董宏興，初洪超

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基于ISO15765的車載CAN網(wǎng)絡(luò)診斷網(wǎng)絡(luò)層策略解析

董宏興，初洪超

（安徽江淮汽車技術(shù)中心新技術(shù)研究院，安徽 合肥 230009）

伴隨著CAN總線在車載網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，基于CAN總線的汽車網(wǎng)絡(luò)診斷通信標準ISO15765受到廣泛關(guān)注。致力于該診斷標準的網(wǎng)絡(luò)層處理策略的研究與解析，對基于ISO15765的車載網(wǎng)絡(luò)診斷設(shè)備的研發(fā)提供一定參考價值。

ISO15765；解析；診斷

引言

隨著汽車工業(yè)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，汽車通信策略標準逐漸由分散走向統(tǒng)一。K線診斷由于單線通訊而無法容錯，通訊效率低等缺點，滿足不了日益復雜的汽車網(wǎng)絡(luò)，其逐漸被基于汽車網(wǎng)絡(luò)診斷通信標準ISO15765的CAN總線所取代。致力于研發(fā)適于該體系的診斷設(shè)備，為未來車載診斷所需。

1 診斷協(xié)議分層結(jié)構(gòu)

ISO15765體系中明確定義了基于CAN的汽車故障診斷通訊機制，如圖1：

圖1 CAN線分層結(jié)構(gòu)

診斷協(xié)議體系結(jié)構(gòu)分為4層：應(yīng)用層，網(wǎng)絡(luò)層，數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。

應(yīng)用層將診斷服務(wù)數(shù)據(jù)處理成CAN數(shù)據(jù)幀，在傳輸過程中，進行數(shù)據(jù)打包，解包，協(xié)調(diào)上下層工作，其打包方式按照A_PDU、N_PDU 、L_PDU的順序發(fā)送，解包方式反之；網(wǎng)絡(luò)層則通過定時參數(shù)等處理Tester與ECU之間的時間關(guān)系；數(shù)據(jù)鏈路層則按照ISO11898-1轉(zhuǎn)化為有效的CAN數(shù)據(jù)幀，最后經(jīng)過物理層的電平信號實現(xiàn)設(shè)備與節(jié)點，節(jié)點與節(jié)點之間的通訊。

2 診斷測試策略

目前診斷存在3種診斷結(jié)構(gòu)：

（1）Tester與ECU處于同一網(wǎng)絡(luò)，其可以直接通訊，如圖2.

（2）Tester與ECU之間通過網(wǎng)關(guān)通訊，如圖3。

（3）Tester在主網(wǎng)絡(luò)，被測ECU在某子網(wǎng)絡(luò)，Tester通過兼有網(wǎng)關(guān)功能的子網(wǎng)絡(luò)的主節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)信息，實現(xiàn)與ECU的網(wǎng)絡(luò)通訊。

圖2 Tester與ECU處于同一網(wǎng)絡(luò)

目前汽車廠商出于技術(shù)及操作性方面考慮，大多使用不浪費幀資源的第一種方案。

圖3 Tester與ECU之間通過網(wǎng)關(guān)連接

3 診斷網(wǎng)絡(luò)層通信策略

UDS_CAN線診斷流程為：在ECU軟件復位后，Tester以集尋址信息，協(xié)議控制信息及數(shù)據(jù)信息的診斷報文，通過總線向ECU發(fā)出功能尋址或物理尋址請求，ECU在地址信息相符情況下，根據(jù)報文中的控制信息及數(shù)據(jù)信息，以形式類似的報文反饋或不反饋Tester，其反饋形式中分為正響應(yīng)和否定響應(yīng)。測試中按照模式、服務(wù)項、子功能、長度等方面確定ECU的功能信息、故障代碼及安全驗證相關(guān)等，其中，在ECU支持編程模式下可以對ECU進行軟件刷寫。以最大限度維護ECU廠商、主機廠利益并處理ECU的常見的問題，保證ECU的功能及信息唯一性。

下面簡單闡述Tester和ECU之間的時間處理與信號傳遞機制。

3.1 單幀傳輸

單幀傳輸相對簡單，只需要將數(shù)據(jù)以單幀發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)層，對等到實體通訊即可，如圖4：

圖4 單幀傳輸

3.2 多幀傳輸

多幀傳輸是攜帶數(shù)據(jù)傳輸信息大于7個字節(jié)的傳輸方式，如圖：

圖5 多幀傳輸

其中：

N_As為發(fā)送方數(shù)據(jù)幀經(jīng)數(shù)據(jù)鏈路層發(fā)送的時間；

N_Ar為接收方數(shù)據(jù)幀經(jīng)數(shù)據(jù)鏈路層發(fā)送的時間；

N_Bs為發(fā)送方接收流控制幀的等待時間

N_Br為接收方發(fā)送流控制幀的間隔時間

N_Cs為發(fā)送方發(fā)送連續(xù)幀的間隔時間

N_Cr為接收方接收連續(xù)幀的等待時間

時間參數(shù)滿足：

(N_Br+N_Ar)<(0.9*N_Bs timeout)

