CN210839611U - 一种包括车载以太网的车内混合网络的睡眠与唤醒装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种包括车载以太网的车内混合网络的睡眠与唤醒装置，包括：中央网关，中央网关分别通过多条基于不同传输协议的总线连接相应的控制器，总线至少包括Autosar以太网总线、Autosar CAN总线、OSEK CAN总线；中央网关至少包括睡眠唤醒管理装置并用于管理车内网络的睡眠与唤醒，具体包括总线网络管理模块、网络协调器、Autosar网络管理器、OSEK CAN网络管理器。该装置能够对包含有车载以太网的车内混合网络的睡眠及唤醒状态进行管理，协调管理含有Autosar以太网网络、Autosar CAN网络、OSEK CAN网络的睡眠与唤醒状态进行管理，节省车内网络资源和节能，提高效率。

Description

一种包括车载以太网的车内混合网络的睡眠与唤醒装置

技术领域

本实用新型涉及智能汽车领域，尤其涉及包括车载以太网的车内混合网络的睡眠与唤醒装置。

背景技术

随着汽车的普及，越来越多的汽车进入千家万户，人民生活消费水平的不断提高，汽车的数量也不断的增多，大家对车内电器的智能化要求越来越高。在汽车智能化数据要求提高的同时，传统的CAN网络(2M/s)由于传输速率较低已经不能满足智能汽车的数据传输，为了解决流量的数据传输问题，一种高速传输的汽车以太网(100M/s)被引入智能汽车中，但随着汽车以太网逐步引入到汽车内部，使得原本复杂的汽车线束网络更加复杂。在加入汽车以太网的前提下，汽车内部网络管理按照总线和协议可以存着多种方式：一种是基于AUTOSAR(Automotive Open System Architecture)的CAN 网络管理，第二种为基于AUTOSAR的以太网网络管理，第三种为基于 OSEK(Open systems and their interfacesfor electronics in automobiles)的CAN 网络，这些不同的网络通过各自的总线直接或间接的与汽车网关相连接，进一步提出了汽车网关装置在对这些多总线网络管理时如何协调和如何管理睡眠和唤醒提出了挑战。但现有汽车内部都采用CAN的网络管理或信号电平的方式，随着ECU控制器总线形式由CAN转换成以太网，以太网ECU控制器需要睡眠唤醒管理，网关装置面临如下问题：一方面需要支持以太网网络睡眠唤醒管理，另一方面需要一种策略来协调与其他总线睡眠唤醒管理机制。汽车网关装置则需要同时支持传统CAN总线网络管理和以太网网络管理，同时CAN网络管理又存在OSEK和AUTOSAR两种协议，这样给汽车睡眠唤醒存在许多的协议和多种总线形式，目前还没有一个明确的方法来协调管理，本实用新型就是为解决此问题而提出。

实用新型内容

基于现有技术中存在的缺陷，本实用新型提供了一种包括车载以太网的车内混合网络的睡眠与唤醒管理装置，其特征在于，包括：中央网关，中央网关分别通过多条基于不同传输协议的总线连接相应的控制器，总线至少包括：Autosar以太网总线、Autosar CAN总线、OSEK CAN总线；

所述控制器包括节点网关、ECU中的一种或两种；

所述中央网关至少包括睡眠唤醒管理装置，睡眠唤醒管理装置被配置为用于管理车内网络的睡眠与唤醒。

一种包括车载以太网的车内混合网络的睡眠与唤醒管理装置，进一步地，所述睡眠唤醒管理装置包括总线网络管理模块、网络协调器、Autosar 网络管理器、OSEK CAN网络管理器，其中，总线网络管理模块与网络协调器相连接，网络协调器分别与Autosar网络管理器、OSEK CAN网络管理器；

所述Autosar网络管理器包括Autosar以太网管理器、Autosar CAN网络管理器；

所述Autosar以太网管理器和Autosar CAN管理器采用相同的Autosar 网络管理模式对接入各自总线的网络节点、ECU的睡眠和唤醒状态进行管理。

一种包括车载以太网的车内混合网络的睡眠与唤醒管理装置，进一步地，所述总线网络管理模块，被配置为用于管理车内的多种总线协议通信；

所述网络协调器，被配置为用于协调车内的不同架构下总线的睡眠与唤醒模式进行判断，当网络中存在触发睡眠条件，对网络中的总线进行判断是否处于休眠状态，若有任意一条总线未处于休眠状态，则当前网络保持网络模式，若所有的总线都处于休眠状态，经过预设等待时间，协调释放网络并进入总睡眠模式；

所述Autosar以太网管理器，被配置为用于管理基于Autosar以太网总线下接入的网络节点、ECU的睡眠和唤醒进行管理；

所述Autosar CAN管理器，被配置为用于管理基于Autosar CAN总线下接入的网络节点、ECU的睡眠和唤醒状态进行管理；

OSEK网络管理器，被配置为用于管理基于Autosar CAN总线下接入的网络节点、ECU的睡眠和唤醒状态进行管理。

一种包括车载以太网的车内混合网络的睡眠与唤醒管理装置，进一步地，所述Autosar网络管理模式包括总线睡眠模式、网络模式、总线预睡眠模式，三种模式之间任意一种模式的改变通过回调函数通知上层的应用；

总线睡眠模式被配置为当位于总线的节点在预设的时间段内都没有消息或本身没有主动向其它目标发送消息的请求时，使总线上的节点处于睡眠状态；在总线睡眠模式下，节点可以被唤醒；

