1.诊断概述

汽车诊断就是通过汽车总线（CAN LIN Eth）来进行诊断会话，大部分通过CAN总线通讯进行请求与响应。

1.诊断分层

DCM内部支持UDS服务和OBD服务（排放，动力）。
以统一诊断服务UDS为例，应用层（ISO 14229标准），会话层，传输层，网络层（ISO 15765 标准），数据链路层 （ISO 11898 标准）。
UDS 和 OBD 服务都属于诊断应用层服务，底层可以通过不同的总线通信实现。比如 UDS 服务支持 CAN 总线 Lin 总线 Eth 总线，OBD 常见的支持 CAN总线、K 线、FlexRay 总线。大家一定要区分诊断服务并不规定一定要通过什么总线实现。

2.AutoSar诊断功能

在这里插入图片描述
诊断服务属于 AutoSAR 服务层，诊断数据流通过 CAN 驱动CANIF 层 CANTP- PDUR -DCM 给到 DCM 模块，DCM 模块处理诊断数据，并执行对应的具体诊断服务。

  • **DCM：**Diagnostic Communication Manager，诊断通讯管理。实现具体的诊断协议，比如 UDS OBD。这里具体定义了各种不同的诊断服务，比如读取 ECU 故障码、写入 DID 数据等。
  • **DEM：**Diagnostic Event Manager，诊断事件管理，用来记录和存储诊断事件的，在诊断故障码写入的时候会加入防抖策略。DCM 和 DEM 直接交互，只要在 0x19 0x14 等与 DTC 相关服务的时候进行交互。
  • **FIM：**Function Inhibition Manager，功能禁止管理。当一些错误出现的时候，禁止一些功能，比如检测到电流过大的时候，关闭继电器。就是有些 SWC是需要使能条件的，这些条件取决于故障内容（源于 DEM），而 FIM 负责根据故障内容关闭一些 SWC 或执行一些 SWC。
  • **故障响应：**应用层传输数据到 DEM，DEM 判断出是哪个故障，之后发送给 FIM；FIM 立即做出判断，通过回调函数通知 SWC 或者轮询的方式禁止 SWC
  • 故障记录：应用层传输数据给 DEM，DEM 一边发送给 FIM，另一边发送给 NVM（管理非易失性存储的组件），NVM 会将 DTC 存储到 FLASH 中。

2.UDS服务

UDS服务由诊断请求和诊断响应组成。一般情况下是诊断仪发出诊断请求，ECU 根据诊断请求执行具体诊断服务，并将结果通过诊断应答发出给诊断仪。
响应分为肯定响应和否定响应。
在这里插入图片描述

2.1 UDS诊断请求与响应

UDS服务的诊断请求，由SID（服务ID必须）+ 子服务ID + 数据参数组成。

  • 带子服务的请求
    例如：10 01（请求切换到默认会话模式）
    例如：19 02 FF（请求读取以 0xFF 为 Mask 的故障信息

  • 带子服务的肯定响应
    请求：10 01（切换默认会话模式）
    响应：50 01 xx xx xx xx（成功切换默认会话模式）

  • 不带子服务的请求
    例如：22 F0 90（请求读取 DID 为 0xF090 的数据）
    例如：37（请求数据传输退出服务）

  • 不带子服务的肯定响应
    请求：22 F0 90（读取 DID 为 0xF090 的数据）
    响应：62 F0 90 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11（返回 DID 为 0xF090 的数据为 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11）

