车载通信系统的协议
基于UDS协议的车辆OTA开发
基于UDS协议的车辆OTA开发一、概览随着汽车电子化和互联网技术的快速发展，车辆OTA(OverTheAir)升级已经成为汽车行业的一个重要趋势。
通过OTA升级，车辆可以实现远程诊断、故障修复、软件更新等功能，提高车辆的安全性、可靠性和性能。
本文将介绍基于UDS协议的车辆OTA开发，主要包括UDS 协议简介、UDS协议在车辆OTA中的应用、UDS协议在车辆OTA开发中的挑战以及解决方案等内容。
通过对UDS协议的深入研究和实际应用，为读者提供一套完整的基于UDS协议的车辆OTA开发方案，帮助开发者快速实现车辆OTA功能，为汽车行业的智能化发展做出贡献。
1.1 研究背景和意义随着汽车电子技术的不断发展，车辆的智能化、网络化和信息化已经成为汽车产业的重要发展趋势。
为了满足这些需求，车辆制造商需要不断地对车辆进行升级和优化，以提高车辆的性能、安全性和舒适性。
传统的车辆升级方式主要依赖于现场维修，这种方式不仅效率低下，而且给车主带来了很大的不便。
研究一种新型的车辆OTA(OverTheAir)升级技术显得尤为重要。
UDS(Unified Diagnostic Services)协议是一种通用的汽车诊断通信协议，它可以实现对车辆各种系统的远程监控、故障诊断和数据传输等功能。
通过采用UDS协议，车辆制造商可以实现对车辆的远程升级，从而大大提高了车辆升级的便利性和可靠性。
UDS协议还可以实现与第三方软件供应商的数据交互，为车辆提供更多的应用和服务。
提高车辆升级的便利性：通过采用UDS协议，车辆制造商可以实现对车辆的远程升级，用户无需亲自前往维修站即可完成升级操作，大大降低了车主的维护成本和时间成本。
提高车辆升级的可靠性：UDS协议具有较强的抗干扰能力和错误检测能力，可以在复杂的网络环境下保证数据的准确传输，从而提高车辆升级的可靠性。
为车辆提供更多的应用和服务：通过与第三方软件供应商的数据交互，基于UDS协议的车辆OTA可以为车辆提供更多的应用和服务，如导航、语音识别、自动驾驶等，进一步提升车辆的智能化水平。
LIN和CAN车载网络介绍
浅谈车载网络为了在提高性能与控制线束数量之间寻求一种有效的解决途径,在20世纪80年代初，出现了一种基于数据网络的车内信息交互方式——车载网络。
车载网络采取基于串行数据总线体系的结构，最早的车载网络是在UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)的基础上建立，如通用汽车的E&C、克莱斯勒的CCD等车载网络都是UART在汽车上的应用实例。
由于汽车具有强大的产业背景，随后车载网络由借助通用微处理器/微控制器集成的通用串行数据总线，逐渐过渡到根据汽车具体情况，在微处理器/微控制器中定制专用串行数据总线。
20世纪90年代中期，为了规范车载网络的研究设计与生产应用，美国汽车工程师协会(SAE)下属的汽车网络委员会按照数据传输速率划分把车载网络分为Class A、Class B、Class C三个级别：Class A的数据速率通常低于20Kbps，如LIN，主要用于车门控制、空调、仪表板；Class B的数据速率为10Kbps～125Kbps，如低速CAN(ISO 11898)，主要是事件驱动和周期性的传输；Class C的数据速率为125Kbps～1Mbps，如高速CAN(ISO898)，主要用于引擎定时、燃料输送、ABS等需要实时传输的周期性参数。
拥有更高传输速率的MOST和FlexRay主要适用于音视频数据流的传输。
目前与汽车动力、底盘和车身密切相关的车载网络主要有CAN、LIN和FlexRay。
从全球车载网络的应用现状来看，通过20多年的发展，CAN已成为目前全球产业化汽车应用车载网络的主流。
CAN，全称为“Controller Area Network”，即控制器局域网，CAN 数据总线又称为CAN—BUS总线，20世纪80年代初由德国Bosch 公司开发，作为一种由ISO定义的串行通讯总线，其通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。
FlexRay通信协议中文版
一、FlexRay介绍FlexRay通讯协议运用于可靠的车内网络中，是一种具备故障容错的高速汽车总线系统。
