AUTOSAR CAN通信全过程

1、CAN通信概略图和基本概念介绍

应用层APPL、RTE（实时运行环境 Runtime Environment）

交互层：
IPDU multiplexer：协议数据单元复用模块
COM：COMMUNICATION 通信模块
DCM: 诊断通信管理模块（Diagnostic Communication Manager）
PDUR:Protocol Data Unit Router 协议数据单元（PDU）路由器

网络层：
CAN TP: CAN Transport Layer CAN传输层
CAN TP提供的服务包括：传输方向的数据分割、接收方向的数据重组、 数据流控制、检测分割会话中的错误、传输取消、接收取消
J1939 TP：基于J1939协议的CAN TP，J1939Tp模块实现了SAEJ1939标准中的两种数据传输方式BAM和CMDT

数据链路层：
CAN Interface：CAN 接口层（CanIf）是访问CAN总线的标准接口

物理层：
CAN Driver： CAN 驱动，可以实现对CAN控制器的初始化、发送/接收CAN报文、对接收报文的指示与对发送报文的确认、唤醒检测、溢出和错误处理等功能。
CAN Controller： CAN控制器；
CAN Transceiver Driver: CAN收发器驱动程序抽象了CAN收发器硬件。它为较高层提供了一个独立于硬件的接口。它利用MCAL层的api从ECU布局中抽象出来，访问CAN收发硬件

硬件部分：
CANTransceiver：CAN收发器，是一种硬件设备，可将CAN总线上使用的信号电平调整为微控制器识别的逻辑（数字）信号电平。此外，收发器还能够检测电气故障，例如布线问题，接地偏移或长主导信号的传输。根据与微控制器的接口，它们会标记由单个端口引脚汇总的检测到的错误或由SPI非常详细地标记出来
CAN High： CAN总线高电平；
CAN Low： CAN总线低电平；
CAN network：AUTOSAR CAN网络管理是一个独立于硬件的协议，只能在CAN上使用。其主要目的是协调网络从正常运行到总线休眠模式的过渡。

传输数据类型：
signals：信号
PDU：Protocol Data Unit 协议数据单元，PDU 由 SDU 和 PCI 组成
信号分配装置（Signal Distribution Unit） 外部控制器接口（Peripheral Component Interconnect）
I-PDU：Interaction Layer PDU，由 data、length、I-PDU ID 组成。
N-PDU：Network Layer PDU，或 I-PDU Segment，由传输协议模块使用，对 I-PDU 进行分段
L-PDU：Data Link Layer PDU，或 Large PDU，一个或多个 I-PDU 被打包成 L-PDU，L-PDU
是基于总线的，例如 CAN 总线的 L-PDU 就是 CAN 帧；
Message：报文

2、通信模块介绍

首先，从AUTOSAR架构上来说，一个完整的CAN通信的过程涉及到了包括硬件、AUTOSAR中间件和上层应用层软件；在硬件部分来说，涉及到的是CAN 总线和CAN的收发器；软件部分的话，涉及到的概念是MCAL（微控制器抽象层）、BSW（基础软件层）、RTE（实时运行环境）、APPL（应用层）等；
其中MCAL部分用到了通信驱动模块，而BSW部分使用到了通信服务模块和通信硬件抽象模块

3、CAN通信从软件到硬件过程详解

自上到下，数据的传递过程是:
应用层–>RTE–>COM–>PDUR–>CAN TP–>CAN Interface–>CAN Driver–>CAN Controller–>CAN Transceiver–>CAN BUS Line

①Com模块获取应用层的信号（Signal），经一定处理封装为IPDU（Interaction Layer Protocol Data Unit）发送到PduR模块；

②PduR根据路由协议中所指定的I-PDU目标接收模块，将接收到的I-PDU经一定处理后发送给CanIf；PduR也可以将部分I-PDU发送给CAN TP模块，处理之后再发送给CANIf；

③CanIf将信号以L-PDU（Data Link Layer Protocol Data Unit）的形式发送给CAN驱动模块；

④CAN 驱动模块将Message 报文发送给CAN controller；

⑤CAN controller 与外部硬件的CAN transceiver（CAN收发器)进行CAN 报文的收发；

⑥外部硬件CAN收发器–CAN Transceiver Hardware主要工作内容为：接收CAN bus上的网络信息（通常叫做CAN Frame）相关的信号并将其转化为逻辑信号转发给CAN Controller,接收从CAN Controller传输过来的逻辑电平信息并将其转化为信号电平传从到CAN bus上。CAN Transceiver有两条线，一条连CAN总线的高电平，一条低电平；

解释：CAN接口模块（Can If）位于底层CAN驱动（Can Drv）、CAN收发器（Can Trcv）和上层通信服务层（CanSm、CanNm）、CAN传输协议（CanTp/Transport Layer）、PDU路由器（PduR）
CAN状态管理器（CAN State Manager，CanSM） Can网络管理（CAN Network Manager，CanNM）

