仰曉芳，喻曉軍，汪貴冬，周圣文，齊家軍

（安徽海博智能科技有限責(zé)任公司，安徽 蕪湖 241200）

引言

隨著“智慧礦山”概念的提出，礦山自動(dòng)駕駛的研究和應(yīng)用也日益增多。由于自動(dòng)駕駛的功能越來(lái)越復(fù)雜，且需要融合多傳感器信息，另AP（Adaptive）AUTOSAR 自適應(yīng)汽車開放式架構(gòu)的系統(tǒng)具有高性能、高運(yùn)算、動(dòng)態(tài)可擴(kuò)展性的特點(diǎn)，因此，AP AUTOSAR 的架構(gòu)未來(lái)被會(huì)廣泛地應(yīng)用在自動(dòng)駕駛產(chǎn)品中[1-3]。其中診斷系統(tǒng)作為AP AUTOSAR 的重要組成部分，其開發(fā)是基于DoIP（Diagnostic Communication over IP）和UDS（Unified Diagnostic Services）協(xié)議，實(shí)現(xiàn)UDSonIP（UDS on Internet Protocol implementation）的診斷[4-9]。

以華為MDC300F 為平臺(tái)，基于AP AUTOSAR 和UDS 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，二次開發(fā)了礦車自動(dòng)駕駛故障診斷系統(tǒng)，并深入介紹了AP AUTOSAR 診斷系統(tǒng)的整體框架和相關(guān)模塊的設(shè)計(jì)。以華為的MCDTool 作為上位機(jī)，與控制器實(shí)現(xiàn)DoIP 通信進(jìn)行診斷相關(guān)服務(wù)的測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)能準(zhǔn)確判斷出故障，并記錄故障發(fā)生時(shí)的車輛信息，便于測(cè)試和維修人員定位故障[1-2]。

1 AP AUTOSAR 診斷簡(jiǎn)介

AP AUTOSAR 標(biāo)準(zhǔn)定義了一套基于service 和APIs 兩種接口類型的ARA（AUTOSAR Runtime for Adaptive Applications）運(yùn)行環(huán)境，并由平臺(tái)服務(wù)和平臺(tái)基礎(chǔ)為分組的多個(gè)功能集群組成。其主要特點(diǎn)有：面向服務(wù)的架構(gòu)，實(shí)時(shí)性高，安全性高，動(dòng)態(tài)可擴(kuò)展等。

本文采用的AP AUTOSAR 架構(gòu)如圖1 所示。

AP AUTOSAR 診斷基于AP AUTOSAR，位于平臺(tái)基礎(chǔ)層，簡(jiǎn)稱診斷管理（DM）。診斷管理模塊可以支持多個(gè)ECU 的應(yīng)用場(chǎng)景，且支持應(yīng)用部署的動(dòng)態(tài)可擴(kuò)展[3]。診斷管理由UDS 傳輸層和診斷應(yīng)用層組成，其中診斷應(yīng)用層又包含診斷通信管理和診斷事件存儲(chǔ)管理兩部分，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2 所示。

2 AP AUTOSAR 診斷系統(tǒng)的開發(fā)

2.1 診斷系統(tǒng)的傳輸層

AP AUTOSAR 診斷系統(tǒng)支持標(biāo)準(zhǔn)的C++API，實(shí)現(xiàn)與UDS 傳輸層的連接。但是目前，AP AUTOSAR 的診斷只支持基于以太網(wǎng)的傳輸協(xié)議，將來(lái)的AP AUTOSAR 版本也將支持不同總線的傳輸協(xié)議，比如：CAN、CANFD 和Flexray 等[4]。

AP AUTOSAR 診斷系統(tǒng)的傳輸層主要實(shí)現(xiàn)的功能有：轉(zhuǎn)發(fā)UDS 診斷請(qǐng)求和回復(fù)的消息；支持DoIP協(xié)議；通過(guò)UDS 診斷請(qǐng)求地址（物理尋址和功能尋址）調(diào)度不同的ECU，從而與ECU 建立通信。

