# STM_UDS

**Repository Path**: minerals/stm_-uds

## Basic Information

- **Project Name**: STM_UDS
- **Description**: 在stm32f407vet6上实现uds服务，自动记录故障，生成故障码快照信息
- **Primary Language**: Unknown
- **License**: GPL-2.0
- **Default Branch**: master
- **Homepage**: None
- **GVP Project**: No

## Statistics

- **Stars**: 0
- **Forks**: 1
- **Created**: 2026-09-20
- **Last Updated**: 2026-10-09

## Categories & Tags

**Categories**: Uncategorized

**Tags**: None

## README

# STM_UDS

#### 介绍

基于 **STM32F407VET6** 实现的 **UDS 诊断协议栈**，让一块开发板扮演一台真实的车用 ECU：诊断仪通过
USB-CAN 接上总线，即可按国际标准对它进行「切会话 / 读车架号 / 读故障码 / 写配置 / 复位」等在线问答。
无需真实车辆，完全可控、可复现。

- 协议：**ISO 14229（UDS）** + **ISO 15765-2（CAN TP）** + **ISO 15031-6（DTC 格式）**
- 架构：参考 **AUTOSAR** 分层思想（MCAL / CanIf / CanTp / DCM）组织代码
- 已实现 **8 个诊断服务**：0x10、0x11、0x14、0x19、0x22、0x27、0x2E、0x3E
- 支持诊断会话管理、安全访问（种子/密钥 + 失败锁定）、DTC 读取与故障码快照
- 已用 USB-CAN 分析仪（CANable）+ Cangaroo 完成单帧、多帧、否定响应全流程抓帧验证

**硬件与参数**

| 项目 | 说明 |
|------|------|
| MCU | STM32F407VET6（Cortex-M4F @168MHz，512KB Flash） |
| CAN 收发器 | TJA1050 / SN65HVD230 |
| CAN 接口 | CAN1（PA11=RX，PA12=TX），**125 kbps**，Prescaler=56 / BS1=3 / BS2=2 / SJW=2 |
| 调试串口 | USART1（PA9=TX，PA10=RX，115200-8N1） |
| USB-CAN 工具 | CANable 2.0（SLCAN 协议） |
| 报文 ID | 物理寻址 0x7E0 → 0x7E8；功能寻址 0x7DF |
| 开发环境 | STM32CubeMX 6.18 + Keil MDK-ARM（ARMCC） |
| RTOS | FreeRTOS V10.3.1（CMSIS-RTOS V2 封装） |

#### 软件架构

**分层结构**

```
┌───────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 应用层   My_Application/                                              │
│   DID 表（VIN/硬件版本/可写配置） · 会话状态 · 安全等级 · DTC 表与快照 │
├───────────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ UDS 层   uds_service.c  +  UDSLogic/SIDxx_*.c                         │
│   配置表驱动的服务分发引擎（会话/安全/长度校验 + NRC）· 8 个服务实现   │
├───────────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ TP 层    My_Transport/can_tp.c                                        │
│   ISO 15765-2：单帧/首帧/连续帧/流控帧 · 多帧拆包组包 · 4095B 缓冲     │
├───────────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ 驱动层   My_Drivers/drv_can.c · drv_timer.c                           │
│   CAN 中断 + FreeRTOS 队列 · ID 验收滤波 · 统一软件定时器管理          │
├───────────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ 基础层   Core/（CubeMX + HAL）· Middlewares/（FreeRTOS）              │
│   MCAL 外设驱动 · 任务调度 · 时基（TIM6 给 HAL，SysTick 给 FreeRTOS）  │
└───────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
```

**模块职责与 AUTOSAR 对应关系**

| 目录 / 模块 | 职责 | AUTOSAR 对应层 |
|---|---|---|
| `Core/` | 外设初始化、时钟、中断向量（CubeMX 生成，用户代码隔离） | MCAL |
| `My_Drivers/drv_can.c` | CAN 收发、32 位 ID 列表滤波（0x7E0/0x7DF）、中断→队列分发 | CanDrv + CanIf |
| `My_Transport/can_tp.c` | ISO 15765-2 拆包组包、流控、序号校验 | **CanTp** |
| `My_Application/uds_service.c` | 服务分发引擎：查表 → 会话 → 长度 → 安全 → 调用 handler | **DCM** |
| `My_Application/UDSLogic/SIDxx_*.c` | 每个服务一个文件，含 `check_len()` 与 `service_xxx()` | DCM 服务实现 |
| `My_Application/Src/service_cfg.c` | 服务配置表（函数指针表），新增服务只需加一行 | DCM 配置 |
| `My_Application/Src/DID_Table.c` | DID 数据源（0xF190 / 0xF180 / 0xF1C0） | SWC / 应用层 |
| `My_Drivers/drv_timer.c` | 统一超时管理（N_As…N_Cr、P2/P2\*/S3/S2 共 10 个实例） | OS / BswM 计时 |

