DEM功能詳解

前言

Dem是AUTOSAR中配置項(xiàng)最多，實(shí)現(xiàn)功能最為復(fù)雜的模塊之一，主要負(fù)責(zé)記錄故障診斷以及其關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，是實(shí)現(xiàn)診斷功能至關(guān)重要的模塊，本文將以最簡單的方式將Dem的功能聊具體，聊透徹。為了方便大家學(xué)習(xí)，以下是本文的大綱。

1.診斷故障基礎(chǔ)

當(dāng)人患了疾病，便需要醫(yī)治，醫(yī)生根據(jù)各種檢驗(yàn)結(jié)果找出病因，并得出診治策略。當(dāng)汽車出現(xiàn)故障時(shí)，DTC故障碼就等同于“檢驗(yàn)結(jié)果”，汽車工程師通過該標(biāo)識(shí)碼便可以查表的方式獲得該故障信息，如故障觸發(fā)條件、故障解除條件、系統(tǒng)功能表現(xiàn)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(dāng)ECU發(fā)生或者檢測到某種故障時(shí)呈現(xiàn)給大家的標(biāo)識(shí)碼。

1.1 DTC的組成

DTC故障碼是一個(gè)4個(gè)字節(jié)的標(biāo)識(shí)符，由以下兩部分組成：DTC Catogory與Failure Type，其中DTC Catogory 又可以根據(jù)Powertrain、Body、Chasis、N etwork四大子系統(tǒng)來進(jìn)一步定義其范圍，簡稱PBCU四大子系統(tǒng)，如下表所示：

1.2 DTC的意義

故障碼有以下兩點(diǎn)意義：

1）產(chǎn)線下線檢測：一輛車的零部件的開發(fā)，系統(tǒng)集成，整車組裝，其中涉及的流程之長，零部件數(shù)量之多，可以說是相當(dāng)復(fù)雜。為了產(chǎn)線生產(chǎn)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(chǎn)線電檢流程中，會(huì)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(dāng)車輛出故障時(shí)，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(gè)零部件組成，如果依賴于維修工程根據(jù)經(jīng)驗(yàn)慢慢排查，效率會(huì)極其低下。因此，維修工程師會(huì)使用診斷儀讀取整車故障碼，并將故障碼與故障現(xiàn)象對(duì)照，快速得出維修策略。

1.3 DTC故障類型

以非排放相關(guān)的ECU為例，可以將DTC故障類型分為以下幾個(gè)部分：

硬件故障：如RAM、Flash、CPU時(shí)鐘等硬件本身失效的問題

軟件故障：如配置字故障，標(biāo)定故障或客戶定義的軟件功能性故障

外部環(huán)境故障：電壓過高或者欠壓、環(huán)境溫度過高或過低等

通訊相關(guān)故障：如報(bào)文丟失、信號(hào)無效，Checksum/Rolling 障等

1.4DTC狀態(tài)位介紹

每個(gè)DTC都有一個(gè)字節(jié)用來表示該故障的狀態(tài)，這個(gè)字節(jié)中每個(gè)bit的含義如下：

具體解釋如下： Bit0:請求時(shí)刻測試結(jié)果為失敗； Bit1:在當(dāng)前點(diǎn)火循環(huán)至少失敗過1次；

Bit2:在當(dāng)前或者上一個(gè)點(diǎn)火循環(huán)測試結(jié)果不為失??；

Bit3:請求時(shí)刻DTC被確認(rèn)，一般確認(rèn)是在一個(gè)點(diǎn)火周期內(nèi)發(fā)生錯(cuò)誤1次；

Bit4:自上次清除DTC之后測試結(jié)果已完成，即測試結(jié)果為PASS或者FAIL結(jié)果；

Bit5:自上次清除DTC后測試結(jié)果都不是FAIL;

Bit6:在當(dāng)前點(diǎn)火周期內(nèi)測試結(jié)果已完成，即為PASS或FAIL狀態(tài)；

Bit7:ECU沒有得到點(diǎn)亮警示燈請求

1.5凍結(jié)幀與擴(kuò)展數(shù)據(jù)

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

UDS中規(guī)定了凍結(jié)幀可以用來記錄故障發(fā)生時(shí)的詳細(xì)情況，擴(kuò)展數(shù)據(jù)可以提供故障碼相關(guān)的擴(kuò)展信息，包括老化計(jì)數(shù)器。

2.DEM詳解

2.1 DEM主要功能

Dem全稱Diagnostic Event Manager，負(fù)責(zé)診斷故障事件的處理，存儲(chǔ)診斷故障事件以及故障事件相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)（故障發(fā)生時(shí)溫度，車速等）。簡而言之，Dem發(fā)揮了AUTOSAR架構(gòu)中故障”中央處理器作用”，用戶軟件模塊只需要將故障上報(bào)給DEM，所有故障信息的處理都由DEM執(zhí)行：

