AUTOSAR 通信协议栈4-Com PduR

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目录

1.通信栈架构概述
1.1 SDU、PDU及命名规则    1.1.1 SDU、PCI和PDU    1.1.2 SDU\PDU命名规则1.2 通信方式2.Com解析2.1 基本功能介绍        2.2 Signal / I-PDU Group 2.3 发送模式2.4 发送模式选择 3.PduR1.1 PduR多播功能1.2 PduR网关路由功能1.3 PduR和IpduM4.CAN 通信栈介绍 2.1 ComM、CanSM、CanNM概述2.2 PDU和HOH2.3 CAN消息TX\RX模式 5.小结

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通信栈架构概述


相信大多数工程师接触AUTOSAR都是从CAN通信开始，如上图所示，通信栈由通信服务层、通信硬件抽象层以及通信驱动层构成；具体而言，包括CAN、LIN、FlexRay、Eth的通信，如下图所示：


可以看到，在上图的通信链路出现了I-PDU、N-PDU、L-PDU等等，这些名词是什么意思呢？我们进一步进行分析。1.1  SDU、PDU及命名规则1）SDU、PCI和PDU

AUTOSAR通信栈参考了OSI的7层模型概念：

SDU：全称Service Data Unit

PCI  ：全称Protocol Control Information

PDU：全称Protocol Data Unit

PDU = PCI | SDU

一般来说，我们最常讨论的就是PDU，为什么不单独把SDU拉出来说呢？因为SDU是针对通信层级来说，抽象一点讲，就是当本层收到上层传来的原始数据之后，需要在本层做处理，那么这个原始数据就叫做SDU，处理添加的信息就叫做PCI；处理完成要发送给下一层，这个时候把PCI和SDU组合成PDU传递给下一层，接收数据是同样的流程。如下图所示：


Layer N收到Layer N+1传来的PDU，这时候在Layer N层，这个PDU就叫做SDU，这个SDU在Layer N层添加完PCI后，发送给Layer N-1层，发送的就是PDU，而Layer N-1接收到是Layer N的PDU，但在它这一层又叫做SDU。换句话说，只有同层级的才能叫SDU。

这个例子最常见就是TP层和IF层之间的通信，如下：



2） SDU\PDU命名规则

有了上述概念，我们再来看看I\N\L-PDU是什么意思。根据AUTOSAR规范，S\PDU的命名规则均按如下格式：<bus prefix><layer prefix>-PDU。因此，对于AUTOSAR架构，不同层级的PDU命名如下：


根据上表，我们可以把PDU命名规则以图形的方式表达出来，如下：

以普通CAN通信为例，其PDU命名如下：

以诊断通信为例，添加了网络层的东西，因此命名如下：


1.2  通信方式

直接数据传输方式：该方式主要用在外部ECU的交流；

以普通CAN报文为例

通常路线为 Com->PduR->CanIf->Can模块

对应API为 PduR_ComTransmit->CanIf_Transmit->Can_Write

数据缓冲方式：该方式主要的用于Lin或者FlexRay通信，在传输时先缓冲要发送的数据，然后根据底层机制如Lin或Fr的静态的周期性的调度表来触发缓冲的数据的传输。

数据转换流程：目前，基于SOA架构的兴起，AUTOSAR也相应作了一些改变，如下：

RTE首先通过SOME/IP转换数据格式，然后再通过E2E进行功能安全级别的封装，最后通过AUTOSAR COM栈进行数据传输。这里面最重要的就是S2S(Signsal to Service Translation)，这也是传统控制类ECU与SOA架构下的不同ECU的通信基础。

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Com层基本概念解析2.1 基本功能介绍Com层位域AUTSOA BSW架构中的服务层，主要就是处理信号，为SWC提供信号级别(Signal)的通信数据服务接口，或者根据信号自定义发送类型来发送PDU。因此这一层提供的API通常是以signal为主，如下：

Com_SendSignal

Com_ReceiveSignal

Com_SendSignalGrou

Com_UpdateShadowSignal

....