它已经成为同类产品的基准，将在未来很多年内，引导汽车电子产品控制结构的发展方向。
FlexRay协议标准中定义了同步和异步帧传输，同步传输中保证帧的延迟和抖动，异步传输中有优先次序，还有多时钟同步，错误检测与避免，编码解码，物理层的总线监控设备等。
1.1汽车网络通信协议综述汽车网络通信协议在保证整个系统正常运行方面起着非常重要的作用。
它可以帮助解决系统很多问题，如数据共享、可扩展性、诊断接口等。
目前，应用于汽车领域的网络标准除了FlexRay还有很多，如CAN、LIN、J1850及MOST等。
CAN总线全称为“控制器局域网总线（Controller Area Network）”，是德国博世公司从80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议。
它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。
CAN通信速率可达１Mbit/s，每帧的数据字节数为8个。
LIN（Local Interconnect Network，控制器局域网）总线是由LIN 协会发布的一种新型低成本串行通信总线，也称为经济型CAN网络。
LIN的目标是为现有汽车网络（例如CAN 总线）提供辅助功能，因此LIN总线是一种辅助的总线网络，在不需要CAN 总线的带宽和多功能的场合比如智能传感器和制动装置之间的通信使用LIN总线可大大节省成本。
J1850总线是1994年由汽车工程师协会颁布的标准，之后普及运用于美国车厂的汽车中。
不过，虽然美国各厂多采用J1850标准，但是各厂的实际做法又不相同，因此相对其他标准来说比较混乱。
由于J1850总线通信速率低，只适合用于车身控制系统及诊断系统，目前在美国逐步被CAN 所取代。
MOST（Media Oriented System Transport，面向媒体的系统传输）总线是采用光纤并用于智能交通及多媒体的网络协议，能够支持24.8Mbps的数据速率，与以前的铜缆相比具有减轻重量和减小电磁干扰的优势。
27车载网络协议标准(第四讲)
到2004年，美国三大汽车公司将对乘用车采用基于CAN的J2480诊断 系统通信标准，它满足OBD-III的通信要求。
欧洲汽车厂商已经开始使用一种基于CAN总线的诊断系统通信标准 ISO15765[5]，它满足E-OBD的系统要求。
LIN网络的典型应用
2 B类总线
B类标准和协议及其特性 的比较
B类标准在轿车上应用的是ISO11898，传输速率在 100Kb/s左右，在卡车和大客车上应用的是SAE的标准 J1939，传输速率是250Kb/s。
GM、Ford和DC等公司目前在许多车型上都已经开始使 用了基于ISO11898的标准J2284，它的传输速率是 500Kb/s。
2.6.4 安全总线和标准
汽车安全系统总线使用情况
宝马公司在其2001年9月推出的新款7系车型中，配备 了 一 套 名 为 ISIS （ Intelligent Safety Integrated System）的安全气囊控制系统。在ISIS中，用于收集前座 保护气囊、后座保护气囊以及膝部保护气囊信号的14个传 感器全部经由Byteflight连接，据称这样可以保证中央处 理单元（CPU: Central Process Unit）在紧急情况下也能 及时准确地决定不同位置安全气囊的释放范围与时机，从 而使整套系统发挥出最佳的保护效果。
蓝牙（Bluetooth）技术
近年来兴起的“蓝牙”（Bluetooth）技术是车用 无线通讯领域一种比较好的解决方案。以汽车维修业 为例，它的应用如下：汽车即将进入维修站时，站内 服务器可以通过无线通讯提前获悉车况或诊断信息并 进行决策，然后将决策结果以操作指示的方式输出给 维修人员，维修作业就能够得到及时有效的执行。另 外，维修站还可以使用蓝牙技术将车载ECU的管理软 件升级到最新版本。
汽车诊断相关的协议
汽车诊断相关的协议汽车诊断相关的协议随着汽车智能化的不断发展，汽车的电子控制系统也越来越复杂。
因此，诊断汽车的问题已经成为了一项非常重要的任务。
而诊断汽车的关键是了解汽车控制系统的工作原理，必须使用适当的诊断工具和协议进行诊断。
下面介绍几种比较常用的汽车诊断协议。
