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ds 2025/7/22 5:32:42

AUTOSAR 通信管理器(ComM)详解

基于AUTOSAR标准规范分析

目录

  • 1. 通信管理器(ComM)概述
  • 2. ComM架构设计
  • 3. ComM状态机
  • 4. ComM配置结构
  • 5. ComM用户接口
  • 6. ComM部分网络管理
  • 7. 总结

1. 通信管理器(ComM)概述

通信管理器(ComM)是AUTOSAR标准中的关键模块，用于协调和管理汽车ECU中的通信需求。它作为应用层与网络底层之间的抽象层，提供了统一的通信请求和管理接口。

1.1 主要职责

通信管理器(ComM)主要负责：

  • 通信模式管理：管理ECU间的通信模式(如全通信、无通信或部分通信)
  • 通信请求处理：处理来自应用层的通信需求
  • 网络唤醒和休眠：协调网络的唤醒和休眠行为
  • 部分网络管理：支持部分网络簇(PNC)功能，实现节能控制

通过ComM，AUTOSAR应用可以请求或释放通信资源，而无需了解底层网络的实现细节，从而提高了软件的可复用性和解耦性。

2. ComM架构设计

在这里插入图片描述

2.1 架构层次划分

通信管理器架构图清晰地展示了ComM在AUTOSAR软件架构中的位置和与其他模块的关系：

  1. 应用层

    • 应用模块通过ComM提供的API接口请求和释放通信服务
    • 应用不直接与底层网络通信模块交互，确保了抽象和解耦

  2. 服务层

    • 通信管理器(ComM)：核心组件，管理通信模式和处理请求
    • 诊断通信管理器(DCM)：与ComM交互以支持诊断通信
    • ECU状态管理器(EcuM)：向ComM通知ECU状态变化
    • 基础软件模式管理器(BswM)：处理模式切换请求

  3. 网络抽象层

    • 网络管理(Nm)：处理网络层面的管理任务，包括CanNm、FrNm和EthNm
    • 总线状态管理器(BusSM)：管理特定总线类型的状态，包括CanSM、FrSM和EthSM
    • 通信栈：底层通信驱动程序

2.2 模块间接口

ComM与周围模块的交互通过标准化接口实现：

  1. 向上接口

    • 应用层模块调用ComM_RequestComMode()、ComM_ReleaseComMode()等API
    • ComM通过回调函数通知应用层通信状态变化

  2. 向下接口

    • ComM调用Nm模块的函数，如Nm_NetworkRequest()、Nm_NetworkRelease()
    • ComM调用BusSM模块的函数，如BusSM_RequestComMode()

  3. 水平接口

    • ComM与DCM交互，支持诊断通信需求
    • ComM向EcuM和BswM提供状态通知和模式切换请求

2.3 代码示例：ComM初始化

/* ComM模块初始化函数 */
void ComM_Init(const ComM_ConfigType* ConfigPtr)
{uint8 channelIndex;/* 检查配置指针 */if (ConfigPtr == NULL_PTR) {/* 使用链接时配置 */ConfigPtr = &ComM_Config;}/* 保存配置指针 */ComM_ConfigPtr = ConfigPtr;/* 初始化所有通信通道 */for (channelIndex = 0; channelIndex < ComM_ConfigPtr->ComMChannelCount; channelIndex++) {/* 设置初始通信模式为NO_COM */ComM_ChannelState[channelIndex] = COMM_NO_COM_NO_PENDING_REQUEST;/* 初始化通道状态变量 */ComM_UserRequestMode[channelIndex] = COMM_NO_COMMUNICATION;ComM_NmStateChangeNotification[channelIndex] = FALSE;/* 通知总线状态管理器初始模式 */BusSM_ModeIndication(channelIndex, COMM_NO_COMMUNICATION);}/* 设置模块状态为初始化完成 */ComM_ModuleStatus = COMM_READY;
}

