01 通信栈架构概述

相信大多数工程师接触AUTOSAR都是从CAN通信开始点点点，如上图所示，通信栈由通信服务层、通信硬件抽象层以及通信驱动层构成；

具体而言，包括CAN、LIN、FlexRay、Eth的通信，如下图所示：

可以看到，在上图的通信链路出现了I-PDU、N-PDU、L-PDU等等，这些名词是什么意思呢？我们进一步进行分析。

1.1 SDU、PDU及命名规则

1.1.1 SDU、PCI和PDU

AUTOSAR通信栈参考了OSI的7层模型概念：

SDU：全称Service Data Unit

PCI ：全称Protocol Control Information

PDU：全称Protocol Data Unit

PDU = PCI | SDU

一般来说，我们最常讨论的就是PDU，为什么不单独把SDU拉出来说呢？因为SDU是针对通信层级来说，抽象一点讲，就是当本层收到上层传来的原始数据之后，需要在本层做处理，那么这个原始数据就叫做SDU，处理添加的信息就叫做PCI；处理完成要发送给下一层，这个时候把PCI和SDU组合成PDU传递给下一层，接收数据是同样的流程。如下图所示：

Layer N收到Layer N+1传来的PDU，这时候在Layer N层，这个PDU就叫做SDU，这个SDU在Layer N层添加完PCI后，发送给Layer N-1层，发送的就是PDU，而Layer N-1接收到是Layer N的PDU，但在它这一层又叫做SDU。换句话说，只有同层级的才能叫SDU。

这个例子最常见就是TP层和IF层之间的通信，如下：

1.1.2 SDU\PDU命名规则

有了上述概念，我们再来看看I\N\L-PDU是什么意思。根据AUTOSAR规范，S\PDU的命名规则均按如下格式：<bus prefix><layer prefix>-PDU。因此，对于AUTOSAR架构，不同层级的PDU命名如下：

根据上表，我们可以把PDU命名规则以图形的方式表达出来，如下

以普通CAN通信为例，其PDU命名如下：

以诊断通信为例，添加了网络层的东西，因此命名如下：

1.2 通信方式

直接数据传输方式

该方式主要用在外部ECU的交流；

以普通CAN报文为例

通常路线为 Com->PduR->CanIf->Can模块

对应API为 PduR_ComTransmit->CanIf_Transmit->Can_Write

数据缓冲方式

该方式主要的用于Lin或者FlexRay通信，在传输时先缓冲要发送的数据，然后根据底层机制如Lin或Fr的静态的周期性的调度表来触发缓冲的数据的传输。

数据转换流程

目前，基于SOA架构的兴起，AUTOSAR也相应作了一些改变，如下：

RTE首先通过SOME/IP转换数据格式，然后再通过E2E进行功能安全级别的封装，最后通过AUTOSAR COM栈进行数据传输。这里面最重要的就是S2S(Signsal to Service Translation)，这也是传统控制类ECU与SOA架构下的不同ECU的通信基础。

02 Com层基本概念解析

2.1 基本功能介绍

Com层位域AUTSOA BSW架构中的服务层，主要就是处理信号，为SWC提供信号级别(Signal)的通信数据服务接口，或者根据信号自定义发送类型来发送PDU。

因此这一层提供的API通常是以signal为主，如下：

Com_SendSignal

Com_ReceiveSignal

Com_SendSignalGrou

Com_UpdateShadowSignal

....

2.2 Signal/I-PDU Group

AUTOSAR提供了信号组和PDU组的方式，以满足SWC的复杂数据类型，比如说一个非常复杂的结构体数据量很大，不容易在一个信号里进行封装，但为了保证发送数据的整体原子性，就以信号组的概念来满足。

信号组使用shadow buffer的机制来管理信号数据一致性，RTE或者SWC通过这个shadow buffer去访问信号组里的信号，

如果该buffer需要与I-PDU进行同步，RTE或者SEC可以通过Com_SendSignalGroup\ComReceiveSignalGroup显式地触发同步，这种就是原子级的同步方式。

具体步骤如下：

此外，在I-PDU层级也有PDU Group的概念，RTE或者SWC可以控制针对某些PDU Group的收发禁用，这在首帧NM报文实现上非常有用。 如下图：

2.3 发送模式

在AUTOSAR规范里，报文的发送模式总共可以分为四种，如下表

混合类型的，就是平时按照周期去发送，如果有事件触发后立即发送，不管此时周期是否到了。

2.4 发送模式选择

有了以上基本概念之后，我们最后来发送模式选择，为什么要定义发送模式的选择呢？主要是I-PDU里包含了不止一个信号，这种发送模式选择就是根据I-PDU里的信号状态来选择发送模式。这里有两个概念，TMC(Transmission Mode Condition)和TMS(Transmission Mode Selector)

