K線診斷協(xié)議驅動器設計

/K線診斷協(xié)議驅動器設計Time:2012-03-2211:49:41

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Source:中電網(wǎng)

關鍵字：\o"K線診斷"K線診斷,\o"汽車電子控制單元"汽車電子控制單元,\o"協(xié)議驅動器"協(xié)議驅動器分享到：引言：

隨著汽車電子控制單元功能的增加與升級換代的需要，診斷功能已經成為ECU不可或缺的重要組成部分，因此，深入研究診斷協(xié)議與其實現(xiàn)非常必要?；贙線的ISO14230和基于CAN總線的ISO15765是業(yè)內廣泛采用的兩種診斷標準【1】，K線是ISO9141定義的診斷通信總線，ISO14230在ISO9141的基礎上將K線電壓擴展到24V，并擴展了診斷服務。相比較于CAN總線，K線診斷既能滿足要求，又能節(jié)約成本，在國產車上得到大規(guī)模應用。不同于CAN總線有專門的協(xié)議驅動器，用戶直接進行應用程序的編寫而不用管理底層的通信，K線沒有專門的協(xié)議驅動器，一般要在SCI模塊的基礎上用軟件實現(xiàn)其底層通信管理，筆者為某國產車設計了一款帶K線診斷功能的車身控制模塊，結合ISO14230規(guī)范，首先分析K線診斷協(xié)議驅動器的功能，然后介紹協(xié)議驅動器的關鍵設計技術，最后用CANoe進行測試。

1協(xié)議驅動器功能

ISO14230-1定義了K線物理層協(xié)議，ISO14230-2定義了數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，ISO14230-3定義了應用層協(xié)議【2】，其與OSI模型對應關系如表1所示。OSI模型K線診斷協(xié)議應用層ISO14230-3表述層N/A會話層N/A傳輸層N/A網(wǎng)絡層N/A數(shù)據(jù)鏈路層ISO14230-2物理層ISO14230-1表1ISO14230與OSI模型的對應關系

物理層定義了邏輯位與物理電平的對應關系，同時定義了信號位的上升時間和下降時間，數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議定義了K線數(shù)據(jù)格式、診斷報文格式、定時參數(shù)與通信錯誤判定與處理機制，應用層協(xié)議定義了基于請求/響應的診斷過程與各項診斷服務。做為待診斷ECU節(jié)點，K線協(xié)議驅動器實現(xiàn)的主要功能包括：

1、診斷報文的封裝和發(fā)送、接收和解析，根據(jù)報文格式填充/提取SID和數(shù)據(jù)；

2、通過初始化過程建立與診斷儀之間的診斷通信；

3、保持正確的幀間定時、字節(jié)間定時，檢測診斷儀報文的定時錯誤與其它通信錯誤；

4、根據(jù)診斷儀的診斷請求和ECU當前狀態(tài)返回相應的診斷響應，管理診斷會話；

下面結合數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議分析與其數(shù)據(jù)結構、驅動程序的設計介紹下K線診斷協(xié)議驅動器的原理與實現(xiàn)。

2協(xié)議驅動器設計

K線基于異步串行通信接口，在底層傳輸上采用8N1格式的SCI串行數(shù)據(jù)鏈路格式：8個數(shù)據(jù)位+1個停止位、無奇偶校驗，由于K線在物理層上是單根線，在發(fā)送時也會觸發(fā)接收中斷，所以K線報文的發(fā)送和接收解析統(tǒng)一在SCI接收中斷處理函數(shù)中以狀態(tài)機的形式實現(xiàn)【3】。下面從報文收發(fā)與解析、初始化、定時管理三個方面介紹下數(shù)據(jù)鏈路層的實現(xiàn)。

2.1報文收發(fā)與解析

K線診斷報文結構如表2所示：報文頭數(shù)據(jù)字段校驗和FmtTgtSrcLenSidDataCS最大4個字節(jié)最大63字節(jié)或255字節(jié)1個字節(jié)

表2K線診斷報文結構

K線報文由報文頭、數(shù)據(jù)字段與校驗和組成。報文頭包含格式字節(jié)Fmt、目標地址Tgt、源地址Src和可選附加長度信息Len，F(xiàn)mt指定目標地址的形式（物理地址/功能地址），當報文頭中不包含可選Len字段時指定數(shù)據(jù)字段的長度；數(shù)據(jù)字段包括服務標識符Sid和數(shù)據(jù)Data，其長度由Fmt和Len決定；CS為單字節(jié)校驗和。設計報文結構體如下：

typedefstruct

{

k_statestate;

ucharfmt;

uchartgt_addr;

ucharsrc_addr;

uchardatalen;

ucharsid;

uchar*data;

ucharchecksum;

ucharmsgdatalen;

uchardone;

}k_msg;

typedefenum{

k_FMT=0,

k_TGTADDR,

k_SRCADDR,

k_DATALEN,

k_SID,

k_DATA,

k_CS

}k_state;

成員變量state表示當前K線通信數(shù)據(jù)是報文中的哪個組成部分，msgdatalen用于數(shù)據(jù)字段字節(jié)數(shù)的統(tǒng)計，done表示該報文是否發(fā)送或接收完成，其它成員變量與報文結構組成部分一一對應。

voidk_ifc_rx(void)

{

k_u8ch,SciSr1;

SciSr1=Kline_periph[SCISR1];

ch=Kline_periph[SCIDRL];

TimerStop(k_TP4);

switch(k_curmsg.state){

casek_FMT:

if(k_REP==k_drvhandle.mode){

if(ch==k_curmsg.fmt){

k_curmsg.state=k_TGTADDR;

k_SendChar(k_curmsg.tgt_addr);

