AUTOSAR——MBD应用之NM模块Stateflow实现

一、前言

二、Autosar NM概括

2.1 术语

2.2 PDU

2.3 文件结构

2.4 NM结构体

2.5 状态机

三、Stateflow实现

3.1 NM接口定义

3.2 NM功能实现

3.3 NM模块测试

3.4 NM模块部署

一、前言

基于MBD的应用开发已经非常常见，在开发过程中以简明，高效的优点被诸多ECU开发人员青睐，有的主机厂可能也会直接要求供应商采用这种方式开发。一个功能或者模块只要设计好外部接口，也可以独立开发然后嵌入工程中。Autosar的nm状态机UML与stateflow画图如出一辙，做起来快速简洁。

二、Autosar NM概括

2.1 术语

NM (NetWork Management) Message：网络激活，发送本节点网络报文及应用报文一般定义NM ID（0x503）第一个字节05是网段ID，03表示该节点在该网段编号

App Message：客户定义的Rx\Tx报文；收到非网络报文一般ECU需保持一定时间后休眠，在该时间内收到NMM，网络激活正常通信

PN(Partial Network)：该功能是必须是该节点指定的NM报文才能唤醒节点网络。

Passive Mode：唤醒后只收不外发NM PDU（SWS_CanNm_00072），对于一个节点所在的网络只能同时使能或禁用PassiveMode

Active Mode:唤醒后外发NM PDU

Active Wakeup：上层主动调用CanNm_NetworkRequest()接口唤醒网络。常见唤醒源：KL15信号，定时器、传感器等，主动唤醒一般发送立即帧报文5帧，然后进入RMS状态。

Passive Wakeup：收到其他节点的有效网络管理报文被动唤醒，调用CanNm_PassiveStartup()接口唤醒网络

Remote Wakeup：与总线信号相关的唤醒方式，如收到网络报文、指定诊断报文、KL15信号的应用报文

Local Wakeup:与硬线相关的唤醒方式，KL15线，硬件传感器如脚踢门；注意KL30是蓄电池供电

2.2 PDU

Byte0 表示源节点地址，一般是帧ID - 基地址

Byte1表示CBV控制位，具体定义看下图7-2

其余字节一般主机厂自定义，若无特殊说明默认为0

Bit0: Repeat报文请求， 0表示为请求，1表示请求；当收到该位置1，应当进入RMS状态

Bit3：NM 控制休眠位，0表示未被NM控制器请求，1表示请求；该功能需要使能CanNmCoordinatorSyncSupport

Bit4: Active Wakeup Bit , 0表示节点没有唤醒网络（属于被动唤醒），1表示节点唤醒网络（属于主动唤醒）

Bit6: partial network information Bit(PNI) 0表示NM PDU包含没有PN请求信息，1表示包含PN请求信息。

为什么需要PN(Partial Network)功能呢？实质还是为了节能。没有PN功能时，一个网段内的所有ECU同醒同睡。有时，在一个网段内，可能只需要某些ECU正常工作即可，不相关的ECU没必要唤醒（费电）。所以，增加PN功能是节能的一个优选项。

Bit 1 , 2 , 5, 7功能扩展的预留位，0不使用/保留

2.3 文件结构

ComStack_Types.h应当包含Std_Types.h(AUTOSAR 标准类型) Platform_Types.h(平台特定类型)， Compiler.h编译特定语言的扩展文件；

Nm_Cbk.h一般NM接口的回调函数声明

Det.h默认错误Tracer定义的接口

NmStack_Types.h 公共的网络管理类型

CanIf.h CanIf的接口包括发送、接收函数等

PduR_CanNm.h如果用户数据使能包含改头文件(COM User Data Support)