3. ComM状态机

在这里插入图片描述

3.1 状态定义

通信管理器实现了一个状态机，管理ComM通道的不同通信状态：

  1. NO_COM_NO_PENDING_REQUEST

    • 描述：通信未激活，且无等待的通信请求
    • 特点：低功耗模式，通信总线完全关闭
    • 进入条件：ECU初始化完成或所有通信请求都已释放

  2. NO_COM_REQUEST_PENDING

    • 描述：通信未激活，但存在等待处理的请求
    • 特点：系统正在尝试激活通信，但尚未建立
    • 进入条件：应用请求通信，但网络尚未准备好

  3. FULL_COM_NETWORK_REQUESTED

    • 描述：通信已完全激活，网络处于活动状态
    • 特点：全功能通信模式，所有通信功能可用
    • 进入条件：网络已建立，响应用户通信请求

  4. FULL_COM_READY_SLEEP

    • 描述：通信仍然激活，但已准备好进入休眠
    • 特点：通信仍可用，但系统准备关闭不必要的通信
    • 进入条件：所有用户都释放了通信请求

  5. SILENT_COM

    • 描述：选择性唤醒模式，总线保持监听状态
    • 特点：低功耗但可被唤醒，用于部分网络功能
    • 进入条件：进入选择性唤醒模式的网络请求

3.2 状态转换

状态转换由以下触发条件控制：

  1. 用户请求通信：当应用层请求通信时，触发状态从NO_COM向FULL_COM过渡
  2. 网络激活: 当网络层报告通信已建立，状态从REQUEST_PENDING转为FULL_COM
  3. 用户释放通信：所有用户释放通信后，系统准备进入低功耗模式
  4. 网络管理信号：NM模块的睡眠指示会触发状态转换到NO_COM
  5. 唤醒信号：在部分网络功能中，唤醒信号会激活SILENT_COM状态下的通信

3.3 代码示例：状态处理

/* ComM状态处理函数 */
void ComM_MainFunction(void)
{uint8 channelIndex;ComM_ModeType currentMode, targetMode;/* 检查模块是否已初始化 */if (ComM_ModuleStatus != COMM_READY) {return;}/* 处理所有通信通道 */for (channelIndex = 0; channelIndex < ComM_ConfigPtr->ComMChannelCount; channelIndex++) {/* 获取当前状态 */ComM_GetCurrentComMode(channelIndex, &currentMode);/* 状态机处理逻辑 */switch (ComM_ChannelState[channelIndex]) {case COMM_NO_COM_NO_PENDING_REQUEST:/* 检查是否有新的通信请求 */if (ComM_UserRequestMode[channelIndex] == COMM_FULL_COMMUNICATION) {/* 转换到请求等待状态 */ComM_ChannelState[channelIndex] = COMM_NO_COM_REQUEST_PENDING;/* 请求网络管理激活网络 */BusSM_RequestComMode(channelIndex, COMM_FULL_COMMUNICATION);}break;case COMM_NO_COM_REQUEST_PENDING:/* 检查网络是否已激活 */if (ComM_NmStateChangeNotification[channelIndex] == TRUE) {/* 网络已激活，转换到全通信状态 */ComM_ChannelState[channelIndex] = COMM_FULL_COM_NETWORK_REQUESTED;/* 重置通知标志 */ComM_NmStateChangeNotification[channelIndex] = FALSE;/* 通知用户模式变化 */ComM_CurrentModeIndication(channelIndex, COMM_FULL_COMMUNICATION);}/* 检查请求是否超时或取消 */else if (ComM_UserRequestMode[channelIndex] != COMM_FULL_COMMUNICATION) {/* 返回到初始状态 */ComM_ChannelState[channelIndex] = COMM_NO_COM_NO_PENDING_REQUEST;BusSM_RequestComMode(channelIndex, COMM_NO_COMMUNICATION);}break;/* 其他状态处理... */}}
}

4. ComM配置结构

在这里插入图片描述

4.1 配置容器层次

通信管理器的配置结构遵循AUTOSAR标准的容器模型：

  1. ComM（根容器）

    • 包含所有通信管理器的配置参数和子容器
    • 每个ECU的ComM只有一个ComM根容器实例

  2. ComMGeneral

    • 包含影响整个ComM模块行为的全局参数
    • 定义了开发错误检测、版本信息API等总体功能开关

  3. ComMChannel

    • 定义单个通信通道的配置
    • 一个ECU可以有多个通道（CAN、FlexRay或以太网）
    • 每个通道与特定总线类型和网络管理变体关联

  4. ComMUser

    • 定义可以请求通信服务的用户
    • 每个用户可以关联到一个或多个通信通道
    • 用户通常对应于应用模块或软件组件

  5. ComMPnc

    • 部分网络簇配置，仅在支持部分网络时使用
    • 定义特定功能分组所需的通信设置

4.2 关键配置参数

  1. ComMGeneral 关键参数

    • ComMDevErrorDetect：开启/关闭开发错误检测
    • ComMVersionInfoApi：开启/关闭版本信息API
    • ComMPncSupport：开启/关闭部分网络支持
    • ComMMainFunctionPeriod：主函数周期（毫秒）

