白蒲江 孟晨興

摘要：首先介紹了UDS的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)，然后具體對(duì)UDS的服務(wù)功能進(jìn)行了說(shuō)明，最后以緩速器電控單元的診斷設(shè)計(jì)為例，闡述了UDS的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及其在車(chē)輛標(biāo)定診斷測(cè)試中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：UDS;電控單元;診斷標(biāo)定

1? ? 技術(shù)背景

CAN（Controller Area Network，控制器局域網(wǎng)）是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的汽車(chē)通信總線之一。為實(shí)現(xiàn)智能化控制、共享數(shù)據(jù)信息，商用車(chē)將所有的車(chē)載電器和ECU控制單元都搭載到CAN網(wǎng)絡(luò)總線上[1]。

隨著汽車(chē)ISO（International Standard Organization）診斷標(biāo)準(zhǔn)日趨完善，ISO 15765診斷通信協(xié)議規(guī)范了基于CAN總線的診斷服務(wù)UDS（Unified Diagnostic Services）。UDS是面向商用車(chē)控制單元的應(yīng)用層協(xié)議（ISO 14229-1），提供了診斷服務(wù)的基本框架，主機(jī)廠和零部件供應(yīng)商可以根據(jù)自身情況自定義診斷服務(wù)。

2? ? 緩速器控制器診斷需求說(shuō)明

隨著汽車(chē)嵌入式技術(shù)的發(fā)展，商用車(chē)控制系統(tǒng)規(guī)模日益擴(kuò)大，復(fù)雜程度不斷提高，給整車(chē)各種控制單元的診斷、升級(jí)服務(wù)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。對(duì)緩速器而言，信號(hào)連接上，控制器與整車(chē)信號(hào)的交互已經(jīng)從全硬線傳輸過(guò)渡到硬線加CAN通信傳輸上來(lái)，未來(lái)為了滿足整車(chē)數(shù)據(jù)共享的需求，將實(shí)現(xiàn)全CAN通信傳輸;整車(chē)均配備了OBD診斷接口，控制器與該接口連接，利用診斷儀等可以實(shí)現(xiàn)控制器程序升級(jí)及數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)等。功能方面，原來(lái)識(shí)別駕駛員手柄檔位控制緩速器輸出制動(dòng)力，現(xiàn)在能響應(yīng)來(lái)自電子制動(dòng)系統(tǒng)裝置（制動(dòng)踏板）、車(chē)身裝置（手柄）的扭矩請(qǐng)求，精準(zhǔn)控制緩速器輔助整車(chē)進(jìn)行制動(dòng)。整車(chē)人機(jī)接口方面，控制器與智能化儀表通過(guò)CAN方式進(jìn)行交互，不僅線束連接更加簡(jiǎn)單，還能實(shí)現(xiàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)、故障燈、故障碼顯示。綜上所述，對(duì)于緩速器控制而言，為滿足駕駛員對(duì)車(chē)輛功能持續(xù)提升、維修人員對(duì)車(chē)輛故障快速處理的需求，緩速器控制系統(tǒng)應(yīng)支持用戶利用診斷儀對(duì)控制器進(jìn)行程序刷寫(xiě)、故障診斷、參數(shù)標(biāo)定、數(shù)據(jù)采集等方面的操作。為了便于主機(jī)廠統(tǒng)一診斷，緩速器在進(jìn)行自診斷開(kāi)發(fā)的同時(shí)，也需要同步按照UDS規(guī)范進(jìn)行診斷協(xié)議棧開(kāi)發(fā)[2]。下面將詳細(xì)描述診斷協(xié)議棧的開(kāi)發(fā)過(guò)程。

3? ? UDS診斷服務(wù)介紹

3.1? ? UDS服務(wù)原理

按照UDS規(guī)范，某一時(shí)刻控制單元處于某個(gè)診斷會(huì)話模式，此時(shí)若外部診斷設(shè)備對(duì)其按照物理或功能尋址的方式進(jìn)行請(qǐng)求，作為控制器應(yīng)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的服務(wù)。

