機（STD：State Transition Diagram）的管理。總體上分爲BusSleep、PreSleep、Network三個狀態。其中Network狀態又包含三個子狀態轉化，分別是Startup、Normal Operation、Ready Sleep等[1]，具體轉化過程如下圖2所示：
圖2 網絡管理的狀態機轉換圖
網絡管理是保證汽車ECU能夠協同休眠和喚醒。但是一般不會讓所有的ECU都處於休眠狀態，此時會有極少數的處於working狀態，如BCM（車身電子系統）車門和車窗等防盜功能要一直開啓。一般ECU分爲兩種情況：主動喚醒和被動喚醒。
主動喚醒：類似硬件喚醒，某些特定的pin口（硬線信號）給低電壓就主動喚醒。例如TC277芯片EVR喚醒的引腳。此時ECU 作爲主喚醒節點，當檢測到主動喚醒源輸入信號時（如KL15，KL61等）主動喚醒自己，並通過發送NMFRAME 嘗試喚醒其他ECU。
被動喚醒：ECU 作爲從喚醒節點，自己不能主動喚醒自己，只能通過接收到其他 ECU 發來的NM FRAME來喚醒自己。理解爲：被其他控制器喚醒的ECU。
3.1 狀態釋義
3.1.1 PreSleep狀態
PreSleep狀態：此狀態是進入休眠狀態前的準備狀態，此狀態一般不發送網絡管理報文幀了，也不發送應用報文了，只是等待其他ECU一起睡眠，其實就是實現‘’協同‘’兩個字，也就是讓等一段時間讓車上所有ECU實現一起睡眠。之所以需要 ECU 協同睡眠，主要是因爲各個 ECU 處於協同工作狀態，比如VCU（整車控制器）和BMS（電池管理系統），有可能VCU不發報文了，會導致BMS報故障，如此就會出現誤報警狀態。
3.1.2 BusSleep狀態
BusSpleep狀態：這就是休眠狀態，此狀態下不發送網絡管理報文也不收發應用報文，一般該狀態處於低功耗的狀態，也就是上文提到的協同睡眠狀態。當然上電初始化時，也會默認進入該狀態[3]。
3.1.3 Network狀態
Network狀態：此狀態下 ECU 可以進行正常通信。既可以收發網絡管理報文幀也可以收發應用報文（包括診斷報文），意思就是喚醒狀態。注意此狀態下的三個子狀態都是可以進行CAN報文的正常收發的！
3.2 Network狀態的子狀態釋義
3.2.1 Startup狀態
表示開始發送網絡管理報文的狀態，可以進行CAN的通訊。由於進入網絡狀態時，爲保證所有節點都可以通訊，首先需要快速發送一些網絡管理報文，以儘快告知車上其他 ECU，保證所有ECU處於可以正常通訊的狀態。可以理解爲：通信前的準備狀態。
3.2.2 Ready Sleep狀態
從喚醒狀態進入休眠時，需要進行一些準備工作，比如有一些數據要存儲、比如電機控制器檢測到電機還沒停下來等等情況，因此此狀態就是用來做一些休眠前的準備工作，任何從喚醒到休眠的過程，都需要經過此狀態，也就是說睡眠前有些準備工作是必須要完成的。那麼此狀態下，其實還是能夠進行通信的，只有進入PreSleep狀態，纔會把相應的應用報文收發關閉，以及發送NM報文關閉。還有一點要聲明的是，一般網絡管理報文幀的接收不會關閉。（因爲進入休眠後需要處於可喚醒狀態。）可以理解爲：休眠前的準備狀態。Ready Sleep與PreSleep的區別就是：PreSleep狀態是不能進行通信，而Ready Sleep狀態是可以進行通信的！
3.2.3 Normal Operation狀態
在進入Startup狀態之後，即當所有ECU可以正常發送和接收報文時，如果需要通信，就會跳到正常工作狀態，正常工作狀態會按照正常的週期發送網絡管理報文，以及所有應用報文正常進行通信。可以理解爲：是真正的喚醒狀態，可以正常的通信。
4 網絡管理過程舉例說明
4.1 NM報文喚醒舉例
（1）第一步：主動喚醒的ECU如BCM（車身控制器）檢測到需要網絡時，此時會發送網絡管理報文。
（2）第二步：被動喚醒的ECU如TCU（自動變速箱控制單元）收到NM管理報文後，會給控制器供電，然後程序初始化，並進入BusSleep狀態（ECU上電都會默認進入此狀態，時間較短）
（3）第三步：接着TCU進入Startup狀態，發送第一幀NM報文，通知其他節點的ECU該正常工作了，然後發送正常的NM報文，這是正常的通信收發的報文
（4）第四步：在短暫進入Startup狀態之後，TCU會切換到Normal Operation狀態，此時就是該ECU可以正常通信了，正常的接收和發送CAN報文。
4.2 NM報文休眠舉例
（1）第一步：Normal Operation狀態下的ECU，不需要網絡通信了，比如鑰匙處於OFF檔，此時會關閉網絡管理報文。
（2）第二步：關閉網絡管理功能就是從Normal Operation狀態切換到Ready Sleep狀態，此時會保存下故障或者重要的數據比如SOC值，時間等，這些是爲下次啓動做準備，也是爲方便工程師做網絡診斷。
（3）第三步：第二步運行一段時間之後會進入到PreSleep狀態，此時會關閉網絡RX和TX功能。
（4）第四步：第三步運行一段時間之後，會進入BusSleep狀態，會讓控制器休眠。
5 參考資料
[1]參考網址：ComM（通信管理）和CanNm（Network Management）
[2]附件：AUTOSAR_SRS_NetworkManagement.pdf