总线预睡眠模式被配置为当位于总线的节点都没有消息或本身没有主动向其它目标发送消息的请求时或已释放网络后正准备进行睡眠状态。

一种包括车载以太网的车内混合网络的睡眠与唤醒管理装置，进一步地，网络模式包括重复消息状态、普通操作状态、准备睡眠状态，网络模式中的重复消息状态、普通操作状态、准备睡眠状态能够在满足预设的条件下进行相互转化；

其中，重复消息状态被用于确保从总线睡眠模式或总线预睡眠模式到网络的节点被总线上面其他节点发现，重复消息状态能够用来检测连接于总线上的节点；

普通操作状态被配置为用于保持总线处于唤醒状态；

准备睡眠状态，被配置为如果本节点已经准备释放总线，而其他节点还需要使用总线的时候，在准备睡眠状态下等待其他总线上的节点进入准备睡眠模式。

一种包括车载以太网的车内混合网络的睡眠与唤醒管理装置，进一步地，所述网络模式还包括跛行状态，跛行状态被配置为当节点在网络模式下的发送错误或接收错误的次数超过阈值，节点将进入的状态；在跛行状态下，每隔一段时间重复发送跛行状态信息，若在预设的时间内，该节点发送的消息失败或不能收到网络管理消息，则将该节点错误上报应用层；

在跛行状态下，在当网络中的节点不需要总线通信而进入准备睡眠状态后，在网络管理定时器超时之前，继续重复发送带有睡眠标志位的网络管理消息。

一种包括车载以太网的车内混合网络的睡眠与唤醒管理装置，进一步地，所述Autosar网络管理器还包括故障检测模块，故障检测模块被配置为用于对网络节点的故障进行检测，在Autosar网络管理器中的通信协议中增加一个睡眠标志位，当进入准备睡眠状态时，重复发送带有睡眠标志位的网络管理消息，其他节点在此基础上判断节点是处于故障状态还是准备睡眠状态；

通过修改网络的睡眠机制和在网络配置一张动态的网络管理表来实现故障节点的检测；

网络管理表包括3个字段，分别是节点ID、未发送数据间隔和故障计数器。

一种包括车载以太网的车内混合网络的睡眠与唤醒管理装置，进一步地，OSEKCAN网络管理使用令牌环机制，令牌环机制包括令牌从网络地址低的节点传到网络地址高的节点，如果没有更高的节点，就传给最低地址节点；令牌环根据ECU的网络地址建立，每个ECU都会接受网络管理消息，只有和目的地址相同的一个节点才会得到令牌。

一种包括车载以太网的车内混合网络的睡眠与唤醒管理装置，进一步地，所述OSEK CAN管理器包括OSEK网络管理模式，所述OSEK网络管理模式包括网络唤醒和网络睡眠，所述网络唤醒跛行状态、复位状态、正常状态，当接收错误计算器或发送错误计数器超过阈值后，由正常状态或复位状态转化跛行状态，在跛行状态下，发送且成功接收网络报文后进入复位状态，再转化为正常状态。

一种包括车载以太网的车内混合网络的睡眠与唤醒管理装置，进一步地，所述Autosar网络管理器包括AUTOSAR网络管理模式，OSEK CAN网络管理器包括OSEK CAN网络管理模式，OSEK CAN网络管理模式包括：网络睡眠、网络唤醒、正常运行状态、初始化状态；AUTOSAR网络管理模式包括：总线预睡眠模式、总线睡眠模式、网络模式、重复消息状态、普通操作状态、准备睡眠状态、初始化状态；

OSEK CAN网络管理模式与AUTOSAR网络管理模式一一对应；

所述的对应包括：

OSEK CAN网络管理模式中的网络睡眠对应AUTOSAR网络管理的总线预睡眠模式、总线睡眠模式；

OSEK CAN网络管理模式中的网络唤醒对应AUTOSAR网络管理的网络模式；

OSEK CAN网络管理模式中的正常运行状态对应AUTOSAR网络管理的重复消息状态、普通操作状态、准备睡眠状态；

OSEK CAN网络管理模式中的初始化状态对应AUTOSAR网络管理的初始化状态。

有益效果：

1.本实用新型提供技术方案在能够对包含有车载以太网的车内混合网络的睡眠及唤醒状态进行管理，协调管理含有Autosar以太网网络、Autosar CAN网络、OSEK CAN网络的睡眠与唤醒状态进行管理，节省车内网络资源和省电，提高效率；

2.本实用新型提供技术方案在Autosar网络管理器中的网络模式中增加跛行状态，能够对发生故障的节点进行检测，避免在节点发生故障后被误判为该节点处于休眠状态。

附图说明

以下附图仅对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。

图1为本实用新型一实施例中包括车载以太网的车内混合网络架构的结构示意图。

图2为本实用新型一实施例中含有睡眠唤醒管理装置的中央网关结构示意图。

图3为本实用新型一实施例中Autosar网络管理器中网络管理模式的结构示意图。

图4为本实用新型一实施例中Autosar网络管理器中含有跛行状态网络管理模式的结构示意图。

图5为本实用新型一实施例中Autosar网络管理器中含有跛行状态网络管理模式的故障节点的检测方法流程图。

图6为本实用新型一实施例中OSEK CAN网络管理器中网络管理模式的结构示意图。

图7为本实用新型一实施例中OSEK CAN网络管理器中OSEK CAN网络休眠状态流程图。

图8为本实用新型一实施例中含有车载以太网的汽车混合网络架构下的总线睡眠管理协调方法。

具体实施方式

为了对本文的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部分。为使图面简洁，各图中的示意性地表示出了与本实用新型相关部分，而并不代表其作为产品的实际结构。另外，为使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。

