一、UDS协议简介
UDS，全称Unified Diagnostic Services，即统一诊断服务，它是一种用于车辆诊断场景的通信协议，被广泛应用于汽车电子中测试设备(诊断仪软件、数据记录器等)和ECU之间的数据通信，它基于ISO-14229标准，通过CAN总线或以太网发送和接收消息。
UDS协议主要用于汽车电子控制单元(ECU)的诊断和调试，诊断仪可以向ECU发送特定的请求，从而获取ECU的状态信息和故障码，这些状态信息被用于辅助开发人员诊断和解决车辆故障问题，比如发动机异常、变速箱问题、防抱死制动系统(ABS)故障等。
UDS协议除了可以查询车辆的关键信息，它也可以让车载ECU执行一些简单的测试用例，或者根据需要重新刷写ECU固件。
UDS通信是基于客户端-服务器(C/S)的通信模式，客户端向服务器发起通信，请求查询诊断信息，服务器做出响应并返回诊断信息或者错误码。
设想的诊断场景，诊断仪与汽车之间的通信：
实际的诊断场景，诊断仪与汽车ECU之间的通信：
UDS通信常见的用途有：
固件刷新后重置ECU。
读取和清除保存在车辆中的诊断故障代码。
使用加解密算法安全访问ECU，以获取车辆中的各种参数。
上传和下载车辆中的数据包。
UDS协议的优点：
UDS协议定义了一套标准的诊断服务，这种标准化允许来自不同供应商的诊断工具与车载ECU之间进行通信。
应用广泛，UDS协议广泛用于现代主流汽车品牌，并已成为大多数车载应用中的主要诊断方案。
支持多种传输协议，灵活性很大，UDS通信报文可以基于多种协议进行传输，包括CAN、FlexRay、以太网等。
安全级别很高，UDS协议支持多种会话模式和安全级别，有助于防止未经授权的数据访问。
二、UDS协议与ISO-14229标准
UDS协议是ISO-14229标准的一个子集， ISO-14229标准中，涉及UDS协议的部分如下：
ISO 14229-1：UDS协议的规范和要求。
ISO 14229-2：UDS协议的会话层服务。
ISO 14229-3：基于CAN总线的统一诊断服务，即UDSonCAN。
ISO 14229-4：基于FlexRay总线的统一诊断服务，即UDSonFR。
ISO 14229-5：基于IP协议的统一诊断服务，即UDSonIP。
ISO 14229-6：基于K-Line总线的统一诊断服务，即UDSonK-Line。
ISO 14229-7：基于LIN总线的统一诊断服务，即UDSonLIN。
三、DTC故障码简介
DTC，全称Diagnostic Trouble Code，即诊断故障码。当车载系统检测到了一个错误时，它将错误信息存储为诊断故障代码。UDS诊断服务支持读取或清除DTC。车载ECU在运行期间产生DTC故障信息，然后由测试人员通过诊断仪远程读取DTC信息。
DTC一共由4个字节组成，最高字节属于保留字节，未被使用，剩下3个字节分别代表DTCHighByte、DTCMiddleByte和DTCLowByte。
DTC故障码示意图：
如图所示，第一个DTC字符代表DTC的分类，DTC故障码通常分为四个大类，即”PCBU”，含义如下：
“P”表示动力系统有问题，它包括发动机、变速箱、传动系统和燃油系统。
“C”表示底盘有问题，它是指乘客舱外的机械系统，例如转向、悬架和制动。
“B”表示身体有问题，它涵盖了在乘客舱区域发现的部件。
“U”表示网络和软件集成有问题，表示OBD监控的车载软件和集成功能存在问题。
四、DID标识符简介
DID，全称Data Identifier，即数据标识符，是用于查询ECU内存中特定数据的存储位置的ID编号，可以理解为诊断数据的地址编号。通过DID可以找到ECU中的车载VIN码、固件版本等信息。
DID通常被设计为2个字节长度，即16个比特位，可以表示从0x0000到0xFFFF之间的值，比如0xF191。
常见的DID举例：
五、SID与子函数
1.SID：每个诊断服务都有唯一的SID，用来指示诊断工具希望ECU执行的操作类型。
常用的诊断服务与SID如下：
2.Sub-function：每个诊断服务特有的子函数，有的诊断服务不需要指定子函数。
子函数的比特位分布如下：
Bit7：正响应抑制位，全称时Suppress Positive Response，bit7=1时，抑制正响应，此时不需要ECU给出响应，bit7=0时，需要ECU给出响应。
Bit6~Bit0：这7个bit用来指定具体的Sub-function。
举例：SID=10，会话切换场景
(1)、抑制正响应，Sub-function byte=0x83
(2)、不抑制正响应，Sub-function byte=0x03
六、UDS通信的消息类型
1.请求消息
诊断仪向ECU发送的请求消息。
2.肯定响应消息
肯定响应(Positive Response)，又被称为正响应，是ECU上服务执行成功时返回的响应。
3.否定响应消息
否定响应(Negative Response)，又被称为负响应，是ECU上服务执行失败时返回的响应。
4.UDS通信中的完整PDU(Protocol Data Unit)结构示意图
