1 概述

DoIP全稱為基于IP網(wǎng)絡(luò)的診斷通信Diagnostic communication over Internet Protocol，由ISO 13400標(biāo)準(zhǔn)定義，是基于IP的汽車診斷協(xié)議。由于DoIP可以傳輸大量數(shù)據(jù)，以及響應(yīng)速度快，且可以通過以太網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷，因此DoIP逐步成為代替?zhèn)鹘y(tǒng)的CAN等總線方式，成為車載網(wǎng)絡(luò)診斷的必然趨勢。DoIP診斷經(jīng)由通用的統(tǒng)一診斷服務(wù)UDS協(xié)議引入診斷服務(wù)，通過傳輸控制協(xié)議TCP、用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP和以太網(wǎng)協(xié)議IP，完成外部測試設(shè)備與ECU間的診斷通信。在OSI 7層模型中，ISO 13400規(guī)定了DoIP的傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。應(yīng)用層和會(huì)話層部分和基于CAN總線診斷一樣采用ISO 14229實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然，DoIP并不僅僅只是UDS的載體，雖然在ISO13400標(biāo)準(zhǔn)中內(nèi)容不多，但是它也有自己的一些邏輯，不可能說在TCP/IP之上加了一層封裝就完成了自己的任務(wù)，這樣的話安全性就沒有保證了，畢竟車載以太網(wǎng)通過網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)④噧?nèi)與車外進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的連接，而DoIP又是診斷的入口，這個(gè)門口如果不好好看住，會(huì)存在安全性的問題的。

2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

下圖為未來整車架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，根據(jù)該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，5個(gè)域控制器：車身、動(dòng)力總成、底盤、信息娛樂、高級駕駛員輔助系統(tǒng)ADAS，通過以太網(wǎng)作為主干網(wǎng)連接，每個(gè)域內(nèi)部均可使用不同網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)域與域之間需要信息交流時(shí)，報(bào)文可經(jīng)由域控制器路由轉(zhuǎn)發(fā)到目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)。

注意圖中的一些關(guān)鍵信息可參考DoIP中的以下幾個(gè)關(guān)鍵概念來理解：

DoIP entity（DoIP實(shí)體）：實(shí)現(xiàn)DoIP協(xié)議的節(jié)點(diǎn)，即DoIP gateway或者DoIP node；

DoIP gateway（ DoIP網(wǎng)關(guān)）：實(shí)現(xiàn)DoIP協(xié)議，并能進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)的節(jié)點(diǎn)；

DoIP node（DoIP節(jié)點(diǎn)）：實(shí)現(xiàn)DoIP協(xié)議，但不能進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)的節(jié)點(diǎn)；

DoIP edge node（DoIP邊緣節(jié)點(diǎn)）：連接以太網(wǎng)激活線的DoIP節(jié)點(diǎn)，此部分和DoIP gateway有什么區(qū)別？其實(shí)沒什么區(qū)別，唯一的區(qū)別就是多了個(gè)使能線的判斷，從圖中可以看出External test equipment和DoIP edge node gateway之間有一條線叫做Activation line。那么這條線的功能就是對協(xié)議棧進(jìn)行使能作用的，當(dāng)然External test equipment和DoIP edge node gateway之間不只是Activation line相連的，這個(gè)圖只是功能示意圖，少了很多細(xì)節(jié)，其實(shí)是通過標(biāo)準(zhǔn)的OBD-II接頭相連的，其中一個(gè)針腳就是Activation line。

Network Node（網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)）：連在IP網(wǎng)絡(luò)上，但不能實(shí)現(xiàn)DoIP的節(jié)點(diǎn)。

External test equipment：此部分為外部測試設(shè)備，通常為OBD診斷儀或者其他診斷客戶端

端口：指定了端口號，客戶端和服務(wù)端可以在此端口上進(jìn)行收發(fā)數(shù)據(jù)。我們知道不管是TCP還是UDP，都包含源端口號和目的端口號，在DoIP報(bào)文中用到了以下三種端口：

