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从ECU和CPU视角理解AutoSar网络管理

2021-05-14       浏览:  
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来源:本文为CSDN博主「南工问天」的原创文章,遵循CC 4.0 BY-SA版权协议,转载请附上原文出处链接及本声明

1KL15和KL30节点概念解释

点火开关位置:OFF,ACC,ON,START四种状态

从ECU和CPU视角理解AutoSar网络管理(图1)

KL30节点:控制器由蓄电池常供电,在点火开关OFF时仍然能运行软件和维持CAN通信。

如图,在Hardware Wakeup信号OFF时,CPU能感知到该变化,但是3.3V,5V供电不受影响。CPU可以根据电源和网络管理状态机条件决定何时发送命令切断SBC的3.3V,5V供电输出,从而停止CPU工作,也关闭掉CAN通信。对CPU而言进入Shutdown或OFF状态。对ECU系统(SBC+CPU)而言,进入Sleep状态,SBC属于Sleep状态。此时蓄电池常接ECU,电能都消耗在SBC上。之后,一旦检测到Hardware或有效的CAN信号,激活SBC从Sleep进入Standby状态,3.3V供电输出,CPU上电程序运行。软件再发送命令使SBC进入Normal状态,打开5.0V供电,CAN通信正常。

从ECU和CPU视角理解AutoSar网络管理(图2)

KL15节点:控制器由KL15线供电,即只能在钥匙置于“ACC”或者“ON”档时运行软件和维持CAN通信。对于正在运行的CPU软件,无论它处在什么状态,只要Hardware OFF,SBC供电立即切断,3.3V,5.0V立即消失,程序立即停止运行,ECU系统进入OFF模式,不存在Sleep模式。该状态下SBC也不消耗电能,ECU系统的电能消失是0,比较KL30节点的Sleep模式最节省电能。

从ECU和CPU视角理解AutoSar网络管理(图3)

比较而言:

KL15节点:软件没有下电流程,随时可能终止运行,没有时间进入Afterrun模式和做Eeprom最终存储。WakeUp信号的消失后ECU直接进入OFF模式,不存在Sleep模式,不耗费电能。

KL30节点:软件有完整的下电流程,软件根据WakeUp信号的消失可以控制自己按步骤进入Afterrun模式,存储数据到Eeprom,设置SBC进入Sleep模式。ECU进入Sleep模式只有SBC在耗电。

说明,KL30节点也存在OFF模式,当蓄电池严重匮电使SBC进入OFF模式,或者任何操作导致Batt-12V断开的情况。但较少发生这种情况。

2AutoSar ECU状态

在理解AutoSar网络管理前,先分析一下AutoSar的ECU状态。

STARTUP:CPU上电后首先运行的部分,从Boot开始。

UP:程序正常运行的状态,Boot和App程序里都有。

SLEEP:目的是节省电能,该状态下ECU仍然供电但是软件不正常运行,ECU可以根据条件被唤醒。CPU减少供电,比如降低主频工作处于Polling或Halt模式,CPU内的RAM内容维持,这样重新唤醒后ECU可以从前回状态继续运行。

SHTDOWN:CPU通过程序控制主动关闭对自己的供电,相比较SLEEP模式,能耗更低。

OFF:当ECU供电消失时进入OFF,从任何状态都可进入。当蓄电池重新供电,会触发ECU power-on唤醒事件,但是ECU是否要进入正常模式,还要看有没有其他硬线唤醒源或者CAN唤醒信号是否有效。

其实,上述KL30节点的SLEEP状态包含了这里的SLEEP和SHTDOWN两个状态,且通常是SHTDOWN状态。因为不用给CPU供电,能耗更低。

从ECU和CPU视角理解AutoSar网络管理(图4)

AutoSar规范里Shutdown之后可以进入Sleep状态,不过上面的状态图里却没有这条路径。理解起来这个Sleep和上图的Sleep不一样。此处的Sleep状态,应该CPU也停止供电,对于KL30节点仅是SBC供电。

从ECU和CPU视角理解AutoSar网络管理(图5)

如下7.4,Shutdown之后ECU应该能够被重新唤醒。

从ECU和CPU视角理解AutoSar网络管理(图6)

如下4.1, Shutdown要使用外部硬件,也就是给SBC发送命令关闭CPU供电。

从ECU和CPU视角理解AutoSar网络管理(图7)

3AutoSar网络管理状态机

综上分析,可知AutoSar网络管理只针对KL30节点。状态机中的Power和Sleep状态是针对ECU,而非CPU对说的。但是,软件是在CPU里运行,CPU只有供电才能运行软件。所以,有必要弄清楚这些状态的真实意义:

从ECU和CPU视角理解AutoSar网络管理(图8)

1. 第一次蓄电池KL30供电时,触发Power-on唤醒事件,CPU得电软件运行,首先进入Bus-Sleep模式。这时,要分两种情况:

    a.如果有其它有效唤醒信号:硬线ACC,ON或CAN报文,则继续进入Network-Mode,ECU正常运行

    b.如果没有其它有效唤醒信号,CPU运行一段时间就要给SBC发送命令关闭自己供电并设置SBC的唤醒模式,然后程序停止运行。对外表现是ECU的耗电由刚唤醒的SBC+CPU变成仅SBC供电,维持低功耗。

2. 蓄电池KL30维持常电,唤醒事件来临,SBC被唤醒,CPU得电,程序重新运行。对ECU来讲是从Bus-Sleep开始,但是对CPU来讲,是从PowerOn状态开始的,它首先要做CanNm_Init(),然后进入Bus-Sleep模式。紧接着进入Network-Mode,ECU正常运行。

3.蓄电池KL30维持常电,唤醒事件消失,NM-Timeout Timer超时后,从Network Mode进入Prepare Bus-Sleep Mode,接着Wait-Bus Sleep Timer超时后,从Prepare Bus-Sleep Mode进入Bus-Sleep Mode。这里的Bus-Sleep Mode实际上就是CPU给SBC发送命令关闭自己供电并设置SBC的唤醒模式,然后程序停止运行。

4两个视角理解AutoSar网络管理

1. ECU视角

从ECU和CPU视角理解AutoSar网络管理(图9)

2. CPU视角

1. Wait-Bus Sleep Timer超时后就关闭CPU供电,状态机直接进入CPU-Power OFF,宏观上就是ECU的Bus-Sleep状态。

2. ECU可能被任意唤醒(比如,没有指定帧唤醒功能的SBC芯片,可以被任意CAN报文唤醒),唤醒之后立即打开CPU供电,初始化程序,进入Bus-Sleep状态,因为唤醒时间是个持续的过程,不是触发一下就完了,CPU可以继续读唤醒信号判断其有效性。如果有效,进入Nomal-NM状态,否则就停留在Bus-Sleep状态。在Bus-Sleep状态下,只要收到任意CAN报文就复位Wait-Bus Sleep Timer,直到网络上没有任何CAN报文,Wait-Bus Sleep Timer超时后关闭CPU供电。

3. CPU Power-OFF后程序停止,因此无法判定蓄电池是否发生Power OFF事件。即不能判定ECU视角的Power-ON或Power-OFF

从ECU和CPU视角理解AutoSar网络管理(图10)

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