关于控制系统，功能模块、应用程序(APP)本领域技术人员熟知的是，其可以采用任何适当的形式，既可以是硬件也可以是软件，既可以是离散设置的多个功能模块，也可以是集成到一个硬件上的多个功能单元。作为最简单的形式，所述控制系统可以是控制器，例如组合逻辑控制器、微程序控制器等，只要能够实现本申请描述的操作即可。当然，控制系统也可以作为不同的模块集成到一个物理设备上，这些都不偏离本实用新型的基本原理和保护范围。

本实用新型中“连接”，即可包括直接连接、也可以包括间接连接、通信连接、电连接，特别说明除外。

本文中所使用的术语仅为了描述特定实施方案的目的并且不旨在限制本公开。如本文中所使用地，单数形式“一个”、“一种”、以及“该”旨在也包括复数形式，除非上下文明确地另作规定。还将理解的是，当在说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”是指存在有所陈述的特征、数值、步骤、操作、元件和/或组分，但是并不排除存在有或额外增加一个或多个其它的特征、数值、步骤、操作、元件、组分和/或其组成的群组。作为在本文中所使用的，术语“和/或”包括列举的相关项的一个或多个的任何和全部的组合

应当理解，此处所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的乘用汽车，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、可插式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如源于非石油的能源的燃料)。正如此处所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多动力源的车辆，例如汽油动力和电力动力两者的车辆。

此外，本公开的控制器可被具体化为计算机可读介质上的非瞬态计算机可读介质，该计算机可读介质包含由处理器、控制器或类似物执行的可执行程序指令。计算机可读介质的示例包括，但不限于，ROM、RAM、光盘 (CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光学数据存储设备。计算机可读记录介质也可分布在通过网络耦合的计算机系统中，使得计算机可读介质例如通过远程信息处理服务器或控制器区域网络(CAN)以分布式方式存储和执行。

实施例1：

本实施例提供了包含有车载以太网的车内混合网络的睡眠与唤醒管理装置，参见图1，包括中央网关，中央网关分别通过多条基于不同传输协议的总线连接相应的ECU或节点网关，总线至少包括：Autosar Ethernet(以太网)总线、Autosar CAN总线、OSEK CAN总线。

图1为实施例中含有车载以太网的车内混合网络架构的结构示意图；

图1中显示了A1、A2连接于Autosar Ethernet总线上，A1、A2都可以代表AutosarEthernet总线上的节点网关、ECU、节点等。A1，A2数据接收和发送都基于Autosar Ethernet的车载以太网协议，B1、B2、B3都可以代表 OSEK CAN总线上的节点网关、ECU、节点等，B1、B2、B3数据接收和发送都基于OSEK CAN协议。C1，C2，C3都可以代表Autosar CAN总线上的节点网关、ECU、节点等。B1、B2、B3数据接收和发送都基于Autosar CAN协议。

中央网关至少包括睡眠唤醒管理装置(参见图2，图2为包含有睡眠唤醒管理装置的中央网关结构示意图)，睡眠唤醒管理装置至少包括总线网络管理模块、网络协调器、Autosar网络管理器、OSEK CAN网络管理器，其中，Autosar网络管理器包括Autosar以太网管理器、Autosar CAN网络管理器；

总线网络管理模块与网络协调器相连接，网络协调器分别与Autosar以太网总线管理器、Autosar CAN网络管理器、OSEK CAN网络管理器相连接。

总线网络管理模块，被配置为用于管理车内的多种总线协议通信；

网络协调器，被配置为用于协调车内多种不同类别的网络管理器，包括利用内置算法管理车内多条总线的睡眠和唤醒；

Autosar以太网管理器，被配置为用于管理基于Autosar以太网总线下接入的网络节点、ECU进行管理，包括网络节点、ECU的通信、睡眠和唤醒；

Autosar以太网管理器，被配置为用于管理基于Autosar以太网总线下接入的网络节点、ECU进行管理，包括网络节点、ECU的通信、睡眠和唤醒；

Autosar CAN管理器，被配置为用于管理基于Autosar CAN总线下接入的网络节点、ECU的睡眠和唤醒进行管理；

OSEK网络管理器，被配置为用于管理基于Autosar CAN总线下接入的网络节点、ECU的睡眠和唤醒进行管理。

对于Autosar网络管理器，为了便于对接入的设备进行管理，在本实施例中，对Autosar网络管理器的网络中包括三个工作模式，参见图3，具体包括总线睡眠模式、网络模式、总线预睡眠模式，根据不同的触发条件，网络节点或ECU的运行模式在三者之间进行循环切换，若当前模式为网络模式，当满足网络预睡眠条件，以太网总线从网络模式转化为总线预睡眠模式，然后在满足网络睡眠条件下，进入总线睡眠模式。三种模式之间任意一种模式的改变通过回调函数通知上层的应用；

网络模式包括三个内部状态：重复消息状态、普通操作状态、准备睡眠状态，其中，重复消息状态被用来确保从总线睡眠模式或总线预睡眠模式到网络的节点被总线上面其他节点发现，重复消息状态能够用来检测连接于总线上的节点；当进入重复消息状态时，节点应该开始传送标识信息；在重复消息状态下，当定时器超时溢出，以太网总线管理器重载定时器；以太网总线管理器在重复消息状态下保持预设的时间段，超过该时间段需要重新配置；当离开重复消息状态的时候，如果节点需要通信，则进入普通操作状态；如果节点不需要通信，则进入准备睡眠模式，并且清空重复消息。

普通操作状态：普通操作状态能够保持总线处于唤醒状态；从准备睡眠状态进入普通操作状态应该发送标识信息；在普通操作状态下，当定时器超时溢出，以太网总线管理器重载定时器。如果节点不需要使用通信，则网络应该被释放，节点应该进入准备睡眠状态；如果节点接收到重复消息状态的请求，则节点进入重复消息状态，如果节点自身需要进入重复消息状态，则该节点进入重复消息状态并且设置重复消息状态的请求。

