[发明专利]一种快速重建汽车OSEK NM逻辑环的方法

说明书

技术领域

本发明涉及汽车电子网络控制系统的实时网络管理技术，尤其是一种快速重建汽车OSEK NM逻辑环的方法。

背景技术

随着汽车工业和信息技术的飞速发展，越来越多的电子控制系统（ECU，Electronic Control Unit）被应用到汽车上。由于系统间通信具有数据量大、类型复杂和实时性要求高等特点，ECU网络化成为了必然趋势。这也使得网络本身安全性成为了汽车整体控制安全的重要因素之一。网络管理（NM,Network Management）具有网络状态在线监测、网络故障诊断和自处理等功能，是保障汽车网络系统运行的重要安全机制。

目前汽车电子网络应用中大多数采用OSEK/ VDX直接NM( OSEK/ VDX Direct Network Management) 。OSEK 直接NM具有强实时性、高容错性、低资源占用率和分布式管理等特点，能够实时监控ECU站点通信状况，能够及时反馈故障站点信息，保障被监控ECU 节点状态安全。OSEK 直接NM是一种基于逻辑环的网络管理方式，稳定的逻辑环是整个网络管理机制运行基础。只有在逻辑环稳定状态下，各个节点才能够根据网络中NM消息来判断自身和整个网络的通信状况，实时采取相应安全措施。但是，当有节点加入和退出网络时，稳定运行的逻辑环将被破坏，OSEK NM 将不能对逻辑环上各节点进行监控，进入到不稳定状态，直至逻辑环重建完成。因此这种不稳定状态的时间长短，即逻辑环重建时间，对于OSEK NM机制运行的可靠性和实时性有着至关重要的影响。

当前应用最广泛的汽车网络是CAN(Controller Area Network)总线。但是OSEK NM只提供了汽车网络管理框架，没有给出针对CAN网络协议的实现方法。同时，现有OSEK NM规范中逻辑环重建主要集中在分布式建环机制上，对于逻辑环重建时可能产生的大量突发性NM消息，及其对逻辑环重建时间和网络负载不良影响也缺乏考虑。因此，针对常用汽车CAN总线，在原有OSEK NM基础上设计逻辑环快速重建方法，缩短逻辑环不稳定状态时间、降低突发NM消息数量，成为了OSEK NM应用中需要迫切解决的问题之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种快速重建汽车OSEK NM逻辑环的方法，在不改变原有分布式建环机制基础上，根据汽车CAN网络中节点在逻辑环中相对位置，动态选择重建环模式，快速完成逻辑环重建，进而保证OSEK NM机制运行的可靠性和实时性。

本发明为解决上述问题，所采用的技术方案为：

一种快速重建汽车OSEK NM逻辑环的方法，在实现OSEK NM逻辑环机制正常运行基础上，引入节点逻辑位置差的概念，将新节点加入造成的逻辑环重建划分为三种模式；定义了OSEK NM消息的CAN帧结构，设计一种CAN网络节点逻辑后继更新机制，实时计算节点逻辑位置差，判断逻辑环重建模式，动态选择逻辑后继节点，迅速完成逻辑环重建，进而满足OSEK NM 逻辑环的实时性要求；具体实现方法如下：

（1）定义节点逻辑环位置差LogPosErr概念，设计节点间LogPosErr计算公式及逻辑环重建的模式转换图，描述Best_Join、 Normal_Join、Worst_Join模式之间关系；

（2）设计OSEK NM 协议数据单元NMPDU的数据域为三部分，分别为：源节点（即发送该NM消息节点）在逻辑环中位置souceIndex_NM；源节点是否修改逻辑后继的标志isOldSuccessorValid_NM；源节点修改逻辑后继前的原始逻辑后继节点oldSuccessor_NM，并设计与该NMPDU相应CAN总线数据帧格式；

（3）设计面向CAN网络节点的逻辑后继更新机制，该机制根据收到的Alive消息和Ring消息，计算节点逻辑环位置差来判断逻辑环重建模式，动态选择逻辑后继节点，完成逻辑环重建。

本发明所述节点逻辑环位置差LogPosErr及其计算公式、三种逻辑环重建模式（Best_Join、 Normal_Join、Worst_Join）之间关系如下：

（1）节点逻辑环位置差LogPosErr为新节点加入逻辑环时刻，其直接前驱节点和正在定时Ttyp节点间的逻辑位置差。定义m为当前时刻逻辑环中节点的数目，myIndex 为节点在逻辑环中相对位置索引，souceIndex_NM为NM消息中表明发送该消息的节点在逻辑环中相对位置索引，则有