远程诊断DoIP（笔记二）概念

以太网的概念有DoIP，SOME/IP，13400，1000Base-T/Tx，PHY，MII，AVB、gPTP

（一）车载以太网OSI层级划分。

如下图，即为基于车载以太网的车载网络所使用的各种通信协议。

（二）DoIP是什么？

DoIP：Diagnostic over Internet Protocol，字面含义：基于IP协议的诊断。与之画风非常相似的就是DoCAN：Diagnostic over Controller Area Network，基于CAN协议的诊断

DoIP技术，在UDS诊断服务基础上，通过TCP/IP及以太网来进行远程车辆诊断。协议定义在ISO 13400，文档中详细描述了外部测试及刷新设备如何与整车内部ECU通过以太网及TCP/IP协议进行通讯。

文档共5份：

— Part 1: General information and use case definition
— Part 2: Transport protocol and network layer services
— Part 3: Wired vehicle interface based on IEEE 802.3
— Part 4: Ethernet Diagnostic Connector
— Part 5: Conformance test specification

可以看到，ISO13400涉及到的主要分布在传输层、网络层、数据链路层、物理层四层中。

ISO13400-1处于应用层（层7）之上，是对一些通用信息、应用场景的描述。

应用层基于ISO14229-1和ISO14229-5，前者是UDS的完整定义，后者是UDS通过网络协议IP传输的实现。

会话层（层5），ISO14229-2对于所有的诊断通信都是一样的，目的是为上层提供统一的接口，使上层应用不需要随着底层通信技术的变化而改变。

传输层和网络层（层4和层3）由ISO13400-2定义，ISO13400-2中规定了DoIP通信在传输层中使用TCP和UDP协议，在网络层中使用IPv4或IPv6。此标准中还定义了专属于DoIP通信的信息内容，这些信息和上层的诊断命令共同构成了传给TCP或UDP协议的SDU。

ISO13400-2定义了DoIP诊断通信对Ethernet数据链路层（层2）和物理层（层1）的要求，比如，规定DoIP通信在这两层上支持100BASE-T1(100 Mbit/s Ethernet) 和10BASE-T (10 Mbit/s Ethernet) 两种方案。

（三）SOME/IP是什么？

SOME/IP缩写的全称扩展：Scalable service-Oriented MiddlewarE over IP。字面理解：基于IP协议的面向服务的可扩展的中间层。它的核心词是中间层，主要用于控制报文通信。

SOME/IP数据在以太网报文结构中的位置。

由此可见，SOME/IP其实是构架在传输层之上的应用层通信协议，它的内容虽然很多很杂，但本质上也就是定义了SOME/IP 包头和数据的内容而已。

具体来说，SOME/IP位于OSI 7层模型的会话层。

下面是SOME/IP的重点内容总结：

服务是SOME/IP的最核心概念。在车载网络中，某个ECU有时会需要调用实现在其他ECU上的个服务，这个时候它俩就分别扮演了client和server的角色，而SOME/IP就是实现这种远程服务调用的接口。对于同一个服务，只能存在一个Server，但可以同时存在多个Client调用服务。

与CAN相比，面向服务的通讯方式能够大大降低总线的负载率。这是由于：在以CAN总线为主的车载网络中，通信过程是面向信号的（除了诊断通信之外），这是一种根据发送者需求实现的通信过程，当发送者发现信号的值变化了，或者发送周期到了，就会发送信息，而不考虑接收者是否有需求。而SOME/IP则不同，它是在接收方有需求的时候才发送，这种方法的优点在于总线上不会出现过多不必要的数据，从而降低负载。

上面是SOME/IP的传输数据帧，Payload是原始数据（SOME/IP的data），此外的其他结构都属于SOME/IP的header

Message Type（报文类型）：

（1）REQUEST，REQUEST_NO_RETURN，RESPONSE属于同一类远程过程调用方法，当client有需求的时候，发送一个request消息，server根据这个消息类型（REQUEST或REQUEST_NO_RETURN）来决定是否发送response消息。过程如下图所示。

（2）NOTIFICATION属于事件通知类的服务，首先由client向server订阅服务内容，然后server向client自动发布服务内容。

NOTIFICATION又分为Event和Field 两类，这两类通知都需要首先使用SOME/IP-SD(Service Discovery)来进行服务订阅，然后才能发布通知。区别在于，Event是某一时刻的快照，只是事件通知，而Field除了事件通知之外，还具有Getter和Setter的功能，即对信息进行读写的操作。

