车载以太网诊断

Diagnostic-诊断

UDS诊断服务

UDS（Unified Diagnostic Services，统一诊断服务）诊断协议是一种汽车通用诊断协议，它可在不同的汽车总线（例如CAN, LIN, Flexray, Internet 和K-line）上实现。UDS协议的定义位于ISO 14229，目前大部分汽车厂商均采用UDS on CAN的诊断协议。

传统的UDS on CAN可被ISO 14229和ISO 15765清晰地定义。DoIP（Diagnostic Over IP）这块儿除了应用层依然被ISO 14229-1规定外，其他向下的传输层都是由ISO 13400来规定的，而且端口号也是13400。

诊断服务是介于诊断设备和ECU之间的一种信息交互方式。通常由诊断设备发出请求，ECU做出回应。UDS规定的标准功能如下：

DoIP

DoIP即为Diagnostic over Internet Protocol，字面含义是基于IP协议的诊断。与之画风非常相似的就是DoCAN：Diagnostic over Controller Area Network，基于CAN协议的诊断。

DoIP技术，在UDS诊断服务基础上，通过TCP/IP及以太网来进行车辆诊断,协议定义在ISO 13400。

Automobile ETH-车载以太网

（车载以太网概述）

Layer 1 物理层

PHY位于第一层， ECU 中的微控制器和通信介质（物理介质、铜线、光纤等）之间，将微控制器发出的并行数据化为串行流数据，再把数据送出去。收数据时的流程反之。

PHY芯片的任务主要是把bit流进行一个频率的转换，只有达到一定的频率才有很好的抗干扰性。大概分为MII;PCS;PMA;PMD;MDI这几个子层。

• MII收发器连接示意

• 汽车PHY编码过程

PMA子层做PAM3转换都是数字信号，还需要MDI物理介质相关介质来把这一层转变为模拟信号。真实的以太网总线上是66.6M赫兹的模拟信号，需要MDI做一个数模转换。

• 以太网通信方式的优势

回音消除（echo cancellation）实现全双工通信

1. PHY的发送和接收是互通的
2. 发送时加上自己的PAM3电压到双绞线
3. 接收时从双绞线上的电压减去自己的PAM3电压，因此链路上的信号为master与slave的叠加，在示波器上隔离信号，进行协议解码是不可能的

编码结论

1. 单对非屏蔽双绞线实现数据传输速率为100Mb/s的全双工通信
2. 总线频率 66.67MHz （± 0.01%）较低的带宽可改善回波损耗，满足电磁辐射标准要求
3. 总线电平包括 -1、0、+1
4. 主从模式采用强制分配的方式 Master Slave 晶振时钟---CAN时钟周期（Tq）---位时间
5. 终端电阻90-110欧姆，典型值100欧姆

Layer 2 数据链路层

（MAC层较其他层增加了FCS校验）

• MAC层的作用

数据帧的封装与卸装；帧的寻址与识别；帧的接收与发送；链路的管理；帧的差错控制；透明传输；数据封装；路由寻址；数据交付，端到端服务；数据解析。

• VLAN技术的优势

当广播数据充斥网络无法处理，并占用大量网络带宽，导致正常业务不能运行，甚至彻底瘫痪，这就发生了“广播风暴”。通过限制广播域范围的方式可以解决这一问题。局域网技术可以有效分离通信量，让带宽得到更好的利用，增强安全性。

1. 限制广播域
2. 广播域被限制在一个VLAN内，节省了带宽，提高了网络处理能力。
3. 增强局域网的安全性
4. VLAN间相互隔离，不同VLAN的用户无法直接通信。
5. 提高了网络的健壮性
6. 不同VLAN间的网络故障不会相互影响。
7. 灵活构建虚拟工作组
8. 用VLAN划分工作组，网络构建和维护更方便灵活。

Layer 3 网络层

• 点分十进制

（进制转换流程）

主机之间的通讯必须在同一子网内，否则需通过路由器通信。

IP地址与子网掩码做逻辑与得到网址。

• message的Layout特点

车载以太网帧结构遵循32bit的对齐

Version IPv4 or 6 IHL 表示长度 最大15*4=60字节 Diff 表示优先级 Total指首部与数据之和的长度16bit Iden计数器，用来产生数据包的标识，同包同标识 Flag 表示分片 0 DF MF DF:是否允许分段 MF：是否为最后一片 Frag Off 表示片偏移即某片在原分片中的位置 8字节为单位 TTL表示数据包经过路由器的次数，经过一次就-1 到0则把数据包丢掉 Pro表示此包携带了何种协议的数据ICMP TCP UDP Header首部校验 Option长度可变很少使用 Padd实现32位对齐 但IPv6已舍弃

