（高清版）GBT 43258.3-2023 道路车辆 基于因特网协议的诊断通信(DoIP) 第3部分：基于IEEE 802.3有线车辆接口

道路车辆基于因特网协议的诊断通信第3部分：基于IEEE802.3有线车辆接口Roadvehicles—DiagnosticcommunicationoverInternetProtocol(DoIP)一2023-11-27发布2023-11-27实施 12规范性引用文件 l3术语和定义 14符号和缩略语 24.1符号 24.2缩略语 2 26文件总览 27以太网物理层和数据链路层需求 37.1概述 37.2以太网物理层需求 37.3以太网数据链路层需求 37.4以太网PHY和MAC需求 47.5以太网激活线需求 47.6激活线方案的仿真电路模拟器(SPICE)仿真 87.7确定方案1、方案2或非ISO13400流程 97.8电缆定义 参考文献 IⅢ本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。本文件是GB/T43258《道路车辆基于因特网协议的诊断通信(DoIP)》的第3部分。GB/T43258已——第2部分：传输协议与网络层服务；——第3部分：基于IEEE802.3有线车辆接口；——第4部分：基于以太网的高速数据链路连接器。本文件修改采用ISO13400-3:2016《道路车辆基于因特网协议的诊断通信(DoIP)第3部分：本文件与ISO13400-3:2016相比做了下述结构调整：——4.2对应ISO13400-3:2016中的第4章；——图3～图8对应ISO13400-3:2016中的图2～图7;——表1～表4对应ISO13400-3:2016中的表2～表5。本文件与ISO13400-3:2016的技术差异及其原因如下：——删除了已经废止的ISO13400-1的引用和描述；——用规范性引用的GB/T40822—2021替换了ISO14229(见第3章),以适应我国技术条件，增加可操作性；——增加了缩略语GND、WoL和XFRM(见4.2),以提高文件易用性。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中华人民共和国工业和信息化部提出。本文件由全国汽车标准化技术委员会(SAC/TC114)归口。汽大通汽车有限公司、中汽研(天津)汽车工程研究院有限公司、长城汽车股份有限公司、小米汽车科技能源汽车技术创新中心有限公司、东风汽车集团股份有限公司技术中心、中国汽车工程研究院股份有限公司、极氪汽车(宁波杭州湾新区)有限公司、国汽(北京)智能网联汽车研究院有限公司、惠州市德赛西威汽车电子股份有限公司、北京理工大学深圳汽车研究院、上海机动车检测认证技术研究中心有限公司、中汽研汽车检验中心(天津)有限公司、思博伦通信科技(北京)有限公司、上汽通用五菱汽车股份有限公司、罗德与施瓦茨(中国)科技有限公司、北京新能随着服务器内存的增加、更新软件数量的增加以及这些控制单元、连接网络和总线技术提供的功能数量的增加，其复杂性和速度已达到类似于计算机网络的水平。GB/T43258《道路车辆基于因特网协议的诊断通信(DoIP)》是为了定义在IP通信链路上实施的车辆诊断系统的通用要求。GB/T43258的目的是描述一个标准化的车辆接口，该接口：——将车载网络技术与客户端DoIP实体车辆接口要求分离，以实现长期稳定的外部车辆通信——利用现有的标准来定义可用于诊断通信以及制造商特定用例的长期稳定的先进通信标准；——通过使用现有的适配层，很容易地适应新的物理层和数据链路层，包括有线和无线连接；——允许车辆内部和车辆外部DoIP实体的连接。GB/T43258拟由4个部分构成。——第1部分：一般信息和使用案例定义。规定了客户端DoIP实体与服务端DoIP实体之间的车辆诊断的一般信息和使用案例定义，旨在为系列文件提供引言。 第2部分：传输协议与网络层服务。