1. OBD协议OBD是On Board Diagnostics的缩写，即汽车车载自我诊断系统。
它是由美国汽车工业协会和美国环保局共同制定的车辆诊断标准，并在1996年强制要求所有美国市场上销售的汽车都安装有OBD II系统。
OBD协议使用了标准的16个引脚的OBD接口来传输车辆信息。
该协议通过扫描检测到的汽车故障码来指导服务工程师对问题进行更详细的诊断和解决。
OBD II可以检测引擎性能问题、变速箱问题、氧气感知器问题、轮胎压力问题、传感器问题等。
2. CAN协议CAN协议即控制器局域网协议，是一种用于汽车通信的车载数据总线通信协议。
它是用于在汽车和汽车的机电控制系统中传输数据和命令的系统，同时也用于汽车的诊断系统。
CAN协议支持多个控制器之间进行网络通信，它非常适合在多处理器或多控制器的系统中使用。
CAN协议的传输速度非常快，速率可以高达1Mbps，有效的传输距离也非常远，可以达到40公里。
在汽车通信中，CAN协议被广泛应用于发动机管理系统、制动系统、车辆电气系统等方面。
3. KWP2000协议KWP2000协议是在K Line（汽车用的一个串行总线）上运行的一种进一步的OBD II协议，它是一种质询式协议，支持从设备上读取和写入数据。
KWP2000协议中最基本的诊断命令可以读取和清除存储在ECU（电子控制单元）的故障码。
该协议还支持在线参数和实时数据的读取，并允许设备通过ECU发送控制器指令。
KWP2000协议也支持多个ECU之间的通信，使汽车系统更加智能化。
该协议通常用于安装在共用K线的控制器上，例如发动机控制器、变速箱控制器和ABS（防抱死制动系统）控制器等。
GT07通讯协议_v1.4
6. 错误校验............................................................................................................................... 19 7. 停止位................................................................................................................................... 19 8. 附 A CRC-ITU 查表算法 C 语言代码片段............................................................................. 20 9. 附 B 通讯协议数据包片段示例............................................................................................ 21 10 附 C 信息包完整格式.......................................................................................................... 22
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GT07 通讯协议
三.基本规则
1．设备启动默认发送登陆信息包，等待服务器确认。
服务器 终端发送登 陆信息包 服务器返回 响应数据包
终 端
1
2
2．连接正常建立后，终端在 GPS 信息改变后，定时发送 GPS、LBS 合并信息包或分别发送 GPS 信息包和 LBS 信息包到服务器，服务器可以通过指令设定默认发送的协议。
iec车载体系相关标准
iec车载体系相关标准在车载电子领域，国际电工委员会（International Electrotechnical Commission, IEC）提供了一系列标准，以确保车辆内部的电气和电子系统的安全性和互操作性。
这些标准涵盖了从车载电子硬件到通信协议的各个方面。
本文将就IEC车载体系相关标准进行详细介绍。
一、IEC标准概述IEC是一个国际标准化组织，致力于发布和推广工业领域的国际标准。
在车载电子领域，IEC提供的标准涵盖了车辆内部电子系统、交通和移动系统、电动汽车等方面。
这些标准旨在确保车载电子系统的性能、可靠性和安全性，并促进不同制造商之间的互操作性。
