【原】Autosar通信棧：基礎(chǔ)問(wèn)題知多少

開心果NeedCar 2023-06-21 發(fā)布于上海

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積土而為山，積水而為海?！髯?/section>

QA1：CAN報(bào)文發(fā)送，有優(yōu)先級(jí)嗎？

答：有。以英飛凌tc3xx系列為例，MCMCAN模塊有多個(gè)硬件發(fā)送緩沖區(qū)，也就是說(shuō)同一時(shí)刻可以緩存多個(gè)待發(fā)送的報(bào)文，這些報(bào)文放入待發(fā)送的緩沖區(qū)以后，會(huì)置位發(fā)送Pending標(biāo)志，等待發(fā)送，誰(shuí)先發(fā)送呢？在回答這個(gè)問(wèn)題之前，我們先說(shuō)待發(fā)送的報(bào)文在硬件緩存區(qū)中的存儲(chǔ)方式：Dedicated Tx Buffers 、Tx FIFO、 Tx Queue。

對(duì)于Dedicated Tx Buffers與 Tx Queue兩種存儲(chǔ)方式，根據(jù)lowest Message ID原則發(fā)送，即：發(fā)送的CanID數(shù)值越小，優(yōu)先級(jí)越高。具體發(fā)送順序示例如下：

對(duì)于Tx FIFO存儲(chǔ)方式，報(bào)文的發(fā)送順序由進(jìn)入FIFO緩存區(qū)的先后順序決定，即：先進(jìn)先出，具體發(fā)送順序如下：

如果使用Dedicated Tx Buffers與 Tx Queue兩種存儲(chǔ)方式，優(yōu)先級(jí)低的報(bào)文(比如：網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文、診斷報(bào)文、標(biāo)定報(bào)文等，優(yōu)先級(jí)比應(yīng)用報(bào)文低），是不是永遠(yuǎn)得不到發(fā)送了？不是，我們要清楚：發(fā)送的硬件緩存區(qū)不止一個(gè)，而是多個(gè)（比如：tc397有32個(gè)發(fā)送緩沖區(qū)），足以在某一時(shí)刻緩存多個(gè)待發(fā)送的報(bào)文。是否存在某一時(shí)刻（如下t1），發(fā)送報(bào)文的個(gè)數(shù)超過(guò)硬件緩存區(qū)個(gè)數(shù)？這種可能性是存在的，這也是為什么會(huì)有發(fā)送報(bào)文丟幀的原因。

為了避免發(fā)送丟幀或者周期性報(bào)文抖動(dòng)問(wèn)題，我們可以將相同周期性報(bào)文的發(fā)送做一個(gè)Offset處理，避免周期性相同的報(bào)文以同一個(gè)基準(zhǔn)時(shí)間計(jì)時(shí)。比如：通信啟動(dòng)后，周期性報(bào)文Msg01(周期10ms)在t0時(shí)刻開始周期性發(fā)送；而周期性報(bào)文Msg02(周期10ms)在t1時(shí)刻開始周期性發(fā)送，這樣即可避免兩者在某一時(shí)刻的發(fā)送重疊，如下所示：

QA2：Tx FIFO發(fā)送方式可能引發(fā)的問(wèn)題有什么？

答：對(duì)于CAN報(bào)文，使用FIFO方式發(fā)送，我能想到的場(chǎng)景：診斷中，發(fā)送診斷指令使用FIFO緩存，保證診斷指令請(qǐng)求的順序。不知道大家在何種情況下使用過(guò)Tx FIFO，還請(qǐng)大家給普及。

這里思考到了一種工況，可能會(huì)因使用FIFO發(fā)送方式，導(dǎo)致報(bào)文的發(fā)送延遲，具體如下所示：

假設(shè)：CAN BUS上有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)：ECU1::CAN1和ECU2::CAN1，ECU1::CAN1使用Tx FIFO緩存待發(fā)送數(shù)據(jù)，ECU2::CAN1使用Dedicated Tx Buffers方式緩存待發(fā)送數(shù)據(jù)。在某一時(shí)刻，ECU1::CAN1的Buffer Index0待發(fā)送報(bào)文的CAN ID = 0x30，ECU2::CAN1待發(fā)送的6個(gè)報(bào)文的CAN ID ＜0x30，所以，每次總線仲裁，都會(huì)優(yōu)先發(fā)送ECU2::CAN1緩存的報(bào)文，而ECU1::CAN1因?yàn)榭偩€仲裁失敗，導(dǎo)致ECU1::CAN1 FIFO中的高優(yōu)先級(jí)報(bào)文無(wú)法及時(shí)發(fā)送出去，如下所示：

所以，在使用Tx FIFO方式時(shí)，需要注意此工況。

QA3：程序應(yīng)先處理發(fā)送報(bào)文還是應(yīng)該先處理接收?qǐng)?bào)文？

答：TBD。為什么是未定義呢？在實(shí)際的項(xiàng)目開發(fā)中，先處理Rx報(bào)文還是先處理Tx報(bào)文確實(shí)沒有明確規(guī)定，在項(xiàng)目不出問(wèn)題之前，沒有人會(huì)留意兩者的處理順序。這里我們討論一下先處理Rx Msg，再處理Tx Msg的情況，實(shí)質(zhì)就是討論Task中，Com_MainFunctionRx()/Com_MainFunctionTx()的處理順序。