规定了客户端DoIP实体使用底层协议栈的要求，并且采用安全和非安全的诊断通信要求，旨在说明客户端DoIP实体与服务端DoIP实体连接与通信过程。——第3部分：基于IEEE802.3有线车辆接口。详细介绍了基于IEEE802.3100BASE-TX的物理层和数据链路层的车载通信接口和测试设备要求，旨在提供标准的物理连接接口。——第4部分：基于以太网的高速数据链路连接器。规定了车辆连接器的功能要求，旨在统一外部连接器。图1说明了基于DoIP的车辆诊断通信框架与OSI模型的关系：——车辆诊断通信框架由GB/T40822组成；——表示层，例如特定于车辆制造商(VM)或ISO22901ODX;——OSI底层框架由本文件和GB/T43258.4组成。VISO/TEC10731车辆诊断通信框架通信使用案例标准使用案例特定标准GB/T40822—2021第10章UDSonlP(基于IP的统一诊断服务)OSI第7层应用层OSI第6层表示层GB/T40822—2021第4章～第6章应用层应用层服务接口表示层标准车辆制造商规定或ISO22901ODXOSI第5层会话层上层服务接口GB/T40822—2021第7章会话层服务会话层服务接口OSI第4层传输层OSI第3层网络层传输层服务接口GB/T43258.2DolP第2部分：传输协议与网络层服务用户数据报协议(UDP)数据链路层服务接口OSI第2层数据链路层OSI第1层物理层数据链路层服务接口GB/T43258.3DoIP第3部分：基于IEEE802.3有线车辆接口OSI底层框架图2从功能角度说明了车辆网络架构示意图。VI车辆网络车辆网络ECU1ECU2:ECUn车辆子网络DolP边缘网关1客户端1ECUn车辆子网络客户端2DolP网关m网络节点1网络节点2DoIP节点外部网络激活线ECUⅡ图2车载网络架构示意图(功能视图)本文件由一个或多个DoIP实体实施，具体取决于车辆的网络架构。图2显示了连接到DoIP边缘节点的客户端1(外部客户端)和连接车辆内部网络的客户端2(内部客户端)。如果没有额外说明，无论它们连接到哪个网络，假定客户端DoIP实体的行为相同。1道路车辆基于因特网协议的诊断通信第3部分：基于IEEE802.3有线车辆接口本文件定义了基于IEEE802.3100BASE-TX标准车辆通信接口与测试设备对物理层和数据链路本文件适用于基于IEEE802.3100BASE-TX标准车辆通信接口与测试设备中物理层和数据链路层的设计。该接口为车辆和测试设备之间使用基于IP的通信提供物理连接基础。本文件规定了以下方面：——信号和接线图需求，以确保车辆接口、以太网网络和测试设备通信接口在物理层的兼容性；——车载以太网诊断接口的发现/识别；——车载以太网诊断接口的激活和关闭；——诊断连接器机械和电气需求；——两种以太网引脚分配的定义。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T40822—2021道路车辆统一的诊断服务[ISO14229-1:2020,ISO14229-2:2013,IEC60950-1信息技术设备安全第1部分：一般要求(Informationtechnologyequipment—IEEE802.3—2022以太网IEEE标准(IEEEStandardforEthernet)3术语和定义GB/T40822—2021界定的以及下列术语和定义适用于本文件。允许以太网硬件决定在两个以太网端口之间连接是通过交叉连接还是一对一连接电缆，并根据电缆类型配置物理层收发器(PHY)以确保Tx和Rx数据线正确连接的一种设备。车内主机，在此处符合本文件的以太网激活线所在终端，以及外部网络中的第一个节点或主机的链路所在终端。2100BASE-TX连接两个物理层收发器(PHY)的一对双绞链路4符号和缩略语下列符号适用于本文件。Cm:内部电容。Ia:激活电流。R:内部电阻。Vt:激活电压。Vt:电池电压。Viwe:激活电压阈值。下列缩略语适用于本文件。