1、診斷K 線通訊特點

根據(jù) SAE 規(guī)定的 OBD 標(biāo)準(zhǔn)，車輛行業(yè)使用 K、L 線進(jìn)行診斷和標(biāo)定。通過 K 線對某個控制單元進(jìn)行查詢，通過 K 線、測試儀和控制單元可進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。換句話說，即通過K 線數(shù)據(jù)被雙向傳送（從測試儀到控制單元以及從控制單元到測試儀）。最近生產(chǎn)的車上都裝有K 線。而 L 線則是用來對控制單元進(jìn)行查詢的導(dǎo)線，此線在目前生產(chǎn)的車輛中已經(jīng)不存在。由于串口的普及，所以 K 線實現(xiàn)起來更容易。而邏輯電平的改變，只是需要轉(zhuǎn)換電路。因此本系統(tǒng)采用 K 線的通訊方式。由于 K 線只是一根線，而 PC 機(jī)與控制單元都要向?qū)Ψ桨l(fā)出信息，所以可以判定此線是半雙工串行通訊。

K 線通訊主要有以下特點：



1) 雙方采用半雙工異步串行通訊。
(2) 工作電壓范圍為 8～18V。
(3) 使用環(huán)境溫度為－40°C～125°C。
(4) 最大速度是50kbps。
(5) 支持大電流。
(6) 與單片機(jī)CMOS 電平無縫連接。
(7) 具有對地線保護(hù)作用。
(8) 串行通訊碼的每個單元包括 10 位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，分別為起始位、8 位數(shù)據(jù)、停止位，每個單元發(fā)送完畢后設(shè)有空閑等待。
(9) 雙方的通訊以“行”為單位輪流發(fā)送，即PC 機(jī)發(fā)送一行消息后，ECU 再發(fā)送一行消息，反之亦然。
(10) 一信息行由下列數(shù)據(jù)組成：第一位數(shù)據(jù)表示本行還要發(fā)送多少數(shù)據(jù)；第二個數(shù)據(jù)用來表示關(guān)鍵碼，表示此次用來完成什么樣的操作，如開始參數(shù)、寫數(shù)據(jù)到EEPROM 中等；第三個數(shù)據(jù)表示要發(fā)送的數(shù)據(jù)。
(11) 在一信息行中，還包括用于校驗的反碼，一方每發(fā)出一個數(shù)據(jù)后，對方必須對回應(yīng)此數(shù)據(jù)的反碼進(jìn)行校驗；由于 K 線是單線通訊，所以只有在正確處理回應(yīng)數(shù)據(jù)的反碼進(jìn)行校驗時，才能保證通訊的順利進(jìn)行。
(12) 至于 PC 機(jī)在每一個功能塊中如何發(fā)出命令，ECU 是如何給出相應(yīng)信息的，在軟件結(jié)構(gòu)中會做說明。

2、K 線通訊定義

在車輛網(wǎng)絡(luò)中,為準(zhǔn)確、可靠地通訊,必須確定一個固定的通訊波特率。假設(shè)診斷設(shè)備及其連接導(dǎo)線的電容為CTE,K 線對地電容為COBW,車輛 ECU 的電容為CECU,定義為:



設(shè)計時以上各電容必 須滿足以下關(guān)系:
12V 電源供電：CECU+COBW≤7.2nF;CTE≤2nF;
24V 電源供電：CECU+COBW≤5nF；CTE≤2nF。
假定 K 線通訊波特率最大為 10.4kbps,若通訊波特率高于最大波特率,則必須減小允許電容;反之,必須增加允許電容。同時，在車輛診斷網(wǎng)絡(luò)設(shè)計時,必須保證任何 ECU 信息不能引起其它 ECU 進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊,在診斷儀初始化時,只能有一個 ECU 響應(yīng),或若干個 ECU 按一定順序響應(yīng)。

3、K 線電路連接方式

K 線通訊本質(zhì)上為半雙工串口通訊。為保證準(zhǔn)確、可靠的數(shù)據(jù)通訊, ECU 和 K 線都必須有正確的電平。在 K 線系統(tǒng)中,發(fā)送時若電壓低于工作電壓的 20%, 則認(rèn)為邏輯“0”,高于工作電壓的80%，則定義為邏輯“1”;接收時低于工作電壓的 30%為邏輯“0”,高于工作電壓的 70%為邏輯“1”,電壓在工作電壓的 30%～70%之間狀態(tài)不確定。由以上分析可知,其電平與常用的串口電平不一致,因此必須設(shè)計專門的 K 線接口電路,以滿足車輛 K 線診斷要求。圖2 為利用L9637D 完成的K 線接口轉(zhuǎn)換電路。



