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AUTOSAR 网络管理接口(Nm)详解

AUTOSAR 网络管理接口规范与实现指南

1. 概述
- 1.1. 网络管理接口的作用
- 1.2. 网络管理接口的特点
2. 网络管理接口架构
- 2.1. 架构概览
- 2.2. 模块交互关系
3. 网络管理状态机
- 3.1. 状态定义
- 3.2. 状态转换
4. 协调算法
- 4.1. 协调关闭流程
- 4.2. 同步点机制
- 4.3. 协调关闭中断处理
5. 网络管理交互序列
- 5.1. 网络启动流程
- 5.2. 网络关闭流程
- 5.3. 协调关闭流程
6. 配置模型
- 6.1. 配置结构
- 6.2. 配置参数
7. 总结
- 7.1. 网络管理接口的优势
- 7.2. 应用场景

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1. 概述

1.1. 网络管理接口的作用

AUTOSAR网络管理接口(Nm)是AUTOSAR通信栈中的一个关键组件，它为不同总线类型的网络管理提供了统一的接口。网络管理接口的主要作用包括：

提供统一的API接口，屏蔽不同总线类型网络管理的差异
管理网络的启动和关闭过程
协调多个网络的关闭过程，确保系统有序地进入低功耗模式
支持网络唤醒功能，使系统能够从低功耗模式恢复

1.2. 网络管理接口的特点

网络管理接口具有以下特点：

通用性：支持多种总线类型，包括CAN、FlexRay、以太网等
可配置性：提供丰富的配置选项，满足不同应用场景的需求
协调功能：支持多网络协调关闭，确保系统有序进入低功耗模式
状态管理：提供完整的网络状态管理机制
可扩展性：支持通过CDD(Complex Device Driver)扩展支持其他网络管理协议

2. 网络管理接口架构

2.1. 架构概览

AUTOSAR网络管理接口位于通信管理(ComM)和总线特定网络管理模块(如CanNm、FrNm等)之间，作为一个通用接口层，提供统一的API。
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2.2. 模块交互关系

网络管理接口与其他模块的交互关系如下：

向上接口：
- 向ComM提供网络状态通知和网络管理服务
- 接收来自ComM的网络请求和释放命令
向下接口：
- 调用总线特定网络管理模块(CanNm、FrNm、UdpNm、J1939Nm等)的API
- 接收来自总线特定网络管理模块的状态通知
横向接口：
- 支持通过CDD扩展其他网络管理协议(如OSEK NM)

网络管理接口通过这种分层架构，实现了对不同总线类型网络管理的统一抽象，简化了上层应用的开发。

3. 网络管理状态机

3.1. 状态定义

网络管理接口定义了一个状态机来管理网络状态。状态机包含以下状态：
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网络管理状态机包含以下主要状态：

NM_STATE_BUS_SLEEP：
- 总线睡眠状态，网络处于低功耗模式
- 此状态下无通信活动
- 系统初始化后默认进入此状态
NM_STATE_PREPARE_BUS_SLEEP：
- 准备总线睡眠状态
- 等待进入睡眠模式的超时
- 可被网络请求或接收到的NM消息中断
NM_STATE_READY_SLEEP：
- 准备睡眠状态
- 节点已准备好进入睡眠，但等待其他节点也准备好
NM_STATE_NORMAL_OPERATION：
- 正常运行状态
- 网络完全激活，支持正常通信
NM_STATE_REPEAT_MESSAGE：
- 重复消息状态
- 节点重复发送NM消息，确保网络激活
NM_STATE_SYNCHRONIZE：
- 同步状态
- 用于网络同步过程

