AUTOSAR入门-DoIP模块

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AUTOSAR入门-DoIP模块



       聊DoIP前，我们先来聊聊通信。烽火戏诸侯的故事大家都知道，古代在遇到危急情况比如边关有敌军来侵袭或者王都要告急的时候，就需要点燃烽火，相近的烽火台把守人员看到附近的狼烟后也点燃自己的烽火，这样信息就会依次传递，最后到达目地去，正所谓“十万火急”。

       烽火算是通信的最原始的版本，汽车中的通信也差不多是这样的。本文会先对通信进行一个概况说明，不局限于基于以太网通信的DoIP，会涉及一些计算机网络的知识，然后结合真实的代码，给你一个程序员眼中的AUTOSAR。

通信的发展

    上面提到使用烽火进行传递信息，这是一种比较原始低级的方式，烽火只有两种状态点燃和熄灭代表两种含义：有敌人和没有敌人。比如想知道敌人的首领是谁，就需要更加复杂的信息，需要通信双方写一封信，使用语言文字进行说明。解决了信的内容问题，如果要管理非常多的边关信息，那么还需要有一个网络，比如驿站网络对信件进行分类转发，实现更加复杂的功能，实现全面通信。

总结下：烽火-》信件-》驿站。

烽火：

    这种通信可以堪称基于信号的，烽火两种状态点燃或者不点燃，就像一个开关，二进制里面就是0和1两种状态，有点像汽车里面的LIN总线（LocalInterconnect Network）-局部互联协议。使用一根线传递0和1就可以了。

信件：

    写信需要有格式，时间地点人物，主谓宾才能描述一个事情。这就像把0和1组织起来来说明一件事情，规定好一串01是什么意思，形成报文。这像汽车里面使用的CAN协议（控制器局域网总线 Controller Area Network），把0和1的二进制规定为如下报文：



提到协议自然要说到ISO组织，这个ISO规定各种报文协议，对于CAN来说，ISO-11898规定了高速CAN，ISO11519规定了低速CAN（公众号回复ISO获取）。

驿站：

    比如很多部队很多边关这时候要通信，不可能都一对一，不同单位间通信需要中转的机构，按层级进行通信。这有点像计算机网络里面路由器的概念，可以进行万物互联。上面说的LIN和CAN都是车内通信，如果想在世界上任意一个地方就可以跟某一个车通信这时候就需要Eth以太网通信了，基于TCP/IP，报文可以进行路由转发。



以太网可以实现的报文相对于CAN复杂度上升了很多，可以说是报文套报文，套了好多层，功能自然也强悍了很多倍。除了功能比CAN强悍，性能比如传输速度和距离也比CAN要好。

烽火（LIN）-》信件（CAN）-》驿站（ETH）

对应在AUTOSAR框架里面如下：



       可以看到从LIN-》CAN-》Eth通信能力是在增强的，通信的内容增多，速度加快，传输距离也增强了。但是为什么不用能力最强的Eth淘汰掉其他的呢？首先低级的通信方式成本低，LIN只用一两根线，Eth需要8根线。其次是因为安全性，能力和安全不能兼得，能力弱的往往更可靠，更安全不出错。忽略成本的前提下，当然能力强的替代能力弱的是趋势，前提是把安全提上去。

