FlexRay Transport Layer (FrTp)

FrTp передает большие сообщения между PduR и FrIf согласно ISO 10681-2 ([SWS_FrTp_01005]). Он сегментирует и собирает их, управляет потоком и распределяет пропускную способность через разделяемые пулы Tx-PDU. FrTp_Transmit только принимает запрос на передачу; основную работу выполняет циклическая FrTp_MainFunction, которая должна выполняться не реже одного раза за цикл FlexRay ([SWS_FrTp_01152]). Поддерживаются передачи с подтверждением и без подтверждения, а также сообщения неизвестной длины. При протокольных ошибках или недопустимой сегментации FrTp прерывает операцию и сообщает E_NOT_OK в PduR.

больше ›

FrTp представляет собой транспортный уровень для FlexRay согласно ISO 10681-2. В тех случаях, когда спецификация не определяет собственных правил, модуль следует этому стандарту ([SWS_FrTp_01005]). Он разделяет большие N-SDU от PduR на N-PDU, передает их в FrIf с помощью FrIf_Transmit и заново собирает принятые кадры ([SWS_FrTp_01050], FrTp SWS с. 19). Обработка происходит только в состоянии FRTP_ON, то есть между FrTp_Init и FrTp_Shutdown ([SWS_FrTp_01032], [SWS_FrTp_01036]). FrTp_MainFunction должна выполняться не реже одного раза за цикл FlexRay ([SWS_FrTp_01152]).

Контекстная диаграмма: FrTp между PduR и FrIf, управляемый EcuM и диспетчером BSW. Источники: [SWS_FrTp_00577], FrTp SWS с. 21

Отправка всегда начинается с FrTp_Transmit. Вызов лишь занимает канал и устанавливает TX_SDU_AVAILABLE ([SWS_FrTp_00136], [SWS_FrTp_01039]). Функция MainFunction выполняет остальное: забирает данные через PduR_FrTpCopyTxData, занимает первый свободный PDU из пула и принимает решение о сегментации ([SWS_FrTp_01045], [SWS_FrTp_01048]). В режиме «Decoupled Buffer Access» FrIf забирает данные позже с помощью FrTp_TriggerTransmit ([SWS_FrTp_01060]). PduR_FrTpTxConfirmation следует после каждого принятого запроса ([SWS_FrTp_01058]).

Диаграмма последовательности: прием запроса, обработка в MainFunction, подтверждение для каждого N-PDU и в конце — для PduR. Источники: FrTp SWS с. 44, [SWS_FrTp_01042]

При приеме FrTp проверяет RxPduId и адреса на соответствие конфигурации соединения ([SWS_FrTp_01069], [SWS_FrTp_01071]). При новом соединении он вызывает PduR_FrTpStartOfReception, копирует фрагменты на верхний уровень и при необходимости отправляет FlowControl ([SWS_FrTp_01078], [SWS_FrTp_01080]). Поддерживаются шесть вариантов: несегментированный или сегментированный, с подтверждением или без него, с известной или неизвестной длиной ([SWS_FrTp_01007]–[SWS_FrTp_01012]). Несколько соединений разделяют пулы Tx-PDU и обслуживаются поочередно ([SWS_FrTp_01020], [SWS_FrTp_01096]).

В случае ошибки FrTp прерывает операцию в трех ситуациях и сообщает E_NOT_OK в PduR: при недопустимом или прерывающем Flow Status и при необходимости сегментации в соединениях 1:n ([SWS_FrTp_01198], [SWS_FrTp_01208]). Ошибками времени выполнения являются FRTP_E_SEG_ERROR и FRTP_E_NO_CHANNEL. Таймеры и счетчики, такие как предел FC.WAIT, ограничивают время ожидания ([SWS_FrTp_01100], [SWS_FrTp_01114]). Текущие передачи можно отменить с помощью FrTp_CancelTransmit и FrTp_CancelReceive ([SWS_FrTp_01116], [SWS_FrTp_01181]).

