全面講解系統診斷管理模塊設計

1.診斷故障基礎

當人患了疾病，便需要醫治，醫生根據各種檢驗結果找出病因，并得出診治策略。當汽車出現故障時，DTC故障碼就等同于“檢驗結果”，汽車工程師通過該標識碼便可以查表的方式獲得該故障信息，如故障觸發條件、故障解除條件、系統功能表現等，得出解決該故障的策略。 DTC（DiagnosticTrouble Code）顧名思義診斷故障碼，一種用來記錄當ECU發生或者檢測到某種故障時呈現給大家的標識碼。

1.1 DTC的組成

DTC故障碼是一個4個字節的標識符，由以下兩部分組成：DTC Catogory與Failure Type，其中DTC Catogory 又可以根據Powertrain、Body、Chasis、N etwork四大子系統來進一步定義其范圍，簡稱PBCU四大子系統，如下表所示：

1.2 DTC的意義

故障碼有以下兩點意義：

1）產線下線檢測：一輛車的零部件的開發，系統集成，整車組裝，其中涉及的流程之長，零部件數量之多，可以說是相當復雜。為了產線生產的車能正常下線，安全上路，就需要確保在車輛下線前，各零部件本身以及零部件相互配合是沒有問題的。因此在產線電檢流程中，會讀取整車故障碼，通過故障碼說明車輛是否正常。

2）車輛維修：當車輛出故障時，維修工程師是如何快速定位到故障零部件呢？車輛是由上萬個零部件組成，如果依賴于維修工程根據經驗慢慢排查，效率會極其低下。因此，維修工程師會使用診斷儀讀取整車故障碼，并將故障碼與故障現象對照，快速得出維修策略。

1.3 DTC故障類型

以非排放相關的ECU為例，可以將DTC故障類型分為以下幾個部分：

硬件故障：如RAM、Flash、CPU時鐘等硬件本身失效的問題

軟件故障：如配置字故障，標定故障或客戶定義的軟件功能性故障

外部環境故障：電壓過高或者欠壓、環境溫度過高或過低等

通訊相關故障：如報文丟失、信號無效，Checksum/Rolling 障等

1.4DTC狀態位介紹

每個DTC都有一個字節用來表示該故障的狀態，這個字節中每個bit的含義如下：

status Of DTC: bit field name	Bit	Bit state	Description
testFailed	0	0	DTC is not failed at the time of the request
testFailedThisOperationCycle	1	0	DTC failed during the current operation cycle
pendingDTC	2	0	DTC was not failed on the current or previous operation cycle
confirmedDTC	3	0	DTC is not confirmed at the time of the request
testNotCompletedSinceLastClear	4	0	DTC test was completed since the last code clear
testFailedSinceLastClear	5	0	DTC test never failed since last code clear
testNotCompletedThisOperationCycle	6	0	DTC test completed this operation cycle
warningIndicatorRequested	7	0	Server is not requesting warningIndicator to beactive

具體解釋如下： Bit0:請求時刻測試結果為失??； Bit1:在當前點火循環至少失敗過1次；

Bit2:在當前或者上一個點火循環測試結果不為失??；

Bit3:請求時刻DTC被確認，一般確認是在一個點火周期內發生錯誤1次；

Bit4:自上次清除DTC之后測試結果已完成，即測試結果為PASS或者FAIL結果；

Bit5:自上次清除DTC后測試結果都不是FAIL;

Bit6:在當前點火周期內測試結果已完成，即為PASS或FAIL狀態；

Bit7:ECU沒有得到點亮警示燈請求

1.5凍結幀與擴展數據

從上文可知，DTC中8bit位可以描述DTC狀態，但8個bit位能夠承載的信息是有限的，僅能說明故障是當前故障還是歷史故障。故障發生時的車速，溫度，油量，電量等關鍵信息怎么記錄呢？

UDS中規定了凍結幀可以用來記錄故障發生時的詳細情況，擴展數據可以提供故障碼相關的擴展信息，包括老化計數器。

類型	組成	內容
凍結幀	由一系列DID組成，用戶可以自定義DID內容	描述車速，溫度，油量，等信息
擴展信息	由一系列DID組成，DID內容由BSW規定	描述故障碼的額外信息，比如老化周期數量。