  • 否定响应
    请求：10 02（切换编程会话模式）
    负响应：7F 10 7E（切换编程会话服务执行失败 错误码 NRC 为 7E）

2.2 诊断的寻址方式

寻址方式有两种，物理寻址和功能寻址。

  • 物理寻址
    是诊断仪和单个 ECU 之间的诊断，也就是诊断请求报文发出去后，根据报文ID，CAN 网络中只会有对应的一个 ECU 进行诊断响应
  • 功能寻址
    是诊断仪和多个 ECU 之间的诊断，也就是诊断请求报文发出去后，CAN 网络中支持该功能寻址报文 ID 的 ECU，一般功能寻址报文 ID 为 0x7DF，这些 ECU 都会执行诊断服务，并且发出诊断响应。
    一个 ECU 内部一般会定义 3 条诊断报文：
  • 诊断请求接收报文（物理寻址 报文 ID 用户自定义 同一网络中的每个 ECU 不一样）
  • 诊断请求接收报文（功能寻址 一般为 0x7DF）
  • 诊断应答发送报文（同一网络的每个 ECU 的 ID 不一样）
    例：整车同一网络中有 ECU A， B， C， D 多个节点，假设他们的物理请求消息 ID 为 0x701， 0x702， 0x703， 0x704，响应消息地址分别为 0x70A，0x70B， 0x70C， 0x70D，所有 ECU 的功能寻址 ID 为 0x7DF。

物理寻址时：
0x701 0x10 0x01 (对 ECU A 进行诊断请求)
0x70A 0x50 0x01 xx xx xx xx (仅 ECU A 响应)
功能寻址时：
0x7DF 0x10 0x01 (对所有 ECU 进行诊断请求)
0x70A 0x50 0x01 xx xx xx xx (ECU A 响应)
0x70B 0x50 0x01 xx xx xx xx (ECU B 响应)
0x70C 0x50 0x01 xx xx xx xx (ECU C 响应)
0x70D 0x50 0x01 xx xx xx xx (ECU D 响应)

2.3 UDS常用诊断服务

2.3.1 诊断会话控制【0x10】

会话模式有默认会话模式(default session)和非默认会话模式(non-default session)，非默认会话模式包含编程会话模式(ProgrammingSession)、拓展诊断会话模式(extendedDiagnosticSession)及其余会话模式。会话模式可以理解为诊断的功能模式，即在不同的会话模式下，能够支持不同的诊断功能，如在默认会话模式0x01下，一般情况下不允许支持写服务(WriteDataByIdentifier0x2E)，也不允许支持请求下载服务(RequestDownload0x34)，而在拓展诊断会话模式0x03下，就允许支持写服务(WriteDataByIdentifier0x2E)，在编程会话模式0x02下，就可以支持(RequestDownload0x34)。

ECU 在刚上电或者复位之后处于默认会话模式(0x01);
默认会话模式下发送 10 03 可以切换至拓展会话模式(0x03);
拓展会话模式发送 10 02 可以切换至编程会话模式(0x02);
而在默认会话模式不可以直接跳转至编程会话模式，若在模式会话模式直接发送 10 02，此时 ECU 需要响应 NRC 为0x7E(subFunctionNotSupportedInActiveSession)的负响应，响应内容为 7F 10 7E。

如果 ECU 处于非默认会话模式下，客户端发送 10 01 进入默认会话模式，ECU收到该请求后，ECU 的安全访问状态切换到锁定状态，由
ReadDataByPeriodicIdentifer(0x2A)服务配置的周期调度被禁止，通过CommunicationControl(0x28)和 ControlDTCSetting(0x85)进行的设置均被复位，即 ECU 初始化所有在非默认模式下激活的事件，设置和控制等操作，但不包括已经写入到非易失性存储位置的操作。

  • 请求格式： 0x10 + 子服务（1byte）
    01 默认会话
    02 编程会话
    03 拓展会话
  • 肯定响应 0x50 子服务ID（1byte） + P2time （接收请求后的响应时间：2byte）+ p2time （接收到请求后P2time * 10 内返回响应会先返回78NRC：2byte）
  • 否定响应：0x7F + 0x10 + NRC(1byte)

2.3.2 ECU复位（0x10）

ECU 复位 ECUReset(0x11)是控制 ECU 端执行复位的服务。诊断仪发送 11 01 复位请求后，ECU 复位动作执行前，正响应需先发送给诊断仪，然后 ECU 执行复位操作，成功复位后，ECU 需进入默认会话模式。

  • 请求格式： 0x11 + 子服务（1byte）
  • 肯定响应 0x50 + 子服务ID（1byte)
  • 否定响应：0x7F + 0x11 + NRC(1byte)