二、车辆内部电子系统标准1. IEC 60050IEC 60050是车辆内部电子系统的分类和术语标准。
该标准定义了与车辆电子系统相关的术语，并对车辆内部电子系统进行分类，为其他标准提供了基础。
2. IEC 60068IEC 60068是车载电子系统的环境试验标准。
该标准规定了车辆内部电子系统应受到的环境影响以及相应的试验方法，如温度、湿度、振动等。
3. IEC 60079IEC 60079是车载电子设备的防爆标准。
在某些特殊环境中，如石油化工行业，车辆内部电子设备需要符合防爆要求，以确保安全性。
该标准规范了防爆电子设备的设计和测试方法。
三、交通和移动系统标准1. IEC 61850IEC 61850是车载电子系统通信标准。
该标准规定了车辆内部电子系统之间的通信协议，以实现数据的传输和共享。
通过统一的通信标准，不同制造商的设备可以互相交互和通信，提高整个系统的可靠性和互操作性。
2. IEC 61508IEC 61508是车辆内部电子系统的功能安全标准。
该标准要求在整个车辆电子系统的设计、实施和维护过程中，要考虑到系统的安全性和故障容忍能力。
这有助于提高车辆内部电子系统的可靠性和安全性。
四、电动汽车标准1. IEC 61851IEC 61851是电动汽车充电设备的标准。
车载网络通信基础知识
车载网络通信基础知识目录一、基础概念 (2)1. 车载网络通信的定义 (3)2. 车载网络通信的重要性 (3)3. 车载网络通信的发展历程 (5)二、基本原理 (6)1. 车载网络通信的协议层次结构 (7)2. 数据传输方式 (9)2.1 串行传输 (11)2.2 并行传输 (12)3. 车载网络通信的拓扑结构 (13)3.1 星型拓扑 (14)3.2 总线拓扑 (16)3.3 环型拓扑 (17)3.4 网状拓扑 (18)三、常用车载网络通信协议 (18)四、车载网络通信设备 (20)1. 车载通信控制器 (21)2. 车载通信接口 (22)3. 车载通信线缆 (23)4. 车载通信设备故障诊断与维修 (25)五、车载网络通信系统的应用 (26)1. 汽车电子控制单元的通信 (28)2. 车辆网络化控制系统 (29)3. 车载信息服务系统 (30)4. 车载导航与娱乐系统 (31)六、未来发展趋势与挑战 (32)1. 车载网络通信技术的创新 (33)2. 车载网络通信的安全性问题 (35)3. 车载网络通信的标准化与互操作性 (36)4. 车载网络通信在智能交通系统中的应用 (37)一、基础概念车载网络通信技术：车载网络通信技术是指在汽车内部，通过各种通信协议和设备，实现车辆内部各个系统之间以及车辆与外部环境之间的数据传输和信息交互的技术。
通信协议：通信协议是车载网络通信的基础，它规定了车辆内部各个系统之间以及车辆与外部环境之间的数据传输格式、通信速率、可靠性等方面的要求。
车载通信设备：车载通信设备包括车载以太网、车载CAN总线、车载FlexRay总线、WiFi等，它们是实现车载网络通信的关键组件。
车载网络拓扑结构：车载网络拓扑结构是指车辆内部各个系统之间的连接关系和组织方式，常见的拓扑结构有星型、总线型和环型等。
车载网络通信协议栈：车载网络通信协议栈是指为实现车载网络通信而建立的一组层次化的协议，包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层等。
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VENET 网络
特点：
具有ad hoc的基本特点：无中心和自组织性，动态 的拓扑网络，多跳路由，无线传播，移动终端便携 ，安全性差 具有自身的特点： 1 节点高速移动，拓扑结构变化快，路径寿命短 2 节点移动具有一定的规律性 3 无线信道质量不稳定，受到多种因素的影响 4 GPS和电子地图相结合，利用路径规划功能，使 路由策略的实现变得更为简单
持联系，若在一段时间内没有收到“Hello”报文，则认 定为链路断。例如当结点X、Y之间链路产生断路使数据 无法通过此条链路传至信宿，则结点X会产生RRER报文 向信源报告此情况。RRER通过广播形式传送，维护路由 表的结点收到此报文会更新路由表（将X、Y间的路由设 成无效），并转发RRER报文 • 只有当某节点位于某活跃路径之上时，它才能发送Hello 消息帧
