一文读懂UDS诊断服务

猿影逍遥

已于 2024-04-19 13:53:15 修改

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文章标签：开发语言嵌入式硬件车载系统单片机

于 2024-04-19 13:51:09 首次发布

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UDS（Unified Diagnostic Services）是一种汽车通用诊断协议，应用于汽车的故障诊断，支持多种通信总线。它允许工程师通过诊断仪连接OBD端口，进行故障码读取、清除、ECU重置等功能，提高维修效率和准确性。UDS协议包含诊断会话控制、安全访问、复位控制等服务，并涉及OSI模型中的应用层、网络层等多个层次，确保数据的可靠传输。

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概述

UDS（Unified Diagnostic Services，统一诊断服务）诊断协议是ISO 15765和ISO 14229定义的一种汽车通用诊断协议，位于OSI模型中的应用层。这种协议可以在不同的汽车总线（如CAN、LIN、Flexray、Ethernet、K-line等）上实现，目前已成为汽车领域广泛使用的车载诊断协议标准。

UDS诊断服务的主要目的是能够快速、准确地判断车辆或某个控制器的故障及其原因，为维修提供可靠的依据。它允许工程师在不拆卸车辆的情况下，通过诊断仪连接到汽车的OBD端口，读取车况信息，从而定位并解决存在的问题。这一功能对于提升车辆维修的效率和准确性至关重要。

UDS诊断服务包含多种功能，如诊断会话控制、ECU重置、读取故障码、清除故障码、读取数据标识等。诊断会话控制服务用于建立和管理诊断会话，包括默认会话、扩展会话、生产商会话等。ECU重置服务则用于将车辆的电子控制单元（ECU）重置到初始状态。读取和清除故障码服务使得工程师能够方便地获取和清除存储在ECU中的故障信息。读取数据标识服务则用于获取ECU中的实时数据参数，如传感器值、状态信息等。

UDS诊断服务的优势在于其标准化和高效性。标准化的诊断技术使得车辆制造商能够将其直接集成到ECU中，提高了车辆的性能和效率。同时，UDS诊断服务能够快速、准确地完成诊断过程，减少误判，提高诊断效率。此外，通过UDS诊断服务，工程师还可以获取车辆的实时数据，实时监测车辆的运行状态，为优化车辆性能、提高安全性和降低维修成本提供有力支持。

一、通信协议架构

UDS（Unified Diagnostic Services，统一诊断服务）在OSI（Open Systems Interconnection，开放系统互联）七层参考模型架构中位于应用层。OSI七层参考模型是网络通信领域的一个基础框架，它定义了网络系统中的各个层次及其功能，从物理层到应用层，逐层封装和解封装数据，确保数据在网络中的可靠传输。
在OSI七层模型中，应用层是最高层，它为用户的应用程序提供网络服务。UDS诊断服务作为汽车诊断领域的一种应用层协议，其主要职责是提供对车辆电子控制单元（ECU）的诊断和通信功能。通过UDS，诊断仪可以与车辆ECU进行交互，发送诊断请求并接收诊断响应，从而实现对车辆故障的检测和定位。
UDS在应用层的工作涉及多个方面。首先，它定义了一套标准化的服务请求和服务响应机制，使得诊断仪能够按照预定义的格式发送请求报文，并接收ECU返回的响应报文。这些报文包含了诊断所需的各种信息，如故障码、传感器数据等。其次，UDS还负责处理诊断过程中的安全性和可靠性问题。它采用了加密和认证机制，确保诊断数据的机密性和完整性；同时，通过错误检测和恢复机制，UDS能够在诊断过程中发现并纠正潜在的通信错误。
在OSI模型中，应用层之下是网络层、传输层、数据链路层和物理层。这些底层协议为UDS提供了必要的通信支持。例如，数据链路层负责在物理线路上提供可靠的数据传输，确保UDS报文能够在车辆网络中正确传输；网络层则负责路由选择和报文转发，确保UDS报文能够到达目标ECU；传输层则提供端到端的可靠传输服务，确保UDS报文的完整性和顺序性。

二、通信协议（网络层）

在UDS通信协议中，单帧、首帧、连续帧和流控帧是四种主要的数据单元（N_PDU），它们各自扮演着不同的角色，共同确保数据的可靠传输。

单帧（SF）是一种简单的传输方式，通常用于那些只需要一帧就能完成的数据传输任务，如请求或肯定响应等。它的控制信息占用一个字节，其中首个字节的前四位用于标识其为单帧，后四位则用于表示后续的数据长度。
首帧（FF）是发送的第一帧，用于启动多帧传输过程。它的主要任务是告诉接收方有数据需要发送，并且这些数据并未发送完毕。首帧的控制信息占用两个字节，其中前两个字节的前四位标识其为首帧，后十二位则用于表示此次多包传输的数据量。当发送方发送首帧后，接收方会回应一个流控帧，告知发送方是否可以继续发送，以及一次最多能接收的数据量，还有发送方接下来发送的连续帧之间的时间间隔要求。
连续帧（CF）用于在多帧传输中发送后续的数据包。每一个连续帧都有一个序列号（SN），用于标识其在数据序列中的位置。从0到15循环计数，当达到15后，序列号会重新置为0。通过这种方式，接收方能够按照正确的顺序重组数据。
流控帧（FC）则用于控制数据传输的流程。它可以指示发送网络实体是否可以继续进行消息传输，或者是否需要暂停或恢复连续帧的传输。流控帧还包含有关接收缓冲区大小的信息，以便发送方知道在何时需要停止发送数据，以避免缓冲区溢出。此外，流控帧还定义了连续帧之间的最小允许时间间隔，以确保接收方有足够的时间处理每一个接收到的数据包。

准备好（Ready）：此时流控状态参数（FS）为0，表示接收端准备好等待发送端声明的最大连续帧数。这通常意味着接收端有足够的缓冲区空间来接收接下来的数据，并期待发送端继续发送连续帧。
等待（Wait）：流控状态参数（FS）为1，表示接收端需要发送端等待一个新的流控帧。这可能是因为接收端的缓冲区即将满或者因为其他原因暂时无法接受更多的数据。
流控溢出（Overflow）：流控状态参数（FS）为2，表示接收端的流控发生溢出，这通常是由于发送端发送数据过快，接收端无法及时处理而导致的数据堆积。此时，发送端应停止发送数据，等待接收端处理完现有数据并发送新的流控帧。