2.3.3 安全访问（0x27）

安全访问 SecurityAccess(0x27)，此服务是提供访问 ECU 内部数据或者出于安全因素需被限制的诊断服务的请求权限。常见的如读服务(0x22)读取非安全信息时能够直接读取，不需要利用 27 服务进行安全访问，而通过写服务(0x2E)写入数据时，则通常需要通过 27 服务进行安全访问才可以写，刷新程序也需要利用 27 服务通过相关的安全等级才能够对 ECU 进行程序下载，显然这些都是需要利用 27 服务进行权限管控，从而保障 ECU 的安全可靠。
安全访问序列如下图所示，一共 4 步组成，

  • 诊断仪先发送请求 seed 的报文(27 01)
  • ECU 响应 seed(67 01 xx xx xx xx)
  • 诊断仪根据返回的 seed 按照约定算法计算 key 值，并发送给 ECU 请求验证(27 02 xx xx xx xx)
  • ECU 收到请求之后，也按照约定的算法对该 key 进行校验，并给出响应，若计算一致，则为正响应(67 02)，否则为负响应(7F 27 NRC)
    在这里插入图片描述
    ECU 若校验 key 一致，则 ECU 则切换安全状态至对应的解锁状态，此时在该解锁状态下能够支持的服务都应该可以工作。如果 ECU 已经处于解锁状态，此时诊断仪再次发送请求 seed 的报文，ECU 应该响应 seed 为 0 的正响应。
    seed 请求的子服务值为奇数，对应的 key 请求验证的子服务值为该奇数加 1，如 27 01 与 27 02 为一组安全等级，27 03 与 27 04 为一组安全等级，27 11 与27 12 为一组安全等级。不同的安全等级由客户定义功能区分。
  • seed请求格式： 0x27 + 01 03 05,07~7D
  • seed肯定响应 0x67 + 01 03 05,07~7D + 种子（4byte）
  • seed否定响应：0x7F + 0x27 + NRC(1byte)
  • key请求格式： 0x27 + 02 04 06,08~7E+ key（4byte）
  • key肯定响应 0x67 + 02 04 06,08~7E
  • key否定响应：0x7F + 0x27 + NRC(1byte)

2.3.4 通讯控制（0x28）

通讯控制服务用于开启或关闭 ECU 对某些报文的发送或接收，如应用报文和网络管理报文等。

  • 请求格式： 0x28 + 子服务ID（1byte：00：R/T 01:R 02:T 03 :关闭接收/发送） + communicationType（01 一般通讯报文；02 网络管理报文；03 ：一般通讯和网络管理报文）
  • 肯定响应 [0x68] [SubFunction] [CommunicationType]
  • 否定响应：0x7F + 0x28 + NRC(1byte)

2.3.4 待机在线（0x3E）

该服务用于诊断仪端告知 ECU 诊断仪依然在线。该服务通常用于保持 ECU 处于非默认模式，由于 ECU 在 S3server 时间收不到诊断请求的话，ECU 将会退回默认会话模式(default session)，所以诊断仪为了保持 ECU 处于非默认模式，需要周期性发送 TesterPresent 服务指令，周期时间需要小于 S3server。

  • 请求格式：[0x3E] [SubFunction（00/ 80:80不返回肯定响应）]
  • 肯定响应：[0x7E] [SubFunction 00]
  • 否定响应：[0x7F] [ 0x3E] [NRC]

2.3.5 诊断故障码设置控制（0x85）

诊断故障代码设置控制服务用于停止或重启 ECU 诊断故障代码的记录。
当通过该服务对故障码记录进行抑制操作后，若会话层时序参数超时从而 ECU进入默认会话，或 ECU 执行复位操作后，诊断故障代码应该恢复记录。
当接收到诊断仪发送的清除诊断信息(0x14)服务后，ECU 应重新开启诊断故障代码记录。

  • 请求格式：[0x85] [SubFunction（01 ：ECU允许记录DTC；02 ：ECU停止记录DTC）]
  • 肯定响应：[0xC5] [SubFunction]
  • 否定响应：[0x7F] [ 0x85] [NRC]