2.DEM詳解

2.1 DEM主要功能

Dem全稱Diagnostic Event Manager，負責診斷故障事件的處理，存儲診斷故障事件以及故障事件相關聯的數據（故障發生時溫度，車速等）。簡而言之，Dem發揮了AUTOSAR架構中故障”中央處理器作用”，用戶軟件模塊只需要將故障上報給DEM，所有故障信息的處理都由DEM執行：

1.故障確認前：用戶模塊上報故障的Debounce防抖處理，確保對應故障不為誤報故障。

2. 故障確認時：故障事件確認時的故障數據存儲至NVM，保證故障能長期保存。

3. 故障確認后：故障的老化，替代，實現故障修復后，故障能被清除的功能。例如，儀表上的發動機故障燈，在發動機修好后一段時間后就會熄滅。

2.2 DEM與其他模塊關系

1）DEM在AUTOSAR架構位置

Dem位于AUTOSAR架構系統服務層，系統服務層提供了以下服務：

1.操作系統調度與監控服務、

2.通信與網絡管理服務

3.存儲服務

4.診斷服務（UDS通信服務以及故障服務）

5.ECU狀態管理服務

從下面架構圖可以看出，Dcm與Dem作為“診斷雙雄”，完整提供了所有的診斷服務。區別在于，Dcm主修“UDS診斷通信服務”，對下與通信協議棧聯系，與外部診斷儀交互提供診斷通信服務（10,22等服務）；Dem主修故障診斷服務，與上層SWC，BSW模塊交互，接收故障上報，與NVM交互使用存儲功能。

AUTOSAR架構圖

2）Dem與其他模塊依賴關系

Dem與其他模塊關系鏈路圖

NVM: Nvm能夠提供存儲服務給Dem使用，即提供診斷故障存儲所需的NVM BLOCK。需要注意的是，Nvm給Dem提供了兩類存儲服務接口，Nvm_WriteBlock()供DEM實時存儲診斷故障，NvM_SetRamBlockStatus()供Dem下電存儲診斷故障，上述存儲模式可以在DTC配置屬性中體現。

DCM:從上圖中可以看出，DCM在接收到診斷儀的19服務（get Dtc），14服務（Clear Dtc）時，需要實時通過Dem獲取DTC數據以及對DTC進行清除操作。

ECUM：對Dem模塊執行初始化以及ShutDown操作。

SWC(Monitor)：監控診斷故障事件Event,通過使用Dem_SetEventStatus()函數，將Event狀態上報給Dem。使用Dem_SetOperationCycleState()對操作循環狀態進行控制。

2.3 DEM核心Event

在介紹DEM的具體功能前，先引入概念“Diagnosticevent”，“Diagnostic event”也是DEM模塊中最重要的元素。對于AUTOSAR軟件架構，DTC只是展示給診斷儀使用者，而Event才是DTC狀態實際操控者，同時Event也是診斷NVM數據存儲實際控制者。

各位讀者肯定會有如下問題：

為什么要引入 “Diagnostic event”呢？

“Diagnostic event”來源？

“Diagnostic event”有哪些特性呢？

“Diagnostic event”怎么控制DTC?

“Diagnostic event”怎么控制診斷數據存儲？

接下來將會給大家一一解答上述問題。

1）Event與DTC的聯系與區別

區別：

1．描述層級：DTC是系統層面對于故障的描述，而Event是軟件層面對故障監控的最小單元。

例子：某個電機故障會由電壓過高造成，但軟件是無法直接識別該故障,軟件只能監控是否產生了電壓過高的時間Event,從而計算出是否產生DTC.

2.鏈接關系：多個event可以mapping 同一個DTC；而同一個event不能mapping 多個DTC；

3.可見度：DTC可以直接可見，但Event需通過進一步手段才能看到，有時僅對ECU供應商可見；

聯系：

1.DTC代表某類event集中表現，而event則是某個DTC的具體實例；

2.event的優先級決定了DTC的優先級；

3.event之間的依賴關系決定了DTC的依賴關系；

2）“Diagnostic event的上報方式

上文提到了SWC監控故障Event的狀態，并可以通過Dem_SetEventStatus(EventId,EventStatus)向DEM上報Event狀態。那么對于SWC，應該怎樣上報Event狀態呢？周期調用Dem_SetEventStatus上報即為周期循環上報；當Event狀態變化時，調用Dem_SetEventStatus上報為觸發上報。兩種上報方式各有優缺點，如下圖所示，切不可一刀切。

