Hi,大家好,我是编程小6,很荣幸遇见你,我把这些年在开发过程中遇到的问题或想法写出来,今天说一说AUTOSAR如何实现CAN Bus Off恢复的功能?,希望能够帮助你!!!。
汽车车辆CAN网络由多个CAN网络组成,如动力CAN网络,信息娱乐CAN网络等。不同CAN网络之间的通信,通过网关(Gateway)转发。如信息娱乐CAN网络上需要的发动机相关的CAN信号,就需要网关从动力CAN网络上转发。
CAN总线网络是一个广播网络,每个节点(如下图中的ECU A)向总线请求发送CAN 数据帧,获得允许后开始发送;每个节点发送的CAN报文都在CAN网络传输,每个节点根据自身需求过滤接收到的报文,只处理需要接收的报文。
Bus Off是CAN网络节点的一种故障状态,即CAN网络节点处于总线关闭状态,接收和发送功能都关闭了。
为什么?
为了保证CAN网络通信的稳定可靠性。
若某个节点持续的发生发送错误,或者接收错误,直接将该节点通信功能关闭,减少CAN网络上的错误帧,保护珍贵的信道资源。也就是从源头做起,减少CAN网络上错误帧,保证CAN网络中其他节点通信正常。
CAN网络上的节点分为三种状态,即主动错误,被动错误,总线关闭三种状态1。
状态 | 介绍 | 接收功能 | 发送功能 |
---|---|---|---|
Error Active,错误激活(主动错误) | 可信状态,可以主动识别出错误,并发出主动错误帧 | 正常 | 正常 |
Error Passive,错误认可(被动错误) | 相对可信状态,可以识别错误,发出被动错误帧 | 正常 | 正常 |
Bus Off ,总线关闭 | 总线关闭状态,关闭发送接收功能 | 关闭 | 关闭 |
Tips:如果总线上只有一个节点,该节点发送数据帧后得不到应答,TEC最大只能计数到128,即这种情况下节点只会进入被动错误状态而不会进入总线关闭状态2。
TEC: 发送计数器(芯片实现),发送失败,也就是CANoe trace 窗口上的Tx error , TEC+8;发送成功,TEC-83。
REC:接收计数器(芯片实现),接收失败,也就是CANoe trace 窗口上的Rx error4 ,REC减少;接收成功, REC增加。
状态 | Error Active | Error Passive | Bus Off |
---|---|---|---|
Error Active | TEC <= 127 OR REC <= 127 | TEC > 127 OR REC >127 | / |
Error Passive | TEC < 128 OR REC < 128 | TEC >127 OR REC >127 | TEC > 255 |
Bus Off | Normal Request and 128 11 recessive bits | / | TEC >255 |
国内整车厂对于CAN Busoff 的测试较为严格,尤其是引进第三方测试团队之后,对需求的测试覆盖度很高。无论是项目管理,还是工程师(包括系统,软件),对此要有清晰的认识,避免在这个基本功能上犯错误。现将与CAN Bus Off相关的需求总结如下:
CAN Bus off恢复策略
CAN Bus Off DTC 相关需求
节点通信丢失类DTC 使能条件
Bus Off产生后,不再记录通信类DTC,原因显而易见,所有通信类DTC都会产生,记录没有意义,不能准确定位到是什么通信故障发生,有一个Bus off 的DTC就够了。
根据文档5中需求分析,对CAN Bus Off恢复功能进行需求分解,主要划分给了CAN Driver, CAN Interface, CAN state Manager三个模块。
CAN Driver要做什么?
该模块负责实现供一个报告CAN Bus off状态的接口[SRS_Can_01055], 但不能自动恢复[SRS_Can_01060]
CAN Interface 要做什么?
该模块需要实现向上层报告CAN Bus Off状态的接口[SRS_CAN_01029]
The CanSm module is responsible for mode control management of all supported CAN Controllers and CAN Transceivers.