UDP_DISCOVERY：端口類型-UDP，端口號-13400，該端口有以下兩個(gè)應(yīng)用場景：

1） 被用于診斷設(shè)備發(fā)送給DoIP節(jié)點(diǎn)的車輛信息請求報(bào)文和DoIP節(jié)點(diǎn)控制報(bào)文，此時(shí)該端口在報(bào)文中被設(shè)置為目的端口。

2） 被用于DoIP節(jié)點(diǎn)在沒有收到請求的時(shí)候發(fā)送的UDP報(bào)文，如車輛聲明報(bào)文。此時(shí)該端口同樣被設(shè)置為目的端口，源端口可以為該端口，也可以由發(fā)送方動(dòng)態(tài)定義。

UDP_TEST_EQUIPMENT_REQUEST：端口類型-UDP，端口號-動(dòng)態(tài)定義（49152-65535）：該端口由外部診斷設(shè)備在49152-65535范圍內(nèi)動(dòng)態(tài)定義，用于診斷設(shè)備向DoIP節(jié)點(diǎn)發(fā)送的UDP報(bào)文，在報(bào)文中作為源端口，報(bào)文的目的端口應(yīng)設(shè)置為UDP_DISCOVERY。當(dāng)DoIP節(jié)點(diǎn)向診斷設(shè)備發(fā)送響應(yīng)的時(shí)候，報(bào)文中的目的端口應(yīng)設(shè)置為UDP_TEST_EQUIPMENT_REQUEST，源端口可以為UDP_DISCOVERY，也可以有DoIP節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)定義。

TCP_DATA：端口類型-TCP，端口號-13400：該端口用于外部診斷設(shè)備和DoIP節(jié)點(diǎn)之間的TCP通信，如路由報(bào)文和診斷報(bào)文。當(dāng)診斷設(shè)備向DoIP節(jié)點(diǎn)發(fā)送報(bào)文時(shí)，使用TCP_DATA作為目的端口號；當(dāng)DoIP節(jié)點(diǎn)向診斷設(shè)備發(fā)送報(bào)文時(shí)，使用TCP_DATA作為源端口號。

DoIP在車載領(lǐng)域的應(yīng)用首先汽車系統(tǒng)的整體框架要能夠支持DoIP，正因?yàn)檐囕d以太網(wǎng)的快速發(fā)展，相較于傳統(tǒng)的車載系統(tǒng)，目前的車載系統(tǒng)的整體框架都會(huì)加入一層DoIP協(xié)議層，在TCP/IP之上。并且為了更好的配合OBD診斷，遠(yuǎn)程診斷，F(xiàn)OTA等等技術(shù)，對整體的車載架構(gòu)進(jìn)行了調(diào)整，利用swich將MPU，MCU，其它以太網(wǎng)ECU統(tǒng)統(tǒng)通過以太網(wǎng)進(jìn)行連接，并對外網(wǎng)與內(nèi)網(wǎng)進(jìn)行隔離。

DoIP架構(gòu)模型必須實(shí)現(xiàn)以下特征：

①車輛與測試設(shè)備能夠加入到網(wǎng)絡(luò)中并識別對方；②汽車具有聲明存在且被檢測到的能力；③獲取車輛基本狀態(tài)信息（如Power Mode狀態(tài)）；④通信建立，如雙方通信請求建立，保持，以及對網(wǎng)關(guān)的控制等；⑤汽車網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)診斷設(shè)備與車輛子網(wǎng)組件之間的數(shù)據(jù)路由；⑥錯(cuò)誤狀態(tài)處理。

3 DoIP幀格式

DoIP報(bào)文由DoIP報(bào)頭和Payload（有效載荷）組成，具體如下圖所示。

1）DoIP報(bào)頭包含：DoIP協(xié)議版本號，目前為0x02（DoIP

2012）。

2）協(xié)議版本號取反，目前為0xFD。注意：協(xié)議書上特別說明了Protocol version可以為0xFF，設(shè)這個(gè)值的作用是，當(dāng)客戶端和服務(wù)端的協(xié)議版本不匹配，可以設(shè)置此值繞過協(xié)議頭版本不匹配而拒絕請求的case。

