关于Autosar中的NM模块的理解

关于Autosar中的NM模块的理解

本篇文章主要介绍AutoSar中关于NM模块的理解。

阅读本篇文章希望达到的目的：

1. NM（网络管理）是用来做什么的；

2. AutoSar中网络管理的原理；

3.项目实例介绍

1. NM（网络管理）是用来做什么的；

大家知道，不管是传统的燃油车还是新能源车，车上都有各种各样的ECU，而所有这些ECU都是需要用电的，而车上的供电单元一般是蓄电池，因此蓄电池的电量是有限的，对于新能源车来说太耗电无疑会给电池的续航里程带来巨大影响，因此为了尽可能的省电，所以就提出了网络管理，也就是说网络管理一个最重要的作用就是为了省电。

那么网络管理是如何来实现省电的呢？我们知道车上的所有ECU之间会通过CAN通信、Flexray或以太网等进行相互通信连接在一起，那么网络管理就是通过在各个ECU的网络上，发送一些命令制定一套规则，来实现各个ECU的协同睡眠和唤醒。

什么是ECU的睡眠和唤醒？为了支持睡眠和唤醒，ECU的芯片必须支持低功耗模式和正常工作模式的切换。低功耗模式（ECU睡眠）指一个ECU断电或者处于极少数的外围器件工作的模式；唤醒指的是ECU处于全工作模式。

举个例子来说，也许你看过特斯拉的车门，它的门把手是和门平齐的，只有你带着车钥匙靠近时，它的门把手才会张开，其实这就是在唤醒了车门控制器，也就是说你把车停在那里时，实际上车门控制器是在睡眠状态，耗电量极地，而你带着车钥匙靠近了，表示你要用车了，他就会通过无线感应模块来唤醒车门，这样你就可以正常打开车门了，这个时候车门控制器ECU就处于唤醒状态。

总结下：其实网络管理就是用来节约能源，有效的实现车上的ECU的协同睡眠和唤醒。

2. AutoSar中网络管理的原理；

以下，我会以用的比较多的CAN网络管理为例来进行说明，我会主要围绕其中最重要的一个状态机来进行介绍。

首先我们讲一讲，为了实现网络管理，我们要考虑些什么因素，也就是有哪些需求。

网络管理最终要实现的是车上的ECU能够协同睡眠以及唤醒，也就是说网络管理最重要的一点是要保证车上的ECU能够协同唤醒和休眠。那么假如车上的ECU都处于睡眠模式，网络上都没有报文，你咋实现唤醒呢，其实，一般不会让所有的ECU都处于睡眠模式，这个时候可能会有极少的ECU处于工作状态，比如车上的BCM。也就是说有一些ECU是通过KL15直接唤醒的，而有些是通过CAN报文唤醒。当然或许后面会升级到更加节能的模块，可以不需要钥匙信号，这些模块在睡眠状态时，耗能非常少，因此可以一直处于可唤醒状态。

为了满足这种协同唤醒和睡眠，我们下面来看看Autosar中的NM是如何实现协同的。

如图所示，状态机中有三个主状态，分别是BusSleep、PreSleep、Network三个状态；其中Network状态又分为三个子状态，分别是RepeatMsg、NormalOperate、ReadSleep。下面我来讲一下每个状态它的作用。

BusSpleep状态：这个状态就是我们所说的休眠状态，这个状态下是不发送网络管理报文也不收发应用报文，一般该状态时一个低功耗的状态，也就是我们上文提到的协同睡眠状态。当然我们上电初始化时，也会默认进入该状态。

PreSleep状态：这个状态是进入休眠状态的前一准备状态，这个状态一般不发送网络管理报文帧了，也不发送应用报文了，只是等待其他ECU一起睡眠，为啥要这个状态呢，其实就是实现‘’协同‘’两个字，也就是让等一段时间让车上所有ECU实现一起睡眠，其实这个一起睡眠还是比较重要的，比如车上某个ECU的工作与其他ECU的工作是关联的，比如VCU（整车控制器）和INV（电机控制器），有可能VCU不发报文了，会导致INV报故障，因此这种情况是要避免的。