关于SOME/IP的数据结构和通信模式

https://blog.csdn.net/AgingMoon/article/details/104166715?utm_medium=distribute.pc_relevant.none-task-blog-BlogCommendFromMachineLearnPai2-4.nonecase&depth_1-utm_source=distribute.pc_relevant.none-task-blog-BlogCommendFromMachineLearnPai2-4.nonecase

文章结构：

1. 总体说明

2. 服务说明

2.1 Method

2.2 Event

2.3 Field

3. 解析SOME/IP格式

3.1 Message Type说明

3.2 Payload说明

4. SOME/IP 服务发现SD

4.1 主要功能

4.2 SD报文解析

4.2.1 Entry

4.2.2 Options

4.3 SD状态机

5. SOME/IP序列化

5.1 概念

5.2 说明

5.3 举例

（四）车载以太网物理层及链路层：

PHY/MAC控制器/MII/100BASE-T1/1000BASE-T1等概念都发生在以太网的最下两层：物理层和数据链路层。

物理层定义了数据传送与接收所需要的电与光信号、线路状态、时钟基准、数据编码和电路等，并向数据链路层设备提供标准接口。物理层的芯片称之为PHY；

数据链路层则提供寻址机构、数据帧的构建、数据差错检查、传送控制、向网络层提供标准的数据接口等功能。数据链路层的芯片称之为MAC控制器；

车载以太网固定为全双工通信方式（名词解释：全双工就是双方同时可以互发消息，比如打电话可以双方同时讲话；半双工是对讲机，可以双向，但不能同时说话。所以远程开会最好还是使用对讲机，以免出现“同时有话说-又同时等对方说-对方都不说又同时有话说”的尴尬场景。说到这里又需要提到一个概念：CSMA/CD，载波侦听多路访问/冲突检测协议，它是以太网的MAC数据传输协议，但全双工关闭端口上的冲突检测功能CD，这是由于全双工模式下两个节点间的传送和接收链路实际是分开的。通过单对非屏蔽或屏蔽电缆连接，与之对应的100M的MDI接口为100Base-T1，以此满足EMC要求。

CSMA/CD的参考文章：https://www.cnblogs.com/mayuechang/articles/1496695.html

介绍以太网物理层的文章，原文链接：

https://blog.csdn.net/LEON1741/article/details/105914478?utm_medium=distribute.pc_relevant.none-task-blog-BlogCommendFromBaidu-3.nonecase&depth_1-utm_source=distribute.pc_relevant.none-task-blog-BlogCommendFromBaidu-3.nonecase

1、MAC介绍

MAC（Media Access Control）即媒体访问控制子层协议，该部分有两个概念：MAC可以是一个硬件控制器，也可以指MAC通信及协议。它位于OSI七层模型中数据链路层的下半部分，主要负责控制与连接物理层的物理介质，它一端通过总线连接MCU/MPU，另一端通过MII连接到PHY。

在发送数据时，MAC协议会判断当前是否适合发送数据，若能，它会在将要发送的数据上附加一些控制信息，最终使数据以规定的格式到达物理层；在接收数据时，它会判断数据是否有错误，如果没有错误的话，它会去掉附加的控制信息发送至LCC（逻辑链路控制）子层。所以说，以太网数据链路层其实包含MAC（介质访问控制）子层和LLC（逻辑链路控制）子层这两层。

2、PHY介绍

PHY（Physical Layer，物理层）是IEEE802.3中定义的一个标准模块。STA（station management entity，管理实体，一般为MAC或CPU）通过SMI（Serial Manage Interface）对PHY的行为、状态进行管理和控制，而具体管理和控制动作是通过读写PHY内部的寄存器实现的。

PHY是物理接口收发器，它实现OSI模型的物理层。IEEE-802.3标准定义了以太网PHY包括MII/GMII（介质独立接口）子层、PCS（物理编码子层）、PMA（物理介质附加）子层、PMD（物理介质相关）子层、MDI子层。

PHY在发送数据的时候，收到MAC过来的数据（对PHY来说，没有帧的概念，对它来说都是数据，而不管什么地址、数据还是CRC），然后把并行数据转化为串行流数据，再按照物理层的编码规则把数据编码，再变为模拟信号把数据送出去。收数据时的流程反之。