AUTOSAR COM模块在发送端使用过滤机制作为TMC，但不会过滤掉发送端的信号。

最终根据TMC的真假从而选择发送模式，这就到我们配置时常见的ComTxModeTrue/False。

整体流程如下：

03 小结

本章内容，我们将通信栈的整体结果做了一个描述，并详细讨论了Com层常用的几个概念，例如发送模式、发送模式选择、信号组和PDU组等，但还有很多细节没有讲，比如说Update Bits、deadline监控、动态长度的信号等等，这需要在项目工程中具体问题具体分析；

在下节内容，我们将继续介绍PduR、以CAN通信为例介绍发送接收流程。

我们了解了通信栈中服务层Com模块的基本功能，对PDU、SDU等做了解析，那么今天就来讲解通信栈的PduR，并以CAN通信栈为例，讲解一下CanNM、CanSM、CanTP是如何协同工作的。

01.PduR概述

PduR全称PDU Router，顾名思义，它在AUTOSAR中负责PDU的路由，向上承接应用模块如DCM\COM等，向下承接接口层如CanIf、LinIf并分发到不同的总线硬件驱动，如下图所示：

对于PduR有多重用法，如下：

1.1 PduR多播功能

如下图所示：

单路由模式

Com层通过PduR将PDU路由到CanIf或者路由到LinIf层

多路由模式

Com层通过PduR将PDU路由到CanIf和LinIf层

1.2 PduR网关路由功能

所谓网关路由，即可以在一个接口层(If层)到另一个接口层(If层)，也可以同时传到上层，如Com、DCM等，如下图：

例如，从LinIf接收到数据到PduR，PduR经过配置可以上传到Com，同时也可以路由到CanIf进行传输，实现网关功能。

1.3 PduR和IpduM

除了上述功能，在PduR这一层级还有一个IpduM(I-PDU Multiplexer) ，用于同一个PDU ID的复用，其基本原理如下：

此外，还可以多个PDU组合成一个容器PDU，然后这个容器PDU经由PduR传输出去，这样一帧传的数据就更多了，如下：

02.CAN通信栈介绍

上面讨论了这么多内容，我们还是来看看一个具体示例：以CAN为例，一个比较完整的通信栈包括如下模块：

首先简单介绍下每个模块基本概念，后面具体讲细节

ComM：管理所有通信channel的通信模式，与CanSM、CanNM相关

CanNM：处理网络管理相关问题

CanSM：处理CAN通信栈的状态管理问题

Com：CAN报文信号的拆解组包等

CanTP：诊断PDU的分段

CanIf：对MCU内部CAN的不同驱动进行抽象

Can：实际硬件CAN驱动访问

2.1 ComM、CanSM、CanNM概述

ComM主要是通信状态、网络管理的控制，具体控制框图如下：

具体来讲，主要有以下功能 ：

管理每个通信channel的通信模式

协调来自通信请求者的总线通信请求

提供API关闭某些特定信号的发送

唤醒总线

总线错误处理

所谓通信通道，是对 物理通信controller的抽象，每个通道都有自己的通信模式，如下面所示：

简化后的状态机如下：

最开始，状态为No_COM，当被动唤醒或者接收到Full com请求时（做NM报文首发的同学是不是很熟悉）进入到Full COM，在Full COM子状态里，首先进NetReq状态，如果请求一直在，那没问题，待在里面玩吧；如果没有请求了，进Ready Sleep；这里就需要结合CanNM进入到Silent COM或者NO_COM了。

这里还是没有把ComM怎么和CanSM、CanNM联动了，举个例子，当有Full_COM请求

2.2 PDU和HOH

在AUTOSAR中，硬件被抽象成为HOH(Hardware object handles)，通常来讲一个HOH表示CAN controller里的一个消息buffer。

CanIF把不同PDU映射到不同的HOH上，如下：

如果当前HOH被占用了，在CanIf层通常也会有一个buffer用于缓存，如下：

2.3 CAN消息TX\RX模式

在CAN的基础配置中，message的处理方式有两种：

中断

在OS中配置相应的ISE

轮询

调度器周期调度Can Mainfunction

除了上述功能，还有如下功能：

TxConfirmation

RxIndication

BusError Handle

WakeUp Hanlde

03.小结

本节内容主要是对CAN通信栈、PduR做了介绍，把ComM如何与CanSM、NM、CanNM协调做了一个概述，下一节将详细介绍NM的状态机。