2.3.6 读 DID 数据 （0x22）

根据 DID(标识符)读取数据服务用于从 ECU 存储器中读取由 DID 所确定的数据记录值，其中 DID 为两个字节长度的数值。
ISO14229 中定义该服务的请求报文允许支持 1 个或者多个数据标识符，一般主机厂仅支持 1 个 DID 读取。下图报文格式也以 1 个 DID 作为讲解。

  • 请求格式：[0x22] [DID（MSB）] [DID (LSB)]
  • 肯定响应：[0x62] [DID（MSB）] [DID (LSB)] DATA(nbyte)
  • 否定响应：[0x7F] [ 0x22] [NRC]

2.3.7 写 DID 数据 （0x2E）

根据 DID 写入数据服务允许诊断仪将数据写入由 DID 指定的内部存储单元。ECU应在数据写入成功后发送该服务的肯定响应。

  • 请求格式：[0x2E] [DID（MSB）] [DID (LSB)] DATA(nbyte)
  • 肯定响应：[0x6E] [DID（MSB）] [DID (LSB)]
  • 否定响应：[0x7F] [ 0x2E] [NRC]

2.3.8 清除故障码(0x14)

正响应需在诊断信息清除请求后，ECU 处理完成后发出，即使 ECU 没有存储的DTC，也需发出正响应报文。清除 DTC 的同时，所有 DTC 相关存储信息都应被清除。

  • 请求格式：[0x14] 3byte：groupofDTC:FF FF FF 清除所有DTC，清除特定的 DTC 组（由 OEM 定义）
  • 肯定响应：[0x54]
  • 否定响应：[0x7F] [ 0x14] [NRC]

2.3.9 获取故障码信息(0x19)

  • 请求格式：[0x19] [sub:01/02 根据状态掩码报告诊断故障码数量/根据状态掩码报告诊断故障码] [DTC StatusMask]
  • 肯定响应：[0x59][01] [数量] ；[0x59] [02] [故障码信息4byte * n]
    -
  • 否定响应：[0x7F] [ 0x19] [NRC]
    其他子功能简述：04 ：用于请求指定故障码（DTC）的快照信息；06：通过DTC报告扩展数据 0A：读取ECU支持的所有DTC列表及其状态 等等后续深入吧。

2.3.10 通过DID控制输入输出(0x2F)

该服务是用于通过 DID 来直接控制 ECU 对应的输入输出信号。

  • 请求格式：[0x2F] [ControlParameter] [IOControlID] [ControlOptionRecord (可选)] [ControlEnableMaskRecord (可选)]
    ControlParameter：控制参数，用于指定控制类型。
    常见值：
    0x01：重置输入输出控制（Reset to default）。
    0x02：冻结当前状态（Freeze current state）。
    0x03：短期调整（Short-term adjustment）。
    IOControlID：输入输出控制的标识符，用于指定要控制的 I/O 信号。
    ControlOptionRecord（可选）：控制选项记录，包含具体的控制数据。
    ControlEnableMaskRecord（可选）：控制使能掩码记录，用于指定哪些信号被控制。
  • 肯定响应：[0x6F] [IOControlID] [ControlStatusRecord (可选)]
  • 否定响应：[0x7F] [ 0x2F] [NRC]

2.3.11 例程控制(0x31)

  • 请求格式：0x31 子服务（1byte） RID（2byte）其他控制信息nbyte
    01 ：启动程序
    02：停止程序
    03 ： 请求程序执行结果
  • 肯定响应：0x71 子服务（1byte） RID（2byte）其他信息nbyte
  • 否定响应：[0x7F] [ 0x31] [NRC]

2.3.12 请求下载(0x34)