больше ›

Роль в стеке FlexRay и состояние модуля

FrTp — это транспортный уровень FlexRay согласно ISO 10681-2. В тех случаях, когда спецификация не определяет собственных правил, модуль следует этому стандарту и поддерживает его форматы N-PDU ([SWS_FrTp_01005], [SWS_FrTp_01006]). Вверх по стеку FrTp обслуживает PduR. PduR запускает передачи с помощью FrTp_Transmit, отменяет их или изменяет параметры. FrTp возвращает данные и результаты через PduR_FrTpStartOfReception, PduR_FrTpCopyRxData, PduR_FrTpCopyTxData, PduR_FrTpRxIndication и PduR_FrTpTxConfirmation (FrTp SWS с. 19). Вниз по стеку FrTp передает N-PDU с помощью FrIf_Transmit ([SWS_FrTp_01050]). FrIf возвращает отклик через FrTp_RxIndication, FrTp_TxConfirmation и FrTp_TriggerTransmit (FrTp SWS с. 21). EcuM вызывает FrTp_Init и FrTp_Shutdown (FrTp SWS с. 19). Диспетчер BSW вызывает FrTp_MainFunction ([SWS_FrTp_00162], FrTp SWS с. 81).

Различие между релизами: более поздние редакции включают маршрутизатор L-SDU (LSduR) между FrTp и FrIf (FrTp SWS с. 19). Для R20-11 действует прямой интерфейс к FrIf, как определено в [SWS_FrTp_00577] и [SWS_FrTp_01050].

Контекстная диаграмма: FrTp располагается между PduR и FrIf и управляется EcuM и диспетчером BSW. Источники: FrTp SWS с. 19, FrTp SWS с. 21, [SWS_FrTp_00577]

Модуль имеет два состояния: FRTP_OFF и FRTP_ON ([SWS_FrTp_01028]). Какое из них действует, фиксирует статусная переменная FrTpState ([SWS_FrTp_01029], [SWS_FrTp_01106]). После включения FrTp находится в состоянии FRTP_OFF ([SWS_FrTp_01030]). Только успешный вызов FrTp_Init с указателем на FrTp_ConfigType переключает его в FRTP_ON ([SWS_FrTp_01032], [SWS_FrTp_00147], [SWS_FrTp_01194]). Сегментация и сборка выполняются только в состоянии FRTP_ON ([SWS_FrTp_01033]). FrTp_Shutdown завершает все открытые соединения, просто останавливая работу. Функция освобождает ресурсы и возвращает модуль в состояние FRTP_OFF ([SWS_FrTp_00148], [SWS_FrTp_01036]).

Диаграмма состояний: FrTp обрабатывает данные только между FrTp_Init и FrTp_Shutdown. Источники: [SWS_FrTp_01030], [SWS_FrTp_01032], [SWS_FrTp_01036], FrTp SWS с. 38

FrTp_MainFunction планирует работу модуля и является точкой входа для всех задач обработки ([SWS_FrTp_00203], [SWS_FrTp_00580]). Она должна выполняться не реже одного раза за цикл FlexRay ([SWS_FrTp_01152]). Колбэки, напротив, по существу лишь устанавливают флаги: TX_SDU_AVAILABLE существует для каждого канала ([SWS_FrTp_00415], [SWS_FrTp_00416]). RX_PDU_AVAILABLE существует для каждого принимаемого N-PDU и сбрасывается после обработки ([SWS_FrTp_00418], [SWS_FrTp_00421]).