3.2? ? UDS服務(wù)功能總述

UDS診斷服務(wù)包括：診斷和通信管理（通信控制、安全訪問(wèn)、診斷會(huì)話控制）、數(shù)據(jù)傳輸（讀取緩速器溫度數(shù)據(jù)、控制器版本信息）、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)傳輸（清除診斷信息、讀取診斷碼DTC信息）、上傳下載服務(wù)（刷寫(xiě)程序）[3]。

3.3? ? 尋址方式描述

物理尋址：當(dāng)需要對(duì)某一具體ECU進(jìn)行診斷服務(wù)時(shí)，外部診斷設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸層對(duì)ID進(jìn)行配置，設(shè)備地址為被請(qǐng)求設(shè)備的節(jié)點(diǎn)地址，被請(qǐng)求的ECU支持相應(yīng)的服務(wù)功能，執(zhí)行必要的操作。

功能尋址：當(dāng)需要對(duì)CAN網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)ECU進(jìn)行診斷服務(wù)時(shí)，外部診斷設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸層對(duì)ID進(jìn)行配置，設(shè)備地址為廣播地址，多個(gè)ECU應(yīng)支持相應(yīng)的服務(wù)功能，執(zhí)行相關(guān)操作[3]。

對(duì)具體ECU進(jìn)行診斷服務(wù)時(shí)，需要功能尋址和物理尋址結(jié)合使用，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)ECU進(jìn)行服務(wù)請(qǐng)求。

4? ? 基于CAN總線的診斷服務(wù)開(kāi)發(fā)

4.1? ? 診斷服務(wù)開(kāi)發(fā)

ISO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了汽車(chē)通信協(xié)議，所有的汽車(chē)通信協(xié)議都是基于ISO模型[3]。緩速器RCU的診斷服務(wù)開(kāi)發(fā)內(nèi)容如下：

（1）通過(guò)芯片自帶數(shù)據(jù)庫(kù)生成完整的底層驅(qū)動(dòng)函數(shù)后，設(shè)計(jì)人員調(diào)用對(duì)應(yīng)的函數(shù)，配置物理層及傳輸層參數(shù)即可。

（2）數(shù)據(jù)鏈路層完成通信數(shù)據(jù)幀的解析和封裝，使用CAN擴(kuò)展幀（29位標(biāo)識(shí)符）。

（3）網(wǎng)絡(luò)層參考IS0 15765-2標(biāo)準(zhǔn)對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行分組，通過(guò)對(duì)單幀（SF）、第一幀（FF）、連續(xù)幀（CF）和流控制幀（FC）的操作，滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議要求[4]。

（4）應(yīng)用層由于緩速器控制單元對(duì)數(shù)據(jù)流讀取功能的設(shè)計(jì)要求極高，因此開(kāi)發(fā)時(shí)針對(duì)故障診斷等應(yīng)用而定義了必要的UDS診斷服務(wù)。

（5）功能層內(nèi)置了對(duì)Flash讀寫(xiě)的庫(kù)函數(shù)，該模塊的Bootloader引導(dǎo)程序調(diào)用Flash讀寫(xiě)函數(shù)即可完成程序刷寫(xiě)等功能。一個(gè)設(shè)計(jì)良好的Bootloader能加快汽車(chē)電控單元應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)，更能為后期的維護(hù)和升級(jí)工作提供便利[5]。

4.2? ? 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.2.1? ? 會(huì)話模式控制服務(wù)

