【AutoSar_PN网络管理】功能和配置方案总结（1）

1. 简介和功能概述

PN即Partial Networking，意指部分网络或局部网络。PN的核心思想是在AUTOSAR中实施高效的能源管理，其目标是提供一种节能机制。PN允许在不需要那么多ECU工作的时候，关闭一批ECU的网络通信。其他ECU可以继续在同一总线通道（比如动力CAN）上通信。如下图，在网络中可以将ECU分成若干个小组（包含的ECU处于相同或不同的通道上），每个ECU组成一个PNC（Partial Network Cluster），也就是部分网络集群，PNC小组成员的特点是，同睡同醒。
值得一提的是，每个PNC都有独立的PNC状态机，换句话说，同一个网段上可能存在多个PNC状态机。

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2. PNC信息传递的载体

CAN上的网络管理帧有8个字节，通常我们会占用Byte0作为NID（可在CanNM中配置），如NM报文的CanId是0x518,则NIDy应配为0x18。byte1则作为CBV位，其他的bytes称为User data，作为PNC的区域，从byte2~byte7对应PNC16-PNC63。以PNC16举例，如果这个位的值是1，就是PNC生效,部分网络唤醒，反之为0则PNC失效，部分网络休眠。


NM PDU 的字节1 被分配用于发送控制比特向量。其中：

• bit0：重复消息状态请求标志（Repeat Message Request Bit）
  0：不请求重复消息状态
  1：请求重复消息状态
• bit1：PN关闭请求位（PNSR）
  0：NM报文不包含同步PN关闭请求
  1：NM报文包含同步PN关闭请求
• bit3：网络管理统筹睡眠标志 （NM Coordinator Sleep Bit）
  0：主统筹节点不要求开始同步关闭
  1：主统筹节点要求开始同步关闭
• bit4：激活唤醒标志（Active Wakeup Bit）
  0：节点不唤醒网络（被动唤醒）
  1：节点唤醒网络（主动唤醒）
• bit5:PN学习位（PNL）
  0：PNC学习未被请求
  1：PNC学习被请求
• bit6：部分网络标志（Partial Network Information Bit）
  0：网络管理报文不包含部分网络管理请求信息
  1：网络管理报文包含部分网络管理请求信息

3. 相关模块

PNC信息的交互及作用到的模块包括：CanTrcv、CanIf、CanNM、CanSM、PduR、COM、BswM、ComM、RTE、SWC、EcuM等，如下所示

4. PNC信息传递

PNC Gateway原则适用于网关节点ECU，对于网关ECU，包含多个物理通道，当PNC跨网段时，则需要将PNC信息路由到目标网段，进而实现不同网段PNC的管理。如下图, ECU7、ECU8都属于CAN 3 ，故PNC17只需在CAN3上即可。而PNC 16关联ECU3和ECU6，ECU3属于CAN 2 BUS，ECU6属于CAN 3 BUS，所以，PNC16信息需要在CAN 2 BUS和CAN 3 BUS之间路由，以便于管理PNC 16的网络状态。

那么，PNC16和PNC17的信息通过什么方式传递呢？EIRA和ERA信号。对于PNC17,其信息只需在同一个网段上传递EIRA信号即可。而PNC16则需要网关路由到其他网段。

此处重点说一下，PNC路由的原则。在Autosar规范中，如果使用PNC Gateway功能，需要使能配置参数ComMPncGatewayEnabled = TRUE。至于通道上能否收到其他通道的ERA信号取决于ComMPncGatewayType
：COMM_GATEWAY_TYPE_ACTIVE或者COMM_GATEWAY_TYPE_PASSIVE。那么这两者有什么区别呢？

假设：某ECU有4个节点，1个Flexray，3个Can。Flexray1和CAN3配置成COMM_GATEWAY_TYPE_PASSIVE；CAN1和CAN2配置成COMM_GATEWAY_TYPE_ACTIVE。Flexray1、CAN1、CAN2、CAN3均关联PNC16。
例1：COMM_GATEWAY_TYPE_PASSIVE节点收到PNC16 = 1，只有通道PncGatewayType配置为COMM_GATEWAY_TYPE_ACTIVE才能转发PNC16，而COMM_GATEWAY_TYPE_PASSIVE的通道不会转发PNC信息。

5. PNC信息的接收和发送

5.1 PNC信息的接收

5.1.1 PNC信息的接收流程

PNC信息包含于User data中，上图以EIRA信号为例，说明NM报文如何传递到ComM。下图以CAN总线为例，分析一下ERA、EIRA信号如何将PNC信息从CanIf传递给ComM:

