全面详细讲解OSEK直接网络管理，并对比Autosar网管。

搞了两年的Autosar，用到的网络管理都是Autosar网络管理，虽然偶尔有听到或看到Osek网络管理，但是一直没机会具体进行开发和测试。最近有机会具体接触和开发到，弄完之后感受就是：还是Autosar的网络管理好用，Osek Nm状态比Autosar Nm复杂一点，而且Osek Nm不好测试。

前言

以逻辑环为理解OSEK网管的切入点：

Osek网管报文的字节数据定义

1、（开始）逻辑环是怎么建立的？

步骤1：主动唤醒的节点发出Alive报文

步骤2：被动唤醒的节点发出Alive报文

步骤3：接收到Alive报文，ECU更新逻辑环中自己的后继节点

步骤4：ECU发处Alive报文前后的OSEK NM状态跳变情况

步骤5：CAN总线上发出第一帧Alive报文的ECU节点等待“TTyp”时间后，发出第一帧Ring报文，其它节点按照逻辑顺序发出Ring报文

步骤6：逻辑环建立完成

2、（结束）如果所有ECU都不需要工作了，如何结束逻辑环进入休眠？

中间小结：

3、（运行过程）逻辑环运行过程中，有一个新的ECU节点加入怎么处理？

4、（运行过程）逻辑环运行过程中，有一个ECU节点异常退出怎么处理？

某个ECU异常退出对于其它节点网管状态的影响：

某个ECU异常退出对自己内部网管状态的影响:

1、具体如何进入LimpHome状态：

2、进入LimpHome状态后的动作：

3、如何从LimpHome状态恢复

OsekNm与Autosar网管的区别：

网络休眠->网络唤醒：

网管唤醒后正常工作：

网络唤醒->网络休眠：

异常情况：

前言

据我目前所知，网络管理有Osek网络管理和Autosar网络管理。Osek网络管理具体又分为Osek直接网络管理和Osek间接网络管理。Autosar网络管理只有Autosar直接网络管理。

直接网络管理：简单来说就是通过网管报文实现网络管理

间接网络管理：简单来说就是通过应用报文实现网络管理（间接网络管理没有网管报文）

而在汽车电子领域，网络管理的目的就是为了汽车上各个ECU节点能够同起同睡（关于同起同睡，可以点这里详细理解）。

本篇文章讲的是Osek直接网络，同时对比Autosar网络管理。

另外，再科普文中需要提前理解的概念：网管报文、ECU地址

网管报文：所谓网管报文，就是一段范围ID的报文，Osek网络管理定义0x400-0x4FF的报文为网管报文。

ECU地址：若网管报文ID范围为0x400-0x4FF，则基地址为0x400，ECU地址为0x00-0xFF，如BMS节点的ECU地址为0x08。

刚开始接触OSEK网管的时候，各种网上学习，然后看到好多文章在讲什么令牌啊、逻辑环啊什么的，而状态机图还是不常见的那些状态机图，对于我这个小白来说实在是太难受了，这么抽象理解半天没搞懂。

以逻辑环为理解OSEK网管的切入点：

我们先来看一下各个ECU节点都处于唤醒状态并且处于稳定正常工作的情况：

所谓的OSEK NM的逻辑环，其实就是上面图中那个东西：每个ECU按照逻辑顺序依次发出网管报文，并且报文的Byte0的数据指向下个节点地址。

从上面的报文可以看到，当前网络上有6个ECU节点，节点地址分别是：0x01，0x02，0x04，0x06，0x08，0x10。并且已经建立了逻辑环，另外我们称这些报文为Ring报文。

