一种基于AUTOSAR车载网络的管理系统的制作方法

本发明涉及车辆网络技术领域，特别是涉及一种基于AUTOSAR车载网络的管理系统。

背景技术：

汽车开放系统架构(英文：AUTomotive Open System Architecture，缩写：AUTOSAR)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，各成员保持开发合作伙伴关系。自2003年起，各伙伴公司携手合作，致力于为汽车工业开发一个开放的、标准化的软件架构。AUTOSAR这个架构有利于车辆电子系统软件的交换与更新，并为高效管理愈来愈复杂的车辆电子、软件系统提供了一个基础。此外，AUTOSAR在确保产品及服务质量的同时，提高了成本效率。

汽车整车部件的给电方式有多种，常用的分为KL15供电，KL30供电，AUTOSAR网络管理无法适用于以上两种供电方式的情况。AUTOSAR网络管理非常适用于由KL30给电方式的部件，它能有效保证车载网络的可靠运行；但是对于由KL15给电方式的部件，显得不是很适用。通常比较保守的做法是让KL30给电的节点按照AUTOSAR网络管理执行，而KL15给电的节点只对基本的通信层面进行要求。因此存在以下问题：1)KL15给电的节点暂没有相适应的网络管理约束；2)KL15给电的节点与KL30给电的节点间协同运行的兼容性问题。

技术实现要素：

本发明的一个目的是提供一种基于AUTOSAR车载网络的管理系统，为KL15给电的节点提供相适应的网络管理约束，并至少解决上述问题中的一个。

特别地，本发明提供一种基于AUTOSAR车载网络的管理系统，包括：

电源模块，所述电源模块为所述AUTOSAR车载网络提供电源；

能源储备控制模块，用于给所述AUTOSAR车载网络的储能电容充电；

电压检测模块，用于对KL15进行电压检测；

开关检测模块，用于检测KL15的开关状态；

CAN(中文名称：控制器局域网络，英文名称：Controller Area Network)接口模块，用于连接所述AUTOSAR车载网络和CAN总线；

模拟网络状态控制模块，用于模拟所述AUTOSAR车载网络的网络状态；

其中所述模拟网络状态控制模块使得KL15的节点能够与所述AUTOSAR车载网络的节点兼容并行。

进一步地，所述能源储备控制模块为限流电阻R7与放电二极管D1并联后与储能电容EC1串联。

进一步地，所述能源储备控制模块采用的储能电容EC1为法拉电容。

进一步地，所述限流电阻R7的电阻值大小与所述电源模块的功率成反比。

进一步地，所述电压检测模块通过电阻R1与电阻R3对KL15外部输入电压进行分压，并通过电容C1和电容C2对不同频率的波形进行滤波。

进一步地，所述开关检测模块为KL15的开关检测电路，通过R4与R5对KL15外部输入电压进行分压，并通过C4进行滤波；所述开关检测模块设定开关的电压阀值为5V。

进一步地，所述CAN接口模块为CAN接口电路；所述CAN接口模块选用的收发器为TJA1040。

进一步地，所述模拟网络状态控制模块模拟的所述网络状态包括：网络中的节点、网络模式以及各网络模式下的迁移条件、迁移动作和通信行为。

进一步地，所述模拟网络状态控制模块根据节点在网络中的运行情况进入不同的网络模式，所述网络模式包括：睡眠模式、预备睡眠模式、正常管理模式；所述正常管理模式包括重复消息状态和正常运行状态。

进一步地，所述模拟网络状态控制模块中包括第一定时器和第二定时器，所述模拟网络状态控制模块根据所述第一定时器和第二定时器的时间和网络中的节点控制所述网络状态。

本发明提供的一种基于AUTOSAR车载网络的管理系统，采用分布式的直接网络管理，网络状态的变化是由KL15、周期性NMPDU(中文名称：网络管理协议数据单元，英文：NM Protocol Data Unit，简称NMPDU)的接受情况和节点请求网络的状态综合考虑的，当节点接收到一个NMPDU时，意味着该网络管理消息的发送节点意图保持网络的唤醒状态；当节点停止发送NMPDU，意味着该节点准备进入睡眠状态。但是，只在KL15OFF时，该节点就会立即进入预备睡眠模式(Prepare Bus Sleep Mode)，并停止发送NMPDU，准备进入总线睡眠状态。