1. CanIf : 当某个CAN节点由CAN总线接收到NM Msg以后，经由CanIf过滤CanId之后通过CanNm_RxIndication传递给CanNM。
2. CanNM : 首先，检查CBV中的PNI bit，如PNI为1才能向上传递User Data。然后，由于PN功能的使能，且配置参数CanNmPnEraCalcEnabled = TRUE，CanNmPnEiraCalcEnabled = TRUE。CanNM模块将NM PDU中NID和CBV字节去除，并将User Data（包含PNC信息部分）映射到两种PDU：ERA PDU、EIRA PDU（在这个过程中，CanIf2CanNM_PDU为8 bytes，EIRA_CanNm2PduR_PDU 6bytes，ERA_CanNm2PduR_PDU 6bytes）；
   注：网关ECU多条通道共用一个Rx_EIRA，每条通道需配置一个Rx_ERA。终端ECU只需要配置一个Rx_EIRA。
   3.PduR : CanNM通过PduR中配置的路由路径（配置为Trigger发送）将ERA PDU、EIRA PDU路由给COM模块（其间调用了PduR_CanNMIndication, Com_RxIndication）；
   4.com : COM模块将接收到的ERA PDU，EIRA PDU进一步拆分成ERA Signal、EIRA Signal。在ERA Signal、EIRA Signal发生改变后，Com会调用ComM_COMCbk_去告知ComM在下一个轮询中去处理PN状态。
   5.ComM : 此时，ComM可以通过COM的标准接口Com_ReceiveSignal获取ERA、EIRA 信号中的PNC信息。

5.1.2 PNC #n值复位

当收到外部或者内部PNC #n请求时，ERA_Rx_Signal、EIRA_Rx_Signal的PNC #n =1，PnResetTimer重置（eg：2.95s），如果外部或者内部不再请求PNC #n，当ERA Timer和EIRA PnResetTimer超时，将CanNM存储的PNC #n复位（=0），并通知COM更新ERA_Rx_Signal、EIRA_Rx_Signal的PNC #n（ = 0）。
注：每个通道中ERA都有独立的PnResetTimer，而EIRA信号则共用一个PnResetTimer。
PnResetTimer具体配置说明请见[^参考资料4]

5.2 PNC信息的发送

每个通道的PNC信息的发送流程如下：

• Step1：ComM根据每个PNC的局部网络状态，调用Com_SendSignal()置位/复位COM Tx_EIRA_PDU中的PNC #n Bit；
• Step2：每当CanNM的CANNM_MSG_CYCLE_TIME到期以后（eg：1s），CanNM触发NM Msg的发送请求（Trigger），此时CanNM的User Data部分信息为空（Empty），向PduR请求User Data, 而PduR则会向下路由Com中的Tx_EIRA_PDU至CanNM；
• Step3：CanNM将从上层拿到的User Data和 CanNM Header（NID+CBV）组装成NM PDU，调用CanIf_Transmit()发送接口完成NM PDU的发送。如下图所示：
  

6. 配置说明

6.1 BswM

PNC的状态每次变化除了进入COMM_PNC_NO_COMMUNICATION，会通过BswM_ComM_CurrentPncMode()告知BswM，
故可以根据PNC的状态进行仲裁：