七、UDS通信的报文格式
客户端请求的报文格式：
Request SID + Sub-function byte + Data Parameters
Request SID + Data Parameters
服务端肯定响应的报文格式：
Response SID + Sub-function byte + Data Parameters
Response SID + Data Parameters
服务端否定响应的报文格式：
Negative Response SID + Request SID + Negative Response Code
协议字段的具体长度如下：
Request SID长度：1字节。
Response SID长度：1字节。
Sub-function byte长度：1字节。
Data Parameters长度：不固定。
否定响应报文长度：固定为3个字节。
Negative Response SID长度：固定值为0x7F，1个字节。
Request SID长度：1个字节。
Negative Response Code长度：1个字节。
Negative Response Code，即NRC码，被用于指示诊断服务执行失败后，返回否定响应的具体原因，不同NRC码的取值对应不同的否定响应原因。
常见的NRC负响应码：
八、UDS通信的寻址方式
1.物理寻址(Physical Addressing)
特点：点对点通信，一对一。
实现细节：根据物理地址的不同进行访问，但只能访问单个ECU节点，Tester为SA源地址，ECU作为TA。不同车厂，不同零部件的物理寻址方式都是不同的。
2.功能寻址(Functional Addressing)
特点：广播通信，一对多。
实现细节：根据功能的不同进行访问，它能访问多个ECU节点。在车载场景中，发送一次请求，可以收到来自多个ECU的响应。
推荐采用物理寻址的诊断服务：
0x19 Read DTC Information
0x34 Request Download
0x36 Transfer Data
0x37 Request Transfer Exit
0x2E Write Data By Identifier
推荐采用物理寻址+功能寻址的诊断服务：
0x10 Diagnostic Session Control
0x11 ECU Reset
0x27 Security Access
0x28 Communication Control
0x22 Read Data By Identifier
九、UDS通信的报文实战
通信场景：SID=10，会话切换场景
(1)、ECU返回肯定响应示意图
(2)、ECU返回否定响应示意图
样例对应的报文数据，以CAN报文为例：
1.发送请求报文：02 10 03 00 00 00 00 00
02：0表示单帧，2表示后面的数据有2个字节，它是UDS报文头部的PCI字节，了解即可。
10：诊断会话控制服务的SID。
03：表示子功能，对应扩展诊断会话。
后面的00是填充位。
2.肯定响应报文：06 50 03 00 32 01 F4 AA
06：0表示单帧，6表示后面的数据有6个字节，它是UDS报文头部的PCI字节，了解即可。
50：肯定响应码，由请求的SID值加上0x40计算得出。
03：表示子功能，对应扩展诊断会话。
00 32 01 F4：表示具体的参数。
后面的AA是填充位。
3.否定响应报文：03 7F 10 88 AA AA AA AA
03：0表示单帧，3表示后面的数据有3个字节，它是UDS报文头部的PCI字节，了解即可。
7F：固定值0x7F，为否定响应的SID。
10：诊断会话控制服务的SID。
88：为否定应答码，即NRC，表示车速过高。
后面的AA是填充位。
十、参考阅读
https://nvdungx.github.io/unified-diagnostic-protocol-overview/
https://www.calamp.com/blog/dtc-codes/
https://automotive.softing.com/fileadmin/sof-files/pdf/de/ae/poster/UDS_Faltposter_softing2016.pdf
https://www.csselectronics.com/pages/uds-protocol-tutorial-unified-diagnostic-services
https://embetronicx.com/uds-diagnostic-protocol-tutorials/
https://automotivevehicletesting.com/vehicle-diagnostics/uds-protocol/
https://automotivevehicletesting.com/physical-addressing-vs-functional-addressing-in-can/
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