【摘 要(yào)】
智能(néng)駕駛的(de)整車(chē)控制♠σ™(zhì)部分(fēn)需要(yào)采用(yòng)AUTOSAR框架進行(xí±∏ng)開(kāi)發，以滿足高(gāo)實時(sh ∞í)性以及高(gāo)級别的(de)功能(nén ¥≤g)安全需求。在本文(wén)中，通(tōng)過采用∞₩(yòng)AUTOSAR框架中網絡管理(lǐ)的(de)實現(xiàn)方式，對(d÷≥uì)網絡管理(lǐ)報(bào)文(wén)的(de<♣≤)格式進行(xíng)定義，并描述CAN網絡休βσ眠與喚醒的(de)狀态轉換、網絡喚醒狀态中各個(gè)子(≈♦¥zǐ)狀态的(de)切換、CAN Bus-off狀态下©♥(xià)的(de)處理(lǐ)策略以及非正常電(diàn)壓模式下(xià)的(d☆≠e)處理(lǐ)策略等。在CANoe上(shàng)對(duì)網絡♠ π管理(lǐ)功能(néng)的(de)策略進行(xíng)驗證，測試結果'¶∞↔表明(míng)能(néng)夠實現(xiàn)A♥∑UTOSAR網絡管理(lǐ)的(de)各項功能(nén§≤±g)。
1 引言
近(jìn)些(xiē)年(nián)來≥★✘÷(lái)，智能(néng)駕駛相(xiàng)關技(j≥ →εì)術(shù)在世界範圍內(nèi)獲得(de)廣泛關注和(hé)蓬勃發展。智能(néng)網<$÷聯汽車(chē)是(shì)指搭載各傳感器(qì)、控制(zhì)器(qì)、執行(xíng)器•✘φσ(qì)等裝置，融合現(xiàn)代通(tōng)信與網≤Ω絡、人(rén)工(gōng)智能(néng)等技(jì)術(α≠×shù)，實現(xiàn)車(chē)與X（車(chē)、路(lù)、人(r§↔★én)、雲等）智能(néng)信息交換、共享，具備複雜(zá)環境感知(zhī)λ¥、智能(néng)決策、協同控制(zhì∑<)等功能(néng)，可(kě)實現(xiàn) “安全、高(gāo)效、舒适、節能(nénφg)”行(xíng)駛，并最終可(kě)實α<現(xiàn)替代人(rén)來(lái)操作(zuò)的(de)新一(yī)代汽車(chē)[1-2]。美(měi)國(guó)高(gāo)速公路(lù)管理(lǐ)局（NHTS♣±±A）發布了(le)對(duì)自(zì)動駕駛各個(gè)級别的(de)定義：Level 0代™$£表人(rén)工(gōng)駕駛，Level 1代表輔↓₩ε→助駕駛，Level 2代表部分(fēn)自(zì)動駕駛，Level 3代表條件(jiàn)自(✔₽&zì)動駕駛，Level 4代表完全的(de)自(zì↓©ε)動駕駛。對(duì)于高(gāo)級别自(zì)動駕駛，對(duì)控制(z•✘₽•hì)器(qì)硬件(jiàn)以及基礎軟件(jiàn)的(de)要(yào)求相(xiàng)'£對(duì)要(yào)高(gāo)。高(gāo)度自(zì®✔±♥)動駕駛級别的(de)域控制(zhì)器(qì)系統架構如(rú)圖1所示。
圖1 自(zì)動駕駛域控制(zhì)器(qì)系統架構
數(×✔shù)據融合與處理(lǐ)部分(fēn)既要(yào)求§∞÷←實時(shí)性和(hé)一(yī)定的(de)功能(nénλ¥g)安全級别，又(yòu)要(yào)求基礎軟件§§÷φ(jiàn)能(néng)管理(lǐ)更大(dà)內(nèi)存，需要(yào)有©α→(yǒu)文(wén)件(jiàn)系統的(de)支持，因此采用(yòng)具有(yǒu)文(≥σ>←wén)件(jiàn)系統的(de)實時(shí)操作(zuò)系統框架進行(xíng)開(kāi÷$)發。整車(chē)控制(zhì)部分(fēn)需要(yàoφ&)基礎軟件(jiàn)具有(yǒu)高(gāo)實時(≠αγshí)性以及高(gāo)級别的(de)功∑♣♥能(néng)安全需求，因此采用(yòng)車(chē) π→☆控基礎軟件(jiàn)AUTOSAR框架進行(xíng)開(→α♥kāi)發[3]。