该模块需要实现为每一个CAN控制器实现CAN Bus Off恢复算法[SRS_Can_01146]
该模块需要支持CAN Bus Off恢复时间配置[SRS_Can_01143]
该模块需要提供一个接口,以在上电初始化时,支持通信模式配置(No communication,or silent communication)[SRS_Can_01144]
下面根据文章,介绍下CAN Driver,CAN Interface,CAN State Manager三个模块的静态设计,主要内容有需求追溯表,本模块关于Bus Off的需求定义,以及接口定义。
需求追溯表
Requirement | Description | Satisfied by |
---|---|---|
SRS_Can_01055 | The CAN Driver shall provide a notification for bus-off state | SWS_Can_00020, SWS_Can_00234 |
SRS_Can_01060 | The CAN driver shall not recover from bus-off automatically | SWS_Can_00272, SWS_Can_00273, SWS_Can_00274 |
根据参考文档6中描述, BUS OFF 事件会引起 CAN driver模块状态机变化,CAN Driver状态由 STARTED
变为STOPPED
,同时,通知CAN Interface模块发生BUS OFF事件。
State transition caused by Bus-Off (triggered by state change of CAN controller)
[SWS_Can_00020][
[SWS_Can_00234] [
API function | Description |
---|---|
CanIf_ControllerBusOff | This service indicates a Controller Bus Off event referring to the corresponding CAN Controller with the abstract CanIf Controller Id. |
CanIf_ControllerModeIndication | This service indicates a controller state transition referring to the corresponding CAN controller with the abstract CanIf Controller Id. |
CanIf_RxIndication | This service indicates a successful reception of a received CAN Rx L-PDU to the CanIf after passing all filters and validation checks. |
CanIf_TxConfirmation | This service confirms a previously successfully processed transmission of a CAN TxPDU. |
Det_ReportRuntimeError | Service to report runtime errors. If a callout has been configured then this callout shall be called. |
GetCounterValue | This service reads the current count value of a counter (returning either the hardware timer ticks if counter is driven by hardware or the software ticks when user drives counter). |
] ( SRS_Can_01055)
[SWS_Can_00272] ⌈ After bus-off detection, the CAN controller shall transition to the state STOPPED and the Can module shall ensure that the CAN controller doesn’t participate on the network anymore. ⌋ (SRS_Can_01060)
[SWS_Can_00273] ⌈ After bus-off detection, the Can module shall cancel still pending messages. ⌋ (SRS_Can_01060)
[SWS_Can_00274] ⌈ The Can module shall disable or suppress automatic bus-off recovery. ⌋ (SRS_Can_01060)
需求追溯表
Requirement | Description | Satisfied by |
---|---|---|
SRS_CAN_01029 | The CAN Interface shall report bus-off state of a device to an upper layer | [SWS_CANIF_00014] |
[SWS_CANIF_00014]
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-jBvtWg8U-1626706029118)(01_BusOff.assets/SWS_CANIF_00014.png)]
需求追溯表
Requirement | Description | Satisfied by |
---|---|---|
[SRS_Can_01143] | ||
[SRS_Can_01144] | The CAN State Manager shall support a configurable BusOff recovery time | SWS_CanSM_00600, SWS_CanSM_00602, SWS_CanSM_00603, SWS_CanSM_00604, SWS_CanSM_00606, SWS_CanSM_00637 |
[SRS_Can_01146] | The CAN State Manager shall contain a CAN BusOff recovery algorithm for each used CAN Controller | SWS_CanSM_00600, SWS_CanSM_00602, SWS_CanSM_00603, SWS_CanSM_00604, SWS_CanSM_00606, SWS_CanSM_00637 |