准备睡眠状态，这个状态是为了如果本节点已经准备释放总线，而其他节点还需要使用总线的时候，在准备睡眠状态下等待其他总线上的节点进入准备睡眠模式。进入准备睡眠状态之后，以太网总线管理器停止报文信息的传送。如果定时器超时溢出，节点将会进入准备睡眠模式；如果该节点需要使用总线，则节点进入普通操作模式。如果节点接收到重复消息状态的请求，则节点进入重复消息状态，如果节点自身需要进入重复消息状态，则该节点进入重复消息状态并且设置重复消息状态请求。

总线预睡眠模式被配置为了等待总线上的所有节点能够在进入总线睡眠模式之前，有时间停止节点的活动(active)状态：如清空队列中为发送的报文。在总线预睡眠模式下，所有节点都静默下来；当节点进入总线预睡眠模式时，应该通知上层应用。通过配置等待参数，可以改变节点在总线预睡眠模式停留的时间，在这段时间之后节点将会进入其他状态。在总线预睡眠模式下面接收到报文或者被上层应用请求通信时，节点将进入网络中的普通操作状态。

总线睡眠模式被配置为当位于总线的节点在预设的时间段内都没有消息或本身没有主动向其它目标发送消息的请求时，使总线上的节点处于睡眠状态；在总线睡眠模式下，节点可以被唤醒。定时器超时与总线睡眠时间的两个参数在整个总线上面的节点应该匹配，保证了总线上的节点能够统一的进行休眠。

当进入总线睡眠模式时候，应该通知上层(总线网络管理模块)应用。

在总线睡眠模式下，如果成功接收到报文，以太网总线管理器应该调用函数，进入网络模式中的重复消息状态。

具体地，AUTOSAR以太网网络管理的状态转换图如图3所示，其状态转换的条件是:(1)网络管理初始化后进入总线睡眠模式；(2)节点请求网络通信；(3) 重复消息状态定时时间到、节点需要网络通信且节点能够正确收发网络管理消息；(4)收到重复消息状态的网络管理消息或者节点自身请求进入重复消息状态；(5)重复消息状态定时时间到，并且节点自身不需要网络通信；(6)收到重复消息状态的网络管理消息或者节点自身请求进入重复消息状态；(7)节点需要通信，请求总线；(8)节点不需要通信，释放总线；(9)节点收到网络管理消息；(10)节点自身请求网络通信；(11)网络管理定时器超时；(12)预休眠定时器超时；(13)系统断电。

参见图4,为了解决以太网总线下故障节点的发现和监测问题，在网络模式中，增加了一个跛行状态，用于当总线下的某一个节点出现错误时实用，避免节点出现故障后被强制进入休眠状态。具体地，在网络模式下，增加跛行状态，当节点不能正常使用总线时，则进入该状态；修改睡眠机制，在网络管理器中的通信协议中增加一个睡眠标志位，当节点准备睡眠时即进入准备睡眠状态时，重复发送带有睡眠标志位的网络管理消息，其他节点在此基础上判断节点是处于故障状态还是准备睡眠状态。

Autosar网络管理通信协议中，增加了睡眠标志位，具体参见表1和表 2，表1为以太网网络管理协议数据单元的基本结构；

表1为Autosar网络管理协议数据单元的基本结构

表2为Control Bit Vector(控制位)的数据结构

表1中各个字段的含义为: User data:用户自定义数据，对于CAN总线，User data的长度可为6个字节，系统用户可根据不同的网络布线特点进行网络管理扩展算法的实现。

Control Bit Vector:是否需要检测故障节点，以及网络管理消息的类型，该位的具体设计如表2所示。

源ID:每一个发送方都有一个唯一的网络标识符，这个网络标识符是在网络设计过程中静态配置的，用于标识发送消息的节点；

Rpt(2位):11表示网络请求故障检测，01表示传输普通的网络管理消息，10表示节点发送的是跛行状态消息；

Rdysleep(1位):该位主要用于标识节点是否需要总线通信，即是否要进入睡眠状态。该位置1表示节点要进入睡眠状态，该位置0表示节点需要总线通信；

具体地，参见图4，图4在图3的基础上增加了跛行状态，具体改变相应节点的关系如下：(14)在重复消息状态定时时间内，节点发送错误达到或者接收错误超过阈值；(15)节点能够正确的发送网络管理消息并且能够收到不带睡眠标志的网络管理消息；(16)节点发送错误达到或者接收错误超过阈值；(17) 节点收到带有睡眠标志的网络管理消息；(18)节点之前处于跛行状态，并且收到不带睡眠的网络管理消息。

增加跛行状态下，以太网的网络管理采用睡眠协商的方法，在当网络中的节点不需要总线通信而进入准备睡眠状态后，在网络管理定时器超时之前，继续重复发送带有睡眠标志位的网络管理消息。网络中不能正常发送消息的节点收到该睡眠消息时，设置自身也进入准备睡眠状态，其他节点收到该消息后，除登记该节点准备睡眠的信息外，不对网络状态和网络管理定时器做任何修改。网络中带有睡眠标志的网络管理消息对在线节点的网络状态没有任何影响，所以当网络中的节点都发送带有睡眠标志的网络管理消息时，节点能同步进入到睡眠模式。由于故障节点不能发送网络管理报文，采用这种协商睡眠的方法不但能够保证网络中的节点进入同步睡眠模式，同时也能够对网络中的故障节点进行判断。