接下来，我们从上面所示的逻辑环为学习OSEK NM的突破口，引出一系列问题，然后逐一解答，就很容易理解OSEK网管了。

1、（开始）这个逻辑环是怎么建立的？

2、（运行过程）逻辑环运行过程中，有一个新的ECU节点加入怎么处理？

3、（运行过程）逻辑环运行过程中，有一个ECU节点异常退出怎么处理？

4、（结束）如果所有ECU都不需要工作了，如何结束逻辑环进入休眠？

在我看来，OSEK网管机制无非就这4种情况，我觉得把这4个问题解答完，整个Osek直接网管就清晰明了了。

在此之前，我们先看下Osek网管报文的字节数据定义：

Osek网管报文的字节数据定义

Source ID：该报文的报文ID

Dest.ID（Byte0）：目的地址，即指向的下一个ECU地址

OpCode（Byte1）：

Bit0 为 Alive 报文标志位；

Bit1 为 Ring 报文标志位；

Bit2 为 LimpHome 报文标志位；

Bit3、Bit6、Bit7 预留，设置为“0”；

Bit4 代表 Sleep.Ind 即节点的睡眠指示位；

Bit5 代表 Sleep.Ack 即节点 Ring 报文的睡眠确认位；

其实这个也很好记，8个Bit，从低到高是按报文发出的时间顺序的：

列出表格如下：

DataFiled（Byte2-7）：数据内容与网络管理无关，数据内容由用户定义（比如可以填唤醒原因，用于问题分析等）

另外，OSEK 网管机制中需要用到下面的时间参数需要先贴出来。大家有个印象即可，暂时不需要理解。下面讲解时用到的时候就明白了。

1、（开始）逻辑环是怎么建立的？

建立逻辑环，又涉及到整个ECU网络的同起同睡、主动唤醒和被动唤醒了，如果对这些概念不理解的朋友可以点击这里看一下（同起同睡、主动唤醒和被动唤醒）。

步骤1：主动唤醒的节点发出Alive报文

好了，现在整个CAN网络的所有ECU都处于休眠状态。假设ECU_A（节点地址为0x408）有主动工作请求并且主动唤醒了，然后ECU_A会向CAN总线发出一帧网管报文，由于此时逻辑环还未建立，因此发出的这帧网管报文我们称之为Alive报文。

如下面这张图所示

Byte1：0x01。指示该报文为Alive报文。

Byte0：0x08。由于该报文为Alive报文，因此该报文是指向自己的（0x408）。

步骤2：被动唤醒的节点发出Alive报文

当主动唤醒的ECU节点发出首帧CAN总线上的Alive网管报文后，CAN总线上其它ECU节点收到网管报文后被动唤醒，并且也发出一帧Alive报文，如下图所示

步骤3：接收到Alive报文，ECU更新逻辑环中自己的后继节点

CAN总线上的节点在发出一帧Alive报文的同时还会接收来自总线其它节点的Alive报文。并且根据接收到的网管报文的报文ID，更新自己的后继节点。具体逻辑如下图所示：

其中：

R：Receiver为接收到网管报文的ECU（可以理解为自己）

S：Source为发送网管报文的ECU（可以理解为发网管报文过来的ECU）

L：Log.successor为接收到网管报文的ECU的当前后继ECU（可以理解为当前自己的后继ECU）

更新自己后继节点的算法流程图如下：

当L = S的时候，就说明自己的后继节点（即L）需要更新为发送该网管报文的ECU节点（即S）。

用第一行举个例子：

假设，Source-ECU发出的报文ID为0x400，Log.successor-ECU地址为0x01，Receiver-ECU的地址为0x0F。

当Source-ECU没有发出网管报文的时候，Receiver-ECU为逻辑环中地址最大的ECU节点，因此它的后继节点为地址最低的节点：0x01。现在Source-ECU发出了网管报文0x400，因此Receiver-ECU的后继节点就不是0x01，而是0x00了。如下图所示：

