以CAN總線為例介紹局部網(wǎng)絡管理的概念及實現(xiàn)

　　一、引言

　　近年來，汽車的節(jié)能問題備受關注，消減不必要的能源損耗是一種非常有效的方法。當前，大多數(shù)車輛在點火鑰匙打到OFF檔之后，部分功能仍需要使用，例如：車輛防盜、電子駐車功能等。為了降低電量消耗，避免蓄電池電量消耗過多導致汽車無法啟動，需要KL30節(jié)點在OFF檔之后能進入低功耗狀態(tài)，關閉大部分不需要的功能，盡可能減少電量消耗。對于分布式功能網(wǎng)絡，由于連接到總線上的節(jié)點需要協(xié)同工作，所以各節(jié)點遵循同樣的協(xié)議以實現(xiàn)同步睡眠及喚醒。

　　當前，大多數(shù)的車輛都是遵循OSEK或者AUTOSAR網(wǎng)絡管理協(xié)議，來實現(xiàn)節(jié)點休眠喚醒功能的。由于目前車輛的電子電氣系統(tǒng)越來越復雜，KL30節(jié)點也越來越多，當前的網(wǎng)絡管理協(xié)議也逐漸呈現(xiàn)出一些弊端。例如：IG OFF時，當某個功能需要總線上的一個節(jié)點與另一個節(jié)點進行通信時需要把該網(wǎng)段上的所有節(jié)點喚醒，如果跨網(wǎng)段，還需要喚醒兩個網(wǎng)段上的所有節(jié)點，不相關的節(jié)點都進入非低功耗狀態(tài)，這樣就造成不必要的電量消耗。又例如：為了保證車輛安全，在點火鑰匙打到OFF檔后，部分節(jié)點還需要通信一段時間，通常為幾分鐘到幾十分鐘，此時，由于部分節(jié)點的通信需求，網(wǎng)段上的所有節(jié)點都不能進入低功耗狀態(tài)，極大地消耗蓄電池電量。

　　為了解決這個問題，歐洲一些汽車廠商已經(jīng)開始制定新的網(wǎng)絡管理方案-局部網(wǎng)絡（Partial Network,簡稱PN）管理，以實現(xiàn)分組睡眠和喚醒。

　　二、局部網(wǎng)絡管理概念

　　與傳統(tǒng)網(wǎng)絡管理同睡同醒的邏輯不同，局部網(wǎng)絡管理根據(jù)不同的電子電氣EE功能（feature）在整個網(wǎng)絡內(nèi)劃分出多個虛擬的局部網(wǎng)絡，各個局部網(wǎng)絡間可以實現(xiàn)單獨的休眠喚醒功能，互不影響。如圖1所示，根據(jù)EE功能（feature），網(wǎng)絡上的若干節(jié)點被劃分為2個PN組，PN1組為車門解鎖相關feature,PN2組為Radio相關feature.在點火鑰匙處于OFF檔且所有節(jié)點處于睡眠狀態(tài)后，PEPS需要對車門解鎖，此時PEPS只需喚醒與解鎖功能相關的BCM和IC,其他與該功能不相關的節(jié)點仍然處于睡眠狀態(tài)。

圖1:局部網(wǎng)絡示例

　　1）喚醒邏輯：節(jié)點只有收到所屬PN組內(nèi)的特定報文（通常是網(wǎng)絡管理報文），才被喚醒。PEPS發(fā)送的NM報文只能將IC和BCM喚醒，而Radio和Tuner仍處于睡眠狀態(tài)；

　　2）睡眠邏輯：節(jié)點所屬的PN組內(nèi)的所有節(jié)點均滿足該PN的睡眠條件后，該PN組內(nèi)的節(jié)點實現(xiàn)協(xié)同睡眠。其他PN組的節(jié)點通信不受影響。

　　因此，根據(jù)功能來劃分局部網(wǎng)絡的方式，可以在一個功能激活的時候，僅使相關節(jié)點被喚醒并進行通信，而其他的節(jié)點仍然可以保持睡眠狀態(tài)，這樣就極大程度上減少了電量消耗。PN組的劃分非常靈活，不僅可以對同一網(wǎng)段上的節(jié)點進行分組，還可以將跨網(wǎng)段的節(jié)點劃分到同一PN組內(nèi)，除此之外，一個節(jié)點可以屬于一個或多個PN.

　　三、局部網(wǎng)絡管理實現(xiàn)

　　相對于傳統(tǒng)的CAN通信硬件和軟件實現(xiàn)，局部網(wǎng)絡管理需要實現(xiàn)以下幾個部分：

　　1.硬件實現(xiàn)

　　在CAN總線中報文是以廣播形式發(fā)送的，當節(jié)點處于休眠狀態(tài)時，大部分收發(fā)器檢測到總線中的報文時會喚醒節(jié)點。這就會使網(wǎng)絡管理的局部網(wǎng)絡功能失效。

　　為實現(xiàn)部分節(jié)點喚醒的功能，需要特殊的收發(fā)器支持。特殊收發(fā)器具有報文濾波功能，只在收到特定報文之后才能被喚醒。NXP已經(jīng)率先推出支持局部網(wǎng)絡管理的收發(fā)器TJA1145和UJA1168.TJA1145是一種高速CAN收發(fā)器，而UJA1168是集成5V/100mA微處理器供電的CAN系統(tǒng)基礎芯片[1].

　　除了傳統(tǒng)收發(fā)器的TX、RX引腳，NXP的兩款支持PN的收發(fā)器均通過SPI與CAN控制器相連。通過SPI,MCU可控制CAN收發(fā)器的模式轉換以及設置收發(fā)器的報文濾波，實現(xiàn)特定報文喚醒的功能。連接方式參見圖2.

圖2:支持PN的收發(fā)器連接實例圖