  • 请求格式：[0x34] [DataFormatIdentifier] [MemoryAddressLength] [MemoryAddress] [MemorySize]
    DataFormatIdentifier：数据格式标识符，指定压缩和加密格式。
    高 4 位：压缩方法（通常为 0x0 表示无压缩）。
    低 4 位：加密方法（通常为 0x0 表示无加密）。
    MemoryAddressLength：内存地址长度（字节数）。
    MemoryAddress：目标内存地址，用于指定下载数据的起始地址。
    MemorySize：下载数据的大小（字节数）。
  • 肯定响应：
    -
    在这里插入图片描述
  • 否定响应：[0x7F] [ 0x34] [NRC]

2.3.13 传输数据(0x36)

  • 请求格式：0x36 包序号（1byte） data(nbyte)
  • 肯定响应：0x76 包序号（1byte）
  • 否定响应：[0x7F] [ 0x36] [NRC]

2.3.14 传输数据(0x37)

  • 请求格式：0x37
  • 肯定响应：0x77
  • 否定响应：[0x7F] [ 0x37] [NRC]

2.4 否定响应码

在这里插入图片描述

3. AutoSarDCM模块

诊断通信管理模块 DCM（Diagnostic Communication Manager）是实现 AutoSAR BSW 诊断功能的重要模块。确保诊断数据流并管理诊断状态，比如管理诊断会话和安全状态以及诊断服务分配等。

  • DCM 模块会检查当前诊断服务请求是否支持
  • 确认诊断服务能否在当前会话等级以及安全等级执行
  • 支持 UDS 服务和 OBD 服务
  • DCM 提供了 OSI 层的 5-7 层，会话及应用层
    DCM 内部由三大子模块组成。
    在这里插入图片描述

3.1 DSL：Diagnostic Server Layer 诊断服务层

  1. 确保诊断请求和诊断应答的数据流
  • 接收 PDUR 的诊断请求，并把诊断请求发给 DSD 模块
  • 将 DSD 模块发送出来的诊断响应转发给 PDUR 模块
  1. 定时器管理
  • S3 定时器超时监控
  • P2 定时器超时监控
  1. 管理会话状态、安全等级以及身份认证状态

3.2 DSD：Diagnostic Server Dispatcher 诊断服务分发

  1. 检查诊断请求的合法性
  2. 正响应抑制
  3. 会话状态、安全等级校验
  4. 分发诊断消息给到 DSP 去执行具体的诊断服务

3.3 DSP：Diagnotic Server Processing 诊断服务执行

  1. 支持 UDS 服务，如 0x10、0x22、0x2E 等服务
  2. 支持 OBD 服务，如 0x01、0x02、0x03 等服务

3.4 DCM 与其他模块的交互

Dcm 模块作为诊断通信管理模块，和 Dem、NVM、BswM、ComM、PduR 模块都有交互。

1.Dcm 和 PduR 的交互

Dcm 通过内部的 DSL 子模块和 PduR 进行交互，实现诊断报文传输：
在这里插入图片描述

2.Dcm 和 DEM 的交互

DEM 向 DCM 提供检索故障码相关的信息，比如 0x14 服务 0x19 服务，具体如下图：
在这里插入图片描述

3.Dcm 和 ComM 的交互：

当通信状态变化时，ComM 请求启动或者禁用诊断通信功能
在这里插入图片描述
DCM 会话模式转变，请求 ComM 通信模式变化
在这里插入图片描述
注：对于 ComM 通信管理而言，会有多个 User 请求通信状态变化，比如 DCM、SWC、NM 等，当 DCM 请求关闭通信时，只是 DCM 的通信不使用了，不涉及其他User 的请求，只有当所有 User 都请求关闭通信时，ComM 才会真正关闭某一路通信。

3 DCM和SWC的交互

有一些具体服务是需要 SWC 实现的，比如诊断 IO 控制的 SWC，当 DCM 的 27 服务请求时，会去具体 SWC 执行控制操作，比如关闭 led 灯等

4.DCM 和 BswM 的交互

• 比如 0x28 服务，DCM 收到 28 服务通信控制时，会将通信模式改变转发给 BswM，BswM 根据模式变化执行对应的 Action，去开启或者关闭通信
• 比如 0x11 服务时，也会通知到 BswM，BswM 根据不同的复位类型执行不同的 Action

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