725_AUTOSAR_TR_TimingAnalysis12_网络时序分析

谁践踏了优雅 2022-09-04 14:55 104阅读 0赞

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继续分析《AUTOSAR\_TR\_TimingAnalysis》。

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网络时序分析

本章概述了与汽车网络通信相关的时序用例。第 3 章涵盖的 ECU 相关时序方面可能对网络时序产生直接或间接影响。

在汽车通信网络中，时序行为主要由通信矩阵描述，其中包含具有协议和时序特定参数的通信帧。（例如有效载荷、ID、帧触发参数）。

根据要在网络上传输的流量和通信协议，网络可能满足也可能不满足给定的时序要求，例如帧的最大延迟或给定的总线负载阈值。 通常，网络架构师必须定义参数以满足时序要求。

本章中描述的用例提出了与通信网络设计相关的问题和解决方案。

本章中使用的典型术语有：

• 负载，参见第 4.3、4.4、4.5 和 6.4 节

• 延迟，参见第 6.4 节

• 响应时间，参见第 6.4 节

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示例

在第 1 章中，给出了一个具有端到端时序要求的系统示例，参见第 10 页的图 1.2。在网络上，端到端时序需求受网络配置和调度网络组件的影响，主要是总线和网关，见图 4.1。 本章中的用例参考此示例。

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这个设计理念的确是需要有的，而我现在接触到的工作中其实是少了网络架构师这个角色的。所有的工作其实是归总到了工程师身上做一个汇总，然后粗狂解决。这样的设计细腻度的确是差了很多。

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新的网络通信集成

考虑到由多个通过总线连接的 ECU 组成的 E/E 汽车架构，需要将额外的通信集成到网络中，以便传统通信和新通信满足时序要求。 例如，新的通信是通过网络从偏航率传感器传输到 ASAECU 的附加传感器数据，如第 10 页的图 1.2 所示。新传感器数据在网络总线上的最大延迟不得超过 100 毫秒。 必须在其上集成新通信的总线可以实现不同的通信协议（例如 CAN、LIN、Flexray 等）。 每条总线上的通信由包含 PDU/消息帧及其协议特定参数和通信行为（定时参数）的通信矩阵指定。

对于新的通信，定义了以下属性：

• 通信信号的大小（SW-C 模板/GenericStructureTemplate）。

• 发送器和接收器节点/系统映射

• PDU/消息帧定时/触发

• 所需带宽

此外，对于网络上的通信，一组定时要求是已知的，具体如下：

• 每条总线上的最大总线负载

• 每个 PDU/的最大延迟帧

此外，现有总线控制器的通信范式规范是可用的，例如 CAN 控制器通过队列（优先级排序或 FIFO）发送具有不同标识符的 CAN 帧，而同一帧的不同实例通过寄存器发送（始终发送最新的帧实例）。 假设当前网络配置满足时序要求。

这里面的这个发送要求其实有点意思，如果是按照这种要求的话应该就不叫队列了吧！

目标其实比较简单了，就是满足时序要求。

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主要场景

为了清楚起见，使用以下符号：现有的 E/E 架构由通过多个通信总线（表示为 Bus1、Bus2等）和一个或多个网关连接的多个 ECU（ECU1、ECU2等）组成。 必须集成到现有网络中的新通信被分配给表示为 F 的分布式功能。F 由映射到一个或多个 ECU 的多个软件组件 (SW-C) 组成。 每个 SW-C 都有自己的通信接口，通过这些接口发送或接收信息，即 PDU/消息帧中的通信信号包。

1. 网络架构师根据 F 的规范中定义的时序参数和 F 的 SW-C 之间的发送者-接收者关系，将新的通信映射到现有的 PDU/消息帧。

2. 根据 F 的 SW-C 之间的链接，可能需要在网络内的不同总线之间另外路由 PDU/消息帧。 当 F 的 SW-C 映射到连接到不同总线的 ECU 时，就会发生这种情况，例如，在总线 1 上的 ECU1、总线 2 上的 ECU2 上。