• ad hoc 网络的线性特性可以优化IVC系统的协议
车载网络通信系统结构示意图
车载通信系统的典型问题
1 由于组成网络中的节点具有高度的移动性 ，因此网络拓扑改变的非常快，节点之间 的连接经常断开，不存在专用的路由设备 ，如何增强路由协议的稳健性和提高车载 通信系统的的质量成为VANET的一个重要 研究
• V2V 通信使车辆能够通过多跳的方式进行自动互 联，起到车辆运行的安全和疏导交通流量的作用 。
• V2I 通过路灯、加油站等作为接入点的网关，连 接到其他固定或移动通信网络上，如根据车辆运 行情况在交叉路口调度信号灯，路边加油站及服 务区向车辆提供服务等，应用开展有赖于路边设 施，投资比较大
IVC系统的线性特性 •
车载通信系统的典型问题
• 2 信道接入问题
• 车载自组网的无线通道是多跳共享的多点 信道，信道接入技术控制节点如何接入无 线信网络互连问题 • 网络固有的大规模性，很难保证网络的连
通性，要处理网络分割问题。
• 4 Qos保证，自组网中需要传输实时性信息 ，对带宽、时延、和时延抖动都提出很高 的要求
• 中间节点
• 如果中间节点路由表中记录的到目的节点的路由有效，并且记录的目 的节点的序列号比RREQ中的目的节点序列号更新（大于或者等于） ，则该中间节点可以产生路由应答帧。如果该中间节点不产生应答帧 ，更改RREQ中的目的节点序列号至当前最大，跳数字段加1，然后 转发
• 目的节点
• 目的节点的序列号加1
的路由表
路由请求发起流程图
路由表字段
• 目的节点IP地址 • 目的节点序列号（Sequence Number） • 目的节点序列号有效标志位 • 下一跳节点IP地址 • 本节点到达目的节点的跳数 • 前驱节点列表（precursor list） • 生存时间（路由失效或删除时间） • 网络层接口 • 其他的状态和路由标志位
路由错误控制 • 路由错误帧格式：
RERR路由错误帧
• 以下情况发生时，则广播RERR路由错误帧： 1 一个节点检测到与一个邻居节点的链路断裂（即该
邻居节点不可达） 2 节点收到一个数据包，而该节点路由表中没有指向
数据包指定的目的地址的有效路由，并且该路由并 非处于修复状态 3 节点收到来自邻居节点的RERR路由错误信息帧， 该帧可能指示多个目的节点不可达
各自指向目的节点的路由信息 • 节点只对第一次收到的RREQ发送RREP应答帧，之后到
达的RREQ将被忽略
路由发现和维护
• 路由发现过程 • 广播RREQ路由请求帧 • 中间节点更新各自到源节点的路由表 • 如果收到RREQ的节点不是目的节点，并且没有到达目的
节点的更新的有效路由，则转发该RREQ • 中间节点维护指向路由发起节点（源节点）的反向路由 • 目的节点或存在到目的节点有效路由的中间节点产生
RERR 转发处理
建立受到影响的目的节点列表： 建立不可达目的节点列表，包括不可达的邻居节点 和以该节点为下一跳的目的节点（如果有的话） • 列出需要接受该RERR信息的下一跳节点列表 • 更新路由信息 • 向列表中的每个节点发送RERR路由错误信息，通 知路由上游节点
• N6和N7之间发生断路，此时，N6会广播 RRER报文，维护路由表的节点收到此报文 后会更新路由表，将N6和N7间的路由设为 无效，并转发RRER报文，图中N6将RRER 报文广播至N2，N3
• 当RREQ在网络中传播时，中间节点会更新各自到源节点 的路由，我们称此路由为反向路由
• RREQ请求帧中包含源节点以前记录的到目的节点的序列 号，但此序列号可能不是最新的（最大的）
• 中间节点如果有到目的节点的路由时，只有该节点记录的 目的节点序列号比RREQ中的目的节点序列号更新（更大 ）时，才认为这条路由是有效的
• 路由请求帧RREQ
路由响应
• 路由响应帧RREP
RREP应答帧
• 当RREQ最终到达目的节点时，目的节点通过向该反向路 由（即该RREQ传播路线）发送RREP应答帧，从而在该 条路径的各个节点建立通向目的节点的前向路由
• 只有在以下情况下节点才会产生RREP: • 该节点本身就是目的节点 • 该节点为中间节点，但是它有通向目的节点的活跃路径 • 当RREP传播到源节点时，中间节点根据该RREP更新它们