1.故障確認(rèn)前：用戶模塊上報(bào)故障的Debounce防抖處理，確保對(duì)應(yīng)故障不為誤報(bào)故障。

2. 故障確認(rèn)時(shí)：故障事件確認(rèn)時(shí)的故障數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至NVM，保證故障能長期保存。

3. 故障確認(rèn)后：故障的老化，替代，實(shí)現(xiàn)故障修復(fù)后，故障能被清除的功能。例如，儀表上的發(fā)動(dòng)機(jī)故障燈，在發(fā)動(dòng)機(jī)修好后一段時(shí)間后就會(huì)熄滅。

2.2 DEM與其他模塊關(guān)系

1）DEM在AUTOSAR架構(gòu)位置

Dem位于AUTOSAR架構(gòu)系統(tǒng)服務(wù)層，系統(tǒng)服務(wù)層提供了以下服務(wù)：

1.操作系統(tǒng)調(diào)度與監(jiān)控服務(wù)、

2.通信與網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)

3.存儲(chǔ)服務(wù)

4.診斷服務(wù)（UDS通信服務(wù)以及故障服務(wù)）

5.ECU狀態(tài)管理服務(wù)

從下面架構(gòu)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(wù)。區(qū)別在于，Dcm主修“UDS診斷通信服務(wù)”，對(duì)下與通信協(xié)議棧聯(lián)系，與外部診斷儀交互提供診斷通信服務(wù)（10,22等服務(wù)）；Dem主修故障診斷服務(wù)，與上層SWC，BSW模塊交互，接收故障上報(bào)，與NVM交互使用存儲(chǔ)功能。

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AUTOSAR架構(gòu)圖

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2）Dem與其他模塊依賴關(guān)系

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Dem與其他模塊關(guān)系鏈路圖

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NVM: Nvm能夠提供存儲(chǔ)服務(wù)給Dem使用，即提供診斷故障存儲(chǔ)所需的NVM BLOCK。需要注意的是，Nvm給Dem提供了兩類存儲(chǔ)服務(wù)接口，Nvm_WriteBlock()供DEM實(shí)時(shí)存儲(chǔ)診斷故障，NvM_SetRamBlockStatus()供Dem下電存儲(chǔ)診斷故障，上述存儲(chǔ)模式可以在DTC配置屬性中體現(xiàn)。

DCM:從上圖中可以看出，DCM在接收到診斷儀的19服務(wù)（get Dtc），14服務(wù)（Clear Dtc）時(shí)，需要實(shí)時(shí)通過Dem獲取DTC數(shù)據(jù)以及對(duì)DTC進(jìn)行清除操作。

ECUM：對(duì)Dem模塊執(zhí)行初始化以及ShutDown操作。

SWC(Monitor)：監(jiān)控診斷故障事件Event,通過使用Dem_SetEventStatus()函數(shù)，將Event狀態(tài)上報(bào)給Dem。使用Dem_SetOperationCycleState()對(duì)操作循環(huán)狀態(tài)進(jìn)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(duì)于AUTOSAR軟件架構(gòu)，DTC只是展示給診斷儀使用者，而Event才是DTC狀態(tài)實(shí)際操控者，同時(shí)Event也是診斷NVM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)實(shí)際控制者。

各位讀者肯定會(huì)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(shù)據(jù)存儲(chǔ)？

接下來將會(huì)給大家一一解答上述問題。

1）Event與DTC的聯(lián)系與區(qū)別

區(qū)別：

1．描述層級(jí)：DTC是系統(tǒng)層面對(duì)于故障的描述，而Event是軟件層面對(duì)故障監(jiān)控的最小單元。

例子：某個(gè)電機(jī)故障會(huì)由電壓過高造成，但軟件是無法直接識(shí)別該故障,軟件只能監(jiān)控是否產(chǎn)生了電壓過高的時(shí)間Event,從而計(jì)算出是否產(chǎn)生DTC.

2.鏈接關(guān)系：多個(gè)event可以mapping 同一個(gè)DTC；而同一個(gè)event不能mapping 多個(gè)DTC；

3.可見度：DTC可以直接可見，但Event需通過進(jìn)一步手段才能看到，有時(shí)僅對(duì)ECU供應(yīng)商可見；

聯(lián)系：

1.DTC代表某類event集中表現(xiàn)，而event則是某個(gè)DTC的具體實(shí)例；

2.event的優(yōu)先級(jí)決定了DTC的優(yōu)先級(jí)；

3.event之間的依賴關(guān)系決定了DTC的依賴關(guān)系；

2）“Diagnostic event的上報(bào)方式

上文提到了SWC監(jiān)控故障Event的狀態(tài)，并可以通過Dem_SetEventStatus(EventId,EventStatus)向DEM上報(bào)Event狀態(tài)。那么對(duì)于SWC，應(yīng)該怎樣上報(bào)Event狀態(tài)呢？周期調(diào)用Dem_SetEventStatus上報(bào)即為周期循環(huán)上報(bào)；當(dāng)Event狀態(tài)變化時(shí)，調(diào)用Dem_SetEventStatus上報(bào)為觸發(fā)上報(bào)。兩種上報(bào)方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，如下圖所示，切不可一刀切。