网络节点在增加跛行状态下的节点检测机制，参见图5，故障节点检测是网络管理的另一功能，通过修改网络的睡眠机制和在网络管理接口模块中配置一张动态的网络管理表来实现故障节点的检测功能。网络管理表包括3 个字段，分别是节点ID、未发送数据间隔和故障计数器Cnt。在以太网网络管理器启动之初，每个节点都默认进入重复消息状态，并且各个节点按照一定的顺序在重复消息状态下发送网络管理消息。其他节点将接收到的以太网网络管理器的消息上报以太网网络管理器接口模块，并将收到的网络管理器协议数据单元的源地址存储在网络管理表节点ID列中，重复ID不记录该表。当收到任何一个节点的网络管理消息时，则将该节点对应的“未发送数据间隔”和“故障计数器Cnt”清0。当某个节点在未发送数据间隔内不发送网络管理消息时，该节点可能存在故障。如果有节点需要对其进行检测，则发送重复状态下的网络管理消息，正常的节点收到该消息后均在下一个发送周期发送重复消息状态下的网络管理消息，如果该节点不发送，则将故障计数器 Cnt加1。重复上述过程，当故障计数器Cnt达到阈值时，则认为该节点故障，并将其上报给应用层。

本实施例中AUTOSAR采用基于分布式直接网络管理策略，其中，Autosar 总线下的每个节点根据通信系统中发送或者接收到的以太网总线管理器的报文消息来执行自给自足的网络活动；

Autosar网络管理器对等算法基于周期性的报文消息，报文消息通过广播发送，所有以太网总线下的网络中的所有节点都可以接收到，接收到报文消息表示发送这个报文消息的节点倾向保持网络工作模式。如果有节点准备好进入总线睡眠模式，它就停止发送报文消息，但是只要它还能够接收到从其他节点发来的报文消息，它就延迟到总线睡眠模式的变迁。最终，在一定的时限内，由于不再接收到报文消息，每个节点都启动到总线睡眠模式的变迁。

如果网络中的任何节点需要总线通信，它可以通过发送报文消息使网络从来总线睡眠模式中唤醒。

AUTOSAR网络管理策略可以总结为如下两个点：

S101，每个网络节点如果想保持总线通信，就会一直发送周期性的网络管理消息；如果它不再需要保持总线通信，它就不再发送网络管理消息。

S102，如果总线通信已经被释放，并且在配置的一段时间内没有发送或者接收到网络管理消息，则执行到总线睡眠模式的转移。

实现这种对等算法可以通过一个网络状态机来维护。这个状态机的特征如下：

a1)AUTOSAR网络管理状态机应包含从一个网络节点的角度来看的状态，变迁和触发条件。

a2)AUTOSAR网络管理状态机的变迁应通过NmIf层的函数调用或者自身的定时器的到期来触发。

AUTOSAR CAN网络管理器，被配置为用于管理基于Autosar CAN网络下接入的网络节点、ECU进行管理，包括网络节点、ECU的通信、睡眠和唤醒；

对于AUTOSAR CAN网络管理器，由于其与以太网网络管理器都是基于 Autosar架构，因此，在此实施例中，其基于CAN总线下的节点的工作模式以及状态变换都与以太网总线管理下的节点工作模式以及状态变换相同。

OSEK CAN网络管理器，被配置为用于管理基于OSEK CAN总线下接入的网络节点、ECU进行管理，包括网络节点、ECU的通信、睡眠和唤醒；

对于OSEK CAN网络管理器，为了便于对接入的设备进行管理，在本实施例中，OSEKCAN网络管理器包括两个工作模式，参见图6，具体包括网络睡眠和网络唤醒，根据不同的触发条件，网络节点或ECU的运行模式在二者之间进行循环切换。为了详细说明在网络唤醒和网络状态之间的切换，参见表3，

表3为OSEK CAN网络管理的报文格式

表3中，Base ID表示网络管理报文的基地址，即ID分配区间,Source ID 表示网络管理报文的源地址，即发送该网络管理报文的节点地址；Destination ID表示网络管理报文的目标地址，即需要接收该网络管理报文的节点地址；

Option Code表示控制场，控制场各个位的含义如表2所示；Data表示数据场，当前保留，用"0x00"填充。

表4为网络管理报文的控制场的数据结构

表4中，Bit0位置1代表该网络管理报文为Alive报文；Bit1位置1代表该网络管理报文为Ring报文；Bit2位置1代表该网络管理报文为Limphone跛行报文；Bit 4位为睡眠指示位，置1代表该节点不再需要网络通信；Bit 5位为睡眠应答位，置1代表节点已监测到当前逻辑环中所用节点已将睡眠指示位置 1，网段准备进入睡眠状态。其他位为保留位，以0填充。同时，Bit 0、Bit 1和Bit 2位为互斥状态，即只能有其中一位置1。

OSEK CAN网络管理报文类型可分为Alive报文、Ring报文和Limphone 报文：

b1)Alive报文：网段中的节点完成初始化或被跳过后，发送Alive报文，用于声明节点存在。Alive报文的目标地址等于节点的自身地址。

b2)Ring报文：即逻辑环报文。在稳定的逻辑环中，节点用于传递状态信息的网络管理报文。

b3)LimpHone报文：接收错误计数器或发送错误计数器超过阈值后，节点以固定周期发送LimpHone报文。LimpHone报文的目标地址等于节点的本地地址。

OSEK CAN网络管理使用令牌环机制，令牌从网络地址低的节点传到网络地址高的节点，如果没有更高的节点，就传给最低地址节点；令牌环根据ECU 的网络地址建立，每个ECU都会接受网络管理消息，只有和目的地址相同的一个节点才会得到令牌。