3.2. 状态转换

状态机的主要转换包括：

网络启动转换：
- 从NM_STATE_BUS_SLEEP到NM_STATE_REPEAT_MESSAGE：通过Nm_NetworkRequest或被动唤醒触发
- 从NM_STATE_BUS_SLEEP到NM_STATE_NORMAL_OPERATION：通过Nm_PassiveStartUp触发
网络关闭转换：
- 从NM_STATE_NORMAL_OPERATION到NM_STATE_READY_SLEEP：通过Nm_NetworkRelease且所有节点准备睡眠触发
- 从NM_STATE_READY_SLEEP到NM_STATE_PREPARE_BUS_SLEEP：当所有节点准备睡眠时触发
- 从NM_STATE_PREPARE_BUS_SLEEP到NM_STATE_BUS_SLEEP：超时后触发
中断关闭转换：
- 从NM_STATE_PREPARE_BUS_SLEEP到NM_STATE_REPEAT_MESSAGE：通过Nm_NetworkRequest或接收到NM消息触发
- 从NM_STATE_READY_SLEEP到NM_STATE_REPEAT_MESSAGE：通过Nm_NetworkRequest触发
- 从NM_STATE_READY_SLEEP到NM_STATE_NORMAL_OPERATION：接收到无睡眠指示的NM消息触发
其他转换：
- 从NM_STATE_NORMAL_OPERATION到NM_STATE_REPEAT_MESSAGE：通过Nm_RepeatMessageRequest触发
- 从NM_STATE_REPEAT_MESSAGE到NM_STATE_NORMAL_OPERATION：重复消息完成后触发
- 从NM_STATE_SYNCHRONIZE到NM_STATE_NORMAL_OPERATION：同步完成后触发

4. 协调算法

4.1. 协调关闭流程

网络管理接口提供了协调关闭功能，用于协调多个网络的关闭过程，确保系统有序地进入低功耗模式。
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协调关闭流程的主要步骤包括：

触发协调关闭：
- ComM请求网络释放，调用Nm_NetworkRelease
- Nm检查是否为协调网络
计算全局协调时间：
- 全局协调时间 = 所有协调网络中最大的关闭时间
- 确保所有网络有足够的时间完成关闭过程
同步点处理：
- 如果配置为使用同步点，等待同步网络的同步点
- 同步点通过Nm_SynchronizationPoint回调函数通知
- 如果未配置使用同步点，立即开始协调关闭
并行关闭处理：
- 启动协调关闭定时器
- 并行处理多个网络的关闭流程
- 每个网络等待全局协调时间
- 所有网络同时进入准备睡眠状态
完成关闭：
- 所有网络进入总线睡眠状态
- 系统进入低功耗模式

4.2. 同步点机制

同步点机制用于确保协调关闭过程的同步性，特别是在处理非确定性总线时。同步点的主要特点包括：

同步网络配置：
- 每个协调集群只能配置一个网络作为同步网络
- 同步网络通过NmSynchronizingNetwork参数配置
同步点通知：
- 同步网络在适当的时间点调用Nm_SynchronizationPoint回调
- 回调函数通知协调器开始协调关闭过程
同步用例：
- 同步命令：所有网络同时收到关闭命令
- 同步启动：协调关闭过程同时启动
- 同步网络睡眠：所有网络同时进入睡眠状态

4.3. 协调关闭中断处理

协调关闭过程可能会被网络唤醒中断。中断处理的主要步骤包括：

检测唤醒：
- 检查是否发生网络唤醒事件
- 唤醒事件可能来自外部唤醒或协调唤醒
中断处理：
- 如果发生唤醒，中断协调关闭流程
- 重新激活所有协调网络
- 恢复正常通信
继续关闭：
- 如果未发生唤醒，继续协调关闭流程
- 完成网络关闭过程

5. 网络管理交互序列

5.1. 网络启动流程

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网络启动流程的主要步骤包括：

启动请求：
- ComM调用Nm_NetworkRequest请求启动网络
- Nm接收请求并处理
总线特定处理：
- Nm调用相应的总线特定网络管理模块(如CanNm_NetworkRequest)
- 总线特定模块发送NM消息激活网络
状态通知：
- 总线特定模块进入重复消息状态
- 通过Nm_NetworkMode回调通知网络已激活
- Nm将通知转发给ComM(ComM_Nm_NetworkMode)