图中其它行也是一样的理解。

好了。每个ECU节点按照这种后继节点的更新机制，当CAN总线上所有的ECU都发出一帧Alive报文后，同时每个ECU也都找到了自己的后继节点。

步骤4：ECU发处Alive报文前后的OSEK NM状态跳变情况

步骤5：CAN总线上发出第一帧Alive报文的ECU节点等待“TTyp”时间后，发出第一帧Ring报文，其它节点按照逻辑顺序发出Ring报文

我们先来看一下"TTyp"定时器。

定义：

即：两帧Ring报文的时间间隔。

再看看“Ttyp”定时器何时开启何时关闭及定时器到时动作，如下图所示：

从这个表格可以看出，TTyp定时器的使用，其实就是实现了使得各个节点按照逻辑顺序依次发出Ring报文的功能，如一开始的那张图，可以知道TTyp定时器就是100ms。

而CAN总线发出的第一帧Ring报文从何而来？

其实这就跟上述 “TTyp”定时器开启的情况①有关：每个ECU发出Alive报文后都会开启自己的TTyp定时器。

由于大家的TTyp定时器的时间都是一样的，因此当然是发出首帧Alive报文的ECU的Ttyp定时器先计时完，然后发出第一帧Ring报文。如下图所示：

Byte1：0x02，指示该报文为Ring报文。

Byte0：0x10，指示该报文指向的下个地址为0x10的ECU，如下图所示。

步骤6：逻辑环建立完成

各个ECU按照 “TTyp”定时器开启条件和关闭条件，当计时完成就发出自己的Ring报文。

至此！整个逻辑环就建完了。各个ECU按部就班发出Ring报文就好了，正如本篇文章开头的图片所示：

到这为止，大家应该对开头的这张图就有了更深的理解。

在建立逻辑环的过程中，涉及到两个重要的网管状态：NMRESET、NMNORMAL。

这两个状态实际上做了许多事情，如下图所示，大家可以仔细看看。

2、（结束）如果所有ECU都不需要工作了，如何结束逻辑环进入休眠？

再看回Osek网管报文的帧结构：

其中

Bit4，SleepInd位：即睡眠指示位，这个位的置位与其它ECU无关。当ECU自己没有主动工作请求后，在发出的网管报文中就把SleepInd置位。当ECU有主动工作请求时，在发出的网管报文中就把SleepInd置位。（睡眠指示位无论是在Alive、Ring、LimpHome报文都能置位）

Bit5，SleepAck位：即睡眠应答位，这个位的置位与其它ECU有关。逻辑环中每个ECU在发出Ring报文前，都会首先检查一遍逻辑环中其它ECU的SleepInd位是否都已置位，并且自己无主动请求，则将发出的Ring报文的SleepAck位置位，其它ECU检测到网管报文的SleepAck位置位后，则进入NMWaitBusSleep状态。（睡眠应答位只在Ring置位）

因此，当逻辑环中ECU都不需要工作后，会发出SleepInd位置位的报文，当最后一个不需要工作的ECU将SleepAck位置位后发出Ring报文，然后大家就都停放网管报文和应用报文，大家都进入NMTwbsNormal状态了。并等待TWaitBusSleep后进入NMBusSleep状态，大家都休眠了。

流程如下图所示：

另外，当处于NMTwbsNormal状态若检测到唤醒源主动唤醒或被动唤醒（被动唤醒即SleepInd不置位的网管报文），则重新进入NMReset状态，重新开始建环流程。

中间小结：

到这里为止，就是处于正常情况下（所有ECU的Rx和Tx都正常）的OSEK网管从唤醒，到建环，再到完成建环，到最后整个网络休眠的整个流程。

但是由于OSEK网管的逻辑环机制，导致当某些ECU出现异常情况的时候，出现异常的ECU和其它ECU必须有相对应的措施。

而Autosar网管则远远没这么复杂，它只需要检测总线是否有网管报文，有网管报文就保持唤醒，没网管报文则进入休眠，不需要检测网管报文的数据内容，当某个ECU出现异常的时候，其它ECU是不需要对应做任何操作的。

