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CAN OSEK NM 简介

CAN 网络管理（Network Management，NM）比以太网网络管理简单得多，它要解决的核心问题只有一个：让总线上的各个 CAN 节点同醒同睡——需要通信时一起唤醒，无人通信时一起进入睡眠。

CAN NM 有很多变种，常用的有 AUTOSAR CanNm 和 OSEK NM，此外还有各大厂商的自定义机制，但目标一致。

OSEK NM 自身又分为两种机制：

直接网络管理：使用专用 NM CAN 报文传递网络状态，节点间组成逻辑环（logical ring），按顺序传递令牌；
间接网络管理：没有专用 NM 报文，借用应用报文间接同步网络状态。

按这个划分，AUTOSAR CanNm 也属于直接网络管理。间接网络管理在实际项目中用得较少，且各车企借用的应用报文各不相同、难以标准化，因此本文只介绍 OSEK 直接网络管理。规范细节可参考 OSEK/VDX NM 253 文档，本文重点介绍本实现如何配置与使用。

第一，如何配置

一个 CAN 通道的配置示例见 OsekNm.json：

{
  "class": "OsekNm",
  "networks": [
    {
      "name": "OSEKNM0",
      "tTx": 20,
      "tTyp": 1000,
      "tMax": 1500,
      "tError": 1000,
      "tWbs": 5000,
      "NodeMask": "0xFF",
      "NodeId": 0,
      "rx_limit": 4,
      "tx_limit": 8
    }
  ]
}

各参数含义（结构体定义见 OsekNm_Priv.h）：

参数	含义
`name`	网络名，用于生成对应的 txPduId（如 `CANIF_OSEKNM0_TX`）
`NodeId`	本节点在逻辑环上的编号，同时决定 NM 报文 CAN ID：`0x400 + NodeId`
`tTyp`	正常情况下相邻两帧 ring 报文之间的典型周期（ms）
`tMax`	相邻两帧 ring 报文之间允许的最大间隔（ms），超时认为 ring 中断
`tError`	进入 LimpHome 后，两帧 NMLimpHome 报文之间的间隔（ms）
`tWbs`	收到睡眠指示后，等待进入 NMBusSleep（总线睡眠）状态的时间（ms）
`tTx`	NM 报文发送请求被底层拒绝后，重发请求的延迟（ms）
`tx_limit`	连续发送失败/异常计数超过该值后进入 LimpHome
`rx_limit`	连续接收异常计数超过该值后进入 LimpHome
`NodeMask`	从 CAN ID 中提取 NodeId 用的掩码（收到报文时 `CanId & NodeMask` 得到源节点号）

时间参数都以毫秒填写，生成器按 OSEKNM_MAIN_FUNCTION_PERIOD（默认 10 ms，可在 JSON 顶层用 MainFunctionPeriod 覆盖）换算成 OsekNm_MainFunction 的调用周期数。

NM 报文为 8 字节，结构（见 OsekNm.h 的 OsekNm_PduType）：源节点 ID、目的节点 ID、OpCode（Ring/Aloof/Sleep 指示等）加 6 字节 RingData。

第二，如何集成使用

本 OSEK NM 实现基于 AUTOSAR 分层架构，与 CanIf 的集成胶水代码由生成器 OsekNm.py 自动生成到 GEN/OsekNm_Cfg.c，包括：

默认的 OsekNm_D_Offline / OsekNm_D_Online（内部回调 Nm 的 Nm_PrepareBusSleepMode / Nm_NetworkMode）；
不使用 CanIf（USE_CANIF 未定义）时的 CanIf_RxIndication / CanIf_TxConfirmation / CanIf_Transmit 桩，接收侧按 (CanId & 0xFFFFFF00) == 0x400 过滤 NM 报文，发送 ID 为 0x400 + NodeId。

集成方需要自己实现的只有总线动作回调 OsekNm_D_Init（生成器给了空实现，按需覆写）：

void OsekNm_D_Init(NetworkHandleType NetId, OsekNm_RoutineRefType Routine);

Routine 取值告知需要执行的总线动作：

Routine	动作
`OSEKNM_ROUTINE_BUS_INIT`	初始化总线
`OSEKNM_ROUTINE_BUS_SHUTDOWN`	关闭总线
`OSEKNM_ROUTINE_BUS_RESTART`	重启总线
`OSEKNM_ROUTINE_BUS_SLEEP`	总线进入睡眠（允许唤醒）
`OSEKNM_ROUTINE_BUS_AWAKE`	总线唤醒

使用 CanIf 时（仿真平台的典型做法），在 PDU 路由表中为 NM 通道配置好 RxPdu，并在接收/发送确认路径上调用：

/* CanIf 收到报文后按 ID 路由给 OsekNm */
OsekNm_RxIndication(NetId, PduInfoPtr);