本发明提供的一种基于AUTOSAR车载网络的管理系统，是对AUTOSAR在车载网络管理上的创新运用，所述基于AUTOSAR车载网络的管理系统在本发明中可以简称为Mini AUTOSAR。Mini AUTOSAR充分结合了KL15给电节点的特点及AUTOSAR思想，有效的保证了车载网络的可靠运行，并且，使用Mini AUTOSAR的网络节点能够与使用AUTOSAR的节点兼容并行，维持了平台的一致性。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据发明一个实施例的一种基于AUTOSAR车载网络的管理系统原理结构框图；

图2是根据本发明一个实施例的一种基于AUTOSAR车载网络的管理系统的电压检测模块的电路图；

图3是根据本发明一个实施例的一种基于AUTOSAR车载网络的管理系统的开关检测模块的电路图；

图4是根据本发明一个实施例的一种基于AUTOSAR车载网络的管理系统的能源储备控制模块的电路图；

图5是根据本发明一个实施例的一种基于AUTOSAR车载网络的管理系统的CAN接口模块的电路图；

图6是根据本发明一个实施例的一种基于AUTOSAR车载网络的管理系统的网络状态迁移图；

图7是根据本发明一个实施例的一种基于AUTOSAR车载网络的管理系统Mini AUTOSAR与AUTOSAR在正常运行状态下KL15OFF的网络状态对比图；

图8是根据本发明一个实施例的一种基于AUTOSAR车载网络的管理系统Mini AUTOSAR与AUTOSAR在重复消息状态下KL15OFF的网络状态对比图；

图9是根据本发明一个实施例的一种基于AUTOSAR车载网络的管理系统Mini AUTOSAR与AUTOSAR在某一个情景下的节点唤醒情况；

图10是根据本发明一个实施例的一种基于AUTOSAR车载网络的管理系统Mini AUTOSAR与AUTOSAR在某一个情景下的节点唤醒情况；

图11是根据本发明一个实施例的一种基于AUTOSAR车载网络的管理系统Mini AUTOSAR与AUTOSAR在某一个情景下的节点唤醒情况；

图12是根据本发明一个实施例的一种基于AUTOSAR车载网络的管理系统Mini AUTOSAR与AUTOSAR在某一个情景下的节点唤醒情况；

图13是根据本发明一个实施例的一种基于AUTOSAR车载网络的管理系统Mini AUTOSAR与AUTOSAR在某一个情景下的节点唤醒情况。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例，并参照附图，对本发明进行详细的说明。

图1是根据发明一个实施例的一种基于AUTOSAR车载网络的管理系统原理结构框图。如图1所示，本发明提供的一种基于AUTOSAR车载网络的管理系统，所述基于AUTOSAR车载网络10的管理系统1(又可以称为是Mini AUTOSAR系统1)包括电源模块2、能源储备控制模块3、电压检测模块4、开关检测模块5、CAN接口模块7和模拟网络状态控制模块6。所述电源模块2为所述管理系统1提供电源。能源储备控制模块3用于给所述管理系统1的储能电容充电，在当KL15(图中9所示)关闭后能够给管理系统1提供必要的电能。电压检测模块4用于对KL15(9)进行电压检测。开关检测模块5用于检测KL15(9)的开关状态。CAN接口模块7用于连接模拟网络状态控制模块6和CAN总线8。模拟网络状态控制模块6用于模拟所述AUTOSAR车载网络10的网络状态。其中所述模拟网络状态控制模块6使得KL15的节点能够与所述AUTOSAR车载网络10的节点兼容并行。

图2是根据本发明一个实施例的一种基于AUTOSAR车载网络10的管理系统的电压检测模块的电路图。如图2所示，电压检测模块4通过电阻R1与电阻R3对KL15外部输入电压进行分压，并通过电容C1和电容C2对不同频率的波形进行滤波。电阻R2起限流保护作用，电容C3应在模拟网络状态控制模块6的AD检测引脚附近。

图3是根据本发明一个实施例的一种基于AUTOSAR车载网络10的管理系统的开关检测模块的电路图。如图3所示，开关检测模块5为KL15的开关检测电路，通过电阻R4与电阻R5对KL15外部输入电压进行分压，并通过电容C4进行滤波，并设定开关的电压阀值为5V。开关检测模块5具有反应快速，能快速提供KL15上电与下电的信号的特点。可通过这个信号确定KL15的开关，同时在结合CAN信息中关于系统点火信号，在配合电压检测模块4的值来区别Mini AUTOSAR系统1扰动是由于点火引起的，还是正常的由于线束或继电器引起的杂波。

