专利名称：基于autosar协议栈的pdu缓存方法
技术领域：
本发明涉及智能汽车的通信领域，具体涉及一种基于AUT0SAR协议栈的PDU缓存方法。
背景技术：
AUT0SAR(汽车开放系统架构)是一个开放和标准化的汽车电子软件架构，它是由全球汽车制造商、部件供应商及其他电子、半导体和软件系统公司联合建立。在汽车电子网络中，各种ECU (Electronic Control Unit，电子控制单元)就是网络上的节点。AUT0SAR协议栈用于汽车电子的ECU内部和ECU之间的网络通讯，它是一个类似于OSI七层模型的协议栈。AUT0SAR协议栈的上层为运行时层(Run Time Environment Layer，RTE层)，下层为底层硬件，底层硬件基于CAN (Control Ier Area Network)协议实现。在发送消息的时候， 信息由运行时层传入到协议栈，在栈中被打包成数据帧，然后传入到底层硬件，再由底层硬件发送到网络上的其他节点；在接收消息的时候，通过底层硬件接收到数据帧并将数据帧还原成原来的信息。协议栈分为四层，从上到下依次是通信层(Communication层)、路由层(PDU Router层)、CAN接口层(CAN Interface层)和CAN驱动层(CAN Driver层)，协议栈的四个层之间均采用PDU(ftx)t0C0l Data Unit，协议数据单元)进行传输，PDU是整个协议栈里面的数据传输单位。如图1所示，现有技术协议栈的每一层都有发送缓存和接收缓存，在往下发送的时候，每一层都先将上层接收的数据存到当前层的发送缓存中，最后由底层硬件将数据发送到网络上，接收过程则恰好相反。通信层是交互层，负责与协议栈上层通讯。在发送过程中，通信层接收上面运行时层的信号，然后将信号(Signal)打包成PDU，再往下传输PDU ；在接收的时候，将从下层接收到的PDU拆开成信号(Signal)然后传输给上层。其中。路由层是网络层，用于负责引导PDU的目的节点。传递PDU的目的地可能并不是当前节点，而是网络中的其他节点，这时候就需要在这一层将这个PDU从接收缓存转移到发送缓存，并且往下发送传递到网络上的其他节点。接口层是传输层，用于抽象底层驱动层的操作。接口层有一个特殊的挂起缓存(pending buffer)。如果底层硬件的发送缓存已经满了，而这时候该层的发送缓存又从上层接收到了一个PDU，这时候会将这个PDU暂时存到这个挂起缓存。 等到硬件缓存有空闲位置时候，再将挂起缓存中的PDU转移到发送缓存，然后往下发送。驱动层位于协议栈的最底层，直接与底层硬件通讯。它按照CAN协议的标准负责将发送缓存中的PDU打包成CAN帧，然后发送到底层硬件上。由于协议栈的分层机制，层与层之间的任务都是相互独立的，当每个PDU在往下传输的过程中，在每一层都有一个独立的ID，这个ID不一定与上层的ID相同。每次往下传输一层，都要通过某种映射机制，将这个PDU在上层的ID转换成下层的ID。并且与一般的网络分层结构(比如TCP/IP)不同的是，当PDU在往下传输的过程中，不需要添加报头(在 TCP/IP的网络协议栈中，PDU往下传输可能要添加一些信息，比如波特率等等)，在汽车网络中，网络节点数量比较少，环境也比较固定，PDU的一些特性都是静态配置好的，不需要添加在报头中。所以就没有报头，真正在网络中传输的也就只有ID和PDU的内容。但是，在从上层往下层的传输过程中，PDU的内容并没有发生变化，只是ID发生变化，PDU只是在重复拷贝，这种操作不仅降低了效率，而且降低了内存利用率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的缺陷，提供一种内存利用率高、 内存使用效率高、数据收发效率高的基于AUT0SAR协议栈的PDU缓存方法。