AUTOSAR是(shì)由各大(dà)汽車(chē)制(zhì)造廠(chδ€÷ǎng)商、零部件(jiàn)供應商、汽車(chē)電(diàn)子(zǐ)、半導體(tǐ)≥>×和(hé)軟件(jiàn)系統公司于2003年(nián)聯合推出的(de ₩)一(yī)個(gè)開(kāi)放(fàng)的(de)、标準化(huà)的(de)軟件(ji"€àn)架構。該架構專門(mén)應用(yòng)于汽車(chē)電(diàn)子(zǐ)≥ ₩領域，嘗試通(tōng)過增加軟件(jiàn)模塊≥♣λ≠的(de)重用(yòng)和(hé)互換，來(l✔←ái)降低(dī)系統軟件(jiàn)架構的(de)複雜(zá)度，從(cóng)而優化(♥βhuà)整個(gè)軟件(jiàn)的(de®× ≥)開(kāi)發流程。滿足AUTOSAR框架的(de)基礎軟件(jiàn)，具有(y≥αǒu)可(kě)移植、可(kě)擴展、高(gāo)實時(shí)、高(gāo)可(kě)靠、滿足₽↓↑功能(néng)安全要(yào)求等特點[4]。本文(wén)采用(yòng)基于AUTO¥™SAR架構的(de)網絡管理(lǐ)，在汽車(chē)CAN系統中進行(xíng)實✘δ∞現(xiàn)，并在CANoe上(shàng)對↕≠£(duì)網絡管理(lǐ)的(de)各功能(néng)≠♥↓α進行(xíng)仿真驗證[5]。
2 AUTOSAR CAN網絡管理(lǐ)報(bào)文(wén)格式
在網絡管理(lǐ)中，網絡中的(de)各個φ&(gè)節點通(tōng)過網絡管理(lǐ)報(b≠₩ào)文(wén)進行(xíng)通(tōng)信，AUTδσOSAR CAN網絡管理(lǐ)報(bào)文(wén)的(de)數(shù)€€ 據場(chǎng)格式見(jiàn)表1。
表1 網絡管理(lǐ)報(bào)文(wén)的(de)數(shù)據場(ch€∞"ǎng)格式
表1中，字節0為(wèi)☆↔♥ECU Address，作(zuò)為(wèi)源節點标識符，用(yòng)以告知(zhī)π↓↕其他(tā)節點該報(bào)文(wén)是(sh≤✔∏ì)由哪個(gè)節點發送的(de)；處于CAN網絡中的(de)每個&₹€←(gè)節點都(dōu)會(huì)分(fēn)配一(yī)個(g✘↑$è)唯一(yī)的(de)标識符，本文(wén)中網絡管理(lǐ)報←$¥(bào)文(wén)的(de)ECU Address=0x43≈$9。字節1為(wèi)控制(zhì)比特向量，字節2～7為(wèi)用(σ₽yòng)戶自(zì)定義的(de)數(shù)據信息。本文(w♣¶♣₽én)中字節2User date 0用(yòng)于将網絡喚醒原因顯示出來(lái)，¥™ α其他(tā)自(zì)定義數(shù)據作(zuò)為(wβγèi)擴展保留，用(yòng)“0x00”填充。表2列<>出了(le)控制(zhì)比特向量各位的(de)含義。其中Bit0為(wèi)♣ €重複報(bào)文(wén)狀态請(qǐng)求位，置1代表±<∑>需進入重複報(bào)文(wén)發送狀态，清零代表不(bù∏♣∞↓)再需要(yào)重複報(bào)文(wén)發送狀态；≠Ω≈Bit4位為(wèi)激活喚醒位，置1代表主動₹←喚醒狀态，清零代表被動喚醒狀态。其他(t₽εā)位為(wèi)保留位，以0填充。
表2 控制(zhì)比特向量格式
3 網絡管理(lǐ)的(de)策略實現(xiàε<σγn)
3.1 網絡休眠與喚醒
AUTOSAR網絡管理(πλlǐ)包含3個(gè)主要(yào)狀态：總Ωβ •線休眠狀态、預休眠狀态和(hé)喚醒狀态。當✘∞•¶網絡節點滿足休眠條件(jiàn)，不(bù)需要(yàoσβ≤)進行(xíng)CAN通(tōng)信≤λ時(shí)，進入總線休眠狀态。網絡處于總線休眠狀态σ☆可(kě)以降低(dī)車(chē)輛(liàng)電(diàn)量消耗。一(yī±εφ≥)般情況下(xià)，當節點上(shàng)電(diàn)之後默認進入總線休眠狀态 ≤，當在總線休眠狀态接收到(dào)應用(yòng)程序喚醒需求或者網絡通(tōng)> 信需求時(shí)，節點從(cóng)總線休眠狀态進入喚醒狀态。當在喚醒狀态下(¥∏xià)再次滿足休眠條件(jiàn)時(shí)，節點首先進入預休眠狀态，γ¶★從(cóng)預休眠狀态延時(shí)一(yī®$)段時(shí)間(jiān)再進入總線休眠狀态。在預休眠狀态下(xià↓)，節點停止網絡管理(lǐ)報(bào)文(wén)和(hé)應用(yòng)報(bà׶≥o)文(wén)的(de)發送，但(dàn)是↓×♣÷(shì)可(kě)以進行(xíng)ACK的(de)應答♦≠λ∞(dá)活動，用(yòng)以監控總線網絡需求。當定時(shí)器↑≈ (qì)到(dào)時(shí)進入總線休眠狀态後&€÷，關閉總線活動。3個(gè)主要(yào)網絡狀态的(de)轉移過程如(rú)圖2¶"所示。