K 線可雙向傳遞數(shù)據(jù)，系統(tǒng)初始化后先傳遞 ECU 地址，連接成功后用于信息交換，典型接口轉(zhuǎn)換芯片有ST公司的L9637D 和Motorola公司的33290等。L9637D是一個與ISO9141標(biāo)準(zhǔn)功能兼容的集成芯片，是專門為車輛診斷而開發(fā)的雙向、半雙工通訊接口芯片。同時K線也可進(jìn)行電控標(biāo)定系統(tǒng)的開發(fā),因此,本研究工程應(yīng)用前景非常廣泛。

4、K 線通訊協(xié)議及應(yīng)用

ISO9141 主要為車輛與診斷設(shè)備之間的通訊國際標(biāo)準(zhǔn), ISO9141 已被美國加州大氣委員會(California Air Resource Board)所采納,其ISO14230 為專門指定的用于道路車輛診斷的協(xié)議。根據(jù)ISO14230 的規(guī)定, K 線通訊消息基本格式如表 2 所示。



表2 中各參數(shù)含義如下:

Fmt:幀字節(jié); Tgt:目標(biāo)地址; Src:源地址; Len:附加長度字節(jié); Sld :功能識別字節(jié); data:數(shù)據(jù)字節(jié); CS:校驗和。
其校驗和滿足以下公式:

i={(i-1)+}mod256 (1)

式(1)中:1=<1>。
K 線協(xié)議采用消息結(jié)構(gòu)進(jìn)行信息傳遞,可分為請求消息、指示消息和響應(yīng)消息,其中，響應(yīng)消息可分為正響應(yīng)和負(fù)響應(yīng),所有這些消息都具有相同的結(jié)構(gòu)。
Webasto 汽車天窗馬達(dá) ECU 與 PC 機(jī)的通訊方式是 K 線通訊協(xié)議的一種應(yīng)用，其代碼基本格式如下：長度位、命令標(biāo)志位、數(shù)據(jù)位(n=0…16)和校驗位，如表3 所示。



所以最小的通訊長度為 3，即：傳輸?shù)男畔?LEN、ID、CHKSUM(傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)n＝0)。
為了保證 PC 機(jī)與 ECU 之間的通訊正常，使用校驗碼來確保發(fā)送代碼的安全性，它是通過所有代碼的位與CHECKSUM_base=0xAA 異或來求得。計算方法如下：
發(fā)送端的校驗碼:
CHKSUM_s=CHECKSUM_base xor LEN xor ID xor DATA_1 xor... xor DATA_n
接收端的校驗碼:
CHKSUM_r=LEN xor ID xor DATA_1 xor... xor DATA_n xor CHKSUM_s xor CHECKSUM_base
CHKSUM_r 的結(jié)果為 0，說明通訊順利完成。
為了確保通訊正常，在串行通訊過程中，規(guī)定兩個接收字節(jié)之間的時間不得超過 50ms，若超過，則認(rèn)為此次操作失敗。

5、程序設(shè)計

此汽車天窗馬達(dá)ECU 通訊系統(tǒng)軟件的程序流程如圖4 所示。汽車天窗馬達(dá)ECU 通訊系統(tǒng)的軟件運(yùn)行如圖5 所示。




此汽車天窗馬達(dá)ECU通訊系統(tǒng)中所使用的參數(shù)主要有兩種類型：*.s參數(shù)類型和*.par參數(shù)類型的文件。其主要的區(qū)別是：*.s參數(shù)文件所采用的代碼格式是S-record，它是 Motorola 公司提供的一種標(biāo)準(zhǔn)文件格式，通過 S－records代碼，將可執(zhí)行代碼從主PC機(jī)發(fā)送到另外一個目標(biāo)系統(tǒng)。在發(fā)送的過程中，S－records在其代碼頭上包含目標(biāo)地址信息和校驗信息來檢驗誤差；而*.par參數(shù)文件是 Webasto公司專用的代碼格式，它的代碼主要是包含在 ECU中的具體參數(shù)和此參數(shù)的具體數(shù)值。此馬達(dá)天窗ECU通訊系統(tǒng)的軟件部分就是在對這兩種參數(shù)類型熟悉的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。

5.1 S-record格式說明
每個S－record由如下六部分組成：



(1) SOR：代碼的開始部分（ASCII ‘S’）；
(2) Type：S－record Type，有幾種類型：
S0：代碼起始段（可選），表示在其后還有其他的代碼。S0后面的地址代碼不被使用，經(jīng)常是（0x0000），有的還包括額外的信息,如表1所示。



