AUTOSAR Ethernet State Manager（以下简称EthSM）规范的主要功能

AUTOSAR Ethernet State Manager（以下简称EthSM）规范的主要功能包括：

• 通信控制
  • 网络模式管理：为通信管理器（ComM）提供API，用于请求以太网网络的通信模式，如ETHSM_FULL_COMMUNICATION（全通信）、ETHSM_SILENT_COMMUNICATION（静默通信）和ETHSM_NO_COMMUNICATION（无通信）等。根据ComM的请求，EthSM执行网络模式状态机的状态转换，以控制以太网网络的活动状态。
  • 状态输出与通知
    • 当前状态获取：提供API，允许ComM轮询获取以太网网络的当前通信模式。
    • 状态变化通知：通过回调通知机制，及时向ComM报告通信模式的变化，确保上层模块能够及时了解网络状态的动态调整。
• 硬件控制
  • 以太网接口控制器管理：根据网络模式状态机的状态，控制每个以太网网络的以太网接口控制器（EthIfCtrl）的工作模式。例如，在从ETHSM_STATE_OFFLINE（离线）状态转换到ETHSM_STATE_WAIT_TRCVLINK（等待接收链路）状态时，EthSM会请求EthIfCtrl设置为ETH_MODE_ACTIVE（激活）模式，以准备接收以太网链路状态信息。
  • 外设控制：通过EthIf的API，对分配给以太网网络的以太网控制器和以太网收发器进行操作，包括设置工作模式、获取链路状态等。
• 多网络支持
  • 网络分离与处理：能够处理多个独立的以太网网络，包括物理网络和同一物理网络上的不同VLAN。每个网络通过单独的网络句柄进行识别和管理，EthSM可以独立地控制每个网络的通信模式和状态。
• 错误处理与状态报告
  • 错误分类与报告：定义了开发错误、运行时错误、瞬态故障、生产错误和扩展生产错误等错误类型，并提供相应的错误代码和报告机制。例如，当检测到以太网链路断开时，EthSM会报告ETHSM_E_LINK_DOWN生产错误，并通过与诊断事件管理器（DEM）的接口，将错误信息上报给上层进行处理。
  • 状态信息报告：EthSM会向基本软件模式管理器（BswM）报告其内部状态的变化，包括进入的子状态等信息，以便BswM进行整体的系统状态管理和决策。

