陳曉霞，路 影，陳文強，潘之杰，趙福全

（浙江吉利汽車研究院有限公司，浙江 杭州 311228）

為滿足日益龐大復雜的汽車電子控制軟件的開發(fā)需要，1993年歐洲汽車工業(yè)界聯(lián)合推出了OSEK／VDX（Open systems and the corresponding interfaces for automotive e1ectronics／Vehic1e distributed executive）標準［1］。該標準應用在模塊和靜態(tài)實時操作系統(tǒng)上，由主要的汽車制造商和供應商，研究機構以及軟件開發(fā)商所發(fā)起。OSEK，是指德國的汽車電子類開放系統(tǒng)和對應接口標準；VDX，是指汽車分布式執(zhí)行標準。OSEK／VDX標準從實時操作系統(tǒng)、軟件接口、通信和網絡管理等方面對汽車的電子控制軟件開發(fā)平臺作了較為全面的定義與規(guī)定。

在OSEK／VDX的合作領域內，NM （Network Management system，網絡管理系統(tǒng)）提供標準化功能。它通過標準化的接口確保網絡中的功能，其首要任務是確保ECU （E1ectronic Contro1 Units，電子控制單元）通信網絡的安全性和可靠性。OSEK／VDX標準所提出的網絡管理機制 （OSEK／VDX NM），主要是對網絡節(jié)點的工作狀態(tài)的實時監(jiān)控。它提供了兩種可選的監(jiān)控機制：直接NM和間接NM。這兩種監(jiān)控機制相比，間接NM要比直接NM占用的資源少，而且能夠提供精確的實時網絡管理信息。目前間接NM的使用已越來越廣泛，所以，本文就選用間接NM進行具體闡釋。

1 OSEK／VDX間接NM

間接網絡管理使用周期性的應用報文監(jiān)控來決定連接到網絡上的節(jié)點的狀態(tài)，它不使用專用的網絡管理報文。其節(jié)點狀態(tài)分為發(fā)送者和接收者2種狀態(tài)。其中發(fā)送者狀態(tài)中又包含節(jié)點非靜默和節(jié)點靜默2種狀態(tài)；接收者狀態(tài)中包含節(jié)點在線和節(jié)點離線2種狀態(tài)。另外還有2個擴展的節(jié)點狀態(tài)，即擴展的發(fā)送者狀態(tài)和擴展的接收者狀態(tài)。

間接網絡管理的配置將所有由NM決定的被監(jiān)控節(jié)點的節(jié)點狀態(tài)組成整體，它有目標配置和擴展配置。

為評估節(jié)點狀態(tài)和網絡狀況，間接網絡管理提供3種非專用的監(jiān)控機制：①傳輸；②接收；③故障信號。OSEK間接網絡管理的傳輸和接收監(jiān)控基于兩種可能的超時檢測機制：所有報文被全局超時TOB監(jiān)控；每條報文被自身專用的超時監(jiān)控。

OSEK／VDX間接NM由NMOff（NM關閉）、 NMOn（NM開啟）2個基本狀態(tài)組成。NMOn狀態(tài)包括NMBusS1eep（NM睡眠模式）、NMAwake（NM激活狀態(tài)）兩個子狀態(tài)。NMAwake狀態(tài)包括NMLimpHome（NM節(jié)點自身故障處理）、NMNorma1（NM節(jié)點的正常狀態(tài)）、 NNWaitBusS1eep（NM節(jié)點準備進入BusS1eep模式的等待狀態(tài)）3個子狀態(tài)。

2 穩(wěn)定邏輯環(huán)路通信的實現(xiàn)