OSEK的网络唤醒包括跛行状态、复位状态、正常状态，当接收错误计算器或发送错误计数器超过阈值后，由正常状态或复位状态转化跛行状态，在跛行状态下，发送且成功接收网络报文后进入复位状态，再转化为正常状态。

唤醒后建立逻辑环过程包括：

S51，控制器唤醒后想参与网络的节点会先发Alive报文申请加入逻辑环。

S52，逻辑环建成后，各节点按顺序发Ring报文向后续节点传递“令牌”。

同步休眠过程：

c1)如果逻辑环中有节点想休眠，就设置Ring报文中的Sleep.Ind指示位。

c2当逻辑环中所有的节点都设置了Sleep.Ind指示位，也意味着任何节点接收到所有其它节点的Sleep.Ind指示位。

c3)逻辑环中所有的节点设置Sleep.Ack指示位。

c4任何节点接收到所有其它的节点的Sleep.Ack指示位。

c5)所有节点同步进入等待睡眠状态。

c6)WaitBusSleep时间内没有收到唤醒时间，所有节点同步进入睡眠状态。

图7为OSEK CAN网络管理器中OSEK CAN网络休眠状态流程图。

OSEK CAN网络的休眠状态包括以下步骤：

步骤S301,建立逻辑环；

步骤S302,按照节点建立的逻辑环逐个节点判断节点是否满足休眠条件，若满足，执行步骤S303，若不满足，执行步骤S304；

步骤S303，满足休眠条件的节点发送“sleel.ind”等于1的ring报文，跳转执行步骤S305；

步骤S304，不满足休眠条件的节点发送“sleel.ind”等于0的ring报文，跳转执行步骤S302；

步骤S305，判断逻辑环中的是否所有的节点都满足休眠状态，若都满足休眠状态，执行步骤S306，若不满足休眠状态，则跳转执行步骤S302；

步骤S306，由判断的节点发送将网络中的报文的睡眠应答位置1并发送到网络中，该节点自身进入睡眠等待状态，并停止发送报文；

步骤S307，其余节点收到睡眠应答位置为1的网关报文后，立即进入睡眠等待状态，并停止发送报文；

步骤S308，睡眠等待状态启动定时器；

步骤S309，定时器到时，进入网络睡眠状态；

另外，当OSEK CAN网络处于休眠状态时，当应用程序需要CAN通信时，ECU为请求网络唤醒；当节点处于休眠状态时，如果接收到唤醒事件，则节点被唤醒并发送Alive报文。

实施例2：

本实施例提供一种车载以太网网络睡眠及唤醒方法，包括以下步骤：

步骤S1，车内控制器通过各自与其连接的总线接入到网络中并被网络管理器进行管理；

其中，网络管理器包括Autosar网络管理器、OSEK CAN网络管理器，Autosar网络管理器包括Autosar以太网网络管理器和Autosar CAN网络管理器；总线至少包括Autosar以太网总线、Autosar CAN总线、OSEK CAN总线，网络管理器与其对应的总线进行管理；

控制器至少包括ECU、节点网关中的一种或多种；

步骤S2，当网络中存在触发睡眠条件，网络协调器根据对网络中的总线进行判断总线是否处于休眠状态，若有任意一条总线未处于休眠状态，则当前网络处于等待睡眠状态，若所有的总线都处于休眠状态，经过预设等待时间，网络协调器释放网络并进入总睡眠模式；

步骤S2中，首先判断基于OSEK CAN总线，然后在判断基于Autosar 以太网总线和Autosar CAN总线；

步骤S3，当唤醒条件被触发时，应用层调用总网络管理模块触发时当前网络处于网络模式的指令；

步骤S4，网络管理协调器触发以太网网络和CAN网络，AUTOSAR协议的触发网络请求，OSEK协调触发唤醒条件；

步骤S5，AUTOSAR网络管理发起网络唤醒，包括AUTOSAR以太网和AUTOSAR CAN，OSEK CAN网络管理按照其协议发起网络唤醒，建立逻辑环；

步骤S6，总线网络管理唤醒总线上控制器，唤醒流程结束。

图8为本实施例中车载以太网架构下的总线睡眠管理协调方法流程图，参见图8；

在步骤S2的具体步骤包括：

步骤S21，当睡眠被触发，则应用通知总线网络管理模块，触发网络协调标志对网络进行协调判断当前网络中的总线是否处于休眠的状态；

步骤S22，判断OSEK CAN总线(CAN bus_flag)是否没有被使用，若否，则说明OSEK网络中有节点存在网络请求，保持网络模式；若是，则执行步骤S23；

步骤S23，判断Autosar以太网总线和Autosar CAN总线是否没有被使用，若否，则说明Autosar网络中有节点存在网络请求，保持网络模式；若是，则执行步骤S24；

其中，Autosar以太网总线和Autosar CAN总线是通过Ethernet bus_flag 标志进行判断的；

步骤S24，判断网络协调器标志(Coordinator-flag)是否处于总线睡眠模式，若否，则说明网络节点中存在网络请求，保持网络模式；若是，则执行步骤S25；

步骤S25，网络协调器释放网络，并经过预设的等待时间内，网络协调器使网络处于睡眠状态。

Autosar总线下的休眠状态基于分布式直接网络管理策略进行管理，其中，每个节点根据通信系统中发送或接收到的网络管理消息来执行网络活动，每个网络节点如果想保持通信，则通过周期性的发送网络管理消息，若无须通信，则停止发送网络管理消息；

当总线通信已被释放，并且在配置的预设时间内没有发送或接收到网络管理消息，则进入总线睡眠模式；

节点发送网络管理消息的最大时间间隔为第二节点最晚应该在第一个节点发送第二个网络管理消息之前发送网络管理消息；

Autosar网络管理器包括Autosar以太网网络管理器和Autosar Can网络管理器，二者的网络管理模式相同；

Autosar网络管理器的网络管理模式包括总线睡眠模式、网络模式、总线预睡眠模式，根据不同的触发条件，网络节点或ECU的运行模式在不同的模式间进行切换，任意一种模式的改变通过回调函数通知上层的应用；

