李 芳，宋 偉，陳燕梅

（南京依維柯汽車有限公司產(chǎn)品工程部，江蘇 南京 210028）

1 OSEK網(wǎng)絡(luò)管理概述

OSEK（德文：OffeneSystemeand deren Schnittstellen fur die Elektronik im Kraftfahr-zeug）體系是1993年德國汽車工業(yè)界提出的，其含義是汽車電子開放式系統(tǒng)及其接口。這個體系的最早倡導(dǎo)者有：寶馬、博世、戴姆勒克萊斯勒、歐寶、西門子、大眾和卡爾魯斯厄大學(xué)的工業(yè)信息技術(shù)研究所。法國的汽車制造商標(biāo)致和雷諾于1994年加入了OSEK體系，并將法國汽車工業(yè)使用的汽車分布式運行系統(tǒng) （Vehicle Distributed Ex-ecutivr，VDX）也納入這一體系。

在1995年召開的研討會上，眾多汽車廠商對OSEK和VDX的認(rèn)識達(dá)成了共識，產(chǎn)生了OSEK／VDX規(guī)范，OSEK網(wǎng)絡(luò)管理 （OSEK Net Management，OSEK NM） 只是OSEK／VDX規(guī)范中的一部分［1］， 以下是基于南京依維柯車型對OSEK管理進(jìn)行闡述。

2 南京依維柯PD2014車型的OSEK網(wǎng)絡(luò)管理實現(xiàn)機(jī)制

PD2014 CAN網(wǎng)絡(luò)管理有兩種實現(xiàn)機(jī)制，即直接網(wǎng)絡(luò)管理和間接網(wǎng)絡(luò)管理，節(jié)點清單見表1，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖1所示。其中ECU根據(jù)其電源情況可分為兩種類型，包括點火鑰匙控制型 （+15電節(jié)點）和常電型 （+30電節(jié)點）。

+15節(jié)點是指在點火鑰匙處于非OFF檔時ECU獲得電源，OFF檔時ECU失去電源。+15節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)管理采用間接網(wǎng)絡(luò)管理策略。

表1 節(jié)點清單

+30節(jié)點是指ECU電源不受點火鑰匙控制，點火鑰匙處于OFF檔時進(jìn)入睡眠狀態(tài)。+30節(jié)點網(wǎng)絡(luò)管理采用直接網(wǎng)絡(luò)管理策略。

2.1 間接網(wǎng)絡(luò)管理

+15節(jié)點采用間接網(wǎng)絡(luò)管理策略，在PD2014車型上采用間接網(wǎng)絡(luò)管理的節(jié)點為：EDC，TCU，IMMO，行駛記錄儀，安全氣囊模塊，ESP。

2.1.1 網(wǎng)絡(luò)啟動

在網(wǎng)絡(luò)管理中+15節(jié)點具有3種狀態(tài)：網(wǎng)絡(luò)非激活狀態(tài) （Network inactive）、網(wǎng)絡(luò)啟動狀態(tài) （Network startup）、 網(wǎng)絡(luò)激活狀態(tài) （Network active）。 3種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換見圖2。

網(wǎng)絡(luò)非激活狀態(tài)向網(wǎng)絡(luò)激活狀態(tài)的轉(zhuǎn)換由IGN OFF到IGN ON的改變引起的。一旦進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)啟動狀態(tài)，節(jié)點須開啟從CAN總線上接收報文的功能；一旦進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)激活狀態(tài)，節(jié)點須立刻開始傳輸指定的周期性應(yīng)用報文。

2.1.2 網(wǎng)絡(luò)非激活狀態(tài)

網(wǎng)絡(luò)激活狀態(tài)向網(wǎng)絡(luò)非激活狀態(tài)的轉(zhuǎn)換由IGN ON到IGN OFF的改變引起。在網(wǎng)絡(luò)非激活狀態(tài)下，節(jié)點不允許傳輸應(yīng)用報文。網(wǎng)絡(luò)激活狀態(tài)到網(wǎng)絡(luò)非激活狀態(tài)的轉(zhuǎn)換時間 （tShutdownIGN）見表2。

