隨著人民生活消費水平的不斷提高，用戶對汽車的功能需求也逐漸增多，對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?。為了解決實時性、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)絡管理，第二種為基于AUTOSAR的以太網(wǎng)網(wǎng)絡管理，第三種為基于OSEK的CAN網(wǎng)絡，如圖1所示，不同網(wǎng)絡通過各自的總線直接或間接的與汽車中央網(wǎng)關相連接，多種通信協(xié)議共存的車載網(wǎng)絡勢必會增加車載網(wǎng)絡中的節(jié)點功耗、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)絡的E/E架構

如何利用中央網(wǎng)關對多總線網(wǎng)絡節(jié)點進行協(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之一，而且良好的睡眠/喚醒管理策略能夠提升節(jié)點通信效率同時節(jié)省能耗。針對混合網(wǎng)絡節(jié)點的睡眠/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。

配置用于與多種總線進行通信管理的中央網(wǎng)關

為了適配汽車以太網(wǎng)總線與CAN總線共存的車載網(wǎng)絡，赫千科技在中央網(wǎng)關中設置睡眠/喚醒管理模塊，在其睡眠網(wǎng)絡管理/喚醒模塊中，同時考慮AUTOSARETH網(wǎng)絡、AUTOSARCAN網(wǎng)絡以及OSEK的CAN網(wǎng)絡。具體在中央網(wǎng)關設置總線網(wǎng)絡管理模塊，在總線網(wǎng)絡管理模塊設置網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器，在網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器中設置AUTOSAR以太網(wǎng)網(wǎng)絡管理器、AUTOSARCAN網(wǎng)絡管理器、OSEK CAN網(wǎng)絡管理器，每種不同總線協(xié)議的網(wǎng)絡管理器對與其連接的節(jié)點進行睡眠/喚醒管理，如圖2所示。

圖2配置網(wǎng)絡睡眠/喚醒管理的中央網(wǎng)關

建立不同模式以及狀態(tài)轉(zhuǎn)化機制

在混合車載網(wǎng)絡中，通信節(jié)點的狀態(tài)較為復雜，中央網(wǎng)關需要實時對網(wǎng)絡的節(jié)點狀態(tài)進行監(jiān)控，當滿足預設條件時執(zhí)行相應的策略，確保正常通信的條件下能夠節(jié)省能耗。為了能夠?qū)W(wǎng)絡節(jié)點進行睡眠/喚醒狀態(tài)的正確管理，對網(wǎng)絡的節(jié)點所處狀態(tài)進行定義，針對采用AUTOSAR以太網(wǎng)網(wǎng)絡管理器和CAN網(wǎng)絡管理器各自的特點定義了節(jié)點的網(wǎng)絡管理模式，包括總線睡眠模式、總線預睡眠模式、網(wǎng)絡模式。根據(jù)不同的觸發(fā)條件，網(wǎng)絡節(jié)點或ECU的運行模式在不同的模式或狀態(tài)之間進行切換，任意一種模式的改變通過回調(diào)函數(shù)通知上層的應用。在網(wǎng)絡模式定義重復消息狀態(tài)、普通操作狀態(tài)、準備睡眠狀態(tài)，然后設置不同的狀態(tài)轉(zhuǎn)化條件，使得網(wǎng)絡那就節(jié)點接收到不同的消息，執(zhí)行相應的狀態(tài)轉(zhuǎn)化，以實現(xiàn)睡眠/喚醒。例如：當系統(tǒng)上電，網(wǎng)絡管理初始化后進入總線睡眠模式，當有節(jié)點請求進行通信時，從總線睡眠模式轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡模式中的重復消息狀態(tài)；當節(jié)點需要網(wǎng)絡通信且能夠正確收發(fā)網(wǎng)絡管理消息時，從重復消息狀態(tài)轉(zhuǎn)化為普通操作狀態(tài)，當重復消息狀態(tài)的定時時間到并且節(jié)點自身不需要網(wǎng)絡通信時，從重復消息狀態(tài)轉(zhuǎn)化為準備睡眠狀態(tài)。

圖3網(wǎng)絡不同節(jié)點的狀態(tài)轉(zhuǎn)化示意圖

根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)化機制確定睡眠/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)絡中節(jié)點所處狀態(tài)，如： AUTOSAR以太網(wǎng)網(wǎng)絡節(jié)點中ECU處于準備睡眠狀態(tài)，則AUTOSAR以太網(wǎng)網(wǎng)絡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)絡管理策略進行管理。當網(wǎng)絡中存在觸發(fā)睡眠條件，網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器根據(jù)對網(wǎng)絡中的總線進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)，則當前網(wǎng)絡處于等待睡眠狀態(tài)，若所有的總線都處于休眠狀態(tài)，經(jīng)過預設等待時間，網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器釋放網(wǎng)絡并進入總睡眠模式，從而實現(xiàn)混合網(wǎng)絡的睡眠管理。由于AUTOSAR的網(wǎng)絡管理模式與OSEK的網(wǎng)絡管理模式并不相同，無法按照傳統(tǒng)單一的網(wǎng)絡實現(xiàn)睡眠/喚醒管理。對此，赫千科技提出以下方案，如表1所示，將不同的網(wǎng)絡模式進行映射，實現(xiàn)統(tǒng)一管理。

當喚醒條件被觸發(fā)時，應用層調(diào)用總網(wǎng)絡管理模塊觸發(fā)時當前網(wǎng)絡處于網(wǎng)絡模式的指令；網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器觸發(fā)以太網(wǎng)網(wǎng)絡和CAN網(wǎng)絡，AUTOSAR協(xié)議的觸發(fā)網(wǎng)絡請求，OSEK協(xié)議觸發(fā)網(wǎng)絡請求；AUTOSAR以太網(wǎng)、AUTOSAR CAN網(wǎng)絡管理器、OSEKCAN網(wǎng)絡管理器按照其協(xié)議發(fā)起網(wǎng)絡喚醒，建立邏輯環(huán)；總線網(wǎng)絡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)絡模式映射

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

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