AUTOSAR通信篇—CanTp和CanIf模块 UDS-CAN

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CanTp CAN接口模块（下文简“CanIf”）位于底层CAN驱动（CanDrv）、CAN收发器（CanTrcv）和上层通信服务层（CanSm、CanNm）、CAN传输协议（CanTp）、PDU路由器（PduR）之间。它表示上层通信层的CAN驱动程序服务接口。
CanTp是PduR和CANIf模块之间的模块，如图1所示。CANTp模块的主要作用是对CAN I-PDU进行分段和重新组装，使得I-PDU的长度不大于8个字节，对CAN FD而言，CAN I-PDU不大于64个字节。
PduR模块将AUTOSAR COM和 DCM的I-PDU部署到不同的通信协议上。通过I-PDU标识符路由到不同的网络系统类型（例如CAN、LIN和FlexRay）。PduR还决定是否必须使用传输协议。最后，在没有速率转换的情况下，实现网关功能。
CanIf提供了平等的机制来访问CAN总线通道，不管控制器芯片存在于内部还是外部。从CAN控制器的位置，提取ECU的硬件布局和CAN驱动器的数量。因为CanTp只处理传输协议帧(即SF、FF、CF和FC PDU)，根据N-PDU ID, CANIf必须将I-PDU转发给CanTp或PduR，图1中也展示得也很清晰。根据AUTOSAR BSW架构，CanTp提供以下服务：

数据在传输方向的分割;
按接收方向重新组装数据;
控制数据流;
检测错误分割会议。
传输取消
接受取消

【AUTOSAR通信篇—CanTp和CanIf模块】AUTOSAR决定将BSW模块规范建立在现有标准的基础上，所以，AUTOSAR CAN传输层规范是基于汽车领域最常用的国际标准ISO15765。ISO 15765描述了两个适用的CAN传输层规范：OEM增强型诊断：采用ISO 15765-2；OBD诊断：采用ISO15765-4。
虽然CAN传输协议主要用于车辆诊断系统，但它也被开发用于处理来自其他基于CAN的需要传输层协议系统的需求。
CanTp模块提供用于分割、流控传输和消息重新组装的服务。它的主要目的是发送和接收可能适合也可能不适合一个CAN帧的消息。不适合一个CAN帧的消息被分割成多个部分，这样每个部分都可以在一个CAN帧中传输。
连接和相互关系在AUTOSAR架构中，传输协议将用于传输诊断(例如OBD和UDS协议)和AUTOSAR COMI-PDU。因此，CanTp模块能够同时处理多个连接，即多个分段并行会话。同时连接的最大数量通过静态配置实现。这种配置对生成的代码的复杂性和资源消耗（CPU、ROM和RAM）有重要的影响，因为资源必须为并发访问保留，例如Rx和Tx状态机，用于处理N-PCI数据的变量等。
为了可以同时接收或发送I-PDU，每个N-SDU标识符将通过配置好的CanTp”连接通道“进行内部路由。由于“连接通道”不能从外部访问，所有传输N-SDU所需的信息都将链接到的N-SDU标识符，比如“连接通道”号、超时、寻址格式等。根据元数据配置，N-SDU可以作为定义N_AI的特定连接，也可以作为通用连接，其中N_TA、N_SA和N_AE在运行时不同，而N_TAtype、MType和寻址格式是静态定义的。AUTOSAR通信栈支持周期模式和事件触发模式。因此，每个通信层都可以通过不同的机制接收来自下层的信息，并将信息传播到上层。
对于CANTp层，只支持事件触发模式。
为了优化通信栈，AUTOSAR限制了CANTp的缓冲能力。因此，CanTp将N-SDU有效载荷直接从上层(DCM、COM或PDUR在1:1 TP路由的情况下)复制到CAN驱动程序，反之亦然。为了保证数据的一致性，上层会遵循以下规则:

在传输时，从发送请求到收到发送确认，N-SDU数据的有效载荷将保持不变；
在接收时，从接收开始到接收指示被接收，N-SDU数据访问将被锁定。

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在运行时，CAN传输模块必须具有管理传输连接所需的所有信息。因此，应该静态配置以下属性:

CAN N-SDU的数目
每个CAN N-SDU的唯一标识符
每个CAN的通信方向N-SDU (Tx或Rx)
每个连接的寻址格式(普通、扩展、混合11位、普通固定或混合29位)，根据寻址格式，另外:对于使用带有元数据的N-SDU的通用连接，可以省略静态寻址信息。
- Normal：none
- Extended：N_TA
- Mixed 11 bit：N_AE
- Normal fixed：N_TA, N_SA
- Mixed 29 bit：N_TA, N_SA, N_AE
每个连接的寻址格式（普通、扩展或混合），如果是扩展寻址格式，则为N_TA值，如果是混合寻址格式，则为N_AE值。