[SWS_CanSM_00606] ⌈ The callback function CanSM_ControllerBusOff (ref. to SWS_CanSM_00064) shall trigger the state machine CANSM_BSM (ref. to Figure 7-1) for the CAN network with T_BUS_OFF, if one of its configured CAN controllers matches to the function parameter ControllerId of the callback function CanSM_ControllerBusOff. ⌋ (SRS_Can_01144, SRS_Can_01146)
[SWS_CanSM_00600] ⌈ If CanSM module has got all mode indications (ref. to SWS_CanSM_00396) for the configured CAN controllers of the CAN network (ref. to ECUC_CanSM_00141) after the respective requests to start the CAN controllers of the CAN network (ref. to SWS_CanSM_00604), this shall trigger the sub state CANSM_BSM_S_SILENTCOM_BOR (ref. to Figure 7-6) of the CAN network with T_RESTART_CC_INDICATED. ⌋ (SRS_Can_01142, SRS_Can_01145, SRS_Can_01144, SRS_Can_01146)
[SWS_CanSM_00602] ⌈ After a timeout of CANSM_MODEREQ_REPEAT_TIME (ref. to ECUC_CanSM_00336) for all supposed controller started mode indications (ref. to SWS_CanSM_00600), this condition shall trigger the sub state machine CANSM_BSM_S_SILENTCOM_BOR (ref. to Figure 7-6) of the respective network with T_RESTART_CC_TIMEOUT. ⌋ (SRS_Can_01142, SRS_Can_01145, SRS_Can_01144, SRS_Can_01146)
[SWS_CanSM_00604] ⌈ As long the sub state machine CANSM_BSM_S_SILENTCOM_BOR (ref. to Figure 7-6) is in the state S_RESTART_CC, the CanSM module shall operate the do action DO_SET_CC_MODE_STARTED and therefore repeat for all configured CAN controllers of the CAN network (ref. to
ECUC_CanSM_00141) the API request CanIf_SetControllerMode (ref. to chapter 8.5.1) with ControllerMode equal to CAN_CS_STARTED, if the current
CAN controller mode (ref. to SWS_CanSM_00638) is different. ⌋ (SRS_Can_01142, SRS_Can_01145, SRS_Can_01144, SRS_Can_01146)
[SWS_CanSM_00603] ⌈ The guarding condition G_RESTART_CC_OK of the sub state machine CANSM_BSM_S_SILENTCOM_BOR (ref. to Figure 7-6) shall be passed, if all API calls of SWS_CanSM_00604 have returned E_OK. ⌋ (SRS_Can_01142, SRS_Can_01145, SRS_Can_01144, SRS_Can_01146)
[SWS_CanSM_00637]
CAN Driver,CAN Interface,CAN State Manager三个模块中与Bus Off 恢复相关接口定义如下图所示,各模块内部为其所实现的接口,各模块之间的连接线,代表模块间的依赖关系。如ComM模块和Can State Manager模块之间的依赖关系,表示Can State Manager模块要使用ComM模块实现的ComM_BusSM_ModeIndication接口,该接口由ComM模块负责实现。其他模块之间的依赖关系同此方式,连线圆圈端表示接口提供端,另一端为调用方。
各个函数接口的参数,返回值,或其他特性在此不再赘述,具体可参考三个模块的AUTOSAR标准文档。其中,CAN State Manager 模块使用到ComM,BswM, Dem三个模块的函数的具体定义,可参考其相应AUTOSAR标准文档。
CAN网络节点发生Bus Off事件后, AUTOSAR 标准中Bus Off恢复策略分为以下三步:
Step 1. CAN Bus Off事件上报。
Step 2. 执行CAN Bus Off 事件恢复策略。
Step 3. 根据策略,执行相应动作。
各步骤具体介绍见以下章节介绍。
外设CAN controller发生Bus Off事件怎么办?这个可是最严重的事件,代表这个CAN网络节点掉线了,不能发送消息,也不能接收消息。你在这个圈里失联了,让你干的事,你干不了了;让你收集的有用信息,其他节点也获取不到了。彻底失联!
掉线了,这怎么办?
假如你在实际工作中,遇到这种紧急问题,咋办?
我的第一反应是,赶紧告诉领导!
对,在AUTOSAR标准中,也是这么设计的。看看下面这这几个模块是怎么层层上报的。当然,每个模块也是先要做好自己的事情,然后再上报。要不然,会挨批的。
AUTOSAR标准(V4.3.1) 中,定义CAN State manager模块负责实现CAN Bus Off恢复的策略。如下图所示,图中内容为Can State Manager模块实现的状态机CANSM_BSM,控制某个CAN controller通信的状态。
CANSM_BSM状态机中,CANSM_BSM_S_FULLCOM,CANSM_BSM_S_SILENTCOM,这两个状态与Bus Off事件相关。Why??