假設(shè)：Com_MainFunctionRx()/Com_MainFunctionTx()均在5ms的Task中，且先處理Com_MainFunctionRx()，再處理Com_MainFunctionTx()，如果此節(jié)點(diǎn)收/發(fā)的報(bào)文數(shù)量不多，任務(wù)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)處理完（t1時(shí)刻之前），不會(huì)引發(fā)問(wèn)題，如下所示：

如果當(dāng)前節(jié)點(diǎn)接收的報(bào)文數(shù)量較多，Com_MainFunctionRx()消耗了任務(wù)處理的大部分時(shí)間，導(dǎo)致Com_MainFunctionTx()處理被Delay，可能會(huì)導(dǎo)致本節(jié)點(diǎn)發(fā)送報(bào)文的周期抖動(dòng)問(wèn)題，比如：本來(lái)10ms的Tx Msg，由于延遲導(dǎo)致Tx Msg＞10ms + 容差值，假設(shè)容差值±10%(1ms)，比如：實(shí)際Tx Msg周期13ms，導(dǎo)致通信出問(wèn)題。

對(duì)于一個(gè)節(jié)點(diǎn)，接收?qǐng)?bào)文數(shù)量存在不確定性，比如：接收的報(bào)文類型如果有事件性應(yīng)用報(bào)文、高周期應(yīng)用報(bào)文（如：1ms周期性應(yīng)用報(bào)文）等。那么Com_MainFunctionRx()的處理時(shí)間就會(huì)存在一定的不確定性。相對(duì)于接收?qǐng)?bào)文，節(jié)點(diǎn)發(fā)送報(bào)文的數(shù)量相對(duì)比較確定，發(fā)送所消耗的時(shí)間也比較確定，所以，從處理順序上來(lái)說(shuō)，先處理確定的發(fā)送再處理不確定的發(fā)送比較合理，這樣可以確保發(fā)送報(bào)文的時(shí)間。而對(duì)于接收，即使超一點(diǎn)時(shí)間，如果Task沒有超過(guò)Deadline Time，對(duì)程序的運(yùn)行也不會(huì)造成太大影響。

再者，對(duì)于CAN報(bào)文，發(fā)送報(bào)文還需要進(jìn)行總線仲裁，仲裁失敗也會(huì)存在一定的延時(shí)（參考QA2）。

注意：上述假設(shè)OS所使用的基準(zhǔn)計(jì)數(shù)器是可信的，即：基礎(chǔ)計(jì)數(shù)器準(zhǔn)確，一般由GPT或者STM驅(qū)動(dòng)。

QA4:周期型報(bào)文Offset的作用是啥？

答：降低同一時(shí)刻，多個(gè)發(fā)送報(bào)文的Burst Send問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題屬于QA1的延申。

一個(gè)節(jié)點(diǎn)，發(fā)送的報(bào)文類型可以有多種（QA1提到）。其中，節(jié)點(diǎn)外發(fā)的應(yīng)用報(bào)文從幾個(gè)到幾十個(gè)不等。應(yīng)用報(bào)文又分為事件型、周期型、混合型。以周期型應(yīng)用報(bào)文為例，可能有5ms、10ms、20ms、50ms等周期。如果本節(jié)點(diǎn)外發(fā)的報(bào)文數(shù)量較大，在某一時(shí)刻會(huì)存在大量并發(fā)請(qǐng)求。比如：MsgA Cycle =5ms，MsgB Cycle = 10ms，MsgC Cycle = 10ms，如果MsgA的發(fā)送時(shí)刻為5ms、10ms、15ms、20ms、25ms、30ms.....MsgB、MsgC的發(fā)送時(shí)刻為10ms、20ms、30ms.....，在time　＝　10ms、time　＝　30ms......等時(shí)刻，MsgA 、MsgB、MsgC會(huì)同時(shí)請(qǐng)求發(fā)送，節(jié)點(diǎn)要發(fā)送的報(bào)文數(shù)量越多，某一時(shí)刻（如下圖time = 10ms 時(shí)刻），請(qǐng)求發(fā)送的報(bào)文數(shù)量可能就越多。

在某一時(shí)刻，發(fā)送報(bào)文數(shù)量過(guò)多會(huì)帶來(lái)什么問(wèn)題呢？這就是QA3中的問(wèn)題，會(huì)使得某個(gè)發(fā)送報(bào)文發(fā)送延遲，使得其發(fā)送周期出現(xiàn)抖動(dòng)，即：超過(guò)該周期報(bào)文的允許誤差值，一般來(lái)說(shuō)，≤100ms的周期性應(yīng)用報(bào)文允許的偏差為3％，＞100ms的周期性應(yīng)用報(bào)文允許的偏差為1％(看OEM要求)。既然應(yīng)用報(bào)文會(huì)Burst Send，如何降低這種并發(fā)請(qǐng)求行為呢？偏移相同周期報(bào)文的發(fā)送時(shí)機(jī)，比如：MsgB　Offset 5 ms，MsgC Offset 10ms，這樣兩者的發(fā)送就不會(huì)重疊，如下所示：

那偏移不同周期的應(yīng)用報(bào)文有用嗎？因?yàn)橹芷谛詧?bào)文發(fā)送取決于Com_MainFunctionTx()所在任務(wù)周期，Offset Value = n * Cycle（n為非負(fù)整數(shù)，Cycle指Com_MainFunctionTx()的任務(wù)周期），所以，Offset Value是Com_MainFunctionTx()任務(wù)周期的整數(shù)倍。這樣，即使設(shè)置MsgA、MsgB的Offset Value不同，也不能避免某一時(shí)刻（如：time = 10ms時(shí)刻），兩者的并發(fā)請(qǐng)求，如下所示：