好了，讲完OSEK网管正常工况，下面开始讲OSEK网管异常工况。

3、（运行过程）逻辑环运行过程中，有一个新的ECU节点加入怎么处理？

当CAN总线上各个节点唤醒并且处于逻辑环正常工作的时候，在一遍逻辑环的循环中的每个ECU肯定能被指向一次。

如果这时候有个ECU打开自己的CAN通道接入CAN总线中，CAN总线肯定没有一个ECU发的网管报文是指向它的。这怎么办呢？

因此，这新加入的ECU需要具备检测自己是否被逻辑环跳过的机制，当发现自己被跳过后，需要立即发送Alive报文，以加入逻辑环中。

官方解释及检测是否被跳过的算法流程图如下图所示：

其中：

R：Receiver为接收到网管报文的ECU（可以理解为自己）

S：Source为发送网管报文的ECU（可以理解为发网管报文过来的ECU）

D：Destination为所发送的网管报文的指向地址（可以理解为发网管报文过来的ECU的网管报文的指向地址）

以第3行举例如下：

假设：Source为0x08，Destination为0x00, Receiver为0x0F。

即，Source节点发送的网管报文的指向地址为0x00，但是由于，Receiver节点的地址是0x0F，因此，Source节点应该发送网管报文的指向地址为0x0F。

可以发现，Receive节点被跳过了。

其它情况也是同样的分析方式。

4、（运行过程）逻辑环运行过程中，有一个ECU节点异常退出怎么处理？

某个ECU异常退出对于其它节点网管状态的影响：

逻辑环正常工作的时候，某个节点异常退出，对其它节点而言的现象，就是突然少了这个节点的Ring报文。

因此，我们先看下逻辑环正常工作的时候，一帧Ring报文对其它节点有什么作用。

影响①：对Ring报文指向的ECU节点的作用。

即，Ring报文指向的ECU需要开启TTyp计时器，等待计时器到时后就发出它的Ring报文。

影响②：对Ring报文不指向的ECU节点的作用。

即，当ECU接收到不指向自己的Ring报文的时候，会关闭TTyp定时器，因为Ring报文不指向它，所以下一个发Ring报文的ECU不是它，当然就不需要开启TTyp定时器了。

可见，当某个ECU突然退出逻辑环，当出现指向这个ECU的Ring报文时，其它所有ECU的TTyp定时器都会关闭，但由于最后一帧Ring报文指向的这个ECU退出了逻辑环，因此它不会再发出Ring报文了。逻辑环到它这就卡住了。

因此，若Ring报文只控制CAN总线网络上ECU节点的TTyp计时器，则还无法监测到某个ECU退出逻辑环的情况。

于是，另外一个叫做“TMax”计时器就排上用场了。

“TMax”定义如下：

即：两帧Ring报文之间最大的时间间隔。

我们再来看下“ TMax”定时器开启、关闭及计时器到时动作，如下图所示：

由上图可见，接收到不指向自己的Ring报文后会开启“TMax”定时器。并且当定时器到时后，NM状态会进入RESET状态。

因此，当某个ECU突然退出逻辑环后，其它所有ECU的TTyp定时器都会关闭，但同时会开启“TMax”定时器，当定时器时间一到，CAN总线网络上每个正常节点都进入RESET状态，重新发送Alive报文，然后重复开始建环的动作。

某个ECU异常退出对自己内部网管状态的影响:

首先要知道，正常情况下，参与CAN网络的节点是不可能无故退出网络的。某个ECU退出CAN网络只有两种情况：

①该ECU的接收出问题了，导致无法接收网管报文。

②该ECU的发送出问题了，导致无法发送网管报文。

那么，怎么样才算接收出问题，怎么样才算发送出问题呢？

于是官方定义两个参数：

这两个参数的值由车企定义。一般来说，rx_limit = 4。tx_limit = 8。

阈值rx_limit和tx_limit对应两个计数器：

当NMrxcount大于等于rx_limit或tx_limit大于等于NMtxcount，则认为ECU通信出现错误，NM状态进入NMLimpHome状态（即跛足状态）

