AUTOSAR通信篇 - CAN网络通信（二：CanIf）
目录
初始化
数据发送
请求发送
发送数据流
发送缓存
发送确认
数据接收
数据接收提醒
读取接收数据
CAN控制器模式
控制器模式转换
唤醒
PDU通道模式控制
PDU通道组
PDU通道模式
总结
在上一篇，我们介绍了CAN模块，接下来我们介绍在CAN模块之上的模块Can Interface（CanIf）模块。在AUTOSAR软件架构中，CanIf也在BSW层，它处于CAN模块之上紧挨着CAN模块。CanIf是一个硬件独立层，具有到 CAN 驱动程序和 CAN 收发器驱动程序层以及 PDU 路由器、通信管理器和网络管理等上层的标准化接口。 所有需要 CAN 通信的上层都必须与负责 CAN 通信处理的 CanIf通信。 这包括消息的传输和接收以及 CAN 控制器的状态处理。下图显示了 CAN 接口在 AUTOSAR 架构中的位置。
CanIf 提供的服务可分为以下几大类：
- 初始化
- 数据发送
- 数据接收
- Can控制器模式控制
- PDU 模式控制
在介绍CanIf提供的服务之前，我们首先理解几个概念：Hardware Object Handles（HOH）、Hardware Transmit Handle(HTH) 和 Hardware Receive Handle（HRH）。
HOH是CAN Mailbox数据结构的抽象，它包括CanId、DLC和数据等CAN相关的参数。基于CAN硬件buffer抽象出来的在CanIf中被引用的硬件对象是独立于CAN硬件buffer。HOH被用做调用CanDrv的接口服务的传参，它有CanDrv的配置提供，被CanDrv用来识别CAN邮箱的通信buffer。
CanIf作为HOH的使用者，不会根据硬件特定信息对其进行解释。 因此，CanIf 保持独立于硬件
HOH分为两类：HTH和HRH
- HRH是对一个CAN控制器信箱的逻辑Hardware Receive Object的引用的handle；
- HTH是对一个CAN控制器信箱的逻辑Hardware Transmit Object的引用的handle；
一个HRH可以被配置用于接收：
- 一个CanId（FullCan）
- 一组CanIds（BasicCan）
- 一个范围/区域 CanIds（BasicCan）
- 所有CanIds
一个HTH可以被配置用于发送：
- 一个CanId
- 固定的一组CanIds
下图是一帧Can报文到硬件对象之间的映射关系
HTH需要在配置阶段静态分配到一个CanIfBufferCfg，CanIf Tx L-PDU不直接引用HTHs而是引用CanIfBufferCfg。
CanIf 存储有关为传输目的配置的可用硬件对象的信息。 函数CanIf_Transmit()将CanTxPduId映射到对应的HTH，调用函数Can_Write()。
如果全局启用总线镜像并且已通过调用 CAN 控制器的 CanIf_EnableBusMirroring() 激活，则 CanIf 应在使用 Can_Write() 在该控制器上传输之前存储每个帧的内容。帧内容只应在实际发送时提供给总线镜像模块。 因此，必须存储帧内容，以便它可以从 CanIf_TxConfirmation() 中提供给总线镜像模块。
初始化
EcuM调用CanIf的函数CanIf_Init()对整个CanIf进行初始化。 所有全局变量和数据结构都在初始化过程中被初始化，包括标志和缓冲区。 EcuM通过调用相应的初始化服务分别对CanDrvs和CanTrcvs进行初始化。 CanIf 期望 CAN 控制器在初始化过程完成后保持在 STOPPED 模式，就像在上电复位之后一样。 在这种模式下，CanIf 和 CanDrv 既不能发送也不能接收 CAN L-PDU。 如果需要在运行时重新初始化整个 CAN 模块，EcuM 应调用 CanSm 以通过调用 CAN 接口模块的 API 服务 CanIf_SetControllerMode () 来发起所需的CAN 控制器状态转换。 CanIf 将来自 CanSm 的调用映射到相应 CanDrvs 的调用。
数据发送
请求发送
CanIf 的发送请求函数 CanIf_Transmit() 是上层在 CAN 网络上发送 L-PDU 的通用接口。 上层通信层模块仅通过 CanIf 的服务发起传输，而无需直接访问 CanDrv。 如果 CanDrv 可以将 L-PDU 数据写入 CAN 硬件传输对象，则发起的传输请求成功完成。