Network状态：这个状态是允许ECU进行正常通信的，一般这个状态下即可以收发网络管理报文帧也可以收发应用报文（包括诊断报文），意思就是唤醒状态。接下来我来解释一下这个状态下里面的三个子状态的含义：

Repeat meassage：表示重复发网络管理报文的状态。首先说说这个状态下会发生什么事，一般我们进入网络（Network）状态时，首先会进入这个状态，这个状态下会快速的发送一些网络管理报文帧出来，为啥要快速发送一些网络管理报文呢？其实就是想尽快的告诉车上的其他ECU，我上线了！我要正常通信了，大家请注意啊，大家也和我一块进行整车通信啊。就是以上这个意思。

Normal Operation：在进入RepeatMsg一段一时间后，如果需要通信，就会跳到正常工作状态，正常工作状态会按照正常的周期发送网络管理报文，以及所有应用报文正常进行通信，可以说这个状态就是真正的唤醒状态。

ReadySleep：如果唤醒后，需要休眠，那么我们可能需要做一些准备工作才能允许我们的ECU进入休眠，比如这个时候有一些数据要存储、比如电机控制器检测到电机还没停下来等等情况，因此这个状态就是用来做一些休眠前的准备工作，我们可以看到，任何从唤醒到休眠的过程，都需要经过这个状态，也就是说睡眠前有些准备工作是必须要完成的。那么这个状态下，其实还是能够进行通信的，只有进入PreSleep状态，才会把相应的应用报文收发关闭，以及发送NM报文关闭。还有一点要声明的是，一般网络管理报文帧的接收不会关闭。

其实，网络管理中，各个状态的切换条件是比较重要的，有兴趣的可以看着图进行钻研一下。

3.项目实例简要介绍

以下我大概谈一下，我做的国内还算比较规范的网络管理的项目。

客户的需求是一个标准的AutoSar架构的网络管理。

在休眠状态，我们的ECU只有CAN收发器处于工作状态，也就是说能检测NM报文，当然这个是通过芯片来实现的。

我们的ECU连接上了KL15信号，那么我们的ECU支持KL15唤醒以及NM报文唤醒，也就是有效唤醒源是这两种。

下面我以NM报文唤醒为例，大概说一下唤醒的过程。

在睡眠状态，车上网络状态是没有报文的，一旦车上BCM检测到要使用网络时，就是第一时间发出网络管理报文出来，这个时候我们的ECU也会收到该网络管理报文，因此会唤醒我们的ECU，首先我们的ECU的收发器收到NM报文后，告诉芯片要唤醒了，这个时候就会给控制器供电，然后程序就会初始化，进入BusSleep状态，接着会进入RepeatMsg模式，这个时候会迅速发出第一帧NM报文，会快速发出5帧NM报文（如周期10ms），让其他节点知道我们的ECU醒来了，然后会切换到正常周期的NM报文，如50ms，当然这个时候，系统也在初始化，应用报文也会到一定周期能够正常收发。处于RepeatMsg状态一定时间后，会切换到NormalOpr模式，这个时候就会正常通信了。这个模式下NM报文是以一定周期发送的如500ms，告诉所有节点我在正常通信。其实NM报文里面是有一些信息的，比如唤醒原因，用户数据等等，这些都可以去定义。

下面讲一下NM休眠的过程：

处于NormalOpr状态下，如果ECU不需要网络了，比如KL15断开，ECU这个时候就会选择释放网络，释放网络就是从Normal状态切换到ReadySleep状态，这个时候会进行一些故障存储、下电前的装备工作，完成后，等待一定时间就会进入到PreSleep状态，这个状态将会把应用报文和TX网络管理报文也关闭，等待一定时间就会进入BusSleep状态，进入BusSleep后，会让控制器进入休眠。

NM网络管理，虽然状态机比较简单，但是其中最大的难题在于具体实施过程中一些细节的把握，同时在理解客户的需求上，需要下大力气去钻研，因为这个东西涉及到整个车上网络的一个协作。

我大概讲以上这些内容，希望路过的你不虚此行，当然有兴趣的也可以发我邮箱进行交流 [email protected]