如下图所示：

NMrxcount和NMtxcount计数器累加或清0的条件：

如下图所示：

即：

进入NMRest状态：

①NMrxcounter加1

②NMtxcounter加1

进入NMRest状态：

①成功接收网管报文时，清空NMrxcounter

②成功发送网管报文时，清空NMtxcounter

③有发送网管报文的请求时，NMtxcounter加1

好了，当有了一些LimpHome的基本概念后。我们看下当ECU的通信出错后，具体是如何进入LimpHome状态的：

1、具体如何进入LimpHome状态：

a、当有主动请求（Active）或CAN总线上存在节点SleepInd不为1时，TX失败：

情况A：当处于NMNORMAL状态出现TX失败

①当出现CAN总线上的Ring报文指向我们后，我们开启“TTyp”定时器，定时时间完成后，我们会请求发出网管报文但发送失败（NMtxcounter+1），并开启“TMax”定时器，由于我们没发出网管报文，导致其它ECU的“TMax”计时完成，我们的“TMax”计时也完成同时网管状态进入NMRESET状态。

②我们进入REST状态后请求发出Alive报文但发送不成功（NMtxcounter+1），并再次进入NMNORMAL状态。

③由于我们Alive报文发送不成功，CAN总线的逻辑环不会包含我们节点，因此，逻辑环会跳过我们，我们由于检测到被跳过，因此会请求发送Alive报文，但仍然发送失败（NMtxcounter+1）。

④不断循环步骤3，直到NMtxcounter等于txlimit。我们的NM状态进入LimpHome状态

情况B：当处于NMRESET状态出现TX失败

情况A中的除去①，剩下的②③④即是处于NMRESET状态出现TX失败的流程。

b、当有主动请求（Active）时，RX失败：

由于我们有主动请求，因此不会进入休眠。

又由于无法接收报文，我们无法收到指向我们的Ring报文，“TMax”计时完成后，我们会进入RESET状态（NMrxcount+1），并发送Alive报文，然后进入NMNORMAL。

不断循环上述情况，直到NMrxcount等于rxlimit。我们的NM状态进入LimpHome状态

c、当无主动请求（Passive）且CAN总线上所有节点SleepInd为1，TX失败：

当我们无主动请求，且所有节点SleepInd为1时，逻辑环一定会出现某个节点SleepAck为1。由于txlimit为8，理论上来说，当这个NMtxcounter计数器还没到txlimit，我们节点就能接收到SleepAck为1的报文，则直接进入WaitBusSleep模式了。

d、当无主动请求（Passive）时，RX失败：

①由于无法接收到Ring报文，“TMax”计时完成后，我们会进入RESET状态（NMrxcount+1）

②在RESET状态发送Alive报文后，开启“TTyp”定时器，并进入NMNORMAL状态，“TTyp”定时器完成后，由于未收到其它节点的报文，因此我们认为总线上所有节点的SleepInd已置位，然后我们发送SleepAck报文，并进入WaitBusSleep模式。

2、进入LimpHome状态后的动作：

当ECU处于LimpHome状态，ECU将不再申请加入逻辑环，即不再发送Alive报文和Ring报文。而是发送LimpHome报文。

LimpHome状态如下图：

LimpHome报文的发送情况：

情况1、当有主动请求（Active）或接收到CAN总线上存在节点SleepInd不为1时：

LimpHome状态处于“NMLimpHome Active”子状态，并按照TError周期发送LimpHome报文

情况2、当无主动请求且接收到CAN总线上所有节点SleepInd都为1时:

发送SleepInd置1的LimpHome报文，LimpHome状态从“NMLimpHomeActive”子状态跳至““NMLimpHomeActivePreSleep”子状态。发送完该报文同时开启“TMax”计时器，等待计时结束后网管状态进入NMTwbsLimpHome，等待TwaitBusSlee时间后进入BusSleep状态

情况3、当接收到SleepAck置1的网管报文

则直接进入NMTwbsLimpHome状态，等待TwaitBusSlee时间后进入BusSleep状态。

另外，当在NMTwbsLimpHome状态再次有主动请求或接收到CAN总线上存在节点SleepInd不为1时，则根据上述的情况1、2、3执行对应操作。