SAE J2534 (第二部分): 使用 2004 API

本技术博客是介绍SAE J2534的三部分系列博客的第二部分。本系列介绍SAE J2534(包括其多个版本)，描述如何使用2004 API，然后说明如何开始使用Kvaser和J2534。

要有效地使用J2534 API，你既需要了解你使用的协议，还需要了解该协议的API操作序列 – 而J2534实际上尽力让协议不可知。让我们先简要概述一下它所支持的基于CAN的协议(直到J2534-2 2019)，然后简要介绍一下如何通过J2534 API使用每种协议。

我们将介绍Kvaser的J2534 DLL目前支持的四种协议：CAN 2.0、CAN FD、ISO-TP和 ISO-TP FD。在J2534中，它们有单独的协议“ID”，我们将把它们作为单独的协议来对待，但实际上它们有细微的差别。这两个FD协议实际上是无FD版本的CAN升级版本，支持CAN可变速率格式(FD)，同时还提供普通CAN版本的所有功能。还值得一提的是，ISO-TP (具备或不具备FD)是在CAN (对应2.0或FD)之上的高级协议。

作为下列所有协议的基础，CAN 2.0(有时称为经典CAN)是一个容错协议，用于传输称为帧的报文，广播给总线上的所有节点。这些帧由CAN数据(最长为8字节)和CAN ID组成，CAN ID长度可以是11(标准)或29(扩展)位，用于确定哪些帧优先进入总线，这称为“仲裁”。然后这些帧在总线上以预定义的比特率发送。

2015年，CAN的标准文件ISO11898得到升级，包括了CAN FD – 可变速率CAN。这意味着你现在可以选用一个比特率来仲裁CAN ID，和使用另一个(更高的比特率)来发送实际数据。通过更高的传输速度，我们还可以发送更大的帧，CAN数据长度为12、16、20、24、32、48和64个字节 – 在CAN 2.0已有的最长8个字节基础上。

在总线上，每帧数据都编码了，是否启用比特率转换(BRS)，由其传输的其中一个数据位决定。是否使用CAN 2.0或CAN FD的总体决定也在其中一个传输位中编码(尽管如果你不使用FD，就不能使用BRS)，这意味着支持CAN FD的设备能以三种不同格式读取和写入报文：

不过请注意，无论格式如何，我们仍然可以选择是需要11位还是29位ID。与BRS一起使用的两个比特率通常称为“仲裁比特率”和“数据比特率”(也可能在中间加入“-段”)。

ISO 15765是国际标准化组织制定的一系列标准。我们感兴趣的是它的第二部分，ISO 15765-2，它定义了“传输协议和网络层服务” — 我们尤其需要了解传输协议ISO-TP。

请注意不同的人赋予此协议不同的名称，因为该标准本身从未为其命名。J2534将其称为ISO 15765（尽管ISO 15765系列中还有四个其他标准），其他人将其称为ISO 15765-2（尽管该标准还包括标准化传输协议之外的大量内容），但我将继续称其为ISO-TP（ISO传输协议），因为这样最为清楚明了，仅指传输协议和字面上仅限传输协议。

现在深吸一口气，我们还没有真的开始查看ISO-TP的工作原理。ISO-TP是构建在CAN 2.0之上的更高级别协议，其主要目的是让报文可“分段”，分成多个CAN帧 — 这意味着你可以发送更长的报文。为了以一种有序的方式进行此操作，它在发送方和接收方之间使用往返沟通来控制帧的发送速度，并确保帧到达。

此往返沟通意味着，如果你想让报文分段，就必须把它发送给唯一的接收方。这是ISO-TP的最后一部分；报文可以一对一发送，也可以一方对多方发送。在ISO-TP术语中，一对一通信称为“物理寻址”， 一方对多方通信称为“功能寻址”。虽然这些术语常让感到更困惑而不是更清楚。

帧的分段

你要发送一条ISO-TP报文？如果它适合一个单个CAN帧，那么很简单，它将直接作为单个帧(SF)传输。对于一方对多方通信，这是唯一可行方法 — 一对多ISO-TP报文必须使用SF。