  2. ComMChannel 关键参数

    • ComMChannelId：通道唯一标识符
    • ComMBusType：总线类型（CAN、FlexRay、以太网等）
    • ComMNmVariant：网络管理变体（NONE、LIGHT、PASSIVE、FULL）
    • ComMUserIdList：可访问该通道的用户ID列表

  3. ComMUser 关键参数

    • ComMUserId：用户唯一标识符
    • ComMChannelList：用户可访问的通道列表

  4. ComMPnc 关键参数

    • ComMPncId：部分网络簇标识符
    • ComMPncPrepareSleepTimer：准备睡眠计时器（毫秒）
    • ComMEcuGroupClassification：ECU分组分类（协调器/跟随者）

4.3 代码示例：配置结构定义

/* ComM模块配置结构定义 *//* 总线类型枚举 */
typedef enum {COMM_BUS_TYPE_CAN,    /* CAN总线 */COMM_BUS_TYPE_FR,     /* FlexRay总线 */COMM_BUS_TYPE_ETH,    /* 以太网总线 */COMM_BUS_TYPE_LIN     /* LIN总线 */
} ComM_BusTypeType;/* 网络管理变体枚举 */
typedef enum {COMM_NM_VARIANT_NONE,    /* 无网络管理 */COMM_NM_VARIANT_LIGHT,   /* 轻量级网络管理 */COMM_NM_VARIANT_PASSIVE, /* 被动网络管理 */COMM_NM_VARIANT_FULL     /* 完整网络管理 */
} ComM_NmVariantType;/* 通信模式枚举 */
typedef enum {COMM_NO_COMMUNICATION,     /* 无通信模式 */COMM_SILENT_COMMUNICATION, /* 静默通信模式 */COMM_FULL_COMMUNICATION    /* 完全通信模式 */
} ComM_ModeType;/* 部分网络配置 */
typedef struct {uint8 ComMPncId;          /* PNC ID (0-255) */float32 ComMPncPrepareSleepTimer; /* PNC睡眠准备定时器值(毫秒) */boolean ComMPncZeroConfirmationRequired; /* 是否需要零确认 */uint8 ComMPncGatewayType; /* 网关类型(NONE/ACTIVE/PASSIVE) */uint8 ComMEcuGroupClassification; /* ECU组分类(NONE/COORDINATOR/FOLLOWER) */uint8 ComMChannelCount;   /* 关联通道数量 */uint8 *ComMChannelList;   /* 关联通道列表 */
} ComM_PncConfigType;/* 用户配置 */
typedef struct {uint8 ComMUserId;        /* 用户ID (0-255) */uint8 ComMChannelCount;  /* 关联通道数量 */uint8 *ComMChannelList;  /* 关联通道列表 */
} ComM_UserConfigType;/* 通道配置 */
typedef struct {uint8 ComMChannelId;         /* 通道ID (0-255) */ComM_BusTypeType ComMBusType; /* 总线类型 */ComM_NmVariantType ComMNmVariant; /* NM变体 */uint8 ComMNmChannelHandle;   /* NM通道句柄 */float32 ComMMainFunctionPeriod; /* 主函数周期(毫秒) */uint8 ComMUserCount;         /* 用户数量 */uint8 *ComMUserIdList;       /* 用户ID列表 */uint8 ComMPncCount;          /* PNC数量 */uint8 *ComMPncIdList;        /* PNC ID列表 */
} ComM_ChannelConfigType;/* 常规配置 */
typedef struct {boolean ComMDevErrorDetect;  /* 开发错误检测开关 */boolean ComMVersionInfoApi;  /* 版本信息API开关 */boolean ComMPncSupport;      /* PNC支持开关 */float32 ComMMainFunctionPeriod; /* 主函数周期(毫秒) */uint8 ComMUserSizeOfType;    /* 用户ID类型大小 */uint8 ComMChannelSizeOfType; /* 通道ID类型大小 */uint8 ComMPncIdSizeOfType;   /* PNC ID类型大小 */uint8 ComMModeRequestRepetitionMax; /* 模式请求最大重复次数 */
} ComM_GeneralType;/* ComM模块总配置 */
typedef struct {ComM_GeneralType ComMGeneral;      /* 常规配置 */uint8 ComMChannelCount;            /* 通道数量 */ComM_ChannelConfigType *ComMChannel; /* 通道配置 */uint8 ComMUserCount;               /* 用户数量 */ComM_UserConfigType *ComMUser;      /* 用户配置 */uint8 ComMPncCount;                /* PNC数量 */ComM_PncConfigType *ComMPnc;        /* PNC配置 */
} ComM_ConfigType;