下面介绍下各种通信协议在汽车中的常见应用：



    上图说明了一些常见的功能使用的什么协议，比如车窗只有升降那采用LIN就可以。空调功能有点多，用CAN就可以。



    上图说明了一些CAN总线的使用，低速CAN跟LIN有一些重叠，看实际设计了。



    上图说明了车内域控制器间使用Eth通信的例子。



    这个图说明了车跟外部通信的例子，大部分是基于Eth的Inetnet，比如OTA升级。

其他：

    在AUTOSAR的通信图中，好像遗漏了一个FlexRay。FlexRay只从功能上进行了改进，跟CAN一个层次。并不像Eth那么颠覆性的改变。

    首先FlexRay还是车内联网，跟CAN一个层次。其次其采用基于时间触发机制，具有高带宽、容错性能好等特点，在实时性、可靠性和灵活性方面比CAN有一定的优势。

    当然如果使用Eth以太网，进行降维打击，FlexRay的优点，在Eth上都可以实现。

2.DoIP AUTOSAR和ISO规范

2.0准备工作

首先官网规范去https://www.autosar.org下载

《AUTOSAR_SWS_DiagnosticOverIP.pdf》

然后DoIP对应的ISO规范ISO13400（公众号回复ISO获取）

2.1 DoIP是什么？

打开《AUTOSAR_SWS_DiagnosticOverIP.pdf》



    这里其实就是说DoIP实现了ISO13400规定的协议内容，然后DoIP是什么就去参考ISO13400吧。这个图左侧就是基于Eth的DoIP通信到Dcm的过程，这个图很重要，看代码的时候在各个模块跳来跳去，这个图就是总纲领。

打开《ISO 13400-2-2012.pdf》



    对应软件编程来说主要就是ISO13400的第二部分，规定了报文的格式。进行诊断在Dcm里面都说了使用UDS报文，这里为什么还需要DoIP？

    这个在之前的文章里面解释过（AUTOSAR入门-基于以太网诊断），UDS只是负责诊断的业务功能，可以基于很多网络比如Eth、CAN、LIN。但是基于Eth的时候，以太网有很多新的功能，比如路由、会话、DHCP、TCP等需要一个模块去维护，这个模块就是DoIP。简单来说就是网络通信附加的功能都交给DoIP处理，最后剥离处理UDP报文再通过PduR模块传递给Dcm模块处理。

DoIP整个过程简化一个图：



刚开始是基于UDP不可靠的传输，需要进行DHCP过程，网络通信需要基于IP就像地址。我们的AS平台暂时没实现DHCP，IP是配置死的为：172.18.0.200

com/as.application/common/config/SoAd_Cfg.c中



然后基于TCP，首先需要激活路由，之后才能发送诊断报文，这时候诊断报文剥离出来才能送到Dcm模块。

下面看下具体的DoIP报文的格式什么样的。在AUTOSAR入门-基于以太网诊断中，我们在ubuntu中发DoIP报文给qemu中，172.18.0.200的网卡，端口号是13400，发的tcp报文，

第一条DoIP报文是0005表示路由激活，

第二条DoIP报文是8001表示诊断请求，如下：



DoIP报文格式参考AUTOSAR入门-基于以太网诊断中说明就可以。这里给一个图：



有不懂的地方对照ISO13400-2文档Table12中详细说明



2.3 建立连接过程

上面client发送了路由激活命令就算建立连接了，省略了之前的几步，完整的如下：

诊断连接建立分三步：1.DHCP 2.UDP广播找设备3.TCP路由激活，如下:

当DoIP实体和外部测试设备都连接到一个网络中时，它们会利用DHCP协议获得一个属于自己的IP地址。在网络中，路由器作为DHCP server，为新加入到该网络中的设备分配IP地址。

在获取IP地址之后，车辆发现有两种方式：  

DoIP设备启动后，首先通过UDP广播的形式把一条DoIP报文（vehicle announcement message，Payload Type为0x0004）发给网络上的所有的其他节点，其中就包括诊断仪，目的端口是13400，其中这条消息携带了DoIP设备的DoIP版本、VIN、logical address等信息，这条信息会发送三次，而之前监听在13400端口的诊断仪接收到这条信息，就知道了DoIP设备的基本信息。

如果诊断仪没有收到，还有一种办法，就是诊断仪这边主动请求，通过UDP广播的形式，主动发一条DoIP request消息（Payload Type为0x0001），目的端口号是13400，而之前启动后就一直监听在13400的DoIP设备，接收到这条消息后，就会回复一条携带自己信息的response 0x0004给诊断仪

在TCP连接建立后，诊断仪还需要发送一条Routing activation request（Payload Type为0x0005）的DoIP报文给DoIP设备，DoIP设备收到后会回复一条Routing activation response（Payload Type为0x0006）的DoIP报文，此时诊断连接建立，双方可以诊断通信。

2.2 DoIP交互的模块

参考之前那个通信图，看下

依赖模块

SoAd：SocketAdaptor是DoIP模块的底层模块。它提供了:

