CAN-数据收发过程(数据链路层) _基于autosar架构

本文内容来自下面两篇文章的整合：

1. AUTOSAR架构的CAN通讯

2. CAN协议标准及相关内容

本文先简要描述了CAN收发通讯的整体过程。

然后，介绍了CAN协议的数据链路层结构中MAC和LLC层服务原语和数据帧格式。

最后，在了解数据链路层的服务原语和数据帧的前提下，详细描述了autosar架构中以下三者之间的通信信号传递过程：

【BSW 调度器】-【BSW模块中的communication模块】-【CAN控制器】

其中BSW- communication模块，选取了4个核心通信模块：

• communication service（autosar com 模块,PDU Router模块），
• communication hardware abstraction(CAN Interface 模块)，
• communication driver(CAN driver模块)。

↑ communication功能模块在autosar架构中的位置 

↑  核心通信模块在communicatio功能模块中的位置

目录

CAN通讯过程——收，发

CAN-数据链路层的结构

LLC子层

MAC子层

基于AUTOSAR的CAN通讯

CAN通讯——接收(Indication)

CAN通讯——发送（request，confirm）

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CAN通讯过程——收，发

CAN通讯过程包括，数据的接收、发送、错误处理等，本文主要讲CAN通讯的收发过程。

发送时，用户先请求提供者，然后提供者发送，再向用户确认；

接收时，提供者通知用户，如下图。

 

其中涉及3个服务原语：

• 请求（request），即服务用户向服务提供者发起请求服务；

• 通知（indication），即服务提供者向服务用户通知一个对其重要的服务提供者内部事件；

• 确认（confirm），即服务提供者向服务用户传达先前请求服务的结果，是成功还是失败，是完成还是未完成。

当信息经过LLC或MAC传输，即发送或者接收，同样地遵循上述的规则。

LLC和MAC是CAN数据链路层的子层。

CAN-数据链路层的结构

数据链路层在OSI模型中的位置，上接网络层，下接物理层。

数据链路层的作用是：在通信实体间建立数据链路联接，传输的基本单位为“帧”，并为网络层提供差错控制和流量控制服务。

数据链路层的结构：由MAC(介质访问控制子层)和LLC(逻辑链路控制子层)组成

LLC子层

对在同一条网络链路上的设备之间的通信进行管理。数据链路控制子层主要负责逻辑上识别不同协议类型，并对其进行封装，也就是说数据链路控制子层会接受网络协议数据、分组的数据包并且添加更多的控制信息，从而把这个分组传送到它的目标设备。

LLC数据帧

一个LLC数据帧由3个位段（bit field）组成，即id，长度和数据3段，基本对应于上篇文章的CAN协议帧的三段，其中id段稍有不同，它包含3个部分：基本id，扩展flag和扩展id，但在MAC子层会将id段处理成CAN协议帧的id段格式。

 在LLC层传输时，服务原语的使用格式为:

MAC子层

MAC层，介于LLC子层和PLS子层之间（提供上下的访问接口，解包接收数据、打包发送数据，接收、发送介质访问管理）。

MAC子层分为两条完全独立的操作部分，即发送和接收。MAC发送或接收的数据帧就是CAN协议帧。

发送部分，MAC子层要实现：数据打包和发送介质访问管理。

1. 数据打包，包括：LLC数据帧的接收；CRC序列计算；MAC数据帧的构建（即增加SOF，SRR位，IDE位，RTR位，保留位，CRC，ACK和EOF到LLC数据帧）。
2. 发送介质访问管理，包括：识别到总线空闲时发起发送；位填充；仲裁，仲裁失败转为接收模式；ACK检查等；向物理层发送一串位流（a serial bit stream）。

接收部分：MAC子层要实现：接收介质访问管理和数据解包。- 

1. 接收介质访问管理，包括：从物理层接收一串位流；删除填充的位；发送ACK等。

2. 数据解包，包括：移除数据帧的MAC特定信息；把LLC数据帧和接口控制信息给LLC子层。

MAC层的服务原语格式为：

MAC层数据帧

MAC发送或接收的数据帧就是CAN协议帧，格式为：

 

基于AUTOSAR的CAN通讯

CAN通讯——接收(Indication)

具体过程描述如下：

1. BSW调度器周期性调用CAN Driver模块的Can_MainFunction_Read函数；

2. CAN Driver模块的Can_MainFunction_Read函数将访问CanController（硬件）的寄存器，如前面文章所述的仲裁寄存器，数据寄存器和数据长度寄存器，并读取这些寄存器的数据；

3. 数据读取结束后，这时继续调用CAN Interface模块的CanIf_RxIndication函数，这样数据从CAN Driver模块传给了上一层的CAN Interface模块；

4. CAN Interface模块再调用PduR模块的PduR_RxIndication函数，将数据传到PduR模块；

5. PduR模块路由到Com模块，调用Com_RxIndication函数，将数据传到Com模块，Com模块将会把数据存入其缓存，供应用层软件读取使用。

上述第2步为什么需要读取仲裁寄存器，数据寄存器和数据长度寄存器？这是因为ISO 11898-1标准规定了LLC数据帧的格式（id，数据长度和数据3段），当然还需要根据对应的芯片手册定义来访问其他的寄存器，最终保证读取数据的有效性。

CAN通讯——发送（request，confirm）

CAN发送功能需使用请求（Request）服务和确认（Confirmation）服务，AUTOSAR架构的CAN发送功能如下图6、7所示。

 图6 CAN发送的流程图

图6描述了数据发送的具体过程，即：

1. BSW调度器周期性调用Com模块的Com_MainFunction_Tx函数，Com模块将从其缓存器中读取需发送的数据；

2. Com模块的Com_MainFunction_Tx函数将调用PduR模块的PduR_ComTransmit函数，将数据传给PduR模块；

3. PduR模块路由到CAN Interface模块，调用CanIf_Transmit函数，这样数据从PduR模块传给了下层的CAN Interface模块；

4. CAN Interface模块再调用Can Driver模块的Can_Write函数，将数据写入相应的寄存器；

5. 与CAN接收功能一样，Can_Write函数将访问仲裁，数据长度和数据寄存器，将数据写入。

图7描述了数据发送后的确认过程，即：

1. BSW调度器周期性调用CAN Driver模块的Can_MainFunction_Write函数；

2. CAN Driver模块的Can_MainFunction_Write函数将访问CanController（硬件）有关寄存器，读取有关数据供向上层确认；

3. 数据读取结束后，这时继续调用CAN Interface模块的CanIf_TxComfirmation函数，这样数据从CAN Driver模块传给了上层的CAN Interface模块；

4. CAN Interface模块再调用PduR模块的PduR_TxConfirmation函数，将数据传到PduR模块；

5. PduR模块路由到Com模块，调用Com_TxConfirmation函数，确认发送状态。

 图7 CAN发送确认的流程图