3）Payload類型，分為3大類：

①節(jié)點(diǎn)管理類，包含DoIP報(bào)頭否定應(yīng)答、車輛聲明及標(biāo)識、路由激活、在線檢查；

②車輛信息類，包含DoIP實(shí)體狀態(tài)、診斷電源模式信息；

③診斷數(shù)據(jù)類，包含診斷報(bào)文。

關(guān)于每個(gè)類型的含義如下表所示，具體含義參考標(biāo)準(zhǔn)即可。

4 DoIP狀態(tài)機(jī)和通信流程

DoIP實(shí)體內(nèi)管理著一個(gè)DoIP connection table ，用來記錄和維護(hù)診斷通信的邏輯連接。上圖就是這個(gè)表中的一個(gè)元素，即一個(gè)邏輯連接的狀態(tài)機(jī)。上圖中的方框就是連接所處的狀態(tài)，[Step]是狀態(tài)之間跳轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生的事情。

[Step1] 當(dāng)一個(gè)新的套接字建立，邏輯連接的狀態(tài)就從“l(fā)isten”跳轉(zhuǎn)到“socket initialized”，同時(shí)啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)器， initial inactivity timer。

[Step2] 當(dāng)DoIP實(shí)體接收到tester發(fā)來的一個(gè)routing activation信息后，邏輯連接的狀態(tài)就從“socket initialized”跳轉(zhuǎn)到“Registered [Pending for Authentication]” ，此時(shí) initial inactivity timer被停止，啟動(dòng)一個(gè)名為general inactivity timer的定時(shí)器。

[Step3] 在完成Authentication之后，邏輯連接的狀態(tài)就從“Registered [Pending for Authentication]”跳轉(zhuǎn)到“Registered [Pending for Confrmation]” 。

[Step4] 在完成Confrmation之后，邏輯連接的狀態(tài)就從“Registered [Pending for Confrmation]”跳轉(zhuǎn)到“Registered [Routing Active] ” 。

[Step5] 如果initial timer 或general inactivity timer 過期后仍沒收到后續(xù)請求，或者authentication 和 confrmation 被拒絕了，又或者外部測試設(shè)備對alive check 消息沒有響應(yīng)，則邏輯連接進(jìn)入“Finalize”狀態(tài)。

[Step6]進(jìn)入Finalize后，此時(shí)TCP套接字將被關(guān)閉，并重新回到“l(fā)isten”狀態(tài)。

5 DoIP通信流程

通信的建立

當(dāng)一輛車和外部測試設(shè)備都連接到DoIP網(wǎng)絡(luò)中，并且IP地址配置完成，DoIP實(shí)體將通過車輛公告信息廣播其VIN、EID、GID和邏輯地址3次，外部測試設(shè)備通過廣播發(fā)送車輛識別請求來觸發(fā)車輛識別響應(yīng)，從而完成車輛聲明及標(biāo)識步驟。打開Socket（套接字）是外部測試設(shè)備向車輛內(nèi)部DoIP實(shí)體發(fā)起連接的第一步，必須在交換任何報(bào)文前完成，一旦建立了連接，必須執(zhí)行一些初始化操作。為了激活初始化連接中的路由，外部測試設(shè)備將發(fā)送一個(gè)路由激活請求消息到DoIP實(shí)體。如果外部測試設(shè)備符合條件，DoIP實(shí)體將發(fā)送一個(gè)路由激活成功的響應(yīng)，此時(shí)就可以對有效的DoIP報(bào)文（如DoIP診斷報(bào)文）進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)或處理。DoIP會(huì)話示例如下圖所示。

報(bào)文頭的處理

每個(gè)DoIP實(shí)體（實(shí)現(xiàn)了DoIP協(xié)議的節(jié)點(diǎn)）將按下圖中指定的順序處理所有DoIP報(bào)文的通用DoIP報(bào)頭結(jié)構(gòu)

如果接收到來自DoIP實(shí)體不正確的DoIP報(bào)文，外部測試設(shè)備不得發(fā)送通用DoIP報(bào)頭的否定應(yīng)答報(bào)文。通用DoIP報(bào)頭否定應(yīng)答報(bào)文只能用于確定先前發(fā)送的DoIP報(bào)文的錯(cuò)誤條件。

審核編輯：郭婷