本書結(jié)合汽車電控系統(tǒng)軟件中的BootLoader程序和上位機(jī)及腳本介紹UDS的使用場景，并深入講解其功能，分為基礎(chǔ)篇、核心篇、提升篇三部分。主要內(nèi)容包括新能源汽車電控系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)、基于CAN/LIN總線的通信協(xié)議、UDS協(xié)議棧架構(gòu)、基于UDS的BootLoader、通過腳本實(shí)現(xiàn)UDS客戶端通信、UDS測試等內(nèi)容。
本書首先介紹新能源汽車電控系統(tǒng)基礎(chǔ)、常用總線通信協(xié)議和UDS基礎(chǔ)知識(shí)，讓讀者站在電控系統(tǒng)的角度了解UDS等協(xié)議棧的作用和診斷的相關(guān)知識(shí)，然后根據(jù)ISO 15765和ISO 14229標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容從使用者的角度對標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)的解釋，最后在診斷協(xié)議的基礎(chǔ)上以BootLoader程序和上位機(jī)及腳本的實(shí)現(xiàn)講解其在客戶端和服務(wù)器端的應(yīng)用及其測試環(huán)境。
本書適合具有一定車載嵌入式軟件開發(fā)和測試基礎(chǔ)知識(shí)的讀者，也可作為普通高等院校汽車相關(guān)專業(yè)的本科生或研究生學(xué)習(xí)汽車嵌入式軟件開發(fā)的參考書，亦可供汽車電子行業(yè)軟件工程師、總線網(wǎng)絡(luò)開發(fā)工程師和總線測試工程師學(xué)習(xí)和參考。

本書具有較強(qiáng)的專業(yè)性和針對性。作者長期從事新能源汽車整車控制、電子電氣、軟件開發(fā)等工作，非常熟悉UDS服務(wù)，將多年的工作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了梳理和整合，形成了本書，以饗讀者。全書以汽車電控系統(tǒng)、車載總線通信和診斷協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，詳細(xì)介紹了UDS協(xié)議棧架構(gòu)、CAN驅(qū)動(dòng)層、TP層、診斷應(yīng)用層的實(shí)現(xiàn)，并圍繞BootLoader、客戶端通信、測試環(huán)節(jié)，介紹UDS診斷與實(shí)現(xiàn)。不但重視理論介紹，也與實(shí)踐緊密結(jié)合，有助于提升讀者的理論水平和解決實(shí)際問題的能力。

為推動(dòng)新能源汽車產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，2020年10月，國務(wù)院辦公廳印發(fā)《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（20212035年）》，確定了未來新能源汽車將繼續(xù)向電動(dòng)化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化方向深入發(fā)展，新能源汽車及其配套產(chǎn)業(yè)將迎來新一輪爆發(fā)。
在汽車新四化的發(fā)展趨勢下，整車電子電氣架構(gòu)逐漸從分散走向集中，域控制器或區(qū)域控制器成為下一代整車電控系統(tǒng)的核心。面對整車電子電氣架構(gòu)的不斷升級，AUTOSAR架構(gòu)已經(jīng)成為具備功能安全要求的分布式電子控制單元和域控制器的主流軟件架構(gòu)。
隨著診斷、OTA、智能駕駛、娛樂等功能需求的增長，其對整車通信帶寬的要求日益增加，車載以太網(wǎng)成為下一代汽車的主要通信技術(shù)。由此，在汽車行業(yè)也提出了SOA（Service-Oriented Architecture）架構(gòu)，即面向服務(wù)的架構(gòu)。
UDS（Unified Diagnostic Service）即統(tǒng)一診斷服務(wù)，是一套為所有車輛提供統(tǒng)一診斷的應(yīng)用層服務(wù)，已經(jīng)成為新能源汽車電子控制單元的能力。未來，汽車將面向不同場景、不同應(yīng)用和不同用戶提供差異化的功能，和手機(jī)一樣提供功能升級，在此背景下，UDS的作用更為凸顯。目前汽車OTA技術(shù)就是以UDS為基礎(chǔ)來實(shí)現(xiàn)車輛遠(yuǎn)程升級。
本書是作者多年在引導(dǎo)程序、基礎(chǔ)軟件及工具鏈開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上應(yīng)用UDS的總結(jié)。本書分為基礎(chǔ)篇、核心篇和提升篇�；�礎(chǔ)篇包括第1章至第3章，從基礎(chǔ)入手，便于讀者了解汽車電控系統(tǒng)和UDS在電控系統(tǒng)軟件中的作用。第1章介紹汽車電控系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)和目前廣泛使用的軟件架構(gòu)及功能安全的概念；第2章介紹常用的車載總線通信技術(shù)以及基于車載總線通信技術(shù)的應(yīng)用；第3章介紹OBD和UDS兩種診斷協(xié)議的基礎(chǔ)知識(shí)和參考標(biāo)準(zhǔn)。核心篇包括第4章至第7章，重點(diǎn)介紹UDS的核心知識(shí)。第4章介紹UDS協(xié)議棧架構(gòu)，包括分層架構(gòu)和數(shù)據(jù)流分析等；第5章基于恩智浦S32K144芯片介紹CAN驅(qū)動(dòng)層及其實(shí)現(xiàn)；第6章重點(diǎn)解析了UDS協(xié)議棧中TP層的標(biāo)準(zhǔn)及其實(shí)現(xiàn)；第7章重點(diǎn)介紹了UDS協(xié)議棧中診斷應(yīng)用層及其實(shí)現(xiàn)。提升篇包括第8章至第10章，介紹基于UDS的應(yīng)用和測試以及PC端上位機(jī)/腳本的開發(fā)。第8章介紹了基于UDS的BootLoader的原理和實(shí)現(xiàn)；第9章介紹了基于Python語言的UDS的腳本開發(fā)，讓讀者了解PC端軟件的原理和架構(gòu)；第10章介紹了基于Vector工具鏈的UDS測試環(huán)境和測試流程。
本書由向滿和童維勇編寫，由童維勇先生審閱。童維勇先生是中國自動(dòng)化學(xué)會(huì)會(huì)員，自動(dòng)化專業(yè)副高級職稱，有多年世界500強(qiáng)外資企業(yè)研發(fā)管理經(jīng)驗(yàn)，并在國內(nèi)新能源汽車知名企業(yè)擔(dān)任研發(fā)總監(jiān)等職務(wù)，持有多項(xiàng)授權(quán)專利并承擔(dān)深圳市技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目。
本書在編寫過程中力求邏輯嚴(yán)謹(jǐn)和內(nèi)容正確，相關(guān)代碼都經(jīng)過測試，并在實(shí)際項(xiàng)目中使用。但是由于編者水平有限、編寫時(shí)間緊張，難免有表達(dá)不清晰、邏輯不嚴(yán)謹(jǐn)和內(nèi)容錯(cuò)誤之處，敬請讀者指正。