以下是一个具体的例子来说明EthSM的功能和用途以及与其他相关模块的关系：

• 场景描述
  • 假设在一辆汽车中，车载网络系统使用以太网进行通信，包括发动机控制单元（ECU）、仪表盘控制单元和多媒体娱乐系统等多个电子控制单元（ECU）。
  • 这些ECU通过以太网进行数据传输，以实现车辆的各种功能，如发动机状态监测、仪表盘显示和多媒体娱乐等。
• 功能体现
  • 通信模式控制
    • 当驾驶员启动车辆时，ComM向EthSM发送请求，要求建立全通信模式，以确保所有ECU能够正常通信。EthSM接收到请求后，根据网络模式状态机的规则，将以太网网络的状态从ETHSM_NO_COMMUNICATION转换到ETHSM_FULL_COMMUNICATION。在这个过程中，EthSM会控制以太网接口控制器设置为ETH_MODE_ACTIVE模式，使以太网链路处于激活状态，并等待接收链路状态信息。
    • 当车辆处于行驶过程中，仪表盘控制单元需要进行一些紧急操作，如显示故障信息，此时ComM会向EthSM发送请求，将通信模式切换到静默通信模式，以减少网络通信量，确保紧急操作的优先级。EthSM接收到请求后，会将以太网网络的状态转换到ETHSM_STATE_WAIT_OFFLINE状态，并请求EthIfCtrl设置为ETH_MODE_ACTIVE_TX_OFFLINE模式，禁用以太网帧的传输，但仍保持接收处理功能。
  • 硬件控制与状态监测
    • 以太网收发器通过EthTrcv模块与EthSM进行交互。当以太网收发器的链路状态发生变化时，如从连接状态变为断开状态，EthTrcv会向EthSM发送EthSM_TrcvLinkStateChg通知消息，携带链路状态信息。EthSM接收到通知后，会根据当前的网络状态进行相应的处理。例如，如果当前网络处于ETHSM_STATE_WAIT_ONLINE状态，EthSM会根据链路状态的变化，决定是继续等待IP通信建立（如果链路重新激活），还是返回ETHSM_STATE_WAIT_TRCVLINK状态，重新等待链路状态稳定。
    • 同时，EthSM还会通过EthIf的API获取以太网接口控制器的状态信息，并与期望的状态进行比较。如果发现状态不匹配，EthSM会将硬件设备恢复到相应的状态，以确保网络通信的稳定性和可靠性。
  • 与其他模块协作
    • 与ComM协作：ComM作为上层的通信管理模块，负责协调各个ECU之间的通信。EthSM为ComM提供了以太网网络通信模式的控制接口，ComM通过调用EthSM的API来请求和获取以太网网络的通信状态。例如，ComM在接收到来自各个ECU的通信请求后，会根据系统的整体需求，向EthSM发送相应的通信模式请求，EthSM负责将这些请求转换为对以太网硬件的操作，并将网络状态的变化及时反馈给ComM，ComM再将这些状态信息传递给其他相关的ECU，实现整个车载网络系统的通信管理和控制。
    • 与Tcplp协作：Tcplp是AUTOSAR中的TCP/IP协议栈模块，负责处理网络数据包的传输和接收。EthSM与Tcplp通过相互调用API进行协作，以确保以太网网络与TCP/IP协议栈之间的协调工作。例如，当EthSM需要请求TCP/IP模块进行通信模式切换时，会调用Tcplp的Tcplp_RequestComModeAPI；当Tcplp的状态发生变化时，会通过EthSM_TcpIpModeIndication回调通知EthSM，EthSM根据这些状态信息来调整以太网网络的通信模式和状态。
    • 与DEM和BswM协作
      • 错误报告：当EthSM检测到错误事件，如以太网链路断开、无效的通信模式请求等，会通过与DEM的接口，将错误信息报告给DEM模块。DEM模块负责将这些错误信息进行记录和处理，可能会触发相应的错误指示灯或进行系统故障诊断。
      • 状态管理：EthSM会向BswM报告其内部状态的变化，包括网络模式的转换、状态机的进入和退出等信息。BswM根据这些状态信息进行系统整体的状态管理和决策，例如在系统出现故障时，BswM可以根据EthSM的状态信息，采取相应的恢复措施，如重新启动以太网网络、切换到备用通信模式等。

通过这个例子可以看出，EthSM在汽车以太网通信系统中起着至关重要的作用，它通过对以太网网络的通信模式和硬件状态进行管理和控制，确保了各个ECU之间的通信可靠性和稳定性，同时与其他相关模块紧密协作，实现了整个车载网络系统的高效运行。

