Autosar网络管理：Partial Networking

Partial Networking(PN)功能相对来说，稍稍复杂一点。PN功能的实现也不能单单看某个模块，因为模块间的交互信息对网络状态的切换至关重要。对于PN功能，我主要想从CanNM和ComM两个模块谈，本篇先从CanNM聊。希望能将一些概念讲透，因为在实际项目中，工具的很多配置项我们可能一知半解，在问题排查时，多少让我们摸不着头脑。因此，我想把自己解读的Autosar信息传达出来，分享一下。

提示：基于CAN总线。

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为什么要PN功能

为什么需要PN(Partial Network)功能呢？实质还是为了节能。没有PN功能时，一个网段内的所有ECU同醒同睡。有时，在一个网段内，可能只需要某些ECU正常工作即可，不相关的ECU没必要唤醒（费电）。所以，增加PN功能是节能的一个优选项。

举例：

不含PN功能的网段，所有ECU同睡同醒。某些工况下（A工况），其实只需要ECU2和ECU4保持工作状态即可，因为没有PN功能，所以该网段内的ECU1、ECU2、ECU3、ECU4、ECU5均保持唤醒，所以就费电了，如下所示：

含有PN功能的网段，同样A工况下，ECU2和ECU4保持正常工作状态，ECU1、ECU3、ECU5休眠，相对不含PN功能的网段，含PN功能的网段将更节能，如下所示：

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NM PDUs的接收处理

在嵌入式中，任何信息的交互无非就是收和发。对于PN功能的实现也不例外，节点收到网络管理报文是PN功能讨论的基础。对于CanNM模块而言，它通过注册在CanIf中的回调函数CanNm_RxIndication()获取NM PDUs信息。拿到NM PDUs信息以后，CanNM模块开始拆解信息，通过对信息的拆解决定是否将信息进一步传递给其他模块，比如：COM、ComM、NM等。

在Autosar中，PN功能的开启需要多个模块配置PN参数选项，先说CanNM模块。在CanNM模块，首先需要配置CanNmPnEnabled参数，即CanNmPnEnabled = TRUE。

（1）如果参数CanNmPnEnabled = FALSE，CanNM收到NM PDUs直接进行后续动作，即通知NM模块等，此时PN功能忽略（无效）。只要收到有效范围的网络管理报文（一般会规定网络管理报文是一个范围，比如：0x500~0x57F），网络即可唤醒；

（2）参数CanNmPnEnabled = TRUE，也不能说PN功能开始生效。此时需要进一步判断参数CanNmAllNmMessagesKeepAwake和PNI(Partial Network Information Bit)信息。PNI在NM PDUs中所处的位置如下所示：

提示：Control Bit Vector简称CBV，和Source Node Identifier（SNI）一样，一般需要在配置工具中配置，即配置CBV和SNI在PDU中的位置。

• 如果PNI = 0（即没有PN请求），也就没有PN功能的进一步处理，此时如果CanNmAllNmMessagesKeepAwake = TRUE，那么接收的任何有效网络管理报文进一步处理，即可以唤醒该节点网络；如果CanNmAllNmMessagesKeepAwake = FALSE，则该NM PDUs也不用再进一步处理了，CanNM模块直接丢弃该PDU，即该节点的网络无法唤醒。

• 如果PNI = 1（即有PN请求），CanNM模块需要过滤User Data中的PNC(Partial Network Cluster )信息，换句话说：PN请求信息包含在User Data中。一般由PNC个数决定使用多少User Data空间，比如：需要设置9个PNC，而每个PNC占用一个bit，即需要9个bit，则使用2个User Data（2 Byte）空间即可。过滤前面聊过，可以参考Autosar网络管理：CanNM PN功能。如果过滤PNC信息，发现每个bit都与该ECU不相关，且CanNmAllNmMessagesKeepAwake = FALSE，那么CanNM直接丢掉该NM PDU，如果CanNmAllNmMessagesKeepAwake = TRUE，那么当前节点网络仍然需要被唤醒。

PNC信息可占用位置如下所示（User Data部分），如果SNI不用，则User Data可以拓展到7 Byte，将CBV配置为第一个字节，如下所示：

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ERA/EIRA

开发PN功能的朋友，对ERA(External Request Array )/EIRA(External and Internal Request Array )想必并不陌生。但是能说清楚这两个参数怎么用吗？老实说，我理解得可能不是很到位，此段抛砖引玉。