• PNC状态关联某些PDU Group的关闭、打开；
• PNC状态关联是否能够通过唤醒源验证；
• PNC状态关联电源下电

具体的配置方案可根据需求进行设计。

6.2 其他模块配置说明

设计配置项太多了，就不一一赘述了，下表仅供参考，可以翻一下规范。

Module	终端ECU配置内容	网关ECU配置内容
BswM	（按需求和设计方案进行配置）	（按需求和设计方案进行配置）
ComM	ComMPncSupport = TRUE ComMPncNmRequest = TRUE ComMPncComSignal(EIRA_Rx) ComMPncComSignal(EIRA_Tx) ComMPncComSignalRef(引用Com中的信号) ComMPncId（PNC#n）	ComMPncSupport = TRUE ComMPncNmRequest = TRUE ComMPncComSignal(EIRA_Rx) ComMPncComSignal(EIRA_Tx) ComMPncComSignalRef(引用Com中的信号) ComMPncId（PNC#n ComMPncGatewayEnabled = TRUE ComMPncGatewayType = ACTIVE/PASSIVE (由通道是否需要PNC转发决定)
NM	NMComUserDataSupport = TRUE	NMComUserDataSupport = TRUE
Com	PduGroup_EIRA_Rx PduGroup_EIRA_Tx ComPdu_EIRA_Rx ComPdu_EIRA_Tx ComSignal_EIRA_Rx ComSignal_EIRA_Tx	PduGroup_EIRA/ERA_Rx PduGroup_EIRA_Tx ComPdu_EIRA_Rx(仅有一个EIRA Pdu) ComPdu_ERA_Rx(每条通道都有一个Pdu) ComPdu_EIRA_Tx(每条通道都有一个Pdu) ComSignal_EIRA_Rx*1 ComSignal_ERA_Rx*n ComSignal_EIRA_Tx*n
PduR	PduR_Routing_Path:Rx_EIRA PduR_Routing_Path:Tx_EIRA	PduR_Routing_Path:Rx_EIRA(所有通道仅需一条path) PduR_Routing_Path:Rx_ERA(每条通道仅需一条path) PduR_Routing_Path:Tx_EIRA(每个通道都要Tx_EIRA path)
EcuC	NM_Rx_PDU(8bytes) Rx_EIRA_CanNM2PduR_PDU(6bytes) Rx_EIRA_PduR2Com_PDU(6bytes) Tx_EIRA_Com2PduR_PDU(6bytes) Tx_EIRA_PduR2CanNM_PDU(6bytes) NM_Tx_PDU(8bytes)	NM_Rx_PDU(每个通道都需配置) Rx_EIRA_CanNM2PduR_PDU （所有通道Rx_PDU聚合成一个EIRA Rx PDU,故只需配置一个） Rx_EIRA_PduR2Com_PDU （所有通道Rx_PDU聚合成一个EIRA Rx PDU,故只需配置一个） Rx_ERA_CanNM2PduR_PDU Rx_ERA_PduR2Com_PDU Tx_EIRA_Com2PduR_PDU(每个通道都需配置) Tx_EIRA_PduR2CanNM_PDU(每个通道都需配置) NM_Tx_PDU(每个通道都需配置)
CanNm	CanNmPnEnabled = TRUE CanNmComUserDataSupport = TRUE CanNmActiveWakeupBitEnabled = TRUE CanNmNodeDetectionEnabled = TRUE CanNmNodeIdEnabled = TRUE CanNmPnEiraCalcEnabled = TRUE CanNmPnInfo:配置PN信息（过滤与ECU相关的NM PDUs） CanNmPnResetTime(CanNmMsgCycleTime＜CanNmPnResetTime＜CanNmTimeoutTime) CanNmPnEiraRxNSduRef (引用EIRA PDU_CanNM2PduR, 所有通道聚合为一个Rx EIRA) CanNmTxUserDataPduRef(每个通道上的Tx EIRA PDU)	CanNmPnEnabled = TRUE CanNmComUserDataSupport = TRUE CanNmActiveWakeupBitEnabled = TRUE CanNmNodeDetectionEnabled = TRUE CanNmNodeIdEnabled = TRUE CanNmPnEiraCalcEnabled = TRUE CanNmPnInfo:配置PN信息（过滤与ECU相关的NM PDUs） CanNmPnResetTime(CanNmMsgCycleTime＜CanNmPnResetTime＜CanNmTimeoutTime) CanNmPnEiraRxNSduRef (引用EIRA PDU_CanNM2PduR, 所有通道聚合为一个Rx EIRA) CanNmTxUserDataPduRef(每个通道上的Tx EIRA PDU) CanNmAllNmMessagesKeepAwake = TRUE CanNmPnEraCalcEnabled = TRUE CanNmPnEraRxNSduRef（每个通道都要上报ERA，故每个通道都须配置Rx ERA PDU）
canIf	CanIfTxPduTriggerTransmit = FALSE(与CanNmComUserDataSupport = TRUE相关)	CanIfTxPduTriggerTransmit = FALSE(与CanNmComUserDataSupport = TRUE相关)
EcuM	EcuMComMPncRef	EcuMComMPncRef

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最后的最后，希望以后有时间更新一下使用PN的网络管理和电源管理方案~~~

7. 参考资料

1.Autosar网络管理：Partial Network基础 之 ERA/EIRA、PNC Gateway
2.AUTOSAR PNC数据流分析
3.Autosar PN网络管理：PNC信息的收/发流程
4.Autosar网络管理：CanNmPnResetTime对关联Tx PDU的发送影响
5.AUTOSAR_SWS_CANNetworkManagement (R20-11)
6.AUTOSAR_EXP_LayeredSoftwareArchitecture(R20-11)
7.AUTOSAR_SWS_COMManager(R20-11)