CanIf在调用CanIf_Transmit()时执行以下行为：
- 检查CanIf的初始化状态；
- 识别CanDrv（仅当使用多个CanDrv时）
- 决定用于访问CAN硬件传输对象的HTH
- 调用CanDrv的Can_Write()函数
如果发送成功，CanIf_Transmit()返回E_OK。
发送请求时序图
发送数据流
传输请求服务 CanIf_Transmit() 是基于 L-PDU。 对 L-SDU 特定数据的访问由以下参数组织：
- Transmit L-PDU => L-SDU ID
- 引用一个数据结构，其中包含L-SDU相关数据：指向L-SDU的指针，指向MetaData的指针和L-SDU长度。
对 L-SDU 数据结构的引用在多个 CanIf 的 API 服务中用作参数，例如 CanIf_Transmit() 或回调服务
发送数据流示意图
发送缓存
在 CanIf 范围内，传输过程从调用 CanIf_Transmit() 开始，到调用上层模块的回调服务
- CAN硬件传输对象，或
- CanIf内部的发送L-PDU buffer（如果使能发送缓存）
如果使能发送缓存，如果Tx L-PDU在请求发送时被CanDrv拒绝，CanIf将会把Tx L-PDU储存在CanIf Transmit L-PDU buffer(即CanIfBufferCfg)，但每个Tx L-PDU实体只会存一次。如果没有使能发送缓存，如果发送请求被拒绝，CanIf_Transmit()函数返回发送失败；若使能了发送缓存，发送请求因CanDrv CAN_BUSY被拒绝，L-PDU被缓存在CanIf的CanIfTxBuffer，此时尽管发送行为并未执行，但CanIf_Transmit()函数返回E_OK，在这种情况下，CanIf 通过 CanIf_TxConfirmation() 回调处理 L-PDU 的未完成传输，上层不必重试传输请求。
每个Tx L-PDU通过CanIfBufferCfg配置容器引用HTHs，即使不使用发送缓存也是这样配置，只不过这种情况中CanIfBufferCfg的参数CanIfBufferSize设置为0,此时CanIfBufferCfg配置容器仅仅是一个引用HTH的媒介。
当CanIfBufferSize配置大于0时，即可缓存CanIf Tx L-PDU或发送请求。如果L-PDU的发送需要保持特殊的次序，那么上层发送报文的请求必须依赖于前一帧报文发送成功的确认。
如果Tx L-PDU已经被缓存过，那么下次该L-PDU的缓存会直接覆盖上一次缓存的内容，因此发送出去的总是最新的数据。如果所有buffer都被占用，此时CanIf_Transmit()被调用发送一帧新的L-PDU(未被缓存过)，那么该新的L-PDU或发送请求不会被缓存，CanIf_Transmit()返回E_NOT_OK。
CanIf在传输确认过程会判断CanIfTxBuffer中是否有缓存的L-PDU或发送请求，如果有则将其放入空闲的硬件传输对象。此过程是遵循优先级仲裁的，即优先级最高的先发送，CanIf对L-PDU和发送请求不做区分。当Can_Write()返回E_OK，CanIf立即将该L-PDU或发送请求从缓存清除（在发送确认返回之前）。
发送确认
如果前一个发送请求成功完成，CanDrv通过调用CanIf_TxConfirmation()通知CanIf。如果总线镜像全局使能且已调用CanIf_EnableBusMirroringSupport()对CAN控制器激活，那么在该CAN控制器上每帧经过CanIf_TxConfirmation()确认发送的报文，CanIf都应调用Mirror_ReportCanFrame()以存储报文内容和实际的CAN ID。
当CanIf_TxConformation()被调用时，CanIf需要识别被成功传输的L-PDU所连接的上层，并通过调用
上层通信层模块可以设计或配置为，用针对不同L-PDU或L-PDU组的单个或多个回调服务来处理发送确认。所有这些服务均在相应L-PDU发送请求的发送确认中由CanIf调用。Transmit L-PDU 能够发送与目标上层模块相关的不同的确认服务，此分配是在配置期间静态分配的。一个transmit L-PDU只能分配一个发送确认回调服务。
发送确认时序图（轮询模式）
数据接收