Варианты передачи согласно ISO 10681-2

FrTp поддерживает шесть последовательностей кадров. Они различаются по трем признакам: сегментируется ли сообщение, подтверждает ли получатель прием и известна ли длина в начале передачи (FrTp SWS с. 27, FrTp SWS с. 31):

Вариант	Характерные кадры	Обоснование
несегментированная, без подтверждения, длина известна	STFU	[SWS_FrTp_01007]
несегментированная, с подтверждением, длина известна	STFA → FC.ACK	[SWS_FrTp_01008]
сегментированная, без подтверждения, длина известна	STFU, FC.CTS, CF, CFEOB, LF	[SWS_FrTp_01009]
сегментированная, с подтверждением, длина известна	STFA, FC.CTS, CF, CFEOB, LF, FC.ACK	[SWS_FrTp_01010]
сегментированная, без подтверждения, длина неизвестна	как выше, общая длина только в LF	[SWS_FrTp_01011], [SWS_FrTp_01067]
сегментированная, с подтверждением, длина неизвестна	как выше, дополнительно FC.ACK	[SWS_FrTp_01012]

В сегментированных вариантах с подтверждением FC.ACK, по-видимому, следует за LastFrame и завершает передачу. Вопрос Q-f3c70b1506e2cde4 (открытый) Это интерпретация подписей к рисункам, порядок которых неоднозначен (FrTp SWS с. 29). Следующая диаграмма показывает базовый сегментированный случай без подтверждения.

Диаграмма последовательности: получатель разрешает каждый блок через FC.CTS, а CFEOB завершает блок. Источники: [SWS_FrTp_01009], FrTp SWS с. 28

Передача с неизвестной длиной:

• активируется переключателем компилятора ([SWS_FrTp_01062]);
• запускается с помощью FrTp_Transmit и длины 0 ([SWS_FrTp_01064], [SWS_FrTp_01043]);
• завершается, когда переданный параметр длины равен 0 ([SWS_FrTp_01066]);
• состояние отслеживается флагом TX_SDU_UNKNOWN_MSG_LENGTH для каждого канала ([SWS_FrTp_01101], [SWS_FrTp_01102]);
• получатель вызывает PduR_FrTpStartOfReception с ожидаемой длиной 0 ([SWS_FrTp_01184]);
• в соединении 1:n FrTp_Transmit отклоняет такие запросы с возвратом E_NOT_OK и сообщает FRTP_E_SEG_ERROR ([SWS_FrTp_01187], FrTp SWS с. 47).

Соединения, каналы и пулы PDU

Каждое коммуникационное отношение представляет собой отдельное FrTpConnection. Их количество конфигурируется на этапе post-build ([SWS_FrTp_01014], [SWS_FrTp_01015]). Каждое соединение имеет уникальную в пределах модуля пару адресов и уникальный FRTP_SDUID ([SWS_FrTp_01017], [SWS_FrTp_01018]). Несколько соединений могут совместно использовать FrTpConnectionControl и FrTpTxPduPool ([SWS_FrTp_01022], [SWS_FrTp_01020]). Во время выполнения параллельно работают несколько FrTpChannel; их число определяет FrTpChanNum ([SWS_FrTp_00088], [SWS_FrTp_00228]). Для передачи и приема каналы переключаются между состояниями «idle» и «busy» ([SWS_FrTp_01117], [SWS_FrTp_01025]).

Контекстная диаграмма: полудуплексный канал ссылается на Tx- и Rx-соединение. Оба ссылаются на управляющие параметры и пул Tx-PDU. Источники: FrTp SWS с. 39, [SWS_FrTp_01020], [SWS_FrTp_01088]

Адреса:

• При отправке FrTp берет адреса из метаданных SOURCE_ADDRESS_16 и TARGET_ADDRESS_16. Сконфигурированные FrTpLa/FrTpRa имеют при этом приоритет ([SWS_FrTp_01204], [SWS_FrTp_01205]).
• При приеме FrTp передает адреса наверх в виде метаданных. Те же адреса он использует для FlowControl ([SWS_FrTp_01206]).

