OSEK直接網(wǎng)絡(luò)管理(NM)規(guī)范

1、OSEK直接網(wǎng)絡(luò)管理(NM)介紹OSEK直接網(wǎng)絡(luò)管理(NM)賦予節(jié)點(diǎn)“消息地址”的概念，即每個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)有唯一的標(biāo)識(shí)號(hào)。NM規(guī)范沒(méi)有定義最大的節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)號(hào)，但建議采用8位地址（0-255）。雖然底層物理網(wǎng)絡(luò)不支持消息地址，但直接NM要求間接實(shí)現(xiàn)對(duì)消息地址的支持。一個(gè)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)可連接不同的網(wǎng)絡(luò)，并且在每一網(wǎng)絡(luò)中它的消息地址可能是不同的。如圖3 2所示：圖3 2 兩個(gè)總線網(wǎng)絡(luò)中的邏輯環(huán)結(jié)構(gòu)在圖3 2中，子網(wǎng)1的3個(gè)節(jié)點(diǎn)在邏輯上形成一個(gè)環(huán)，稱之邏輯環(huán)（LogicalRi ng）。邏輯環(huán)通過(guò)環(huán)消息（Ring Message）序列實(shí)現(xiàn)消息傳輸。環(huán)消息自低地址節(jié)點(diǎn)（ID號(hào)?。┫蚋叩刂饭?jié)點(diǎn)（ID號(hào)大）發(fā)送，再

2、由最高節(jié)點(diǎn)傳回最低節(jié)點(diǎn)，形成一個(gè)環(huán)。邏輯環(huán)上的消息交換機(jī)制如圖3 3所示：圖3 3 邏輯環(huán)上的消息交換機(jī)制直接NM還要求網(wǎng)絡(luò)廣播的實(shí)現(xiàn)，允許異步廣播Alive消息和limpHome消息。Alive消息指定網(wǎng)絡(luò)上一個(gè)新的節(jié)點(diǎn)；ImpHome消息指定一個(gè)不再能工作的節(jié)點(diǎn)。NM通過(guò)傳輸NM消息來(lái)確定網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部狀態(tài)，狀態(tài)反映了NM當(dāng)前運(yùn)行時(shí)的信息。狀態(tài)是分層級(jí)的，總的內(nèi)部狀態(tài)如圖3 4所示：圖3 4 OSEK網(wǎng)絡(luò)管理總的內(nèi)部狀態(tài)當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，NM進(jìn)入NMOff狀態(tài)；調(diào)用StartNM()使得NM進(jìn)入NMOn狀態(tài)；調(diào)用StopNM()使得NM進(jìn)入NMShutdown狀態(tài)。函數(shù)StartNM()和Stop

3、NM()是NM的核心API。StartNM()初始化一個(gè)NM邏輯環(huán)；StopNM()改變NM的狀態(tài)為NMShutdown，執(zhí)行清除操作，然后進(jìn)入NMOff狀態(tài)。其中，NMOn狀態(tài)又有如下子狀態(tài)（表3.1）：表3.1 NMOn的子狀態(tài)NMOn存在兩組并行子狀態(tài)：NMInit、NMAwake、NMBusSleep和NMActive、NMPassive。NMOn的并行子狀態(tài)如圖3 5所示：圖3 5 NMOn的并行子狀態(tài)當(dāng)NM進(jìn)入NMOn狀態(tài)時(shí)，NMInit和NMActive是其缺省的初始化狀態(tài)。NMInit是NM組件內(nèi)部的瞬時(shí)初始化狀態(tài)。完成初始化任務(wù)后，即轉(zhuǎn)入NMAwake狀態(tài)并保持，直到轉(zhuǎn)到總線