表2 間接網(wǎng)絡(luò)管理定時參數(shù)

2.2 直接網(wǎng)絡(luò)管理

直接網(wǎng)絡(luò)管理是一種自組織形式的網(wǎng)絡(luò)管理，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中沒有主從之分，每個節(jié)點都被網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點監(jiān)控，同時該節(jié)點也監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點，在PD2014車型上采用直接網(wǎng)絡(luò)管理的節(jié)點為：儀表和BCM。

2.2.1 邏輯環(huán)

在直接網(wǎng)絡(luò)管理中，網(wǎng)段中節(jié)點通過節(jié)點地址的先后順序依次發(fā)送網(wǎng)絡(luò)管理報文，這種發(fā)送順序在邏輯上形成一種結(jié)構(gòu)，稱之為邏輯環(huán)。邏輯環(huán)中每一個節(jié)點都具備一個前任者和后繼者。每個節(jié)點的前任者和后繼者是通過節(jié)點地址的數(shù)值確定的。邏輯環(huán)中，節(jié)點地址大小的關(guān)系是：前任節(jié)點＜本地節(jié)點＜后繼節(jié)點。每個節(jié)點接收到的來自前任者指向自己的環(huán)報文，之后向自己的后繼者發(fā)送出自己的環(huán)報文。地址最大的節(jié)點的后繼者是地址最小的節(jié)點。這樣，有規(guī)律地向各自的邏輯后繼者發(fā)送同步環(huán)報文，以此來監(jiān)控已建立的環(huán)，實現(xiàn)了直接網(wǎng)絡(luò)管理功能，如圖3所示。PD2014車型的邏輯環(huán)如圖4所示，儀表的地址為0x17，BCM的地址為0x21，儀表是BCM的前任者，BCM是儀表的后繼者。

2.2.2 網(wǎng)絡(luò)管理報文類型

1）Ring報文 在穩(wěn)定的邏輯環(huán)形成后，環(huán)中的每個節(jié)點在接收到其前任的Ring報文后，向后繼者發(fā)送自己的Ring報文。

2）Alive報文 網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點初始化完成后，發(fā)送Alive報文，用于表明有新的節(jié)點加入到網(wǎng)絡(luò)的邏輯環(huán)中。

3）LimpHome報文 當(dāng)接收／發(fā)送錯誤計數(shù)器超過其閾值或總線出現(xiàn)嚴(yán)重錯誤時，節(jié)點進(jìn)入NMLimpHome狀態(tài)，并周期發(fā)送LimpHome報文。

2.2.3 網(wǎng)絡(luò)管理報文格式

節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)管理報文將和PGN、數(shù)據(jù)長度一起發(fā)送。網(wǎng)絡(luò)管理報文的類型都可以通過標(biāo)志位來識別，此標(biāo)志位是網(wǎng)絡(luò)管理CAN數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)場的一部分。表3定義了網(wǎng)絡(luò)管理報文的基本參數(shù)。表4定義了網(wǎng)絡(luò)管理CAN數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)場的格式。

表3 網(wǎng)絡(luò)管理報文基本參數(shù)

以PD2014車型儀表為例，其網(wǎng)絡(luò)管理報文格式見表5。

表5 儀表報文格式

2.2.4 直接網(wǎng)絡(luò)管理定時參數(shù) （表6）

表6 直接網(wǎng)絡(luò)管理定時參數(shù)

2.2.5 直接網(wǎng)絡(luò)管理策略

網(wǎng)絡(luò)管理策略規(guī)定了節(jié)點網(wǎng)絡(luò)管理報文的時序流程，其目的是建立和維護(hù)節(jié)點之間的聯(lián)系。網(wǎng)絡(luò)管理策略只是提供網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)信息，而不同狀態(tài)的控制方法由應(yīng)用程序負(fù)責(zé)。網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點狀態(tài)見表7，狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系見圖5。