对于ERA/EIRA，可以理解为PN请求的状态集，而这个状态集的信息分别存储在各自的Buffer中，简单说：可以独立配置。

ERA：可以理解为外部PN请求，比如：接收到其他ECU发送来的网络管理报文，PNI置位，PNC有效。

EIRA：可以理解为外部PN请求和内部PN请求，外部PN请求和ERA一样，内部PN请求可以理解为不同channel转发过来的PN请求，比如：某个ECU包含两个CAN节点（CAN1和CAN2），且都可以作为网关节点（实际还需要关注网关类型）。CAN1收到网络管理报文，对应的PNC关联CAN2，CAN1可以内部转发给CAN2，唤醒CAN2网络，这就是内部PN请求。

内部请求实际是通过signal走COM传递给ComM，这里简单提一下，后面我们在讨论ComM和PN的关系。可以把ERA和EIRA看作信号，通过COM层标准收发接口进行信息交互。既然依赖COM，那么CanNM此时可以看作底层模块，通过PduR_CanNmRxIndication()接口通知到PDUR，PDUR再路由给COM模块，之后ComM通过COM层信号接口获取PN请求的状态信息。

PduR_CanNmRxIndication()属于配置接口，Autosar中描述如下所示：

ComM与PN管理的关系

对于每一个PNC（partial network cluster）的通信状态，ComM模块都有独立的一套状态机进行管理。当CanNM从CanIf层拿到NM PDU以后，会将User Data部分数据独立拆解出来，通过PDUR、COM，以信号的形式最终送给ComM模块。为什么将User Data部分独立拆解出来？因为User Data部分包含着PNC信息，该信息取决于项目需求：需要多少PNC，就开辟多少User Data空间。也就是说，ComM获取的PNC信息与NM PDU中User Data 一一对应。

使能或是关闭PNC，最终的表现就是允许PNC关联的Node（或者说Channel）通信与否。我们知道应用报文（Com层对应的Pdu）的发送/关闭由BswM管控，如果ECU收到的PNC关联其对应的某个Channel，ComM模块就会进行通信请求（进行状态切换），BswM获取请求信息后，使能或者禁止Com层对应的I-PDU groups通信。

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ComM对PNC管理

前面我们说PN功能开启需要在CanNM模块打开CanNmPnEnabled参数，而在ComM模块还需要将配置参数ComMPncSupport打开。在Autosar中，规定CanNmPnEnabled和ComMPncSupport需要存储在NVM中，以便诊断服务使用，但是在实际的项目开发中，是否这样实现还是需要看具体项目需求。

ComM管理每一个PNC状态的切换，当状态切换时，均需要通过接口BswM_ComM_CurrentPncMode()通知到BswM，以便BswM对Com层的I-PDU groups进行通信的管控。

ComM在管控每个PNC状态机之前，首先要获取对应Channel的PNC信息，PNC信息通过Com层标准信号接口获取ERA signal或者EIRA signal。如果signal是多字节的，一般会在Com层配置成uint8_n类型。

Autosar里规定PNC对应的信号，最大可以包含56个PNC状态位信息，这最大56是如何来的呢？对于一个经典CAN帧，一个PDU中最多携带8 byte有效数据，在CanNM模块中，CBV字节是必须的，而NodeID是可选则，这样在CanNM层级最多可以有7 byte的User Data，因此ComM最多可以管控7*8 = 56个PNC。

虽然NodeID在CanNM是可选的，但还是要识别和过滤NM PDU，当NodeID在CanNM可选时，可以依赖xxIf层或者驱动层对NM PDU过滤和识别，驱动层负责将有效ID范围的NM PDU送给xxIf层，xxIf层通过识别ID，负责将该PDU发送给对应的上层，比如：xx_TP层，xx_NM层等。

一直在说ComM通过信号获取对应的PNC信息，这里我们再具体说一下，对ComM来说，获取的是 EIRA 或者 ERA信号，这两个信号独立。可以使用其中一个，也可以均使用，ComM通过Com_ReceiveSignal()接口获取。

ComM既然会接收信号，当然也会将PNC状态信息通过信号发送给对应的通信总线。

ComM模块可以处理EIRA 或者ERA信号的接收，但是发送只能处理EIRA信号。

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ComM PNC状态机

对于每个Partial Network，会对应一个PNC状态机，因为PNC最多可以有56个，因此ComM最多可以管理56个PNC状态机。注意：PNC和ComM层的Channel不是一个概念，ComM的Channel对应具体的物理总线数。

在ComM模块中，一个Channel可以对应一个PNC，也可以对应多个PNC。

ComM管理的PNC状态机包括两大Mode：PNC_FULL_COMMUNICATION、PNC_NO_COMMUNICATION。PNC_FULL_COMMUNICATION模式又包含三个子状态：PNC_PREPARE_SLEEP、PNC_READY_SLEEP、PNC_REQUESTED。

