OSEK网络管理

原创 2023-06-21 17:52:24 4.6k 阅读 AI写同款

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OSEK网络管理入门以下分级纯粹个人瞎分，专业人士无怪 OSEK初级认知有几个小朋友要玩“击鼓传花”游戏，游戏规则很简单： 1、想玩的人自己随机报个数，所有人报完后自己排个序，花从小数往大数传，最大数者传给最小数，花到谁手里谁发言：表明想继续玩还是想退出。 2、第一个报数的人等一段时间后看没人再报数了就可以开始传花了。 3、如果有人想退出，花到他手里轮到他发话时，需要他通知大家，申请退出，并继续将花传给下一个人... 阅读详情

AI摘要

文章介绍了车载控制器为何需要网络管理，以降低功耗并确保长期停放后的正常启动。OSEK网络管理涉及到状态机，包括Reset、Normal和LimpHome状态，以及逻辑环的建立和报文帧结构。此外，还详细阐述了正常上线建环、跛行状态和休眠状态的机制，确保ECU在不同条件下高效节能地工作。

1. 概述

为什么车上的控制器需要做网络管理？

因为在目前的整车电子电器架构下，整车的部分ECU是需要一直供电，从整车下线到车辆报废，它都一直在工作，想想你的使用情况就明白了，你在任何时候按下遥控寻车，你的车都能作出反应，这是因为ECU它是一直在工作的。既然ECU一直在工作，它就需要耗电呀，咱们车上就一个蓄电池（商用车是两个），如果你长时间不开车，车上的ECU一直在费电，时间长了，你的车是不是就启动不了了。

所以为了规避这个问题，整车厂都给常电供电的ECU都加入了网络管理的功能，比如OSEKNM或者是AutosarNM。做了网络管理的ECU，当整车下电到OFF档时，一段时间内没有操作车辆的话，所有这些ECU都会进入低功耗状态，此时每个ECU的电流非常小，几乎会小于2mA，整车静态功耗基本能控制在20mA左右，即使将车辆放置一个月，到时候也能正常启动，这就是网络管理的作用。

2. 状态机

OSEKNM分为3个主要状态，分别为Reset状态、Normal状态、Limphome状态。ECU刚上电时，处于Reset状态，当它其他ECU建立好逻辑环之后（OSEKNM的核心就是逻辑环），进入Normal状态状态，如果该ECU有故障或总线有故障，ECU进入Limphome状态。

2.1 逻辑环

直接网络管理（以下简称为NM）通过发送和接收两种类型的消息来建立逻辑环：Alive message和Ring message。其中，Alive message是一个节点要加入逻辑环时要发送的消息，Ring message是网络正常工作时的环消息，是从一个节点传递给下一个节点，依次在逻辑环中传递，以表示网络中的节点正常工作。当某一节点功能不正常时，就会周期性的向网络中发送LimpHome message。

Alive在100ms内随机相应，而Ring是以100ms的时间间隔发送的。

逻辑环的建立通过一种发送“令牌（Token）”的方式来进行，按标识符由小到大的顺序进行传递，最初发送Alive message的节点（或者标识符优先级高的节点）成为逻辑环中的第一个发送节点，消息都是以广播的方式发送的，这就使得每个节点发送的消息，其他节点都可以监测到，以确定自己是否为上一个发送节点的后继节点，并更新节点的运行状态等。

2.2 报文帧结构

NM报文帧的结构构成可分为三部分，即CAN ID、报文帧数据场第一个字节及第二个字节（以下简称data[0]和data[1]）

OSEK网络管理报文CAN ID ：一般为4XX，其中XX就是设备的网络ID
data[0]：在Alive状态时填充设备ID，但注意建环前表明身份还是靠监听CAN ID XX而不是Alive时的data[0]，在Ring状态时填充传递Token令牌的ID
data[1]：表明当前节点状态，其各个位具体参数如下

- 0x01 Alive（上线）
- 0x02 Ring（建环）
- 0x04 LimpHome（跛足，网络无人响应无法建环）
- 0x10 SleepIndicatio（休眠申请）
- 0x20 SleepAcknowledege（应答申请）
- 以上命令可以组合比如建环中想申请休眠就是0x12