1）睡眠狀態(tài) 當(dāng)睡眠條件滿足時，節(jié)點需要進(jìn)入睡眠狀態(tài)。通過對Ring報文中的：“Sleep indication=1”和 “Sleep acknowledge=1”來切換到睡眠狀態(tài)。

睡眠協(xié)商通過以下步驟完成 （圖6）：①睡眠條件滿足后，下一個要發(fā)送的Ring報文中的位Sleepindication置1；②當(dāng)Ring報文在邏輯環(huán)中傳遞一周，并且所有接收Ring報文中的位Sleep indication都被置1，那么最先發(fā)出Sleep indication=1 Ring報文的節(jié)點發(fā)送Ring報文，并將位Sleep acknowledge置1；③所有接收到Sleep acknowledge=1的Ring報文的節(jié)點停止發(fā)送任何應(yīng)用報文，所有節(jié)點進(jìn)入到睡眠狀態(tài)， 啟動定時器TWaitBusSleep， 在TWaitBusSleep期間， 沒有網(wǎng)絡(luò)啟動條件發(fā)生，當(dāng)TWaitBusSleep后總線進(jìn)入非激活狀態(tài)。

表7 節(jié)點狀態(tài)

2）網(wǎng)絡(luò)啟動 每個節(jié)點的啟動順序都一樣，見圖7。

圖7表示了節(jié)點A發(fā)生了本地喚醒之后的網(wǎng)絡(luò)啟動順序。

①在tNwStartupLocal，A時間，節(jié)點A能夠接收數(shù)據(jù)。為了喚醒網(wǎng)絡(luò)上的其它節(jié)點，節(jié)點A發(fā)送激活報文。此喚醒報文開始了節(jié)點B和節(jié)點C的初始化。只要節(jié)點A沒有接收到其它節(jié)點的CAN協(xié)議應(yīng)答，節(jié)點A的CAN控制器將重復(fù)發(fā)送激活報文 （總線負(fù)載為100%），直到被別的節(jié)點應(yīng)答。

②在節(jié)點A第一次發(fā)送激活報文之后的tNwStartupRemote，B時間，節(jié)點B能接收應(yīng)用報文。節(jié)點B接收激活報文，同時CAN控制器進(jìn)行應(yīng)答。節(jié)點A的CAN控制器停止重復(fù)發(fā)送激活報文。

③節(jié)點C比節(jié)點B的啟動過程要慢。它沒有接收到節(jié)點A的激活報文，在節(jié)點A第一次發(fā)送的激活報文之后的tNwStartupRemote，C時間，節(jié)點C也可以接收應(yīng)用報文。

④節(jié)點B在tNwStartupRemote，B時間， 節(jié)點C在tNwStartupRemote，C時間分別發(fā)送各自的激活報文，但是這些報文不影響網(wǎng)絡(luò)的啟動行為。

⑤tNwActive，A時間之后，節(jié)點A從網(wǎng)絡(luò)啟動狀態(tài)轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)激活狀態(tài)。這是節(jié)點A最早可以發(fā)送應(yīng)用報文的時間，因為至少在此時，所有的節(jié)點能夠接收應(yīng)用報文。此時，節(jié)點A允許發(fā)送包含導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)喚醒的信號信息的應(yīng)用報文。

3）激活狀態(tài) 在激活狀態(tài)下，節(jié)點主要在“邏輯環(huán)”中進(jìn)行Ring報文的接收和發(fā)送。

4）跛行狀態(tài) 跛行狀態(tài)表明網(wǎng)絡(luò)通信存在故障。進(jìn)入跛行狀態(tài)的前提條件：NM報文發(fā)送失??；在TMax時間內(nèi)沒有收到有效的Ring報文。