一般來說，對(duì)于小型控制器，需要上報(bào)Event數(shù)量不多，可以選擇周期循環(huán)上報(bào)。

對(duì)于域控制器，需要上報(bào)的Event數(shù)量龐大，為了保證負(fù)載率穩(wěn)定，應(yīng)該選擇觸發(fā)上報(bào)。

3）“Diagnostic event”有哪些特性呢？

1.Event Kind

Event Kind根據(jù)故障事件上報(bào)方式可分為：BSW Event與SWC Event。

2.Event priority

對(duì)于診斷，能夠存儲(chǔ)的故障事件以及對(duì)應(yīng)凍結(jié)幀等相關(guān)數(shù)據(jù)的數(shù)量是恒定的，需要軟件開發(fā)工程師提前配置。當(dāng)內(nèi)部存儲(chǔ)的故障事件已經(jīng)滿了，Event優(yōu)先級(jí)可以解決新的故障事件如何存儲(chǔ)的問題。

一般來說，診斷優(yōu)先級(jí)的設(shè)定由診斷系統(tǒng)工程師從整車功能出發(fā)，根據(jù)診斷故障的重要性,安全性，嚴(yán)重性綜合評(píng)估。比如汽車的動(dòng)力故障遠(yuǎn)比空調(diào)故障嚴(yán)重，所以動(dòng)力相關(guān)故障優(yōu)先級(jí)一般會(huì)大于空調(diào)相關(guān)故障。

診斷事件優(yōu)先級(jí)有下面幾個(gè)重要特點(diǎn)：

1）診斷事件優(yōu)先級(jí)數(shù)值越小，優(yōu)先級(jí)越高，數(shù)值為1優(yōu)先級(jí)最大。

2）Event優(yōu)先級(jí)僅在診斷事件已經(jīng)存滿情況下發(fā)揮作用，其余情況根據(jù)FIFO原則存儲(chǔ)。

3.Event occurrence

Event occurrence顧名思義就是故障事件上報(bào)計(jì)數(shù)器，故障上報(bào)次數(shù)越多，Event occurrence值越大，標(biāo)志著該故障越“老”?！靶隆薄稀收?a target="_blank">標(biāo)簽在后續(xù)新的故障事件如何存儲(chǔ)的仲裁機(jī)制上也會(huì)發(fā)揮重要作用，這部分內(nèi)容在后面的內(nèi)容會(huì)詳細(xì)說明。

Event occurrence存在以下特點(diǎn)，如下所示：

1.每一個(gè)event memory entry都有對(duì)應(yīng)的Event occurrence。

2.Event occurrence最大值為255。

3.Event occurrence的計(jì)數(shù)方式有如下兩種配置選擇：

2.4 EventMemory存儲(chǔ)內(nèi)容

上文對(duì)Event，凍結(jié)幀，擴(kuò)展數(shù)據(jù)等作了詳細(xì)描述，那么，這些數(shù)據(jù)在DEM中是怎么存儲(chǔ)的呢？DEM提供了Event Memory概念，將Event，凍結(jié)幀，擴(kuò)展數(shù)據(jù)全部歸納起來做了統(tǒng)一管理。廢話不多說，開始探索Event Memory吧。

EventMemory分類：

Event Memory的組成架構(gòu)如下圖所示：

Event Memory組成架構(gòu)圖

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

S2: Primary Memory是一個(gè)大小為DemMaxNumberEventEntryPrimary用于存儲(chǔ)故障數(shù)據(jù)的非易失性存儲(chǔ)空間。也就是PrimaryMemory由DemMaxNumberEventEntryPrimary個(gè)EventMemory Entry組成。

本質(zhì)上，DemMaxNumberEventEntryPrimary設(shè)置為多少，NVM就會(huì)提供多少個(gè)NVMBlock用于存儲(chǔ)Primary Memory，就只能存儲(chǔ)多少個(gè)Event信息。

S3:每個(gè)Event Memory Entry存儲(chǔ)的內(nèi)容有：EventId，Occurance Counter，凍結(jié)幀，擴(kuò)展數(shù)據(jù)，老化周期等。

2.5 EventMemory management

當(dāng)SWC或者BSW上報(bào)Event后，會(huì)經(jīng)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(bào)后需要經(jīng)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(dāng)于Dem中的一個(gè)閘門，只有在條件合適的情況下Event才能真正進(jìn)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(bào)至最終能到第二階段Event控制DTC bit位跳變，需要經(jīng)歷很多流程，接下來對(duì)上述流程進(jìn)行詳解。