5. ComM用户接口

在这里插入图片描述

5.1 交互流程分析

序列图展示了ComM模块与应用层、网络管理层和总线管理层之间的交互流程：

  1. 初始化阶段

    • 应用层调用ComM_Init()初始化ComM模块
    • ComM初始化内部状态并通知总线状态管理器初始模式

  2. 通信请求阶段

    • 应用层调用ComM_RequestComMode()请求通信
    • ComM更新用户请求状态并向BusSM请求通信模式
    • BusSM激活通信栈并通知网络管理层进行网络请求
    • 网络初始化和通信建立后，Nm通知ComM网络已启动
    • ComM通知应用层通信模式已变更为全通信

  3. 通信释放阶段

    • 应用层调用ComM_ReleaseComMode()释放通信
    • 如果所有用户都释放了通信，ComM通知Nm进行网络释放
    • BusSM准备关闭通信栈

  4. 通信关闭阶段

    • Nm通知ComM准备总线睡眠
    • ComM更新通道状态并通知应用层通信模式变更
    • Nm发送总线睡眠指示，ComM完全关闭通信

  5. 状态查询

    • 应用层可随时通过ComM_GetCurrentComMode()查询当前通信状态

5.2 主要API接口

ComM模块提供以下关键API接口：

  1. 初始化与反初始化

    • void ComM_Init(const ComM_ConfigType* ConfigPtr)：初始化ComM模块
    • void ComM_DeInit(void)：反初始化ComM模块

  2. 通信模式控制

    • Std_ReturnType ComM_RequestComMode(uint8 UserId, ComM_ModeType ComMode)：请求通信模式
    • Std_ReturnType ComM_ReleaseComMode(uint8 UserId, ComM_ModeType ComMode)：释放通信模式
    • Std_ReturnType ComM_GetCurrentComMode(uint8 UserId, ComM_ModeType* ComMode)：获取当前通信模式

  3. 网络管理接口

    • void ComM_Nm_NetworkStartIndication(NetworkHandleType Channel)：网络启动指示
    • void ComM_Nm_PrepareBusSleepIndication(NetworkHandleType Channel)：准备总线睡眠指示
    • void ComM_Nm_BusSleepIndication(NetworkHandleType Channel)：总线睡眠指示

  4. 诊断和特殊功能

    • Std_ReturnType ComM_GetVersionInfo(Std_VersionInfoType* versioninfo)：获取版本信息
    • Std_ReturnType ComM_CommunicationAllowed(NetworkHandleType Channel, boolean* Allowed)：检查是否允许通信

5.3 代码示例：请求与释放通信

/* 应用层请求通信示例 */
void Application_StartCommunication(void) {Std_ReturnType result;ComM_ModeType currentMode;/* 请求完全通信 */result = ComM_RequestComMode(APP_USER_ID, COMM_FULL_COMMUNICATION);if (result != E_OK) {/* 错误处理 */App_ReportError(APP_COMM_REQUEST_FAILED);return;}/* 等待通信建立 */do {/* 获取当前模式 */result = ComM_GetCurrentComMode(APP_USER_ID, &currentMode);if (result != E_OK) {/* 错误处理 */break;}/* 如果未达到全通信模式，稍作等待 */if (currentMode != COMM_FULL_COMMUNICATION) {App_Delay(10); /* 等待10ms */}} while (currentMode != COMM_FULL_COMMUNICATION);/* 通信已建立，可以开始数据交换 */if (currentMode == COMM_FULL_COMMUNICATION) {App_StartDataExchange();}
}/* 应用层释放通信示例 */
void Application_StopCommunication(void) {Std_ReturnType result;/* 先停止数据交换 */App_StopDataExchange();/* 释放通信请求 */result = ComM_ReleaseComMode(APP_USER_ID, COMM_FULL_COMMUNICATION);if (result != E_OK) {/* 错误处理 */App_ReportError(APP_COMM_RELEASE_FAILED);}
}