/* 发送完成确认 */
OsekNm_TxConfirmation(NetId, E_OK);

初始化并启动网络管理：

OsekNm_Init(&OsekNm_Config);
OsekNm_Talk(0);     /* 以参与 ring 的方式入网（Silent 为只听不发） */
OsekNm_Start(0);

状态机必须由周期性任务驱动（周期与 OSEKNM_MAIN_FUNCTION_PERIOD 一致）：

void MainFunction_10ms(void) {
  OsekNm_MainFunction();
}

状态控制 API

请求网络模式（睡眠/唤醒）：

OsekNm_GotoMode(0, OSEKNM_BUS_SLEEP);  /* 请求同睡 */
OsekNm_GotoMode(0, OSEKNM_AWAKE);      /* 请求唤醒 */

参与方式：

OsekNm_Talk(0);    /* 正常参与逻辑环，收发 NM 报文 */
OsekNm_Silent(0);  /* 静默：在线监听但不发送 NM 报文 */

网络请求/释放（与上层 ComM/Nm 对接）：

OsekNm_NetworkRequest(0);  /* 本地需要通信，请求网络保持唤醒 */
OsekNm_NetworkRelease(0);  /* 本地不再需要通信，允许网络睡眠 */

其他：

OsekNm_Stop(0);            /* 停止网络管理 */

Nm_ModeType mode;
OsekNm_GetState(0, &mode); /* NM_MODE_BUS_SLEEP / NM_MODE_PREPARE_BUS_SLEEP /
                              NM_MODE_SYNCHRONIZE / NM_MODE_NETWORK */

错误处理

总线 bus-off 与本地唤醒事件需上报给 OsekNm：

/* CAN 控制器 bus-off 恢复后通知 NM（触发 BUS_RESTART，计数超限则进 LimpHome） */
OsekNm_BusErrorIndication(NetId);

/* 总线唤醒中断触发时通知 NM */
OsekNm_WakeupIndication(NetId);

状态机

内部状态（定义见 OsekNm_Priv.h）：

状态	含义
`OSEKNM_STATE_OFF`	关闭，网络管理未启动
`OSEKNM_STATE_ON`	已启动后的内部过渡态
`OSEKNM_STATE_NORMAL`	Normal Operation，正常参与逻辑环
`OSEKNM_STATE_NORMAL_PREPARE_SLEEP`	正常模式下收到睡眠指示，准备睡眠
`OSEKNM_STATE_WAIT_BUS_SLEEP_NORMAL`	正常模式下等待总线睡眠计时（tWbs）
`OSEKNM_STATE_BUS_SLEEP`	总线睡眠，停止 NM 报文、等待唤醒
`OSEKNM_STATE_LIMPHOME`	网络故障（超时/计数超限），周期性发送 NMLimpHome 报文
`OSEKNM_STATE_LIMPHOME_PREPARE_SLEEP`	LimpHome 下准备睡眠
`OSEKNM_STATE_WAIT_BUS_SLEEP_LIMPHOME`	LimpHome 下等待总线睡眠计时

主机仿真实验

在 Windows 主机上可以用 v2 虚拟 CAN 总线（见虚拟 CAN 环境）同时跑多个 NM 节点，无需任何硬件。每个主机进程是环上的一个节点，节点号通过环境变量 OSEKNM_NODE_ID 在进程启动时注入（生成的 OsekNm_Cfg.c 中带 constructor 自动读取，并调用 CanIf_SetDynamicTxId 把发送 ID 设为 0x400 + NodeId）：

# sim 页：v2 组播总线无需启动中心服务器；可选开一个抓包监视器
D:\repository\as>build\nt\GCC\CanDump\CanDump.exe -d simulator_v2

# 分别开 3 个终端，模拟节点 1、2、3 入网
D:\repository\as>set OSEKNM_NODE_ID=1
D:\repository\as>build\nt\GCC\CanApp\CanApp.exe

D:\repository\as>set OSEKNM_NODE_ID=2
D:\repository\as>build\nt\GCC\CanApp\CanApp.exe

D:\repository\as>set OSEKNM_NODE_ID=3
D:\repository\as>build\nt\GCC\CanApp\CanApp.exe

三个节点启动后，CanDump 中可以看到 ID 为 0x401 / 0x402 / 0x403 的 NM 报文按 tTyp 周期依次轮转——这就是逻辑环在传递令牌；任一节点调用 OsekNm_NetworkRequest 网络保持唤醒，所有节点都调用 OsekNm_NetworkRelease 并经 tWbs 后，全网一起进入 BusSleep，总线上不再有 NM 报文；任一节点唤醒，全网再次被唤醒。

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