在状态CANSM_BSM_S_FULLCOM下需要进行Bus Off事件的处理,意味着在CAN通信处于全通信(发送,接收功能正常)状态下,发生Bus Off事件,需要进行Bus Off。具体处理机制见子状态机CANSM_BSM_S_FULLCOM章节的描述。
在状态CANSM_BSM_S_SILENTCOM下,需要处理Bus Off事件。一开始看到这个状态下需要发生Bus Off事件会有些不解,这个状态下怎么会发生Bus Off事件呢?Bus off事件不是在发送报文计数器TEC>255的条件下,才会发生吗?CANSM_BSM_S_SILENTCOM这个模式,不是代表静默模式吗,不就是只接收,不发送吗?不发送CAN报文,怎么会发送TEC > 255的情况呢?
后来想到,这个场景可能在临界的情况下发生,也就是CAN State Manager请求进入CANSM_BSM_S_SILENTCOM状态后,下层CAN controller外设还在发送CAN报文,发送不能成功,也就可能发生了Bus Off的事件。
CANSM_BSM_S_SILENTCOM状态下,Bus Off恢复处理机制见子状态机CANSM_BSM_S_SILENTCOM_BOR中的描述。
CAN 通信网络在在子状态机CANSM_BSM_S_FULLCOM
下,处于全功能通信状态(发送,接收功能正常)。进入此状态的条件,需要完成一系列外设初始化的条件,还有系统外围环境的判断,属于状态机CANSM_BSM的内容,与本文主题Bus Off无关,暂不赘述。
如下图所示,
Trigger T_BUS_OFF
根据参考文档7中需求[SWS_CanSM_00500] 中描述,CanSM若收到下层模块Can Interface关于Bus Off的事件报告后(报告方式见3.3.1章节),状态机CANSM_BSM_S_FULLCOM中Trigger T_BUS_OFF成立(见下图中1,2处),执行Effect E_BUS_OFF
Effect E_BUS_OFF
根据参考文档7中需求[SWS_CanSM_00508] [SWS_CanSM_00521] [SWS_CanSM_00522]
中描述,CAN State Manager获取到发生Bus Off信息后,需要向BswM, ComM模块报告自己当前状态变化,并设置Bus Off相关的DTC为DEM_EVENT_STATUS_PRE_FAILED
状态。完成上述操作后,进入S_RESTART_CC状态。
S_RESTART_CC
进入S_RESTART_CC状态后(见下图中3处),根据参考文档7中需求[SWS_CanSM_00509]
, CAN State Manager 模块应当执行改变CAN controller状态请求,具体执行方式见3.3.3章节。
G_RESTART_CC_OK
根据参考文档7中[SWS_CanSM_00510]
需求描述,需求[SWS_CanSM_00509]
中所调用API 都返回E_OK后,此条件成立,进入状态CANSM_BSM_S_RESTART_CC_WAIT
T_RESTART_CC_INDICATED
根据参考文档7中[SWS_CanSM_00511]
需求描述,若CanSM收到所有CAN Controller的mode indication(具体过程见3.3.3章节),会触发子状态机的T_RESTART_CC_INDICATED触发器,执行E_TX_OFF
EFFECT: E_TX_OFF
根据参考文档7,什么行为也不执行。进入S_TX_OFF状态
S_TX_OFF
此状态下什么也不执行,判断G_TX_ON条件是否成立
G_TX_ON
如下图中8处,根据参考文档7中[SWS_CanSM_00514]需求描述,若CanSMEnableBusOffDelay参数为FALSE,上一次BUS OFF事件发生后,若BUS OFF 恢复不成功次数小于CanSMBorCounterL1ToL2 [ECUC_CanSM_00131 ], 且L1(快)恢复间隔时间CanSMBorTimeL1 [ECUC_CanSM_00128 ]已到达,触发器G_TX_ON条件成立;
根据参考文档7中 [SWS_CanSM_00515] 需求描述,若CanSMEnableBusOffDelay参数为FALSE,上一次BUS OFF事件发生后,若BUS OFF 恢复不成功次数大于,或者等于CanSMBorCounterL1ToL2 [ECUC_CanSM_00131 ], 且L2(慢)恢复间隔时间CanSMBorTimeL2[ECUC_CanSM_00129 ]已到达,触发器G_TX_ON条件成立;
