作者:autogeek
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前言
由于工作中经常用到ISO-14229,因此决定对该协议做个总体介绍和总结,既是对自己学习的总结,也能够给初次涉及该协议的朋友一个参考。
首先简要介绍什么是ISO-14229,至于可以在网上找到的大篇理论介绍我就略过不讲了,有兴趣可以自行搜索。简单的说,它就是一个用于汽车行业诊断通信的需求规范,它只规定了与诊断相关的服务需求,并没有涉及通信机制,因此要实现一个完整的诊断通信还需要定义网络层协议(比如ISO-15765),还有底层硬件实现方式(比如CAN控制器)。由于不涉及网络通信机制,可以架设在各种网络之上,因此ISO-14229也称为UDS(Unified Diagnostic Services)。
1. 用途
ISO-14229的用途就是规定了诊断需求,因此想要了解ISO-14229的用途首先要知道诊断的用途。诊断最先用于汽车尾气排放的监测,后来发展为包括对汽车行驶故障的监测,想知道诊断的发展史,可以维基百科。至少现代的诊断可以粗略的分为排放相关和非排放相关,ISO-14229只定义非排放相关的诊断需求。非排放相关诊断可以做什么呢?其实用途很大,基本贯穿整个汽车ECU生命周期。首先,ECU开发时要用到它来构建bootloader,上传和下载数据;测试时要用它来读写RAM、ROM,控制外设;在产线上,要用它来校准机械件,刷新软件;在行驶过程中,要用它来监测各种故障,并记下故障码;在4S店,技师需要用它来读出故障码,判断故障发生点,还可以用来升级ECU程序。现在大热的车联网概念,其中一些就是通过OBD口联网,读取车内故障码,或者油量、速度等参数。
2. 诊断通信分层结构
虽然借鉴OSI的七层结构,但是诊断通信分层还是做了一些改变。可以参考如下列表:
OSI Layer | Enhanced Diagnostic Services |
Application (layer 7) | ISO 14229 |
Presentation (layer 6) | - |
Session (layer 5) | ISO 15765-3 |
Transport (layer 4) | ISO 15765-2 |
Network (layer 3) | ISO 15765-2 |
Data link (layer 2) | ISO 11898 |
Physical (layer 1) | ISO 11898 |
显然,从上表可以看出诊断通信分层模型和OSI的区别,同时也可以看到ISO-14229在该模型中的位置。其实,可以将该模型简化为:
- 统一诊断服务层 (layer 7)
- 网络服务层 (layers 1 to 6)
因此,在使用ISO-14229时,下面的通信机制可以改变,比如基于CAN,基于蓝牙,基于LAN,基于FlexRay等等。
3. 相关术语
3.1 协议相关术语
要了解协议,首先要知晓协议内定义的术语。我挑了一些使用频率比较高的在此解释。
1. Diagnostic Service (诊断服务)
诊断服务是介于诊断设备和被诊断ECU之间的一种信息交互方式。通常是由诊断设备发出请求,被诊断ECU做出回应。
2. Diagnostic Trouble Code (故障码)
故障码是用来标记ECU故障的代码,它遵循一定的规则(以后会介绍),驻留在ECU的非易失性存储器中。
3. Diagnostic Data (诊断数据)
诊断数据是可以被诊断设备请求的ECU内部数据,它包括:
-当前数据,即ECU正在使用的某个数据,比如车速、节气门角度等
-存储数据,即被ECU存储在存储器中某一时刻的数据,比如DTC
-静态数据,即恒定不变的ECU内部数据,比如VIN码。
4. Diagnostic Session (诊断会话)
可以理解为某种诊断模式或权限,即在不同的模式下,对不同的诊断服务的使用做了限制。
5. Diagnostic Routine (诊断例程)
驻留在被诊断ECU中的子程序,它可以被诊断设备启动和停止。比如格式化EEPROM的子程序。
6. Tester, 就理解为诊断设备或诊断仪吧。
3.2 诊断服务相关术语
再来说一些跟诊断服务相关的术语。
1 Addressing Type (寻址方式)
寻址方式指的是诊断消息的传递方式,有两种寻址方式:
-Physical ,物理寻址,即1对1通信,用于知道确切的被诊断ECU的地址
-Functional,功能寻址,即1对n通信,或者说广播发送,用于不知道确切的被诊断的ECU的地址,向一组或者全体ECU发送请求
2 Result
Result指的是tester请求诊断服务执行后,从ECU的返回结果。可以有两种结果:
-Positive Response,正响应,即诊断请求执行成功
-Negative Response,负响应,即诊断请求执行失败
3 Service Identifier
Service Identifier可以简称为SID,它是一个一字节的无符号整数,用以指代某个诊断服务。诊断协议为每一个诊断服务都分配了唯一一个SID,因此更方便协议的软件实现。同时,在日常工作中工程师们用SID来指代某个诊断服务比说出某个服务的名字更方便简洁。比如ReadDataByIdentifier这个服务是去按照ID去读某个诊断数据,直接说22服务会更加方便。
4 Data Identifier
简称DID,是2个字节无符号整数的ID,用来标识ECU中贮存的某个诊断数据单元。它的好处是当要读取某个单元的诊断数据时,只要读对应的DID就可以,不必知道数据的具体地址。即使当ECU中的数据地址发生变化时,只要DID和某个地址单元的映射地址改变即可,对于使用者来说DID屏蔽了具体实现细节,而将重点放在了数据本身。
5 Negative Response Code
可以简称为NRC,或者叫错误响应码,是一个字节的无符号整数。它是诊断协议为每一种执行失败的诊断服务分配的失败原因代号。
6 Sub-function