3. 分析1：总线负载分析描述了总线带宽的平均使用情况。总线负载分析必须考虑新通信产生的额外流量。 必须对受新通信影响的每条总线应用总线负载分析。总线负载分析需要 PDU/消息帧的数据大小和平均时序。分析的输出是时序属性 GENERIC PROPERTY Load。 总线负载属性用于最初批准每个通信总线上的流量。将为每条总线获得的时序属性负载的当前值与该总线上的最大可接受负载进行比较。有关总线负载的典型要求，请参见第 4.3.3 节。

4. 分析 2：为了在集成新通信后验证网络，还必须在每条总线上验证传统和新流量的所有 PDU/消息帧的延迟要求。延迟分析计算资源共享协议下 PDU/消息帧的时序属性。 分析结果是时序属性，例如 PDU/消息帧的响应时间 GENERIC PROPERTY Latency（或特定于 CAN 总线的 SPECIFIC PROPERTY 响应时间 (CAN)）、PDU/消息帧的抖动或由于仲裁导致的阻塞时间。将计时属性的值与定义的要求进行比较。 有关 PDU/消息帧响应时间的典型要求，请参见第 4.3.3 节。

5. 分析 3：如果与新通信关联的 PDU/消息帧由一个或多个网关路由，则路由时间与端到端时序相关。路由PDU/消息帧的路由时间分析提供了路由引擎的延迟值。这些通常包括缓冲延迟和仲裁延迟。路由时间分析的结果是路由响应时间、由于缓冲和仲裁引起的阻塞时间或缓冲的内存需求。将这些属性获得的值与定义的要求进行比较。有关路由时间的典型要求，请参见第 4.3.3 节。

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选择场景

在主要场景的步骤\#1，如果新的通信超过现有PDU/消息帧中未使用空间的大小，则根据信号的定时参数定义新的PDU/消息帧。 必须尽量减少新流量对现有通信的影响。该方法可以在满足要求的情况下继续主场景中的步骤 2。

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性能/时序要求

每条总线上的最大负载不应超过某个界限，例如 60%。

对于每个消息帧/PDU，最坏情况响应时间不得超过某个界限，例如由时序要求给出。 通常，帧的循环时间用作最坏情况响应时间的界限。

网关中的路由时间必须很短。 通常，对于每个消息帧/PDU，路由时间不应超过例如帧循环时间的 10%。

这里，终于有了一个参考的数值了。后续的软件中，可以以此为参考。

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这是这个章节的第二条用例，设计并且配置新的网络

将（特定领域）网络设计并可行地集成到现有汽车平台架构中。可能的变体：

•（车载网络）（全汽车网络）的新设计；

• 使用未更改的传统 ECU（网络连接器旁边）使用新的部分网络替换现有的部分网络。

该网络通过网关连接到剩余的车载网络。

对于由通过多个传统网络连接的多个 ECU 组成的现有 E/E 汽车架构，需要设计和集成新设计的网络（例如，我们的主动转向示例，见图 1.2）。 新设计的网络应通过网关连接到剩余的车载网络（例如连接到车身或信息娱乐域）。 因此必须考虑新网络内的内部通信和不同网络之间的相互通信。 此外，这个新网络应以先验可预测的方式稳定可扩展，即应该可以根据所有当前和未来的时间要求来分析网络。 新网络实施通信协议（例如 CAN、LIN、Flexray 等）并拥有足够的带宽来满足所有通信需求。 网络上的通信由包含 PDU/消息帧/包及其协议特定参数和通信行为（定时参数）的通信矩阵指定。

对于新的通信，定义了以下属性：

• 通信信号的大小（SW-C 模板/GenericStructureTemplate）。

• 发送器和接收器节点/系统映射

• PDU/消息帧/包定时/触发

• 所需带宽

• 剩余板载网络，包括网关和通信矩阵。

此外，还为网络上的通信定义了一组定时要求：

• 每个网络上的最大负载

• 每个 PDU/消息帧/包的最大延迟 此外，定义了现有网络控制器的通信范式规范，例如 CAN 控制器通过队列（优先顺序或 FIFO）发送具有不同标识符的 PDU/消息帧，而同一 PDU/消息帧的不同实例通过寄存器发送（始终发送最新的 PDU 实例）。 假设当前（剩余）车载网络配置满足时序要求。