依照AUTOSAR基础软件架构，接收到的数据由上层通信栈（如：COM,CanNM,CanTp,DCM）解析,这意味着上层模块既不直接访问CanDrv的Rx缓存也不直接访问CanIf的Tx缓存。当CanIfPublicReadRxPduDataApi设为TRUE时，CanIf提供内部缓存Rx消息。当接收到一帧新L-PDU，CanDrv调用CanIf的CanIf_RxIndication()函数通知CanIf。对L-PDU数据的访问由以下参数组成：
- Hardware Receive Handle（HRH）
- Received CAN Identifier（CanId）
- Received Data Length
- Reference to Received L-PDU
Received L-PDU是独立于硬件的，位于通信系统的最底层CanDrv。HRH相当于CanDrv和使用L-PDU的上层之间的连接器。
在CanDrv调用CanIf_RxIndication()提示接收到L-PDU后，CanIf进行接收到收到报文提醒的后续处理。CanIf 无法识别 CanDrv 是使用临时缓冲还是直接硬件访问。 它期望在调用 CanIf_RxIndication() 时使用标准化的 L-PDU 数据。CAN硬件对象会被锁定直到数据拷贝到临时或上层模块buffer结束才结束。在CanIf的CanIf_RxIndication()函数返回后CAN硬件对象立即释放以避免（接收）数据丢失。属于所接收L-PDU的CanDrv、CanIf以及上层模块访问同一个临时的中间buffer，该临时中间buffer位于CAN控制器的CAN硬件对象或者位于CanDrv中的临时buffer。
报文接收数据流
数据接收提醒
函数CanIf_RxIndictaion()的参数引用了最新接收的CAN L-PDU。若函数CanIf_RxIndication()被调用，CanIf将评估接收到的CAN L-PDU并准备L-SDU用以后续上层通信模块访问。CAN L-PDU检测通过，若配置有
如果全局使能总线镜像功能，并且通过调用CanIf_EnableBusMirroringSupport()针对CAN控制器激活，那么针对该CAN控制器接收的每一帧由CanIf_RxIndication()提醒的报文，CanIf应该调用Mirror_ReportCanFrame()。当CanIf_RxIndication()被调用，CanIf对接收的L-PDU进行软件过滤，若L-PDU没通过软件过滤，CanIf结束接收；若接收的L-PDU通过CanIf的软件过滤，CanIf进行数据长度校验；若通过数据长度校验，CanIf根据配置的数据长度拷贝数据到静态接收buffer。如果接收的L-PDU配置使用了MetaData还需要将CAN ID拷贝到CAN_ID-32类型的MetaDataItem。CanIf识别所接收的L-PDU是否配置了目标上层模块（CanIfRxPduUserRxIndicationUL），若配置目标上层模块，对对该L-PDU调用上层模块提供的提醒回调（CanIfRxPduUserRxIndicationName）。
一个L-PDU只可分配一个接收提醒回调服务函数
总结起来，在调用CanIf_RxIndication()阶段，CanIf做以下工作：
- 软件滤波（仅针对BasicCAN）
- 数据长度校验
- 缓存接收到的L-PDU
- 调用上层接收提醒回调服务
以上CanIf所作的工作都依赖于配置属性，若静态配置时没有配置，则跳过相应步骤
读取接收数据
上层模块用于读取从CAN网络接收到的L-PDU数据的API CanIf_ReadRxPduData()是共用的。上层模块只通过CanIf发起接受请求，并不直接访问CanDrv，当CanIf将接收到的L-PDU写入上层模块的buffer后，接受请求成功完成。函数CanIf_ReadRxPduData()可以在不依赖接收事件(RxIndication)的情况下读出数据。如果在配置时启用(参见CanIfPublicReadRxPduDataApi)，则不一定要为L-SDU配置接收指示服务(参见CanIfRxPduUserRxIndicationUL)。如果需要，也可以启用接收指示。
通过这种方式CanIf的上层模块接收L-PDU的机制可以在配置时用参数CanIfRxPduUserRxIndicationUL和CanIfRxPduReadData根据上层模块的需求选择。
