AUTOSAR 网络管理接口(Nm)详解

目录

• 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

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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。

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：

1. 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

2. 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

3. 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。

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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：

网络管理状态机包含以下主要状态：

1. 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

2. 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

3. 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

4. NM_STATE_NORMAL_OPERATION：

   • 正常运行状态
   • 网络完全激活，支持正常通信

5. 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

6. 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：

1. 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

2. 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

3. 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

4. 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

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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。

协调关闭流程的主要步骤包括：

1. 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

2. 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

3. 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

4. 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

5. 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：

1. 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

2. 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

3. 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：

1. 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

2. 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

3. 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

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5. 网络管理交互序列

5.1. 网络启动流程

网络启动流程的主要步骤包括：

1. 启动请求：

   • ComM调用Nm_NetworkRequest请求启动网络
   • Nm接收请求并处理

2. 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

3. 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：

1. 关闭请求：

   • ComM调用Nm_NetworkRelease请求关闭网络
   • Nm接收请求并处理

2. 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

3. 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)

4. 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：

1. 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

2. 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

3. 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

4. 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

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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。

配置模型的主要结构包括：

1. Nm：

   • 顶层配置容器
   • 包含NmGeneral、NmGlobalConfig和多个NmChannelConfig

2. NmGeneralType：

   • 通用配置参数
   • 包括错误检测、版本信息API和主函数周期

3. 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

4. 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

5. 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

6. 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：

1. 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

2. 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

3. 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

4. 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

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7. 总结

7.1. 网络管理接口的优势

AUTOSAR网络管理接口具有以下优势：

• 统一接口：提供统一的API，简化上层应用开发
• 可配置性：丰富的配置选项，满足不同应用场景需求
• 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
• 可扩展性：支持通过CDD扩展其他网络管理协议
• 标准化：符合AUTOSAR标准，确保不同供应商组件的互操作性

7.2. 应用场景

网络管理接口适用于以下应用场景：

1. 多网络ECU：

   • 管理多个网络接口的ECU
   • 协调多个网络的关闭过程

2. 低功耗管理：

   • 需要精确控制网络进入和退出低功耗模式的系统
   • 支持部分网络唤醒功能

3. 网关应用：

   • 连接多个网络的网关ECU
   • 协调不同网络的状态

4. 分布式系统：

   • 多ECU分布式系统
   • 需要协调多个ECU的网络状态