为了解决上述技术问题，本发明采用的而技术方案为一种基于AUT0SAR协议栈的PDU缓存方法，其实施步骤如下1)建立协议栈的通信层、路由层、CAN接口层和CAN驱动层均可访问的公用缓存；2)通信层收到上层信号后将其打包成带有通信层ID信息的PDU并缓存至公用缓存中、CAN驱动层收到CAN数据帧后将其转换为带有CAN驱动层ID信息的PDU并缓存至公用缓存中，协议栈的相邻层之间在发送PDU时，由发送方向接收方发送消息，接收方收到消息后从公用缓存中读取PDU并将其修改为具有接收方ID信息的PDU。作为本发明技术方案的进一步改进所述步骤1)中建立公用缓存时包括建立公用发送缓存和公用接收缓存，所述步骤2)中通信层收到上层信号后将其打包成带有通信层ID信息的PDU并缓存至公用发送缓存中，CAN驱动层收到CAN数据帧后将其转换为带有CAN驱动层ID信息的PDU并缓存至公用接收缓存中；协议栈的相邻层之间在往下发送PDU时，接收方收到消息后从公用发送缓存中读取PDU，协议栈的相邻层之间在网上发送PDU时，接收方收到消息后从公用接收缓存中读取PDU并将其修改为具有接收方ID信息的PDU。所述步骤2)中当路由层收到CAN接口层发送消息后，首先判断该消息对应PDU的发送目标，如果发送目标并非当前节点，则将PDU从公用接收缓存转移至公用发送缓存中， 然后通过CAN接口层、CAN驱动层将该PDU发送至发送目标。所述步骤幻中CAN接口层在往CAN驱动层发送数据时，如果底层硬件的发送缓存已满则在当前周期内不进行任何处理，如果底层硬件的发送缓存未满，则将公用发送缓存中的PDU发送至CAN网络上，然后在公用发送缓存中清除该PDU。本发明具有下述优点1、本发明通过建立协议栈的通信层、路由层、CAN接口层和CAN驱动层均可访问的公用缓存，原有四个层的独立缓存以及CAN接口层的挂起缓存被合并到一个公用缓存，由于一个PDU在协议栈中传输时仅仅有一份在公用缓存中，因此可以有效地节省了内用的使用，提高了内存的使用率和效率。2、本发明通过建立协议栈的通信层、路由层、CAN接口层和CAN驱动层均可访问的公用缓存，因此在将PDU从协议栈的CAN驱动层到通信层之间进行传输时，各层都是直接对公用缓存的PDU进行操作，不需要拷贝操作，节省了拷贝PDU花费的时间，有效提高了数据传输的效率。
图1为现有技术协议栈收发数据的缓存方法示意图。图2为本发明实施例中收发PDU的流程示意图。图3为本发明实施例中发送PDU的流程示意图。图4为本发明实施例中接收PDU的流程示意图。图5为现有技术接收非本节点PDU的流程示意图。图6为本发明实施例中接收非本节点PDU的流程示意图。图7为本发明实施例中测试装置的结构示意图。图8为本发明实施例的对比测试性能示意图。
具体实施例方式如图2所示，本发明实施例的基于AUT0SAR协议栈的PDU缓存方法的实施步骤如下1)建立协议栈的通信层、路由层、CAN接口层和CAN驱动层均可访问的公用缓存；2)通信层收到上层信号后将其打包成带有通信层ID信息的PDU并缓存至公用缓存中、CAN驱动层收到CAN数据帧后将其转换为带有CAN驱动层ID信息的PDU并缓存至公用缓存中，协议栈的相邻层之间在发送PDU时，由发送方向接收方发送消息，接收方收到消息后从公用缓存中读取PDU并将其修改为具有接收方ID信息的PDU。步骤1)中建立公用缓存时包括建立公用发送缓存和公用接收缓存，步骤2)中通信层收到上层信号后将其打包成带有通信层ID信息的PDU并缓存至公用发送缓存中，CAN 驱动层收到CAN数据帧后将其转换为带有CAN驱动层ID信息的PDU并缓存至公用接收缓存中；协议栈的相邻层之间在往下发送PDU时，接收方收到消息后从公用发送缓存中读取PDU，协议栈的相邻层之间在网上发送PDU时，接收方收到消息后从公用接收缓存中读取 PDU并将其修改为具有接收方ID信息的PDU。