ISO 15765-2 (ISO-TP)¶

概述¶

ISO 15765-2，也称为ISO-TP，是一种专门为CAN上的诊断通信定义的传输协议。它广泛应用于汽车工业，例如作为UDSonCAN（ISO 14229-3）或排放相关诊断服务（ISO 15031-5）的传输协议。

ISO-TP可用于基于CAN CC（又名经典CAN）和CAN FD（具有灵活数据速率的CAN）的网络。它也被设计为与使用SAE J1939作为数据链路层的CAN网络兼容（但这并非强制要求）。

使用的规范¶

ISO 15765-2:2024 : 道路车辆 - 基于控制器局域网 (DoCAN) 的诊断通信。第 2 部分：传输协议和网络层服务。

寻址¶

在其最简单的形式中，ISO-TP基于连接到同一网络的节点的两种寻址模式

物理寻址由两个节点特定的地址实现，用于1对1通信。
功能寻址由一个节点特定的地址实现，用于1对N通信。

可以采用三种不同的寻址格式

“normal”：每个地址都简单地由一个CAN ID表示。
“extended”：每个地址由一个CAN ID加上CAN有效负载的第一个字节表示；两个地址之间的CAN ID和有效负载内的字节都应该不同。
“mixed”：每个地址由一个CAN ID加上CAN有效负载的第一个字节表示；两个地址之间的CAN ID不同，但附加字节相同。

传输协议和相关帧类型¶

当使用ISO-TP协议传输数据时，有效负载可以容纳在一个CAN消息中，也可以不容纳，还要考虑到协议产生的开销和可选的扩展寻址。在第一种情况下，数据使用所谓的单帧（SF）一次性传输。在第二种情况下，ISO-TP定义了一个多帧协议，其中发送方提供（通过第一帧 - FF）要传输的PDU长度，并请求流控制（FC）帧，该帧提供宏数据块的最大支持大小（blocksize）以及组成该块的单个CAN消息之间的最短时间（stmin）。一旦收到此信息，发送方开始发送包含数据有效负载片段的帧（称为连续帧 - CF），并在每个blocksize大小的块后停止，以等待来自接收方的确认，接收方应发送另一个流控制帧，以通知发送方其接收更多数据的可用性。

如何使用ISO-TP¶

与其他CAN协议一样，ISO-TP堆栈支持内置于用于CAN总线的Linux网络子系统，又名。Linux-CAN或SocketCAN，因此遵循相同的套接字API。

创建和基本使用ISO-TP套接字¶

要使用ISO-TP堆栈，应使用#include <linux/can/isotp.h>。然后可以使用PF_CAN协议族、SOCK_DGRAM类型（因为底层协议在设计上是基于数据报的）和CAN_ISOTP协议来创建套接字

s = socket(PF_CAN, SOCK_DGRAM, CAN_ISOTP);

成功创建套接字后，应调用bind(2)将套接字绑定到所需的CAN接口；为此

应在提供给调用的sockaddr中指定TX CAN ID。
还应指定RX CAN ID，除非已通过套接字选项设置了广播标志（如下所述）。

绑定到接口后，可以使用常用的read(2)和write(2)系统调用以及send(2)、sendmsg(2)、recv(2)和recvmsg(2)来读取和写入套接字。与CAN_RAW套接字API不同，只有ISO-TP数据字段（实际有效负载）由用户空间应用程序使用这些调用发送和接收。地址信息和协议信息由ISO-TP堆栈使用套接字创建期间提供的配置自动填充。同样，堆栈将在需要时使用传输机制（即，当数据有效负载的大小超过底层CAN总线的MTU时）。

用于SocketCAN的sockaddr结构具有用于ISO-TP的扩展，如下所示

struct sockaddr_can {
    sa_family_t can_family;
    int         can_ifindex;
    union {
        struct { canid_t rx_id, tx_id; } tp;
    ...
    } can_addr;
}

can_family和can_ifindex与用于其他SocketCAN套接字的目的相同。
can_addr.tp.rx_id指定接收（RX）CAN ID，并将用作RX过滤器。
can_addr.tp.tx_id指定发送（TX）CAN ID

