汽车电子系统网络管理的简介

本文旨在从业务功能上介绍汽车电子系统中网络管理模块的功能，已达到对于网络管理模块的一个初步管理。

1 网络管理的含义

汽车系统中存在着多种 ECU 控制单元，这些 ECU 控制单元并不是孤立的，而是协同工作。既然各个 ECU 控制单元需要协同工作，那么它们之间就必须能够相互通信。目前各 ECU 之间通信的方式主要有 CAN、 Flexray等车载网络，还包括目前新兴的车载以太网。汽车电子系统通过车载网络对 所有的 ECU 进行配置管理和协调工作的过程称之为网络管理。

2 网络管理的功能

网络管理除了实现普通的业务数据传输之外，网络管理还承担着一项重要工作。不论是传统的机动车，还是目前的混动车以及新兴的电动车，其蓄电池的使用的耐用性都是汽车性能的一个重要瓶颈。网络管理可以通过对于网络上的各个 ECU 的控制，发出一些命令规则，实现各个 ECU 的协同睡眠和唤醒。

通常 ECU 都存在几种工作模式，如唤醒（working）模式、睡眠（sleep）模式、启动（boot）模式。其中 working 模式为正常工作模式，耗能高；sleep模式为待机状态，大部分功能都停止，为低功耗模式；boot 模式为 ECU 刷机模式，通常用于对 ECU 进行升级。

3 网络管理的过程

汽车电子系统的网络管理其实也就是一个状态机的管理。网络管理的状态总体上可以分为 BusSleep、PreSleep、Network 三个状态；其中 Network 状态又分为三个子状态，分别是 RepeatMsg、NormalOperate、ReadSleep。

网络管理最终要实现车上的 ECU 能够协同睡眠和唤醒，也就是说网络管理最重要的一点是保证车上的 ECU 能够协同唤醒和休眠，那么假设车上的 ECU 都处于睡眠模式，网络上都没有报文，则没办法唤醒。所以，一般不会让所有的 ECU 都处于睡眠模式，此时会有极少数的 ECU 处于工作状态，如 BCM，也就是说有一些 ECU 是通过 KL15 直接唤醒的，而有一些是通过 CAN 报文唤醒的。由此可以看出 ECU 的唤醒源可以分为两种：

• 主动唤醒( Active Wake up)：ECU 作为主唤醒节点，当检测到主动唤醒源输入信号时（如KL15）主动唤醒自己，并通过发送NMFRAME 尝试唤醒其他ECU。
• 被动唤醒( Passive Wake up)：ECU 作为从唤醒节点，自己不能主动唤醒自己，只能通过接收到其他 ECU 发来的NM FRAME来唤醒自己。

3.1 状态释义

• BusSpleep状态：这就是休眠状态，此状态下不发送网络管理报文也不收发应用报文，一般该状态处于低功耗的状态，也就是上文提到的协同睡眠状态。当然上电初始化时，也会默认进入该状态。
• PreSleep状态：此状态是进入休眠状态前的准备状态，此状态一般不发送网络管理报文帧了，也不发送应用报文了，只是等待其他ECU一起睡眠，其实就是实现‘’协同‘’两个字，也就是让等一段时间让车上所有ECU实现一起睡眠。之所以需要 ECU 协同睡眠，主要是因为各个 ECU 处于协同工作状态，比如VCU（整车控制器）和INV（电机控制器），有可能VCU不发报文了，会导致INV报故障，如此就会出现误报警状态。
• Network状态：此状态下 ECU 可以进行正常通信，既可以收发网络管理报文帧也可以收发应用报文（包括诊断报文），意思就是唤醒状态。

下面解释一下 Network 状态的三个子状态的含义：

• Repeat meassage：表示重复发网络管理报文的状态。由于进入网络状态时，首先需要快速发送一些网络管理报文，以尽快告知车上其他 ECU，我处于正常状态了，可以进行通信了。
• Normal Operation：在进入RepeatMsg一段一时间后，如果需要通信，就会跳到正常工作状态，正常工作状态会按照正常的周期发送网络管理报文，以及所有应用报文正常进行通信，可以说这个状态就是真正的唤醒状态。
• ReadySleep：从唤醒状态进入休眠时，需要进行一些准备工作，比如有一些数据要存储、比如电机控制器检测到电机还没停下来等等情况，因此此状态就是用来做一些休眠前的准备工作，任何从唤醒到休眠的过程，都需要经过此状态，也就是说睡眠前有些准备工作是必须要完成的。那么此状态下，其实还是能够进行通信的，只有进入PreSleep状态，才会把相应的应用报文收发关闭，以及发送NM报文关闭。还有一点要声明的是，一般网络管理报文帧的接收不会关闭。（因为进入休眠后需要处于可唤醒状态。）

4 实例

4.1 以NM报文唤醒为例，大概说一下唤醒的过程：

1. 在睡眠状态，车上网络状态是没有报文的，一旦车上BCM检测到要使用网络时，就是第一时间发出网络管理报文出来，这个时候我们的ECU也会收到该网络管理报文，因此会唤醒我们的ECU。
2. 首先我们的ECU的收发器收到NM报文后，告诉芯片要唤醒了，这个时候就会给控制器供电，然后程序就会初始化，进入BusSleep状态（ECU上电默认会进入此状态）。
3. 接着进入RepeatMsg模式，这个时候会迅速发出第一帧NM报文，会快速发出5帧NM报文（如周期10ms），让其他节点知道此 ECU 醒来了，然后会切换到正常周期的NM报文，如50ms，当然这个时候，系统也在初始化，应用报文也会到一定周期能够正常收发。
4. 处于RepeatMsg状态一定时间后，会切换到NormalOpr模式，这个时候就会正常通信了。这个模式下NM报文是以一定周期发送的如500ms，告诉所有节点我在正常通信。其实NM报文里面是有一些信息的，比如唤醒原因，用户数据等等，这些都可以去定义。

4.2 下面讲一下NM休眠的过程：

1. 处于NormalOpr状态下，如果ECU不需要网络了，比如KL15断开，ECU这个时候就会选择释放网络。
2. 释放网络就是从Normal状态切换到ReadySleep状态，此时会进行一些故障存储、下电前的装备工作，完成后。
3. 等待一定时间就会进入到PreSleep状态，这个状态将会把应用报文和TX网络管理报文也关闭。
4. 等待一定时间就会进入BusSleep状态，进入BusSleep后，会让控制器进入休眠。