图4是根据本发明一个实施例的一种基于AUTOSAR车载网络10的管理系统的能源储备控制模块的电路图。如图4所示，能源储备控制模块3为电容充电电路。所述能源储备控制模块3为限流电阻R7与放电二极管D1并联后与储能电容EC1串联。为保证能快速充分的充电，所采用的储能电容EC1为法拉电容，可在升压后进行充电。电阻R7为限流电阻，它的大小主要取决于电源系统的功率；所述限流电阻R7的电阻值大小与所述电源模块的功率成反比。例如，如果电源系统的功率比较大，那么限流电阻可以取小一点，如果电源功率比较小，那么电阻取大一些，同时还需注意电阻的功率。

图5是根据本发明一个实施例的一种基于AUTOSAR车载网络10的管理系统的CAN接口模块的电路图。如图5所示，CAN接口模块7可以为CAN接口电路，CAN收发器可以选用TJA1040，它具有极低功耗的待机模式，以及通过总线唤醒能力。当TJA1040断电时，总线反向电流为零，这样，没有接通电源的节点不会对网络其他部分造成影响，实际上它们此刻是不可见的。这种特性使得TJA1040非常适用于局部网络中的供电与点火开关相连的节点。

所述电源模块2、能源储备控制模块3、电压检测模块4、开关检测模块5、CAN接口模块7和模拟网络状态控制模块6共同满足Mini AUTOSAR系统1网络管理的通用硬件设计。

在一个具体的实施方式中，模拟网络状态控制模块6可以采用STM32的STM32F103VC芯片，它使用高性能的ARM Cortex-M3的RISC内核，工作频率为72MHz，内置高速存储器(高达128K字节的闪存和20K字节的SRAM)，丰富的增强型外设和I/O端口联接到两条APB总线。所有型号的器件都包含2个12位的ADC和3个通用16位定时器和一个PWM定时器，还包含标准和先进的通信接口：2个I2C、2个SPI、3个USART、一个USB和一个CAN。

图6是根据本发明一个实施例的一种基于AUTOSAR车载网络10的管理系统的网络状态迁移图。如图6所示，Mini AUTOSAR系统1网络管理根据节点在网络上的运行情况，将节点的状态划分为睡眠模式(Bus Sleep Mode)、预备睡眠模式(Prepare Bus Sleep Mode)和正常管理模式(NETWORK Mode)，同时正常管理模式又包含重复消息状态(Repeat Message State)、正常运行状态(Normal Operation State)共2个子状态。

图6中网络模式的迁移条件见表1，

表1网络模式迁移条件

图6中网络模式的迁移动作见表2，

表2网络模式迁移动作

图6中在各种网络模式下的通信行为见表3，

表3在各种网络模式下的通信行为

参见表1至表3和图6，所述模拟网络状态控制模块模拟6的所述网络状态包括：网络中的节点、网络模式以及各网络模式下的迁移条件、迁移动作和通信行为。所述模拟网络状态控制模块6根据节点在网络中的运行情况进入不同的网络模式，所述网络模式包括：睡眠模式、预备睡眠模式、正常管理模式；所述正常管理模式包括重复消息状态和正常运行状态。所述模拟网络状态控制模块6中包括第一定时器和第二定时器，所述模拟网络状态控制模块6根据所述第一定时器和第二定时器的时间和网络中的节点控制所述网络状态。

睡眠模式是网络中的所有节点停止网络通信，进入省电模式的状态，也是网络管理功能启动之后默认进入的一个状态，Mini AUTOSAR系统1网络管理中，睡眠模式可以认为是控制器内部电容存储的电能即将完全放完的状态，同时也可以认为是电源打开(POWER ON)后的电容充电状态。

预备睡眠模式是网络中的所有节点同意睡眠，进入预备睡眠状态。这是节点进入睡眠状态之前的一个瞬时过渡状态。在Mini AUTOSAR系统1网络管理中，预备睡眠模式下，节点主要依靠控制器内部电容存储的电能运行，控制器预备睡眠，为进入睡眠模式进行准备。

正常管理模式是网络中的节点进行正常的网络管理通信的一种状态，该模式又包含重复消息状态、正常运行状态共2个子状态。当KL15打开(ON)时，重复消息状态是节点从睡眠模式，进入正常管理模式之后的默认状态。节点会在该状态下，停留一段时间，时间用参数T_REPEAT_MESSAGE表示。在该状态下，节点将按照降总线负载率(Bus Load Reduction)的方式，发送网络管理消息，目的是为了方便网络中的其他节点发现该节点。在T_REPEAT_MESSAGE超时后，节点就离开重复消息状态，进入正常运行状态。在正常运行状态下，节点将周期性的发送网络管理报文，用以保证网络中的其他节点都能够保持唤醒状态。

