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你真的了解can與診斷嗎?UDS、ISO 14229、ISO 11898、ISO 15765、J1939...有什么區(qū)別與聯(lián)系?

 花信風zq 2023-10-07 發(fā)布于重慶

今日語錄:生命中最好的事情就是找到那個知道你所有的錯誤和缺點,卻依然認為你非常棒的人。

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前言

兩年前,我寫過一篇文章車內通信技術有哪些?CAN、LIN、以太網(SomeIP、DoIP)等,主要介紹了車內的一些通信技術,當時閱讀量有2000多。

在擴寬個人知識面的同時,也能與行業(yè)內的人互相學習,共同進步,讓我覺得做這個公眾號是有價值的。

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進入汽車行業(yè)以來,我對can通信、診斷時有接觸,但因為不是專業(yè)搞這方面的,所以有時候總是會把一些標準搞混淆。

利用周末時間,我把行業(yè)內常見的can通信、診斷協(xié)議進行了梳理,希望能對大家有所幫助。

這些標準在ISO官網下載,一份就要100多元,好在我從朋友那里都搜集到了,現(xiàn)在免費分享給大家。(感謝貢獻標準的朋友!)

獲取方法:在后臺直接發(fā)送對應標準的編號(如:11898),會彈出一個鏈接,點進去免費下載即可。

做汽車電子產品開發(fā),一定會接觸到ISO 11898、UDS診斷、ISO 14229等,但你知道他們之間有什么區(qū)別與聯(lián)系嗎?

既然已經有ISO 11898了,為什么美國汽車工程師協(xié)會(SAE)又要搞一個SAE J1939出來?

......

諸如此類的問題,我之前也不知道,今天,我們一起把他們搞清楚。

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常見can與診斷協(xié)議分類

1.CAN通信協(xié)議:汽車的'國際通行證'

要想把上面這些問題搞清楚,先得從CAN的起源說起。

汽車上為什么需要CAN總線?

CAN總線出現(xiàn)之前,汽車上各個ECU之間是點對點通信的,這種通信方式必然會使汽車線束變得十分龐大、復雜!

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據統(tǒng)計,一輛采用傳統(tǒng)布線方法的高檔汽車中,線束長度高達2000米!

而且,隨著汽車電子技術的快速發(fā)展,ECU越來越多,這進一步加劇了線束系統(tǒng)給整車帶來的空間及成本壓力。

為了解決多個ECU之間的復雜通訊問題,從1980年初開始,博世的工程師考慮將其他行業(yè)的總線系統(tǒng)引入汽車行業(yè)。經過評估,并沒有可用的網絡協(xié)議能夠滿足汽車行業(yè)的需求。于是,博世于1983年開始開發(fā)新的串行總線系統(tǒng)。

這種新的總線系統(tǒng)就是我們后來熟知的CAN總線(Controller Area Network,控制器局域網)。

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在CAN總線系統(tǒng)中,各個ECU通過雙絞線(CAN_H和CAN_L)連接,每個單元都是獨立的CAN節(jié)點??偩€的兩端要各接一個120Ω的電阻,用于匹配總線阻抗,吸收信號反射及回撥,從而提高數據通信的抗干擾能力及可靠性。

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CAN總線組成

各個ECU通過判斷CAN總線的電平,即可得到信號值。在CAN總線中,電平分為顯性電平和隱性電平,顯性電平表示”0“,此時,CAN_H比CAN_L電平高,分別為3.5V和1.5V,電位差為2V;隱形電平表示”1“,此時,CAN_H和CAN_L電壓都為2.5V,電位差為0V。

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CAN總線中的電平

CAN總線就是通過顯性和隱性電平的變化來傳輸數據的。

數據從CAN總線起始節(jié)點發(fā)出,到達終點,各個ECU各取所需。就像一輛公交車,沿途經過各個站點。

因此,CAN總線也被形象稱為CAN-BUS總線。

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CAN-BUS總線

CAN總線取代了昂貴而笨重的傳統(tǒng)配電線束,降低了整車成本,傳輸效率更高,功能更加完善。

1986年2月,在底特律SAE大會上,CAN總線正式發(fā)布。

1987年,英特爾交付了第一款CAN控制器芯片82526,這是CAN協(xié)議的第一個硬件實現(xiàn)。從1983年到1987年,僅僅4年時間,一個想法就變成了現(xiàn)實。此后不久,飛利浦半導體推出了82C200。

1991年,奔馳500E成為世界上第一款搭載CAN總線的量產車型。同年,博世發(fā)布了CAN2.0標準,分為CAN2.0A(11位標識符)和CAN2.0B(29位標識符)。

1993年11月,國際標準化組織(ISO)發(fā)布了CAN標準ISO11898:1993,同時發(fā)布的還有ISO 11519-2。這是世界上第一版CAN國際標準,隨后進行了多次修訂和演進。

ISO11898:1993同時定義了數據鏈路層和高速物理層,通俗的講就是它規(guī)定了如何在電線上發(fā)送和接收數據,通信速度為5kbps-1Mbps(高速CAN)。

ISO 11519-2則定義了通信速率在125kbps以下的通信標準(低速CAN),其通信速度相對較慢,但優(yōu)點在于其對硬件的要求低、成本低。同時,該標準允許在CAN總線連接失敗時通信得以繼續(xù)進行,因此又叫容錯CAN(LSFT CAN)。

從2003年開始,ISO 11898 CAN標準分離為ISO 11898-1和ISO 11898-2兩部分,后續(xù)又發(fā)布了其他部分,并進行了整合。

在2016年之前,ISO 11898涵蓋6個部分,即:

(ISO 11898-1-2003)

Part1:Data link layer and physical signalling

(ISO 11898-2-2003)

