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布置較多的ECU、傳感器、執行器，從而使得車內網絡需要傳輸并交換大量的數據。而傳統較低傳輸速率的CAN網絡難以滿足智能汽車的高帶寬和低延遲數據傳輸的需求。為了解決實時性、高帶寬的數據傳輸等問題，具備高速傳輸的汽車以太網被引入智能汽車中。在加入車載以太網的前提下，汽車內部網絡管理按照總線和協議可以存著多種方式：一種是基于AUTOSAR的CAN網絡管理，第二種為基于AUTOSAR的以太網網絡管理，第三種為基于OSEK的CAN網絡，如圖1所示，不同網絡通過各自的總線直接或間接的與汽車中央網關相連接，多種通信協議共存的車載網絡勢必會增加車載網絡中的節點功耗、可靠性等問題，如：如典型的100M bit/s以太網物理層芯片收發器工作狀態下耗電在100mW～300mW，而千兆以太網物理層芯片收發器工作狀態耗電更高。
(資料圖片僅供參考)
圖1三種總線混合車載網絡的E/E架構
如何利用中央網關對多總線網絡節點進行協調以及睡眠/喚醒成為智能汽車發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點通信效率同時節省能耗。針對混合網絡節點的睡眠/喚醒問題，赫千科技創新的提出了一種優化的睡眠/喚醒管理策略，適用于新型車載以太網與CAN的混合汽車網絡。
配置用于與多種總線進行通信管理的中央網關
為了適配汽車以太網總線與CAN總線共存的車載網絡，赫千科技在中央網關中設置睡眠/喚醒管理模塊，在其睡眠網絡管理/喚醒模塊中，同時考慮AUTOSARETH網絡、AUTOSARCAN網絡以及OSEK的CAN網絡。具體在中央網關設置總線網絡管理模塊，在總線網絡管理模塊設置網絡協調器，在網絡協調器中設置AUTOSAR以太網網絡管理器、AUTOSARCAN網絡管理器、OSEK CAN網絡管理器，每種不同總線協議的網絡管理器對與其連接的節點進行睡眠/喚醒管理，如圖2所示。
圖2配置網絡睡眠/喚醒管理的中央網關
建立不同模式以及狀態轉化機制
在混合車載網絡中，通信節點的狀態較為復雜，中央網關需要實時對網絡的節點狀態進行監控，當滿足預設條件時執行相應的策略，確保正常通信的條件下能夠節省能耗。為了能夠對網絡節點進行睡眠/喚醒狀態的正確管理，對網絡的節點所處狀態進行定義，針對采用AUTOSAR以太網網絡管理器和CAN網絡管理器各自的特點定義了節點的網絡管理模式，包括總線睡眠模式、總線預睡眠模式、網絡模式。根據不同的觸發條件，網絡節點或ECU的運行模式在不同的模式或狀態之間進行切換，任意一種模式的改變通過回調函數通知上層的應用。在網絡模式定義重復消息狀態、普通操作狀態、準備睡眠狀態，然后設置不同的狀態轉化條件，使得網絡那就節點接收到不同的消息，執行相應的狀態轉化，以實現睡眠/喚醒。例如：當系統上電，網絡管理初始化后進入總線睡眠模式，當有節點請求進行通信時，從總線睡眠模式轉化為網絡模式中的重復消息狀態；當節點需要網絡通信且能夠正確收發網絡管理消息時，從重復消息狀態轉化為普通操作狀態，當重復消息狀態的定時時間到并且節點自身不需要網絡通信時，從重復消息狀態轉化為準備睡眠狀態。
圖3網絡不同節點的狀態轉化示意圖
根據狀態轉化機制確定睡眠/喚醒狀態
具體地，根據圖3定義的不同狀態轉化條件來判斷網絡中節點所處狀態，如： AUTOSAR以太網網絡節點中ECU處于準備睡眠狀態，則AUTOSAR以太網網絡管理器處于休眠狀態，AUTOSAR總線下的休眠狀態基于分布式直接網絡管理策略進行管理。當網絡中存在觸發睡眠條件，網絡協調器根據對網絡中的總線進行判斷總線是否處于休眠狀態，若有任意一條總線未處于休眠狀態，則當前網絡處于等待睡眠狀態，若所有的總線都處于休眠狀態，經過預設等待時間，網絡協調器釋放網絡并進入總睡眠模式，從而實現混合網絡的睡眠管理。由于AUTOSAR的網絡管理模式與OSEK的網絡管理模式并不相同，無法按照傳統單一的網絡實現睡眠/喚醒管理。對此，赫千科技提出以下方案，如表1所示，將不同的網絡模式進行映射，實現統一管理。
當喚醒條件被觸發時，應用層調用總網絡管理模塊觸發時當前網絡處于網絡模式的指令；網絡協調器觸發以太網網絡和CAN網絡，AUTOSAR協議的觸發網絡請求，OSEK協議觸發網絡請求；AUTOSAR以太網、AUTOSAR CAN網絡管理器、OSEKCAN網絡管理器按照其協議發起網絡喚醒，建立邏輯環；總線網絡管理模塊喚醒總線上控制器，喚醒流程結束。
表1 AUTOSAR與OSKE的網絡模式映射
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由于車載以太網與CAN網絡有著各自優點將長期共存于車載網絡中，如何高效管理好混合車載網絡的不同總線節點設備的睡眠/喚醒也將成為未來智能汽車發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絡架構，優化混合車載網絡的睡眠/喚醒管理策略，實現高效通信、節能的車載網絡管理，給汽車用戶帶來更良好的體驗。
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