當(dāng)以上情況的發(fā)生使得網(wǎng)絡(luò)管理計數(shù)器NMRxcount、NMTxcount的數(shù)值超過各自的閾值NNm-RxLimit、NNmTxLimit時，節(jié)點進(jìn)入跛行狀態(tài)。跛行狀態(tài)下，節(jié)點以Terror周期地發(fā)送LimpHome報文，使得網(wǎng)絡(luò)上的所有節(jié)點仍然能夠監(jiān)聽到它。接收到LimpHome報文的節(jié)點應(yīng)更新自身網(wǎng)絡(luò)的LimpHome配置。當(dāng)總線進(jìn)入睡眠或接收到任意一條NM報文后，LimpHome狀態(tài)結(jié)束。

3 PD2014車型CAN網(wǎng)絡(luò)管理測試［3］

PD2014網(wǎng)絡(luò)管理測試主要包括：3輪臺架測試，2輪labcar集成測試，2輪在車測試，1輪EMC測試，4輪道路試驗。

每輪測試包括間接網(wǎng)絡(luò)管理測試和直接網(wǎng)絡(luò)管理測試。間接網(wǎng)絡(luò)管理測試包括網(wǎng)絡(luò)啟動性能測試、網(wǎng)絡(luò)停止性能測試。直接網(wǎng)絡(luò)管理測試包括正常網(wǎng)絡(luò)管理通信測試、網(wǎng)絡(luò)喚醒和睡眠測試、電源電壓情況測試、網(wǎng)絡(luò)啟動測試、網(wǎng)絡(luò)關(guān)閉測試、跛行狀態(tài)下節(jié)點收發(fā)能力測試、網(wǎng)絡(luò)管理配置測試。下面以直接網(wǎng)絡(luò)管理中的睡眠測試為例，介紹網(wǎng)絡(luò)管理臺架測試的方法。

1）測試設(shè)備 筆記本電腦PC，CANcardXL（包含CANcab），插接件若干 （DB9轉(zhuǎn)接頭、OBD-DB9轉(zhuǎn)接頭等），120Ω終端電阻 （2個），可調(diào)電源。

2）測試環(huán)境 ①如果待測節(jié)點未集成終端電阻，則電路需要連接 圖8中 “1” 和“2”終端網(wǎng)絡(luò)；②如果待測節(jié)點集成了120 Ω的終端電阻，則電路只需要連接圖8中 “1” 終端網(wǎng)絡(luò)。

3）測試步驟 ①CANoe建立3個具備網(wǎng)絡(luò)管理功能的虛擬節(jié)點；②啟動CANoe，使虛擬節(jié)點在線；③本地事件觸發(fā)DUT通信；④CANoe監(jiān)測總線報文，查看DUT是否和虛擬節(jié)點建立穩(wěn)定邏輯環(huán)；⑤滿足DUT睡眠條件；⑥等待2000ms；⑦CANoe監(jiān)測總線上的報文，查看DUT是否發(fā)送網(wǎng)絡(luò)管理報文將 “SleepIndication” 位置 “1”。

4）評價指標(biāo) DUT發(fā)送SI置1的Ring報文。

4 結(jié)論

本文介紹了OSEK網(wǎng)絡(luò)管理原理，并對南京依維柯PD2014車型網(wǎng)絡(luò)管理實現(xiàn)機(jī)制進(jìn)行了闡述。對深入理解OSEK網(wǎng)絡(luò)管理和將OSEK網(wǎng)管應(yīng)用到具體的工程項目中，以及研究或開發(fā)特定要求的總線OSEK網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有指導(dǎo)意義。

［1］熊毅.基于OSEK規(guī)范的網(wǎng)絡(luò)管理的研究與改進(jìn)［J］.計算機(jī)應(yīng)用研究，2007，24（9）：217-220.

［2］張利.OSEK網(wǎng)絡(luò)管理在汽車CAN系統(tǒng)中的研究與實現(xiàn)［J］.電子測量與儀器學(xué)報， 2011， 25 （6）： 522-527.

［3］程安宇.OSEK／VDX直接網(wǎng)絡(luò)管理一致性測試方法設(shè)計［J］. 計算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用， 2012， 38 （4）： 133-136.