网络模式至少包括：重复消息状态、普通操作状态、准备睡眠状态，网络模式中内部状态的切换包括：

当系统上电，网络管理初始化后进入总线睡眠模式，当有节点请求进行通信时，从总线睡眠模式转化为网络模式中的重复消息状态；

重复消息状态与正常操作状态相互转化的条件包括：当节点需要网络通信且能够正确收发网络管理消息时，从重复消息状态转化为普通操作状态；当节点收到重复消息状态的网络管理消息或节点本身需要进入重复消息状态时，节点从普通操作状态转化为重复消息状态；

重复消息状态与准备睡眠状态相互转化的条件包括：

当重复消息状态的定时时间到并且节点自身不需要网络通信时，从重复消息状态转化为准备睡眠状态；当收到重复消息状态的网络管理消息或节点要求进入重复消息状态，则从准备睡眠状态转化为重复消息状态；

普通操作状态与准备睡眠状态相互转化的条件包括：节点不需要通信，请求释放总线使，从普通操作状态转化为准备睡眠状态；当节点需要通信，请求总线，则从准备睡眠状态转化为普通操作状态；

在准备睡眠模式状态下，当网络管理器超时，则从准备睡眠模式切换到总线预睡眠模式，在超过等待的预设时间内若没有被唤醒，则进入总线睡眠模式。

网络模式还包括跛行状态，当节点在网络模式下的发送错误或接收错误的次数超过阈值，节点将进入跛行状态并在该状态下每隔一段时间重复发送跛行状态信息，若在预设的时间内，该节点发送的消息失败或不能收到网络管理消息，则将该节点错误上报应用层；

跛行状态与重复消状态、准备睡眠状态、普通操作状态的转化条件包括：

在重复消息状态定时时间内，节点发送错误达到或者接收错误超过阈值，从重复消息状态转化为跛行状态；在跛行状态下，节点能够正确的发送网络管理消息并且能够收到不带睡眠标志的网络管理消息，从跛行状态转化为重复消息状态；在普通操作状态下，节点发送错误达到或者接收错误超过阈值，从普通操作状态转化为跛行状态；在跛行状态下，节点收到带有睡眠标志的网络管理消息，从跛行状态转化为准备睡眠状态；准备睡眠状态下，节点之前处于跛行状态，并且收到不带睡眠的网络管理消息，从准备睡眠状态转化为跛行状态。

OSEK总线下的休眠状态：OSEK网络管理使用令牌环机制，令牌从网络地址低的节点传到网络地址高的节点，如果没有更高的节点，就传给最低地址节点；令牌环根据ECU的网络地址建立，每个ECU都会接受网络管理消息，只有和目的地址相同的一个节点才会得到令牌。

OSEK的网络唤醒包括跛行状态、复位状态、正常状态，当接收错误计算器或发送错误计数器超过阈值后，由正常状态或复位状态转化跛行状态，在跛行状态下，发送且成功接收网络报文后进入复位状态，再转化为正常状态。

本实施例提供一种车载以太网网络睡眠及唤醒方法，还包括：

步骤S3，当唤醒条件被触发时，应用层调用总网络管理模块触发时当前网络处于网络模式的指令；

步骤S4，网络管理协调器触发以太网网络和CAN网络，AUTOSAR协议的触发网络请求，OSEK协调触发唤醒条件；

步骤S5，AUTOSAR网络管理发起网络唤醒，包括AUTOSAR以太网和AUTOSAR CAN，OSEK CAN网络管理按照其协议发起网络唤醒，建立逻辑环；

步骤S6，总线网络管理唤醒总线上控制器，唤醒流程结束。

网络管理协调器触发以太网网络和CAN网络，AUTOSAR协议的触发网络请求，OSEK协调触发唤醒条件。为保持AUTOSAR和OSEK网络管理状态一致，则按照如下表5网络管理对应关系。

表5 OSEK网络管理模式与AUTOSAR网络管理模式一一对应

以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型不限于以上实施例。本领域的技术人员可以清楚，该实施例中的形式不局限于此，同时可调整方式也不局限于此。可以理解，本领域技术人员在不脱离本实用新型的基本构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种包括车载以太网的车内混合网络的睡眠与唤醒装置，其特征在于，包括：中央网关，中央网关分别通过多条基于不同传输协议的总线连接相应的控制器，总线至少包括：Autosar以太网总线、Autosar CAN总线、OSEK CAN总线；

所述控制器包括节点网关、ECU中的一种或两种；

所述中央网关至少包括睡眠唤醒管理装置，睡眠唤醒装置被配置为用于管理车内网络的睡眠与唤醒。

2.如权利要求1所述一种包括车载以太网的车内混合网络的睡眠与唤醒装置，其特征在于，所述睡眠唤醒管理装置包括总线网络管理模块、网络协调器、Autosar网络管理器、OSEK CAN网络管理器，其中，总线网络管理模块与网络协调器相连接，网络协调器分别与Autosar网络管理器、OSEK CAN网络管理器；

