新能源汽车的网络管理（新能源汽车的网络管理）

新能源车上都有各种各样的ECU，而所有这些ECU都是需要用电的，而车上的供电单元一般是蓄电池，因此蓄电池的电量是有限的，对于新能源车来说太耗电无疑会给电池的续航里程带来巨大影响，因此为了尽可能的省电，所以就提出了网络管理，也就是说网络管理一个最重要的作用就是为了省电。

那么网络管理是如何来实现省电的呢？我们知道车上的所有ECU之间会通过CAN通信、Flexray或以太网等进行相互通信连接在一起，那么网络管理就是通过在各个ECU的网络上，发送一些命令制定一套规则，来实现各个ECU的协同睡眠和唤醒。网络管理的目的是使网络中的ECU节点有序的睡眠和唤醒。在没有通信需求的时候睡眠，在需要通信的时候唤醒，可以节约汽车电池的电量。

通常 ECU 都存在几种工作模式，如唤醒（working）模式、睡眠（sleep）模式、启动（boot）模式。其中 working 模式为正常工作模式，耗能高；sleep模式为待机状态，大部分功能都停止，为低功耗模式；boot 模式为 ECU 刷机模式，通常用于对 ECU 进行升级。

当汽车处于休眠状态时，所有ECU处于睡眠状态，一些ECU比如车身控制器（BCM）可以被KL15电唤醒。这些控制器处于睡眠状态时，能耗是非常低的，且一直处于可唤醒状态。

汽车常用的控制器唤醒方式有硬线唤醒和网络唤醒。硬线唤醒通常是通过低压电平来实现，比如KL15唤醒，充电机的CP、CC唤醒。

网络唤醒方式又分为任意帧唤醒和特定帧唤醒。任意帧唤醒就是收到CAN总线上任意信号就醒来。特定帧是指控制器收到特定的网络管理报文（NM）就醒来。

从唤醒源的来源可以分为主动唤醒和被动唤醒。

主动唤醒( Active Wake up)：ECU 作为主唤醒节点，当检测到主动唤醒源输入信号时（如KL15）主动唤醒自己，并通过发送NMFRAME 尝试唤醒其他ECU。 被动唤醒( Passive Wake up)：ECU 作为从唤醒节点，自己不能主动唤醒己，只能通过接收到其他 ECU 发来的NM 报文来唤醒自己。

控制器的状态定义

BusSpleep状态：这就是休眠状态，此状态下不发送网络管理报文也不收发应用报文，一般该状态处于低功耗的状态，也就是上文提到的协同睡眠状态。当然上电初始化时，也会默认进入该状态。 PreSleep状态：此状态是进入休眠状态前的准备状态，此状态一般不发送网络管理报文帧了，也不发送应用报文了，只是等待其他ECU一起睡眠，其实就是实现‘’协同‘’两个字，也就是让等一段时间让车上所有ECU实现一起睡眠。之所以需要 ECU 协同睡眠，主要是因为各个 ECU 处于协同工作状态，比如VCU（整车控制器）和INV（电机控制器），有可能VCU不发报文了，会导致INV报故障，如此就会出现误报警状态。 Network状态：此状态下 ECU 可以进行正常通信，既可以收发网络管理报文帧也可以收发应用报文（包括诊断报文），意思就是唤醒状态。

最后的Network 状态又分为三个状态（state），

1.Repeat Message State

2.Normal Operation State

3.Ready Sleep State

Repeat meassage：表示重复发网络管理报文的状态。

重复报文状态包含两个子状态：网络管理报文快速发送状态和网络管理报文正常发送状态。

NM PDU 快速发送状态：节点在进入NM PDU快速发送状态时，必须开启或重置NM-Timeout Timer，为了快速唤醒网络，必须以快速周期发送网络管理报文，同时不得发送正常周期网络管理报文；所有的应用报文必须在第一帧快速NM PDU报文发送开始后延迟一定时间才能发送。在NM PDU快速发送状态下，节点一旦接收或发送一条网络管理报文，或者NM-Timeout Timer超时，NM-Timeout Timer会立即重置。

NM PDU 正常发送状态：进入NM PDU 正常发送状态后，节点必须以正常周期发送网络管理报文。若节点因被动唤醒请求进入NM PDU正常发送状态，必须开启NM-Timeout Timer，同时所有的应用报文必须从节点检测到唤醒请求后延迟Tx_Enable_Time 才能发送。在NM PDU正常发送状态下，节点一旦接收或发送一条网络管理报文，或者 NM Timeout Timer超时，NM Timeout Timer会立即重置。

节点的网络管理状态保持重复报文状态一段时间（这段时间一般可以配置），一旦超时，网络管理状态会离开重复报文状态。在该状态下，节点的网络管理报文和应用报文能够正常发送。