有些诊断服务可以支持不同的诊断子服务,sub-function就是用来定义这种子服务的,它将某一个服务细分为更为具体的服务,它是一个字节的无符号整数。比如ECUReset这个服务就有0x01,0x02,0x03等几种sub-function指代具体的reset方式
Second Part
1. 简单的通信机制
其实诊断通信的机制很简单,可以类比client-server通信方式,即客户端发送request,服务器收到request之后进行处理,然后向客户端发送response。但是,诊断协议有自己的特色,它规定了在request和response的格式,在收到request的时候要做格式的检查。同时由于寻址方式的不同,有无sub-function的支持等,也会影响request和response的处理方式和结果。下面将我就具体情况分析,尽量做到简介明了。
2. Request
2.1 基本格式
归纳起来,诊断的request格式无非以下2种:
<SID> + <Sub-function> + <Parameter>
<SID> + <Parameter>
即有无sub-function的区别。其中,我把DID也归为Parameter
2.2 有sub-function
在介绍有sub-function情况的request之前,首先要了解一下sub-function的定义方法。下图是从ISO14229中截来的,它是对sub-function的定义。
值得注意的是Bit 7,从字面上来看它用来指示是否要抑制Positive Response。的确,它的目的就是这个意思,当Bit 7为1(1 = ‘true’)时,对该request的Positive Response要被抑制,即不发送Positive Response;当Bit7为0(0 = ‘false’)时,对该request的Positive Response不被抑制,正常发送。除了Bit 7,Sub-function有不同的值,具体的值和含义在协议中对每个服务的解释时都会有介绍。
2.3 不带sub-function
根据2.2的说明,不带sub-function的服务,就带parameter。Parameter可以是DID,可以是输入参数,可以是自定义的值,字节数目也是视具体要求而定。一般在协议内都会有表格,当遇到具体问题时,可查表确定。
3. Response
一般来讲,response会在一个服务被request且执行之后发送,成功的话就发positive response,失败的话要发negative response,但是也有例外的时候,比如ECUreset,他要求先发送response,然后再去执行具体的reset,因为如果先reset,那么ECU的通信模块shut down,是无法发送出去response的。一般像这种特殊情况,协议会在描述具体服务时标注出来。
3.1 Positive Response
基本格式:
<SID+0x40> + <Sub-function> + <Parameter>
<SID+0x40> + <Parameter>
其中要注意第一个字节是由SID和0x40的和构成,至于为什么要这样做,只能说协议就是这么规定的,只要是Positive的response,其第一个字节就是要由相应SID的值再加上0x40构成。这里的Parameter项是optional的,具体要看协议规定。
比如session control的service:
Send:10 01(byte1的10是SID,byte2的01是sub-function,且可知Bit 7是false)
Receive:50 01 (byte1是SID+0x40,byte2是sub-funtion)
再举个不带sub-function的例子,比如ReadDataById这个service:
Send:22 F1 86(byte1是SID,byte2和byte3是DID,可视为parameter的一种)
Receive:62 F1 86 01(byte1的62是SID+0x40,byte2和byte3是DID,byte4是读到的数据)
不论是物理寻址还是功能寻址,对于Positive Response来说都没有影响,只需要关注sub-function中的Bit 7 suppressPosRspMsgIndicationBit是0还是1,如果为0即false,那么正常发送即可,如果是1即true,那么就不发送response。如果根本没有subfunction呢,那么什么都不要考虑,肯定是要发送positive response的。
3.2 Negative Response
基本格式:
<0x7F> + <SID> + <NRC>
看起来比较简单,格式比较固定,只要是Negative Response,第一字节就一定是0x7F,第二字节照抄原来的SID,第三个字节是错误响应码,指示具体错误响应的原因,这个NRC可以在协议中查到,并且不同的服务所支持的NRC也有规定。
还是拿session control 这个service来举例:
Send:10 05(现在sun-function变为05了,假定系统不支持这个sub-function)
Receive:7F 10 12(7F即指代错误响应,10为SID,12是NRC,查协议可知其指代sub-function not supported 这个错误)
格式讲完了,来看看在物理寻址和功能寻址情况下,Negative Response分别有什么区别。
首先在物理寻址情况下,只要是Negative Response就应该按照规定格式发送。而在功能寻址情况下,有一点特殊,对于NRC为0x11(service not supported)、0x12(subfunction not supported)、0x31(request out of range)这三种情况,功能寻址是不会发送response的。
4. Request的检查策略
下面用一张流程图来展示收到request之后ECU如何检查他的合法性,并确定是正响应还是负响应,发送还是不发送。这里只是展示最基本的步骤,还有具体的和每个服务相关的条件判断,需要结合具体需求来讨论。