基于CAN域地址的網關路由設計

方偉家，衛 威，左 政

（一汽轎車股份有限公司產品部，吉林 長春 130012）

基于CAN域地址的網關路由設計

方偉家，衛 威，左 政

（一汽轎車股份有限公司產品部，吉林 長春 130012）

提出一種基于CAN域地址的網關路由算法設計。采用此方法設計網關，可以提高網關的通用化率。

報文標識符；域；路由；子網掩碼

隨著整車電子電氣化的發展，車輛電氣裝備越來越豐富，越來越多的電子控制單元裝備在汽車中。為了方便電子控制單元間的信息共享，并且降低成本和減少線束質量，電控單元大多支持CAN總線通信。網關是連接多個子網的節點，是分隔網絡降低網絡負載的工具。不論集成式網關還是獨立式網關，信息路由都是網關的最主要功能。通常網關路由設計基于現有的路由表進行定制化開發，而后續整車裝備升級常常變更路由表信息，使得網關頻繁升級。本文提出了一種基于總線域地址的網關路由算法設計，采用此方法可以使路由表自動生成，避免網關頻繁升級，達到通用化設計的目的。文章首先對域和子網結構等相關信息進行定義，接下來介紹網關端口和設計路由表，最后給出路由算法和實例分析。

1 域定義和子網結構

CAN網絡中的節點可以通信，需要定義節點通信地址。各個節點都具有一個唯一的通信地址，不同的節點有不同的通信地址。多個節點連接在同一條CAN網絡上組成域。域指向一個子網，域地址指向一個子網地址。子網中的所有節點有相同的域地址。不同的域間，地址不相同。

在CAN報文標識符的表現上，域地址代表標識符的前面若干連續位，而子網中的各個節點地址通過標識符的后續比特位體現。將域地址所占用的連續位均置為1，后續位置均置為0形成的地址稱作子網掩碼。子網中的所有節點有相同的子網掩碼。子網掩碼用于判斷一個子網所包含的全部節點地址的范圍。

圖1展示了一種4路子網的網絡結構。其中3個子網通過網關1連接，網關2連接第4個子網。子網結構中標注了所有節點和域的地址信息。將域地址所占用的連續位長度通過“/”放在節點地址或域地址后面，體現子網掩碼信息。

如表1所示的0x500/5子網表明：使用報文標識符前5個位表示域地址，子網掩碼為0x7C0。當前子網中有3個節點分別為0x51A/5、0x51B/5、0x51C/5。

表1 地址和掩碼

2 網關端口和路由

端口是網關對一個子網的物理連接。作為網關，至少要有2個端口。每一個端口分配一個節點地址和子網掩碼。端口分本地端口和路由端端口。

網關連接多個子網，從一個子網向另一個子網發送報文。路由方式可分一對一路由和廣播路由。當選擇廣播路由時，報文被復制發送至所有其他端口。

路由表用來決定一個報文是否需要路由。路由表產生和存儲在網關的存儲器中。網關基于路由表分析域地址、子網掩碼和路由端口號，進行路由操作。待路由的報文，可以指向另一個子網的控制單元，也可以指向網關端口。當指向另一個子網的控制單元時，網關將該報文發送至目標子網中。當指向網關端口時，不路由，而上傳至網關控制器應用層進行數據處理。

圖1的網絡結構中包括2個網關。網關1有3個端口，網關2有2個端口。對于網關1的端口3，滿足子網640/6和650/6的報文都需要路由，因此端口3子網的域地址和子網掩碼可以定義為640/5，見表2。

表2 端口3域地址選擇

將圖1各子網的域地址、子網掩碼和端口確認后，形成路由表，見表3。

表3 路由表

3 路由算法

網關收到發至不同子網端口的所有報文。如果目標地址是0x7FF，則報文被廣播路由。正常路由算法被跳過。在端口接收到報文后，路由算法見圖2。

1）將目標地址和本地端口的子網掩碼進行按位與操作形成結果1。

2）將結果1與本地域地址相比較。域地址可存儲在節點的存儲器中，也可通過節點地址和子網掩碼計算獲得。如果結果等于域地址，接收到的報文是端口子網內的本地報文，不路由，判斷結束。如果結果不等于域地址，進入下一步路由分析。

圖1 4路子網的網絡結構

圖2 路由算法

3）將目標地址和路由端端口的子網掩碼進行按位與操作形成結果2。

4）將結果2與路由端端口的域地址進行比較，如果相等，算法跳至第7步，否則算法至第5步。

5）如果存在其他可路由端口，算法進入下一步。否則不路由，判斷結束。

6）選擇下一個可路由端口，算法跳回第3步。

7）報文目標地址與網關當前路由端端口地址相比較。如果目標地址是 網關當前路由端端口的地址，算法至第9步。如果目標地址不是網關當前路由端端口的地址，算法至第8步。

8）從端口向子網發出報文。

9）指向網關的報文，網關在應用層進行處理。

4 實例

如0x51A節點發送出目標地址為0x642的報文。網關接收到報文后的處理步驟見下。

4.1 網關1

1）分析報文標識符0x642。

2）網關路由決策，見表4。640不等于500，0x642不屬于本地報文，需要路由。

表4 網關1路由決策

3）網關路由分析，見表5。640不等于600，0x642不路由至端口2，而路由至端口3。4）檢測報文是否發送到網關：0x642！=0x654。5）路由報文至端口3。

表5 網關1路由分析

4.2 網關2

1）分析報文標識符0x642。

2）網關路由決策，見表6。640不等于650，0x642不屬于本地報文，需要路由。

表6 網關2路由決策

3）網關路由分析，見表7。0x642路由至端口2。

表7 網關2路由分析

4）檢測報文是否被網關路由：0x642！=0x641。

5）路由報文至端口2。

5 結論

采用本文所述的路由設計方法，將網絡按照域定義，網關根據不同的標識符路由至不同的域。提高了網關的兼容性和自動適配性，有利于網關通用化的開發。

（編輯 楊 景）

Gateway Routing Design Based on CAN Domain

FANG Wei-jia，WEI Wei，ZUO Zheng

（Products Development Department，FAW Car Co.，Ltd.，Changchun 130012，China）

This article introduces a gateway routing design method based on CAN domain. Using this method，the gateway universality may be increased.

message identifier；domain；routing；subnet mask

U463.6

A

1003-8639（2017）10-0038-03

2017-03-01

方偉家（1985-），男，碩士，工程師，從事總線設計、診斷設計、網關開發等工作；衛威（1982-），男，碩士，工程師，從事總線設計、診斷設計、網關開發、項目管理等工作；左政（1985-），男，碩士，工程師，從事總線設計、診斷設計等工作。