編　者

向滿： 汽車電子軟件開發(fā)專家。長期從事新能源汽車車整車控制器VCU，車身電子ECU，電子油泵等電控系統(tǒng)軟件開發(fā)。先后就職于深圳航盛電子、德昌電機(jī)、長城汽車等汽車電子領(lǐng)域知名企業(yè)。

童維勇：高級工程師，中國自動(dòng)化學(xué)會(huì)2022杰出自動(dòng)化工程師獎(jiǎng)獲得者。深圳市軟件行業(yè)協(xié)會(huì)和深圳自動(dòng)化學(xué)會(huì)專委會(huì)專家。長期從事嵌入式軟件開發(fā)和研發(fā)管理工作，曾成功主導(dǎo)開發(fā)了多款新能源汽車電控產(chǎn)品。

前言
基礎(chǔ)篇
第1章　汽車電控系統(tǒng) 2
1.1　汽車電控系統(tǒng)介紹 2
1.1.1　電控系統(tǒng)架構(gòu) 2
1.1.2　工作原理 3
1.1.3　分類 5
1.1.4　發(fā)展情況 5
1.2　汽車電控系統(tǒng)開發(fā) 8
1.2.1　軟件開發(fā) 10
1.2.2　硬件開發(fā) 10
1.3　AUTOSAR和功能安全 10
1.3.1　AUTOSAR架構(gòu)介紹 10
1.3.2　功能安全概念介紹 11
第2章　車載總線通信介紹 13
2.1　CAN總線和LIN總線通信基礎(chǔ) 13
2.1.1　CAN總線基礎(chǔ) 14
2.1.2　LIN總線基礎(chǔ) 18
2.2　常用車載通信協(xié)議 24
2.2.1　OSEK網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議 24
2.2.2　CCP和XCP協(xié)議 26
2.2.3　J1939協(xié)議 28
2.2.4　UDS協(xié)議 29
2.3　其他總線通信技術(shù) 29
2.3.1　CANFD 29
2.3.2　車載以太網(wǎng) 30
第3章　診斷協(xié)議及其參考標(biāo)準(zhǔn) 32
3.1　OBD協(xié)議 32
3.1.1　OBD協(xié)議介紹 32
3.1.2　OBD協(xié)議參考標(biāo)準(zhǔn) 38
3.2　UDS協(xié)議 39
3.2.1　UDS協(xié)議介紹 39
3.2.2　UDS協(xié)議參考標(biāo)準(zhǔn) 39
3.3　UDS協(xié)議與OBD協(xié)議的區(qū)別 40
核心篇
第4章　UDS協(xié)議棧架構(gòu) 42
4.1　UDS協(xié)議軟件架構(gòu) 42
4.1.1　CAN驅(qū)動(dòng)層 44
4.1.2　TP層 45
4.1.3　診斷應(yīng)用層 45
4.2　UDS數(shù)據(jù)流分析 46
4.3　如何實(shí)現(xiàn)UDS 48
第5章　CAN驅(qū)動(dòng)層及其實(shí)現(xiàn) 49
5.1　S32K系列微控制器介紹 49
5.2　CAN驅(qū)動(dòng)層提供的功能 51
5.3　S32K144的CAN驅(qū)動(dòng)配置 51
第6章　TP層及其實(shí)現(xiàn) 60
6.1　TP層的作用 60
6.2　TP層協(xié)議 61
6.2.1　TP層協(xié)議概述 61
6.2.2　TP層相關(guān)術(shù)語定義 62
6.2.3　TP層總覽及其服務(wù)概述 63
6.2.4　網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議 71
6.3　TP層協(xié)議實(shí)現(xiàn) 83
6.3.1　單幀 83
6.3.2　首幀 87
6.3.3　流控幀 90
6.3.4　連續(xù)幀 95
6.3.5　TP層參數(shù) 101
6.4　通信報(bào)文解析 102
6.4.1　單包報(bào)文傳輸 103
6.4.2　多包報(bào)文傳輸 103
第7章　診斷應(yīng)用層及其實(shí)現(xiàn) 105