Cat5:TIA/EIA-568-B定义的5类电缆(category5cableasspecifiedinTIA/EIA-568-B)DoEth:基于以太网的因特网协议的诊断(DiagnosticsoverInternetProtocolonEthernet)DoIP:基于IP的诊断通信(DiagnosticsoverInternetProtocol)FMI:失效模式指示器(FailureModeIndicator)GND:地(Ground)MAC:媒介访问控制(MediaAccessControl)MDI:媒介相关接口(Medium-DependentInterface)PE:保护接地导体(ProtectiveEarthconductor)PHY:物理层收发器(Physicallayertransceiver)Rx:接收(Receive)SPN:可疑参数编号(SuspectParameterNumber)WoL:本地局域网唤醒(WakeonLAN)XFRM:以太网变压器(Ethernettransformer)5约定ISO13400基于OSI服务公约(ISO/IEC10731)中讨论的适用于诊断服务的约定。6文件总览ISO13400应用在基于IP通信网络上的车辆诊断系统。3制定ISO13400目的是为在IP通信链路上运行的车辆诊断系统定义通用需求。虽然ISO13400主要用于诊断系统，但已被开发用于满足其他需要传输协议和网络层服务的基于IP系统的需求。图1描述了使用DoIP的最适用的应用程序实现的方式。7以太网物理层和数据链路层需求7.1概述以太网是在IEEE802.3中包含的不同传输技术和通信速率的多个标准集合，是以帧为基础连接的有线局域网络。帧被定义为线路上数据包的格式。因特网协议(IPv4)理论上允许最大长度为64K字节的IP包。数据包长度受以太网规范的限制，以太网规范定义16位长度的字节场，并且要求数据包最小长度为64字节，最大有效载荷长度为1500字节。因此，IP数据包在以太网的最大长度仅为1500字节。然而，IP协议允许将IP数据包分段到多个以太网帧，以解决此限制。IPv6和IPv4对IP包分段方式差异不在本文件中描述。车辆的以太网连接使用符合IEEE802.3100BASE-TX的四条传输线，并额外使用一根激活线。当测试设备与车辆连接或断开连接时，能够通过激活线对作为DoIP边缘节点的以太网控制器进行激活和非激活的切换。有以下两种类型以太网接插电缆可选择。——一对一(1:1)连接，通常用于连接终端节点(例如：计算机)与网络集线器或交换机。在该情况下，接插电缆的每个RJ45连接器或连接到车辆的电缆连接器中的引脚都是直接对连(例如：源端口上Rx+直接连接到目标端口Rx+)。——交叉连接，通常用于两个终端节点直接互连(例如：计算机到计算机)。在该情况下，接插线在源端口的Tx引脚被连接到目标端口的Rx引脚，反之亦然。根据以太网实施的Auto-MDI(X)能力，可以实现交叉连接和1:1连接相互切换。这取决于PHY的Auto-MDI(X)能力。Auto-MDI(X)特性是为了同时支持两种线束电缆即插即用而设计。7.2以太网物理层需求本条规定了DoIP边缘节点的以太网物理层需求，包括车辆内部支线电缆长度和测试设备与DoIP边缘节点的PHY之间最大允许电缆长度，以确保在极端干扰环境中运行。[DoEth-001]DoIP边缘节点应支持IEEE802.3规定的100BASE-TX(100Mbit/s以太网)标准。[DoEth-002]DoIP边缘节点应支持IEEE802.3定义的10BASE-T(10Mbit/s以太网)标准。注：支持10Mbit/s的需求旨在作为两个以太网接口之间无法建立100Mbit/s连接的环境下的备用解决方案。在这种情况下，降低速率来建立连接。[DoEth-003]为满足IEC60950-1(TNV1电路)和IEEE802.3,DoIP边缘节点应在连接外部网络的变压器线圈之间提供持续1min的1500V耐压隔离。