IP 根据MTU Maximum Transmission Unit 来判断是否数据分片，如果超过1500bytes，需要进行数据的分片。

不同的物理网络MTU值不同。

（ARP应用的场景，广播request，单播response的机制来完成的）

（ARP报文的Layout）

Layer 4 传输层

?端口号

1.区分不同应用之间数据的传输

2.应用程序与IP网络关联标识，长度：16bit

?端口分类

1.知名端口（Well Known Port）：0~1023（IANA分配），紧密绑定一些服务

2.注册端口（Registered Ports）：1024~49151，松散绑定一些服务

3.动态和/或私有端口（Dynamic and/or Private Ports）：49152~65535，客户进程暂时使用

?Socket 套接字

1.传输层连接的端点称为套接字即一个IP与一个端口号的组合

套接字 = IP地址：端口号

2.识别唯一的连接需要五元组

传输协议、本地IP、本地端口、远程IP和远程端口

• UDP

（UDP的message layout）

端口号：区分发送进程和接收进程。

长度：UDP数据报的长度（首部+数据部分）

校验：防止UDP数据报在传输中出错（可选）

如果数据是奇数字节，需要在末尾添加一个字节0

• TCP

Port：源端口和目的端口字段各占2字节。端口是传输层与应用层的服务接口。传输层的复用和分用功能都要通过端口才能实现。

Sequence Number：占4字节。TCP连接中传送的数据流中的每一个字节都编上一个序号。

Acknowledge Number：占4字节，是期望收到对方的下一个报文段的数据的第一个字节的序号=seq+1。ACK=1才有效。

Data Offset: 占4bit，指TCP报文段首部有多少个4字节。

URG bit：当 URG=1 时，表明紧急指针字段有效，报文段中有紧急数据。

ACK接收端正确收到数据后返回一个ACK应答，发送端若在规定时间内没收到应答则进入重发状态。

Urgent Pointer：标识一个正偏移量，该量加TCP序列号可以得到紧急数据的起始字节位置。

PSH bit：接收TCP收到PSH置1的报文段，就尽快地交付给接收应用进程，而不再等到整个缓存都填满了后再向上交付。RST=1时重置连接，如连接到一个不存在的端口或异常终止一个连接。

SYN 置1时表示请求连接，此时不能携带数据但消耗一个序列号，FIN 置1时表示此报文段发送完毕，要求释放连接。

Window Size：占2字节，用来控制对方发送的数据量，单位为字节。TCP连接的一端根据设置的缓存空间大小确定自己的接收窗口大小，通知对方以确定对方的发送窗口的上限。

DoIP-Diagnostic over IP 暨车载以太网诊断

（在CP的软件架构下，跟ETH相关的模块架构图）

（和DO IP交互的模块）

• DoIP节点的分类

?DoIP Entity
DoIP实体是任意一个满足DoIP协议的host，其中包括DoIP节点及DoIP网关。

?DoIP Gateway
DoIP网关是在车辆网络内部，实现与本模块及所连接多个子网内ECU通讯访问的节点。

?DoIP Node
DoIP节点是在车辆网络内部，遵守DoIP协议，但不具备路由DoIP数据到连接子网内功能的节点。

?DoIP Edge Node
DoIP边缘节点是在车辆内部，与诊断口Ethernet activation line直连的节点。

?External Test Equipment
车辆外部设备是指存在车辆网络外部，通过DoIP协议与车辆内部子网DoIP Entity实现通讯建立的设备。

?In-vehicle Test Equipment
车辆内部设备与外部设备拥有同样功能，但不具备Activation硬线，车辆身份请求及DCHP服务（自动为接入网中的DoIP节点分配不同的IP地址）。

（交互的流程）

（车辆发现的流程，包含几个过程，首先完成IP的分配之后DOIP实体首先发出announcement 诊断仪收到后回复identification 来完成这个流程）

（DoIP协议层的layout）

• DoIP-UDP 消息类型

（13400规定的不同的Payload type name对应了不同的请求和响应）

• 示例

GID把DoIP实体编为一个组，方便之后的诊断仪和多个DoIP实体进行交互。由边缘节点完成该流程。

每个DoIP实体都有自己独特的逻辑地址,请求的时候没有payload。

Check power mode，可以查看DoIP实体最大支持多少socket，现在有多少socket在用。

• DoIP协议基于TCP传输时Message的layout格式包含不同请求以及响应的payload type

（路由激活请求以及响应的message格式（layout））

ISO 13400有许多地方规定得并不详尽，很多地方都只是建议或是建议OEM自行讨论。

（DOIP实体的肯定应答和否定应答）

在车辆发现完成之后，DoIP基于TCP传输时的流程图。在诊断交互关闭之后，会释放Socket，防止占用资源。