如果配置参数CanIfPublicReadRxPduDataApi设置为TRUE，CanIf应将每个接收到的L-SDU(CanIfRxPduReadData启用)存储到接收L-SDU缓冲器中。这意味着如果配置参数CanIfRxPduReadData设置为TRUE，CanIf必须为该接收L-SDU分配一个接收L-SDU buffer。调用CanIfRxIndication()后，通过软件滤波和数据长度校验CanIf应将接收到的L-SDU存放到这个接收L-SDU buffer，在调用CanIfRxReadData()时，分配的L_SDU buffer已有最近接收的L-SDU。
数据读取时序图
CAN控制器模式
CanIf提供服务，用以控制底层CAN控制器的通信模式。这意味着所有CAN控制器都由相应提供的API服务控制，以请求和读取当前控制器模式。当上层模块调用CanIf_SetControllerMode()请求时，CAN控制器状态可能会被更改，上层模块的请求，由CanIf通过CanDrv的API传递到相应CAN控制器。
对连接在一个CAN网络上的所有CAN控制器进行一致的管理是CanSm的任务。通过这种方式，CanSm负责将一个CAN网络的所有CAN控制器按照一定顺序设置为睡眠模式或唤醒它们。CanIf通过调用函数CanIf_SetControllerMode()或CanIf_ControllerBusOff()来接受每个状态转换请求。CanIf不决定CAN控制器请求的模式转换是否有效。CanIf仅通过获取当前模式和执行所请求的模式转换来与CanDrv交互。即网络相关状态机在CanSm中实现，CanIf仅存储请求的模式并执行请求的转换，根据CanSm请求的运行模式，CanIf转发请求CanDrvs。
控制器模式转换
基于切换请求，实际的切换的动作以异步的方式发生，如请求进入CAN_CS_SLEEP模式。状态成功切换到CAN_CS_SLEEP模式后，CanDrv调用函数CanIf_ControllerModeIndication()通知CanIf，CanIf调用
并非所有CAN控制器都支持Sleep和Wake-Up模式。CanDrv通过其接口提供独立于硬件的操作模式来封装这些模式，这些模式必须由CanIf管理。
唤醒
CanIf识别内部发起的CAN控制器唤醒（内部唤醒）和CAN网络唤醒请求（外部唤醒）。内部唤醒调用CanIf的函数CanIf_SetControllerMode(ControllerId,CAN_CS_STARTED)发起；外部唤醒是CanDrv或CanTrcv发给ECU集成代码的CAN控制器事件。
无论使用何种唤醒方法(直接关于CAN控制器或CAN收发器)，只要CAN控制器和CAN收发器设置为某种“监听唤醒”模式，ECU都支持通过CAN网络唤醒。这通常是一种睡眠模式，在这种模式下，通常的通信被禁用。只有这种模式才能确保CAN控制器停止运行。因此，可以使能唤醒中断。CAN网络唤醒包括两个步骤：
- 唤醒检测
- 唤醒验证
唤醒检测：如果使能CAN网络支持唤醒，通过服务CanIf_CheckWakeup(WakeupSource)检测到唤醒，就通知CanIf。在CAN总线“唤醒”事件的情况下，可能会在执行EcuM_CheckWakeup(WakeupSource)期间调用函数CanIf_CheckWakeup(WakeupSource)。当CanIf_CheckWakeup(EcuM_WakeupSourceType WakeupSource)被调用，CanIf通过函数 Can_CheckWakeup()或CanTrcv_CheckWakeup() "询问" CanDrvs / CanTrcvs具体那个CAN硬件设备引起的总线唤醒。如果Can_CheckWakeup()或CanTrcv_CheckWakeup()至少一个返回E_OK，那么CanIf_CheckWakeup()返回E_OK,若Can_CheckWakeup()或CanTrcv_CheckWakeup()均返回E_NOT_OK，那么CanIf_CheckWakeup()返回E_NOT_OK。被调用的通信服务属于配置期间定义的服务(见CanIfDispatchCfg)。通过这种方式，ECU和CanSm能够改变CAN控制器状态，并控制与总线关闭恢复或唤醒程序相关步骤的系统行为。