4、睡眠的條件被滿足才轉(zhuǎn)入NMBusSleep狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)處于NMBusSleep狀態(tài)時(shí)，一旦接收到NM消息，即轉(zhuǎn)入NMInit狀態(tài)。在并行狀態(tài)圖中，當(dāng)系統(tǒng)處于NMActive狀態(tài)時(shí)，NM通信正常運(yùn)行；當(dāng)SilentNM()被調(diào)用時(shí)，本地節(jié)點(diǎn)進(jìn)入NMPassive狀態(tài)，并停止參與邏輯環(huán)組成。為了返回NMActive狀態(tài)，只需調(diào)用TalkNM()函數(shù)。系統(tǒng)執(zhí)行完NMInit狀態(tài)所要求的動(dòng)作后，即轉(zhuǎn)入NMActive狀態(tài)。NMAwake狀態(tài)有如下子狀態(tài)（表3.2）：表3.2 NMAwake的子狀態(tài)NMAwake的狀態(tài)圖如圖3 6所示：圖3 6 NMAwake的狀態(tài)圖NMReset子狀態(tài)是進(jìn)入NMAwa

5、ke狀態(tài)后的缺省狀態(tài)，NM在此時(shí)重置NM的通信鏈路、有關(guān)的計(jì)數(shù)器、參數(shù)等。初始化完成，NM將檢查NM消息是否正確的收發(fā)，然后轉(zhuǎn)入NMNormal狀態(tài)并保持。一旦致命錯(cuò)誤發(fā)生將切換到NMLimpHome狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)處在NMLimpHome狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)傳輸一個(gè)周期性的LimpHome消息。NM繼續(xù)監(jiān)聽(tīng)網(wǎng)絡(luò)，以便確定消息傳輸是否已被恢復(fù)從而切換回NMNormal狀態(tài)。汽車網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)是多種多樣的，可能在不同時(shí)刻運(yùn)行、開(kāi)關(guān)或激活，也有可能因節(jié)點(diǎn)或網(wǎng)絡(luò)的故障而失效，因此網(wǎng)絡(luò)的配置是變化的。NM維護(hù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的配置，并可以按要求為應(yīng)用程序提供這些信息。NM識(shí)別兩種配置：實(shí)際（Actual）配置和故障（L

6、impHome）配置，實(shí)際配置指示可訪問(wèn)的節(jié)點(diǎn)，而故障配置指示那些因故障退出邏輯環(huán)組成的節(jié)點(diǎn)。NM并不管理應(yīng)用程序的模式（APPMODE），但是NM管理兩個(gè)主要的操作模式，對(duì)應(yīng)于內(nèi)部狀態(tài)的NMAwake（NMActive）和NMBusSleep。節(jié)點(diǎn)在NMAwake操作模式下，參與邏輯環(huán)組成并監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)上所有同處于NMAwake模式的節(jié)點(diǎn)：如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入NMBusSleep操作模式，就不再參與邏輯環(huán)上的NM通信。NM消息包含NM協(xié)議數(shù)據(jù)單元（NMPDU）。NMPDU在通信網(wǎng)絡(luò)上傳輸，其結(jié)構(gòu)如圖3 7所示：圖3 7 NMPDU的結(jié)構(gòu)地址域包含源消息地址和目的節(jié)點(diǎn)地址?？刂朴虬P(guān)于消息類型的信息

7、，上述部分是必選部分，而數(shù)據(jù)域則是可選部分，它包含特定應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)。為了易于標(biāo)識(shí)NM消息和其它消息，NM采用基地址（ID_Base）和窗口（Window_Mask）機(jī)制，類似于IP中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)與子網(wǎng)掩碼。如果一條消息的ID滿足：ID & WINDOW_MASK = = ID_BASE則認(rèn)為該消息是NM消息。假設(shè)有一個(gè)子網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)配置中有4個(gè)節(jié)點(diǎn)，ID為1-4，如果采用8位消息地址和11位掩碼，設(shè)定ID_BASE為0x700及WINDOW_MASK為0x7F8，那么來(lái)自集合0x701,0x 702,0x 703,0x 704的任一條消息就是NM消息。報(bào)警器的設(shè)計(jì)：直接NM定義了5個(gè)報(bào)警器，并通過(guò)其