5.2. 网络关闭流程

网络关闭流程的主要步骤包括：

关闭请求：
- ComM调用Nm_NetworkRelease请求关闭网络
- Nm接收请求并处理
总线特定处理：
- Nm调用相应的总线特定网络管理模块(如CanNm_NetworkRelease)
- 总线特定模块设置睡眠指示位
- 发送带睡眠指示的NM消息
准备睡眠：
- 总线特定模块等待所有节点准备睡眠
- 通过Nm_PrepareBusSleepMode回调通知准备进入睡眠模式
- Nm将通知转发给ComM(ComM_Nm_PrepareBusSleepMode)
进入睡眠：
- 总线特定模块等待超时
- 通过Nm_BusSleepMode回调通知已进入睡眠模式
- Nm将通知转发给ComM(ComM_Nm_BusSleepMode)

5.3. 协调关闭流程

协调关闭流程的主要步骤包括：

协调关闭请求：
- ComM对多个通道调用Nm_NetworkRelease
- Nm计算全局协调时间
并行处理：
- Nm对多个通道调用总线特定的NetworkRelease函数
- 总线特定模块等待全局协调时间
同步通知：
- 所有通道同时通过回调函数通知状态变化
- 包括PrepareBusSleepMode和BusSleepMode通知
- Nm将通知转发给ComM
完成关闭：
- 所有网络同时进入总线睡眠状态
- 系统进入低功耗模式

6. 配置模型

6.1. 配置结构

网络管理接口的配置模型定义了如何配置网络管理功能。
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配置模型的主要结构包括：

Nm：
- 顶层配置容器
- 包含NmGeneral、NmGlobalConfig和多个NmChannelConfig
NmGeneralType：
- 通用配置参数
- 包括错误检测、版本信息API和主函数周期
NmGlobalConfigType：
- 全局配置参数
- 包括主函数周期时间、全局协调时间和协调同步支持
NmChannelConfigType：
- 通道配置参数
- 每个通道对应一个网络接口
- 可配置为不同的总线类型和功能
NmCoordinationSyncSupportType：
- 协调同步支持配置
- 用于配置网络协调功能
- 包括协调集群索引、活动协调器标志和同步网络标志
NmBusNmType：
- 总线类型枚举
- 支持CAN、FlexRay、UDP、J1939和本地NM

6.2. 配置参数

网络管理接口的主要配置参数包括：

通用参数：
- NmDevErrorDetect：是否启用开发错误检测
- NmVersionInfoApi：是否支持版本信息API
- NmMainFunctionPeriod：主函数周期时间
全局参数：
- NmCycletimeMainFunction：主函数调用周期
- NmGlobalCoordinatorTime：全局协调时间
- NmCoordinationSynchronizationSupport：是否支持协调同步
通道参数：
- NmChannelId：通道ID
- NmBusType：总线类型(CAN、FlexRay、UDP、J1939或本地NM)
- NmNodeDetectionEnabled：是否启用节点检测
- NmNodeIdEnabled：是否启用节点ID
- NmRepeatMessageSupport：是否支持重复消息
- NmUserDataSupport：是否支持用户数据
- NmComUserDataSupport：是否支持COM用户数据
- NmPduRxIndicationEnabled：是否启用PDU接收指示
- NmRemoteSleepIndEnabled：是否启用远程睡眠指示
- NmBusSynchronizationEnabled：是否启用总线同步
- NmCoordinationSupport：是否支持协调
- NmStateChangeIndEnabled：是否启用状态变化指示
- NmCarWakeUpRxEnabled：是否启用车辆唤醒接收
协调同步参数：
- NmCoordClusterIndex：协调集群索引
- NmActiveCoordinator：是否为活动协调器
- NmSynchronizingNetwork：是否为同步网络