Socket连接建立和通知的接口和回调

多套接字连接的数据传输

通过多个套接字连接接收数据

Socket状态变化通知

IP地址状态变更通知

PduR：Pdu Router

Pdu路由器[12]是DoIP模块用来连接到通信堆栈的其余部分的模块。它提供了:

·将DoIP模块的诊断消息转发给其他模块(即内部Dcm或其他TP模块)

·将Dcm或其他TP模块的诊断消息转发给DoIP模块。

Dcm：DiagnosticCommunication Manager

诊断通信管理器[4]是向DoIP模块提供VIN(车辆识别号码的模块)。此外，Dcm将执行经PduR路由的ECU局部诊断。

Det：Default ErrorTracer

DoIPDevelopmentErrorDetect设置为true，并且使用不正确的参数调用DoIP API，则使用错误ID调用默认错误跟踪器[7]。

2.3DoIP报文头处理

DoIP模块处理DoIP报文的过程如下：



3. AS平台代码实现

还是结合实际的例子进行讲解，我们之前做的实验：AUTOSAR入门-基于以太网诊断。报文传递的过程为：网卡驱动-》网络接口-》LWIP网络协议栈-》SoAd模块-》DoIP模块-》PduR模块-》Dcm模块。

    Dcm和PduR模块都讲了，本次我们聚焦到DoIP模块。上次我们说DoIP模块调用

PduR_SoAdTpRxIndication

PduR_SoAdTpProvideRxBuffer

这两个函数发消息给Dcm模块。

DoIP收到报文的入口为：

DoIp_HandleTcpRx
DoIp_HandleTcpRxDoIp_HandleRxInternal(sockNr, FALSE);nBytes = SoAd_RecvIpMessage(sockNr, rxBuffer,.....);payloadType =((uint32)rxBuffer[2] << 8) | rxBuffer[3];witch (payloadType) {case DOIP_PLT_UDP|0x8001:    handleDiagnosticMessage(sockNr, payloadLength, rxBuffer);  }
rxBuffer 加颜色跟报文对应打印处理为：

02 fd 80 01 00 00 00 6 0e 80fe ed11 1



payloadType 0x8001，表示发送的诊断请求。

然后进入DoIP的协议栈进行处理
handleDiagnosticMessagelookupResult = lookupSaTa(connectionIndex, sa, ta,&targetIndex);if (lookupResult == LOOKUP_SA_TA_OK) {  result=PduR_SoAdTpProvideRxBuffer(SoAd_Config.DoIpTargetAddresses[targetIndex].rxPdu,diagnosticMessageLength,&pduInfo);  pduInfo->SduLength = diagnosticMessageLength;  memcpy(pduInfo->SduDataPtr, &rxBuffer[12],diagnosticMessageLength);  PduR_SoAdTpRxIndication(SoAd_Config.DoIpTargetAddresses[targetIndex].rxPdu,NTFRSLT_OK);  createAndSendDiagnosticAck(sockNr, sa, ta);}
可以看到PduR_SoAdTpProvideRxBuffer和PduR_SoAdTpRxIndication都调用了。

DoIP通过PduR发送报文到Dcm模块，分为三个步骤：

PduR_SoAdTpProvideRxBuffer     告诉要发送的数据长度和内存位置

memcpy 内存拷贝，在最新的autosar规范中这个也变成一个接口直接传送内存地址，不进行拷贝了

PduR_SoAdTpRxIndication     通知Dcm模块传输完成

     最后DoIP模块执行

createAndSendDiagnosticAck给客户端回复处理成功的消息，这里可以在ubuntu中安装wireshark进行网络报文抓包，可以看到整个网络报文交互过程。

小技巧：

    如果你不知道DoIp_HandleTcpRx函数在那个.c文件中，可以在AS根目录执行命令：grep -Rn "DoIp_HandleTcpRx"

后记：

    其实这一些列介绍AUTOSAR的文章都是以AS平台的实验：AUTOSAR入门-基于以太网诊断为基础的，之前写了怎么搭建实验运行环境：AUTOSAR入门-AS开源代码运行环境搭建，但是对于很多编程薄弱不了解linux的人有些难度，后续我再补充写一篇介绍怎么搭建环境的。

    欢迎留言或者消息回复，感兴趣的地方和有疑问的地方，我补充文章发出来。

  

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