**目录结构**

```
STM_UDS/
├── Core/                     CubeMX 生成：main.c / can.c / usart.c / freertos.c / it.c
├── My_Drivers/               用户驱动层
│   ├── Inc/  drv_can.h  drv_timer.h
│   └── Src/  drv_can.c  drv_timer.c
├── My_Transport/             ISO 15765-2 传输层
│   ├── Inc/  can_tp.h
│   └── Src/  can_tp.c
├── My_Application/           UDS 应用层
│   ├── Inc/  uds.h  uds_service.h  DID_Table.h  service_cfg.h
│   ├── Src/  uds_service.c  DID_Table.c  service_cfg.c
│   └── UDSLogic/             SID10 / SID11 / SID14 / SID19 / SID22 / SID27 / SID2E / SID3E
├── Drivers/                  STM32F4xx HAL 库
├── Middlewares/              FreeRTOS 源码
├── MDK-ARM/                  Keil 工程（Fake_CarECU.uvprojx）
├── Fake_CarECU.ioc           CubeMX 工程文件
├── Fake_CarECU_PROJECT_DOC.md      详细设计文档（协议知识 + 模块详解）
└── Fake_CarECU_测试流程_导师版.md   可复现测试流程（面向非专业评审）
```

**数据流**

```
接收：CAN 总线 → drv_can（中断取帧 + 入队）→ CAN_Rx_Task（阻塞消费）
      → can_tp（SF 直取 / FF+CF 组包）→ UDS_Process（查表 + 校验）
      → SIDxx handler（读 DID 表 / 改会话 / 查 DTC）→ uds_positive_rsp / uds_negative_rsp

发送：响应报文 → can_tp（≤7B 走单帧；>7B 发 FF → 等 FC → 连续发 CF）
      → drv_can → CAN 总线
```

#### 安装教程

**1. 硬件准备**

| 物品 | 说明 |
|------|------|
| STM32F407VET6 开发板 | 核心板或最小系统板均可 |
| CAN 收发器 | TJA1050 / SN65HVD230（板载则跳过） |
| USB-CAN 分析仪 | CANable 2.0 或周立功等支持 SLCAN 的工具 |
| USB-UART 模块 | CH340 / CP2102，用于串口调试输出 |
| 120Ω 终端电阻 | 总线两端各一个（CANable 侧可用拨码开关） |

**2. 接线（关键：必须共地）**

```
STM32 板              CANable 2.0
┌─────────┐          ┌──────────┐
│ CAN_H   ├──────────┤ CAN_H    │
│ CAN_L   ├──────────┤ CAN_L    │
│ GND     ├──────────┤ GND      │   ← 不共地会完全不通！
│ PA9/PA10├──────────┤ USB → PC │
└─────────┘          └──────────┘
                120Ω 拨码开关：ON
```

**3. 编译与下载**

1. 安装 Keil MDK-ARM 5.x，并确保已安装 `STM32F4xx_DFP` 器件支持包；
2. 打开 `MDK-ARM/Fake_CarECU.uvprojx`；
3. **Rebuild All**（不要只增量编译——曾因旧 obj 导致 HAL 时基未生效而卡死）；
4. 编译下载到开发板，复位运行。

> 如需修改波特率/时钟等外设配置，用 STM32CubeMX 打开 `Fake_CarECU.ioc` 重新生成；
> 用户代码全部隔离在 `My_*` 目录中，重新生成不会丢失。

#### 使用说明

**1. 上电检查**

- LED 闪烁表示系统运行；USART1（115200-8N1）会输出 CAN TP 多帧发送完成等调试信息。
- 会话状态可用 LED 指示：默认会话 / 扩展会话 / 编程会话 闪烁频率不同。