4、CAN Transceiver

CAN transceiver部分通过拉脚，部分通过SPI来控制CAN收发器；
简单的判断方法是：脚多的使用SPI控制，传输模式命令。脚少的使用一根线来控制模式；
CAN transceiver driver 可以走SPI发送控制数据，但一般还是用CAN控制器和CAN收发器来通信的，不要搞不清主次！；如果芯片支持，SPI可以配置成DMA模式，使用DMA来搬运数据；
收发器和控制器可以一对多，具体的情况有待研究；

Can Transceiver Hardware主要功能

 CAN收发器(CAN Transceiver Hardware)是一种硬件设备，可将CAN总线上使用的信号电平调整为微控制器识别的逻辑（数字）信号电平。此外，收发器还能够检测电气故障，例如布线问题，接地偏移或长主导信号的传输。根据与微控制器的接口，它们会标记由单个端口引脚汇总的检测到的错误或由SPI非常详细地标记出来。

在汽车环境中，主要使用三种不同的CAN总线物理方法。它们是用于高速CAN（最高1Mbits / s）的ISO11898，用于低速CAN（最高125Kbits / s）的ISO11519和用于单线CAN的SAE J2411(AUTOSAR不支持此方法)。

  CAN Transceiver Hardware在汽车环境中连接在控制器区域网络（Controller Area Network,简称CAN bus）上。控制器区域网络（Controller Area Network,简称CAN bus）特点是允许网络上的多个微控制器或设备直接互相通讯，网络上不需要主机(Host)控制通信，并且提供高安全等级及有效率的即时控制。更具备了侦错和优先权判别的机制，网络信息的传输变的更为可靠而有效率。

  CAN Transceiver Hardware主要工作内容为，接收CAN bus上的网络信息（通常叫做CAN Frame）相关的信号电平并将其转化为逻辑信息电平转发给CAN Controller,接收从CAN Controller传输过来的逻辑电平信息并将其转化为信号电平传从到CAN bus上。

CAN 网络拓扑如图

汽车环境中连接在控制器区域网络（Controller Area Network,简称CAN bus）上的CAN Transceiver Hardware拥有以下三种Mode（模式）：

  NORMAL MODE：完整的CAN bus总线通信。 CAN Transceiver Hardware处于可接收，传送CAN bus上的网络信息状态。

  STANDBY MODE：无法进行通讯。CAN Transceiver Hardware处于无法接收传送CAN bus上的网络信息状态。是NORMAL MODE过渡到SLEEP MODE的中间模式。可通过CAN bus总线唤醒网络信息（通常称为Wakeup Event）或本地本地唤醒事件唤醒，将模式转换到NORMAL MODE。

  SLEEP MODE：无法进行通讯。CAN Transceiver Hardware处于无法接收传送CAN bus上的网络信息状态，与STANDBY MODE相比电源损耗更低。可通过CAN bus总线唤醒网络信息（通常称为Wakeup Event）或本地本地唤醒事件唤醒，将模式转换到NORMAL MODE。

  CAN transceiver Hardware唤醒类型分为以下三种：

  Scenario 1：

●MCU未上电。

●包括CAN收发器硬件在内的ECU部件均已通电。

●所考虑的CAN收发器处于休眠模式。

●CAN收发器硬件检测到CAN总线上的唤醒事件。

●CAN收发器硬件导致MCU上电。

   Scenario2：

●MCU处于低功耗模式。

●包括CAN收发器硬件在内的ECU部件均已通电。

●所考虑的CAN收发器处于待机模式。

●CAN收发器硬件检测到CAN总线上的唤醒事件。

●CAN收发器硬件引发SW中断以进行唤醒。

   Scenario3：

●MCU处于全功率模式。

●ECU的至少一部分，包括CAN收发器硬件，都已通电。

●所考虑的CAN收发器处于待机模式。

●CAN唤醒事件由CAN收发器硬件检测到。

●CAN收发器硬件会引发SW中断以进行唤醒，或者会定期轮询以了解唤醒事件。

Can Trcv主要功能

   CAN Trcv属于，AUTOSAR架构图中的ECU Abstraction Layer(ECU抽象层)子模块组的Communication Hardware Abstraction（通信硬件抽象）。

   ECU Abstraction Layer(ECU抽象层)所在位置如下：

CAN Trcv模块主要用于接收/传送CAN Transceiver Hardware逻辑（数字）信号电平，根据ECU以及CAN 网络信息的需要变更CAN Transceiver Hardware模式。

   CAN Trcv模块必须为配置的每个收发器单独实现以下所示的相位图。

从“正常”切换到“睡眠”时，通常称为“进入睡眠”的模式是一种临时模式。 驱动程序将这种临时模式封装在CAN收发器驱动程序软件状态之一内。 此外，CAN收发器驱动程序首先从“正常”切换到“待机”，然后再从“待机”切换到“睡眠”。