2.2 Signal/I-PDU Group

AUTOSAR提供了信号组和PDU组的方式，以满足SWC的复杂数据类型，比如说一个非常复杂的结构体数据量很大，不容易在一个信号里进行封装，但为了保证发送数据的整体原子性，就以信号组的概念来满足。

信号组使用shadow buffer的机制来管理信号数据一致性，RTE或者SWC通过这个shadow buffer去访问信号组里的信号，

如果该buffer需要与I-PDU进行同步，RTE或者SEC可以通过Com_SendSignalGroup\ComReceiveSignalGroup显式地触发同步，这种就是原子级的同步方式。

具体步骤如下：



此外，在I-PDU层级也有PDU Group的概念，RTE或者SWC可以控制针对某些PDU Group的收发禁用，这在首帧NM报文实现上非常有用。 如下图：


2.3 发送模式

在AUTOSAR规范里，报文的发送模式总共可以分为四种，如下表

发送模式\传输属性	Timer	Triggered	Pending
直接/N-Times	--	立即发送
周期	根据周期配置发送	-	-
混合	根据周期配置发送	立即发送
None	-

直接\N次发送和周期发送很好理解，如下图：







混合类型的，就是平时按照周期去发送，如果有事件触发后立即发送，不管此时周期是否到了。
2.4 发送模式选择

有了以上基本概念之后，我们最后来发送模式选择，为什么要定义发送模式的选择呢？主要是I-PDU里包含了不止一个信号，这种发送模式选择就是根据I-PDU里的信号状态来选择发送模式。这里有两个概念，TMC(Transmission Mode Condition)和TMS(Transmission Mode Selector)

AUTOSAR COM模块在发送端使用过滤机制作为TMC，但不会过滤掉发送端的信号。

过滤机制	描述
ALWAYS	每次都能通过过滤
NEVER	每次都不能通过过滤
MASKED_NEW_EQUALS_X	新的发送的值和配置的掩码相与等于一个配置值的时候才能通过
MASKED_NEW_DIFFERS_X	新的发送的值和配置的掩码相与不等于一个配置值的时候才能通过
MASKED_NEW_DIFFERS_MASKED_OLD	新的发送的值和配置的掩码相与后的结果不等于之前发送的值和配置的掩码相与后的结果的时候才能通过
NEW_IS_WITHIN	新发送的值在一个配置的范围之内才能通过
NEW_IS_OUTSIDE	新发送的值不在一个配置的范围之内才能通过
ONE_EVERY_N	每隔N（配置的一个值）次才能通过过滤一次

最终根据TMC的真假从而选择发送模式，这就到我们配置时常见的ComTxModeTrue/False。
整体流程如下：


我们了解了通信栈中服务层Com模块的基本功能，对PDU、SDU等做了解析，那接下来讲解通信栈的PduR，并以CAN通信栈为例，讲解一下CanNM、CanSM、CanTP是如何协同工作的。
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PduR概述
PduR全称PDU Router，顾名思义，它在AUTOSAR中负责PDU的路由，向上承接应用模块如DCM\COM等，向下承接接口层如CanIf、LinIf并分发到不同的总线硬件驱动，如下图所示：



对于PduR有多重用法，如下：
3.1 PduR多播功能

如下图所示：

单路由模式

        Com层通过PduR将PDU路由到CanIf或者路由到LinIf层

多路由模式

        Com层通过PduR将PDU路由到CanIf和LinIf层

3.2 PduR网关路由功能

所谓网关路由，即可以在一个接口层(If层)到另一个接口层(If层)，也可以同时传到上层，如Com、DCM等，如下图：

例如，从LinIf接收到数据到PduR，PduR经过配置可以上传到Com，同时也可以路由到CanIf进行传输，实现网关功能。3.3 PduR和IpduM

除了上述功能，在PduR这一层级还有一个IpduM(I-PDU Multiplexer) ，用于同一个PDU ID的复用，其基本原理如下：

此外，还可以多个PDU组合成一个容器PDU，然后这个容器PDU经由PduR传输出去，这样一帧传的数据就更多了，如下：

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CAN通信栈介绍
上面讨论了这么多内容，我们还是来看看一个具体示例：以CAN为例，一个比较完整的通信栈包括如下模块：