2.4 NM结构体

NM结构体也叫做配置结构体CanNmGlobalConfig，这种配置类型可以使工程实现根据不同的客户可配置化，使用UML一目了然。

具体的结构体成员含义需参考标准。

在state flow中需要引入改配置头文件 CanNm_Cfg.h：

#ifndef CANNM_CFG_H
#define CANNM_CFG_H 1
#include "StdTypes.h"
/*chapter 10.3.4*/
typedef struct
{/**********10.3.3  CanNmGlobalConfig *************/u8_t CanNmBusLoadReductionEnabled;u8_t CanNmBusSynchronizationEnabled;u8_t CanNmComControlEnabled;u8_t CanNmComUserDataSupport;u8_t CanNmCoordinatorSyncSupport;u8_t CanNmDevErrorDetect;u8_t CanNmGlobalPnSupport;u8_t CanNmImmediateRestartEnabled;u8_t CanNmImmediateTxconfEnabled;u8_t CanNmMainFunctionPeriod;u8_t CanNmNodeDetectionEnabled;u8_t CanNmNodeIdEnabled;u8_t CanNmPassiveModeEnabled;u8_t CanNmPduRxIndicationEnabled;u8_t CanNmPnEiraCalcEnabled;u8_t CanNmPnResetTime;u8_t CanNmRemoteSleepIndEnabled;u8_t CanNmRepeatMsgIndEnabled;u8_t CanNmStateChangeIndEnabled;u8_t CanNmUserDataEnabled;u8_t CanNmVersionInfoApi;u8_t CanNmPnEiraRxNSduRef;/**********10.3.4  CanNm Channel Configuration Overview********///CanNmTxPduu16_t CanNmTxConfirmationPduId;//CanNmRxPduu16_t CanNmRxPduBeginId;u16_t CanNmRxPduEndId;//CanNmUserDataTxPduu16_t CanNmTxUserDataPduId;u8_t ComMChannel;/**********10.3.5  CanNmChannelConfig *************/u8_t CanNmActiveWakeupBitEnabled;u8_t CanNmAllNmMessagesKeepAwake;u8_t CanNmBusLoadReductionActive;u8_t CanNmCarWakeUpBitPosition;u8_t CanNmCarWakeUpBytePosition;u8_t CanNmCarWakeUpFilterEnabled;u8_t CanNmCarWakeUpFilterNodeId;u8_t CanNmCarWakeUpRxEnabled;u16_t CanNmImmediateNmCycleTime;u8_t CanNmImmediateNmTransmissions;u8_t CanNmMsgCycleOffset;u16_t CanNmMsgCycleTime;u8_t CanNmMsgReducedTime;u8_t CanNmMsgTimeoutTime;u8_t CanNmNodeId;u8_t CanNmPduCbvPosition;u8_t CanNmPduNidPosition;u8_t CanNmPnEnabled;u8_t CanNmPnEraCalcEnabled;u8_t CanNmPnHandleMultipleNetworkRequests;u32_t CanNmRemoteSleepIndTime;u16_t CanNmRepeatMessageTime;u16_t CanNmTimeoutTime;u16_t CanNmWaitBusSleepTime;}CanNm_ConfigType;#endif

2.5 状态机

NetWorkMode

包含3个子状态Repeat Message State(重复报文状态，RMS)，Normal Operation State（NOS，正常模式状态），Ready Sleep State（准备睡眠状态，RSS）。

1.网络模式从BusSleep进入NetWorkMode首先进入RMS，条件为主动或被动唤醒

2.进入Network Mode，成功接收或成功发送NM PDU应当重启NM-Timeout计时器，应当开启APP报文、使能DTC

3.进入RMS，应当重发NM PDU；在RMS中如果NM计时器超时，重启该计时器；如果收到PDU的CBV中RMS位置为1，应当进入RMS状态

4.进入NOS状态，应当启动PDU周期发送；当网络释放（一般指电源信号OFF）应当进入RSS状态；RSS状态中如果网络请求（电源信号ON），应当进入NOS状态；NOS状态如果收到诊断28服务使能或禁止发送NM，应当打开或者关闭NM PDU

5.在RSS状态中禁止发送NM PDU，发送APP报文；如果NM-timeOut, 则离开RSS，进入PBS状态；

6.在RBS中开启CanNmWaitBusSleepTime定时器，如果超时进入BSS中休眠；如果主动或被动唤醒则重新进入网络模式RMS状态；

三、Stateflow实现

3.1 NM接口定义

根据NM模块功能设计输入、输出、API函数

输入：NM PDU信息，诊断28是否使能发送或接收NM PDU，电源信号

输出：NM PDU，使能DTC，使能APP，NM状态

API：CAN发送接收，发送接收确认，CAN初始化；定时器函数；NetworkRequest,NetworkRelease函数

3.2 NM功能实现

定义好接口后，根据2.5小节状态间转换的条件就可以在State flow中实现该功能。

被动模式

主动模式

3.3 NM模块测试

首先了解一下在环测试的概念。MIL（model in the loop）模型在环是在matlab中纯软件仿真。 SIL(software in the loop)软件在环将模型转换为以C/C++嵌入式软件形式的软件，也可以封装成库的形式进行仿真验证。 PIL(processer in the loop)处理器在环在真实的控制器ECU中进行仿真验证。 HIL(Hardware in the loop)硬件在环使用真实被控对象，比如电机进行测试验证。

3.3.1 测试用例

对模型建立testHarness，输入时序列test sequence

对test sequence 进行编程

在模型设置中使能模型覆盖度：

建立testManager 管理test file,对每一个状态建立一个test suit，进行设置覆盖度，点击运行即可

test case 测试结果：

3.4 NM模块部署

3.4.1 生成C/C++代码

在配置文件中设置外部文件头文件和源文件位置

设置生成C或者C++语言的程序

点击Build即可生成代码，存于 ert_rtw中

3.4.2 嵌入APP工程

剪出主要源文件及其对应的各种头文件，查看mk文件进行路径修改等设置成单独可编译mk文件

将剪切的代码文件嵌入工程中，并将mk文件链起来，或者在工程mk文件中直接INC_DIR，CSRC_DIR加入相关文件路径即可完成部署

参考：

Autosar网络管理：Partial Network基础 - 知乎 (zhihu.com)

为什么需要PN(Partial Network)功能呢？-电子发烧友网 (elecfans.com)