7.1　診斷應(yīng)用層的作用 106
7.2　尋址概念 107
7.2.1　物理尋址 107
7.2.2　功能尋址 107
7.3　UDS請求與響應(yīng) 108
7.3.1　UDS請求 108
7.3.2　UDS響應(yīng) 110
7.4　UDS會(huì)話模式和安全訪問 122
7.5　DTC信息 125
7.5.1　DTC格式 125
7.5.2　DTC相關(guān)的術(shù)語 125
7.5.3　DTC狀態(tài)位定義和DTC狀態(tài)掩碼 126
7.5.4　DTC故障檢測 133
7.5.5　DTC老化機(jī)制 135
7.5.6　DTC信息存儲(chǔ) 136
7.6　常用診斷服務(wù)列表 139
7.6.1　BootLoader程序常用服務(wù) 140
7.6.2　應(yīng)用程序常用服務(wù) 140
7.7　診斷應(yīng)用層服務(wù)解析 140
7.7.1　10服務(wù)診斷會(huì)話控制 141
7.7.2　11服務(wù)電控單元復(fù)位 143
7.7.3　27服務(wù)安全訪問 145
7.7.4　28服務(wù)通信控制 147
7.7.5　3E服務(wù)測試設(shè)備在線 149
7.7.6　85服務(wù)控制DTC設(shè)置 150
7.7.7　22服務(wù)根據(jù)DID讀數(shù)據(jù) 151
7.7.8　23服務(wù)通過地址讀內(nèi)存 153
7.7.9　2E服務(wù)通過DID寫數(shù)據(jù) 155
7.7.10　3D服務(wù)通過地址寫內(nèi)存 156
7.7.11　14服務(wù)清除診斷信息 157
7.7.12　19服務(wù)讀取DTC信息 158
7.7.13　2F服務(wù)輸入輸出控制 163
7.7.14　31服務(wù)例程控制 165
7.7.15　34服務(wù)請求下載 167
7.7.16　36服務(wù)傳輸數(shù)據(jù) 169
7.7.17　37服務(wù)請求退出傳輸 170
7.8　診斷應(yīng)用層定時(shí)參數(shù)分析 171
7.8.1　定時(shí)參數(shù)分析 171
7.8.2　定時(shí)參數(shù)處理 172
7.9　診斷報(bào)文分析 173
提升篇
第8章　基于UDS的BootLoader 178
8.1　BootLoader介紹 178
8.2　BootLoader機(jī)制介紹 179
8.3　BootLoader的一般要求 181
8.3.1　通信要求 181
8.3.2　安全要求 181
8.4　BootLoader詳細(xì)流程 182
8.4.1　Pre-Programming 階段 182
8.4.2　Programming階段 183
8.4.3　Post-Programming階段 184
8.5　BootLoader軟件架構(gòu)與實(shí)現(xiàn) 185
8.5.1　最小系統(tǒng)和基本模塊 185
8.5.2　內(nèi)存分配 186
8.5.3　中斷向量表的重映射 187
8.5.4　閃存驅(qū)動(dòng) 187
8.5.5　程序跳轉(zhuǎn) 187
8.6　電控單元OTA介紹 188
第9章　通過腳本實(shí)現(xiàn)UDS客戶端通信 190
9.1　上位機(jī)和腳本編程語言 190
9.2　基于Python語言的UDS腳本 190
9.2.1　PeakCAN介紹 191
9.2.2　PeakCAN二次開發(fā)介紹 191
9.2.3　基于Python語言實(shí)現(xiàn)UDS通信 192
9.3　通過腳本實(shí)現(xiàn)上位機(jī)Flash BootLoader 203
第10章　UDS測試 204
10.1 　Vector系統(tǒng)介紹 204
10.2 　基于Vector工具鏈的測試系統(tǒng)介紹 204
10.3 　UDS測試操作指導(dǎo) 205
參考文獻(xiàn) 213