TTCAN驱动器详细规范

AUTOSAR TTCAN Driver Specification with Enhanced Visual Documentation

1. 概述

TTCAN（Time-Triggered CAN）驱动器是AUTOSAR基础软件模块，基于ISO 11898-4标准实现时间触发通信。本文档基于AUTOSAR_SWS_TTCANDriver规范，通过PlantUML图表详细展示TTCAN驱动器的架构、状态机、操作序列和错误处理机制。

TTCAN驱动器作为CAN驱动器的扩展，提供以下核心功能：

时间触发通信：支持基于时间窗口的消息传输调度
全局时间同步：实现网络节点间的精确时间同步
错误检测与处理：提供多级错误检测和恢复机制
主从模式支持：支持时间主节点和从节点的角色管理

2. TTCAN控制器状态机

2.1 状态机概述

TTCAN控制器状态机定义了控制器在运行过程中的各种状态及其转换条件。状态机包含四个主要状态：STOPPED、SYNCHRONIZING、IN_GAP和IN_SCHEDULE。

在这里插入图片描述

TTCAN控制器状态机图展示了控制器的四种主要状态及其转换关系

2.2 状态详细说明

2.2.1 STOPPED状态

含义：控制器停止状态，不参与总线通信
特征：
- 控制器完全停止，不发送或接收任何消息
- 等待启动命令
- 硬件资源处于低功耗状态
进入条件：系统初始化或严重错误后
退出条件：收到Can_SetControllerMode(CAN_CS_STARTED)调用

2.2.2 SYNCHRONIZING状态

含义：控制器正在尝试与总线同步
特征：
- 尝试与全局总线时间同步
- 不发送错误帧和确认
- 监听参考消息以获取时间基准
进入条件：从STOPPED状态启动后
退出条件：同步完成或发生严重错误

2.2.3 IN_GAP状态

含义：控制器在基本周期结束间隙中
特征：
- 等待下一个参考消息
- 准备进入调度状态
- 处理时间间隙相关操作
进入条件：同步完成或基本周期结束
退出条件：参考消息结束，进入调度状态

2.2.4 IN_SCHEDULE状态

含义：控制器正常时间触发操作
特征：
- 按矩阵周期传输消息
- 执行预定义的时间窗口调度
- 处理独占和仲裁时间窗口
进入条件：参考消息结束
退出条件：基本周期结束或发生错误

2.3 状态转换说明

2.3.1 正常转换流程

STOPPED → SYNCHRONIZING：通过Can_SetControllerMode(CAN_CS_STARTED)启动
SYNCHRONIZING → IN_GAP：同步完成后自动转换
IN_GAP → IN_SCHEDULE：参考消息结束后转换
IN_SCHEDULE → IN_GAP：基本周期结束后转换

2.3.2 错误转换流程

任何状态 → STOPPED：发生严重错误(S3)时强制转换
错误转换会取消待处理消息并禁用自动错误恢复

2.4 代码示例

/* TTCAN控制器状态机实现 */
typedef enum {TTCAN_STATE_STOPPED,        /* 停止状态 */TTCAN_STATE_SYNCHRONIZING,  /* 同步状态 */TTCAN_STATE_IN_GAP,         /* 间隙状态 */TTCAN_STATE_IN_SCHEDULE     /* 调度状态 */
} TTCAN_ControllerStateType;/* 状态机处理函数 */
void TTCAN_ControllerStateMachine(void)
{TTCAN_ControllerStateType currentState;TTCAN_ErrorLevelType errorLevel;/* 获取当前状态 */currentState = TTCAN_Internal_GetControllerState();/* 检查错误级别 */TTCAN_GetErrorLevel(&errorLevel);switch (currentState) {case TTCAN_STATE_STOPPED:/* 处理停止状态 */if (TTCAN_Internal_IsStartRequested()) {TTCAN_Internal_SetState(TTCAN_STATE_SYNCHRONIZING);TTCAN_Internal_StartSynchronization();}break;case TTCAN_STATE_SYNCHRONIZING:/* 处理同步状态 */if (TTCAN_Internal_IsSynchronized()) {TTCAN_Internal_SetState(TTCAN_STATE_IN_GAP);TTCAN_Internal_EnterGapMode();} else if (errorLevel.errorLevel == TTCAN_ERROR_S3) {TTCAN_Internal_SetState(TTCAN_STATE_STOPPED);TTCAN_Internal_HandleSevereError();}break;case TTCAN_STATE_IN_GAP:/* 处理间隙状态 */if (TTCAN_Internal_IsReferenceMessageReceived()) {TTCAN_Internal_SetState(TTCAN_STATE_IN_SCHEDULE);TTCAN_Internal_StartSchedule();} else if (errorLevel.errorLevel == TTCAN_ERROR_S3) {TTCAN_Internal_SetState(TTCAN_STATE_STOPPED);TTCAN_Internal_HandleSevereError();}break;case TTCAN_STATE_IN_SCHEDULE:/* 处理调度状态 */if (TTCAN_Internal_IsBasicCycleEnd()) {TTCAN_Internal_SetState(TTCAN_STATE_IN_GAP);TTCAN_Internal_EnterGapMode();} else if (errorLevel.errorLevel == TTCAN_ERROR_S3) {TTCAN_Internal_SetState(TTCAN_STATE_STOPPED);TTCAN_Internal_HandleSevereError();} else {TTCAN_Internal_ProcessTimeWindows();}break;default:/* 错误处理 */TTCAN_Internal_SetState(TTCAN_STATE_STOPPED);break;}
}

