隨著人民生活消費(fèi)水平的不斷提高，用戶對(duì)汽車的功能需求也逐漸增多，對(duì)汽車的智能化要求越來越高，汽車智能化功能的提升需要在車內(nèi)布置較多的ECU、傳感器、執(zhí)行器，從而使得車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)需要傳輸并交換大量的數(shù)據(jù)。而傳統(tǒng)較低傳輸速率的CAN網(wǎng)絡(luò)難以滿足智能汽車的高帶寬和低延遲數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆榱私鉀Q實(shí)時(shí)性、高帶寬的數(shù)據(jù)傳輸?shù)葐栴}，具備高速傳輸?shù)钠囈蕴W(wǎng)被引入智能汽車中。在加入車載以太網(wǎng)的前提下，汽車內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)管理按照總線和協(xié)議可以存著多種方式：一種是基于AUTOSAR的CAN網(wǎng)絡(luò)管理，第二種為基于AUTOSAR的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)管理，第三種為基于OSEK的CAN網(wǎng)絡(luò)，如圖1所示，不同網(wǎng)絡(luò)通過各自的總線直接或間接的與汽車中央網(wǎng)關(guān)相連接，多種通信協(xié)議共存的車載網(wǎng)絡(luò)勢(shì)必會(huì)增加車載網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)功耗、可靠性等問題，如：如典型的100M bit/s以太網(wǎng)物理層芯片收發(fā)器工作狀態(tài)下耗電在100mW～300mW，而千兆以太網(wǎng)物理層芯片收發(fā)器工作狀態(tài)耗電更高。

(資料圖片僅供參考)

圖1三種總線混合車載網(wǎng)絡(luò)的E/E架構(gòu)

如何利用中央網(wǎng)關(guān)對(duì)多總線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行協(xié)調(diào)以及睡眠/喚醒成為智能汽車發(fā)展過程中需要克服的難點(diǎn)之一，而且良好的睡眠/喚醒管理策略能夠提升節(jié)點(diǎn)通信效率同時(shí)節(jié)省能耗。針對(duì)混合網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的睡眠/喚醒問題，赫千科技創(chuàng)新的提出了一種優(yōu)化的睡眠/喚醒管理策略，適用于新型車載以太網(wǎng)與CAN的混合汽車網(wǎng)絡(luò)。

配置用于與多種總線進(jìn)行通信管理的中央網(wǎng)關(guān)

為了適配汽車以太網(wǎng)總線與CAN總線共存的車載網(wǎng)絡(luò)，赫千科技在中央網(wǎng)關(guān)中設(shè)置睡眠/喚醒管理模塊，在其睡眠網(wǎng)絡(luò)管理/喚醒模塊中，同時(shí)考慮AUTOSARETH網(wǎng)絡(luò)、AUTOSARCAN網(wǎng)絡(luò)以及OSEK的CAN網(wǎng)絡(luò)。具體在中央網(wǎng)關(guān)設(shè)置總線網(wǎng)絡(luò)管理模塊，在總線網(wǎng)絡(luò)管理模塊設(shè)置網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，在網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器中設(shè)置AUTOSAR以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)管理器、AUTOSARCAN網(wǎng)絡(luò)管理器、OSEK CAN網(wǎng)絡(luò)管理器，每種不同總線協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)管理器對(duì)與其連接的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行睡眠/喚醒管理，如圖2所示。

圖2配置網(wǎng)絡(luò)睡眠/喚醒管理的中央網(wǎng)關(guān)