FrTp распределяет пропускную способность через пулы:

• Tx-N-PDU пула расположены в возрастающем порядке сетевого расписания и могут иметь разную длину ([SWS_FrTp_01088], [SWS_FrTp_01089]).
• TxPduPendingCounter канала подсчитывает неподтвержденные N-PDU ([SWS_FrTp_01091], [SWS_FrTp_01092]). Соединение обрабатывается только тогда, когда он равен 0 ([SWS_FrTp_01094]). Благодаря этому Consecutive Frames не могут обогнать друг друга (FrTp SWS с. 61).
• Активные соединения обслуживаются поочередно ([SWS_FrTp_01096]).
• При ограничении пропускной способности действуют три правила: StartFrame и FlowControl передаются в первом PDU пула ([SWS_FrTp_01174], [SWS_FrTp_01177]). Отправитель использует только BC.MPPC PDU ([SWS_FrTp_01175]). Пулы могут перекрываться ([SWS_FrTp_01176]).
• FrIf должен планировать PDU соединения в возрастающем порядке в пределах одного задания (FrTp SWS с. 122).

Тракт отправки: от FrTp_Transmit до PduR_FrTpTxConfirmation

Каждая отправка начинается с FrTp_Transmit ([SWS_FrTp_00136], [SWS_FrTp_00149]). Вызов устанавливает TX_SDU_AVAILABLE только в том случае, если TxPduId действителен и канал свободен ([SWS_FrTp_01039]). В противном случае он завершается с E_NOT_OK. То же самое справедливо, если для того же адреса уже выполняется передача ([SWS_FrTp_01041], [SWS_FrTp_01200]).

Основную работу выполняет FrTp_MainFunction:

1. запрашивает доступную длину через PduR_FrTpCopyTxData ([SWS_FrTp_01042]);
2. занимает первый свободный FrTpTxPdu ([SWS_FrTp_01045]);
3. принимает решение о сегментации ([SWS_FrTp_01048]);
4. копирует данные в объеме длины PDU ([SWS_FrTp_01123]);
5. передает N-PDU с точной длиной в FrIf_Transmit ([SWS_FrTp_01051]).

Последовательность действий показана на FrTp SWS с. 44.

Диаграмма деятельности: выбор между несегментированной и сегментированной передачей, включая прерывание для соединений 1:n. Источники: [SWS_FrTp_01047], [SWS_FrTp_01048], [SWS_FrTp_01208], FrTp SWS с. 51

Важно для пропускной способности: если нет свободного PDU, FrTp откладывает соединение до следующего вызова MainFunction ([SWS_FrTp_01047]).

После каждого N-PDU FrIf вызывает FrTp_TxConfirmation. Это переводит FrTpTxPdu в состояние «idle» ([SWS_FrTp_01052], [SWS_FrTp_01054]). Канал и флаг освобождаются, как только выполняются три условия: все данные отправлены, подтверждены положительно и, если это сконфигурировано, получена квитанция ([SWS_FrTp_01056], [SWS_FrTp_01057]). PduR_FrTpTxConfirmation поступает после каждого принятого запроса, а с E_OK — только в случае успеха ([SWS_FrTp_01058]). Для отправки предусмотрено два типа доступа к буферу: «Immediate» и «Decoupled Buffer Access» ([SWS_FrTp_01084]). При «Decoupled» FrIf забирает данные позже через FrTp_TriggerTransmit. Этот вызов копирует Address Information, PCI и полезные данные в предоставленный буфер ([SWS_FrTp_01060], [SWS_FrTp_01061], FrTp SWS с. 50).

Диаграмма последовательности: запрос поступает синхронно и обрабатывается асинхронно в MainFunction; опционально следует TriggerTransmit (Decoupled). Источники: FrTp SWS с. 44, FrTp SWS с. 50, [SWS_FrTp_01058]

Тракт приема и сборка

Прием начинается с FrTp_RxIndication ([SWS_FrTp_00137]). FrTp обрабатывает N-PDU только при выполнении двух условий ([SWS_FrTp_01069], [SWS_FrTp_01071]):

• RxPduId действителен.
• адрес назначения соответствует FrTpLa, а адрес источника — FrTpRa.

