项目动态 | 赫千科技优化混合车载网络的睡眠/唤醒管理策略

随着人民生活消费水平的不断提高，用户对汽车的功能需求也逐渐增多，对汽车的智能化要求越来越高，而汽车智能化功能的提升需要在车内布置较多的ECU、传感器、执行器，从而使得车内网络需要传输并交换大量的数据。
传统较低传输速率的CAN网络难以满足智能汽车的高带宽和低延迟数据传输的需求。为了解决实时性、高带宽的数据传输等问题，具备高速传输的汽车以太网被引入智能汽车中。在加入车载以太网的前提下，汽车内部网络管理按照总线和协议可以存在多种方式：
  • 第一种为基于AUTOSAR的CAN网络管理；
  • 第二种为基于AUTOSAR的以太网网络管理；
  • 第三种为基于OSEK的CAN网络。
如图1所示，不同网络通过各自的总线直接或间接与汽车中央网关相连接，多种通信协议共存的车载网络势必会增加车载网络中的节点功耗、可靠性等问题，如：如典型的100M bit/s以太网物理层芯片收发器工作状态下耗电在100mW～300mW，而千兆以太网物理层芯片收发器工作状态耗电更高。
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图1 三种总线混合车载网络的E/E架构

如何利用中央网关对多总线网络节点进行协调以及睡眠/唤醒成为智能汽车发展过程中需要克服的难点之一，而且良好的睡眠/唤醒管理策略能够提升节点通信效率同时节省能耗。

针对混合网络节点的睡眠/唤醒问题，赫千科技创新的提出了一种优化的睡眠/唤醒管理策略，适用于新型车载以太网与CAN的混合汽车网络。

  • 配置用于与多种总线进行通信管理的中央网关

为了适配汽车以太网总线与CAN总线共存的车载网络，赫千科技在中央网关中设置睡眠/唤醒管理模块，在其睡眠网络管理/唤醒模块中，同时考虑AUTOSAR ETH网络、AUTOSAR CAN网络以及OSEK的CAN网络。

具体在中央网关设置总线网络管理模块，在总线网络管理模块设置网络协调器，在网络协调器中设置AUTOSAR以太网网络管理器、AUTOSAR CAN网络管理器、OSEK CAN网络管理器，每种不同总线协议的网络管理器对与其连接的节点进行睡眠/唤醒管理，如图2所示。

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图2 配置网络睡眠/唤醒管理的中央网关

  • 建立不同模式以及状态转化机制

在混合车载网络中，通信节点的状态较为复杂，中央网关需要实时对网络的节点状态进行监控，当满足预设条件时执行相应的策略，确保正常通信的条件下能够节省能耗。

为了能够对网络节点进行睡眠/唤醒状态的正确管理，对网络的节点所处状态进行定义，针对采用AUTOSAR以太网网络管理器和CAN网络管理器各自的特点定义了节点的网络管理模式，包括总线睡眠模式、总线预睡眠模式、网络模式。

根据不同的触发条件，网络节点或ECU的运行模式在不同的模式或状态之间进行切换，任意一种模式的改变通过回调函数通知上层的应用。在网络模式定义重复消息状态、普通操作状态、准备睡眠状态，然后设置不同的状态转化条件，使得网络那就节点接收到不同的消息，执行相应的状态转化，以实现睡眠/唤醒。

例如：当系统上电，网络管理初始化后进入总线睡眠模式，当有节点请求进行通信时，从总线睡眠模式转化为网络模式中的重复消息状态；当节点需要网络通信且能够正确收发网络管理消息时，从重复消息状态转化为普通操作状态，当重复消息状态的定时时间到并且节点自身不需要网络通信时，从重复消息状态转化为准备睡眠状态。

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图3 网络不同节点的状态转化示意图

  • 根据状态转化机制确定睡眠/唤醒状态

具体地，根据图3定义的不同状态转化条件来判断网络中节点所处状态，如：AUTOSAR以太网网络节点中ECU处于准备睡眠状态，则AUTOSAR以太网网络管理器处于休眠状态，AUTOSAR总线下的休眠状态基于分布式直接网络管理策略进行管理。

当网络中存在触发睡眠条件，网络协调器根据对网络中的总线进行判断总线是否处于休眠状态，若有任意一条总线未处于休眠状态，则当前网络处于等待睡眠状态，若所有的总线都处于休眠状态，经过预设等待时间，网络协调器释放网络并进入总睡眠模式，从而实现混合网络的睡眠管理。

由于AUTOSAR的网络管理模式与OSEK的网络管理模式并不相同，无法按照传统单一的网络实现睡眠/唤醒管理。对此，赫千科技提出以下方案，如表1所示，将不同的网络模式进行映射，实现统一管理。

  • 当唤醒条件被触发时，应用层调用总网络管理模块触发时当前网络处于网络模式的指令；

  • 网络协调器触发以太网网络和CAN网络，AUTOSAR协议的触发网络请求，OSEK协议触发网络请求；

  • AUTOSAR以太网、AUTOSAR CAN网络管理器、OSEKCAN网络管理器按照其协议发起网络唤醒，建立逻辑环；

  • 总线网络管理模块唤醒总线上控制器，唤醒流程结束。

表1 AUTOSAR与OSKE的网络模式映射

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随着智能汽车的功能不断完善和改进，未来较长一段时间内由于车载以太网与CAN网络有着各自优点将长期共存于车载网络中，如何高效管理好混合车载网络的不同总线节点设备的睡眠/唤醒也将成为未来智能汽车发展需要攻克的难点之一。

赫千科技基于适配智能汽车的混合车载网络架构，优化混合车载网络的睡眠/唤醒管理策略，实现高效通信、节能的车载网络管理，给汽车用户带来更良好的体验。

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