ISO-TP套接字选项¶

创建ISO-TP套接字时，会设置合理的默认值。可以使用setsockopt(2)修改某些选项，和/或使用getsockopt(2)读取这些选项。

常规选项¶

可以使用CAN_ISOTP_OPTS optname传递常规套接字选项

struct can_isotp_options opts;
ret = setsockopt(s, SOL_CAN_ISOTP, CAN_ISOTP_OPTS, &opts, sizeof(opts))

其中can_isotp_options结构具有以下内容

struct can_isotp_options {
    u32 flags;
    u32 frame_txtime;
    u8  ext_address;
    u8  txpad_content;
    u8  rxpad_content;
    u8  rx_ext_address;
};

flags：应用于ISO-TP堆栈默认行为的修饰符。以下标志可用
- CAN_ISOTP_LISTEN_MODE：仅侦听（不发送FC帧）；通常用作测试功能。
- CAN_ISOTP_EXTEND_ADDR：使用ext_address中指定的字节作为附加地址组件。如果单独使用，这将启用“混合”寻址格式；如果与CAN_ISOTP_RX_EXT_ADDR结合使用，则启用“扩展”寻址格式。
- CAN_ISOTP_TX_PADDING：启用发送帧的填充，使用txpad_content作为填充字节的值。
- CAN_ISOTP_RX_PADDING：启用接收帧的填充，使用rxpad_content作为填充字节的值。
- CAN_ISOTP_CHK_PAD_LEN：检查接收帧上正确的填充长度。
- CAN_ISOTP_CHK_PAD_DATA：根据rxpad_content检查接收帧上的填充字节；如果未指定CAN_ISOTP_RX_PADDING，则忽略此标志。
- CAN_ISOTP_HALF_DUPLEX：强制ISO-TP套接字进入半双工模式（即，传输机制只能是同时传入或传出，而不能两者兼有）。
- CAN_ISOTP_FORCE_TXSTMIN：忽略来自接收到的FC的stmin；通常用作测试功能。
- CAN_ISOTP_FORCE_RXSTMIN：忽略取决于rx stmin的CF；通常用作测试功能。
- CAN_ISOTP_RX_EXT_ADDR：在接收路径上使用rx_ext_address而不是ext_address作为扩展寻址字节。如果与CAN_ISOTP_EXTEND_ADDR结合使用，此标志有效地启用“扩展”寻址格式。
- CAN_ISOTP_WAIT_TX_DONE：在从write(2)和send(2)调用返回之前，等待直到发送完帧（即，阻塞写入操作）。
- CAN_ISOTP_SF_BROADCAST：使用1对N功能寻址（不能与CAN_ISOTP_CF_BROADCAST一起指定）。
- CAN_ISOTP_CF_BROADCAST：使用1对N传输，无需流量控制（不能与CAN_ISOTP_SF_BROADCAST一起指定）。注意：这不在ISO 15765-2标准范围内。
- CAN_ISOTP_DYN_FC_PARMS：启用流控制参数的动态更新。
frame_txtime：帧传输时间（在ISO标准中定义为N_As/N_Ar）；如果0，则使用默认值（或最后设置的值）。要将传输时间设置为0，应使用CAN_ISOTP_FRAME_TXTIME_ZERO宏（等于0xFFFFFFFF）。
ext_address：扩展寻址字节，如果指定了CAN_ISOTP_EXTEND_ADDR标志，则使用该字节。
txpad_content：用作发送帧的填充值的字节。
rxpad_content：用作接收帧的填充值的字节。
rx_ext_address：接收路径的扩展寻址字节，如果指定了CAN_ISOTP_RX_EXT_ADDR标志，则使用该字节。

流控制选项¶

可以使用CAN_ISOTP_RECV_FC optname传递流控制（FC）选项，以提供用于接收ISO-TP PDU的通信参数。

struct can_isotp_fc_options fc_opts;
ret = setsockopt(s, SOL_CAN_ISOTP, CAN_ISOTP_RECV_FC, &fc_opts, sizeof(fc_opts));