В противном случае N-PDU игнорируется ([SWS_FrTp_01072]). Если нет свободного Rx-канала, обработка завершается, и FrTp сообщает FRTP_E_NO_CHANNEL ([SWS_FrTp_01076], [SWS_FrTp_01186]). StartFrame модуль FrTp сохраняет в локальном буфере. Благодаря этому шлюз может корректно обработать его даже при кратковременной нехватке ресурсов (FrTp SWS с. 56).

При новом соединении FrTp вызывает PduR_FrTpStartOfReception. Передаются ожидаемая длина, а также содержимое и размер StartFrame ([SWS_FrTp_01078], [SWS_FrTp_01193]). Место выполнения этого вызова на схемах R20-11 представлено в двух вариантах: в FrTp_RxIndication (FrTp SWS с. 55) и в FrTp_MainFunction (FrTp SWS с. 86). R23-11 явно допускает оба варианта (FrTp SWS с. 54).

Затем FrTp копирует фрагменты через PduR_FrTpCopyRxData и отправляет FlowControl там, где этого требует протокол ([SWS_FrTp_01138], [SWS_FrTp_01080]). Канал освобождается, когда все данные приняты и все кадры FlowControl подтверждены ([SWS_FrTp_01081]). PduR_FrTpRxIndication следует всегда, когда PduR_FrTpStartOfReception завершился успешно ([SWS_FrTp_01083]).

Диаграмма последовательности: колбэк выполняет проверку и буферизацию, MainFunction собирает данные и отправляет FlowControl. Источники: FrTp SWS с. 55, [SWS_FrTp_01074], [SWS_FrTp_01083]

Отмена и параметры времени выполнения

Доступность отмены отправки статически определяется параметром FrTpTransmitCancellation; инициируется она с помощью FrTp_CancelTransmit ([SWS_FrTp_01097], [SWS_FrTp_00384]). Действие зависит от хода выполнения:

• Если запрос принят, но еще не запущен, соединение освобождается немедленно. Получатель ничего не замечает ([SWS_FrTp_00385], FrTp SWS с. 63).
• Если передача уже идет, FrTp останавливает ее с помощью E_OK ([SWS_FrTp_01116]).
• E_NOT_OK возвращается, если соединение не активно или последний N-PDU передачи без подтверждения уже передан в FrIf ([SWS_FrTp_01116]).

В сегментированном случае у получателя истекает таймаут, завершающий прием (FrTp SWS с. 59).

Диаграмма последовательности: если отправитель отменяет текущую сегментированную передачу, получатель завершает прием по таймауту. Источники: [SWS_FrTp_01116], FrTp SWS с. 69

FrTp_CancelReceive отменяет текущий прием, если RxPduId действителен, и возвращает в этом случае E_OK ([SWS_FrTp_01181], [SWS_FrTp_01183]). При несегментированном приеме или в процессе передачи LastFrame функция отвечает отказом ([SWS_FrTp_01182]). FrTp_ChangeParameter изменяет во время выполнения значения BandwidthControl FrTpSCexp и FrTpMaxNbrOfNPduPerCycle ([SWS_FrTp_00242]). Битовая структура соответствует формату кадра FC(CTS) ([SWS_FrTp_01195]). Идентификатором параметра для этого является TP_BC (ComStack Types с. 18). Во время текущего приема изменение отклоняется ([SWS_FrTp_01115]). После успешного изменения соединение использует новые значения ([SWS_FrTp_01156]).

Поведение при ошибке

Ошибки разработки определены в [SWS_FrTp_01201]:

• FRTP_E_UNINIT: вызов без инициализации; исключение составляют FrTp_Init и FrTp_GetVersionInfo.
• FRTP_E_PARAM_POINTER: указатель NULL.
• FRTP_E_INVALID_PDU_SDU_ID: недопустимый SDU- или PDU-ID.
• FRTP_E_INVALID_PARAMETER: недопустимый параметр.
• FRTP_E_UMSG_LENGTH_ERROR: неизвестная длина без соответствующей конфигурации ([SWS_FrTp_01134]).
• код ошибки для неудавшейся инициализации.