使用C++ 源代码来说明EthSM工作原理

以下是一个使用C++ 源代码来说明EthSM工作原理的示例：

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>// 模拟以太网状态相关的枚举类型
enum class EthSMState {OFFLINE,WAIT_TRCVLINK,WAIT_ONLINE,ONLINE,ONHOLD,WAIT_OFFLINE
};// 模拟以太网网络模式
enum class ComMMode {NO_COMMUNICATION,FULL_COMMUNICATION,SILENT_COMMUNICATION
};// 模拟以太网接口控制器状态
enum class EthIfCtrlMode {DOWN,ACTIVE,ACTIVE_WITH_WAKEUP_REQUEST
};// EthSM类
class EthSM {
private:EthSMState currentState;std::vector<ComMMode> requestedModes;std::vector<EthIfCtrlMode> controllerModes;bool wakeupSleepOnDatalineEnabled;bool forwardSilentCommunicationEnabled;// 模拟向BswM报告状态的函数void reportToBswM(EthSMState newState) {std::cout << "EthSM: Entered state " << static_cast<int>(newState) << std::endl;}// 模拟与以太网接口控制器的交互函数void setEthIfCtrlMode(EthIfCtrlMode mode, int networkHandle) {std::cout << "EthSM: Set Ethernet Interface Controller " << networkHandle << " to mode " << static_cast<int>(mode) << std::endl;}// 模拟与通信管理器的交互函数void notifyComM(ComMMode mode) {std::cout << "EthSM: Notified ComM of mode change to " << static_cast<int>(mode) << std::endl;}// 根据请求模式进行状态转换void processRequest(ComMMode requestedMode, int networkHandle) {requestedModes.push_back(requestedMode);switch (currentState) {case EthSMState::OFFLINE:if (requestedMode == ComMMode::FULL_COMMUNICATION || requestedMode == ComMMode::FULL_COMMUNICATION_WITH_WAKEUP_REQUEST) {controllerModes.push_back(EthIfCtrlMode::ACTIVE);currentState = EthSMState::WAIT_TRCVLINK;reportToBswM(currentState);}break;case EthSMState::WAIT_TRCVLINK:if (requestedMode == ComMMode::NO_COMMUNICATION) {controllerModes.push_back(EthIfCtrlMode::DOWN);currentState = EthSMState::OFFLINE;reportToBswM(currentState);} else if (requestedMode == ComMMode::FULL_COMMUNICATION_WITH_WAKEUP_REQUEST && wakeupSleepOnDatalineEnabled) {controllerModes.push_back(EthIfCtrlMode::ACTIVE_WITH_WAKEUP_REQUEST);} else if (requestedMode == ComMMode::FULL_COMMUNICATION && EthIfIsLinkActive(networkHandle)) {controllerModes.push_back(EthIfCtrlMode::ACTIVE);currentState = EthSMState::WAIT_ONLINE;reportToBswM(currentState);}break;case EthSMState::WAIT_ONLINE:if (requestedMode == ComMMode::NO_COMMUNICATION) {controllerModes.push_back(EthIfCtrlMode::DOWN);currentState = EthSMState::OFFLINE;reportToBswM(currentState);} else if (requestedMode == ComMMode::FULL_COMMUNICATION_WITH_WAKEUP_REQUEST && wakeupSleepOnDatalineEnabled) {controllerModes.push_back(EthIfCtrlMode::ACTIVE_WITH_WAKEUP_REQUEST);} else if (EthTcpIpIsOnline(networkHandle)) {controllerModes.push_back(EthIfCtrlMode::ACTIVE);currentState = EthSMState::ONLINE;notifyComM(ComMMode::FULL_COMMUNICATION);reportToBswM(currentState);} else if (requestedMode == ComMMode::SILENT_COMMUNICATION && forwardSilentCommunicationEnabled) {controllerModes.push_back(EthIfCtrlMode::ACTIVE_TX_OFFLINE);currentState = EthSMState::WAIT_OFFLINE;reportToBswM(currentState);}break;case EthSMState::ONLINE:if (requestedMode == ComMMode::NO_COMMUNICATION || requestedMode == ComMMode::SILENT_COMMUNICATION) {controllerModes.push_back(EthIfCtrlMode::ACTIVE_TX_OFFLINE);currentState = EthSMState::WAIT_OFFLINE;reportToBswM(currentState);} else if (requestedMode == ComMMode::FULL_COMMUNICATION_WITH_WAKEUP_REQUEST && wakeupSleepOnDatalineEnabled) {controllerModes.push_back(EthIfCtrlMode::ACTIVE_WITH_WAKEUP_REQUEST);} else if (EthTcpIpIsOffline(networkHandle)) {controllerModes.push_back(EthIfCtrlMode::ACTIVE);currentState = EthSMState::WAIT_ONLINE;notifyComM(ComMMode::NO_COMMUNICATION);reportToBswM(currentState);}break;case EthSMState::ONHOLD:if (requestedMode == ComMMode::FULL_COMMUNICATION_WITH_WAKEUP_REQUEST && wakeupSleepOnDatalineEnabled) {controllerModes.push_back(EthIfCtrlMode::ACTIVE_WITH_WAKEUP_REQUEST);} else if (requestedMode == ComMMode::NO_COMMUNICATION) {controllerModes.push_back(EthIfCtrlMode::DOWN);currentState = EthSMState::OFFLINE;reportToBswM(currentState);}break;case EthSMState::WAIT_OFFLINE:if (requestedMode == ComMMode::NO_COMMUNICATION) {if (EthTcpIpIsOffline(networkHandle)) {currentState = EthSMState::OFFLINE;notifyComM(ComMMode::NO_COMMUNICATION);reportToBswM(currentState);}} else if (requestedMode == ComMMode::FULL_COMMUNICATION_WITH_WAKEUP_REQUEST) {controllerModes.push_back(EthIfCtrlMode::ACTIVE_WITH_WAKEUP_REQUEST);}break;}}// 模拟以太网链路是否激活的函数bool EthIfIsLinkActive(int networkHandle) {// 这里可以根据实际情况进行实现，假设返回true表示链路激活return true;}// 模拟TCP/IP是否在线的函数bool EthTcpIpIsOnline(int networkHandle) {// 这里可以根据实际情况进行实现，假设返回true表示在线return true;}// 模拟TCP/IP是否离线的函数bool EthTcpIpIsOffline(int networkHandle) {// 这里可以根据实际情况进行实现，假设返回true表示离线return false;}public:// 初始化函数void init() {currentState = EthSMState::OFFLINE;std::cout << "EthSM: Initialized to state " << static_cast<int>(currentState) << std::endl;}// 请求通信模式的函数void requestComMode(ComMMode mode, int networkHandle) {processRequest(mode, networkHandle);}// 获取当前通信模式的函数ComMMode getCurrentComMode(int networkHandle) {// 这里可以根据实际情况进行实现，返回当前的通信模式return ComMMode::FULL_COMMUNICATION;}
};int main() {EthSM ethSM;ethSM.init();// 模拟请求通信模式ethSM.requestComMode(ComMMode::FULL_COMMUNICATION, 0);ethSM.requestComMode(ComMMode::SILENT_COMMUNICATION, 0);ethSM.requestComMode(ComMMode::NO_COMMUNICATION, 0);return 0;
}