通过将公用缓存进行细分，从而将发送的PDU、 接收的PDU在公用缓存中形成队列结构，有利于对公用缓存的统一管理，从而可以提高对缓存的管理效率。步骤幻中CAN接口层在往CAN驱动层发送数据时，如果底层硬件的发送缓存已满则在当前周期内不进行任何处理，如果底层硬件的发送缓存未满，则将公用发送缓存中的 PDU发送至CAN网络上，然后在公用发送缓存中清除该PDU。在底层硬件的发送缓存繁忙时，PDU不需要移到挂起缓存，在当前周期内不进行任何处理；在底层硬件的发送缓存闲下来以后PDU能发送的时候也不需要拷贝回来。只不过在发送成功的时候，需要将发送成功或者发送失败的PDU占用的公用缓存位置设置为空，以便后面到来的PDU的存放，这样也不需要有任何的数据拷贝。所以内存利用率和效率都得到了提高，足见该方法的性能优化是比较明显的。本实施例中，公用发送缓存和公用接收缓存通过定义一个特殊的无效值(invalid value)代表缓存中的一个空的位置。当系统启动的时候，公用发送缓存和公用接收缓存中的所有位置都被初始化为这个值。如图3所示，本发明实施例发送PDU的流程如下1)通信层接收RTE层信号，然后将信号打包成PDU放在公共发送缓存，发送消息交
由下层处理。2)路由层将公共缓存中的PDU的ID转换成本层的ID，然后发送消息交由下层处理。3) CAN接口层调用CAN驱动层提供的回调函数将PDU发送到CAN网络上。传统方法在发送PDU时，当CAN接口层调用CAN驱动层提供的回调函数往下发送帧时，返回值有三个“ok”，“fail”或“busy”，“ok”代表发送成功，“fail”代表发送失败，在这两种情况下，CAN驱动层都会将PDU在发送缓存中占用的位置设置为无效值。当返回值为 “busy”时，那么PDU会暂时被转移到一个挂起缓存中。每当有帧发送成功时，那么CAN接口层就会检查挂起缓存中是否有PDU，如果有，那么就将PDU从挂起缓存转移到发送缓存，然后往下发送，因此一旦挂起也需要多次拷贝数据。本实施例中，通过将挂起缓存也合并到公共发送缓存中去。这样，当返回值为“busy”时，我们不需要将PDU拷贝到挂起缓存，因为挂起缓存和发送缓存本来就是同一个，这样省略了一次数据移动。当硬件不忙的时候，PDU也不用从挂起缓存转移到发送缓存，直接往下发送就行了，这样又省略了一次数据移动。4)在CAN驱动层提供给CAN接口层的回调函数中将PDU转化成CAN帧。然后判断硬件缓存是否已满，当硬件缓存已满则不进行处理；如果硬件缓存是否未满，将CAN帧放在硬件缓存上，由微控制器将CAN帧发送出去，再将公共发送缓存中PDU占的位置设置为无效值，然后判断公共发送缓存里是否还有CAN帧，如果还有则继续发送，否则退出。步骤2)中当路由层收到CAN接口层发送消息后，首先判断该消息对应PDU的发送目标，如果发送目标并非当前节点，则将PDU从公用接收缓存转移至公用发送缓存中，然后通过CAN接口层、CAN驱动层将该PDU发送至发送目标。如图4所示，本发明实施例接收PDU的流程如下1) CAN驱动层收到总线上发来的CAN帧，转换成PDU并放到公共接收缓存，然后发送消息通知CAN接口层。2) CAN接口层发送消息通知路由层。3)路由层检查PDU发送目标是否本节点如果发送目标否本节点，则发送消息通知通信层，通信层将PDU的ID进行转换，然后拆开成信号传输给RTE层。如果发送目标不是本节点，则将该PDU从公共接收缓存转移到公共发送缓存，然后往下发送。将PDU在公共接收缓存中的占用的位置设为无效值。如果发送目标是当前节点，传统的收发数据缓存方法发送或者接收一份CAN帧需要经过3次 PDU拷贝CAN接口层和CAN驱动层之间一次、路由层和CAN接口层之间一次，通信层和路由层之间一次；如图5所示，如果发送目标并非当前节点，传统的收发数据缓存方法发送或者接收一份CAN帧需要经过5次PDU拷贝PDU从CAN驱动层的接收缓存拷贝到路由层的接收缓存，然后又从路由层的接收缓存拷贝到路由层的发送缓存，再从路由层的发送缓存拷贝到CAN驱动层的发送缓存。