2.2 診斷通信管理子集

診斷通信管理子集實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)與ECU 的診斷服務(wù)功能，類似于CP AUTOSAR 中的DCM 功能。目前，診斷通信管理子集只支持部分有限的診斷服務(wù)，后續(xù)將會(huì)擴(kuò)展支持更多的診斷服務(wù)。

診斷通信管理中主要的功能有：診斷會(huì)話和UDS服務(wù)功能。其中，診斷會(huì)話既能響應(yīng)不同的診斷ECU和client 的會(huì)話消息，即支持偽并行處理，又能在默認(rèn)會(huì)話層支持client 端的全并行處理。本文中的診斷通信管理主要支持$10、$11、$14、$19、$22、$27、$2E等幾種常見的診斷服務(wù)功能，其中0x22 和0x2E 服務(wù)支持調(diào)用外部函數(shù)實(shí)現(xiàn)診斷自適應(yīng)應(yīng)用功能，即通過(guò)二次開發(fā)礦車系統(tǒng)診斷DiagAPP 實(shí)現(xiàn)特有的DID（Data Identifier）讀寫功能。該二次開發(fā)讀寫DID 的功能主要是由DiagAPP 提供服務(wù)及callback 函數(shù)[5]，若診斷管理收到DID 請(qǐng)求，查詢到服務(wù)后會(huì)調(diào)用DiagAPP的讀/寫callback 函數(shù)，將收到的返回值發(fā)送出去，其動(dòng)態(tài)圖如圖3 所示。

2.3 診斷事件存儲(chǔ)管理子集

診斷事件存儲(chǔ)管理子集主要負(fù)責(zé)故障碼（DTC）的存儲(chǔ)與管理。Diagnostic Event 是故障診斷和其相關(guān)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的基本單元，每個(gè)故障碼對(duì)應(yīng)了一個(gè)Diagnostic Event。二次開發(fā)的DiagAPP 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)Diagnostic Event 的狀態(tài)，在故障觸發(fā)或者恢復(fù)時(shí)[6]，DiagAPP 會(huì)及時(shí)將Diagnostic Event 的狀態(tài)信息上報(bào)到DM，同時(shí)DM會(huì)將該事件的狀態(tài)信息、快照數(shù)據(jù)和擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到非易失性存儲(chǔ)區(qū)域，從而達(dá)到故障碼的存儲(chǔ)與管理。其中二次開發(fā)的DiagAPP 上報(bào)故障碼的動(dòng)態(tài)圖見圖4。

2.4 AP AUTOSAR 診斷平臺(tái)搭建及實(shí)現(xiàn)

以MDC300F 為平臺(tái)并將其集成到礦車中，與上位機(jī)MCDTool 完成組網(wǎng)連接，通過(guò)上位機(jī)MCDTool遠(yuǎn)程訪問(wèn)MDC300F，對(duì)礦車系統(tǒng)進(jìn)行診斷，見圖5。

在上述硬件平臺(tái)的基礎(chǔ)上，華為需要基于礦車診斷系統(tǒng)的需求對(duì)AP AUTOSAR 的診斷管理模塊進(jìn)行配置，并可以提供二次開發(fā)故障診斷功能的C++API，包括DID 的讀寫和故障碼的上報(bào)。本文主要基于AP AUTOSAR 開發(fā)自己的APP 實(shí)現(xiàn)DID 的讀寫和故障碼的上報(bào)，達(dá)到開發(fā)礦車自動(dòng)駕駛診斷特有功能部分，并將該診斷系統(tǒng)應(yīng)用于礦車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中。上位機(jī)和MDC 診斷服務(wù)管理以及二次開發(fā)APP間的關(guān)系如圖6 所示。