圖2 網絡休眠與喚醒狀态處理(lǐ)策略
3.2 網絡喚醒狀态
當總線處于λ≥≥ 網絡喚醒狀态時(shí)，包含3個(gè)子(zǐ)狀态：重複報(bào)文(wén)狀态、¶ε↕←正常模式狀态和(hé)休眠準備狀态。而重複報(b↑≤ào)文(wén)狀态又(yòu)包含報(bào)文(wén)快(kuài)速發送狀态和(hé)正φ<↕常發送狀态兩種。如(rú)上(shàng)文¶ ↓♥(wén)提到(dào)，當在總線休眠狀态接收到(dào)應用(★∞yòng)程序喚醒需求或者網絡通(tōng)信需求時(shí)，節←β&<點從(cóng)總線休眠狀态進入喚醒狀态。當接收到(dào)應用(yòng)程序喚醒需求時(δ∑shí)，節點進入重複報(bào)文(wé✔₩•n)狀态中的(de)報(bào)文(wén)快(α¶kuài)速發送狀态，當接收到(dào)網絡通(tōφβng)信需求時(shí)，節點進入重複報(bào)文(wén)狀态中的(de)報(✘₹€∏bào)文(wén)正常發送狀态。當節點進入報(bào)文(wén)快(kuài)速發送狀态時✔Ω™(shí)，會(huì)開(kāi)啓定時(shβ★í)器(qì)，當定時(shí)器(qì)到(dào)時(shí)後，♠↑α節點從(cóng)報(bào)文(wén)快(kuài)速發送狀态進入報(b&δ>ào)文(wén)正常發送狀态。節點進入重複報(bào)文(wén)狀β™↕≠态後會(huì)開(kāi)啓另一(yī)定時(shí)器(qì)，定時(s✔>hí)器(qì)到(dào)時(shí)後，節∑→Ω點從(cóng)重複報(bào)文(wén∑δ)狀态退出。當網絡需要(yào)繼續進行(xíng)C± AN通(tōng)信，節點從(cóng)重複報(b±ào)文(wén)狀态進入正常模式狀态。當網絡不(bù)再需要(yào)進'<行(xíng)CAN通(tōng)信，節點從(cóng)重複報(bào)文(wén)狀态進入">休眠準備狀态。在正常模式狀态下(xià)，若需要(yào)與網絡上(shàng)的(d•↑≤☆e)其他(tā)節點繼續通(tōng)信時(shí)，需要(yào)保持在正常模式，若不(₹€£&bù)再需要(yào)網絡通(tōng)信，節點從(cóng)正×'常模式狀态進入休眠準備狀态。進入休眠準備狀态後需要(yào)停止網絡©↕管理(lǐ)報(bào)文(wén)和(hé)應用(yòng)報(bà₩"> o)文(wén)的(de)發送。網絡喚醒狀态的(de)轉移過程如(rú)圖3所示。
圖3 網絡喚醒狀态處理(lǐ)策略 &
3.3 CAN Bus-off狀态
C₩®δAN網絡管理(lǐ)需要(yào)考慮Bus$πΩ-off狀态下(xià)的(de)處理(lǐ)策略。當檢測到(dào)總線處于Bus-off狀•₹↑态時(shí)，停止網絡報(bào)文(wén)和(hé)應用(yòng)報(bào)文(wén§ ♥)的(de)發送，并開(kāi)啓定時(shí)器(qì)BσεusOffRecoveryCounter。定時(shí)器(qì)大(dà↔>✔)小(xiǎo)由Bus-off具體(tǐ)的(©×de)快(kuài)慢(màn)恢複策略決定。當定時(shí)器(qì)到&↕§(dào)時(shí)後，網絡進入喚醒狀态。若Bus-off狀态進入之前網絡已經處≈₹α"于喚醒狀态，則退出Bus-off狀态後，具體(tǐ)進入喚醒狀态的(✔✔¶de)哪個(gè)子(zǐ)狀态由之前的(Ω>∏de)曆史狀态确定。
3.4 電(diàn)壓狀态