3. TTCAN模块架构

3.1 架构概述

TTCAN模块采用分层架构设计，包含应用层、中间层和硬件抽象层。该架构确保了模块间的清晰分离和良好的可维护性。

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TTCAN模块架构图展示了从应用层到硬件层的完整组件结构

3.2 层次结构说明

3.2.1 应用层

TTCAN应用：使用TTCAN服务的上层应用程序
职责：提供业务逻辑和用户接口
功能点：
- 调用TTCAN接口API
- 处理TTCAN事件通知
- 管理应用级配置

3.2.2 中间层

TTCAN接口(TtcanIf)：提供统一的应用接口
- 职责：API抽象和事件管理
- 功能点：
  - 提供标准化的API接口
  - 管理事件通知和回调
  - 数据格式转换和验证
  - 错误处理和状态管理
TTCAN驱动器(TtcanDrv)：核心驱动模块
- 职责：硬件控制和业务逻辑实现
- 功能点：
  - 时间触发通信管理
  - 全局时间同步控制
  - 错误检测和处理
  - 调度管理

3.2.3 硬件抽象层

TTCAN控制器：硬件控制器抽象
CAN收发器：物理层通信组件
看门狗驱动器：系统监控组件

3.3 接口说明

3.3.1 时间API

提供的服务：时间查询和设置服务
调用方式：同步调用，返回当前时间信息

3.3.2 同步API

提供的服务：同步状态查询和控制服务
调用方式：同步调用，管理同步参数

3.3.3 错误通知

提供的服务：错误事件通知服务
调用方式：异步回调，通知错误状态变化

3.3.4 硬件控制

提供的服务：硬件资源控制服务
调用方式：直接硬件访问，控制硬件状态

3.4 代码示例

/* TTCAN模块接口定义 */
#define TTCAN_E_OK                   0x00  /* 操作成功 */
#define TTCAN_E_NOT_INITIALIZED      0x01  /* 模块未初始化 */
#define TTCAN_E_INVALID_PARAM        0x02  /* 参数无效 */
#define TTCAN_E_TIMEOUT              0x03  /* 操作超时 *//* TTCAN接口函数声明 */
Std_ReturnType TtcanIf_Init(const TtcanIf_ConfigType* ConfigPtr);
Std_ReturnType TtcanIf_Transmit(PduIdType TxPduId, const PduInfoType* PduInfoPtr);
Std_ReturnType TtcanIf_ReadRxPduData(PduIdType RxPduId, PduInfoType* PduInfoPtr);
Std_ReturnType TtcanIf_GetControllerTime(uint8 Controller, TTCAN_TimeType* GlobalTime,TTCAN_TimeType* LocalTime,TTCAN_TimeType* CycleTime,uint8* CycleCount);/* TTCAN驱动器函数声明 */
Std_ReturnType Ttcan_Init(const Ttcan_ConfigType* ConfigPtr);
Std_ReturnType Ttcan_SetControllerMode(uint8 Controller, Ttcan_ControllerStateType Transition);
Std_ReturnType Ttcan_Write(Ttcan_HwHandleType Hth, const Ttcan_PduType* PduInfoPtr);
void Ttcan_MainFunction_Write(void);
void Ttcan_MainFunction_Read(void);/* 错误通知回调函数 */
void TtcanIf_TTSevereError(uint8 Controller, TtcanIf_TTSevereErrorEnumType ErrorType);
void TtcanIf_TTTimingError(uint8 Controller, TtcanIf_TTTimingErrorIRQType ErrorType);/* 模块配置结构 */
typedef struct {uint8 moduleId;                    /* 模块标识符 */boolean moduleEnabled;             /* 模块启用状态 */uint8 maxControllers;              /* 最大控制器数量 */Ttcan_ControllerConfigType* controllerConfig; /* 控制器配置数组 */
} Ttcan_ConfigType;/* 控制器配置结构 */
typedef struct {uint8 controllerId;                /* 控制器标识符 */boolean controllerEnabled;         /* 控制器启用状态 */Ttcan_MasterSlaveModeType masterSlaveMode; /* 主从模式 */Ttcan_SyncModeType syncMode;       /* 同步模式 */uint16 cycleTime;                  /* 周期时间 */uint8 matrixCycleCount;            /* 矩阵周期计数 */
} Ttcan_ControllerConfigType;