关联的CAN L-SDU标识符，每个CAN N-SDU标识符，如果需要(多帧分割会话)，CAN L-SDU标识符用于传输CAN FC N-PDU经典CAN帧和CAN FD帧
帧类型
CanTp提供四种帧类型对网络层数据进行解析。分别是单帧（Signle Frame），首帧（Frist Frame），连续帧（Consecutive Frame），流控帧（Flow Control）。
为上层提供的服务
CAN传输层使用PDUR的回调函数来复制传输数据，确认传输，发起接收，复制接收到的数据，指示接收到的消息，关键函数如下：
PduR_CanTpRxIndication()
PduR_CanTpStartOfReception ()
PduR_CanTpCopyRxData ()
PduR_CanTpCopyTxData ()
PduR_CanTpTxConfirmation()
CanTp模块的服务接口主要分为两大类：
初始化和关机
通信服务
CANTp模块有两个内部状态：CANTP_OFF和CANTP_ON。
如图6中，下电后CANTp为CANTP_OFF状态，在该状态下，允许更新CANTp的配置。CANTp通过CanTp_Init()成功初始化后，状态切换到CANTP_ON。只有在CANTP_ON的状态下，可以对CAN I-PDU进行分段和重新组装。CanTp_Init()将对模块的所有全局变量进行初始化，并将所有传输协议连接设置为CANTP_ON的子状态，在这个子状态（状态为CANTP_RX_WAIT和CANTP_TX_WAIT）中，分段传输和分段接收都处于进行中。
如果启用了CanTp模块的开发故障检测，则在调用CanTp_Init函数之前，当PDUR或CAN接口层尝试使用任何函数(CanTp_GetVersionInfo除外)时，CanTp模块将引发一个错误(CANTP_E_UNINIT)。如果全局状态是CANTP_ON，CanTp模块会被调用，CanTp_Init会返回默认状态(状态= CANTP_ON，但是传输和接收正在进行中)。如果在CanTp模块处于全局状态CANTP_ON时调用CanTp_Init，则CanTp模块将释放所有当前连接。函数CanTp_Shutdown将正常停止CanTp模块。

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为上层提供的服务
CAN传输层使用PDUR的回调函数来复制传输数据，确认传输，发起接收，复制接收到的数据，指示接收到的消息，关键函数如下：
PduR_CanTpRxIndication()
PduR_CanTpStartOfReception ()
PduR_CanTpCopyRxData ()
PduR_CanTpCopyTxData ()
PduR_CanTpTxConfirmation()
CanTp模块的服务接口主要分为两大类：
初始化和关机
通信服务
CANTp模块有两个内部状态：CANTP_OFF和CANTP_ON。
如图6中，下电后CANTp为CANTP_OFF状态，在该状态下，允许更新CANTp的配置。CANTp通过CanTp_Init()成功初始化后，状态切换到CANTP_ON。只有在CANTP_ON的状态下，可以对CAN I-PDU进行分段和重新组装。CanTp_Init()将对模块的所有全局变量进行初始化，并将所有传输协议连接设置为CANTP_ON的子状态，在这个子状态（状态为CANTP_RX_WAIT和CANTP_TX_WAIT）中，分段传输和分段接收都处于进行中。
如果启用了CanTp模块的开发故障检测，则在调用CanTp_Init函数之前，当PDUR或CAN接口层尝试使用任何函数(CanTp_GetVersionInfo除外)时，CanTp模块将引发一个错误(CANTP_E_UNINIT)。如果全局状态是CANTP_ON，CanTp模块会被调用，CanTp_Init会返回默认状态(状态= CANTP_ON，但是传输和接收正在进行中)。如果在CanTp模块处于全局状态CANTP_ON时调用CanTp_Init，则CanTp模块将释放所有当前连接。函数CanTp_Shutdown将正常停止CanTp模块。
传输操作cantp_transmission()将允许上层使用CAN传输协议(分段、扩展地址格式等)请求数据传输。函数cantp_transmission()是异步的。接收到发送请求后，如果N-SDU传输完成(成功或失败)，CanTp模块会通知到上层。
当然，CANTp允许上层取消正在进行的传输。比如，由于要接收其他更高优先级的诊断协议，CANTp可以取消诊断传输。这一特性通过静态配置参数CanTpTc来激活。发送取消通过调用cantp_canceltransmission()函数来触发。在调用服务cantp_canceltransmission()之后，该连接上的传输将被中止。需要注意的是，PduR_CanTpTxConfirmation()函数在E_NOT_OK值时，传输将被取消。
为下层提供的服务 CAN传输层使用CAN接口的以下服务来传输CAN N-PDUs:
CanIf_Transmit ()
根据通信栈的AUTOSAR规范，CAN传输层向CAN接口提供以下两个回调函数:CanTp_TxConfirmation()和CanTp_RxIndication()。
发送确认
CanIf模块调用传输确认函数，通知CAN传输层CanTp请求的CAN帧传输是否成功执行。L-PDU标识符与调用相关联，以便识别相应的传输。当超过最大时间(等于N_As)没有收到发送确认时，CanTp模块将中止相应的会话。在收到TxConfirmation之前，N-PDU对于其他并发会话仍然不可用，不管成功与否。对于确认调用，CanTp模块应提供函数CanTp_TxConfirmation()。当使用结果E_NOT_OK调用CanTp_TxConfirmation()时，CanTp将中止corrensponding会话。
接收指示
CanIf模块调用接收指示函数，通知CanTp模块接收到新的CAN N-PDU帧(即传输协议帧)。接收指示可以根据CanIf配置在中断服务（ISR）中执行。对于接收指示，CanTp模块应提供cantp_rxspecification()。
CAN传输层的内部操作，为了实现”在单个CAN帧或多个CAN帧中传输消息“的目标，提供了基本的机制来执行。CAN传输层的整个行为将被事件触发，这样CanTp就可以直接处理来自PDUR N-SDU的传输。当接收到SF或FF N-PDU时，CanTp模块使用PduR_CanTpStartOfReception函数通知上层PDUR接收。上层将预留并锁定一个缓冲区来接收N-SDU。CanTp使用PduR_CanTpStartOfReception()的参数TpSduInfoPtr向PduR提供FF/SF的内容。接收到的数据链路层数据长度(RX_DL)由CAN帧PDU(CAN_DL)的第一个有效载荷长度派生而来，具体:

