AUTOSAR通信篇 - PDU和收发数据

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文章目录

一、概述
二、OSI模型与AUTOSAR层级关系
三、I-PDU、N-PDU、L-PDU及其关系
- 3.1. L-PDU
- 3.2. N-PDU
- 3.3. I-PDU
四、数据流
- 4.1. 普通数据流
- 4.2. 诊断数据流
- 4.3. 动态PDU数据流
- 4.4. 安全通信数据流
- 4.5. XCP数据流

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一、概述

在学习Autosar通信栈时，我们会遇到多种PDU相关的缩写，如L-PDU、N-PDU、I-PDU和SDU等。理解这些缩写及其相互关系对于掌握通信部分至关重要。L-PDU代表传输层的协议数据单元，N-PDU对应网络层，I-PDU则是交互层的协议数据单元，而SDU是各层之间传递的服务数据单元。它们之间的关系呈现出数据从上到下的封装过程，并与OSI七层模型相对应，帮助我们更清晰地理解数据在通信中的流动。接下来，我们将附上一张Autosar通信示意图，以便大家形成宏观印象。

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AUTOSAR_13">二、OSI模型与AUTOSAR层级关系

OSI通信模型包括七层，分别是：物理层，数据链路层，网络层，传输层，会话层，表示层及应用层，各层对应的作用如下表：

OSI七层模型	主要功能
应用层	为应用程序提供网络服务，如文件传输、电子邮件等
表示层	数据格式转换、加密解密、压缩解压等
会话层	建立、管理和终止会话
传输层	提供端到端的可靠数据传输，如TCP、UDP协议
网络层	负责数据包的路由和转发，如IP协议
数据链路层	数据帧的封装、传输和差错检测，如以太网协议
物理层	定义物理介质的电气、机械等特性，传输比特流

Autosar的分层架构没有完全按照OSI的七层模型定义，可以将Autosar的模型大致分为：数据链路层、网络层、交互层，如下所示：

在这里插入图片描述
由上图，我们可以看出：每个层级都会包含PCI和data Structure，PDU = PCI + data Structure，SDU = data Structure。

PCI、SDU、PDU又都是啥呢？可以看下下边的解释：

缩写	全称	含义	与其他的关系
SDU	Service Data Unit（服务数据单元）	上层传递的数据，带有传输请求，下层接收后提取并传递给上层的数据，是PDU的一部分	是PDU的数据部分，如果SDU中的数据超过 PDU数据域的大小，则会将PDU分成首帧+连续帧的形式发送数据
PCI	Protocol Control Information（协议控制信息）	将SDU在特定协议层实例间传递所必需的信息，包含源和目标等信息，发送端添加，接收端移除	含有源地址和目的地址信息等控制信息，可以理解为CAN数据帧中的控制域。
PDU	Protocol Data Unit（协议数据单元）	包含SDU和PCI，发送端从上层传递到下层，下层将其视为SDU	包含SDU和PCI，每个PDU相当于CAN协议中的一帧

根据PDU对应的不同层级，PDU又可以分为以下几种：

Autosar层级	OSI模型层级
L-PDU	传输层（Transport Layer）
N-PDU	网络层（Network Layer）
I-PDU	会话层（Session Layer）
SDU	应用层（Application Layer）

PDUNPDULPDU_46">三、I-PDU、N-PDU、L-PDU及其关系

L-PDU、N-PDU、I-PDU三者的关系如下所示：

在这里插入图片描述

PDU_51">3.1. L-PDU

是对应链路层的协议数据单元，通常将接口层（如 CanIf、FlexrayIf 等）视为链路层，更准确地说是由 Driver 和 Interface 共同构成链路层，其中 Driver 作为链路层可能更为合适，因为 Interface 是抽象模块，与硬件并非强绑定关系，例如以太网中 MAC 层为链路层且与芯片平台强相关。L-PDU 由 ID、数据长度及数据组成，以 CAN 通信为例，CAN Driver 在接收总线上传来的信号电平后生成 L-PDU，然后 L-PDU 传输至 CANIf。

