基于K線/CAN總線的KWP2000協(xié)議分析

在汽車故障診斷領(lǐng)域，針對(duì)診斷設(shè)備和汽車ECU之間的數(shù)據(jù)交換，各大汽車公司幾乎都制訂了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議。其中，歐洲汽車領(lǐng)域廣泛使用的一種車載診斷協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)是KWP2000（Keyword Protocol 2000），該協(xié)議實(shí)現(xiàn)了一套完整的車載診斷服務(wù)，并且滿足E-OBD（European On Board Diagnose）標(biāo)準(zhǔn)。KWP2000最初是基于K線的診斷協(xié)議，由于K線物理層和數(shù)據(jù)鏈路層在網(wǎng)絡(luò)管理和通訊速率上的局限性，使得K線無法滿足日趨復(fù)雜的車載診斷網(wǎng)絡(luò)的需求。而CAN網(wǎng)絡(luò)（Controller Area Network）由于其非破壞性的網(wǎng)絡(luò)仲裁機(jī)制、較高的通訊速率（可達(dá)1M bps）和靈活可靠的通訊方式，在車載網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域廣受青睞，越來越多的汽車制造商把CAN總線應(yīng)用于汽車控制、診斷和通訊。近年來歐洲汽車領(lǐng)域廣泛采用了基于CAN總線的KWP2000，即ISO 15765協(xié)議，而基于K線的KWP2000物理層和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議將逐步被淘汰。
　　在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議開發(fā)和測(cè)試應(yīng)用方面，美國(guó)MathWorks公司和德國(guó)Vector公司提供了功能強(qiáng)大的開發(fā)和測(cè)試工具，可分別用于協(xié)議棧源碼的開發(fā)和ECU測(cè)試。
　　2 基于K線的KWP2000協(xié)議
　　基于K線的KWP2000協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)主要包括ISO/WD 14230-1～14230-4，各部分協(xié)議與OSI模型的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。
　　
　　表1 KWP2000協(xié)議與OIS模型的對(duì)應(yīng)關(guān)系
　　ISO 14230-1規(guī)定了KWP2000協(xié)議的物理層規(guī)范（K線、L線），它在ISO 9141-2的基礎(chǔ)上把數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)擴(kuò)展到了24V電壓系統(tǒng)。ISO 14230-2規(guī)定了KWP2000的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，包括報(bào)文結(jié)構(gòu)、初始化過程、通訊連接管理、定時(shí)參數(shù)和錯(cuò)誤處理等內(nèi)容。K線的報(bào)文包括報(bào)文頭、數(shù)據(jù)域和校驗(yàn)和三部分，其中報(bào)文頭包含格式字節(jié)、目標(biāo)地址（可選）、源地址（可選）和附加長(zhǎng)度信息（可選），如表2所示。
　　
　　表2 基于K線的KWP2000報(bào)文結(jié)構(gòu)［3］
　　1）可選字節(jié)，取決于格式字節(jié)Fmt的A1A0位
　　2）服務(wù)標(biāo)識(shí)符（Service ID），數(shù)據(jù)域的第1個(gè)字節(jié)
　　在開始診斷服務(wù)之前，診斷設(shè)備必須對(duì)ECU進(jìn)行初始化，通過ECU的響應(yīng)獲取ECU的源地址、通訊波特率、支持的報(bào)文頭格式、定時(shí)參數(shù)等信息。ECU所支持的報(bào)文頭和定時(shí)參數(shù)信息包含在ECU返回的“關(guān)鍵字（Key Word）”中（這也是協(xié)議命名的由來）。關(guān)鍵字由兩個(gè)字節(jié)構(gòu)成，如圖1所示，關(guān)鍵字的低字節(jié)中各位的含義如表3所示。