一般來說，對于小型控制器，需要上報Event數量不多，可以選擇周期循環上報。

對于域控制器，需要上報的Event數量龐大，為了保證負載率穩定，應該選擇觸發上報。

3）“Diagnostic event”有哪些特性呢？

1.Event Kind

Event Kind根據故障事件上報方式可分為：BSW Event與SWC Event。

Event Kind	來源	上報方式	函數名
BSW Event	BSW模塊	標準C接口	Dem_ReportErrorStatus
SWC Event	SWC模塊	RTE接口	SetEventStatus（RTE）

2.Event priority

對于診斷，能夠存儲的故障事件以及對應凍結幀等相關數據的數量是恒定的，需要軟件開發工程師提前配置。當內部存儲的故障事件已經滿了，Event優先級可以解決新的故障事件如何存儲的問題。

一般來說，診斷優先級的設定由診斷系統工程師從整車功能出發，根據診斷故障的重要性,安全性，嚴重性綜合評估。比如汽車的動力故障遠比空調故障嚴重，所以動力相關故障優先級一般會大于空調相關故障。

診斷事件優先級有下面幾個重要特點：

1）診斷事件優先級數值越小，優先級越高，數值為1優先級最大。

2）Event優先級僅在診斷事件已經存滿情況下發揮作用，其余情況根據FIFO原則存儲。

3.Event occurrence

Event occurrence顧名思義就是故障事件上報計數器，故障上報次數越多，Event occurrence值越大，標志著該故障越“老”?！靶隆薄稀收?a target="_blank">標簽在后續新的故障事件如何存儲的仲裁機制上也會發揮重要作用，這部分內容在后面的內容會詳細說明。

Event occurrence存在以下特點，如下所示：

1.每一個event memory entry都有對應的Event occurrence。

2.Event occurrence最大值為255。

3.Event occurrence的計數方式有如下兩種配置選擇：

配置屬性	計數方式
DEM_PROCESS_OCCCTR_TF	Bit0（TestFail）由0跳變至1，Event occurrence +1
DEM_PROCESS_OCCCTR_CDTC	Bit0（TestFail）由0跳變至1和Bit3由0跳變至1，Event occurrence +1

2.4 EventMemory存儲內容

上文對Event，凍結幀，擴展數據等作了詳細描述，那么，這些數據在DEM中是怎么存儲的呢？DEM提供了Event Memory概念，將Event，凍結幀，擴展數據全部歸納起來做了統一管理。廢話不多說，開始探索Event Memory吧。

EventMemory分類：

類型	含義
DemPrimaryMemory	存儲EventId，故障狀態，凍結幀，擴展數據
DemMirrorMemory
Permanent Event Memory	用于存儲OBD相關的DTC

Event Memory的組成架構如下圖所示：

Event Memory組成架構圖

S1:Dem模塊必須支持PrimaryMemory，Mirror和Permanent memory可根據用戶需要具體選擇,一般用不上。

S2: Primary Memory是一個大小為DemMaxNumberEventEntryPrimary用于存儲故障數據的非易失性存儲空間。也就是PrimaryMemory由DemMaxNumberEventEntryPrimary個EventMemory Entry組成。

本質上，DemMaxNumberEventEntryPrimary設置為多少，NVM就會提供多少個NVMBlock用于存儲Primary Memory，就只能存儲多少個Event信息。

S3:每個Event Memory Entry存儲的內容有：EventId，Occurance Counter，凍結幀，擴展數據，老化周期等。

2.5 EventMemory management

當SWC或者BSW上報Event后，會經過哪些處理最終變成Flash中的Event Memory呢？

從下圖中可以看出，Event上報后需要經過下列處理： Event使能條件檢測

Event控制DTC Bit位更新 Event Memory Retention

Event Memory management流程圖

1）Event使能條件檢測

Event使能條件就相當于Dem中的一個閘門，只有在條件合適的情況下Event才能真正進入Dem的處理流程中。

Event使能條件流程圖

從圖中可以看出，Event上報至最終能到第二階段Event控制DTC bit位跳變，需要經歷很多流程，接下來對上述流程進行詳解。

S1:首先，需要判斷當前是否開啟了操作循環，操作循環一般指的是點火循環，一個操作循環可以認為是DTC檢測的一個周期。如果操作循環開啟了，則開始下列的Enable Condition判斷，否則直接退出整個Event Memorymanagement流程。