7.3以太网数据链路层需求本条规定了DoIP边缘节点的以太网数据链路层的需求，以允许在可实现的最佳通信速率情况下与旧版本的以太网进行向后兼容的通信。DoIP边缘节点应在与外部网络的链路上支持10Mbit/s以太网。DoIP边缘节点应支持100Mbit/s以太网(100BASE-TX)。DoIP边缘节点应支持IEEE802.3规定的自动协商机制，该机制是两个直连的网络接口通过相同的参数(即传输速率和双工模式)进行连接，以实现自动握手。4测试设备应支持IEEE802.3规定的100BASE-TX标准。为了提高对错误的以太网布线(1:1连接/交叉连接)的容错能力，测试设备应支持注：DoIP边缘节点不要求支持Auto-MDI(X)特性。[DoEth-009]DoIP边缘节点应使用以太网设备检测物理连接建立和断开(链路检测),并将这些事件通知上层通信层。注：DoIP边缘节点以太网控制器不要求支持本地局域网唤醒(WoL),因为使用7.5中描述的单独激活线确保了以太网硬件的激活。7.5以太网激活线需求激活和关闭以太网控制器的原因如下：——降低电磁干扰；——降低DoIP边缘节点功耗。本地局域网唤醒(WoL)需要知道控制器的MAC地址来唤醒控制器，但在售后维修中通常不知道该MAC地址，因此无法使用WoL的特性来激活和关闭以太网控制器。标准的WoL特性的另一弊端是唤醒数据包(MagicPacket)需要以太网控制器处理完整帧，这将造成电流消耗增加。图3显示了以太网和激活线配置的原理图，表1列举了相关电气参数。测试设备端测试设备端Rx-≥Cat5-Vn激活线pnn↓R车辆端beid↓Tx(+)Rx(+)Rx(↓GNDRm标引序号说明：IaaRRVaaVatGND——信号地；XFRM——以太网变压器。5电气参数最小值典型值最大值最小值典型值最大值2.9kΩ(-1%)2.9kΩ(-1%) 330nF(+5%)8.5mARex—VetVar(t≤60s)*限制值。关闭电压阈值(V)应为2V(见表2),即如果以太网处于关闭状态，低于2V的电压不应激活DoIP边缘节点的以太网控制器。这是为了避免由于地偏移或者电磁干扰造成误激活(见图4)。有效的激活电压阈值(Vati)应为5V。当信号V达到V和Vmx之间电压值时，应在200ms内激活以太网硬件。即期望系统设计者在接收电路中设计一个小于200ms的滤波时间常数。当V保持在Vatw和Vmx之间，以太网硬件应保持激活状态。车辆应将V降至Vmiv并持续200ms作为来自测试设备的一个信号，表明可以使以太网硬件进入非激活状态。尽管只在检测到链路后才能通信，但当激活线处于“有效激活”状态时，应允许图4描述了以太网激活和关闭的电压阈值和时序。图4以太网激活和关闭电压阈值和时序6表2定义了激活和关闭电压阈值。表2激活和关闭电压阈值参数阈值VactiveVminVmax7.5.2车辆激活线电路示例——方案1需求在车辆端接口电路上的8号引脚需要满足以下需求。a)相对于信号地5号引脚，电路应在8号引脚呈现的电阻阻抗和输入电容符合表3。这用于外部测试设备确认车辆端按照方案1进行引脚分配。b)接口电路需要根据图4和表2中的定义来检测8号引脚上的电压，并向车辆内部系统提供相应的信号，以激活或非激活与GB/T43258.4诊断连接器的DoIP以太网连接。图5显示了激活线电路示例——方案1,其中激活线开关电压(激活、关闭)阈值标称值为3.4V。备端图5激活线电路示例——方案1表3定义了图5的电路示例的电气参数。表3激活线电路示例——方案1(图5)的电气参数电气参数最小值典型值最大值9.56kΩC10nF(一5%)20nF(+5%)计算R时需要考虑晶体管的基极-发射极电阻。77.5.3车辆激活线电路示例——方案2需求在车辆端接口电路上的8号引脚需要满足以下需求。a)相对于信号地5号引脚，电路应在8号引脚呈现的电阻阻抗和输入电容符合表4。这用于外部测试设备确认车辆端按照方案2进行引脚分配。