控制服務(wù)的選項(xiàng)有：01默認(rèn)會(huì)話、02編程會(huì)話、03擴(kuò)展會(huì)話。在同一時(shí)刻，僅能有一個(gè)診斷會(huì)話模式被激活。RCU上電后，診斷會(huì)話請(qǐng)求未接收到，將自動(dòng)進(jìn)入默認(rèn)會(huì)話模式（01）。其他診斷會(huì)話模式超時(shí)后，RCU回到默認(rèn)會(huì)話模式（01）。當(dāng)診斷設(shè)備成功進(jìn)入某一特定的診斷會(huì)話模式，RCU將不再繼續(xù)監(jiān)測(cè)與該診斷會(huì)話模式相關(guān)的條件是否滿足;診斷設(shè)備和操作人員有責(zé)任保證允許進(jìn)入的條件在整個(gè)診斷會(huì)話過(guò)程中一直有效[6]。

4.2.2? ? 故障讀取功能開(kāi)發(fā)

在控制器上電運(yùn)行期間，故障診斷功能使能，則若某故障觸發(fā)故障記錄，則相應(yīng)的DTC信息更新。UDS服務(wù)模塊基于服務(wù)請(qǐng)求，依據(jù)狀態(tài)掩碼，反饋相應(yīng)的DTC信息。狀態(tài)掩碼選項(xiàng)為“1.當(dāng)前故障” “9.當(dāng)前和歷史故障” “8.歷史故障”等。

4.2.3? ? 故障清除功能開(kāi)發(fā)

基于服務(wù)請(qǐng)求，清除DTC信息的存儲(chǔ)及變量，復(fù)位DTC狀態(tài)到零。即故障狀態(tài)碼被復(fù)位為零，同時(shí)故障存儲(chǔ)也被復(fù)位到零。

4.3? ? 功能測(cè)試

首先診斷設(shè)備發(fā)出請(qǐng)求信息，此時(shí)數(shù)據(jù)傳輸層按照表1格式打包數(shù)據(jù)，然后傳遞給數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。

接收到外部設(shè)備請(qǐng)求后，根據(jù)標(biāo)識(shí)符從FLASH存儲(chǔ)中取出對(duì)應(yīng)的17個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，然后按照UDS的數(shù)據(jù)場(chǎng)要求進(jìn)行打包，同時(shí)按照定時(shí)要求進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送。

對(duì)表2數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸時(shí)，應(yīng)用到了多幀，多幀的設(shè)計(jì)要點(diǎn)包括管理存儲(chǔ)、幀順序、幀之間時(shí)間間隔的控制等。

外部診斷設(shè)備對(duì)上述信息進(jìn)行解包，便可得到需要的信息。

5? ? 結(jié)語(yǔ)

隨著軟件、通信技術(shù)的發(fā)展，診斷技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，從產(chǎn)品研發(fā)到售后服務(wù)貫穿車(chē)輛的整個(gè)生命周期。本設(shè)計(jì)已成功應(yīng)用，采用該方式實(shí)現(xiàn)程序刷寫(xiě)、故障診斷、參數(shù)標(biāo)定，方便了生產(chǎn)、測(cè)試、應(yīng)用和維護(hù)。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 詹克旭.基于UDS協(xié)議的汽車(chē)ECU升級(jí)方案[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件，2019，36（1）：191-196.

[2] 孫俊揚(yáng).UDS診斷協(xié)議工作原理和診斷協(xié)議棧的開(kāi)發(fā)[J].汽車(chē)與配件，2019（5）：64-65.

[3] 白蒲江，劉小龍.一種液力緩速器控制系統(tǒng)自診斷設(shè)計(jì)研究[J].汽車(chē)維修，2014（9）：4-6.

[4] Road Vehicles-Diagnostic on Controller Area Networks （CAN）-Part 2：Network layer services：ISO 15765-2：2004[S].

[5] 陳彤，黃立梅.一種用于汽車(chē)電控單元CAN Bootloader的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].汽車(chē)實(shí)用技術(shù)，2016（9）：156-160.

[6] Road Vehicles-Unified Diagnostic Services （UDS）-Part1：

Specification and requirements：ISO 14229-1：2006[S].

收稿日期：2020-08-11

作者簡(jiǎn)介：白蒲江（1979—），男，陜西蒲城人，工程師，研究方向：汽車(chē)電子控制系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)。