K線診斷協議驅動器設計

引言：

隨著汽車電子控制單元功能的增加及升級換代的需要，診斷功能已經成為ECU不可或缺的重要組成部分，因此，深入研究診斷協議及其實現非常必要。基于K線的ISO14230和基于CAN總線的ISO15765是業內廣泛采用的兩種診斷標準^【1】，K線是ISO9141定義的診斷通信總線，ISO14230在ISO9141的基礎上將K線電壓擴展到24V，并擴展了診斷服務。相比較于CAN總線，K線診斷既能滿足要求，又能節約成本，在國產車上得到大規模應用。不同于CAN總線有專門的協議驅動器，用戶直接進行應用程序的編寫而不用管理底層的通信，K線沒有專門的協議驅動器，一般要在SCI模塊的基礎上用軟件實現其底層通信管理，筆者為某國產車設計了一款帶K線診斷功能的車身控制模塊，結合ISO14230規范，首先分析K線診斷協議驅動器的功能，然后介紹協議驅動器的關鍵設計技術，最后用CANoe進行測試。

1 協議驅動器功能

ISO14230-1定義了K線物理層協議，ISO14230-2定義了數據鏈路層協議，ISO14230-3定義了應用層協議^【2】，其與OSI模型對應關系如表1所示。

表1 ISO14230與OSI模型的對應關系

物理層定義了邏輯位與物理電平的對應關系，同時定義了信號位的上升時間和下降時間，數據鏈路層協議定義了K線數據格式、診斷報文格式、定時參數及通信錯誤判定及處理機制，應用層協議定義了基于請求/響應的診斷過程及各項診斷服務。做為待診斷ECU節點，K線協議驅動器實現的主要功能包括：

1、診斷報文的封裝和發送、接收和解析，根據報文格式填充/提取SID和數據；

2、通過初始化過程建立與診斷儀之間的診斷通信；

3、保持正確的幀間定時、字節間定時，檢測診斷儀報文的定時錯誤及其它通信錯誤；

4、根據診斷儀的診斷請求和ECU當前狀態返回相應的診斷響應，管理診斷會話；

下面結合數據鏈路層的協議分析及其數據結構、驅動程序的設計介紹下K線診斷協議驅動器的原理及實現。

2 協議驅動器設計

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串行數據鏈路格式：8個數據位+1個停止位、無奇偶校驗，由于K線在物理層上是單根線，在發送時也會觸發接收中斷，所以K線報文的發送和接收解析統一在SCI接收中斷處理函數中以狀態機的形式實現^【3】。下面從報文收發及解析、初始化、定時管理三個方面介紹下數據鏈路層的實現。

2.1 報文收發及解析

K線診斷報文結構如表2所示：

表2 K線診斷報文結構

K線報文由報文頭、數據字段及校驗和組成。報文頭包含格式字節Fmt、目標地址Tgt、源地址Src和可選附加長度信息Len，Fmt指定目標地址的形式（物理地址/功能地址），當報文頭中不包含可選Len字段時指定數據字段的長度；數據字段包括服務標識符Sid和數據Data，其長度由Fmt和Len決定；CS為單字節校驗和。設計報文結構體如下：

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表示當前K線通信數據是報文中的哪個組成部分，msgdatalen用于數據字段字節數的統計，done表示該報文是否發送或接收完成，其它成員變量與報文結構組成部分一一對應。