2.3 正常上线建环

在所有参与建环的ECU在建环初期，发出报文数据的第一字节都是自己的ID，第二字节都是0x01，即协议里讲的发出指向自身的Alive报文，每个ECU都发完Alive报文之后，就建立起来逻辑环了。

如下表所示，前三帧报文进行上线Alive，而在后三帧报文中，ECU 00指向了ECU 07，ECU 07指向了ECU 09，形成一个封闭的逻辑环，且第二字节都是Ring置1的Ring报文。

CAN ID	Time interval	Frame
400	0.000	00 01 00 00 00 00 00 00
407	0.012	07 01 00 00 00 00 00 00
409	0.019	09 01 00 00 00 00 00 00
400	0.069	07 02 00 00 00 00 00 00
407	0.100	09 02 00 00 00 00 00 00
409	0.100	00 02 00 00 00 00 00 00

2.4 跛行状态

在网络上只有一个NM节点的情况下，ECU上电后，先尝试建立逻辑环，尝试5次后，依旧无法建立逻辑环，则ECU进入LimpHome状态，ECU按TError（一般是1000ms）的周期发送LimpHome位置“1”的报文，从下表可以看出，LimpHome报文的第一字节指向自己，第二字节为0x04。

CAN ID	Time interval	Frame
4EE	0.251	EE 01 00 00 00 00 00 00
4EE	0.100	EE 02 00 00 00 00 00 00
4EE	0250	EE 01 00 00 00 00 00 00
4EE	0.100	EE 02 00 00 00 00 00 00
4EE	0.250	EE 01 00 00 00 00 00 00
4EE	0.100	EE 02 00 00 00 00 00 00
4EE	0.250	EE 01 00 00 00 00 00 00
4EE	0.100	EE 02 00 00 00 00 00 00
4EE	0.250	EE 01 00 00 00 00 00 00
4EE	0.100	EE 02 00 00 00 00 00 00
4EE	1.000	EE 04 00 00 00 00 00 00
4EE	1.000	EE 04 00 00 00 00 00 00

2.5 休眠状态

OSEK网络管理的休眠过程，当我们下到 OFF 档时，控制器满足了休眠条件，就会发出睡眠指示位 (Sleep.Ind) 置 1 的 Ring 报文，即的第二字节数据为 0x12 的报文，当所有节点都满足休眠条件，发出 0x12 的报文后，最后一个休眠节点的下一个节点，就会发出睡眠应答位 (Sleep.Ack) 置 1 的 Ring 报文。

当轮到自己发言0x12表明休眠申请后，只需处理3种状态：

Token未到自己（即下轮发言未轮到自己）时监听到休眠应答（其他节点发22或32）则进入休眠等待（1.5s）
Token未到自己时监听到有节点不想休眠发02，则退出休眠申请状态，轮到自己时重新发起
Token到自己时监听并检查所有节点都发出过休眠申请，则自己发32广播集体休眠，进入休眠等待（1.5s）

发出0x32应答命令后1.5s内有任何报文，则退出休眠申请

下表展示了00、07、09节点的上线，再到建环，建环完成后，00节点发出0x12休眠申请，07节点也发出休眠申请，但09节点不想休眠，发出0x02Ring继续建环；这时00继续发送休眠申请，07发送休眠申请，09也准备好了并发送了休眠申请，00节点最后发出0x32命令广播进入休眠等待。

CAN ID	Time interval	Frame
400	0.000	00 01 00 00 00 00 00 00
407	0.012	07 01 00 00 00 00 00 00
409	0.019	09 01 00 00 00 00 00 00
400	0.069	07 02 00 00 00 00 00 00
407	0.100	09 02 00 00 00 00 00 00
409	0.100	00 02 00 00 00 00 00 00
400	0.100	07 12 00 00 00 00 00 00
407	0.100	09 12 00 00 00 00 00 00
409	0.100	00 02 00 00 00 00 00 00
400	0.100	07 12 00 00 00 00 00 00
407	0.100	09 12 00 00 00 00 00 00
409	0.100	00 12 00 00 00 00 00 00
400	0.100	07 32 00 00 00 00 00 00