3 測(cè)試及結(jié)果

搭建測(cè)試臺(tái)架，PC 端啟動(dòng)MCDTool 遠(yuǎn)程登錄車輛，并將二次開發(fā)的APP 編譯生成的可執(zhí)行文件部署至車輛的MDC300F 產(chǎn)品中，其中MCDTool 遠(yuǎn)程登錄車輛顯示界面如圖7 所示。本文以二次開發(fā)功能相關(guān)服務(wù)進(jìn)行測(cè)試，具體測(cè)試服務(wù)有0x22、0x2E、0x19、0x14，其中測(cè)試的DID 有F189 -軟件版本信息、F1A2-產(chǎn)品的生產(chǎn)日期以及不支持的F197，測(cè)試的故障碼以礦車連接的慣導(dǎo)丟失故障碼0xC03887 測(cè)試為例。診斷報(bào)文的發(fā)送和解析參照ISO13400-2 和ISO14229-5。

3.1 DID 讀寫數(shù)據(jù)服務(wù)測(cè)試

軟件版本和生產(chǎn)日期可以協(xié)助開發(fā)或者維修人員定位產(chǎn)品所支持的功能，以及當(dāng)前產(chǎn)品是否存在問(wèn)題，是車輛診斷必不可少的診斷信息，故本次測(cè)試以DID_F189 和DID_F1A2 為例測(cè)試。通過(guò)MCDTool 測(cè)試了二次開發(fā)的DID 讀取，DID 寫入，以及不在范圍內(nèi)的DID 讀取和寫入三種情況，具體解析的UDS 測(cè)試數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 DID 讀寫服務(wù)測(cè)試

由以上測(cè)試結(jié)果，可以驗(yàn)證DID 讀寫數(shù)據(jù)服務(wù)測(cè)試通過(guò)，該礦車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)DID 讀寫數(shù)據(jù)二次開發(fā)功能正常。

3.2 讀取故障碼測(cè)試

慣導(dǎo)作為車輛定位數(shù)據(jù)的主要來(lái)源，是礦車自動(dòng)駕駛不可或缺的一部分，以慣導(dǎo)丟失故障-0xC03887為例測(cè)試二次開發(fā)故障碼的功能[7]。主要測(cè)試慣導(dǎo)丟失后故障碼狀態(tài)位變化、快照數(shù)據(jù)以及擴(kuò)展數(shù)據(jù)的記錄情況。MCDTool 解析的測(cè)試數(shù)據(jù)如表2 所示。

表2 讀取故障碼測(cè)試

由以上測(cè)試結(jié)果，可以驗(yàn)證讀取故障碼服務(wù)測(cè)試通過(guò)，且礦車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)上報(bào)故障碼二次開發(fā)功能正常。

3.3 清除故障碼測(cè)試

基于上述慣導(dǎo)丟失故障測(cè)試，恢復(fù)慣導(dǎo)丟失狀態(tài)，緊接著測(cè)試$14 服務(wù)清除故障碼的測(cè)試。MCDTool解析的測(cè)試數(shù)據(jù)如表3 所示。

表3 清除故障碼測(cè)試

由以上測(cè)試結(jié)果，可以驗(yàn)證清除故障碼服務(wù)測(cè)試通過(guò)，該礦車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)二次開發(fā)上報(bào)的故障碼能正常清除。

4 結(jié)論

未來(lái)自動(dòng)駕駛領(lǐng)域采用AP AUTOSAR 的架構(gòu)會(huì)越來(lái)越多，通過(guò)搭載第三方成熟的軟硬件平臺(tái)，快速開發(fā)出符合自己產(chǎn)品的軟件成為趨勢(shì)。開發(fā)出的軟件具有高可靠、一致性強(qiáng)、穩(wěn)定性高的特點(diǎn)，還能大大降低產(chǎn)品開發(fā)成本，加快開發(fā)周期[8-9]。

本文以MDC300F 為平臺(tái)，結(jié)合礦車自動(dòng)駕駛需要讀取和寫入車輛相關(guān)狀態(tài)信息，以及針對(duì)礦車實(shí)際的硬件和系統(tǒng)的故障監(jiān)測(cè)進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了基于AP AUTOSAR 的礦車自動(dòng)駕駛診斷的應(yīng)用，對(duì)礦車自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的研發(fā)有著積極意義。