【技术进阶】|一文掌握Autosar ComStack的精髓！

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#Autosar #汽车 #通信

于 2024-12-05 10:52:25 首次发布

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往期推荐

Autosar ComStack概述

区分I-PDU, N-PDU和 L-PDU

SDU 与 PCI

常见的AUTOSAR通信协议

AUTOSAR架构中的CAN通信栈

AUTOSAR Com Stack各模块的角色

Com模块：“将信号打包成PDU”

PduR模块：“将PDU路由到不同的通信协议”

 CanTp模块：“执行大PDU的分段”

CAN TP模块提供的基本服务包括对负载超过8字节的消息进行分段，流控制下的消息传输，以及在接收端重新组装分段消息。

 CanIf模块：“将PDU映射到对应的CAN ID”

CAN接口（CANIF）是ECU抽象层中的一个模块，负责传输请求、传输确认、接收指示、控制器模式控制和PDU模式控制等服务。

 Can模块：“访问微控制器寄存器以在物理总线上发送实际的CAN帧”

该模块是MCAL层的一部分，为上层服务提供硬件访问，并为上层提供与硬件无关的接口。CANIF是唯一可以访问CAN驱动程序的模块。

AUTOSAR通信组件的常见使用场景

AUTOSAR通信（COM）模块在汽车软件开发中发挥着几个重要作用：

AUTOSAR COM信号

交互层--PDU接收

AUTOSAR COM信号组

COM中信号组传输的简化模型

COM中信号组接收的简化模型

PDU组（协议数据单元）

 信号网关

 Large Data Type

通信管理关键模块和通信状态

 ComM（通信管理器）

ComM 在system stack中的主要功能概览:

 ComM_RequestComMode:

 PDU 路由器模块

PDU 从应用层通过 AUTOSAR 通信栈层的简化示例：

 CanSM (控制器局域网状态管理器)

BSWM (基本软件模式管理模块)

EcuM (ECU 管理模块)

通信模式

完全通信（Full Communication）

静默通信（Silent Communication）

 无通信（No Communication）

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Autosar ComStack概述

在AUTOSAR的分层架构中，通信栈（ComStack）促进了车载网络通信。因此，ComStack可以定义为一个为基础软件模块和应用层/应用软件提供通信服务的软件栈。

 一个典型的AUTOSAR通信栈的模块分布在基础软件层的三个子层中：

  • 服务层
  •  ECU抽象层
  • 微控制器抽象层 (MCAL)

在AUTOSAR中，通信栈是一组模块，如：

  • COM模块（服务层）
  • PDU路由器模块（服务层）
  • 特定总线接口模块（ECU抽象层），如CanIf、LinIf、FrIf等
  • 外部总线驱动程序（ECU抽象层）
  • 内部总线驱动程序（MCAL层）

图片​

ECU通过不同的网络（如CAN、LIN、FlexRay等）发送消息，这些消息被称为PDU（协议数据单元）。

图片​

应用程序发送或接收的数据项被映射为signals。

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区分I-PDU, N-PDU和 L-PDU

在各层之间传输PDU时，PDU会根据所在的层被赋予相应的名称。PDU的名称包括I-PDU（交互层PDU）、N-PDU（网络层PDU）和L-PDU（数据链路层PDU）。

  • 当PDU位于通信硬件抽象层之上时，称其为I-PDU。

  • 当PDU位于PDUR以下且通信驱动程序层之上时，称其为N-PDU。

  • 当PDU位于通信硬件抽象层之下时，称其为L-PDU。

SDU 与 PCI

SDU是服务数据单元（Service Data Unit）的缩写，PCI是协议控制信息（Protocol Control Information）。

SDU代表要传输的数据。在传输过程中，SDU与PCI一起从上层移动到下层。在接收时，SDU从下层提取并转发到上层。PCI包含有关SDU下一个目的地的重要信息，主要包括SDU的源和目的地的详细信息，指示PDU（协议数据单元）应传递到的下一个层级。