**2. Cangaroo 配置**

| 参数 | 值 |
|------|-----|
| Interface | CANable 对应的 COM 口（如 COM5） |
| Bitrate | 125000 |
| Listen only | **不勾**（需要 CANable 发 ACK） |
| One-Shot | 不勾 |
| Auto-Restart on bus off | 建议勾 |

操作：`Measurement → Start Measurement`，在 Transmit View 填 ID 与数据后 Send。
**每次拔插/复位硬件后需 Stop → Start 重新初始化。**

**3. 常用测试帧（请求 → 期望响应）**

| 用途 | 请求 ID | 请求数据 | 期望响应（0x7E8） |
|------|---------|----------|------------------|
| 进扩展会话 | 0x7E0 | `02 10 03 00 00 00 00 00` | `06 50 03 00 32 01 F4` |
| 进编程会话 | 0x7E0 | `02 10 02 00 00 00 00 00` | `06 50 02 00 32 01 F4`（需先处于扩展会话，否则回 `7F 10 33`） |
| 回默认会话 | 0x7E0 | `02 10 01 00 00 00 00 00` | `06 50 01 00 32 01 F4` |
| 保持在线 | 0x7E0 | `02 3E 00 00 00 00 00 00` | `02 7E 00 00 00 00 00 00` |
| 保持在线（抑制响应） | 0x7E0 | `02 3E 80 00 00 00 00 00` | 无响应（仅刷新 S3 定时器） |
| 读 VIN | 0x7E0 | `03 22 F1 90 00 00 00 00` | 多帧：FF→FC→CF，共 20 字节 `62 F1 90` + 17B VIN |
| 读硬件版本 | 0x7E0 | `03 22 F1 80 00 00 00 00` | 多帧：`62 F1 80` + `HW_1.0` |
| 不存在的 DID | 0x7E0 | `03 22 12 34 00 00 00 00` | `03 7F 22 31` |
| 安全访问-请求种子 | 0x7E0 | `02 27 01 00 00 00 00 00` | `06 67 01 11 22 33 44` |
| 安全访问-发密钥 | 0x7E0 | `06 27 02 44 77 66 11 00` | `02 67 02`（密钥 = 种子 XOR 0x55） |
| 写可写 DID（未解锁） | 0x7E0 | `07 2E F1 C0 01 02 03 04` | `03 7F 2E 33`（securityAccessDenied） |
| 写可写 DID（已解锁） | 0x7E0 | `07 2E F1 C0 01 02 03 04` | `03 6E F1 C0` |
| 读 DTC 数量 | 0x7E0 | `03 19 01 FF 00 00 00 00` | `06 59 01 FF 00 00 03`（共 3 个） |
| 读 DTC 列表 | 0x7E0 | `03 19 02 FF 00 00 00 00` | 多帧 `59 02 FF` + 3×(DTC 3B + 状态 1B) |
| 读 DTC 快照 | 0x7E0 | `06 19 04 05 56 01 01 00` | `59 04` + DTC + 状态 + 快照项（0xF120 转速 / 0xF121 车速 / 0xF122 电压） |
| 清除全部 DTC | 0x7E0 | `04 14 FF FF FF 00 00 00` | `01 54` |
| ECU 硬复位 | 0x7E0 | `02 11 01 00 00 00 00 00` | `02 51 01` 后复位重启 |
| 不支持的服务 | 0x7E0 | `01 FF 00 00 00 00 00 00` | `03 7F FF 11` |

> 注 1：请求帧首字节是 ISO 15765-2 的 PCI（低 4 位为 UDS 报文长度），不是 UDS 数据本身。
> 注 2：0x11 / 0x14 / 0x2E 需要先通过 0x27 解锁（安全等级 Level 1）。
> 注 3：DTC 示例为 P0562（电压过低）、B1000（车身 ECU）、U0100（通信丢失）。

**4. 多帧交互示例（读 VIN）**

```
诊断仪 (0x7E0)                      ECU (0x7E8)
    │ 03 22 F1 90 ────────────────→  │   单帧请求
    │                                │
    │ ←──── 10 14 62 F1 90 ...       │   首帧 FF：总长 0x014 = 20 字节
    │ 30 00 00 ... ────────────────→  │   流控帧 FC：FS=0 继续，BS=0，STmin=0
    │ ←──── 21 ...                   │   连续帧 CF，SN=1
    │ ←──── 22 ...                   │   连续帧 CF，SN=2
    │ ←──── 23 ...                   │   连续帧 CF，SN=3（结束）
```

