【原】DoIP協(xié)議概述

車載診斷技術(shù) 2022-02-04

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大家好哈，我是穿拖鞋的漢子！

伴隨著需求不斷提升（車身數(shù)據(jù)傳輸速率和帶寬需求），為了滿足需求將以太網(wǎng)引進(jìn)到車載網(wǎng)絡(luò)中。車載以太網(wǎng)在診斷傳輸層的應(yīng)用協(xié)議是ISO 13400（Diagnostic On IP—DoIP），定義的是從物理層到應(yīng)用層搭建通信橋梁的規(guī)則。

該公眾號以往關(guān)于DoIP文章如下：

DoIP—協(xié)議框架
DoIP—物理連接
DoIP—車輛聲明
DoIP——通信建立
DoIP—診斷通信
DoIP—Alive Check
關(guān)于DoIP文章匯總和思考
基于DoIP使用CANoe.DiVa用于UDS一致性測試
基于CANoe的DoIP測試實(shí)現(xiàn)
CANoe—基于DoIP通過CAPL實(shí)現(xiàn)與ECU通信測試

上述文章自己總結(jié)的都是偏向具備內(nèi)容，針對的是在基于車載以太網(wǎng)進(jìn)行診斷通信，搭建通信橋梁的整個過程（對于DoIP可以理解為DoIP是搭建通信橋梁的規(guī)則）。

今天自己想基于ISO 13400協(xié)議總結(jié)下偏系統(tǒng)的概述性的內(nèi)容，以方便后續(xù)自己查閱。

一、基于車載以太網(wǎng)的診斷系統(tǒng)分析

首先如下圖，ISO 13400協(xié)議開篇示意圖：

1、物理層

在該層需要定義是物理電氣特性：

需要選定車載總線類型：-Tx、-T1、BroadR-Reach，具體選定那種總線類型，需要參看各家車規(guī)芯片、接口特性；
Software、Hardware工程師根據(jù)不同類型定義驅(qū)動；
基于診斷范疇需求參看IEEE 802.3（國際上定義無線通信的協(xié)議簇）、ISO 13400-3定義以太網(wǎng)在車身做診斷接口參數(shù)（比如激活線特性）；

上述內(nèi)容可以在如上圖OSI七層模型清晰看到（對應(yīng)協(xié)議名稱）。

2、傳輸層

在車載診斷范疇，傳輸層中應(yīng)用的協(xié)議是ISO 13400。

該協(xié)議的目的是建立物理層到應(yīng)用層的通信橋梁，該規(guī)則可以保證診斷通信鏈路的穩(wěn)定和安全。

DoIP是Diagnostic on IP，相當(dāng)于診斷在車載以太網(wǎng)的應(yīng)用。

報文傳輸?shù)妮d體還是傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)的TCP/UDP/IP協(xié)議（這些協(xié)議1980年就已經(jīng)提出，經(jīng)歷了時間和市場的考驗(yàn)），DoIP協(xié)議就是定義一系列規(guī)則，使用不同的幀類型（在協(xié)議中，通過Payload Type）來搭建通信流程：

A：車輛連接；

B：車輛聲明；

C：Routing激活（Socket激活）；

D：診斷通信。

具體內(nèi)容可參看開篇具體文章。

3、會話層

在ISO 14229-2中定義了診斷范疇需要用到的時間參數(shù)：

具體可參看如下截圖：

該ISO 14229子類中定義了診斷過程中相應(yīng)的時間參數(shù)（P2、P2*、S3等）

通過示意圖，詳細(xì)直觀說明了時間參數(shù)在診斷過程中的定義。

4、應(yīng)用層

應(yīng)用層是實(shí)現(xiàn)診斷功能（OSI七層模型），具體的診斷功能如下所示：

Service
DID
DTC

都是在此層實(shí)現(xiàn)，對應(yīng)的協(xié)議是ISO 14229-1。

因?yàn)榇藭r診斷報文是基于車載以太網(wǎng)傳輸，所以需要查看ISO 14229-5（該文是UDS協(xié)議在在車載以太網(wǎng)上的具體應(yīng)用和具體限制），因?yàn)?/span>UDS在不同的車載總線應(yīng)用是不同的，因此通過不同的子類（子類-3到-7，對應(yīng)不同的車載總線）加以說明。

