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(多图) 车载FlexRay网络管理策略的初步研究

同济大学 袁昊昀 陈觉晓 孙泽昌?? 2008年11月06日 ?? 收藏0

  网络管理的目标是保障网络可靠、有效地运行。在一般的计算机网络中,网络管理包含配置管理、性能管理及安全管理。车载网络是面向实时控制的一类网络,因此它采取的网络管理策略与计算机网络的管理策略有很大区别。本文旨在探讨0SEK/VDX NM标准在FlexRay总线协议中的应用。

  1 FlexRay简介

  F1exRay是高速串行通信的车载网络,它的带宽高、可靠性高、灵活、实时性强的特点,可以很好地满足现代车载控制系统的强实时需求。目前已成立的FlexRay联盟正在推广FlexRay标准,主要成员包括BMW、Daimler—Chrvsler、Freescale、Bosch和Philips等,在BMW X5上,FlexRay已有实际应用。

  与事件触发的CAN网络不同,FlexRay是一种能够兼容事件触发的时间触发总线协议。它的介质访问方式为FTDMA(灵活的时分多路访问)。FTDMA不同于TDMA(时分多路访问)。TDMA静态地分配时间片(timeslot),可能造成某些节点没有数据可发却占用了一定的时间片,造成资源浪费。

  一个FlexRay循环包括静态数据段和动态数据段,如图1所示。两段可以同时出现,也可以只有其中一种。静态数据段被分成相等的静态时间片,每个节点最多分配16个时间片,每个时间片有唯一的标识符。动态数据段用于事件触发消息及诊断信息的传输,但时间和带宽是受限的。

FlexRay循环

  2 OSEK/VDX车载网络管理

  OSEK/VDX网络管理的主要任务是保证网络中各个ECU之间通信的可靠性和安全性。OSEK NM定义了直接网络管理和间接网络管理两种网络管理方法,同时定义了监测静态网络节点状态的规范,并提供控制网络管理组件接口程序。另外,在汽车应用中大多数网络是静态配置的,所以网络中的节点大多固定,具有一个独一无二的标识符,用OSEK NM对其进行管理是非常合适的,因此现在国外各大汽车制造厂商应用的几乎都是基于OSEKNM的管理算法。

  通常在车辆环境下ECU有3种不同的工作模式:正常模式(normal operation)、低功耗模式(low power)和睡眠模式(sleep)。网络管理要在整个通信系统范围内协调各个ECU节点工作状态的切换,以减少总线的负载及功率损耗。OSEK VDX定义的网络管理主要具备:网络配置功能(OSEK NM将网络配置区分为normal和1imphome两个级别),状态管理功能(哪些节点在网络上处于活跃状态)和睡眠管理功能。

  网络管理的各种功能最终需要网络协议来实现,0S—EK NM定义了网络管理协议数据单元(Network Man—agement Protocol Data Unit,NMPDU)。如图2所示,它包含了所有网络管理要求的消息。

协议数据单元

  3 OSEK/VDX的FlexRay网络管理协议

  在OSEK/VDX NM中,要求参与网络通信的每个节点有独立的标识符,各节点依照逻辑环的顺序发送网络管理消息。逻辑环独立于网络的物理结构,每个节点具有一个逻辑后继节点,逻辑环第一个节点是该逻辑环最后一个节点的逻辑后继。

  FlexRay是时间触发的总线协议,因此FlexRay网络管理消息在发送时,可以脱离逻辑环的模式,而且NMP—DU可以不需要源节点和目标节点的ID。

  图3给出了一个与OSEK/VDX标准兼容的FlexRayNMPDU。图中,Byte 0为源节点ID,保留它是为了与OSEK标准兼容;Byte 1则包含网络管理协议的一系列标识符,Sleep Ind(休眠指示)位与Sleep Ack(休眠确认)位是必需的,节点是否切换进入休眠模式由这两个标识符来决定,Ring位也是为了与OSEK标准兼容,其他位(如Config位等)为 1;Byte2~7为将来扩展保留。

一个与OSEK

  4 AUTOSAR针对FlexRay的网络管理

  为了与FlexRay的应用前景相适应,AUTOSAR组织已经基于OSEK/VDX定义了一套针对FlexRay的网络管理规范。针对FlexRay,AUTOSAR v2.O.1将网络管理模块划分为2个部分:Generic NM和F1exRay NM。在这一规定中,每个节点必须周期性地发送一个网络管理信息,也就是按事先设定好的时间触发顺序进行网络管理信息的传输,直到所有节点不再进行任何总线通信为止。如果在一个系统定义的时间周期内,传输介质上没有发送或收到任何网络管理信息时,节点将同步转入总线休眠模式状态 (BUS_SLEEP_MODE)。这里给出了一个可行的网络管理的状态机,如图4所示。

网络管理的状态机?


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