在这里插入图片描述

data Structure即需要发送的信息，用一个结构体表示，结构体里包括数据存储起始位置（指针）及数据长度。

typedef P2VAR(uint8, TYPEDEF, COM) SduDataPtrType;
typedef uint16 PduLengthType; typedef struct
{SduDataPtrType SduDataPtr;  // 指向SDU数据的指针PduLengthType SduLength;    // SDU的长度
} PduInfoType;

PCI即协议控制信息，PCI由传输侧的协议层添加，并且在接收侧再次移除。对应到实际的开发，PCI可以理解为头部信息，比如：CanTp，在发送数据的时候，会添加SF、CF、FF、FC信息等；data Structure就是要发送的信息，用一个结构体表示，结构体里会有数据存储起始位置（指针），数据长度。

PDU_69">3.2. N-PDU

N-PDU是对应网络层的协议数据单元，通常将传输层（如CanTp、FlexrayTp等）视为网络层。N-PDU在TP层与If层之间传输，由N_AI、N_PCI和N_Data组成，并且根据N_PCI类型的不同，可分为单帧、首帧、连续帧和流控帧等。

N_AI
N_AI参数用于识别网络层的对等通信实体，主要确定信息发送者的源地址（N_SA）、接收者的目标地址（N_TA）、功能/物理寻址类型（N_TAtype）以及可选择的地址扩展（N_AE）。在接收到的N_SDU中，N_AI信息（包括N_SA、N_TA、N_TAtype和N_AE）应被复制并包含在N_PDU中。如果消息数据（＜MessageData＞和＜Length＞）过长，需进行分段传输，则N_AI需要在每个N_PDU中重复。

N_PCI
N_PCI （其实就是PCI，不同层的叫法）是协议控制信息，其中包含帧类型（PCItype），像单帧（SF）、首帧（FF）、连续帧（CF）和流控帧（FC）等都是典型的 PCI 信息。它由传输侧的协议层添加，在接收侧则会被移除。在大数据收发时，组包过程中会将其移除，而拆包过程中又会将其加上。

PDU_77">3.3. I-PDU

I-PDU是对应交互层（表示层）的协议数据单元。交互层涉及多个模块（可参照相关图示），XX_If以上模块间的信息交互依靠I-PDU来实现，而XX_If与XX_Tp模块的交互则依赖N-PDU。

在数据传输方面，小数据传输通常使用XX_If，大数据传输一般会用到XX_Tp。例如在诊断的多帧传输场景下，XX_Tp层会缓存多个N-PDU，直至完整接收一个I-PDU后，再通过PduR将其传送给DCM，存在I-PDU = n * N-PDU（n为大于1的正整数）的关系。

四、数据流

4.1. 普通数据流

CAN driver <–(LPDU)–> CanIf <–(IPDU)–> PDU Router <–(IPDU)–> COM <–(Signals)–> RTE

CAN driver：接收、发送函数；配置通道、波特率、port口等

CanIf：对驱动层的封装、给上层一些通知函数；DLC、ID到PDU的转换

PDU Router：传递数据到对应的上层模块；配置路由表

COM：IPDU分解成signals；提供接口（接收、发送信号/帧）；

4.2. 诊断数据流

CAN driver <–(LPDU)–> CanIf <–(NPDU)–> CanTp <–(IPDU)–> PDU Router <–(IPDU)–> DCM

CanTp：根据ISO15765进行拆包、组包；配置时间参数、回调函数等

DCM：为上层提供UDS服务、OBD服务；

PDU_103">4.3. 动态PDU数据流

在普通数据流的基础上，在PudR和COM之间增加IpduM模块
PDU Router <–(IPDU)–> IPDU Multiplexer <–(IPDU)–> PDU Router

IpduM：发送/接收动态的IPDU；可以配置动态IPDU的DLC、静态段、动态段

4.4. 安全通信数据流

在普通数据流的基础上，在PudR和COM之间增加 SecOC模块
PDU Router <–(IPDU)–> SecOC <–(IPDU)–> PDU Router

SecOC（Security Onboard Communication）：安全通信报文的加解密、验证、拆包组包

4.5. XCP数据流

CAN driver <–(LPDU)–> CanIf <----> XCP

XCP：标定、测量功能

參考文档：AUTOSAR_EXP_LayeredSoftwareArchitecture.pdf