以下是对上述代码的详细解释：

• 类定义与成员变量
  • 类定义：定义了EthSM类来模拟EthSM的功能。
  • 成员变量
    • currentState：表示EthSM的当前状态。
    • requestedModes：存储ComM请求的通信模式。
    • controllerModes：存储根据请求模式设置的以太网接口控制器模式。
    • wakeupSleepOnDatalineEnabled和forwardSilentCommunicationEnabled：用于配置EthSM的一些特性。
• 函数实现
  • 主要函数
    • processRequest函数：根据ComM请求的通信模式和当前的EthSM状态，进行状态转换和控制器模式设置，并将状态变化报告给BswM。
    • requestComMode函数：调用processRequest函数来处理ComM的通信模式请求。
    • getCurrentComMode函数：模拟获取当前的通信模式，这里简单返回ComMMode::FULL_COMMUNICATION。
  • 辅助函数
    • reportToBswM函数：用于向BswM报告EthSM进入的新状态。
    • setEthIfCtrlMode函数：模拟设置以太网接口控制器的模式。
    • notifyComM函数：用于通知ComM通信模式的变化。
    • EthIfIsLinkActive、EthTcpIpIsOnline和EthTcpIpIsOffline函数：用于模拟以太网链路状态和TCP/IP在线状态的检查，这里只是简单的示例，实际应用中需要根据具体的硬件和协议进行实现。
• 主函数
  • 在main函数中，创建了EthSM对象并进行初始化，然后模拟了一些通信模式请求，并打印出相应的状态信息。

这个示例代码简单地模拟了EthSM的工作原理，实际的EthSM实现会更加复杂，需要与实际的硬件和其他模块进行交互，处理更多的错误情况和状态变化，并提供更完善的功能和接口。但通过这个示例，可以大致了解EthSM在处理以太网通信模式控制和状态管理方面的工作方式。