網絡管理(lǐ)需要(≥₽yào)在正常電(diàn)壓模式下(xià)進行(xíng)工(gōn↔≥σg)作(zuò)。當總線處于總線休眠狀态或者預休眠狀态時(shí)，檢測到(dào)應用(yòn&↑g)程序的(de)喚醒需求或者網絡通(tōng)信需求時(shí)，≠♥需要(yào)确認當前電(diàn)壓處于正常電(diàn)壓狀态才會(♠←πhuì)退出當前狀态，進入網絡喚醒狀态。當總線處于網絡喚醒狀态時(shí)，檢測到(dào)≤÷>✔電(diàn)壓處于過低(dī)或過高(gāo₹'→)電(diàn)壓狀态，則退出網絡喚醒狀态進入預休眠狀态。
3.5 網絡管理(lǐ)的(de)策略實現(xiàn)
在上(shàng)述策略中詳細描述了(le)網絡管理(>≥↔↕lǐ)的(de)狀态轉移過程，本文(wén)通(tōng≥λ§×)過Stateflow的(de)狀态機(jī)進行(xíng)實現(xiàn)，程序≠≠中的(de)具體(tǐ)策略如(rú)圖4所示。
圖4 AUTOSAR網絡管理(lǐ)處理(lǐ)策略 ↕←↔
4 測試
©÷↔ 網絡管理(lǐ)策略實現(xiàn)之♥γ∞>後，在CANoe上(shàng)對(duì)其功能(néng)進行(x→íng)驗證測試。接收到(dào)本地(dì)喚醒需求時(¥<£&shí)的(de)測試結果如(rú)圖5所示，待測試節點↑✔≈γID為(wèi)0x439。當接收到(d♣$✘ào)本地(dì)喚醒事(shì)件(jiàn)後，節點0x439∏π•從(cóng)總線休眠狀态進入網絡喚醒狀态中的(de)報(bào)文(wé÷&n)快(kuài)速發送狀态，以20ms的(de)發送周期快(kuài)♥↓γ速發送網絡管理(lǐ)報(bào)文(wén)，發送完成1↓$∏0幀網絡管理(lǐ)報(bào)文(wén)後，報(bào)文(wén)快(kuài)≠€速發送狀态定時(shí)器(qì)到(dào)時(shí)，進入到(dào)正常發送狀态，δ÷σ 按照(zhào)500ms的(de)發送周期發送網絡管理(lǐ)報(bào)文(wénγ→)。
圖5 本地(dì)喚醒策略測試結果
接收到(dào)網絡通(tε'±ōng)信需求時(shí)的(de)測試結果 如(rú)圖6所示，待測試節點ID為(wèi)0x439。當被網絡中的(de)0x43A節點&α₹$喚醒後，節點0x439從(cóng)總線休眠狀态進入網絡喚醒狀态中的(de)正常發送狀态，并發出®£₩第1幀網絡管理(lǐ)報(bào)文(wén)，之後按照(zhào)500ms的(de)發送周期≤™÷發送網絡管理(lǐ)報(bào)文(wén)。發送完成α3幀網絡管理(lǐ)報(bào)文(wén)後，正常發送狀态&↓φ✔定時(shí)器(qì)到(dào)時(shí)，進入β≥到(dào)正常模式狀态，正常模式狀态與重複報(bà↓★o)文(wén)狀态中的(de)正常發送狀态報(bào)文(wén)周期相(xiàng)同，同®Ω≠樣按照(zhào)500ms的(de)發送周期發送網絡管理≤₽(lǐ)報(bào)文(wén)。
圖6 網絡喚醒策略測試結果
5 結論
在本文$←(wén)中，介紹了(le)基于AUTOS≠≥♣♦AR标準的(de)域控制(zhì)器(qì±β∏)進行(xíng)網絡管理(lǐ)的(de)實現(xiàn)過 ¶$÷程，包括AUTOSAR CAN網絡管理(lǐ)報(bào)文(wén)格式¥₩γ♣，網絡休眠與喚醒的(de)狀态轉換、網絡喚醒狀态中的(de)各個(gè)子(zǐ)÷↕ 狀态的(de)切換、CAN Bus-off狀态下(xià)的(de)φ™ 處理(lǐ)策略以及非正常電(diàn)壓模式下¶₹(xià)的(de)處理(lǐ)策略等，通(tōng)過Stateflow的(de)狀态機(jī"$")進行(xíng)實現(xiàn)，并在CANoe上(shàng)進行(xí™∑™ng)了(le)驗證。測試結果表明(míng)所述策略☆♥能(néng)夠實現(xiàn)網絡管理(lǐ)的(de)各項功能(néng)✘$。
參考文(wén)獻：
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轉自(zì)智能(néng)汽車(chē)設計(jì)
