以太網(wǎng)診斷在車載網(wǎng)絡(luò)中的應用及解決方案

隨著車輛智能化、人性化和舒適性程度的不斷提高，高級輔助駕駛（ADAS）系統(tǒng)和車載娛樂系統(tǒng)對于數(shù)據(jù)交互的要求也隨之提高：大數(shù)據(jù)、高帶寬和實時性。傳統(tǒng)的車輛總線（CAN、CAN FD、LIN等）無法滿足這些需求，因此以太網(wǎng)成為車輛總線家族的新成員。

本文主要介紹以太網(wǎng)診斷在車載網(wǎng)絡(luò)中的應用，基于以太網(wǎng)的診斷協(xié)議ISO 13400以及以太網(wǎng)診斷解決方案。

1、為何需要引入新的車輛總線

日益龐大的ECU代碼；

不斷增加的ECU數(shù)量，導致車內(nèi)總線帶寬不足；

新的應用場景不斷出現(xiàn)：并行的軟件更新、遠程診斷、大數(shù)據(jù)傳輸和車聯(lián)網(wǎng)（車輛之間互聯(lián)）。

2、為何選擇以太網(wǎng)？

新的總線必須滿足如下條件：

穩(wěn)定可靠的通信；

滿足車規(guī)級的電磁兼容性；

低成本；

網(wǎng)絡(luò)管理特性；

高帶寬。

當前已有的高速總線包括MOST、USB和以太網(wǎng)：

MOST：采用光纖作為通信介質(zhì)，成本高；網(wǎng)絡(luò)拓撲為環(huán)形串聯(lián)結(jié)構(gòu)，擴展性差；

USB：物理線束長度有限，電磁干擾特性差以及缺少網(wǎng)絡(luò)和應用層協(xié)議；

Ethernet：通信速率和帶寬滿足需求，同時在其他領(lǐng)域得到廣泛的應用推廣，有豐富的網(wǎng)絡(luò)和應用層協(xié)議支持。

因此以太網(wǎng)成為新一代車輛總線。隨后，ISO國際標準化組織制定了基于以太網(wǎng)的診斷規(guī)范協(xié)議（ISO 13400，Diagnostic communication over Internet Protocol）：

ISO 13400-1位于Application Layer之上，包括DoIP通用信息、應用場景的描述。

Application Layer：對應的協(xié)議是ISO 14229-1和ISO 14229-5。前者是對UDS的完整定義，后者是UDS協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議傳輸?shù)木唧w應用和限制。

Session Layer：ISO 14229-2定義所有的診斷通信，為上層提供統(tǒng)一的接口，不會因為底層通信介質(zhì)的變化而改動上層應用。

Transport Layer和Network Layer：ISO 13400-2規(guī)定在Transport Layer使用TCP/UDP協(xié)議，在Network Layer使用IP協(xié)議，以及DoIP通信的專屬內(nèi)容：DHCP和AutoIP機制、DoIP Header中Payload Type的報文功能定義等等。

Physical Layer和Data Link Layer：ISO 13400-3制定了車輛通信接口和測試設(shè)備的技術(shù)要求。

ISO 13400-4制定了最低限度的診斷以太網(wǎng)連接器的要求。

圖1 ISO 13400與OSI參考模型

3、車載以太網(wǎng)解決方案

圖2 V模型示意圖

在前期需求方面，可以利用CANdelaStudio基于診斷需求規(guī)范創(chuàng)建和編輯診斷數(shù)據(jù)庫，以數(shù)據(jù)庫的形式貫穿車輛整個周期（前期研發(fā)—產(chǎn)線量產(chǎn)—售后），確保診斷數(shù)據(jù)的正確性和一致性。

圖3 DoIP接口參數(shù)信息

在功能實現(xiàn)方面，Vector為用戶提供符合AUTOSAR標準的基礎(chǔ)軟件，包括以太網(wǎng)協(xié)議棧。用戶可以根據(jù)具體的需求選擇相應的基礎(chǔ)軟件模塊。

圖4 MICROSAR——符合AUTOSAR標準的基礎(chǔ)軟件

測試是驗證功能是否按照需求規(guī)范實現(xiàn)的最終手段，可分為手動測試和自動測試。

> 手動測試

- 將診斷數(shù)據(jù)庫文件加載到CANoe中。

圖5 加載被測ECU的診斷數(shù)據(jù)庫文件

-診斷控制臺（Diagnostic Console）中，基于測試用例測試邏輯手動發(fā)送診斷請求，驗證診斷功能。用戶可以通過Trace窗口觀察解析后的DoIP數(shù)據(jù)。

圖6手動測試診斷控制臺

圖7 DoIP數(shù)據(jù)解析

> 自動測試

-CANoe.DiVa可以基于診斷數(shù)據(jù)庫自動生成測試用例。首先新建一個工程，將診斷數(shù)據(jù)庫加載到CANoe.DiVa中。詳情請關(guān)注公眾號【車端】

圖8 DiVa加載診斷數(shù)據(jù)庫

-通過相關(guān)配置自動生成測試用例，并將生成的測試工程導入CANoe中，自動運行生成的測試用例。

圖9在CANoe中導入測試工程

圖10自動運行測試工程

-自動生成測試報告：

圖11測試報告界面

測試報告由三個部分組成：

- 標識1是測試結(jié)果分組；

- 標識2是測試用例的測試邏輯；

- 標識3是測試過程中的數(shù)據(jù)流。

診斷儀以及刷寫方面

通用診斷儀 Indigo通過加載診斷數(shù)據(jù)庫，便捷地實現(xiàn)診斷內(nèi)容參數(shù)化，使得該工具可以適用于不同車型和不同控制器。Indigo可以快速獲取ECU的數(shù)據(jù)信息（VIN碼、軟硬件版本號、供應商信息等）、故障信息（ECU中DTC信息、Snapshot Records、Extended Data Records）以及實時數(shù)據(jù)（電壓、電流等）等等。

圖12 Indigo界面

上位機刷寫工具vFlash按照vFlash Template中定義的順序發(fā)送刷寫請求，從而實現(xiàn)ECU的軟件代碼更新。在通過以太網(wǎng)進行刷寫時，有以下內(nèi)容需要設(shè)置：

- 是否采用Activation Line激活DoIP功能；

- IP地址分配的方式（DHCP、靜態(tài)IP地址……）；

- 是否采用了VLAN。詳情請關(guān)注公眾號【車端】

圖13 vFlash界面

審核編輯：郭婷