(N_Cs+N_As)<(0.9*N_Cr timeout)

診斷報文在網(wǎng)絡(luò)層中被分解成一個首幀和多個連續(xù)幀，首幀中明確定義了分段數(shù)據(jù)的總長度信息，為第一段幀；連續(xù)幀是其余分段數(shù)據(jù)組成的CAN幀，每個數(shù)據(jù)幀都包含拆分的順序編號。接收端根據(jù)接收數(shù)據(jù)幀的編號重組服務(wù)數(shù)據(jù)，以完成多幀傳輸。

3.3 錯誤處理

以上時間定時參數(shù)和網(wǎng)絡(luò)層傳輸協(xié)議確保了數(shù)據(jù)通訊的交互與傳遞的連續(xù)性，同時ECU或Tester可以識別以下幾種錯誤方式并給出相應(yīng)的處理以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼娲_性：

（1）SF_DL錯誤：

當SF_DL=0或者SF_DL>7(常規(guī)尋址)，此時接收方網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)忽略接收到的單幀，且接收方無indication；

（2）FF_DL錯誤：

當FF_DL>接收方的緩存，那么接收方網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)中斷報文接收，接收方發(fā)送FC，其中FS=Overflow，接收方無indica -tion ；

當FF_DL< 8/7（常規(guī)尋址模式為8，擴展或混合尋址為7），網(wǎng)絡(luò)層忽略FF，接收方無indication，且不發(fā)送FC；

（3）SN錯誤：

當CF N_PDU中的SN錯誤，報文接收應(yīng)被中斷，接收方網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)指示上層=N_WRONG_SN，Tester的定時參數(shù)N_Bs超時，其向上層發(fā)出Timeout的指令

（4）FS錯誤：發(fā)送方網(wǎng)絡(luò)層發(fā)現(xiàn)接收到的FC，F(xiàn)S非法（即FS錯誤），那么報文發(fā)送應(yīng)被中斷，發(fā)送方網(wǎng)絡(luò)層向上層報告；

（5）N_WFTmax超時：發(fā)送方最多只等待FC/FS限定次數(shù)，然后向上層發(fā)送N_BS_Timeout；

（6）ST錯誤：當設(shè)定的ST值為大于127ms時，發(fā)送方和接收方按照最大值127ms處理，發(fā)送方和接收方均各自向上層報告；

圖6 非預期幀處理

（7）非預期幀的處理：在多包報文傳輸或空閑狀態(tài)下，當發(fā)送、接收方受到非期望報文時，根據(jù)節(jié)點處于不同狀態(tài)給出以下處理方式，如圖6：

4 結(jié)論

本文針對ISO15765協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)層進行通訊解析，著重闡述了CAN線診斷網(wǎng)絡(luò)層通訊機制及錯誤處理策略。CAN線的診斷的網(wǎng)絡(luò)層策略，為Tester讀取和刷寫ECU提供了可靠的信息交互平臺，開發(fā)人員可基于此策略，開發(fā)出有利于針對CAN線診斷網(wǎng)絡(luò)層軟件。

目前基于ISO15765車載網(wǎng)絡(luò)診斷協(xié)議研發(fā)的產(chǎn)品較少，主要集中在德國Vector及華東氣電等公司開發(fā)的CANoe及ETS等儀器，雖然其涵蓋的測試項目較全，但成本較高，此方面技術(shù)的前瞻性及后續(xù)設(shè)計與開發(fā)價值可見一斑。

[1] ISO15765-1:Road Vehicles-Diagnostics on Controller Area Networks (CAN) ,2004.

[2] ISO15765-2:Road Vehicles-Diagnostics on Controller Area Networks (CAN) ,2003.

[3] 許東輝等,JAC S-II_ECU Diagnostic Specification,安徽江淮汽車乘用車研究院,2011,11（21）.

[4]常欣紅,于金泳,劉志遠..汽車故障診斷標準ISO15765的網(wǎng)絡(luò)層解析 2006,05（20）.

Based on ISO15765 vehicle CAN network diagnostic network layer strategy parsing

Dong Hongxing, Chu Hongchao

( Technology Center of JAC, Advanced Technology Research Institute, AnHui Hefei 230009 )

With the CAN bus in vehicle network based on CAN bus automotive network diagnostic communications standard ISO15765 attracted widespread attention. Devoted to the diagnostic criteria of the network layer processing strategy and analysis, based on ISO15765-vehicle network diagnostic equipment R & D to provide certain reference value.

ISO15765; Analysis; diagnostic

B

1671-7988(2018)24-50-03

U462

B

1671-7988(2018)24-50-03

U462

董宏興，就職于安徽江淮汽車技術(shù)中心新技術(shù)研究院。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.016