遠程車載定位設備的故障檢測是無線通信技術、互聯(lián)網技術和電子設備故障自檢的結合。為實時監(jiān)控車載網絡中的節(jié)點，我們設計并實現(xiàn)了一種OSEK／VDX標準的間接網絡管理的車載NM系統(tǒng)，并將其應用到控制器區(qū)域網絡 （CAN總線）的車載網絡中［2］。車載網關和網絡節(jié)點由CAN總線連接，使用CAN2.0B協(xié)議通信。車載網關負責收集網絡節(jié)點相應的配置信息，并通過IPV6的無線網絡將其發(fā)送至遠程故障診斷服務器。在服務器分析完故障信息，并且得出相應的處理信息后，再將處理信息反饋回車載網關，同時給網絡節(jié)點發(fā)送相應的執(zhí)行操作信息。車載網絡是由總線將各個網絡節(jié)點連接起來的總線型網絡，而邏輯環(huán)路定義的通信序列是獨立于該網絡結構的。將惟一的標識符Receiver（接收者）分配給環(huán)路上的每個節(jié)點，同時，每個節(jié)點有惟一的一個Log_Successor（邏輯后繼），邏輯上的第一個節(jié)點是邏輯上最后一個節(jié)點的邏輯后繼。節(jié)點收到報文時，需根據(jù)邏輯后繼的更改機制和跳行機制來調整這2個參數(shù)。

2.1 系統(tǒng)工作原理

本文所設計的車載NM系統(tǒng)，首先是由車載網關通過CAN總線收集各網絡節(jié)點的故障信息，再通過IPV6無線網絡上傳至遠程故障診斷器，并將得到的故障處理信息下發(fā)至有關節(jié)點，從而實現(xiàn)車載CAN網絡與遠程故障診斷服務器的信息交互［3］。作為檢測中心程序的服務器端時，實時通信服務器程序打開一個服務偵聽端口，偵聽來自檢測中心程序發(fā)送的連接請求，接受連接。連接建好后，它就可以接收檢測中心程序發(fā)送的命令數(shù)據(jù)包。同時，將命令數(shù)據(jù)包轉發(fā)給相應的通信車載設備。這個系統(tǒng)的實現(xiàn)，首先應該形成穩(wěn)定的邏輯環(huán)路通信，而邏輯環(huán)路穩(wěn)定的通信序列是按網絡節(jié)點的標識符由小到大的順序依次排列的。若某節(jié)點接收到的報文的源節(jié)點位于該節(jié)點與其邏輯后繼的通信序列之間，則該節(jié)點需將邏輯后繼更改為報文的源節(jié)點。否則，節(jié)點的邏輯后繼無需加以更改。穩(wěn)定的邏輯環(huán)路通信建立以后，如果某一網絡節(jié)點由于某種原因不能發(fā)送或接收ring報文，而其它節(jié)點在計時器Tmax（2個ring報文之間傳送的最大時間）到期后認為該節(jié)點離線，從而進入子狀態(tài)NMReset（NM節(jié)點重置）。

車載網絡對于網絡管理機制的實時性有著極為嚴格的要求，因此，網絡中的節(jié)點啟動后應該盡快建立邏輯環(huán)路。需要說明的是，新的網絡節(jié)點的加入應建立在穩(wěn)定的邏輯環(huán)路通信已實現(xiàn)的基礎上。然而，對于新的網絡節(jié)點加入時機，仍需討論。間接網絡管理的具體狀態(tài)轉換如圖1所示。

2.2 系統(tǒng)結構

本系統(tǒng)的實現(xiàn)主要以項目的實際需求和現(xiàn)有的硬件設備為基礎。這里主要是采用無需OSEK OS（OSEK操作系統(tǒng)）支持的間接NM的邏輯環(huán)路。

假定有3個節(jié)點，即節(jié)點1、2、3依次上線，待節(jié)點1、2建立了穩(wěn)定的邏輯環(huán)路通信的基礎上，節(jié)點2接收到Destination（目標源，以下簡稱D）=2的ring報文后，節(jié)點3發(fā)送D=3的a1ive報文申請加入邏輯環(huán)路通信。下面是以3個節(jié)點的網絡為例，來說明穩(wěn)定的邏輯環(huán)路通信是如何實現(xiàn)的。