4. TTCAN时间触发操作序列

4.1 操作序列概述

TTCAN时间触发操作序列展示了从系统初始化到正常通信的完整流程，包括初始化、启动、时间触发传输和错误处理等关键阶段。

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TTCAN时间触发操作序列图展示了完整的系统交互流程

4.2 序列阶段说明

4.2.1 系统初始化阶段

场景：系统启动时的初始化过程
触发条件：系统上电或复位
参与者：
- TTCAN应用：发起初始化请求
- TTCAN接口：处理初始化请求
- TTCAN驱动器：执行硬件初始化
- TTCAN控制器：完成硬件配置

4.2.2 控制器启动阶段

场景：控制器从停止状态启动并同步
触发条件：初始化完成后
参与者：
- TTCAN应用：发起启动请求
- TTCAN接口：调用启动函数
- TTCAN驱动器：控制启动过程
- TTCAN控制器：执行状态转换
- CAN总线：提供参考消息

4.2.3 时间触发传输阶段

场景：正常的时间触发通信过程
触发条件：控制器进入调度状态
参与者：
- TTCAN应用：提供传输数据
- TTCAN接口：管理传输请求
- TTCAN驱动器：执行传输调度
- TTCAN控制器：硬件传输执行
- CAN总线：物理传输介质

4.2.4 错误处理阶段

场景：错误检测和处理过程
触发条件：检测到错误事件
参与者：
- TTCAN控制器：错误检测
- TTCAN驱动器：错误处理
- TTCAN接口：错误通知
- TTCAN应用：错误响应

4.3 关键函数说明

4.3.1 Can_Init()

描述：初始化TTCAN驱动器，配置硬件参数和数据结构
参数：
- ConfigPtr [输入]：配置参数指针，类型：const Ttcan_ConfigType*
返回值：
- E_OK：初始化成功
- E_NOT_OK：初始化失败
相关函数：
- 上层：TtcanIf_Init()
- 下层：硬件初始化函数

4.3.2 Can_SetControllerMode()

描述：设置控制器运行模式，控制状态转换
参数：
- Controller [输入]：控制器ID，类型：uint8
- Transition [输入]：目标状态，类型：Ttcan_ControllerStateType
返回值：
- E_OK：模式设置成功
- E_NOT_OK：模式设置失败
相关函数：
- 上层：TtcanIf_SetControllerMode()
- 下层：硬件控制函数

4.3.3 Can_Write()

描述：写入传输数据到硬件对象
参数：
- Hth [输入]：硬件传输句柄，类型：Ttcan_HwHandleType
- PduInfoPtr [输入]：PDU信息指针，类型：const Ttcan_PduType*
返回值：
- E_OK：写入成功
- E_NOT_OK：写入失败
相关函数：
- 上层：TtcanIf_Transmit()
- 下层：硬件写入函数