二、車載以太網(wǎng)典型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/span>

由于車載以太網(wǎng)有很好的網(wǎng)絡(luò)延展性，可以點(diǎn)對點(diǎn)，也可以應(yīng)用交換機(jī)等策略實(shí)現(xiàn)良好的車載網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?br>

考慮到車載以太網(wǎng)后續(xù)會有遠(yuǎn)程無線應(yīng)用，在ISO 13400中給出了如下網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽鈭D：

1、邊緣節(jié)點(diǎn)

在ISO 13400協(xié)議中只有邊緣節(jié)點(diǎn)可以連接外部Tester（嚴(yán)格按照ISO協(xié)議的話）。并且車身內(nèi)部節(jié)點(diǎn)定義時會有邏輯地址，這樣的話，Tester只知道車內(nèi)節(jié)點(diǎn)的邏輯地址，Tester將該請求發(fā)送至GW時，GW內(nèi)部有邏輯地址和真實(shí)地址的Map關(guān)系表，這樣可以有效的保護(hù)車內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)安全。

只有GW可以解析邏輯地址和真實(shí)地址之間的關(guān)系，這樣雖然可以有效的保護(hù)數(shù)據(jù)安全，但是也造成了GW很大的負(fù)荷，會形成通信“堵塞”現(xiàn)象。

所以現(xiàn)在也有用戶有如下策略：

讓Tester經(jīng)過安全認(rèn)證，GW充當(dāng)路由功能，Tester直接根據(jù)真實(shí)地址直接跟ECU進(jìn)行通信（GW無腦轉(zhuǎn)發(fā)）。

三、車載以太網(wǎng)診斷通信流程

最新版 ISO 13400協(xié)議將信息安全因素考慮進(jìn)去，在整個通信橋梁搭建過程中增加了TLS（Transport Layer Security），具體通信流程如下圖：

1、通信連接

在ISO 13400協(xié)議中關(guān)于車輛邊緣節(jié)點(diǎn)IP地址有兩種方式：

（1）、DHCP；

（2）、Auto-IP；

并且前者優(yōu)先級比后者高。

但考慮到現(xiàn)階段整車數(shù)量，多數(shù)OEM采用是靜態(tài)IP地址（IPV4偏多）。

2、車輛聲明

車輛將自身的識別信息以廣播形式自發(fā)三次（上電后）于所在網(wǎng)絡(luò)，Tester若未獲取，進(jìn)行通信前可進(jìn)行車輛信息請求.

PS：需要注意的是這個過程有許多時間參數(shù)需要注意，后續(xù)我會以文章形式整理出來。

3、Routing激活

以DoIP Payload Type 0005/0006來激活車載以太網(wǎng)診斷通信套接字（Socket），也就是TCP進(jìn)行三次握手連接后，執(zhí)行該動作，激活診斷通信功能。

4、診斷通信

此時Tester會發(fā)送DoIP Payload Type 8001的診斷請求進(jìn)行診斷通信，邊緣節(jié)點(diǎn)接受到請求后會回復(fù)DoIP Payload Type 8002的ACK，告知Tester收到診斷請求，與此同時會發(fā)送診斷請求給車內(nèi)具體節(jié)點(diǎn)。車內(nèi)節(jié)點(diǎn)收到后會給予診斷相應(yīng)（此時DoIP Payload Type 8001）。

PS：若邊緣節(jié)點(diǎn)判定Tester發(fā)送的診斷請求有無效信息時：

A：無效目標(biāo)地址；

B：報文超長；

等等，此時邊緣節(jié)點(diǎn)會回復(fù)DoIP Payload Type 8003的NACK。

具體判定機(jī)制可參看文章開頭文章。

PS：車內(nèi)節(jié)點(diǎn)之間通信可不用嚴(yán)格按照DoIP協(xié)議定義流程（俗稱閹割版DoIP協(xié)議）。

愿你我相信時間的力量，

做一個長期主義者！