建立不同模式以及狀態(tài)轉(zhuǎn)化機(jī)制

在混合車載網(wǎng)絡(luò)中，通信節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)較為復(fù)雜，中央網(wǎng)關(guān)需要實(shí)時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)滿足預(yù)設(shè)條件時(shí)執(zhí)行相應(yīng)的策略，確保正常通信的條件下能夠節(jié)省能耗。為了能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行睡眠/喚醒狀態(tài)的正確管理，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)所處狀態(tài)進(jìn)行定義，針對(duì)采用AUTOSAR以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)管理器和CAN網(wǎng)絡(luò)管理器各自的特點(diǎn)定義了節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)管理模式，包括總線睡眠模式、總線預(yù)睡眠模式、網(wǎng)絡(luò)模式。根據(jù)不同的觸發(fā)條件，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或ECU的運(yùn)行模式在不同的模式或狀態(tài)之間進(jìn)行切換，任意一種模式的改變通過回調(diào)函數(shù)通知上層的應(yīng)用。在網(wǎng)絡(luò)模式定義重復(fù)消息狀態(tài)、普通操作狀態(tài)、準(zhǔn)備睡眠狀態(tài)，然后設(shè)置不同的狀態(tài)轉(zhuǎn)化條件，使得網(wǎng)絡(luò)那就節(jié)點(diǎn)接收到不同的消息，執(zhí)行相應(yīng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)化，以實(shí)現(xiàn)睡眠/喚醒。例如：當(dāng)系統(tǒng)上電，網(wǎng)絡(luò)管理初始化后進(jìn)入總線睡眠模式，當(dāng)有節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求進(jìn)行通信時(shí)，從總線睡眠模式轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò)模式中的重復(fù)消息狀態(tài)；當(dāng)節(jié)點(diǎn)需要網(wǎng)絡(luò)通信且能夠正確收發(fā)網(wǎng)絡(luò)管理消息時(shí)，從重復(fù)消息狀態(tài)轉(zhuǎn)化為普通操作狀態(tài)，當(dāng)重復(fù)消息狀態(tài)的定時(shí)時(shí)間到并且節(jié)點(diǎn)自身不需要網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)，從重復(fù)消息狀態(tài)轉(zhuǎn)化為準(zhǔn)備睡眠狀態(tài)。

圖3網(wǎng)絡(luò)不同節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)轉(zhuǎn)化示意圖

根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)化機(jī)制確定睡眠/喚醒狀態(tài)

具體地，根據(jù)圖3定義的不同狀態(tài)轉(zhuǎn)化條件來判斷網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)所處狀態(tài)，如： AUTOSAR以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中ECU處于準(zhǔn)備睡眠狀態(tài)，則AUTOSAR以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)管理器處于休眠狀態(tài)，AUTOSAR總線下的休眠狀態(tài)基于分布式直接網(wǎng)絡(luò)管理策略進(jìn)行管理。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中存在觸發(fā)睡眠條件，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器根據(jù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的總線進(jìn)行判斷總線是否處于休眠狀態(tài)，若有任意一條總線未處于休眠狀態(tài)，則當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)處于等待睡眠狀態(tài)，若所有的總線都處于休眠狀態(tài)，經(jīng)過預(yù)設(shè)等待時(shí)間，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器釋放網(wǎng)絡(luò)并進(jìn)入總睡眠模式，從而實(shí)現(xiàn)混合網(wǎng)絡(luò)的睡眠管理。由于AUTOSAR的網(wǎng)絡(luò)管理模式與OSEK的網(wǎng)絡(luò)管理模式并不相同，無法按照傳統(tǒng)單一的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)睡眠/喚醒管理。對(duì)此，赫千科技提出以下方案，如表1所示，將不同的網(wǎng)絡(luò)模式進(jìn)行映射，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理。

當(dāng)喚醒條件被觸發(fā)時(shí)，應(yīng)用層調(diào)用總網(wǎng)絡(luò)管理模塊觸發(fā)時(shí)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)處于網(wǎng)絡(luò)模式的指令；網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器觸發(fā)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)和CAN網(wǎng)絡(luò)，AUTOSAR協(xié)議的觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求，OSEK協(xié)議觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求；AUTOSAR以太網(wǎng)、AUTOSAR CAN網(wǎng)絡(luò)管理器、OSEKCAN網(wǎng)絡(luò)管理器按照其協(xié)議發(fā)起網(wǎng)絡(luò)喚醒，建立邏輯環(huán)；總線網(wǎng)絡(luò)管理模塊喚醒總線上控制器，喚醒流程結(jié)束。

表1 AUTOSAR與OSKE的網(wǎng)絡(luò)模式映射

隨著智能汽車的功能不斷完善和改進(jìn)，未來較長一段時(shí)間內(nèi)由于車載以太網(wǎng)與CAN網(wǎng)絡(luò)有著各自優(yōu)點(diǎn)將長期共存于車載網(wǎng)絡(luò)中，如何高效管理好混合車載網(wǎng)絡(luò)的不同總線節(jié)點(diǎn)設(shè)備的睡眠/喚醒也將成為未來智能汽車發(fā)展需要攻克的難點(diǎn)之一。赫千科技基于適配智能汽車的混合車載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，優(yōu)化混合車載網(wǎng)絡(luò)的睡眠/喚醒管理策略，實(shí)現(xiàn)高效通信、節(jié)能的車載網(wǎng)絡(luò)管理，給汽車用戶帶來更良好的體驗(yàn)。

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