按需路由协议(AODV)
• AODV是为快速移动自组网（MANET）设计的 数据包路由协议
• 较适用于有大量节点的无线自主网络 • 按需路由协议，只有当到达某目的节点的路由不
存在时才会激活该协议发起路由请求 • 使用节点序列号机制避免环路产生 • 传输层使用的是UDP协议 • 网络各节点使用IP地址统一编址 • 每一个节点维护一个包含到达目的节点路由信息
• 当RRER传至信源后，信源得知原传输路径 由于N6和N7的链路断开，重新发送路由请 求，广播RREQ，并最终找到新的传输路径
• 路由方法AODV的优缺点 • 优点 • 1、基于传统的距离向量路由机制，简单易懂； • 2、支持中间节点应答； • 3、节点只存储有需要的路由，减少内存的需要； • 4、快速响应活跃在链路上的断链，避免了回路。 • 缺点 • 需要较长的路由建立时延； • 由于AODV协议采用超时删除路由机制，即使路
车载网络通信系统结构： 车间通信（IVC iner vehicle communication ）
车与车通信系统（V2V,vehicle-to-vehicle communication）
车与路边基础设施通信系统（V2I vehicle -toinfrastucture communication ）
• 2反应式路由协议：与先验式路由协议相反，该类协议并 不事先生成路由，而是仅在源节点需要时才这样做。因此 ，路由表信息是按需建立的，它可能仅仅是整个拓扑结构 信息的一部分。按需路由一般包括两个阶段，路由发现和 路由维护
基于拓扑的路由协议 （AODV）
Ad hoc On-Demand Distance Vector Algorithm
RREQ
RREP
RREQ
RREQ
F
目的 点
E
DES
NEXT
A
D
路由维护
• HELLO消息 • Hello消息帧其实就是TTL=1时的RREP帧。TTL（Time-
To-Live)为IP数据包字段，表示该帧的传播跳数。 • Hello消息帧用于监测活跃路径上相邻节点的链接状况。 • 例如：邻居间周期性的互相广播“Hello”报文，用来保
单播RREP至路由的 下一跳
发送RRE P路由应答帧
如果本节点尚没有 缓存该RREQ，缓存
之并转发
是否一条以上 否 路径被删除？
是
转发RERR到 前驱节点
结束
路由发现算法
• 源节点
• 应用层有数据发送请求，并且指向目的节点的路由有效，直接通过该 路由发送数据包
• 如果没有到达目的节点的有效路径，则产生RREQ广播帧，RREQ的 序列号、ID字段加1，将源节点的IP、序列号，目的节点的IP、序列 号等信息添加到该RREQ中，广播至网络
RREP路由应答帧 • RREP通过之前建立的反向节点单播至源节点 • 源节点收到RREP应答帧，至此源节点可以向目的节点发
送数据包 •
源点
DES
NEXT
A
A
F
D
A
RREQ
DES
NEXT
A
B
F
F
RREQ
反向路由 添加前向路由
G
DES
NEXT
F
B
RREP RREQ
C
B
RREQ
RREQ
D
RREP
RREQ
车载通信系统
1 Frontier topics 2 Typical problems 3 Related algorithms or protocols
车载自组网
• 出现的背景： 道路交通事故成为全球性公共安全问题，交通事故 因其极强的“杀伤力”成为世界“头号杀手”， 在 2003 年ITU-T的汽车通信标准化会议上，各 国专家正式提出车载网络VANET(vehicle ad hoc networks)车载自组网是专门为车辆间通信 而设计的自助式网络。
• 产生RREP应答帧（包括源节点的IP、目的节点的IP和更新后的序列 号），单播发送至源节点
RREQ路由请求帧
• 在两个节点之间的路由有效、通信正常的情况下，AODV 路由协议不起任何作用
• 只有当源节点S需要向目的节点D发送数据包，但又没有D 节点的路由入口时才会发起路由请求，即发送路由广播帧 RREQ
路由信息新旧判断
• AODV依赖网络中每个节点维护自身的序列号 • 源节点在广播路由请求帧RREQ之前要先更新自己的序列
号，即将序列号加1 • 目的节点在产生RREP应答帧之前也要将自身的序列号加1 • 每个节点在对各自的序列号加1的时候是将其视为无符号