根据参考文档7中 [SWS_CanSM_00636] 需求描述,若CanSMEnableBusOffDelay参数为TRUE,则需求[SWS_CanSM_00514],[SWS_CanSM_00515] 中触发器G_TX_ON成立条件,需要额外加上有回调函数<User_GetBusOffDelay>制定的时间;
**EFFECT: E_TX_ON **
Guard condition G_TX_ON条件成立后,子状态机执行E_TX_ON
根据参考文档7中[SWS_CanSM_00516] [SWS_CanSM_00648] [SWS_CanSM_00517] [SWS_CanSM_00518] 需求描述,如果ECU 处于被动通信(PASSIVE)状态下,CanSM需要将相应controller的状态设置为CANIF_TX_OFFLINE_ACTIVE
;若非被动通信状态下,将CANIF状态设置为CANIF_ONLINE
。
同时,需要同时BswM8,ComM9模块,已处于CANSM_BSWM_FULL_COMMUNICATION
,COMM_FULL_COMMUNICATION
状态下。
然后进入S_BUS_OFF_CHECK状态,表示
G_BUS_OFF_PASSIVE
根据参考文档7中需求描述,G_BUS_OFF_PASSIVE成立的条件有两种:
一种以需求[SWS_CanSM_00496] 中描述,当配置参数CanSMBorTxConfirmationPolling [ECUC_CanSM_00339]
为假时,需要等待配置参数CanSMBorTimeTxEnsured [ECUC_CanSM_00130]
定义时间,以确保Bus OFF恢复。
或者,以需求[SWS_CanSM_00497] 中描述,当配置参数CanSMBorTxConfirmationPolling [ECUC_CanSM_00339]
为真时,需要API CanIf_GetTxConfirmationState (ref. to
chapter 8.5.1) 返回状态CANIF_TX_RX_NOTIFICATION
。
G_BUS_OFF_PASSIVE成立后,执行E_BUS_OFF_PASSIVE,也就是按[SWS_CanSM_00498]需求中定义,调用Dem_SetEventStatus()
设置BUS OFF相关DTC为 DEM_EVENT_STATUS_PASSED.
状态
如下图所示,为CANSM_BSM_S_SILENTCOM_BOR子状态机图
Effect: E_BUS_OFF
根据参考文档7 [SWS_CanSM_00605] 需求描述,CanSM需要调用Dem_SetEventStatus()
向DEM模块通告BUS OFF DTC prefailed信息
State operation:
根据参考文档7 [SWS_CanSM_00604] 需求描述,子状态机在S_RESTART_CC状态下,CanSM会向所有CAN controller发送状态设置为CAN_CS_STARTED
的请求。该请求具体执行过程见3.3.3章节
Trigger: T_RESTART_CC_INDICATED
根据参考文档7[SWS_CanSM_00600] 需求描述,若CanSM收到所有CAN Controller的mode indication(具体过程见3.3.3章节),会触发子状态机的T_RESTART_CC_INDICATED触发器,执行E_TX_OFF
Guard:G_RESTART_CC_E_OK
根据参考文档7[SWS_CanSM_00603] 需求描述,若CanSM收到在S_RESTART_CC状态下所有设置行为的返回值E_OK,则此条件成立,进入CANSM_BSM_S_RESTART_CC_WAIT状态。
Trigger: T_RESTART_CC_INDICATED
行为同下图中2处Trigger
Trigger: T_RESTART_CC_TIMEOUT
根据参考文档7 [SWS_CanSM_00602]需求描述,子状态机若在定时器CANSM_MODEREQ_REPEAT_TIME[refer to]时间内,未收到所有CAN controller的mode indication,视为请求超时,触发器T_RESTART_CC_TIMEOUT条件成立。重新进入S_RESTART_CC状态
Effect: E_TX_OFF
根据参考文档7,什么行为也不执行。然后,直接退出状态,根据状态机CANSM_BSM图中所示,进入状态CANSM_BSM_S_SILENTCOM。
在子状态机CANSM_BSM_S_SILENTCOM_BOR中,有了下图中的路径2,为什么需要状态CANSM_BSM_S_RESTART_CC_WAIT?