**5. 通信不通时的排查顺序**

1. CANable 与 STM32 **是否共地**（最容易漏，症状是 CAN_H/L 电压正常但完全不通）；
2. CAN_H 接 CAN_H、CAN_L 接 CAN_L 是否接反；
3. 总线两端是否各有 1 个 120Ω 终端电阻；
4. 波特率是否都是 125 kbps，采样点是否接近（建议统一 87.5%）；
5. Cangaroo 是否已 Stop → Start（每次硬件变动后都要）。

#### 参与贡献

1. Fork 本仓库
2. 新建 `Feat_xxx` 分支
3. 提交代码
4. 新建 Pull Request

**代码约定**

- 分层原则：每层只调用下一层接口，跨层调用请先补接口；
- 中断里只做「取数据 + 入队」，耗时操作一律交给任务；
- 函数注释使用 Doxygen 风格（`@brief` / `@param` / `@retval` / `@note`）。

**新增一个 UDS 服务的步骤**

1. 在 `My_Application/UDSLogic/` 新建 `SIDxx_服务名.c` 与 `.h`；
2. 实现两个函数：`service_xx_check_len(data, len)` 与 `service_xx_服务名(data, len)`；
3. 在 `My_Application/Src/service_cfg.c` 的 `uds_service_list[]` 配置表里加一行
   （SID、处理函数、长度检查函数、会话支持位、所需安全等级）；
4. 把 `My_Application/Inc/service_cfg.h` 里的 `SID_NUM` 加 1；
5. 把新文件加入 Keil 工程分组并编译。

**分发引擎本身不需要改动**——这正是配置表驱动的意义。

#### 特技

- **配置表驱动的服务分发**：函数指针表把「SID / 处理函数 / 长度检查 / 会话支持位 / 安全等级要求」
  收敛成一张表，引擎只做查表与校验，加服务零侵入。
- **中断-任务彻底解耦**：CAN 中断回调仅 `xQueueSendToBackFromISR` + `portYIELD_FROM_ISR`，
  由独立任务 `xQueueReceive(portMAX_DELAY)` 阻塞消费，既不在中断里打印也不丢帧。
- **完整的 ISO 15765-2 多帧状态机**：首帧 12 位长度解析、流控帧回发、连续帧 SN（模 16）校验、
  4095 字节重组缓冲、发送侧 FF → 等 FC → CF 全流程。
- **会话与安全的联动保护**：切会话强制回锁安全等级；S3 超时（5s 无 TesterPresent）自动回退默认会话，
  模拟真实 ECU 在诊断仪拔出后回到安全状态的行为。
- **故障码快照**：每个 DTC 关联转速 / 车速 / 电压三个 DID，按请求动态计算响应长度，还原故障现场数据。
- **踩坑记录已落文档**：FreeRTOS 中断优先级规则（`configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY`）、
  HAL 时基与 RTOS 时基分离、大结构体放栈导致崩溃、CAN 未共地等问题均在
  `Fake_CarECU_PROJECT_DOC.md` 中有完整的「现象 → 根因 → 修复」记录。

#### 已知限制与 Roadmap

> 以下为**尚未实现**的部分，如实标注以避免误解，也便于协作认领。

| 项 | 现状 | 计划 |
|---|---|---|
| Flash / NVM 持久化 | 未实现，DID 写入仅存 RAM，断电丢失 | 片内 Flash 模拟 EEPROM，Magic + CRC 校验、双扇区磨损平衡 |
| CAN TP 超时 | 10 个定时器实例已封装，仅 S3 真正接入 | 把 N_Ar / N_Br / N_Cs / N_Cr 接入 `can_tp.c` |
| STmin / BS / WT | 回发流控帧固定 `30 00 00`，连续帧未按 STmin 间隔发送 | 解析并遵守诊断仪下发的流控参数 |
| 故障自动记录 | DTC 表与快照目前为示例数据 | 由真实信号或故障注入触发，自动置位状态位并生成快照 |
| 未实现的服务 | 0x28、0x31、0x34/0x36/0x37（刷写）、0x85 | 按优先级补充，刷写流程优先 |
| 验证方式 | 手工 USB-CAN 抓帧，无单元测试 / HIL | 补 Python + CANable 自动化回归脚本 |
| 其他 | 无 CAN FD、无 LIN、无网络管理（NM）、未使用扩展帧（29 位 ID） | 视需求扩展 |