6.6.1.1. DoIP协议框架

DoIP协议(Diagnostic On IP—ISO 13400)定义将IP技术应用到车载网络诊断范畴的通信规则．其中包含两层含义:

  • 将IP技术应用到车载网络中，需满足车规需求

  • 在诊断范畴，DoIP协议定义了从物理层(Physical Layer)到应用层(Application Layer)搭建”通信桥梁”的规则(此处可类似 CAN总线的TP层协议ISO 15765-2)

将上述概念映射到OSI计算机7层模型:

../../../_images/iso_layer.webp

DoIP所在的位置位于七层模型中第三层和第四层．如图所示，其中运用到的IP协议，TCP/IP协议，UDP协议．整个ISO 13400-2协议中定义的内容 是规定了搭建”通信渠道”(Tester与ECU之间的通信渠道)的规则．TLS是2020版DoIP协议新增的内容，主要目的是为了保证通信数据的安全性．

6.6.1.1.1. DoIP通信过程

下面会对整个”通信桥梁”的搭建过程做一个概述性的描述，具体步骤如下

  1. 物理连接(Physically connection)

  2. 车辆申明(Vehicle Discovery)

  3. 通信建立(Connection Establishment)

  4. 诊断通信(Diagnostic Communication)

6.6.1.1.1.1. 物理连接

首先从功能视角来看车内网络与车身外网络

../../../_images/net_link.webp

车外客户端(Test equipment)用相应的接口卡(IP-Based Network)连接车身边缘节点(DoIP Edge Node WG).在ISO 13400协议中规定外部诊断设备连接边缘节点， 且需要用激活线来激活边缘节点的DoIP功能

../../../_images/ip_request.jpg

物理连接后，通过相应手段获取IP地址，建立通信．

6.6.1.1.1.2. 车辆声明

物理连接后，车辆会以广播的形式发送三次车辆声明，声明的信息可以包含:

  1. VIN

  2. EID

  3. GID

../../../_images/vehicle_rq.webp

如果诊断设备没有获取车辆信息，也可以主动请求(Vehicle Identification request)来获取相应信息(如上图所示)

6.6.1.1.1.3. 建立通信

在DoIP协议中，有Socket概念: Socket一端连接着IP地址，一端连接着Port端口．并且Socket对于芯片而言是一种资源．因此有激活失效之分

../../../_images/con_create.jpg

在协议中定义了Payload Type(0005/0006)用于激活Socket

../../../_images/payload_type.webp

激活后，Socket使能，接下来就可以进行诊断通信

6.6.1.1.1.4. 诊断通信

Socket激活后，可以进行诊断通信，通信模型如下图所示

../../../_images/diag_con.jpg

外部Tester发送诊断请求，网关收到诊断请求后，会给予一个收到答复(Acknowledgement),用意是告诉Tester,网关此时已收到诊断请求，与此同时网关 将诊断请求(Diagnostic Request)发送至Target ECU. ECU收到诊断请求，并基于这个请求给予响应

因此对于Tester而言，一共收到两个响应

  1. Diagnostic Message Acknowledgement

  2. Diagnostic Message Response

每一帧响应对应的帧类型不同

../../../_images/response_1.png ../../../_images/response_2.jpg

6.6.1.1.2. DoIP协议

在数据链路层和物理层，根据IS0-13400的要求，DoIP通信在物理层支持100BASE-TX和10BASE-TX两种制式

在传输层，DoIP通信必须同时支持UDP和TCP，并对UDP和TCP的使用场合进行了定义，对所使用的端口号也进行了定义

在网络层上DoIP使用IPV6协议，但为了向后兼容的原因，也支持IPV4,对于IPV4还要支持地址解析协议(ARP),对于IPV6还要支持邻居发现协议(NDP)， 这两个协议都是用于在只知道IP地址的情况下获取MAC地址的．

6.6.1.1.2.1. DoIP数据帧格式

以太网帧

../../../_images/net_frame.png

IP段

../../../_images/IP_segment.png

TCP段

../../../_images/TCP_segment.png

UDP段

../../../_images/UDP_segment.png

DoIP段

../../../_images/Doip_segment.png

协议版本值

解释

0x00

reserved

0x01

DoIP ISO/DIS 13400-2:2010

0x02

DoIP ISO 13400-2:2012

0x03..0xFE

reserved by this part of ISO 13400

0xFF

default value for vehicle identifcation request messages

DoIP datatype

../../../_images/DoIP_DataType.png

  • 0x0001至0x0004 用于汽车标识上报或请求，只能通过UDP报文来发送这种命令，主要用于汽车和诊断仪进入网络之后，诊断连接建立 之前的车辆发现过程．

  • 0x0005和0x0006标识的Routing activation request和response用于在socket建立之后，进行诊断通信的请求

  • 0x0007和0x0008用于Alive check,用于检查当前建立的诊断连接socket是否仍然在使用中，如果不再使用，则关闭socket释放资源

  • 0x8001, 0x8002, 0x8003,分别代表的含义是诊断消息，诊断正响应和诊断负响应

6.6.1.1.2.2. 连接状态

../../../_images/con_sta.png

DoIP实体内管理着一个DoIP connection table,用来记录和维护诊断通信的逻辑连接．

  • [Step1] 当一个新的套接字建立，逻辑连接的状态就从”listen”跳转到”socket initialized”,同时启动一个定时器，initial inactivity timer

  • [Step2] 当DoIP实体接收到tester发来的一个routing activation信息后，逻辑连接的状态从”socket initialized”跳转到”Registered[Pending for Authentication]”, 此时initial inactivity timer被停止，启动general inactivity timer的定时器

  • [Step3] 在完成Authentication之后，逻辑连接的状态就从”Registered[Pending for Authentication]”跳转到”Registered[Pending for Confrmation]”

  • [Step4] 在完成Confrmation之后，逻辑连接的状态就从”Registered[Pending for Confrmation]”跳转到”Registered[Routing Active]”

  • [Step5] 如果initial timer或general inactivity timer过期后仍没有收到后续请求，或者authentication和confrmation被拒绝了，又或者外部测试设备对alive check消息没有响应，则逻辑 进入”Finalize”状态

  • [Step6] 进入Finalize后，此时TCP套接字将被关闭，并重新回到”listen”状态

6.6.1.1.3. 示例

以下为请求DID F810读取的DoIP报文

../../../_images/did_read.png

字段

描述

byte 0

ISO 13400版本

byte1

ISO 13400版本逐比特取反

byte2-3

数据类型，0x8001,表明这是一个诊断信息的数据包

byte4-7

数据长度，在这个例子中值为7，表示后面有7个字节的数据

byte8-9

源地址

byte10-11

目的地址

byte12-13

具体的诊断命令，SID是22，表示读取，DID是0xF810