API проверяют идентификаторы и указатели и при ошибках возвращают E_NOT_OK, если у них есть возвращаемое значение ([SWS_FrTp_01139], [SWS_FrTp_01145], [SWS_FrTp_01147]). Ошибками времени выполнения являются FRTP_E_SEG_ERROR (0x05) и FRTP_E_NO_CHANNEL (0x07). Они передаются через Det_ReportRuntimeError ([SWS_FrTp_01208], [SWS_FrTp_00577]).

В трех случаях отправитель прерывает передачу и сообщает PduR_FrTpTxConfirmation с E_NOT_OK:

• FlowControl имеет недопустимый Flow Status или OVFLW/ABT ([SWS_FrTp_01198]);
• ACK_RET указывает на позицию вне буфера ([SWS_FrTp_01199]);
• соединение 1:n потребовало бы сегментации (FrTp SWS с. 51).

FrTp_TxConfirmation с E_NOT_OK освобождает канал на обеих сторонах ([SWS_FrTp_01056], [SWS_FrTp_01081]). Флаг RX_ERROR сохраняет ошибку приёма до тех пор, пока не будет разрешена отправка FlowControl. После реакции (Retry, отрицательное подтверждение или отмена) он сбрасывается ([SWS_FrTp_00429], [SWS_FrTp_00430]). В соединениях 1:n нет ни подтверждения, ни Retry ([SWS_FrTp_00598]).

Таймеры и таймауты следуют таблицам спецификации ([SWS_FrTp_01099], [SWS_FrTp_01100], FrTp SWS с. 67). Конфигурация должна удовлетворять следующим условиям:

• FRTP_TIMEOUT_BS > FRTP_TIME_BR + FRTP_TIME_AR ([SWS_FrTp_00599])
• FRTP_TIMEOUT_CR > FRTP_TIME_CS + FRTP_TIME_AS ([SWS_FrTp_01153])
• граница для экспоненты цикла разделения ([SWS_FrTp_00180])

Если PduR при отправке возвращает BUFREQ_E_BUSY, FrTp повторяет попытку до FrTpTimeCs раз ([SWS_FrTp_01196]). Счётчики ограничены ([SWS_FrTp_01105], [SWS_FrTp_01114]). Действия при достижении предела определяет [SWS_FrTp_01113]; соответствующая таблица здесь не приведена. Если у приёмника отсутствует буфер, он отправляет FC.WAIT. Число таких кадров ограничивает FrTpMaxFCWait (FrTp SWS с. 69).

Диаграмма последовательности: если буфер отсутствует, приёмник отправляет FC.WAIT до срабатывания лимита счётчика; после этого FC.CTS возобновляет передачу. Источники: [SWS_FrTp_01105], [SWS_FrTp_01114], FrTp SWS с. 70

Дальнейшие подробные доказательства

• Жизненный цикл и диспетчеризация: [SWS_FrTp_01028], [SWS_FrTp_01152], FrTp SWS с. 88.
• Варианты протокола: от [SWS_FrTp_01007] до [SWS_FrTp_01012] с иллюстрациями начиная с FrTp SWS с. 27.
• Тракт отправки и подтверждение: [SWS_FrTp_01042], [SWS_FrTp_01058], FrTp SWS с. 85.
• Тракт приёма: [SWS_FrTp_01078], [SWS_FrTp_01083].
• Пропускная способность и пулы: [SWS_FrTp_01096], [SWS_FrTp_01175], FrTp SWS с. 60, FrTp SWS с. 134.
• Сценарии повтора (повтор на уровне API в сравнении с повтором PDU): FrTp SWS с. 106.
• Каталог ошибок: [SWS_FrTp_01201], [SWS_FrTp_01208].