对上图状态行为进行解读：

PNC_NO_COMMUNICATION主状态行为

系统上电时，PNC默认状态即PNC_NO_COMMUNICATION。如果某个PNC进入PNC_NO_COMMUNICATION状态后，没有收到内部或者外部请求，则状态不跳转。

（1）EcuM或者NM模块调用ComM_EcuM_WakeUpIndication()接口,且配置参数ComMSynchronousWakeUp = TRUE，PNC的状态由PNC_NO_COMMUNICATION切换到PNC_FULL_COMMUNICATION::PNC_PREPARE_SLEEP状态。且该PNC对应的ComMPncPrepareSleepTimer（ComMPncPrepareSleepTimer > 0）启动，同时通知到BswM，PNC状态切换。

（2）EcuM模块调用ComM_EcuM_WakeUpIndication()接口,且配置参数ComM_PncWakeUpEnabled = TRUE ,PNC的状态由PNC_NO_COMMUNICATION切换到PNC_FULL_COMMUNICATION::PNC_PREPARE_SLEEP状态。且该PNC对应的ComMPncPrepareSleepTimer启动（ComMPncPrepareSleepTimer > 0），同时通知到BswM，PNC状态切换。

（3）如果PNC请求信号收到（至少一个bit在EIRA 中置位），PNC的状态由PNC_NO_COMMUNICATION切换到PNC_FULL_COMMUNICATION::PNC_READY_SLEEP 状态。

（4）如果ComMUser调用ComM_RequestComMode()接口请求 FULL_COMMUNICATION，PNC的状态由PNC_NO_COMMUNICATION切换到PNC_FULL_COMMUNICATION::PNC_REQUESTED 状态。

（5）如果PNC请求信号收到（至少一个bit在ERA 中置位），AND ComMPncGatewayEnabled = TRUE，AND ComMPncGatewayType != NONE。PNC的状态由PNC_NO_COMMUNICATION切换到PNC_FULL_COMMUNICATION::PNC_REQUESTED 状态。

PNC_FULL_COMMUNICATION主状态行为

该状态下，所有与此PNC关联的通道均进入Full Communication状态。

进入PNC_REQUESTED子状态工况：

• ComMUser对此PNC请求COMM_FULL_COMMUNICATION；

• ERA信号中的PNC置位，且此PN是同步的。

进入PNC_PREPARE_SLEEP子状态工况：

• 接收的EIRA信号PNC未置位；

• EcuM通知ComM，Passive唤醒事件发生，且是同步唤醒，且ComMPncPrepareSleepTimer > 0。

进入PNC_READY_SLEEP子状态工况：

此PN的所有ComMUser请求COMM_NO_COMMUNICATION， AND 接收到的EIRA信号PNC置位 ，AND 所有的ERA信号PN未置位，且此PN是同步的。

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PNC Gateway

使能PNC的网关功能，需要在ComM中配置参数ComMPncGatewayEnabled = TRUE。默认的网关类型是：COMM_GATEWAY_TYPE_ACTIVE。

PNC的网关类型分为：Active PNC Gateway和Passive PNC Gateway 两种。

ComM通过ERA或者EIRA与其他ECU交互PNC信息。对于ERA，仅当PNC网关功能开启，分配给多个ComM通道时可用。每个PNC在位向量中使用相同的位位置，由 PNC ID 定义。比如：定义PNC1、PNC2，这两个PNC均长度均为2 byte，其中bit0均表示关联某个ECU的指定Channel与否。

ComM负责协调网络的网关行为，即将PNC激活请求从一个通道路由到其他通道。通过发送 EIRA TX 信号完成路由。通道的路由取决于该通道的网关类型。

PNC请求在Passive通道

如果在网关类型为PASSIVE的通道上接收到ERA=1的请求，则该请求不会镜像回该通道，即该请求不会在EIRA Tx 信号中设置，并且不会路由到网关类型为PASSIVE的通道。请求仅路由到网关类型为ACTIVE 的通道。

PNC请求在active通道

如果在网关类型为 ACTIVE 的通道上通过 ERA=1接收到PN请求，则该请求会镜像回此通道，且路由到所有其他协调通道。

PNC请求在网关类型为NONE的通道

如果在网关类型为NONE的通道上通过ERA=1接收到请求，则该请求不会存储在内部ComM ERA信号中，即该PNC请求被忽略。因此，请求不会镜像回此通道，也不会路由到任何其他通道，即请求不会设置在EIRA发射信号中。

网关类型为NONE的通道忽略通过ERA信号接收的PNC请求，但它们处理通过 EIRA Rx 信号接收的PNC请求。在这种情况下，目标PNC状态不受通过 ERA 接收的PNC请求影响，但通过EIRA=1 接收的 PNC 请求而进行状态改变。