S0代碼不被加載，可以被忽略，通常為S0030000 FC；
S1：16位地址的數(shù)據(jù)代碼；
S2：24位地址的數(shù)據(jù)代碼；
S3：32位地址的數(shù)據(jù)代碼；
S4：不同的目標(biāo)系統(tǒng)不同的含義；
S5：不同的目標(biāo)系統(tǒng)不同的含義；
S6：不同的目標(biāo)系統(tǒng)不同的含義；
S7：S3代碼結(jié)束段；
S8：S2代碼結(jié)束段；
S9：S1代碼結(jié)束段；
如果S9代碼后的地址代碼為 0x0000，則表示數(shù)據(jù)段的結(jié)束；如果其后代碼不為 0，則地址代碼表示其開始執(zhí)行代碼的位置，通常為S9030000FC（注：S0，S9代碼是被忽略的）；

(3) Length：兩位十六進(jìn)制數(shù)，表示 Load Address、Code/Data、Checksum的字節(jié)數(shù)；

(4) Load Address: 4、6、8個ASCII字符，表示Code/Data要加載的目標(biāo)地址。如 s1,用
4位十六進(jìn)制數(shù)來表示要加載的地址；
(5) Code/Data：0～64個ASCII字符，表示加載到目標(biāo)系統(tǒng)的實際代碼；
(6) Checksum：檢測在傳送中是否有錯誤發(fā)生，它的求法如下：
(1+sump+checksum)mod256=0
注：sump 是length、Load Address、Code/Data中從左至右每兩位十六進(jìn)制數(shù)代表的十進(jìn)制數(shù)值進(jìn)行累加所得到的值。
5.2 *.par 參數(shù)說明
.par文件包含了ECU具體的參數(shù)名稱和值，需要與參數(shù)說明文件 excel共同使用進(jìn)行 ECU的讀寫。以圖3為例解釋excel中的信息和*.par文件代碼的意義。
代碼如下：
[NORMAL]
ucCarType=2
aucPartNumber[0]=17
其中包含的參數(shù)所代表的含義和參數(shù)具體值的信息如下：
(1) Location表示此par參數(shù)在excel中的位置，此例表示在 NORMAL段；
(2) Addr.表示代碼在 EEPROM中的存儲地址信息；
(3) Parameter name表示代碼參數(shù)的名稱；
(4) Parameter description 表示代碼參數(shù)的含義；
(5) Specific description 對此代碼進(jìn)行特定的描述；
(6) Allowed value表示此代碼取值的范圍；
(7) Excel value表示此代碼實際的數(shù)值，此例分別為 2、17；
(8) S Value以ASCII 碼形式表示代碼，此例分別為02、11；
(9) Drive Value表示通訊過程中實際發(fā)送和接收的數(shù)值；
(10) Parameter表示參數(shù)類型；
(11) C source表示此代碼在 ECU中，用哪段代碼來表示；
(12) Type key表示此代碼的數(shù)據(jù)類型。
注： 0 代表無符號字符
1 代表有符號字符 2 代表無符號的短整型 3 代表有符號的短整型 4 代表8 bit 數(shù)組
5 代表16 bit 數(shù)組
6、汽車K 總線與CAN 的區(qū)別
在大眾車系里，K 線一般用于檢測系統(tǒng)，屬單線模式，與診斷儀器連接并相互傳遞數(shù)據(jù)。 CAN 線主要用于控制單元與控制單元之間傳遞數(shù)據(jù)、屬雙線模式，分高位線和地位線，優(yōu)點是傳輸速率高，抗干擾能力強(qiáng)。在開迪車、寶來車、新款奧迪 A6，A4 及 A8 上都使用了CAN 線。
一般分舒適CAN 線、驅(qū)動CAN 線、診斷CAN 和儀表CAN 舒適CAN 線的傳輸速
率是100K 波特，主要用于舒適系統(tǒng)，如電動座椅控制單元、空調(diào)控制單元和舒適電腦等。
驅(qū)動CAN 線的傳輸速率是 500K 波特，主要用于發(fā)動機(jī)系統(tǒng)、ABS 系統(tǒng)和氣囊系統(tǒng)等。 診斷CAN 線主要用于車身電腦與診斷儀器連接，在新車型上已經(jīng)用它替代了 K 線，傳輸速率與驅(qū)動CAN 線相同。
儀表CAN 線用于儀表和網(wǎng)關(guān)連接，屬單線模式。