PHY还有个重要的功能就是实现CSMA/CD的部分功能。

3、MAC与PHY的接口连接

MCU/MPU接到MAC总线、MAC接PHY、PHY接网线（当然也不是直接接上的，还有一个变压装置）。MAC与PHY之间通过两个接口连接，分别为SMI接口和MII接口。MII叫做介质独立接口，以太网MAC通过该接口发出数据帧经过PHY后传输到其他网络节点上，同时其他网络节点的数据先经过PHY后再由MAC接收；SMI叫做是串行管理接口，以太网MAC通过该接口可以访问PHY的寄存器，通过对这些寄存器操作可对PHY进行控制和管理。SMI接口包括MDIO（控制和管理PHY以获取PHY的状态）和MDC（为MDIO提供时钟）。MDC由MAC提供，MDIO是一根双向的数据线。用来传送MAC层的控制信息和物理层的状态信息。MDIO数据与MDC时钟同步，在MDC上升沿有效。

关于车载以太网的物理层https://zhuanlan.zhihu.com/p/35662570

4、100BASE-T1/1000BASE-T1

100BASE-T1：IEEE组织对于传输速率为100Mbps的车载以太网物理层的正式命名。区别于100BASE-TX（标准民用100Mbps以太网）.

1000BASE-T1 —— IEEE组织对于传输速率为1000Mbps（或者1Gbps）的车载以太网物理层的正式命名。区别于1000BASE-TX（标准民用1000Mbps以太网）。

对于100Mbps和1000Mbps的单位，进一步说明一下：bps，比特率（bit rate）又称“二进制位速率”，俗称“码率”。比特率指的是每秒传输比特数，又称数据信号速率，单位为比特/秒(bit/s或bps)、千比特/秒（kbit/s或kbps，k=1000）或兆比特/秒（Mbit/s或Mbps，M=1000000）。比特率越高，表示单位时间传送的数据就越多。

1000 bit/s = 1 kbit/s （一千位每秒）

1000 kbit/s = 1 Mbit/s （一兆或一百万位每秒）

1000 Mbit/s = 1 Gbit/s (一吉比特或十亿位每秒）。

（此处K和M分别为1000和1000000，而不是涉及计算机存储器容量时的1024和1048576）

比特率和波特率的差别，用一句话说明：波特率可以被理解为一个设备在一秒钟内发送（或接收）了多少码元的数据，它是对符号传输速率的一种度量，表示单位时间内传输符号的个数（传符号率）。通过不同的调制方法可以在一个符号上负载多个比特信息。

（五）AVB 和gPTP

AVB：以太网音视频桥接技术（Ethernet Audio/VideoBridging，又称“EthernetAVB”，以下简称AVB）是一项新的IEEE802标准，其在传统以太网络的基础上，通过保障带宽（Bandwidth），限制延迟（Latency）和精确时钟同步（Time synchronization），以支持各种基于音频、视频的网络多媒体应用。

IEEE 802.1音视频桥接（Audio Video Bridging, AVB）工作组定义了一种基于一套独立于TCP/IP协议族的通信协议的实现方法。涉及到的协议大体如下：

1、IEEE802.1Qat，流预留协议（Stream Reservation Protocol, SRP）,为特定的数据流预留带宽的标准；

2、IEEE802.1Qav，时间敏感流的转发和排队规则（Forwarding and Queuing for Time-Sensitive Streams, FQTSS）,流量整形的标准，可保证带宽和QoS的延迟参数。

以及其他的上层通信方案：

3、IEEE1722，音视频桥接传输协议（Audio/Video Bridging Transport Protocol, AVBTP）

4、IEEE 1733，实时传输协议（Real-time Transport Protocol, RTP）;

5、IEEE802.1AS，广义精确时钟协议（Generalized Precision Time Protocol, gPTP），确保收发的终端之间严格时间同步的标准。

gPTP协议位于OSI模型的层2之上，可以依赖于以太网传输

gPTP的用途是将车载网络中各个节点的时钟进行同步，因为各个节点的时钟都是互相独立运行的，而有些应用需要各个节点步调一致地执行。比如播放音频和视频的任务可能在不同的节点上实现，那么这两个设备必须要有相同的时钟基准，否则可能出现画面和声音对不上的情况。时钟同步本质上就是各方对一下表。

其他gPTP报文类型及工作任务详细内容参考https://zhuanlan.zhihu.com/p/101003490