4.4 代码示例

/* TTCAN系统初始化示例 */
Std_ReturnType TTCAN_SystemInit(void)
{Std_ReturnType result;Ttcan_ConfigType config;/* 配置TTCAN模块 */config.moduleId = TTCAN_MODULE_ID;config.moduleEnabled = TRUE;config.maxControllers = 1;/* 配置控制器 */config.controllerConfig[0].controllerId = 0;config.controllerConfig[0].controllerEnabled = TRUE;config.controllerConfig[0].masterSlaveMode = TTCAN_SLAVE_MODE;config.controllerConfig[0].syncMode = TTCAN_SYNC_MODE;config.controllerConfig[0].cycleTime = 1000; /* 1ms */config.controllerConfig[0].matrixCycleCount = 64;/* 初始化TTCAN接口 */result = TtcanIf_Init(&config);if (result != E_OK) {return E_NOT_OK;}/* 初始化TTCAN驱动器 */result = Ttcan_Init(&config);if (result != E_OK) {return E_NOT_OK;}return E_OK;
}/* TTCAN控制器启动示例 */
Std_ReturnType TTCAN_StartController(uint8 controllerId)
{Std_ReturnType result;/* 设置控制器为启动状态 */result = Ttcan_SetControllerMode(controllerId, TTCAN_CS_STARTED);if (result != E_OK) {return E_NOT_OK;}/* 等待控制器进入同步状态 */TTCAN_ControllerStateType state;uint8 retryCount = 0;do {Ttcan_GetControllerState(controllerId, &state);if (state == TTCAN_STATE_SYNCHRONIZING) {break;}if (retryCount++ > TTCAN_MAX_RETRY_COUNT) {return E_NOT_OK; /* 超时 */}/* 延时等待 */Os_DelayMs(10);} while (TRUE);return E_OK;
}/* TTCAN时间触发传输示例 */
Std_ReturnType TTCAN_TransmitMessage(uint8 controllerId, uint32 messageId, uint8* data, uint8 dataLength)
{Std_ReturnType result;Ttcan_PduType pduInfo;Ttcan_HwHandleType hth;/* 配置PDU信息 */pduInfo.id = messageId;pduInfo.length = dataLength;pduInfo.sdu = data;pduInfo.swPduHandle = 0;/* 获取硬件传输句柄 */hth = Ttcan_GetHth(controllerId, messageId);if (hth == TTCAN_INVALID_HTH) {return E_NOT_OK;}/* 写入传输数据 */result = Ttcan_Write(hth, &pduInfo);if (result != E_OK) {return E_NOT_OK;}return E_OK;
}/* TTCAN主函数示例 */
void TTCAN_MainFunction(void)
{/* 处理传输 */Ttcan_MainFunction_Write();/* 处理接收 */Ttcan_MainFunction_Read();/* 处理状态机 */TTCAN_ControllerStateMachine();
}

5. TTCAN错误处理流程

5.1 错误处理概述

TTCAN错误处理流程定义了系统如何检测、分类、评估和处理各种类型的错误，确保系统的可靠性和安全性。

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TTCAN错误处理流程图展示了完整的错误检测和处理机制

5.2 错误分类说明

5.2.1 开发错误

CAN_TT_E_NOT_MASTER (0x08)：TTCAN控制器不是潜在时间主节点
CAN_TT_E_NOT_CURRENT_MASTER (0x09)：TTCAN控制器不是当前时间主节点
CAN_TT_E_CONSEQUTIVE_DISC (0x0a)：连续发送两个Disc_bit设置的参考消息
CAN_TT_E_SYNC_DISABLED (0x0b)：外部同步在配置期间被禁用

5.2.2 运行时错误

无运行时错误定义：TTCAN规范中未定义运行时错误

5.2.3 瞬态故障

无瞬态故障定义：TTCAN规范中未定义瞬态故障

5.2.4 生产错误

无生产错误定义：TTCAN规范中未定义生产错误

5.2.5 扩展生产错误

无扩展生产错误定义：TTCAN规范中未定义扩展生产错误

5.3 错误级别评估

5.3.1 S0 - 无错误

处理方式：继续正常操作
恢复策略：无需特殊处理

5.3.2 S1 - 警告

处理方式：调用CanIf_TTTimingError()通知应用层
恢复策略：系统继续运行，但记录警告信息

5.3.3 S2 - 错误

处理方式：调用CanIf_TTTimingError()通知应用层
恢复策略：记录错误状态，可能需要干预

5.3.4 S3 - 严重错误

处理方式：调用CanIf_TTSevereError()通知应用层
恢复策略：
- 停止控制器
- 进入STOPPED状态
- 取消待处理消息
- 禁用自动错误恢复