其中can_isotp_fc_options结构具有以下内容

struct can_isotp_options {
    u8 bs;
    u8 stmin;
    u8 wftmax;
};

bs：在流控制帧中提供的块大小。
stmin：在流控制帧中提供的最小间隔时间；可以具有以下值（其他值已保留）
- 0x00 - 0x7F : 0 - 127 毫秒
- 0xF1 - 0xF9 : 100 微秒 - 900 微秒
wftmax：在流控制帧中提供的最大等待帧数。

链路层选项¶

可以使用CAN_ISOTP_LL_OPTS optname传递链路层（LL）选项

struct can_isotp_ll_options ll_opts;
ret = setsockopt(s, SOL_CAN_ISOTP, CAN_ISOTP_LL_OPTS, &ll_opts, sizeof(ll_opts));

其中can_isotp_ll_options结构具有以下内容

struct can_isotp_ll_options {
    u8 mtu;
    u8 tx_dl;
    u8 tx_flags;
};

mtu：生成和接受的CAN帧类型，可以等于CAN_MTU用于经典CAN帧，或等于CANFD_MTU用于CAN FD帧。
tx_dl：发送帧的最大有效负载长度，可以具有以下值之一：8、12、16、20、24、32、48、64。大于8的值仅适用于CAN FD流量（即：mtu = CANFD_MTU）。
tx_flags：在帧创建时设置到struct canfd_frame.flags中的标志。仅适用于CAN FD流量（即：mtu = CANFD_MTU）。

传输 stmin¶

可以使用CAN_ISOTP_TX_STMIN optname强制传输最小间隔时间（stmin），并以32位无符号整数的形式提供以微秒为单位的stmin值；这将覆盖接收方在流控制帧中发送的值

uint32_t stmin;
ret = setsockopt(s, SOL_CAN_ISOTP, CAN_ISOTP_TX_STMIN, &stmin, sizeof(stmin));

接收 stmin¶

可以使用CAN_ISOTP_RX_STMIN optname强制接收最小间隔时间（stmin），并以32位无符号整数的形式提供以微秒为单位的stmin值；接收到的连续帧（CF）的时间戳差异小于该值将被忽略

uint32_t stmin;
ret = setsockopt(s, SOL_CAN_ISOTP, CAN_ISOTP_RX_STMIN, &stmin, sizeof(stmin));

多帧传输支持¶

Linux内核中包含的ISO-TP堆栈支持标准定义的多帧传输机制，但具有以下约束

PDU的最大大小由模块参数定义，在构建时施加了硬性限制。
当传输正在进行时，后续对write(2)的调用将阻塞，而对send(2)的调用将阻塞或失败，具体取决于是否存在MSG_DONTWAIT标志。
不支持发送“等待帧”：PDU是否可以完全接收是在收到第一帧时决定的。

错误¶

以下错误会报告给用户空间

RX路径错误¶

-ETIMEDOUT	数据接收超时
-EILSEQ	多帧接收期间的序列号不匹配
-EBADMSG	数据接收填充错误

TX路径错误¶

-ECOMM	流控制接收超时
-EMSGSIZE	流控制接收溢出
-EBADMSG	流控制接收布局/填充错误

示例¶

基本节点示例¶

以下示例使用“normal”物理寻址实现一个节点，RX ID等于0x18DAF142，TX ID等于0x18DA42F1。所有选项都保留为其默认值。

int s;
struct sockaddr_can addr;
int ret;

s = socket(PF_CAN, SOCK_DGRAM, CAN_ISOTP);
if (s < 0)
    exit(1);

addr.can_family = AF_CAN;
addr.can_ifindex = if_nametoindex("can0");
addr.can_addr.tp.tx_id = 0x18DA42F1 | CAN_EFF_FLAG;
addr.can_addr.tp.rx_id = 0x18DAF142 | CAN_EFF_FLAG;

ret = bind(s, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));
if (ret < 0)
    exit(1);

/* Data can now be received using read(s, ...) and sent using write(s, ...) */

Linux内核

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