简单来说，PDU在上层和下层之间传输，包含SDU和PCI。

图片​

常见的AUTOSAR通信协议

CAN（Controller Area Network）是一种广泛使用的汽车通信协议，以其高速和可靠性著称。它通常用于安全关键的应用，如刹车和转向控制。

FlexRay是一种高速汽车通信协议，以其确定性和鲁棒性而闻名。它通常用于需要高带宽和保证消息传递的应用，如动力总成和底盘控制。

LIN（Local Interconnect Network）是一种低成本的汽车通信协议，通常用于不需要高带宽的应用，如气候控制系统和信息娱乐系统的控制。

MOST（Media Oriented Systems Transport）是一种高速汽车通信协议，通常用于音频和视频应用。

Ethernet（以太网）是一种广泛使用的网络技术，在汽车应用中越来越受欢迎。它通常用于需要高带宽和与外部网络连接的应用，如远程信息处理系统和信息娱乐系统。

AUTOSAR通信栈可以支持多种通信协议，具体取决于应用的需求。这使得AUTOSAR通信栈可以用于各种配置不同的车辆。

选择通信协议时需要考虑以下因素：

  • 需要传输的数据类型：某些协议比其他协议更适合某些类型的数据。例如，CAN非常适合传输小而简单的消息，而FlexRay则更适合传输大而复杂的消息。

  • 带宽要求：系统的带宽要求将决定通信协议必须支持的最大数据传输速率。

  • 可靠性要求：系统的可靠性要求将决定通信协议必须提供的错误检测和纠正级别。

  • 硬件成本：实现通信协议的硬件成本也是选择过程中的一个因素。

如下所示：是不同车载网络协议的汇总比较信息：

图片​

AUTOSAR架构中的CAN通信栈

当目标总线类型为符合AUTOSAR的软件是CAN时，ComStack实现会针对CAN总线进行执行。从接口（IF）和状态管理器到低级驱动程序，这些模块都需要为CAN总线进行配置。

CAN通信栈的不同模块列表：

  • AUTOSAR COM（服务层）

  • PDU Router（服务层）

  • CAN State Manager（服务层）

  • CAN Network Manager（服务层）

  • CAN Transport Protocol （服务层）

  • CAN Interface（ECU抽象层）

  • CAN Transceiver Driver（ECU抽象层）

  • CAN Driver（MCAL层）

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AUTOSAR Com Stack各模块的角色

  1. Com模块：“将信号打包成PDU”

AUTOSAR COM是RTE和PDU路由器之间的一个模块。它基于OSEK COM规范，提供一个统一的CAN网络接口。它负责为应用层提供信号级访问，并为底层提供PDU级访问，无论协议如何。在发送端，它将信号打包成PDU；在接收端，它解包接收到的PDU，以提供信号级访问。COM在PDU级别负责对PDU进行分组，并启动/停止PDU组。

  1. PduR模块：“将PDU<

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5.易于集成和扩展:AutoSAR通信软件Stack提供了标准化的接口和模块化设计,使其易于集成到现有的汽车电子系统中,并支持自定义功能的扩展。2.可靠性和稳定性:通过网络管理模块的状态检测和连接管理,确保通信的可靠性和稳定性,提高系统的整体性能。3.灵活的配置和参数管理:提供灵活的接口函数和配置选项,使用户可以根据具体需求进行堆栈的配置和参数管理。它还提供了数据发送和接收的接口函数,以及通信参数的配置和管理。4.故障诊断和排除:通过诊断模块提供的功能,能够及时检测和报告通信异常,支持故障诊断和排除。
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它负责为应用层提供信号级别访问，并为下层提供PDU级别的访问，独立于协议。CAN通信堆栈的设计旨在满足汽车电子系统中对高效、可靠通信的需求，并确保不同ECU之间的通信是标准化和可靠的。在AUTOSAR架构中，CAN通信堆栈（CAN Communication Stack）是指用于处理CAN（Controller Area Network）总线通信的软件组件集合。CAN接口：CAN接口（CANIF）是ECU抽象层中的一个模块，负责提供诸如传输请求、传输确认、接收指示、控制器模式控制和PDU模式控制等服务。
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