其具體形成過程如圖2所示。節(jié)點1和節(jié)點2同時上線，由節(jié)點1先發(fā)送一個ring報文并在Tmax到期前到達，這時節(jié)點2發(fā)送的報文在其TTyp（2個ring報文之間傳送的標準時間）到期前到達，然后在節(jié)點1和節(jié)點2的報文都發(fā)送成功以后，這時節(jié)點3就開始上線并發(fā)送a1ive報文。節(jié)點3在上電啟動后先等待，直到節(jié)點1發(fā)送的D=2的ring報文到達后才發(fā)送D=3的a1ive報文，接著就進入其子狀態(tài)NMNorma1。

OSEK間接網絡管理的靜態(tài)狀態(tài)檢測算法是靈活的、可分級的。它通過在系統(tǒng)產生時來設置固定的De1taInc和De1taDec，其允許對于靜態(tài)狀態(tài)選擇不同種類的檢測。

3 試驗

3.1 試驗簡介

由于文章旨在進行遠程故障檢測，所以我們自行設計了CAN節(jié)點所構建的邏輯環(huán)路通信來進行本次試驗。本次試驗中所用到的相關器件為：中央控制單元采用PIC18F2580單片機；節(jié)點間的通信使用CAN2.0B協(xié)議；車載網關采用三星公司的S3C2440為CPU的ARM開發(fā)板，使用MCP2510 CAN控制器與總線通信。

CAN2.0協(xié)議通信的接收機制是通過設置過濾寄存器和屏蔽寄存器來過濾29位擴展標識符，以判斷是否需要接收總線上在當前傳輸?shù)腃AN報文［4］。這里需要指出的是，在SIDL（預留位）bit7～bit5中故障處理和其回執(zhí)標識位分別為bit1和bit0，而1表示需要操作，0表示誤操作。CAN報文的標識符域和數(shù)據(jù)域的具體使用情況如圖3所示。

3.2 測試結果

將CAN節(jié)點與車載網關以總線連接，通過車載網關可以提取如表1數(shù)據(jù)，以驗證穩(wěn)定邏輯環(huán)路通信的形成過程。

表1 網絡節(jié)點形成穩(wěn)定邏輯環(huán)路通信的數(shù)據(jù)

4 總結

試驗表明，在CAN網絡中提出并實現(xiàn)了無需OSEK OS支持的間接網絡管理來對各網絡節(jié)點進行監(jiān)控的系統(tǒng)方案。通過提取數(shù)據(jù)，來對各網絡節(jié)點形成穩(wěn)定邏輯環(huán)路通信的過程加以定量的分析和驗證，并在此基礎上提出了遠程故障診斷系統(tǒng)的方案。

目前這種監(jiān)測系統(tǒng)已經應用在吉利汽車的HL－1車型上，主要是采用本地診斷來進行通信故障的診斷，然后將診斷結果通過無線網絡上傳到后臺服務器上，最后進行遠程服務來響應，從而可以準確快速地進行故障排除措施。HL－1車型有一輛車在加裝一套防盜器和中控門鎖后出現(xiàn)了電動車窗無法工作的現(xiàn)象，這時利用這套監(jiān)測系統(tǒng)進行實時監(jiān)測后，發(fā)現(xiàn)是在加裝這2個附件時，用了試燈測量電腦管腳而誤把試燈接頭插入診斷導線K線或L線，給了電腦一個錯誤的編碼信號，從而導致了這次故障。利用遠程故障診斷系統(tǒng)進行實時監(jiān)測，可極大地提高汽車的動力性、安全性和舒適性。

［1］The OSEK／VDX Group.OSEK／VDX Operating System，version 2.2［EB／OL］.

［2］CAN Specification V2.0［OL］.http： ／／www.z1gmcu.com.

［3］王明玉，董 浩，王 建.基于GPRS的車載故障診斷網關的設計與實現(xiàn)［J］.汽車工程 ， 2009， 31 （10）：999－1 003.

［4］潘巨龍，黃 寧，姚伏天，等.ARM9嵌入式Linux系統(tǒng)構建與應用［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2006.