根据我目前的理解,状态CANSM_BSM_S_SILENTCOM_BOR表示,设置所有CAN Controller的请求已经发出,且返回值OK。但CAN controller真正恢复情况的状态还不可知,此时也不能再次请求设置CAN controller状态,在状态下S_RESTART_CC呆着也不合适,因为此状态下,要一直请求设置CAN controller状态。因此,需要一个设置操作完成,等待CAN controller恢复的状态。归根到底,如此设计的原因是CAN controller状态不会一下子就会从BUS OFF状态下恢复的,需要等待。这也就是下图中路径2与路径3,4同时存在的原因。
如下图中1处所示,为CanSM模块获取BUS OFF 事件发生后,请求设置CAN controller的执行流程。
下图中2处表示,Can controller状态恢复为STARTTED
状态后,向CanSM模块报告状态的流程。
按照客户关于BUS OFF快恢复,慢恢复的时间,次数要求,配置以下参数值:
CanSMBorTimeL1 [ECUC_CanSM_00128 ]:快恢复时间
CanSMBorTimeL2 [ECUC_CanSM_00129 ]: 慢恢复时间
CanSMBorCounterL1ToL2 [ECUC_CanSM_00131 ] : 如下文中定义,此参数定义了由快恢复转变为慢恢复的次数,也就是说,若配置此参数为6次,则在第6次恢复时变为慢恢复,则快恢复次数实际上是5次。也可参考需求[SWS_CanSM_00514] [SWS_CanSM_00515]的定义。
This threshold defines the count of bus-offs until the bus-off recovery switches from level 1 (short recovery time) to level 2 (long recovery time).
工具,CAN disturbance(VECTOR VH 6501), 可参考 3
CAN_H, CAN_L 短接
CAN_H,或者CAN_L短接地
如何观察CAN Bus Off现象
恢复时间
恢复次数
恢复时间
CanSM, CanIf, CanDrv模块中应用的设计原则
应用到的设计模式:
通道负责通道的活,例如CanIf, CanDrv, 不涉及到BUS OFF逻辑处理,只负责为上层提供控制接口。
CanSM负责CAN controller的状态机逻辑控制。
标准之所以可以成为标准,在于其可以拥抱变化。也许你会说,这么写代码,得占用多少ROM啊?诚然,为CAN 驱动,加上层层的封装,增加了很多冗余代码。不如直接访问底层驱动,多么简单!如果你经历过产品换了一个芯片平台,你就会认识到这个设计的意义所在。
或者说,我们做的产品只有一个CAN 通道,不需要写这么复杂吧?为了适配这种更复杂的硬件平台,AUTOSAR确实增加了冗余代码,
CanSM, CanIf, CanDrv这种模式,可作为今后实现外设状态管理的参考模式。
CAN总线错误处理机制及Bus off问题现象分析 ↩︎
CAN总线学习总结2——CAN错误及CAN busoff处理机制 ↩︎
CAN总线Busoff/快慢恢复原理以及利用Vector VH6501 CAN干扰仪触发Busoff ↩︎ ↩︎
CAN总线的通信错误及其处理 ↩︎
Requirements on CAN, V4.3.1, AUTOSAR_SRS_CAN.pdf. ↩︎
Specification of CAN Driver, V4.3.1, AUTOSAR_SWS_CANDriver.pdf. ↩︎
Specification of CAN State Manager V4.3.1, AUTOSAR_SWS_CANStateManager.pdf ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
AUTOSAR模式管理看这一篇就够了-吐血整理 ↩︎
CP Classic AUTOSAR功能栈简介-ComM通信管理 ↩︎
今天的分享到此就结束了,感谢您的阅读,如果确实帮到您,您可以动动手指转发给其他人。
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