在Mini AUTOSAR系统1网络管理中，节点在网络状态中共使用了两个定时器，第一定时器(REPEAT_MESSAGE Timer)和第二定时器(NM_TIMEROUT Timer)。在使用第二定时器的网络状态中，当节点收到网络管理消息或者成功发送网络管理消息时，就会重新启动该定时器，如果在重复消息状态和正常运行状态下，第二定时器超时没有收到任何消息，则节点重新启动该定时器。只有在预备睡眠模式下第二定时器超时，节点才会同步进入睡眠模式，如果在等待第二定时器超时的过程中KL15ON，节点将进入正常运行状态，可以通过调用相关的接口函数启动CAN网络管理进入重复消息状态，或是停留在正常运行状态。当节点进入睡眠模式后，如果KL15ON，节点将以上电的情形，经历上电模式(POR)、睡眠模式，进入重复消息状态。

第一定时器主要用于重复消息状态，当KL15ON，第一定时器超时，节点才会同步进入正常运行状态；如果在等待第一定时器超时的过程中，当KL15关闭(OFF)时，节点将立刻停止计时，并直接进入预备睡眠模式。

在本发明的一种基于AUTOSAR车载网络10的管理系统，还将Mini AUTOSAR系统1与AUTOSAR车载网络10的网络管理进行了兼容性设计。所述兼容性设计包括Mini AUTOSAR系统1的睡眠设计。

图7是根据本发明一个实施例的一种基于AUTOSAR车载网络10的管理系统Mini AUTOSAR系统1与AUTOSAR车载网络10在正常运行状态下KL15OFF的网络状态对比图。图8是根据本发明一个实施例的一种基于AUTOSAR车载网络的管理系统Mini AUTOSAR系统1与AUTOSAR车载网络10在重复消息状态下KL15OFF的网络状态对比图。如图7和图8所示，在一个具体的实施方式中，其分别为AUTOSAR车载网络10与Mini AUTOSAR系统1的节点在单件时，分别在正常运行状态和重复消息状态下发生KL15OFF后的网络状态迁移情况。在Mini AUTOSAR系统1网络管理中，KL15OFF后会快速迁移到预备睡眠模式时，节点在此状态下等待进入睡眠状态。由于KL15OFF，节点依靠自身电容存储的电能维持在预备睡眠模式，维持时间用参数T_NM_TIMEROUT表示。该时间等于AUTOSAR车载网络10单节点在已准备好睡眠状态时的维持时间；用以确保所有节点停止它们的网络通信，达到同步休眠的目的。Mini AUTOSAR系统1网络管理中，预备睡眠模式下，原则上节点已经没有通信需求了，对于网络管理框架(NM Frame)可以不用接收与发送，但是对应用程序框架(App Frame)报文的接收需要保证，并将依据具体的功能决定是否需要发送应用程序框架(App Frame)。

由于KL15给电节点的一个特殊性：唤醒的原因和维持唤醒状态的原因，只有基于KL15的本地唤醒。故在Mini AUTOSAR系统1网络管理中，需要考虑到Mini AUTOSAR系统1节点与AUTOSAR车载网络10网络管理节点的协同唤醒的兼容性问题。在本发明的一个具体的实施方式中，当只有基于KL15的本地唤醒源时，采用Mini AUTOSAR系统1的节点可以与AUTOSAR车载网络10网络管理节点同步唤醒；当还存在多元化的其他唤醒源时，采用Mini AUTOSAR系统1的节点可以在满足自身的网络管理行为下，不影响采用AUTOSAR车载网络10网络管理节点的网络管理行为。

具体地，图9是根据本发明一个实施例的一种基于AUTOSAR车载网络的管理系统Mini AUTOSAR系统1与AUTOSAR车载网络10在某一个情景下的节点唤醒情况。如图9所示，Mini AUTOSAR系统1与AUTOSAR车载网络10网络的节点在通电后进入睡眠状态，在KL15打开后节点同步唤醒，依次进入重复消息状态和正常运行状态，档关闭KL15时，Mini AUTOSAR系统1与AUTOSAR车载网络10网络管理节点同步进入预备睡眠状态和睡眠状态，Mini AUTOSAR系统1的网络管理节点进入预备睡眠状态时间较短。而在Mini AUTOSAR系统1处于睡眠状态、AUTOSAR车载网络10处于预备睡眠状态时重新打开KL15后，Mini AUTOSAR系统1与AUTOSAR车载网络10网络管理节点均同步唤醒，进入重复消息状态，之后正常运行。