5.4 错误恢复机制

5.4.1 自动恢复

适用条件：错误级别 < S3
恢复过程：
1. 尝试错误恢复
2. 检查系统状态
3. 评估恢复结果
4. 必要时升级错误级别

5.4.2 手动干预

适用条件：错误级别 = S3
干预方式：
- 系统重启
- 手动复位操作
- 硬件重置

5.5 代码示例

/* TTCAN错误处理函数 */
void TTCAN_ErrorHandler(uint8 controllerId, TTCAN_ErrorType errorType)
{TTCAN_ErrorLevelType errorLevel;Std_ReturnType result;/* 获取错误级别 */result = Ttcan_GetErrorLevel(controllerId, &errorLevel);if (result != E_OK) {return;}/* 根据错误级别处理 */switch (errorLevel.errorLevel) {case TTCAN_ERROR_S0:/* 无错误，继续正常操作 */break;case TTCAN_ERROR_S1:case TTCAN_ERROR_S2:/* 警告或错误级别 */TTCAN_HandleTimingError(controllerId, errorType);break;case TTCAN_ERROR_S3:/* 严重错误级别 */TTCAN_HandleSevereError(controllerId, errorType);break;default:/* 未知错误级别 */break;}
}/* 时间错误处理 */
void TTCAN_HandleTimingError(uint8 controllerId, TTCAN_ErrorType errorType)
{/* 调用接口层错误通知 */CanIf_TTTimingError(controllerId, (TtcanIf_TTTimingErrorIRQType)errorType);/* 记录错误信息 */TTCAN_LogError(controllerId, errorType, TTCAN_ERROR_TIMING);/* 尝试自动恢复 */if (TTCAN_CanAutoRecover(controllerId)) {TTCAN_AttemptRecovery(controllerId);}
}/* 严重错误处理 */
void TTCAN_HandleSevereError(uint8 controllerId, TTCAN_ErrorType errorType)
{/* 调用接口层严重错误通知 */CanIf_TTSevereError(controllerId, (TtcanIf_TTSevereErrorEnumType)errorType);/* 停止控制器 */Ttcan_SetControllerMode(controllerId, TTCAN_CS_STOPPED);/* 取消待处理消息 */TTCAN_CancelPendingMessages(controllerId);/* 禁用自动错误恢复 */TTCAN_DisableAutoRecovery(controllerId);/* 记录严重错误 */TTCAN_LogError(controllerId, errorType, TTCAN_ERROR_SEVERE);
}/* 错误恢复尝试 */
Std_ReturnType TTCAN_AttemptRecovery(uint8 controllerId)
{TTCAN_ControllerStateType currentState;Std_ReturnType result;/* 获取当前状态 */Ttcan_GetControllerState(controllerId, &currentState);switch (currentState) {case TTCAN_STATE_SYNCHRONIZING:/* 重新尝试同步 */result = TTCAN_RetrySynchronization(controllerId);break;case TTCAN_STATE_IN_SCHEDULE:/* 重新进入调度 */result = TTCAN_RetrySchedule(controllerId);break;default:/* 其他状态无需特殊恢复 */result = E_OK;break;}return result;
}/* 错误日志记录 */
void TTCAN_LogError(uint8 controllerId, TTCAN_ErrorType errorType, TTCAN_ErrorCategory category)
{TTCAN_ErrorLogEntry entry;/* 填充错误日志条目 */entry.timestamp = TTCAN_GetSystemTime();entry.controllerId = controllerId;entry.errorType = errorType;entry.category = category;entry.errorLevel = TTCAN_GetErrorLevel(controllerId);/* 写入错误日志 */TTCAN_WriteErrorLog(&entry);
}/* 开发错误检查 */
Std_ReturnType TTCAN_CheckDevelopmentError(uint8 controllerId, TTCAN_OperationType operation)
{TTCAN_MasterStateType masterState;Std_ReturnType result;switch (operation) {case TTCAN_OP_SET_TIME_COMMAND:/* 检查是否为时间主节点 */result = Ttcan_GetMasterState(controllerId, &masterState);if (result == E_OK) {if (masterState.masterSlaveMode != TTCAN_CURRENT_MASTER) {return TTCAN_E_NOT_CURRENT_MASTER;}}break;case TTCAN_OP_GLOBAL_TIME_PRESET:/* 检查是否为潜在时间主节点 */result = Ttcan_GetMasterState(controllerId, &masterState);if (result == E_OK) {if (masterState.masterSlaveMode == TTCAN_MASTER_OFF) {return TTCAN_E_NOT_MASTER;}}break;default:break;}return E_OK;
}