S2:：EnableCondition判斷指的是Event上報增加的一個附加條件判斷，Dem通過對應的接口給SWC使用，SWC實現附件條件處理。一般可以用來處理一些電壓，車輛模式等限制條件。如果Enable Condition條件滿足，則進行85服務判斷；如果Enable Condition條件不滿足，則直接退出Event Memorymanagement流程。

S3: 若現在使用了85服務抑制DTC使能，則直接退出整個Event Memory management流程。若沒有執行85服務，開始Event Debounce流程。

S4:經過Debounce后，如果最終Event結果為Pass或者Fail，則開始下一階段Event控制DTC跳變；否則直接跳出退出整個Event Memory management流程。

Event Debounce “Debounce”顧名思義，指對于Event的防抖處理，防止Event誤報導致DTC誤報。 SWC通過Dem_SetEventStatus(EventId，EventStatus)上報Passed/Failed/PrePassed/Prefailed四種狀態。 1）當SWC上報Passed和Failed狀態時，Dem不需要進行Debounce處理。 2）當SWC上報Prefailed和Prepassed狀態時，Dem需要進行Debounce處理。

本質上，Dem提供的Debounce為通過特定機制，處理PrePassed/Prefailed至Passed/Failed狀態變化。

Dem提供了兩種Debounce機制，即“Base Time”和“Base Counter”。

1.基于計數器的Debounce策略

基于Counter的Debounce策略的幾個重要參數如下表格：

參數	含義
FDC(Fault Detection Counter)	錯誤計數器，值范圍為-128-127
DemDebounceCounterFailedThreshold	使Event診斷事件狀態最終為Failed的Debounce Counter閾值
DemDebounceCounterPassedThreshold	使Event診斷事件狀態最終為Passed的Debounce Counter閾值
DemDebounceCounterIncrementStepSize	當SWC上報Prefailed，錯誤計數器增加量
DemDebounceCounterDecrementStepSize	當SWC上報Prepassed，錯誤計數器增加量

基于Couneter的Debounce機制

如上圖所示，在基于Counter的Deboucne機制中，Dem會提供一個計數器（FDC）用于記錄判斷的結果，當SWC上報給Dem的Event狀態為Prefialed，計數器會按照步長增加，當達到設定的限值時，故障狀態變成Failed。當上報狀態為PrePassed時，計數器按照步長減少，當達到設定的限值時，故障狀態變成Passed。

2.基于時間的Debounce策略

基于時間的Debounce策略的幾個重要參數如下表格：

參數	含義
DebounceTimeBasedTaskTime	基本的檢測周期
DemDebounceTimeFailedThreshold	定義故障狀態從PreFailed跳轉至Failed需要多少個DebounceTimeBasedTaskTime周期
DemDebounceTimePassedThreshold	定義故障狀態從PrePassed跳轉至Passed需要多少個DebounceTimeBasedTaskTime周期

基于時間的Debounce機制

在這種策略下，當SWC開始上報Event狀態后，Dem模塊會提供一個計時器用于記錄判斷的結果，計時器的增長方向由Event狀態決定。當計時器累積到一定閾值后，故障狀態變為Passed或者Failed。

3）Event 控制DTC狀態更新

當Event經過一系列處理，最終能夠對DTC狀態進行更新，DTC 8個bit更新邏輯如下：

DTC Bit0 更新邏輯

Bit位更新	條件
0 -> 1	經Debounce后最終上報狀態為Failed
1 -> 0	經Debounce后最終上報狀態為Passed OR 使用14服務清除DTC OR 復位事件狀態

