以太网诊断在车载网络中的应用及解决方案

随着车辆智能化、人性化和舒适性程度的不断提高，高级辅助驾驶（ADAS）系统和车载娱乐系统对于数据交互的要求也随之提高：大数据、高带宽和实时性。传统的车辆总线（CAN、CAN FD、LIN等）无法满足这些需求，因此以太网成为车辆总线家族的新成员。

本文主要介绍以太网诊断在车载网络中的应用，基于以太网的诊断协议ISO 13400以及以太网诊断解决方案。

1、为何需要引入新的车辆总线

日益庞大的ECU代码；

不断增加的ECU数量，导致车内总线带宽不足；

新的应用场景不断出现：并行的软件更新、远程诊断、大数据传输和车联网（车辆之间互联）。

2、为何选择以太网？

新的总线必须满足如下条件：

稳定可靠的通信；

满足车规级的电磁兼容性；

低成本；

网络管理特性；

高带宽。

当前已有的高速总线包括MOST、USB和以太网：

MOST：采用光纤作为通信介质，成本高；网络拓扑为环形串联结构，扩展性差；

USB：物理线束长度有限，电磁干扰特性差以及缺少网络和应用层协议；

Ethernet：通信速率和带宽满足需求，同时在其他领域得到广泛的应用推广，有丰富的网络和应用层协议支持。

因此以太网成为新一代车辆总线。随后，ISO国际标准化组织制定了基于以太网的诊断规范协议（ISO 13400，Diagnostic communication over Internet Protocol）：

ISO 13400-1位于Application Layer之上，包括DoIP通用信息、应用场景的描述。

Application Layer：对应的协议是ISO 14229-1和ISO 14229-5。前者是对UDS的完整定义，后者是UDS协议在网络协议传输的具体应用和限制。

Session Layer：ISO 14229-2定义所有的诊断通信，为上层提供统一的接口，不会因为底层通信介质的变化而改动上层应用。

Transport Layer和Network Layer：ISO 13400-2规定在Transport Layer使用TCP/UDP协议，在Network Layer使用IP协议，以及DoIP通信的专属内容：DHCP和AutoIP机制、DoIP Header中Payload Type的报文功能定义等等。

Physical Layer和Data Link Layer：ISO 13400-3制定了车辆通信接口和测试设备的技术要求。

ISO 13400-4制定了最低限度的诊断以太网连接器的要求。

图1 ISO 13400与OSI参考模型

3、车载以太网解决方案

图2 V模型示意图

在前期需求方面，可以利用CANdelaStudio基于诊断需求规范创建和编辑诊断数据库，以数据库的形式贯穿车辆整个周期（前期研发—产线量产—售后），确保诊断数据的正确性和一致性。

图3 DoIP接口参数信息

在功能实现方面，Vector为用户提供符合AUTOSAR标准的基础软件，包括以太网协议栈。用户可以根据具体的需求选择相应的基础软件模块。

图4 MICROSAR——符合AUTOSAR标准的基础软件

测试是验证功能是否按照需求规范实现的最终手段，可分为手动测试和自动测试。

> 手动测试

- 将诊断数据库文件加载到CANoe中。

图5 加载被测ECU的诊断数据库文件

- 诊断控制台（Diagnostic Console）中，基于测试用例测试逻辑手动发送诊断请求，验证诊断功能。用户可以通过Trace窗口观察解析后的DoIP数据。

图6 手动测试诊断控制台

图7 DoIP数据解析

> 自动测试

- CANoe.DiVa可以基于诊断数据库自动生成测试用例。首先新建一个工程，将诊断数据库加载到CANoe.DiVa中。详情请关注公众号【车端】

图8 DiVa加载诊断数据库

- 通过相关配置自动生成测试用例，并将生成的测试工程导入CANoe中，自动运行生成的测试用例。

图9 在CANoe中导入测试工程

图10 自动运行测试工程

- 自动生成测试报告：

图 11 测试报告界面

测试报告由三个部分组成：

- 标识1是测试结果分组；

- 标识2是测试用例的测试逻辑；

- 标识3是测试过程中的数据流。

诊断仪以及刷写方面

通用诊断仪 Indigo通过加载诊断数据库，便捷地实现诊断内容参数化，使得该工具可以适用于不同车型和不同控制器。Indigo可以快速获取ECU的数据信息（VIN码、软硬件版本号、供应商信息等）、故障信息（ECU中DTC信息、Snapshot Records、Extended Data Records）以及实时数据（电压、电流等）等等。

图12 Indigo界面

上位机刷写工具vFlash按照vFlash Template中定义的顺序发送刷写请求，从而实现ECU的软件代码更新。在通过以太网进行刷写时，有以下内容需要设置：

- 是否采用Activation Line激活DoIP功能；

- IP地址分配的方式（DHCP、静态IP地址……）；

- 是否采用了VLAN。详情请关注公众号【车端】

图13 vFlash界面

审核编辑：郭婷