而一对一通讯可发送更长的报文。在这种情况下，发送器发送一个携带尽可能多有效负载的单个CAN帧 — 第一个帧(FF)，然后一个(单个)接收器被设置为必须答复一个流量控制(FC)帧。此操作可以暂停、取消或继续传输，在继续传输的情况下，它包含两个参数：STmin(最小间隔时间)和BS(块大小)，这两个参数将一直使用到下一个流量控制帧FC。

然后，发送器将发送一个包含有效载荷的CAN帧“块”，称为连续帧(CF)，其帧的数量多少由块大小(Block Size)控制。最小间隔时间是总线上发送CAN帧之间必须等待的时间。发送一个块后，发射器等待下一个FC，然后重复此过程。当整个有效负载传输完毕后，传输对话随即悄然停止。

Addressing寻址

网络中的每个节点都有一个地址，对于每条报文，该地址以几种方式之一被编译成“地址信息”，这其中有些方式是标准化的，有些不是，每种方式都有几种不同的变体 – 视其功能或物理寻址而定。

还好，J2534 API让将用户选择这一切。就API而言，每个ISO-TP报文都有一个地址。这可以是一个“扩展”地址 – 在这种情况下它比CAN ID长一个字节，也可以是一个普通地址 – 在这种情况下，它完全等同于CAN ID。

然后用户可以定义：

1. 以哪个地址接收单个帧SF。
2. 以哪个地址监听分段传输，以及回复每个分段传输的地址。
3. 哪些地址可以接收传输，以及哪些地址需要接收各个回复。

2016版ISO 15765-2在ISO-TP协议下增加了支持CAN FD。幸运的是，这对我们来说没有什么变化。你现在必须指定帧为CAN 2.0、CAN FD或是带有BRS的CAN FD，以及指定单个CAN FD帧的大小(你可能不需要每个帧都有64字节)。

另一个区别是，ISO-TP报文的有效负载最多为4095字节，而ISO-TP FD添加的新机制可使用4G字节(4294967296 字节)。

…其中J2534 API只能使用28或29个额外字节，总共4124或4123个字节，这取决于我们是否使用扩展寻址。这是因为报文放在静态大小的结构中。:/. (由于此原因，Kvaser API目前没有实现这种额外机制。)

现在你已经了解这个协议的发展过程，那么如何设置DLL以进行通讯呢？基本的调用顺序是：

1. PassThruOpen(): 打开一个设备(Kvaser DLL只有一个设备)。
2. PassThruConnect(): 使用特定的协议ID连接到设备上的通道。
3. 根据你的需要使用通道
4. PassThruDisconnect(): 断开通道
5. PassThruClose(): 关闭设备。

第一步是打开一个设备，第二步是让该设备连接到一个通道。基础J2534-1 2004只有一个设备，但你仍必须打开它才能连接到通道。如果DLL根据J2534-2实现对其他通道的访问，则可以使用同一设备连接多个通道，只要它们不使用同一个物理连接。

由于断开通道和关闭设备不是很有趣，从现在起将省略这些步骤。

请注意，所有API调用都会返回一个状态，如果一切正常，该状态将为status_NOERROR=0。否则，请调用PassThruGetLastError() 以获取对错误的更详细描述，例如，你提供的CAN ID是否太小或太大，或者是CAN数据出错，而不仅仅是ERR_INVALID_MSG。

协议ID: CAN, CAN_CH1, CAN_CH2…

CAN使用注册表中提供的通道号，CAN_CH1为CANlib通道0，CAN_CH2为CANlib通道1，等等。

1. PassThruOpen()
2. PassThruConnect(), 通过协议ID选择CANlib通道并给出比特率。在连接标志上，你必须指定通道需要发送11位或29位CAN ID的帧，或者两者都需要。
3. 无需任何设置即可发送报文。
4. PassThruStartFilter(), 定义应监测哪些CAN ID并将其报告给用户。在设置过滤器之前，无法看到来自总线的通讯。