如图6所示，本发明实施例通过公用缓存，不论发送目标是否当前节点，发送或者接收一份CAN帧都不需要进行PDU拷贝，有效地减少了硬件1/0，提高了数据收发的效率。如图7所示，开发者将程序写在PC机上，然后将程序下载到HCS12开发板上，CAN 帧通过网线从开发板传输到CAN的双路分析仪上，然后帧被转化为USB信号并且通过USB 线发送到PC机上。通过这种方式，从通讯栈中传出的PDU就会很清晰地显示在PC机上。型号为LA4000的逻辑分析仪从开发板上的引脚接收信号，并且通过软件接口通知PC机，这样就能测算出CAN帧在栈中传输的时间。
假设在CAN帧传输的过程中，发送缓存里面装载的帧的数量最多为10*MPDU，那么优化之前的配置如下表所示
权利要求
1.一种基于AUT0SAR协议栈的PDU缓存方法，其特征在于其实施步骤如下1)建立协议栈的通信层、路由层、CAN接口层和CAN驱动层均可访问的公用缓存；2)通信层收到上层信号后将其打包成带有通信层ID信息的PDU并缓存至公用缓存中、 CAN驱动层收到CAN数据帧后将其转换为带有CAN驱动层ID信息的PDU并缓存至公用缓存中，协议栈的相邻层之间在发送PDU时，由发送方向接收方发送消息，接收方收到消息后从公用缓存中读取PDU并将其修改为具有接收方ID信息的PDU。
2.根据权利要求1所述的基于AUT0SAR协议栈的PDU缓存方法，其特征在于所述步骤1)中建立公用缓存时包括建立公用发送缓存和公用接收缓存，所述步骤幻中通信层收到上层信号后将其打包成带有通信层ID信息的PDU并缓存至公用发送缓存中，CAN驱动层收到CAN数据帧后将其转换为带有CAN驱动层ID信息的PDU并缓存至公用接收缓存中；协议栈的相邻层之间在往下发送PDU时，接收方收到消息后从公用发送缓存中读取PDU，协议栈的相邻层之间在网上发送PDU时，接收方收到消息后从公用接收缓存中读取PDU并将其修改为具有接收方ID信息的PDU。
3.根据权利要求2所述的基于AUT0SAR协议栈的PDU缓存方法，其特征在于所述步骤2)中当路由层收到CAN接口层发送消息后，首先判断该消息对应PDU的发送目标，如果发送目标并非当前节点，则将PDU从公用接收缓存转移至公用发送缓存中，然后通过CAN接口层、CAN驱动层将该PDU发送至发送目标。
4.根据权利要求2或3所述的基于AUT0SAR协议栈的PDU缓存方法，其特征在于所述步骤幻中CAN接口层在往CAN驱动层发送数据时，如果底层硬件的发送缓存已满则在当前周期内不进行任何处理，如果底层硬件的发送缓存未满，则将公用发送缓存中的PDU发送至CAN网络上，然后在公用发送缓存中清除该PDU。
全文摘要
本发明公开了一种基于AUTOSAR协议栈的PDU缓存方法，其实施步骤如下1)建立协议栈的通信层、路由层、CAN接口层和CAN驱动层均可访问的公用缓存；2)通信层收到上层信号后将其打包成带有通信层ID信息的PDU并缓存至公用缓存中、CAN驱动层收到CAN数据帧后将其转换为带有CAN驱动层ID信息的PDU并缓存至公用缓存中，协议栈的相邻层之间在发送PDU时，由发送方向接收方发送消息，接收方收到消息后从公用缓存中读取PDU并将其修改为具有接收方ID信息的PDU。本发明具有内存利用率高、内存使用效率高、数据收发效率高的优点。
文档编号H04L12/56GK102170478SQ201110126388
公开日2011年8月31日 申请日期2011年5月16日 优先权日2011年5月16日
发明者姚刘杰, 杨国青, 王铸, 章明, 顾宗华 申请人:浙江大学