K线诊断协议驱动器设计

1、 K线诊断协议驱动器设计Time:2012-03-22 11:49:41  Author:  Source:中电网关键字：K线诊断,汽车电子控制单元,协议驱动器分享到：引言：随着汽车电子控制单元功能的增加及升级换代的需要，诊断功能已经成为ECU不可或缺的重要组成部分，因此，深入研究诊断协议及其实现非常必要。基于K线的ISO14230和基于CAN总线的ISO15765是业广泛采用的两种诊断标准【1】，K线是ISO9141定义的诊断通信总线，ISO14230在ISO9141的基础上将K线电压扩展到24V，并扩展了诊断服务。相比较于CAN总线，K线诊断既能满足

2、要求，又能节约成本，在国产车上得到大规模应用。不同于CAN总线有专门的协议驱动器，用户直接进行应用程序的编写而不用管理底层的通信，K线没有专门的协议驱动器，一般要在SCI模块的基础上用软件实现其底层通信管理，笔者为某国产车设计了一款带K线诊断功能的车身控制模块，结合ISO14230规，首先分析K线诊断协议驱动器的功能，然后介绍协议驱动器的关键设计技术，最后用CANoe进行测试。1 协议驱动器功能ISO14230-1定义了K线物理层协议，ISO14230-2定义了数据链路层协议，ISO14230-3定义了应用层协议【2】，其与OSI模型对应关系如表1所示。OSI模型K线诊断协议应用层ISO142

3、30-3表述层N/A会话层N/A传输层N/A网络层N/A数据链路层ISO14230-2物理层ISO14230-1表1 ISO14230与OSI模型的对应关系物理层定义了逻辑位与物理电平的对应关系，同时定义了信号位的上升时间和下降时间，数据链路层协议定义了K线数据格式、诊断报文格式、定时参数及通信错误判定及处理机制，应用层协议定义了基于请求/响应的诊断过程及各项诊断服务。做为待诊断ECU节点，K线协议驱动器实现的主要功能包括：1、诊断报文的封装和发送、接收和解析，根据报文格式填充/提取SID和数据；2、通过初始化过程建立与诊断仪之间的诊断通信；3、保持正确的帧间定时、字节间定时，检测诊断仪报文的

4、定时错误及其它通信错误；4、根据诊断仪的诊断请求和ECU当前状态返回相应的诊断响应，管理诊断会话；下面结合数据链路层的协议分析及其数据结构、驱动程序的设计介绍下K线诊断协议驱动器的原理及实现。2 协议驱动器设计K线基于异步串行通信接口，在底层传输上采用8N1格式的SCI串行数据链路格式：8个数据位+1个停止位、无奇偶校验，由于K线在物理层上是单根线，在发送时也会触发接收中断，所以K线报文的发送和接收解析统一在SCI接收中断处理函数中以状态机的形式实现【3】。下面从报文收发及解析、初始化、定时管理三个方面介绍下数据链路层的实现。2.1 报文收发及解析K线诊断报文结构如表2所示：报文头数据字段校验

5、和FmtTgtSrcLenSidDataCS最大4个字节最大63字节或255字节1个字节       表2 K线诊断报文结构K线报文由报文头、数据字段及校验和组成。报文头包含格式字节Fmt、目标地址Tgt、源地址Src和可选附加长度信息Len，Fmt指定目标地址的形式（物理地址/功能地址），当报文头中不包含可选Len字段时指定数据字段的长度；数据字段包括服务标识符Sid和数据Data，其长度由Fmt和Len决定；CS为单字节校验和。设计报文结构体如下： typedef struct  k_state st

6、ate;  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,

7、60; k_DATA,  k_CSk_state;成员变量state表示当前K线通信数据是报文中的哪个组成部分，msgdatalen用于数据字段字节数的统计，done表示该报文是否发送或接收完成，其它成员变量与报文结构组成部分一一对应。 void k_ifc_rx(void)  k_u8 ch,SciSr1;    SciSr1=Kline_periphSCISR1;  ch=Kline_periphSCIDRL;  TimerStop(k_TP4);  switch(k_curmsg.state)  c

8、ase k_FMT:    if(k_REP=k_drvhandle.mode)      if(ch=k_curmsg.fmt)        k_curmsg.state=k_TGTADDR;        k_SendChar(k_curmsg.tgt_addr);           els

9、e      k_curmsg.state=k_TGTADDR;      k_curmsg.fmt=ch;        break;  case k_TGTADDR:    .    break;  case k_SRCADDR:    .    break;  case k_DATA

10、LEN:    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);

11、          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;

12、          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)    

13、      k_curmsg.state=k_CS;   k_SendChar(k_curmsg.checksu);         else          k_curmsg.state=k_DATA;         k_SendChar(k_curmsg.data0);  

14、;                else      k_curmsg.sid=ch;      k_curmsg.msgdatalen+; if(k_curmsg.datalen=k_curmsg.msgdatalen)        k_curmsg.state=k_CS;  

15、0;    else        k_curmsg.state=k_DATA;                     break;  case k_DATA:    .    break;  case k_CS:   

16、0; 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;

17、0;     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 初始化在开始诊断服务之前，诊断仪必须对ECU进行初始化，通过ECU的响应获取ECU支持

18、的报文头格式和定时参数，建立诊断通讯【4】。初始化过程如图1所示，诊断仪发送一个25ms 0、25ms1的WuP(WakeUp Pattern)，然后发送STC(Startmunication) Request，ECU检测出WuP并接收到正确的STC Request后返回STC Response，该报文的Data字段为由两个字节构成的“关键字（Key Word）”，指定了ECU所支持的报文头和定时参数信息，如Key Word指定为0x8fea即表示在报文头中采用附加长度信息Len表示数据字段长度，同时采用默认的定时参数。图1 初始化过程初始化之前K线处于空闲状态，ECU禁止SCI功能并使能SC

19、I的RXD引脚为IO模式，检测到下降沿时通过定时器统计RXD引脚的IO低电平的持续时间，检测到上升沿时开始统计RXD引脚的IO高电平持续时间，判断是否为有效的WuP；也可以设置SCI的波特率为200bps，判断是否能接收到数据0xf0（0xf0在总线上表现为5个0，5个1），检测出正确的WuP后，使能SCI功能，设置波特率为10400bps，等待诊断仪发送的STC Request，接收到请求后返回STC Response肯定响应，建立诊断通讯。2.3 定时管理ISO14230定义了4个定时参数管理字节间定时和报文间定时，诊断仪和ECU需要共同遵守这些定时约束以保证正常的诊断通讯，表2给出了这4个定时参数的含义及取值区间。 参数变量描述最小值(ms)最大值(ms)P1ECU响应的字节间时间间隔020P2诊断仪请求和ECU响应之间的时间间隔，或两个ECU响应之间的时间间隔2550P3ECU响应和诊断仪请求之间的时间间隔555000P4诊断仪请求的字节间时间间隔020表2 定时参数P1和P4是报文字节间定时，P2和P3为报文间定时。诊断仪在初始化完成后或接收到诊断响应后需要在P3时间发送诊断请求，否则ECU端退出诊断会话