图10是根据本发明一个实施例的一种基于AUTOSAR车载网络10的管理系统Mini AUTOSAR系统1与AUTOSAR车载网络10在某一个情景下的节点唤醒情况。如图10所示，在Mini AUTOSAR系统1和AUTOSAR车载网络10网络管理节点均处于预备睡眠状态时重新打开KL15后，Mini AUTOSAR系统1与AUTOSAR车载网络10网络管理节点均同步唤醒，进入正常工作状态。

图11是根据本发明一个实施例的一种基于AUTOSAR车载网络10的管理系统Mini AUTOSAR系统1与AUTOSAR车载网络10在某一个情景下的节点唤醒情况。如图11所示，在Mini AUTOSAR系统1与AUTOSAR车载网络10网络的节点在通电后进入睡眠状态，在KL15打开后节点同步唤醒，进入重复消息状态，此时关闭KL15，Mini AUTOSAR系统1与AUTOSAR车载网络10网络管理节点依次进入预备睡眠状态和睡眠状态。再在AUTOSAR网络管理节点处于预备睡眠状态、Mini AUTOSAR系统1网络管理节点处于睡眠状态时打开KL15后，AUTOSAR车载网络10网络管理节点直接被唤醒，进入正常工作状态，而Mini AUTOSAR系统1网络管理节点被唤醒，依次进入重复消息状态和正常工作状态。

图12是根据本发明一个实施例的一种基于AUTOSAR车载网络10的管理系统Mini AUTOSAR系统1与AUTOSAR车载网络10在某一个情景下的节点唤醒情况。如图12所示，在Mini AUTOSAR系统1与AUTOSAR车载网络10网络的节点在通电后进入睡眠状态，在KL15打开后节点同步唤醒，进入重复消息状态，此时关闭KL15，Mini AUTOSAR系统1与AUTOSAR车载网络10网络管理节点依次进入预备睡眠状态和睡眠状态。再在Mini AUTOSAR系统1与AUTOSAR车载网络10网络管理节点均处于预备睡眠状态时打开KL15，Mini AUTOSAR系统1与AUTOSAR车载网络10网络管理节点同步被唤醒，进入正常工作状态。

图13是根据本发明一个实施例的一种基于AUTOSAR车载网络10的管理系统Mini AUTOSAR系统1与AUTOSAR车载网络10在某一个情景下的节点唤醒情况。如图13所示，在Mini AUTOSAR系统1与AUTOSAR车载网络10网络的节点在通电后进入睡眠状态，在KL15打开后节点同步唤醒，进入重复消息状态，此时关闭KL15，Mini AUTOSAR系统1与AUTOSAR车载网络10网络管理节点依次进入预备睡眠状态和睡眠状态。在AUTOSAR车载网络10网络管理节点处于重复消息状态、Mini AUTOSAR系统1网络管理节点处于预备睡眠状态时打开KL15，Mini AUTOSAR系统1与AUTOSAR车载网络10网络管理节点被唤醒，AUTOSAR车载网络10网络管理节点进入正常工作状态，Mini AUTOSAR系统1网络管理节点则由预备睡眠状态直接进入正常工作状态。

本发明提供的一种基于AUTOSAR车载网络的管理系统，采用分布式的直接网络管理，网络状态的变化是由KL15、周期性NMPDU的接受情况和节点请求网络的状态综合考虑的，当节点接收到一个NMPDU时，意味着该网络管理消息的发送节点意图保持网络的唤醒状态；当节点停止发送NMPDU，意味着该节点准备进入睡眠状态。但是，只在KL15OFF时，该节点就会立即进入预备睡眠模式，并停止发送NMPDU，准备进入总线睡眠状态。

本发明提供的一种基于AUTOSAR车载网络的管理系统，是对AUTOSAR在车载网络管理上的创新运用，所述基于AUTOSAR车载网络的管理系统在本发明中可以简称为Mini AUTOSAR。Mini AUTOSAR充分结合了KL15给电节点的特点及AUTOSAR思想，有效的保证了车载网络的可靠运行，并且，使用Mini AUTOSAR的网络节点能够与使用AUTOSAR的节点兼容并行，维持了平台的一致性。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。