b)接口电路需要根据图4和表2中的定义来检测8号引脚上相对于信号地5号引脚的电压，并向车辆内部系统提供相应的信号，以激活或非激活与GB/T43258.4诊断连接器的DoIP以太图6显示了激活线电路示例——方案2,其中激活线开关电压(激活、关闭)阈值标称值为4.4V。V图6激活线电路示例——方案2表4定义了图6中电路示例的电气参数。表4激活线电路示例——方案2(图6)电气参数电气参数最小值典型值最大值R2.9kΩ(一1%)3.3kΩ(+1%)200nF(-5%)330nF(+5%)计算R时需要考虑晶体管的基极-发射极电阻。本文件规定的激活线采用连接外部测试设备到车辆的双向信号，可支持车辆端的诊断连接器识别两套不同的引脚配置，方案1和方案2。若为使用方案2的以太网引脚分配的车辆定义了一个完全不同的车辆输入电阻(见表4),则外部测试设备可应用相同的方式来区分车辆中不同的以太网引脚分配，并相应地更改内部引脚多路复用器[DoEth-017]为通过以太网与DoIP边缘节点建立通信，测试设备需根据表2的需求在以太网激8活线上提供电压信号(V)。因此，只有在图4中“有效激活”范围内才能保证与车内可靠通信。在此范围之外，考虑到[DoEth-014]描述的时序，由车辆制造商的设计决定是否仍然能执行通信。注1:为与车辆建立通信可能需要额外的前提条件[例如：点火钥匙在“运行(RUN)”位置]。这取决于车辆制造商的电源网络架构，意味着仅提供激活电压信号并不一定“唤醒”车辆。[DoEth-018]当外部测试设备不再需要连接，应根据[DoEth-014]向车辆以太网硬件发送信[DoEth-023]可与使用方案1和方案2的以太网引脚分配的车辆一起使用的外部测试设备应——通过A/D转换器或模拟比较器测量激活线上的电压；——在激活线上使用可切换的4.7kΩ(±5%)上拉电阻；——根据表4的参数限值，施加可切换的上拉电源电压和电流；——测量包含开关损耗的上拉电源电压；——计算引脚8上相对于上拉电源电压；——根据计算结果确定车辆引脚配置；——相应地将车辆以太网信号Tx+、Tx一从引脚3、11切换到引脚1、9;——在激活线上使用高于5V电压(例如：上拉电阻),外部测试设备不能超过规定的输入电流(见表1)。注2:从车辆物理上断开外部测试设备会自动达到7.5.1规定的关闭电压阈值。[DoEth-022]车辆制造商使用：——方案1以太网引脚分配应符合表3规定的电阻和电容值；——方案2以太网引脚分配应符合表4规定的电阻和电容值。本文件给定了一个SPICE模拟结果，用组件标称值的示例电路来说明典型的电压-时间曲线。已包含车辆端组件误差以说明组件误差的影响。——外部测试设备使用标称值为4.7kΩ上拉电阻；——轨迹显示了包含车辆电阻误差的方案1和方案2的激活线电压；——假设仿真期间地偏移为0;——减小激活周期以在同一个轨迹图中显示上升/下降响应。图7显示了激活线模拟——基于电压的方案确定。984v|63V0V;ISO13400未定义0.83*VpullupSuurx0.53VpullupSouret方案1方案2方案1方案2ISO标引序号说明：VpallpSre—-电源电压。图7激活线模拟——基于电压的选项确定7.7确定方案1、方案2或非ISO13400流程图8显示了使用阻抗判断方法确定方案的流程。对不同以太网方案，车辆电路对地呈现不同电阻。车辆电路8号引脚的输入电阻由电路上已知的上拉电阻决定，通过检测8号引脚输出电压并与电源电压进行比较，通过斜率度量方式确定车辆电阻。开始检测引脚高阻状态点火开关切换到ON测量8号引脚电压是电阻上拉到电源测量上拉电源电压和8号引脚电压8号引脚电压>8%电源电压’否测量上拉电源电压和8号引脚电压是8号引脚电压>53%否关闭4.7kΩ电阻上拉开启510/1000Ω电阻上拉否否是ISO13400方案1ISO13400方案1关闭电阻上拉开启以太网多路选择器引脚1,9关闭4.7kΩ电阻上拉开启510/1000Ω电阻上拉尝试其他协议开启以太网多路选择器引脚3,11标