测试开发实践系列：为支持全车OTA的LIN诊断刷写

随着现代汽车逐渐向电动化、网联化、智能化和共享化方向发展，对于部分LIN控制器，也开始被要求支持刷写，以实现在线刷写或者远程更新，满足全车OTA的要求。
相较于CAN、FlexRay及Ethernet等其他车载网络，LIN是一种低成本的串行通信总线，它主要用于车内传感器和执行器的通信场合，例如车内门锁控制、座椅调节、灯光照明，车窗控制等。LIN2.0以及之后的规范（LIN2.1，ISO17987）定义了如何在数据链路层之上实现诊断的功能，本文将基于LIN2.1的诊断刷写测试开发和实践进行分享。

LIN通信协议

为了更好地介绍诊断服务的实现，我们首先来了解一下LIN的网络拓扑以及报文结构。

LIN拓扑结构

LIN总线采用的是单线传输形式。一个LIN网络通常由一个主节点和多个从节点组成，LIN网段经常作为子网与上层网络（CAN、FlexRay、Ethernet）相连，此时主节点通常用来充当网关。下图为典型的车载LIN网络，由于物理层的限制，一个LIN网络最多可以连接16个节点。

图1 LIN网络拓扑结构

LIN报文结构

LIN报文由帧头和响应两部分组成。LIN的帧头包含同步间隔场、同步场、PID（受保护ID）场；响应部分包含数据场和校验场，具体结构如下图所示。LIN报文的ID范围为0x0-0x3F，其中0x0-0x3B用来携带信号，0x3C和0x3D作为诊断和配置帧，0x3E和0x3F作为保留帧以便未来扩展。

图2 LIN报文结构

LIN传输层协议

LIN2.1中规定了传输层和网络层协议（本文不做区分，统称传输层协议）。LIN传输层主要用于需要支持诊断的LIN子网系统。

PDU结构

PDU包含节点地址（NAD）、协议控制信息（PCI），长度（LEN）、服务ID（SID），应答服务ID（RSID）和消息字段（D1-D6），如下图所示。

图3 LIN传输层的PDU结构

• NAD

NAD用于表示诊断请求中LIN从节点的地址，位于PDU的第一个字节。NAD的值在1-127的范围内，其中0和128到255保留用于其他目的。下表给出了不同NAD值的用途。

• PCI

PDU的第二个字节是PCI（协议控制信息）字节，包含PDU的单元类型和报文字节长度信息。

单帧（SF）最多包含五个数据字节，附加信息Length等于SID加上数据字节（D1-…）的长度。示例如下图所示。

图4 SF 示例

首帧（FF）用于表示多帧PDU的开始，附加信息表示多帧PDU的长度的高4位，PDU长度的低8位在LEN中表示，因此，多帧PDU能表示的最大报文长度为4095（0xFFF）。

续帧中的附加信息用来表示续帧的编号，第一个续帧的编号为1，之后每个续帧加1，如果续帧编号大于15，那么下一个续帧的编号置0。多帧报文的传输如下图所示。

 图5 FF与CF示例

• SID与RSID

SID（Service Identifier）表示诊断请求服务ID。RSID（Response Service Identifier）表示诊断响应服务ID。RSID=SID+0x40。

• D1-D6

数据字节（在单个PDU中最多有6个字节）的解析取决于报文的长度。如果PDU未完全填充（仅适用于CF和SF PDU），则未使用的字节使用0xFF填充。

报文发送

• 单帧报文发送

报文长度小于6个字节（包含SID）应使用单帧PDU进行传输。功能寻址报文只能使用单帧传输。

• 多帧报文发送

报文长度大于6（包含SID）的报文使用多帧PDU进行传输，最大可传输4095字节的报文。分段传输包含一个首帧PDU（FF）和多个连续帧PDU（CF）。

LIN诊断

LIN诊断定义了在主节点和从节点之间实现诊断数据传输的方法。

LIN Master

主节点和诊断测试仪通过主干网（例如CAN）连接。主节点从Tester接收到寻址到从节点的诊断请求，将其路由到相应的LIN从节点。同样，从节点的响应也通过主节点返回给Tester。下图定义了主节点的诊断路由（其中LIN主节点和从节点之间的通信，虚线代表报头，实线代表响应场）。

图6 LIN 主节点诊断路由

LIN Slave

LIN诊断为从节点定义了三个诊断类型：I类，II类，III类，等级越高，支持的功能越多。

I类节点支持Node Configuration功能和基于信号的诊断；II类节点在此基础上支持ISO 14229-1定义的22服务和2E服务；III类节点还可以支持IS0 14229-1定义的其他服务（该部分服务可视主机厂的需求而定），部分III类节点还支持刷写的功能。诊断等级的关系如下图所示。

图7 诊断等级关联图

LIN诊断刷写测试实践

对于支持刷写的LIN从节点，该网段上LIN主节点应具有诊断路由功能，且满足LIN 传输协议的需求。为了验证LIN网段是否满足设计需求，需要进行以下测试：

1. LIN Master TP测试

2. LIN Slave TP 测试

3. LIN 诊断服务测试

4. LIN刷写测试

5. X-LIN网关测试：上层网络与LIN总线之间的路由（网关性能测试,此处不做探讨）

LIN诊断刷写测试开发

北汇信息基于Vector CANoe软件，采用 CAPL编程实现了TP、诊断服务和刷写的自动化测试。

图8 LIN Master TP测试工程

图9 LIN Slave TP测试工程

 图10 LIN诊断服务测试工程

图11 LIN刷写测试工程

 总结

北汇信息多年来一直专注于汽车电子测试，在网络测试、诊断测试和功能测试领域积累了丰富的经验。目前，在诊断测试方向，我们已实现了CAN、CAN FD、LIN、FlexRay和Ethernet的诊断刷写自动化测试方案。北汇信息愿与各位共同进步，分享价值。

参考文献

[1] ISO 14229-1-2013

[2] LIN Specification Package Revision 2.1
注：部分图片来自于Vector.

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