通过条件，或者说是设计目标：

完全定义了新（部分）网络上的通信，并且满足了车载网络的时序要求。

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主要场景

1. 网络架构师选择合适的网络技术来满足新功能的通信需求。 必须考虑遗留系统的影响，因为如果可能的话，不应更改过多的 ECU。

2. 网络架构师定义和/或设计到剩余车载网络的连接点（通过网关）。

3. 系统架构师将 ECU 连接到新网络，并将功能划分到这些 ECU 上。

4. 网络架构师根据定时信息和发送器/接收器关系映射新流量。

5. 根据发送方/接收方的关系，可能需要在多个网络和网关上额外路由 PDU/消息帧。

6. 分析 1：负载分析确定网络带宽和 ECU 输入缓冲区的平均和最大使用量。 负载分析必须考虑新部分网络和传统车载网络上的总流量。 分析需要 PDU/消息帧的数据大小和时序。 分析的输出是时序属性负载 GENERIC PROPERTY Load。 时序属性负载用于最初批准所选的功能映射和架构，以及新基础架构是否足以满足一般的通信需求。 将每个网络的计时属性负载的当前值与该网络的最大可接受负载进行比较。

7. 分析 2：需要对所有 PDU/消息帧/包以及网络上的每个通信关系进行详细的延迟分析。 该方法产生时序属性响应时间通用属性延迟、抖动、阻塞时间等。每个通信关系都必须满足其相应的延迟要求。

8. 分析 3：为了考虑 ECU 的影响和总通信，必须考虑 PDU/消息帧/包的事件链/路由时间分析。 这导致了新的时序属性：路由响应时间 SPECIFIC PROPERTY Response Time (CAN)、阻塞时间、缓冲区要求 GENERIC PROPERTY Load。

9. 优化新网络的设计，以减少资源需求，提高系统稳定性和健壮性，并允许未来轻松扩展。

这个描述，其实是跟前面的差不多的。只是在分析上，多了几个不同的分析属性。

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这部分跟前面其实也是差不多的。

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重新映射一个已经存在的通信链接

假设一个包含通过一条或多条总线连接的 ECU 的 E/E 汽车架构，需要将现有的通信链路重新映射到网络中的新资源（例如，将电机控制信号从 CAN 映射到 FlexRay，假设电机是直接连接到 FlexRay，见图 1.2）。 网络内的总线可以实现不同的通信协议（例如 CAN、LIN、Flexray）。 每条总线上的通信由一个通信矩阵指定，该矩阵包含 PDU/消息帧及其协议特定参数和通信行为（时序参数，例如电机控制信号的最大延迟为 10 毫秒）。

思考：其实，看起来，这样的工作有很多机构专门做。尤其是几家做代理买工具的，很多工程服务的合作其实就是做这部分工作。

前提条件：

描述通信链路的信号是已知的并且包括在通信矩阵中。 此外，为网络上的通信定义了一组时序要求：

• 每条总线上的最大总线负载

• 每个通信帧的最大延迟。

此外，现有总线控制器的通信范例规范是可用的。 例如，CAN 控制器通过队列（优先级排序或 FIFO）发送具有不同标识符的 CAN 消息帧，而同一帧的不同实例通过寄存器发送（始终发送帧的最新实例）。

假设当前网络配置满足时序要求。

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相比前面几个用例，其实没有太大本质上的差异。方法看起来都是一样的套路，这里不做梳理小结了。

对这部分信息做一个小结：这部分主要涉及到的就是网络类的时序分析，而这部分在我现在遇到的项目中很多其实都是跳过了的，也因此遇到过一些问题。通过这部分描述，可以看得出现在的工作中少了一个网络架构师的角色，因此整个开发过程也没法走到那么完美。不过，针对这部分的工作描述，其实是非常有参考意义的。我们的工作也应该是进化的，继续往后走，工作应该要逐步过渡到类似的规划范流程上来。

[https_github.com_GreyZhang_hack_autosar]: https://github.com/GreyZhang/hack_autosar
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