唤醒验证：当检测到总线唤醒事件，该唤醒事件会被直接通知到ECU状态管理器，若该唤醒事件需要验证，EcuM（或者一个CDD）将打开对应CAN控制器（CanIf_SetControllerMode()）和CAN收发器（CanIf_SetTrcvMode()）
PDU通道模式控制
PDU通道组
每个L-PDU被分配给一个专用的物理CAN通道，该通道连接到一个CAN控制器和一个CAN网络。通过这种方式，可以从处理逻辑上单个L-PDU信道组的角度来控制属于一个物理信道的所有L-PDU。这些逻辑组代表一个ECU连接到一个底层CAN网络的所有L-PDU。下图所示为通道L-PDU组以及和它相关上层和网络的示意图：
通道PDU组
一个L-PDU只能分配给一个通道组，典型的如PduR和网络管理模块负责控制PDU工作模式。
PDU通道模式
PDU通道模式切换只有在CAN控制器模式为CAN_CS_STARTED模式下才可以进行。PDU通道有四种模式：
- CANIF_OFFLINE
- CANIF_TX_OFFLINE
- CANIF_TX_OFFLINE_ACTIVE
- CANIF_ONLINE
下图所示为PDU通道模式转换图
CanIf提供接口函数CanIf_GetPduMode()可用于获取当前PDU通道模式；接口函数CanIf_SetPduMode()用于设置PDU通道模式。
CANIF_OFFLINE
当PDU通道模式为CANIF_OFFLINE时，此时通道进行通信。CanIf初始化完成时，CanIf此时就将所有通道切换到CANIF_OFFLINE状态，此外当调用CanIf_SetControllerMode(ControllerId, CAN_-
CS_SLEEP)时，CanIf将相应通道的PDU通道设为CANIF_OFFLINE模式。在CANIF_OFFLINE模式下，CanIf：
- 停止相关L-PDU的发送请求到CanDrv（CanIf_Transmit()调用返回E_NOT_OK给上层模块）；
- 清除相关的CanIf发送buffer；
- 停止调用上层模块的接收提醒；
- 停止调用上层模块的发送确认；
即在此模式下，报文收发均被禁止。
CANIF_TX_OFFLINE
当调用CanIf_SetControllerMode(ControllerId, CAN_CS_STOPPED)或CanIf_ControllerBusOff(ControllerId)时，CanIf将相应通道的PDU模式设置为CANIF_TX_OFFLINE。在CANIF_TX_OFFLINE模式下CanIf：
- 停止相关L-PDU的发送请求到CanDrv（CanIf_Transmit()调用返回E_NOT_OK给上层模块）；
- 清除相关的CanIf发送buffer；
- 停止调用上层模块的发送确认；
- 使能调用上层模块的接收提醒；
即在此模式下，可以进行报文接收，不可以进行报文发送。已经在CAN发送硬件对象中等待发送的发送L-PDU将在模式更改为CANIF_TX_OFFLINE或CANIF_OFFLINE模式后立即发送。
CANIF_OFFLINE_ACTIVE
如果CanIfTxOfflineActiveSupport = TRUE，则CanIf通过CANIF_TX_OFFLINE_ACTIVE模式提供成功传输的模拟。该模式通过调用CanIf_SetPduMode(控制器Id，CANIF_TX_OFFLINE_ACTIVE)使能，仅影响传输路径。对于分配给处于CANIF_TX_OFFLINE_ACTIVE模式的通道的每个L-PDU，CANIF应立即调用上层模块的发送确认回调服务，而不是在调用CanIf_Transmit()期间缓存或转发L-PDU至CanDrv。
该功能对于实现特殊操作模式(诊断被动模式)以避免总线阻塞而不影响通知机制是有用的。这种模式通常用于诊断用途。
CANIF_ONLINE
在CANIF_TX_OFFLINE模式下CanIf：
- 使能转发相关L-PDU的CanIf_Transmit()发送请求到CanDrv；
- 使能调用上层模块的接收提醒；
- 使能调用上层模块的发送确认；
即在此模式下，报文收发功能正常运行。
总结
CanIf的主要功能就是隔离底层硬件（驱动）区别，为上层提供统一的调用接口。其角色定位于"上传下达"的中转站。另外CanIf根据需求可配置的报文缓存。熟悉CanIf提供的常用API及其功能，即可满足日常工作中遇到问题分析的需求。