协议IDs: FD_CAN_CH1, FD_CAN_CH2…

CAN FD无法使用注册表中的通道号，CHx ID的操作方式与CAN 2.0类似：FD_CAN_CH1是CANlib通道0，FD_CAN_CH2是CANlib通道1，等等。

1. PassThruOpen()
2. PassThruConnect(), 使用协议ID选择CANlib通道并给出仲裁比特率(仅限此比特率)。在连接标志中，你必须指定通道发送11位或29位CAN ID的帧，或者两种都需要。通道尚未连接。
3. PassThruIoctl(), SET_CONFIG(配置): 设置FD_CAN_DATA_PHASE_RATE为需要的数据比特率。通道现在已连接到CAN总线。
4. 无需任何设置即可发送报文。
5. PassThruStartFilter(), 定义应监测哪些CAN ID并将其报告给用户。在设置过滤器之前，无法看到来自总线的通讯。

即使你从不使用比特率切换，也必须在通道连接到CAN总线并发送和接收报文之前，指定数据比特率。

协议ID: ISO15765, ISO15765_CH1, ISO15765_CH2…

与CAN 2.0类似，ISO15765使用注册表中提供的通道号，ISO15765_CH1为CANlib通道0，ISO15765_CH2为CANlib通道1，等等。

1. PassThruOpen()
2. PassThruConnect(), 通过协议ID选择CANlib通道并给出比特率。在连接标志中，你必须指定通道发送11位或29位CAN ID的帧，或者两种都需要。
3. 无需任何设置即可发送非分段报文。
4. PassThruStartFilter(), 定义报文地址对。此通道将通过流量控制帧FC的传输地址响应具有接收地址的报文。分段报文也可以在传输地址上发送，在这种情况下，通道期待FC具有接收地址。当接收一对多(物理寻址)报文时，需要提供相同的地址两次(因为一对多报文从不需要流量控制帧FC)。

协议ID: FD_ISO15765_CH1, FD_ISO15765_CH2…

与CAN FD类似，当FD_ISO15765_CH1为CANlib通道0，FD_ISO15765_CH2为CANlib通道1等时，无法使用注册表中的通道号。

1. PassThruOpen()
2. PassThruConnect(), 通过协议ID选择CANlib通道并给出比特率。在连接标志中，你必须指定通道发送11位或29位CAN ID的帧，或者两种都需要。通道尚未连接。
3. PassThruIoctl(), SET_CONFIG: 设置FD_CAN_DATA_PHASE_RATE为需要的数据比特率。通道现在已连接到CAN总线。
4. 无需任何设置即可发送非分段报文。
5. PassThruStartFilter(), 定义报文地址对。此通道将通过流量控制帧FC的传输地址响应具有接收地址的报文。分段报文也可以在传输地址上发送，在这种情况下，通道期待FC具有接收地址。当接收一对多(物理寻址)报文时，需要提供相同的地址两次(因为一对多报文从不需要流量控制帧FC)。

定义

• ISO-TP

在15765-2:2011中定义的传输协议，不支持15765-2:2016引入的CAN FD。有时被简称为ISO 15765-2或ISO 15765。

• ISO-TP FD
  15765-2:2016中定义的传输协议(包括支持CAN FD)。
• CAN
  ISO 11898中定义的控制器局域网，是CAN 2.0和CAN FD的总称。
• CAN 2.0
  支持最大8字节数据的“经典” CAN，不支持比特率切换。
• CAN FD
  CAN灵活速率协议，支持比CAN 2.0更长的数据以及比特率切换。
• J2534
  一系列标准，指定Pass-Thru设备(通过式设备)和用于通过J2534 DLL与设备通信的Pass-Thru API。
• J2534 DLL
  DLL由接口制造商提供，兼容Pass-Thru API。
• Pass-Thru API

所有J2534 DLL的API，无论实际使用的是哪个公司的J2534 DLL，车辆制造商都可以使用此API。

• Pass-Thru设备
  通过J2534标准化的一种特定类型的设备，具备附带的J2534 DLL。

• Kvaser对SAE J2534的概述