6. ComM部分网络管理

在这里插入图片描述

6.1 部分网络概念

部分网络(Partial Network)是AUTOSAR引入的节能技术，允许ECU在不需要全部功能时进入低功耗模式，但仍能响应特定唤醒请求：

  1. 部分网络簇(PNC)

    • 定义为具有相关功能的ECU逻辑分组
    • 可以独立于其他功能进行唤醒和休眠
    • 通过配置确定哪些ECU属于特定PNC

  2. PNC角色分类

    • 协调器(Coordinator)：负责控制PNC状态，发送唤醒/睡眠信号
    • 跟随者(Follower)：根据协调器信号改变自身状态

  3. 唤醒机制

    • 通过网络管理帧中的特定位（唤醒位）传递唤醒信号
    • ECU在休眠状态仍能监听唤醒请求
    • 仅当相关PNC被请求时才唤醒特定ECU

6.2 部分网络架构

图中展示了部分网络管理的整体架构：

  1. 整车网络层次

    • ECU 1作为协调器，控制多个PNC
    • ECU 2和ECU 3分别属于不同的PNC，作为跟随者
    • ECU 4不支持部分网络功能

  2. ECU内部结构

    • ECU 1(协调器)内部：

      • 应用层通过ComM请求/释放特定PNC
      • ComM控制多个PNC管理模块
      • PNC管理模块通过Nm设置唤醒位

    • ECU 2(跟随者)内部：

      • ComM监控PNC接收器状态
      • 接收器检测到唤醒信号时通知Nm

6.3 PNC状态管理

部分网络簇(PNC)具有自己的状态管理逻辑：

  1. PNC状态

    • PNC_REQUESTED：PNC被请求，协调器发送唤醒位
    • PNC_READY_SLEEP：所有用户释放PNC，准备休眠
    • PNC_NO_COMMUNICATION：PNC处于休眠状态

  2. 状态转换

    • 当应用请求PNC时，状态变为REQUESTED
    • 应用释放PNC后，启动准备睡眠定时器
    • 定时器到期且无新请求，状态变为NO_COMMUNICATION