由于进入网络状态时，首先需要快速发送一些网络管理报文，以尽快告知车上其他 ECU，我处于正常状态了，可以进行通信了。 Normal Operation：在进入RepeatMsg一段一时间后，如果需要通信，就会跳到正常工作状态，正常工作状态会按照正常的周期发送网络管理报文，以及所有应用报文正常进行通信，可以说这个状态就是真正的唤醒状态。 ReadySleep：从唤醒状态进入休眠时，需要进行一些准备工作，比如有一些数据要存储、比如电机控制器检测到电机还没停下来等等情况，因此此状态就是用来做一些休眠前的准备工作，任何从唤醒到休眠的过程，都需要经过此状态，也就是说睡眠前有些准备工作是必须要完成的。那么此状态下，其实还是能够进行通信的，只有进入PreSleep状态，才会把相应的应用报文收发关闭，以及发送NM报文关闭。还有一点要声明的是，一般网络管理报文帧的接收不会关闭。（因为进入休眠后需要处于可唤醒状态。）

AUTOSAR网络管理报文（NM报文）

在休眠状态，我们的ECU只有CAN收发器处于工作状态，也就是说能检测NM报文，当然这个是通过芯片来实现的。

NM报文就是CAN报文。NM报文符合CAN报文的格式，由帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC场、应答场、帧结尾组成。

一般厂家在设计的时候会规定好NM报文的ID范围。

比如：规定标识符在0x500到0x5FF范围为NM报文。当在CANoe中抓取到此ID范围内的报文，那就是NM报文。

NM报文的重点在于数据场8字节里的内容：

NM报文数据场内容格式

byte0：这里填的是ECU的地址，或者叫ECU的ID；

此报文的ID=一个基础值 ECU的ID，例如厂家规定基础值为0x500，那么此报文的ID=0x500 0x8=0x508；

这里要注意区分报文的ID和ECU ID的概念，很容易混淆；

Byte1：NM报文数据场byte1格式

这里关注下bit0和bit4：

bit0：当此位置1时强制进入RMS（下面会讲到）；

bit4：告诉其他节点自身是怎么被唤醒的。

置0：被动唤醒、远程唤醒，比如被其他节点发送的NM报文唤醒；

置1：主动唤醒、本地唤醒，比如给ECU上电；

byte2-byte7里的user data数据由用户自行定义。

网络管理状态机

添加图片注释，不超过 140 字（可选）

上图中：BSM-睡眠模式 、NM-网络模式、 PBM-预睡眠模式、

RMS-重复报文模式、 NOS-正常操作状态 、RSS-准备睡眠模式

01：给ECU上电，ECU自己就会初始化进入睡眠模式。如果没有唤醒源来唤醒此节点，那就会一直待在睡眠模式。

02 03：当出现本地唤醒（03）或者远程唤醒（02）时，进入RMS状态。这里再解释下，本地唤醒就是我自己想要主动和其他节点通信；远程唤醒是其他节点想要和我通信。

04：我们现在已经走到网络模式的重复报文子状态了。话说为什么叫重复报文子状态呢，因为在这个状态里的时候，ECU需要一直发送周期报文，以尽快告知车上其他 ECU，我处于正常状态了，可以进行通信了。

如果是走03（本地唤醒）进来的，那么需要先在NM Immediate Transmit State中以很快的周期发送N帧报文（例：以20ms的周期连续发送5帧报文），发完这N帧报文再进入到NM Normal Transmit State中以正常的周期发送报文（例：500ms为周期发送报文。这个在上面的表格里有定义）。如果是直接走02进来的，那么直接以正常周期发送NM报文就可以了。一直发到T_repeat_message定时器超时。

这一步的目的是如果是本地唤醒的话，可能此ECU下面还有很多从属节点，当此ECU唤醒之后，需要同时唤醒其他兄弟节点一起通信，所以最开始的N帧报文周期很短，目的是为了快速、低延迟地唤醒其他节点。为什么被远程唤醒就不需要这一步呢？欢迎大家在评论区里一起讨论~

06 12：且慢，我们先来计算一下从BSM到这一步花费了多少时间了。参考上面定时器的定义，在02或03中，最大唤醒时间为T_wake_up=200ms；在04中，T_repeat_message=1600ms。总计1800ms，差不多为2s的时间，此时ECU有可能已经不需要通信了（2019-11-29补充：ECU持续处于唤醒状态的条件是有持续的唤醒源，例如一直有NM报文远程唤醒、或一直有本地唤醒源例如上电）。如果还需要继续通信，走06，进入NOS，继续周期发送NM报文，可以收发APP报文，当不再需要通信了，就停止发送NM报文，等待T_NM_timeout超时之后走09；如果直接不需要通信了，直接走12。

10：收到本地唤醒，进入NOS。

11：收到NM报文的byte1字节的重复请求位如果置1，强制进入RMS。

08 14 05：T_NM_timerout定时器超时，不改变当前状态。定时器需要重置。

13：在RSS状态，NM报文不可以发送。等待T_NM_TIMEOUT定时器超时后进入PBM。

15 16：PBM状态只可以接收NM报文，其他报文不发不。收到远程唤醒，走15；收到本地唤醒，走16。

17：如果PBM状态收不到任何唤醒源，在T_WAIT_BUS_SLEEP定时器超时后进入BSM。

网络管理定时器及参数

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