CAN通信的状态管理（CanSM）详解

以下文章来源于汽车电子与软件，作者不可说

一、引 入

在复杂的汽车电子系统中，ECU往往集成了多种通信网络，以适应不同的数据传输需求。为了确保每个网络都能被准确无误地识别和管理，每个网络都被赋予了一个独特的网络句柄，这个句柄就像网络的“身份证”，确保了网络通信的有序进行。通信管理（ComM）模块，作为网络通信的指挥官，会根据系统需求向这些网络发出通信模式的请求。它凭借自身丰富的配置信息，能够清晰地知道哪个句柄对应着哪种类型的网络，从而做出精准的指令调度。

在CAN这一通信协议中，ComM模块会借助CanSM模块来实现对CAN网络通信模式的灵活控制。CanSM模块，会根据ComM模块发出的模式请求，迅速调整配置好的CAN网络的通信模式，以满足系统对通信性能的不同要求。

为了实现这一功能，CanSM模块与CanIf模块之间建立了紧密关系。CanIf模块，这个负责配置好的CAN控制器和CAN收发器控制流抽象的“桥梁”，会密切关注CAN控制器和收发器模式的任何变化。一旦检测到变化，CanIf模块会立即通过其API将这一信息传达给CanSM模块。CanSM模块在接收到这些通知后，会结合当前CAN网络状态机的状态（这是CanSM模块为每个配置的CAN网络实现的状态管理机制），综合判断后，向ComM模块和BswM发出相应的通知。

另外，CanSM模块并不会随意地向ComM模块报告其通信模式。除非ComM模块明确提出了通信模式的请求，否则在初始化完成后，CanSM模块会保持沉默，不会主动向ComM模块透露其当前的通信模式设置。这一设计旨在提高系统的效率和稳定性，避免不必要的通信开销。

二、功 能

CanSM主要功能包括对CAN网络的状态转换进行管理，涵盖网络的启动、停止、睡眠和唤醒等操作。通过CanSM模块，系统能够根据应用需求或网络管理请求，动态调整CAN网络的工作状态，从而优化网络资源的利用并满足不同的运行场景需求。

关键的功能可分为如下三类：

状态管理：监控CAN网络的状态，并根据请求执行状态转换。

错误处理：检测和处理CAN网络中的错误，确保网络的可靠性。

与网络管理模块的协作：与CAN Network Management（CanNM）模块协同工作，实现网络管理功能。

2.1 状态管理

CAN网络的状态转换是CanSM功能实现的关键一环，这些状态不仅反映了网络的当前运行状况，还指导着网络如何根据需求进行灵活调整。

CAN网络的状态主要包括以下几种：

CAN_NO_COM：这一状态意味着网络尚未启动，没有任何通信活动在进行。此时，网络处于静默且未激活的状态，等待外部指令来启动。

CAN_FULL_COM：当网络完全启动并处于正常通信状态时，即进入CAN_FULL_COM状态。在这一状态下，网络能够自由地发送和接收数据，确保信息的实时传递和系统的正常运行。

CAN_SILENT_COM：网络处于静默模式时，即进入CAN_SILENT_COM状态。在这一特殊状态下，网络仅接收数据而不发送数据，这在某些需要减少通信干扰或保护数据安全的场景下尤为重要。

CAN_SLEEP：为了节省能源，当网络在不需要通信时，可以进入低功耗睡眠模式，即CAN_SLEEP状态。在这一状态下，网络的功耗被降至最低，同时保持对外部唤醒信号的响应能力，以便在需要时迅速恢复通信。

CanSM模块通过调用底层接口（如CanIf模块）来执行这些状态转换，从而实现对CAN网络状态的精准控制。例如，当应用层发出启动CAN网络的请求时，CanSM模块会迅速响应，调用CanIf接口来启动CAN控制器，并将网络状态从CAN_NO_COM无缝转换为CAN_FULL_COM。这一转换过程不仅确保了网络能够迅速进入正常工作状态，还保证了系统通信的连续性和稳定性。

通过这种状态管理机制，CanSM模块能够根据系统需求灵活切换CAN网络的工作模式，从而满足汽车电子系统在不同场景下的通信需求。

2.2 错误处理

CanSM模块还承担着检测和处理网络中可能出现的错误的重任，以确保整个网络的可靠性和稳定性。面对复杂多变的通信环境，CanSM模块能够精准识别并应对多种常见的错误类型，从而保障系统的顺畅运行。

其中，总线关闭错误（Bus-Off）是一种较为严重的网络故障。当CAN控制器检测到总线关闭的情况时，这意味着网络中的通信已经中断，无法继续进行数据传输。此时，CanSM模块会迅速响应，首先通知上层模块关于这一错误的发生，以便系统能够及时采取相应的应对措施。同时，CanSM模块还会尝试通过重启CAN控制器的方式来恢复通信，从而重新建立网络连接，确保数据的正常传输。

除了总线关闭错误外，通信超时错误也是CAN网络中常见的问题之一。当CAN网络在长时间内没有通信活动时，这可能意味着网络中存在某种故障或异常，导致数据无法正常传递。为了应对这种情况，CanSM模块会触发错误处理流程，根据预设的策略来尝试重新启动网络或切换到备用通信模式。这种灵活的错误处理机制，能够最大限度地减少通信中断对系统的影响，确保系统在异常情况下仍能维持基本的通信功能。