首先简单介绍下每个模块基本概念，后面具体讲细节

ComM：管理所有通信channel的通信模式，与CanSM、CanNM相关

CanNM：处理网络管理相关问题

CanSM：处理CAN通信栈的状态管理问题

Com：CAN报文信号的拆解组包等

CanTP：诊断PDU的分段

CanIf：对MCU内部CAN的不同驱动进行抽象

Can：实际硬件CAN驱动访问

4.1 ComM、CanSM、CanNM概述

ComM主要是通信状态、网络管理的控制，具体控制框图如下：

具体来讲，主要有以下功能 ：

管理每个通信channel的通信模式

协调来自通信请求者的总线通信请求

提供API关闭某些特定信号的发送

唤醒总线

总线错误处理

所谓通信通道，是对物理通信controller的抽象，每个通道都有自己的通信模式，如下面所示：

通信状态/Sub_State	消息发送	消息接收	NM/总线通信	唤醒能力
Full COM Network requested	√	√	请求	不可唤醒
Full COM Ready Sleep	√	√	请求	不可唤醒
Silent COM	×	√	请求	用户请求 网络响应
No COM	×	×	请求	用户请求 被动唤醒

简化后的状态机如下：


最开始，状态为No_COM，当被动唤醒或者接收到Full com请求时（做NM报文首发的同学是不是很熟悉）进入到Full COM，在Full COM子状态里，首先进NetReq状态，如果请求一直在，那没问题，待在里面玩吧；如果没有请求了，进Ready Sleep；这里就需要结合CanNM进入到Silent COM或者NO_COM了。

这里还是没有把ComM怎么和CanSM、CanNM联动了，举个例子，当有Full_COM请求

ComM -> CanSM ：请求Full通信了

              CanSM -> CanIf：赶快把tranceiver的模式设置为normal

                             CanIf-> CanTrcv:好吧，我变成normal了

              CanSM -> CanIf：赶快把contorller设置为started

                             CanIf-> Can:好吧，我变成started了

              CanSM -> Com ：给通道1准备开始Rx PDU Group接口

              CanSM -> Com ：给通道1准备开始Tx PDU Group接口

              CanSM -> ComM ：好了，CanSM小弟已经把活干完了

ComM -> NM：有个网络请求，从CanNM来的

              NM -> CanNM：快点跳到start模式哦

                        CanNM：OK

4.2 PDU和HOH

在AUTOSAR中，硬件被抽象成为HOH(Hardware object handles)，通常来讲一个HOH表示CAN controller里的一个消息buffer。CanIF把不同PDU映射到不同的HOH上，如下：


如果当前HOH被占用了，在CanIf层通常也会有一个buffer用于缓存，如下：

4.3 CAN消息TX\RX模式

在CAN的基础配置中，message的处理方式有两种：

中断：在OS中配置相应的ISE

轮询：调度器周期调度Can Mainfunction

除了上述功能，还有如下功能：

TxConfirmation

RxIndication

BusError Handle

WakeUp Hanlde

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小结
本章内容，我们将通信栈的整体结果做了一个描述，并详细讨论了Com层常用的几个概念，例如发送模式、发送模式选择、信号组和PDU组等，但还有很多细节没有讲，比如说Update Bits、deadline监控、动态长度的信号等等，这需要在项目工程中具体问题具体分析；也对CAN通信栈、PduR做了介绍，把ComM如何与CanSM、NM、CanNM协调做了一个概述，下一节将详细介绍NM的状态机。