}

}else{

k_curmsg.state=k_TGTADDR;

k_curmsg.fmt=ch;

}

break;

casek_TGTADDR:

...

break;

casek_SRCADDR:

...

break;

casek_DATALEN:

if(k_REP==k_drvhandle.mode){

if(ch==k_curmsg.datalen){

k_curmsg.msgdatalen=0;

k_curmsg.state=k_SID;

k_SendChar(k_curmsg.sid);

}

}else{

k_curmsg.msgdatalen=0;

k_curmsg.datalen=ch;

free(k_curmsg.data);

k_curmsg.data=malloc(k_curmsg.datalen);

k_curmsg.state=k_SID;

}

break;

casek_SID:

if(k_REP==k_drvhandle.mode){

if(ch==k_curmsg.sid){

k_curmsg.msgdatalen++;

if(k_curmsg.msgdatalen==k_curmsg.datalen){

k_curmsg.state=k_CS;

k_SendChar(k_curmsg.checksu);

}else{

k_curmsg.state=k_DATA;

k_SendChar(k_curmsg.data[0]);

}

}

}else{

k_curmsg.sid=ch;

k_curmsg.msgdatalen++;

if(k_curmsg.datalen==k_curmsg.msgdatalen){

k_curmsg.state=k_CS;

}else{

k_curmsg.state=k_DATA;

}

}

break;

casek_DATA:

...

break;

casek_CS:

k_curmsg.state=k_FMT;

if(k_REP==k_drvhandle.mode){

if(ch==k_curmsg.checksum){

k_curmsg.done=1;

}

}else{

k_curmsg.checksum=ch;

k_curmsg.done=1;

}

break;

}

if((k_REQ==k_drvhandle.mode)&&(k_FMT!=k_curmsg.state)){

TimerStart(k_REP_P4MS,k_TP4,0,1);

}

}

2.2初始化

在開始診斷服務之前，診斷儀必須對ECU進行初始化，通過ECU的響應獲取ECU支持的報文頭格式和定時參數(shù)，建立診斷通訊【4】。初始化過程如圖1所示，診斷儀發(fā)送一個25ms’0’、25ms’1’的WuP(WakeUpPattern)，然后發(fā)送STC(StartCommunication)Request，ECU檢測出WuP并接收到正確的STCRequest后返回STCResponse，該報文的Data字段為由兩個字節(jié)構成的“關鍵字（KeyWord）”，指定了ECU所支持的報文頭和定時參數(shù)信息，如KeyWord指定為0x8fea即表示在報文頭中采用附加長度信息Len表示數(shù)據(jù)字段長度，同時采用默認的定時參數(shù)。

圖1初始化過程

初始化之前K線處于空閑狀態(tài)，ECU禁止SCI功能并使能SCI的RXD引腳為IO模式，檢測到下降沿時通過定時器統(tǒng)計RXD引腳的IO低電平的持續(xù)時間，檢測到上升沿時開始統(tǒng)計RXD引腳的IO高電平持續(xù)時間，判斷是否為有效的WuP；也可以設置SCI的波特率為200bps，判斷是否能接收到數(shù)據(jù)0xf0（0xf0在總線上表現(xiàn)為5個0，5個1），檢測出正確的WuP后，使能SCI功能，設置波特率為10400bps，等待診斷儀發(fā)送的STCRequest，接收到請求后返回STCResponse肯定響應，建立診斷通訊。

2.3定時管理

ISO14230定義了4個定時參數(shù)管理字節(jié)間定時和報文間定時，診斷儀和ECU需要共同遵守這些定時約束以保證正常的診斷通訊，表2給出了這4個定時參數(shù)的含義與取值區(qū)間。參數(shù)變量描述最小值(ms)最大值(ms)P1ECU響應的字節(jié)間時間間隔020P2診斷儀請求和ECU響應之間的時間間隔，或兩個ECU響應之間的時間間隔2550P3ECU響應和診斷儀請求之間的時間間隔555000P4診斷儀請求的字節(jié)間時間間隔020表2定時參數(shù)

P1和P4是報文內字節(jié)間定時，P2和P3為報文間定時。診斷儀在初始化完成后或接收到診斷響應后需要在P3時間內發(fā)送診斷請求，否則ECU端退出診斷會話，斷開診斷通訊，K線協(xié)議驅動器重啟，等待診斷儀發(fā)出下一個WuP和STCRequest。ECU在接收到診斷請求后，需要在P2時間內返回診斷響應，P2由ECU控制，通常采用25ms的固定值，當診斷請求報文中的Fmt字段指定目標地址為“功能地址”時，P2的取值需要用一個隨機數(shù)發(fā)生器來產生，因為對于功能尋址的診斷儀請求來說，可能多個ECU都會返回響應，如果采用固定的P2參數(shù)的話，可能會因為多個ECU競爭總線而出現(xiàn)總線沖突問題，P2采用隨機數(shù)，ECU不會在同一時間返回響應，從而避免了總線競爭問題。

3協(xié)議驅動器測試

協(xié)議驅動器在Vector公司的CANoe軟硬件平臺上進行測試，進行基于K線的KWP2000服務測試時，將KWP2000.dll和KLineCPL.dll模塊加入CANoe仿真環(huán)境，CANoe模擬診斷儀節(jié)點，并使用一個代理節(jié)點來實現(xiàn)CAN網(wǎng)絡和K線之間的報文轉發(fā)，此時CANoe使用計算機的串口