为了实现这些错误处理功能，CanSM模块通过调用CanIf接口来获取详细的错误信息。CanIf能够实时提供网络的运行状态和错误信息。CanSM模块根据这些信息，结合配置的策略，执行相应的恢复操作。这种基于信息的错误处理机制，不仅提高了CAN网络的容错能力，还使得系统在面对异常情况时能够更加智能地做出响应。

2.3 与网络管理模块的协作

CanSM模块与CanNM模块模块紧密配合，共同监控和管理CAN网络的运行状态，确保网络资源得到高效利用，同时满足电源管理的严格要求。

CanNM模块作为网络管理的核心，承担着监控网络整体状态的功能。它时刻关注着网络负载的变化、电源管理的需求以及可能出现的异常情况，并根据这些信息向CanSM模块发送状态转换请求。这种请求机制，使得CanSM模块能够及时了解网络的需求，并采取相应的措施来应对。

在网络唤醒的场景中，当系统接收到远程唤醒信号或其他唤醒请求时，CanNM模块会立即识别并处理这些请求。随后，它会向CanSM模块发送网络唤醒的指令。CanSM模块在接收到指令后，会迅速启动CAN控制器，并将网络状态从低功耗的CAN_SLEEP模式转换为正常的CAN_FULL_COM模式。这一转换过程，确保了网络能够在最短时间内恢复通信能力，满足系统对数据传输的需求。

相反，在网络睡眠的场景中，当系统进入低功耗模式或检测到网络长时间无通信活动时，CanNM模块会判断网络已经处于空闲状态，并向CanSM模块发送网络睡眠的请求。CanSM模块在接收到请求后，会停止CAN控制器的运行，并将网络状态从CAN_FULL_COM模式转换为低功耗的CAN_SLEEP模式。这一转换过程，不仅降低了网络的功耗，还延长了系统的使用寿命。

通过这种紧密的协作机制，CanSM模块与CanNM模块实现了共同监控，管理着CAN网络的运行状态，确保网络资源得到高效利用，同时满足了电源管理的严格要求。

三、状态机

CANSM_BSM：单个CAN网络所设计的状态机图

上图是CANSM_BSM，是指针对单个CAN网络所设计的状态机图。在这个图中，详细描绘了CAN网络在不同状态下的转换逻辑和流程，通过这个图中的元素来理解一下CAN网络的通信状态与状态之间的切换。

3.1 子状态机（Sub State Machines）

CANSM_BSM_WUVALIDATION：验证唤醒请求的有效性。

CANSM_BSM_S_PRE_NOCOM：处理无通信模式的前置状态。

CANSM_BSM_S_SILENTCOM_BOR：处理静默通信模式下的总线关闭恢复。

CANSM_BSM_S_PRE_FULLCOM：处理全通信模式的前置状态。

CANSM_BSM_S_FULLCOM：处理全通信模式。

CANSM_BSM_S_CHANGE_BAUDRATE：处理波特率变更。

3.2 触发条件（Triggers）

PowerOn：电源开启后，状态机进入CANSM_BSM_S_NOT_INITIALIZED状态。

CanSM_Init：初始化函数调用后，所有CAN网络的状态机被触发。

CanSM_DeInit：去初始化函数调用后，所有CAN网络的状态机被触发。

T_START_WAKEUP_SOURCE：启动唤醒源后，状态机被触发。

T_STOP_WAKEUP_SOURCE：停止唤醒源后，状态机被触发。

T_FULL_COM_MODE_REQUEST：请求全通信模式后，状态机被触发。

T_SILENT_COM_MODE_REQUEST：请求静默通信模式后，状态机被触发。

T_NO_COM_MODE_REQUEST：请求无通信模式后，状态机被触发。

T_BUS_OFF：CAN控制器进入总线关闭状态后，状态机被触发。

3.3 保护条件（Guarding Conditions）

G_FULL_COM_MODE_REQUESTED：检查是否请求了全通信模式。

G_SILENT_COM_MODE_REQUESTED：检查是否请求了静默通信模式。

3.4 效果（Effects）

E_PRE_NOCOM：将网络模式设置为无通信模式，并通知BswM模块。

E_NOCOM：将内部存储的网络模式设置为无通信模式。

E_FULL_COM：将CAN控制器的PDU模式设置为在线或仅发送模式，并通知ComM模块。

E_FULL_TO_SILENT_COM：将CAN控制器的PDU模式设置为仅发送模式，并通知ComM模块。

E_BR_END_FULL_COM：与E_FULL_COM相同。

E_BR_END_SILENT_COM：与E_FULL_TO_SILENT_COM相同。

E_SILENT_TO_FULL_COM：与E_FULL_COM相同。

有了上面的这些解释内容就较为容易理解CanSM有哪些状态，以及状态之间的切换条件、动作等。

四、小 结

CanSM模块的功能规范涵盖了状态管理、错误处理、CanNM模块的协作等多个方面，确保其在汽车电子系统中的高效运行和广泛应用。通过实时性支持、错误检测与恢复以及模块化设计等功能，CanSM模块为CAN网络的管理提供了强大的支持。未来，随着汽车电子技术的不断发展，CanSM模块将继续演进，以满足更高的性能和安全性需求。

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