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近年来汽车的节能问题备受关注消减不必要的能源损耗是一种非常?#34892;?#30340;方法当前大多数车辆在点火钥匙打到OFF档之后部分功能仍需要使用例如车辆防盗电子驻车功能?#21462;?#20026;了?#26723;?#30005;量消耗避免蓄电池电量消耗过多导致汽车无法启动需要KL30节点在OFF档之后能进入低功耗状态关闭大部分不需要的功能尽可能减少电量消耗对于分布式功能网络由于连接到总线?#31995;?#33410;点需要协同工作所以各节点遵循同样的协议以实现同步睡眠及唤醒

当前大多数的车辆都是遵循OSEK或者AUTOSAR网络管理协议来实现节点休眠唤醒功能的由于目前车辆的电子电气系统越来越复杂KL30节点也越来越多当前的网络管理协议也逐渐呈现出一些弊端例如IG OFF时当某个功能需要总线?#31995;?#19968;个节点与另一个节点进行通信时需要把该网段?#31995;?#25152;有节点唤醒如果跨网段还需要唤醒两个网段?#31995;?#25152;有节点不相关的节点都进入非低功耗状态这样就造成不必要的电量消耗又例如?#20309;?#20102;保证车辆安全在点火钥匙打到OFF档后部分节点还需要通信一段时间通常为几?#31181;?#21040;几十?#31181;?#27492;时由于部分节点的通信需求网段?#31995;?#25152;有节点都不能进入低功耗状态极大地消耗蓄电池电量

为了解决这个问题?#20998;?#19968;些汽车厂商已经开始制定新的网络管理方案-局部网络Partial Network简称PN管理以实现分组睡眠和唤醒

局部网络管理概念

与传统网络管理同睡同醒的逻辑不同局部网络管理根据不同的电子电气EE功能feature在整个网络内划分出多个虚拟的局部网络各个局部网络间可以实现单独的休眠唤醒功能互不影响如图1所示根据EE功能feature网络?#31995;?#33509;干节点被划分为2个PN组PN1组为车门解锁相关 featurePN2组为Radio相关feature在点火钥匙处于OFF档且所有节点处于睡眠状态后PEPS需要对车门解锁此时PEPS只需唤醒与解锁功能相关的BCM和IC其他与该功能不相关的节点仍然处于睡眠状态



图1 局部网络示例

1)唤醒逻辑节点只有收到所属PN组内的特定报文通常是网络管理报文才被唤醒PEPS发送的NM报文只能将IC和BCM唤醒而Radio和Tuner?#28304;?#20110;睡眠状态

2)睡眠逻辑节点所属的PN组内的所有节点均满足该PN的睡眠条件后该PN组内的节点实现协同睡眠其他PN组的节点通信不受影响

因此根据功能来划分局部网络的方式可以在一个功能激活的时候仅使相关节点被唤醒并进行通信而其他的节点仍然可以保持睡眠状态这样?#22270;?#22823;程度上减少了电量消耗PN组的划分非常灵活?#21796;?#21487;以对同一网段?#31995;?#33410;点进行分组还可?#36234;?#36328;网段的节点划?#20540;?#21516;一PN组内除此之外一个节点可以属于一个或多个PN

局部网络管理实现

相对于传统的CAN通信硬件和软件实现局部网络管理需要实现以下几个部分



硬件实现

在CAN总线中报文是以广播形式发送的当节点处于休眠状态时大部分收发器检测到总线中的报文时会唤醒节点这就会使网络管理的局部网络功能失效

为实现部分节点唤醒的功能需要特殊的收发器支持特殊收发器具有报文滤波功能只在收到特定报文之后才能被唤醒NXP已经率先推出支持局部网络管理的收发器TJA1145和UJA1168TJA1145是一种高速CAN收发器而UJA1168是集成5V/100mA微处理器供电的CAN系统基础芯片

除了传统收发器的TXRX引脚NXP的两款支持PN的收发器均通过SPI与CAN控制器相连通过SPIMCU可控制CAN收发器的模式转换以及设置收发器的报文滤波实现特定报文唤醒的功能连接方式参见图2



图2 支持PN的收发器连接实例图

软件实现

除了需要支持硬件滤波的收发器外在软件部分还需要遵循一套支持PN的网络管理协议来配合应用程序实现分组协同睡眠和唤醒AUTOSAR组织已经推出支持PN的网络管理协议AUTOSARR3.2.1该协议主要通过特定的网络管理报文来实现分组睡眠

AUTOSAR 3.2.1中定义的CAN网络管理报文格式如图3所示Byte 0表示源节点地址Byte 1为固定格式ControlBit Vector.不同的bit有特殊的含义如图3所示该字节的bit 6Partial Network Bit就表明该报文是否与PN相关NM报文中其余字节为User data可根据用户需求自定义OEM可根据EE功能定义指定User data中的不同的位来表示不同的PN组是否需要保持唤醒例如将Byte 2的bit 0设定为PN1组的唤醒指示位时如节点欲保持PN1组唤醒则需将其置为1如不需要保持PN1组唤醒则将其位置为0或停发网络管理报文当网络上同属于PN1的所有节点都没有保持唤醒的要求时PN1组按照睡眠逻辑协同进入睡眠



图3 默认网络管理报文格式定义



图4 Control Bit Vector格式定义

每个节点只关心自己所处的PN组的状态在节点发送的网络管理报文加入所属PN的信息(User data)就可以实现不同PN分组休眠和唤醒

结论

本文介绍了局部网络PN管理的概念及优势并阐述了其在CAN总线?#31995;?#30828;件及软件实现可?#38053;?#21040;随?#29260;?#36710;EE功能越来越复杂局部网络管理的分组睡眠和唤醒的机制是一种?#34892;?#30340;节省电量的方法

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