8、控制邏輯環(huán)上消息的收發(fā)，進(jìn)而監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)配置和節(jié)點(diǎn)狀態(tài)。比如節(jié)點(diǎn)從收到一個(gè)Ring消息到重傳該Ring消息的間隔時(shí)間Ttyp就是報(bào)警器Ttyp控制的。詳細(xì)定義如表3.3所示：表3.3 NM所用報(bào)警器的定義邏輯環(huán)運(yùn)行：調(diào)用StartNM()啟動(dòng)直接NM時(shí)，NM執(zhí)行一系列初始化操作，然后廣播第一個(gè)NM消息Alive消息。Alive消息通知網(wǎng)絡(luò)上的其它節(jié)點(diǎn)（如果有的話），當(dāng)前節(jié)點(diǎn)加入邏輯環(huán)，并啟動(dòng)Ttyp報(bào)警器。當(dāng)一個(gè)活動(dòng)節(jié)點(diǎn)接收到一個(gè)Alive消息時(shí)，它將執(zhí)行以下步驟：1.將發(fā)送節(jié)點(diǎn)作為在線節(jié)點(diǎn)添加到網(wǎng)絡(luò)配置中；2.本地節(jié)點(diǎn)確定新節(jié)點(diǎn)是否為環(huán)中的邏輯后繼節(jié)點(diǎn)。任何時(shí)候，如果數(shù)據(jù)鏈路層通知NM消息失敗，

9、則啟動(dòng)Ttx報(bào)警器，并增加計(jì)數(shù)器的值。如果計(jì)數(shù)器超過(guò)一個(gè)設(shè)定的閥值，NM將進(jìn)入LimpHome狀態(tài)。否則，當(dāng)Ttx到時(shí)NM重傳消息。邏輯環(huán)與802.5令牌環(huán)類似，在網(wǎng)絡(luò)中只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)控制Ring消息。當(dāng)節(jié)點(diǎn)接收到Ring消息并且Ttyp定時(shí)器到時(shí)，發(fā)送該消息。NM啟動(dòng)時(shí)在Alive消息傳輸之后，網(wǎng)絡(luò)處于瞬時(shí)狀態(tài)，在該狀態(tài)下總線上可能存在Alive消息和Ring消息，以及不同的情況：1.如果接收到Alive消息，如前所述節(jié)點(diǎn)更新配置和后繼節(jié)點(diǎn)；2.如果在Tmax到時(shí)之前，節(jié)點(diǎn)接收到一個(gè)Ring消息，則取消定時(shí)器，并處理Ring消息；3.當(dāng)Ttyp到時(shí)，本地節(jié)點(diǎn)發(fā)送Ring消息；4.如果在本地節(jié)點(diǎn)

10、發(fā)送Ring消息到數(shù)據(jù)鏈路層和消息發(fā)送確認(rèn)返回之間接收到一個(gè)Ring消息，節(jié)點(diǎn)將忽略該消息以確保Ring消息的唯一性。當(dāng)接收到一個(gè)Ring消息時(shí)，本地節(jié)點(diǎn)檢查NMPDU的目的地址，根據(jù)該域的有效值，采取如下操作：如果Ring消息的目的地址不是本地節(jié)點(diǎn)，取消Ttyp報(bào)警器，然后重啟Tmax報(bào)警器。NM檢查源地址、目的地址操作碼，據(jù)此更新網(wǎng)絡(luò)配置和切換狀態(tài)；如果Ring消息的目的地址是本地節(jié)點(diǎn)，取消Tmax報(bào)警器，然后重起Ttyp報(bào)警器。如果源節(jié)點(diǎn)在配置信息中標(biāo)識(shí)為離線，則更新為在線。當(dāng)邏輯環(huán)中沒(méi)有Alive消息傳輸，并且唯一的Ring消息沿邏輯環(huán)傳遞一周后，網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)從瞬時(shí)狀態(tài)切換到穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)處于瞬時(shí)狀態(tài)時(shí)，數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)無(wú)效。NM提供了檢測(cè)離線節(jié)點(diǎn)的機(jī)制，如果Tmax到時(shí)則NM將進(jìn)入NMReset狀態(tài)試圖重建邏輯環(huán)從而返回NMNormal狀態(tài)，這樣離線節(jié)點(diǎn)將被排除在新的邏輯環(huán)組成之外；NM還提供了檢測(cè)節(jié)點(diǎn)被跳過(guò)的機(jī)制，如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)被挑過(guò)，它立即發(fā)送一個(gè)Alive