CAN通讯系列17- CAN NM的几个重要概念

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1 为什么需要网络管理？  


随着汽车行业的快速发展，从燃油车到混动车和纯电动车，从传统的机械钥匙到遥控钥匙再到无钥匙进入PEPS，汽车上部署的控制器越来越多。下面示意上世纪和当今汽车的整车网络拓扑：



   
Source: Global B 电子电气架构，预示了通用的下一个十年不难理解，越来越多的控制器部署到汽车电子电器架构，这意味着可以实现更多的功能，同时也意味着更多的能量消耗。另外，日益复杂的网络拓扑对控制器间如何协同工作提出了巨大的挑战。为了节能减小耗电，某些时刻不需要工作的控制器应该休眠；但某些时刻，又需要休眠的控制器立马醒来参与工作。因此，需要一种控制机制或策略，使得通讯网络拓扑中的控制器能有序地休眠和唤醒，这样就可以保证汽车功能的同时尽可能节省电量。2 CAN网络管理的基本概念  

关于网络管理的控制机制，最开始主要采用OSEK NM标准来实现，而现在主要采用AutoSAR NM规范来实现，关于两者的联系与区别可参考：CAN通讯系列补充篇：OSEK NM VS. AutoSAR NM13 。根据是否需要网络管理报文可分为直接网络管理和间接网络管理。

直接网络管理：需要网管报文来实现网络管理；间接网络管理：不需要网管报文，而使用应用报文来实现网络管理。

AutoSAR NM属于直接网络管理，它又分为全局网络管理和局部网络管理。全局网络管理就是之前所提到的同睡同醒，但在一些场景功能中只需要通讯网络中部分的控制器参与工作，所以为了避免造成多余的电量消耗，提出局部网络（Partial Network，PN）管理，以实现分组休眠和唤醒，如下所示：


Source：AUTOSAR PN网络管理测试开发实践    某个场景下带绿点的控制器处于工作状态，带红点的控制器处于低功耗状态（睡眠），显而易见，如果采用的同睡同醒策略，那么将会有额外的4个控制器带来电量的消耗。理清了上述网络管理的几个基本概念之后，基于CAN总线，下面回归到AutoSAR NM的探讨。3 AutoSAR NM 状态机  

以AutoSAR NM的状态机为起点，虽然之前有几篇文章进行过介绍，比如CAN通讯系列补充篇- NM状态机跳转详解8 ，但有必要继续探讨。


结合上篇文章可知：当整车处于休眠状态，如果出现了唤醒场景，那么一定有来自某个控制器的本地唤醒请求，然后才有唤醒网络请求，体现在AutoSAR NM状态机就是本地唤醒源使得IEB成为主动唤醒源，进入总线睡眠模式（BusSleep Mode），再从总线睡眠模式跳转到网络模式（Network Mode）的重复报文状态（Repeat Message State）。   

在重复报文状态，主动唤醒节点IEB会开始以快发形式发送网管报文，而且会连续发送一定的数量网管报文，比如以20ms的发送周期连续快发5帧网管报文。而被动唤醒节点EPS和VCU接收到IEB的网管报文，同样它们的状态会跳转到重复报文状态，也会周期性发送不同ID的网管报文，但不是快发形式，通常是500ms的发送周期，具体发多少帧取决具体需求。另外，对于EPS和VCU需要连续接收到IEB几帧网管报文才被唤醒，可能是一帧，也可能是两帧等，也是取决于具体需求。另外在这个状态，对于主动唤醒节点IEB除了需要发送网管报文，还需要发送应用报文，但第一帧是先发网管报文。当IEB处于重复报文状态一段时间后，就会跳转到正常运行状态（Normal Operation State）,主动唤醒节点IEB将继续周期性发送网管报文，比如500ms的发送周期，以此告诉其他节点自己在正常通信。而EPS和VCU可能继续周期性发送报文，也可能会停发，取决于节点是否需要与总线上其他节点进行信息交换。

当节点需要主动与总线上其他节点进行信息交换时，就通过发送网管报文来请求网络，并将其网络状态设置为“网络请求”；当节点不需要主动与总线上的其他节点进行交互时，就将网络状态设置为“网络释放”，节点在“网络释放”状态下依然需要响应总线上其他节点的网络请求。

关于PN本文暂不做分析。


Source: AutoSAR文档4 AutoSAR NM 网络管理报文  

上问多次提到网络管理报文，其定义如下表：   


其中，Byte0 用于发送源节点ID，每一个 ECU 都会被分配一个唯一的ID，来告知接收节点该 网管报文是由哪个节点发送的。比如定义IEB的网管报文ID为0x410, 则节点ID为0x10；同样地，EPS的网管报文ID为0x412, 则节点ID为0x12；VCU亦是如此逻辑。

Byte1控制位向量，这里介绍Bit 0, 4, 6。

Bit 0 : 重复报文状态请求位，用来表示有无请求重发报文状态，1则有，0则无；Bit 4 : 主动唤醒位，用来表示是否为主动唤醒网络，1为主动唤醒，0为被动唤醒；Bit 6 : 局部网络信息位，用来表示网管报文包含PNC信息，如果网络管理有使用到PN功能，那么该位会被置为1，否则为0；

其他位暂时预留。而对于网管报文的Byte2-7，需要根据整车网络管理（休眠唤醒）场景来定义，比如在某个唤醒场景，IEB的网管报文定义如下：

    通过该网管报文可知，IEB为主动唤醒节点，它需要唤醒三个控制器，分别是EPS，EPB和VCU，依此思路，针对不同休眠唤醒场景，网管报文的内容会不同，也就是说需要详细分析每一个场景来确定网管报文的内容。5 小结  

以上就介绍CAN网络管理的几个重要概念，简而言之，网络管理方法决定了以怎样的形式进行，但它要满足休眠唤醒场景或功能的定义。下篇文章再进一步来分析下AutoSAR NM状态机和网管报文。

marjrh

关于CAN通讯系列中CAN NM（网络管理）的几个重要概念，网络管理的必要性在于随着汽车控制器数量的增加和功能的复杂性提升，需要有效管理和协调各控制器间的通讯和能耗。

在汽车从燃油车向混动车和纯电动车转型的过程中，控制器的数量逐渐增多，网络的拓扑结构变得更为复杂。为满足节能需求，部分不工作的控制器应进入休眠状态。但在需要时，网络管理能确保这些控制器迅速激活并与系统协同工作。此外，网络管理还能提升系统的稳定性、安全性与可靠性，确保各控制器间信息的准确、高效传输。因此，网络管理是汽车电子电气架构中不可或缺的一环。

mengmianren

针对上述问题，关于CAN通讯系列中的CAN NM的几个重要概念以及为何需要网络管理的原因，解释如下：

在汽车中部署越来越多的控制器使得节能和协同工作变得至关重要。网络管理（NM）是确保这些控制器间高效、可靠通信的关键。随着汽车从传统机械钥匙到无钥匙进入的转变，功能日益丰富意味着网络拓扑日趋复杂。为了有效管理这种复杂性并实现能量优化，网络管理变得必不可少。其主要功能包括控制器的休眠与唤醒机制，确保按需激活特定控制器以节约能量。此外，网络管理还能监控各控制器的状态，确保它们协同工作以实现整体系统的高效运行。因此，网络管理对于现代汽车电子系统的稳定性和能效至关重要。