DTC Bit0 更新邏輯圖

DTC Bit1更新邏輯

Bit位更新	條件
0 -> 1	經Debounce后最終上報狀態為Failed
1 -> 0	操作循環更新 OR 使用14服務清除DTC

DTC Bit1 更新邏輯圖

DTC Bit2更新邏輯

Bit位更新	條件
0 -> 1	經Debounce后最終上報狀態為Failed
1 -> 0	（操作循環更新 AND TestFailedThisOperationCycle == 0） OR 使用14服務清除DTC OR TestNotCompeleteThisOperationCycle == 0

DTC Bit2 更新邏輯圖

DTC Bit3更新狀態

Bit位更新	條件
0 -> 1	經Debounce后最終上報狀態為Failed AND Fialure Counter > = 故障確認閾值
1 -> 0	達到老化條件 OR 使用14服務清除DTC OR 故障溢出被替換

DTC Bit3 更新邏輯圖

DTC Bit4更新邏輯

Bit位更新	條件
0 -> 1	經Debounce后最終上報狀態為Failed
1 -> 0	使用14服務清除DTC

DTC Bit4 更新邏輯圖

DTC Bit5更新邏輯

Bit位更新	條件
0 -> 1	經Debounce后最終上報狀態為Failed
1 -> 0	使用14服務清除DTC

DTCBit5 更新邏輯圖

DTC Bit6更新邏輯

Bit位更新	條件
0 -> 1	經Debounce后最終上報狀態為Failed
1 -> 0	使用14服務清除DTC OR 操作循環更新

DTCBit6更新邏輯圖

DTC Bit7更新邏輯

Bit位更新	條件
0 -> 1	經Debounce后最終上報狀態為Failed AND 點燈條件滿足
1 -> 0	使用14服務清除DTC OR 點燈條件不滿足

DTCBit7更新邏輯

4）Retention條件檢測

當DTC狀態完成更新后，Dem將開始進行Retention條件檢測。Dem給用戶提供多種策略用以判斷是否需要分配Event Memory Entry。分配策略由配置DemEventMemoryEntryStorageTrigger決定，具體如下面表格所示：

DemEventMemoryEntryStorageTrigger	分配條件
DEM_TRIGGER_ON_TEST_FAILED	DTC bit0 由0跳變成1
DEM_TRIGGER_ON_CONFIRMED	DTC bit3 由0跳變成1
DEM_TRIGGER_ON_PENDING	DTC bit2 由0跳變成1
DEM_TRIGGER_ON_FDC_THRESHOLD	DTC bit0 由0跳變成1 OR DTC bit1由0跳變成1 OR DTC bit2由0跳變成1 OR DTC bit3由0跳變成1

5）Event Memory Retention處理

Event上報經過了使能條件檢測，Event控制DTC Bit位狀態更新，Retention條件檢測重重難關，最終被允許進入Event Memory，Dem會怎樣將Event（DTCs），DTC狀態，快照，擴展數據存入Event Memory中呢？

基本思路如下：

Event Memory Retention處理機制

S1:在Event Mmeory所有Event Mmeory Entry中搜索，檢查該Event及相關數據是否已經存入Event Memory中，如果已經存在，則進入Event MemoryEntry Storage。如果不存在，則在Event Memory中尋找空間用于存儲Event內容，如果Event Memory中空間已滿，則需要使用Replacement機制。

S2:當進入Event memory Storage，Occurance Counter需要加1，判斷是否需要更新凍結幀，擴展數據。 EventDisplacement處理 Event Memory存儲了數量為DemMaxNumberEventEntryPrimary的Event MemoryEntry，當Event Memory Entry已滿，需要進行Replacement，即根據一定的策略決定新增的Event如何存儲。Dem模塊提供了一套完善的機制用于Replacement，該機制有三個核心原則：

1.Event Priority（數字越小存儲優先級越高）

2.Event Active或者Event Passive狀態（Active優先級高于Passive優先級）

3.Event Occurance Counter（最近發生的存儲優先級高于之前發生的）

被替換的Event對應DTC中Bit2，Bit3 ，Bit5會被設置為0.

下圖展示了整套Event Displacement機制，體現了三個核心原則在替換機制中的作用。

Event Displacement機制

總結

DEM是以DTC為核心的AUTOSAR基礎軟件模塊，實現了對DTC的監控上報，存儲等功能，如果需要對AUTOSAR診斷進行進一步學習，還需要對DCM，Doip，Cantp等模塊進行系統性學習。

審核編輯：劉清