对于小于或等于8字节的CAN_DL值，RX_DL值应该是8。
对于大于8字节的CAN_DL值，RX_DL值等于CAN_DL值。

总结：CanTp是AUTOSAR通信栈中负责网络解析的模块。从上到下，CANTp负责对CAN I-PDU进行分段和重新组装；从下到上，负责接收CanIf层传输的N-PDU数据解析成I-PDU数据，并传递给PDUR模块。CanTp只处理传输协议帧，即单帧，首帧，连续帧，流控帧。同时，CANTp层，只支持事件触发模式。
CanIf CanIf提供了独特的接口来管理不同CAN硬件，如CAN控制器和CAN收发器。同时，基于物理CAN通道相关的CAN状态管理器模块（CanSm）可以控制多个底层内部和外部的CAN控制器或CAN收发器。CanIf由与CAN硬件无关的任务组成，属于ECU CAN通信驱动程序。CanIf满足PduR和AUTOSAR COM栈上层通信模块的控制流和数据流要求：发送请求处理、发送确认、接收指示、错误通知和CAN控制器的启动/停止，从而唤醒或参与网络。它的数据处理和通知API基于CAN L-SDU，用于控制和模式处理的API提供了CAN控制器相关的视图。
在发送请求时，CanIf用相应的参数完成L-PDU的传输，并通过对应CanDrv将CAN L-PDU转发给CAN控制器。在接收端，CanIf将接收到的I-PDU作为I-SDU分发到上层模块。接收L-SDU和上层之间的分配是静态配置的。在传输确认时，CanIf负责向上层发送传输成功的信息。CanIf提供对CAN驱动程序的通信抽象访问和CAN收发驱动程序服务，用于对CAN网络的控制和监视。CAN接口将CAN状态管理器的状态向下转发到底层CAN驱动程序，向上CAN接口模块将CAN驱动程序或CAN收发器驱动程序传递到相应的NM模块。
上层
AUTOSAR BSW分层架构中，CanIf的上层可以是PduR，可以是CanNm，可以CanTp，可以CanSm，EcuM或复杂的驱动模块CDD，普遍标定协议模块XCP，全局时间同步模块CanTSyn，J1939传输层模块J1939Tp和J1939网络管理模块J1939Nm。CanIf使用的API由通知服务组成，它们将CAN相关数据传输到目标上层。这些服务的调用参数指向CanDrv中的缓冲信息，或者直接指向CAN硬件。另外，CanIf支持对总线镜像模块的调出，来报告接收和传输帧的内容。EcuM会初始化CanIf。
下层
CanIf的下层模块主要是CAN驱动程序CanDrv。由于CanIf在AUTOSAR BSW架构中的地位，它与CanDrv有着密切的关系。CanDrv只提供对CAN控制器的硬件抽象访问，但是CanDrv会检测和处理CAN控制器的事件，并将这些事件通知到CanIf。CanIf将CanSm的操作模式请求传递给相应的底层CAN控制器。

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CanDrv提供了标准化的L-PDU，以确保CanIf的硬件独立性。指向这个规范化的L-PDU的指针要么指向一个临时缓冲区，要么指向依赖于CAN硬件的CanDrv。CanDrv调用的回调服务是在CanIf中声明和实现的。由CanIf调用的回调服务被声明并放置在对应的上层通信服务层中，如PduR、CanNm、CanTp。配置的CAN控制器的数量不一定是使用的CAN收发器的数量。如果多个不同类型的CAN控制器在同一个CAN网络上运行，一个CAN收发器是足够的，但是根据CAN控制器设备的类型，需要一个或两个不同的CanDrv。第二个可用的底层CAN设备驱动程序是CAN收发器CanTrcv。每个CanTrcv对CAN收发器进行操作模式的控制。CanIf只是将几个底层CanTrcv的API映射到一个惟一的API，因此，CanSm能够触发相应CAN收发模式的转换。CanIf中不执行属于CanTrcv所控制的功能。CanIf将所有底层CanTrcv的下列服务映射到一个惟一的接口：