Part2:High-speed medium access unit

(ISO 11898-3-2006)

Part3:Low-speed,fault-tolerant,medium-dependent interface

(ISO 11898-4-2004)

Part4:Time-triggered communication

(ISO 11898-5-2007)

Part5:High-speed medium access unit with low-power mode

(ISO 11898-6-2013)

Part6:High-speed medium access unit with selective wake-up functionality

在2016年,其中的Part2、Part5、Part6被合并成了一個新的Part2,即:ISO 11898-2-2016,原有的ISO 11898-5-2007和ISO 11898-6-2013被撤回。

值得一提的是ISO 11898-3-2006的發(fā)布取代了最早發(fā)布的ISO 11519-2,所以如今很多人沒聽過ISO 11519。

行文至此,終于知道了ISO 11898的來龍去脈,以及其與ISO 11519的關聯(lián)。

2.CAN診斷協(xié)議:汽車的“翻譯官”

CAN通信協(xié)議只規(guī)定了信號的傳輸規(guī)則,實際上,從上個世紀90年代開始,汽車的電子化趨勢越來越明顯,各種傳感器、執(zhí)行器和控制單元的故障診斷成了一個大問題。

每個設備都有自己的診斷方法,這無形中增加了汽車維修的難度及成本。

為了解決這個問題,ISO組織于1991年開始研究診斷相關標準。

診斷的概念來源于醫(yī)學,當病人出現(xiàn)頭暈、發(fā)燒、嘔吐等不適癥狀時,醫(yī)生通過詢問、觀察或者儀器檢測,得到相關數據,并進行對癥治療。

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車輛的診斷過程也有類似的地方,外部診斷設備(Tester),通過汽車總線連接車輛,獲取車輛各個ECU的狀態(tài)信息,從而在不拆解車輛的情況下為車輛維修提供可靠的依據。

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診斷時,Tester端與ECU端通過一問一答的形式進行通信,因此,需使用同樣的“語言”——診斷協(xié)議。

1996年,最早的診斷協(xié)議ISO 9141出現(xiàn),該協(xié)議的典型特點是通信前需要雙方建立握手協(xié)議,比較繁瑣,隨著技術的發(fā)展及時間的推移,該協(xié)議已經逐步退出歷史舞臺了。

到了1999年,ISO 14230誕生,也就是常說的KWP2000(Keyword Protocol 2000)。該協(xié)議實現(xiàn)了一套完整的車載診斷服務,最初使用K-Line(又叫K線)串行傳輸,最大通信速率10.4Kbps。現(xiàn)在已經沒有多少車企應用此診斷協(xié)議了。

后來,基于CAN的KWP2000,即ISO 15765于2001年出現(xiàn)了,最大速率可達1Mbps。

該協(xié)議包含如下幾個部分:

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同年,還出現(xiàn)了ISO 15031,該協(xié)議與排放密切相關,且需要強制執(zhí)行,具有法規(guī)效應,最初主要目的是環(huán)保。

該協(xié)議經過多年演變,最新版本包含如下幾個部分:

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到了2006年,我們熟知的ISO 14229(UDS,Unified Diagnostic Services 統(tǒng)一診斷服務)登場了!該協(xié)議只定義了診斷服務,只是一個應用層協(xié)議,不涉及網絡,可以基于任意總線。

該協(xié)議經過多年發(fā)展和演變,包含如下幾個部分:

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如下是14229-1中的一張截圖,我們可以更直觀地看到14229、15765、11898之間的區(qū)別與聯(lián)系。

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3.SAE J1939:大型車輛的“特使”

上述已經介紹了汽車上應用最廣泛的CAN通信協(xié)議及診斷協(xié)議,那么SAE J1939又是干什么的?

我們知道,ISO 11898僅規(guī)定了CAN總線的物理層和數據鏈路層,應用層并未定義。

美國汽車工程師協(xié)會(SAE)為了實現(xiàn)總線協(xié)議體系的標準化,在CAN2.0B的基礎上制定了應用于大型貨車和客車的協(xié)議,物理層、數據鏈路層基本上沿用了ISO 11898規(guī)范,并增加了網絡層、應用層和網絡管理規(guī)范,所以,SAE J1939便出現(xiàn)了。

SAE J1939協(xié)議文檔非常龐大,自成一體,常用部分如下:

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該協(xié)議由SAE協(xié)會維護,目前在不斷更新中,應用十分廣泛,在商用車領域有著舉足輕重的地位,而在乘用車領域一般則不使用。

J1939在乘用車領域未廣泛使用的主要原因是乘用車產品更新迭代快、功能需求多樣,采用自定義(應用層)的設計方式能最大程度發(fā)揮CAN網絡設計靈活性,便于進行車型迭代升級。

一般的商用車功能需求單一,如果使用J1939協(xié)議,可以極大簡化設計工作,且軟件復用性高,節(jié)省開發(fā)成本。

但隨著商用車越來越追求乘用車化,J1939協(xié)議可能需要持續(xù)更新,否則無法滿足商用車日益增長的復雜功能需求。

此外,由于J1939標準化定義的特性,嚴格遵守J1939協(xié)議的車輛總線很容易被破解(通過ID可知曉發(fā)送節(jié)點及PGN,只要不是自定義的PGN,均可通過協(xié)議查找出報文名稱及信號)。

結語

本文簡要介紹了常見CAN通訊協(xié)議及診斷協(xié)議,只起到拋磚引玉的作用,由于篇幅所限,無法展開介紹,對某個協(xié)議感興趣的讀者,可自行下載研讀。

獲取方法:在后臺直接發(fā)送對應標準的編號(如:11898),會彈出一個鏈接,點進去免費下載即可。


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