10.16638/jki.1671-7988.2019.16.037
邹耀
（重庆矢崎仪表有限公司，重庆401123）
摘要：简要分析了汽车仪表所用的各个网络管理协议栈，如何确保各个车载电子模块控制单元之间的信息交流是可控的，如何基于标准协议开发适用于汽车仪表的网络管理协议，从而缩短软件的开发周期与提高维护效率。
关键词：汽车仪表；网络管理；网络监控
中图分类号：U463.7 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2019)16-101-02
Design and Analysis of Automobile Instrument Network Management Protocol Stack
Zou Yao
（Chongqing YAZAKI Meter CO., LTD, Chongqing 401123）
Abstract: This paper briefly analyses the network management protocol stacks used in automotive instruments, how to ensure that the information exchange between the control units of each vehicle electronic module is controllable, and how to develop the network management protocol suitable for automotive instruments based on standard protocol, so as to shorten the development cycle of software and improve the maintenance efficiency.
Keywords: Automobile instrument; Network management; Network monitor
CLC NO.: U463.7 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)16-101-02
1 研究背景
汽车电子在汽车领域的作用越来越大，汽车电子各个ECU间通信信息量、数据量都是急剧增加，而且各个ECU 的功能越来越繁杂，这也导致各个ECU之间的通信结构越来越复杂。
车载网络系统使用的不是传统的并行通信模式，而是采用了串行数据总线的体系结构，这种结构可以有效的减少网络中的线束数量，从而降低产品的的开发成本。
2 协议栈分析
（1）OSEK/VDX网络管理的主要任务是保证汽车网络中各个节点通信的实时性、可靠性和安全性。OSEK/VDX直接网络管理的主要功能是：在启动网络时进行初始化网络设置、总线系统运行时进行节点状态监测、唤醒和休眠管理、启动硬件。
（2）AUTOSAR网络管理的主要目的是协调网络在正常运行模式和Busoff模式之间转换传输，另外是节点状态监控，保证系统的实时性，稳定性和可靠性。网络管理主要由comM模块、Nmlf模块、其它网络管理模块、其它状态管理器模块共同完成网络的管理功能。
（3）SAE J1939通信协议是基于CAN 2.0B的网络通信协议。J1939-81是J1939的网络管理的一部分，根据网络节点的可配置性，将网络节点分为不可配置的网络节点、通过专用工具配置的网络节点、通过命令来配置的网络节点、以自配置的网络节点4个级别。
3 方案设计
基于以上对各种网络协议的分析，结合本项目主机厂商的具体要求，我们进行了汽车仪表网络管理协议栈的总体方案设计。
3.1 网络拓扑与节点分类
在汽车电源中，根据ECU工作时点火开关的状态，将
作者简介：邹耀，就职于重庆矢崎仪表有限公司。
101
汽车实用技术
102 CAN 网络中的ECU 分为两类：I 类和II 类。
I 类：ECU 仅在点火开关打开（KL15）和（或）ACC 档时工作；II 类：ECU 在点火钥匙为OFF 时继续工作。
如表1所示，定义了网络管理报文的基本参数：网络管理报文的数据长度均为8个字节，其ID 的基地址为0x600。
表1 网络管理报文基础参数
3.2 网络管理报文中控制场的值，决定了网络报文的类型
Ring 报文、Alive 报文、LimpHome 报文在网络管理数据场中有标识位来进行识别。
网络管理基础参数定义如表2中所示：
表2 网络管理的基础时间参数
3.3 逻辑环建立要求
网络管理的核心机制就是如何在网络中形成稳定的逻辑环。
如图1所示，逻辑环中的节点接收到来自其前趋节点的Ring 报文（目标地址=后继节点地址，即目标地址=5）后，等待t Typ 延时，之后向自己的后继节点发送Ring 报文（目标地址=后继节点地址，即目标地址=9）。通过各个节点之间不断发送的Ring 报文，就如同形成一个传递的“令牌”，来管理控制整个逻辑环的稳定运行。
图1 逻辑环示意图
前趋节点和后继节点的确定是通过比较节点地址大小来实现的，处于逻辑环中的某个节点发现其前趋节点Ring 报文的目标地址未指向自身，则该节点将识别自身被跳过。
如果节点识别自身被跳过，它必须立即发送Alive 报文，以通知其他节点自己仍然处于网络中。 3.4 为了在汽车仪表中实现网络管理
必然需要满足其需求的硬件平台的支撑。
单片机最小模块设计：
汽车仪表识别图2 汽车仪表硬件平台
如图2所示，主控制器采用东芝Cap-Bt 芯片，该芯片采
用ARM Cortex-R4内核，主频可达300MHz ，具有低电压待机模式，8通道32位系统时钟保护单元（STPU ），支持AutoSAR 4.0，所有内核相关的内存提供ECC 校验。内置I2S 声音发生模块，可输出WA V 格式声音。总线方面：3channel 高速CAN BUS 总线；2channel LIN/UART 总线；1channel I2C 总线。图形处理能力：支持最大1440×540分辨率输出，2.5D 图形引擎及硬件单元（卷曲、位图
半透明叠加、复制、旋转、缩放、透视投影变换、图画）。电源回路采用四路电源输出：5V ,3.3V ，1.8V ，1.1V 。存储芯片采用I2C 接口的EEPROM 记录里程及相关配置信息。采用256Mbit 外扩FLASH ，存储程序及图片资源。
整体硬件模块由存储器模块、CAN 通信模块、电源模块、SPI 通信模块、声音模块等模块构成。
微控制器驱动由DIO 驱动、PWM 驱动、SPI 驱动、看门狗驱动、CAN 驱动等模块构成。
网络管理协议栈就可在该软硬件基础平台上进行实现。
4 结论
通过基于该项目的客户需求，我们分析了各种网络管理协议栈，并构建了实现网络管理协议栈的基础平台，确定了网络协议栈中的基础参数，从而制定了有效的网络管理协议栈实现的整体方案。
参考文献
[1] 张参参.CAN/FlexRay 总线系统网络管理与诊断协议的研究[D].
合肥工业大学,2011.
[2] 陈筠翰.车载网络的若干关键技术研究[D].长春：吉林大学,2014. [3] 程安宇.乘用车网络控制系统中调度算法的研究与实现[D].武汉
大学, 2014.
[4] OSEK/VDX [Z]./wiki/OSEK/VDX.
[5] 张一娇.基于CANoe 的J1939协议在ECU 通信中的应用[J].科技
视界, 2016 (18): 134-135.
[6] V alocchi D, Tuncer D, Charalambides M, et al. Extensible signaling
framework for decentralized network management applications[C]. Network Operations and Management Symposium (NOMS), 2016 IEEE/IFIP. IEEE, 2016: 153-161.
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