一、UDS概述

汽車故障診斷 UDS（Unified Diagnostic Service）是利用ECU監測控制系統各組成部分的工作情況，發現故障后自動啟動故障記錄和處理邏輯。汽車故障診斷模塊不僅能夠存儲記憶汽車故障，還能夠實時提供汽車各種運行參數。外部診斷設備通過一定的診斷通信規則與ECU建立診斷通信，并讀取這些故障和參數，同時解析出來供外部測試人員分析。其主要遵循：ISO-15765、ISO-14229診斷協議。經常應用在整車的各種整車上的電控單元(ECU)上面。

二、UDS基本原理

1、UDS協議棧

UDS協議棧主要分為網絡層和應用層兩大部分

網絡層：是為了解決ISO 11898 協議中的經典can數據鏈路層與UDS 應用層 ISO 14229 協議中定義的應用層，彼此的數據長度不一樣問題。經典can數據鏈路層最大支持8字節，但 ISO 14229 不僅僅支持can總線設計的，其最大容量是達到4095字節。如UDS應用需要發送20字節數據信息，而can不能一幀報文處理完，需要3幀才能發送完畢。那么如何將多字節數據通過can進行有效，有序的傳輸呢？ISO 15765-2 由此而生。網絡層分為單幀和多幀，單幀(SF)就是一幀can報文8字節內就可以把uds數據處理完畢。多幀就是一幀can報文8字節內處理不完,需分為首幀(FF)，流控幀(FC)，連續幀(CF)來處理。網絡層還有時間參數，如N_Ar、N_As、N_Br、N_Bs、N_Cr、N_Cs。后續網絡層會詳細講解。 應用層：應用層協議通常作為確認消息的傳輸，意味著從客戶端發送的每一個請求都將有由服務器端產生的與之相對的響應。 ?

2、功能尋址與物理尋址

由客戶端診斷設備（診斷儀Tester），發出診斷請求，服務端server響應客戶端請求。客戶端可以使用功能尋址（一條報文對應本網絡中所有Server（ECU），一般為報文ID為7DF），也就是說本網絡中所有ECU都要對這條指令做出響應，即一對多模式。 客戶端也可以使用物理尋址（是一種點對點的尋址模式，一條報文對應于單獨一個Server（ECU））單獨跟網絡中某個ECU服務端進行通訊，即一對一模式。 功能尋址和物理尋址是每一個具備UDS診斷功能的ECU，所具有的兩個CAN_ID，整車上規定每個ECU功能尋址的CAN_ID相同，一般設置為0x7DF。整車上也規定每個ECU的物理尋址CAN_ID 都是唯一的。

三、網絡層概要

網絡層功能

應用層診斷服務can數據幀的轉發；

多幀數據傳輸，進行數據的打包、解包，協調上下層工作；

單幀報文傳輸

多幀報文傳輸

四、網絡層協議

協議數據單元（N_PDU）

N_PDU一般包含3個領域，N_PDU：{ N_AI， N_PCI， N_Data }如圖所示

協議控制信息（N_PCI）結構

網絡層對于N_PDU分為單幀、第一幀（首幀）、連續幀、流控幀這四種類型，每種類型是通過協議控制信息（N_PCI）進行區分的，每一個N_PDU都只有一個N_PCI。通常對于CAN診斷來說，就可以通過識別每條CAN幀數據域的首個字節來確定它屬于四種類型中的哪類。下面對這四種類型進行說明。 ?

單幀（SF）

單幀顧名思義就是一幀can報文就可以處理完uds服務。can報文首字節為N_PCI字節，控制信息如下圖所示：

從上圖可知，can報文首字節高4bit為0表示首幀，首字節低4bit表示單幀數據長度，即N_Data的有效字節數。通過trace我們可以看到N_Data有效字節數為3，有效字節數不足8字節，可填充任意數，這里填充00。因此如圖所示的trace，在接收方接收到該can報文后，解析can報文首字節03便可知該報文為單幀且只有3個有效字節數，后續全為補充的無效字節數。

第一幀（FF）

發送方發送N_Data數據過長時，則需要拆分成多幀報文，被拆分后的報文需要通過多個N_PDU來發送，而接收方接收到多個N_PDU信息后進行重組。發送方發送多幀時，需要先發送首幀來告知接收方有多少字節數要發送到接收方。首幀控制信息如下圖所示

從上圖可知，can報文首字節高4bit為1表示首幀。首字節低4bit和byte2組合12bit表示發送方發送的數據長度，即N_Data的有效字節數。通過trace我們可以看到N_Data有效字節數為0x018，即24個有效字節數。因此如圖所示的trace，在接收方接收到該can報文后，解析can報文前兩個字節0x10 0x18便可知該報文為第一幀且有24個有效字節數，后續全為補充的無效字節數。

流控幀（FC）

UDS多幀通訊時：1、發送方發送首幀FF給接收方。2、接收方接收到首幀，解析首幀。3、接受方根據自身條件判斷后（如：接收數據緩存大小，接收數據快慢能力，當前是否可以接收數據等），回復一幀流控幀FC給發送方。4、發送方根據接收到接收方的流控幀FC來決定后續的操作。流控幀FC控制信息如下圖所示：

從上圖可知，can報文首字節byte1高4bit為3時表示該幀為流控幀FC。byte1低4bit為流狀態FS（0表示繼續發送、1表示等待、2表示溢出即第一幀中的FF_DL信息的長度超過接受實體緩沖區的大小），byte2為塊大小（允許一次可連續發送連續幀CF的次數），byte3為發送方發送連續幀CF與連續幀CF間的最小間隔時間。

連續幀（CF）

發送方發送首幀FF，然后接收到接收方的流控幀FC后，若條件允許可繼續發送信息，則需根據連續幀CF的控制信息格式來發送信息。連續幀CF控制信息如下圖所示：

從上圖可知，can報文首字節byte1高4bit為2時表示該幀為連續幀CF。byte1低4bit 為連續幀的順序號SN。對于所有的拆分信息，SN開始于0。第一幀應當分配值為0。雖然第一幀 N_PCI沒有明確表示出序列號，但是應該將首幀當作0號序列對待，第一個流控幀FC后的連續幀SN設置為1，同一拆分信息上，每一個新增的連續幀順序號SN增1，連續幀順序號SN的值不受流控幀的影響，當連續幀順序號SN值為0x0F時，下一個連續幀中將順序號SN重置為0。 如圖為多幀舉例：

定時參數

網絡層定義了N_Ar、N_As、N_Br、N_Bs、N_Cr、N_Cs六個時間參數

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對上述圖片進行歸納，可以總結出幾種超時： N_As超時：發送方沒有及時發送N_PDU。 N_Ar超時：接收方沒有及時發送N_PDU。 N_Bs超時：發送方沒有接收到流控幀。 N_Cr超時：接收方沒有收到連續幀。 N_Br超時：接收方沒有發出流控幀。 N_Cs：即STmin，發送兩個連續幀需要等待的最短時間，N_Cr最大1000ms。

五、尋址方式

將N_PDU映射到CAN數據幀的不同位置，構成了4種尋址格式：常規尋址（Normal addressing）－11位CANID、常規固定尋址（Normal fixed addressing）－29位CANID、擴展尋址（Extended addressing）－11位CANID、混合尋址（Mixed addressing）－11或29位CANID，以常規尋址（SF單幀）為例：

在物理通訊場景下，即一對一的通訊方式：

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在功能通訊場景下，即一對多的通訊方式：

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審核編輯：黃飛