淺談K線診斷協(xié)議驅(qū)動器的設(shè)計
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
引言：
本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/196353.htm隨著汽車電子控制單元功能的增加及升級換代的需要，診斷功能已經(jīng)成為ECU不可或缺的重要組成部分，因此，深入研究診斷協(xié)議及其實現(xiàn)非常必要。基于K線的ISO14230和基于CAN總線的ISO15765是業(yè)內(nèi)廣泛采用的兩種診斷標(biāo)準(zhǔn)【1】，K線是ISO9141定義的診斷通信總線，ISO14230在ISO9141的基礎(chǔ)上將K線電壓擴(kuò)展到24V，并擴(kuò)展了診斷服務(wù)。
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(chǎn)車上得到大規(guī)模應(yīng)用。不同于CAN總線有專門的協(xié)議驅(qū)動器，用戶直接進(jìn)行應(yīng)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(qū)動器，一般要在SCI模塊的基礎(chǔ)上用軟件實現(xiàn)其底層通信管理，筆者為某國產(chǎn)車設(shè)計了一款帶K線診斷功能的車身控制模塊，結(jié)合ISO14230規(guī)范，首先分析K線診斷協(xié)議驅(qū)動器的功能，然后介紹協(xié)議驅(qū)動器的關(guān)鍵設(shè)計技術(shù)，最后用CANoe進(jìn)行測試。
1 協(xié)議驅(qū)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(yīng)用層協(xié)議【2】，其與OSI模型對應(yīng)關(guān)系如表1所示。
表1 ISO14230與OSI模型的對應(yīng)關(guān)系
物理層定義了邏輯位與物理電平的對應(yīng)關(guān)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)及通信錯誤判定及處理機(jī)制，應(yīng)用層協(xié)議定義了基于請求/響應(yīng)的診斷過程及各項診斷服務(wù)。做為待診斷ECU節(jié)點，K線協(xié)議驅(qū)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、根據(jù)診斷儀的診斷請求和ECU當(dāng)前狀態(tài)返回相應(yīng)的診斷響應(yīng)，管理診斷會話;
4、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及其它通信錯誤;
下面結(jié)合數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議分析及其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、驅(qū)動程序的設(shè)計介紹下K線診斷協(xié)議驅(qū)動器的原理及實現(xiàn)。
2 協(xié)議驅(qū)動器設(shè)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(jī)的形式實現(xiàn)【3】。下面從報文收發(fā)及解析、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)及解析
表2 K線診斷報文結(jié)構(gòu)
K線報文由報文頭、數(shù)據(jù)字段及校驗和組成。報文頭包含格式字節(jié)Fmt、目標(biāo)地址Tgt、源地址Src和可選附加長度信息Len，F(xiàn)mt指定目標(biāo)地址的形式(物理地址/功能地址)，當(dāng)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(wù)標(biāo)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(shè)計報文結(jié)構(gòu)體如下：
typedef struct
{
k_state state;
uchar fmt;
uchar tgt_addr;
uchar src_addr;
uchar datalen;
uchar sid;
uchar *data;
uchar checksum;
uchar msgdatalen;
uchar done;
}k_msg;
typedef enum{
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(dāng)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(jié)構(gòu)組成部分一一對應(yīng)。
void k_ifc_rx(void)
{
k_u8 ch,SciSr1;
SciSr1=Kline_periph[SCISR1];
ch=Kline_periph[SCIDRL];
TimerStop(k_TP4);
switch(k_curmsg.state){
case k_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;
case k_TGTADDR:
...
break;
case k_SRCADDR:
...
break;
case k_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;
case k_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;
case k_DATA:
...
break;
case k_CS:
k_curmsg.state=k_FMT;
if(k_REP==k_drvhandle.mode){
if(ch==k_curmsg.checksum){
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