6.4 代码示例：PNC管理

/* PNC管理相关代码示例 *//* PNC请求函数 */
Std_ReturnType ComM_RequestPnc(uint8 UserId, uint8 PncId)
{uint8 pncIndex;boolean pncFound = FALSE;/* 检查模块是否已初始化 */if (ComM_ModuleStatus != COMM_READY) {return E_NOT_OK;}/* 检查用户ID有效性 */if (UserId >= ComM_ConfigPtr->ComMUserCount) {COMM_DET_REPORT_ERROR(COMM_API_ID_REQUEST_PNC, COMM_E_WRONG_PARAMETERS);return E_NOT_OK;}/* 查找PNC索引 */for (pncIndex = 0; pncIndex < ComM_ConfigPtr->ComMPncCount; pncIndex++) {if (ComM_ConfigPtr->ComMPnc[pncIndex].ComMPncId == PncId) {pncFound = TRUE;break;}}/* PNC ID无效 */if (pncFound == FALSE) {COMM_DET_REPORT_ERROR(COMM_API_ID_REQUEST_PNC, COMM_E_WRONG_PARAMETERS);return E_NOT_OK;}/* 标记用户请求 */ComM_PncUserRequestMode[pncIndex][UserId] = COMM_PNC_REQUESTED;/* 更新PNC状态 */ComM_UpdatePncState(pncIndex);return E_OK;
}/* PNC释放函数 */
Std_ReturnType ComM_ReleasePnc(uint8 UserId, uint8 PncId)
{uint8 pncIndex;boolean pncFound = FALSE;/* 检查模块是否已初始化 */if (ComM_ModuleStatus != COMM_READY) {return E_NOT_OK;}/* 查找PNC索引 */for (pncIndex = 0; pncIndex < ComM_ConfigPtr->ComMPncCount; pncIndex++) {if (ComM_ConfigPtr->ComMPnc[pncIndex].ComMPncId == PncId) {pncFound = TRUE;break;}}/* PNC ID无效 */if (pncFound == FALSE) {COMM_DET_REPORT_ERROR(COMM_API_ID_RELEASE_PNC, COMM_E_WRONG_PARAMETERS);return E_NOT_OK;}/* 标记用户释放 */ComM_PncUserRequestMode[pncIndex][UserId] = COMM_PNC_NO_COMMUNICATION;/* 更新PNC状态 */ComM_UpdatePncState(pncIndex);return E_OK;
}/* PNC状态更新处理 */
void ComM_UpdatePncState(uint8 PncIndex)
{uint8 userId;boolean pncRequested = FALSE;uint8 channelIndex, nmChannel;/* 检查任何用户是否请求PNC */for (userId = 0; userId < ComM_ConfigPtr->ComMUserCount; userId++) {if (ComM_PncUserRequestMode[PncIndex][userId] == COMM_PNC_REQUESTED) {pncRequested = TRUE;break;}}/* 根据请求状态更新PNC状态 */if (pncRequested == TRUE) {/* 如果PNC当前不是请求状态 */if (ComM_PncState[PncIndex] != COMM_PNC_REQUESTED) {ComM_PncState[PncIndex] = COMM_PNC_REQUESTED;/* 设置PNC唤醒位 */for (channelIndex = 0; channelIndex < ComM_ConfigPtr->ComMPnc[PncIndex].ComMChannelCount; channelIndex++) {nmChannel = ComM_ConfigPtr->ComMPnc[PncIndex].ComMChannelList[channelIndex];/* 只在协调器ECU上设置唤醒位 */if (ComM_ConfigPtr->ComMPnc[PncIndex].ComMEcuGroupClassification == COMM_ECU_GROUP_COORDINATOR) {Nm_SetPncWakeupBit(nmChannel, ComM_ConfigPtr->ComMPnc[PncIndex].ComMPncId);}}}} else {/* 所有用户都释放了PNC */if (ComM_PncState[PncIndex] == COMM_PNC_REQUESTED) {/* 启动准备睡眠定时器 */ComM_PncState[PncIndex] = COMM_PNC_READY_SLEEP;ComM_StartPncPrepareSleepTimer(PncIndex);}}
}

7. 总结

本文详细分析了AUTOSAR通信管理器(ComM)的核心功能、架构设计、状态管理、配置结构和应用接口。通过对ComM的深入了解，可以总结以下几点：

7.1 ComM的核心价值

  1. 抽象层设计

    • ComM作为抽象层，隔离应用与底层网络实现细节
    • 提供统一的通信管理接口，简化应用开发

  2. 状态管理

    • 通过状态机实现精细化的通信状态控制
    • 确保网络通信按需启动和关闭，优化资源使用

  3. 节能技术

    • 部分网络功能支持ECU选择性唤醒
    • 只有需要的功能被激活，提高整车能源效率

7.2 实际应用场景

ComM在现代汽车中的典型应用场景包括：

  • 按需启动系统：如信息娱乐系统只在用户请求时激活网络通信
  • 诊断通信管理：在维修场景下按需激活诊断通信
  • 节能优化：在车辆停止状态下自动关闭不必要的网络通信
  • 功能分组：通过PNC实现功能相关ECU的分组管理和唤醒

7.3 设计思考

AUTOSAR ComM模块的设计展示了以下软件工程最佳实践：

  • 单一职责原则：ComM专注于通信管理，不涉及具体通信实现
  • 层次化设计：清晰的层次结构使责任边界明确
  • 状态驱动架构：使用状态机管理复杂的行为逻辑
  • 配置驱动开发：通过配置适应不同的硬件平台和应用需求

通信管理器作为AUTOSAR架构的关键组件，展示了汽车软件设计中模块化、可配置和分层架构的重要性。通过合理使用ComM提供的功能，可以有效降低汽车电子系统的能耗，同时简化应用软件开发。

http://www.xdnf.cn/news/16054.html

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