所述Autosar网络管理器包括Autosar以太网管理器、Autosar CAN网络管理器；

所述Autosar以太网管理器和Autosar CAN管理器采用相同的Autosar网络管理模式对接入各自总线的网络节点、ECU的睡眠和唤醒状态进行管理。

3.如权利要求2所述一种包括车载以太网的车内混合网络的睡眠与唤醒装置，其特征在于，所述总线网络管理模块，被配置为用于管理车内的多种总线协议通信；

所述网络协调器，被配置为用于协调车内的不同架构下总线的睡眠与唤醒模式进行判断，当网络中存在触发睡眠条件，对网络中的总线进行判断是否处于休眠状态，若有任意一条总线未处于休眠状态，则当前网络保持网络模式，若所有的总线都处于休眠状态，经过预设等待时间，协调释放网络并进入总睡眠模式；

所述Autosar以太网管理器，被配置为用于管理基于Autosar以太网总线下接入的网络节点、ECU的睡眠和唤醒进行管理；

所述Autosar CAN管理器，被配置为用于管理基于Autosar CAN总线下接入的网络节点、ECU的睡眠和唤醒状态进行管理；

OSEK网络管理器，被配置为用于管理基于Autosar CAN总线下接入的网络节点、ECU的睡眠和唤醒状态进行管理。

4.如权利要求2所述一种包括车载以太网的车内混合网络的睡眠与唤醒装置，其特征在于，所述Autosar网络管理模式包括总线睡眠模式、网络模式、总线预睡眠模式，三种模式之间任意一种模式的改变通过回调函数通知上层的应用；

总线睡眠模式被配置为当位于总线的节点在预设的时间段内都没有消息或本身没有主动向其它目标发送消息的请求时，使总线上的节点处于睡眠状态；在总线睡眠模式下，节点可以被唤醒；

总线预睡眠模式被配置为当位于总线的节点都没有消息或本身没有主动向其它目标发送消息的请求时或已释放网络后正准备进行睡眠状态。

5.如权利要求4所述一种包括车载以太网的车内混合网络的睡眠与唤醒装置，其特征在于，网络模式包括重复消息状态、普通操作状态、准备睡眠状态，网络模式中的重复消息状态、普通操作状态、准备睡眠状态能够在满足预设的条件下进行相互转化；

其中，重复消息状态被用于确保从总线睡眠模式或总线预睡眠模式到网络的节点被总线上面其他节点发现，重复消息状态能够用来检测连接于总线上的节点；

普通操作状态被配置为用于保持总线处于唤醒状态；

准备睡眠状态，被配置为如果本节点已经准备释放总线，而其他节点还需要使用总线的时候，在准备睡眠状态下等待其他总线上的节点进入准备睡眠模式。

6.如权利要求5所述一种包括车载以太网的车内混合网络的睡眠与唤醒装置，其特征在于，所述网络模式还包括跛行状态，跛行状态被配置为当节点在网络模式下的发送错误或接收错误的次数超过阈值，节点将进入的状态；在跛行状态下，每隔一段时间重复发送跛行状态信息，若在预设的时间内，该节点发送的消息失败或不能收到网络管理消息，则将该节点错误上报应用层；

在跛行状态下，在当网络中的节点不需要总线通信而进入准备睡眠状态后，在网络管理定时器超时之前，继续重复发送带有睡眠标志位的网络管理消息。

7.如权利要求2所述一种包括车载以太网的车内混合网络的睡眠与唤醒装置，其特征在于，所述Autosar网络管理器还包括故障检测模块，故障检测模块被配置为用于对网络节点的故障进行检测，在Autosar网络管理器中的通信协议中增加一个睡眠标志位，当进入准备睡眠状态时，重复发送带有睡眠标志位的网络管理消息，其他节点在此基础上判断节点是处于故障状态还是准备睡眠状态；

通过修改网络的睡眠机制和在网络配置一张动态的网络管理表来实现故障节点的检测；

网络管理表包括3个字段，分别是节点ID、未发送数据间隔和故障计数器。

8.如权利要求2所述一种包括车载以太网的车内混合网络的睡眠与唤醒装置，其特征在于，OSEK CAN网络管理使用令牌环机制，令牌环机制包括令牌从网络地址低的节点传到网络地址高的节点，如果没有更高的节点，就传给最低地址节点；令牌环根据ECU的网络地址建立，每个ECU都会接受网络管理消息，只有和目的地址相同的一个节点才会得到令牌。

9.如权利要求2所述一种包括车载以太网的车内混合网络的睡眠与唤醒装置，其特征在于，所述OSEK CAN管理器包括OSEK网络管理模式，所述OSEK网络管理模式包括网络唤醒和网络睡眠，所述网络唤醒包括跛行状态、复位状态、正常状态，当接收错误计算器或发送错误计数器超过阈值后，由正常状态或复位状态转化跛行状态，在跛行状态下，发送且成功接收网络报文后进入复位状态，再转化为正常状态。

10.如权利要求2所述一种包括车载以太网的车内混合网络的睡眠与唤醒装置，其特征在于，所述Autosar网络管理器包括AUTOSAR网络管理模式，OSEK CAN网络管理器包括OSEKCAN网络管理模式，OSEK CAN网络管理模式包括：网络睡眠、网络唤醒、正常运行状态、初始化状态；AUTOSAR网络管理模式包括：总线预睡眠模式、总线睡眠模式、网络模式、重复消息状态、普通操作状态、准备睡眠状态、初始化状态；

OSEK CAN网络管理模式与AUTOSAR网络管理模式具有的一一对应；

所述的对应包括：

OSEK CAN网络管理模式中的网络睡眠对应AUTOSAR网络管理的总线预睡眠模式、总线睡眠模式；

OSEK CAN网络管理模式中的网络唤醒对应AUTOSAR网络管理的网络模式；

OSEK CAN网络管理模式中的正常运行状态对应AUTOSAR网络管理的重复消息状态、普通操作状态、准备睡眠状态；

OSEK CAN网络管理模式中的初始化状态对应AUTOSAR网络管理的初始化状态。

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