S1:首先，需要判斷當(dāng)前是否開啟了操作循環(huán)，操作循環(huán)一般指的是點(diǎn)火循環(huán)，一個(gè)操作循環(huán)可以認(rèn)為是DTC檢測的一個(gè)周期。如果操作循環(huán)開啟了，則開始下列的Enable Condition判斷，否則直接退出整個(gè)Event Memorymanagement流程。

S2:：EnableCondition判斷指的是Event上報(bào)增加的一個(gè)附加條件判斷，Dem通過對(duì)應(yīng)的接口給SWC使用，SWC實(shí)現(xiàn)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(jìn)行85服務(wù)判斷；如果Enable Condition條件不滿足，則直接退出Event Memorymanagement流程。

S3: 若現(xiàn)在使用了85服務(wù)抑制DTC使能，則直接退出整個(gè)Event Memory management流程。若沒有執(zhí)行85服務(wù)，開始Event Debounce流程。

S4:經(jīng)過Debounce后，如果最終Event結(jié)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(gè)Event Memory management流程。

Event Debounce “Debounce”顧名思義，指對(duì)于Event的防抖處理，防止Event誤報(bào)導(dǎo)致DTC誤報(bào)。 SWC通過Dem_SetEventStatus(EventId，EventStatus)上報(bào)Passed/Failed/PrePassed/Prefailed四種狀態(tài)。 1）當(dāng)SWC上報(bào)Passed和Failed狀態(tài)時(shí)，Dem不需要進(jìn)行Debounce處理。 2）當(dāng)SWC上報(bào)Prefailed和Prepassed狀態(tài)時(shí)，Dem需要進(jìn)行Debounce處理。

本質(zhì)上，Dem提供的Debounce為通過特定機(jī)制，處理PrePassed/Prefailed至Passed/Failed狀態(tài)變化。

Dem提供了兩種Debounce機(jī)制，即“Base Time”和“Base Counter”。

1.基于計(jì)數(shù)器的Debounce策略

基于Counter的Debounce策略的幾個(gè)重要參數(shù)如下表格：

基于Couneter的Debounce機(jī)制

如上圖所示，在基于Counter的Deboucne機(jī)制中，Dem會(huì)提供一個(gè)計(jì)數(shù)器（FDC）用于記錄判斷的結(jié)果，當(dāng)SWC上報(bào)給Dem的Event狀態(tài)為Prefialed，計(jì)數(shù)器會(huì)按照步長增加，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的限值時(shí)，故障狀態(tài)變成Failed。當(dāng)上報(bào)狀態(tài)為PrePassed時(shí)，計(jì)數(shù)器按照步長減少，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的限值時(shí)，故障狀態(tài)變成Passed。

2.基于時(shí)間的Debounce策略

基于時(shí)間的Debounce策略的幾個(gè)重要參數(shù)如下表格：

基于時(shí)間的Debounce機(jī)制

在這種策略下，當(dāng)SWC開始上報(bào)Event狀態(tài)后，Dem模塊會(huì)提供一個(gè)計(jì)時(shí)器用于記錄判斷的結(jié)果，計(jì)時(shí)器的增長方向由Event狀態(tài)決定。當(dāng)計(jì)時(shí)器累積到一定閾值后，故障狀態(tài)變?yōu)镻assed或者Failed。

3）Event 控制DTC狀態(tài)更新

當(dāng)Event經(jīng)過一系列處理，最終能夠?qū)TC狀態(tài)進(jìn)行更新，DTC 8個(gè)bit更新邏輯如下：

DTC Bit0 更新邏輯

DTC Bit0 更新邏輯圖

DTC Bit1更新邏輯

DTC Bit1 更新邏輯圖

DTC Bit2更新邏輯

DTC Bit2 更新邏輯圖

DTC Bit3更新狀態(tài)

DTC Bit3 更新邏輯圖

DTC Bit4更新邏輯

DTC Bit4 更新邏輯圖

DTC Bit5更新邏輯

DTCBit5 更新邏輯圖

DTC Bit6更新邏輯

DTCBit6更新邏輯圖

DTC Bit7更新邏輯

DTCBit7更新邏輯

4）Retention條件檢測

當(dāng)DTC狀態(tài)完成更新后，Dem將開始進(jìn)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：

5）Event Memory Retention處理

Event上報(bào)經(jīng)過了使能條件檢測，Event控制DTC Bit位狀態(tài)更新，Retention條件檢測重重難關(guān)，最終被允許進(jìn)入Event Memory，Dem會(huì)怎樣將Event（DTCs），DTC狀態(tài)，快照，擴(kuò)展數(shù)據(jù)存入Event Memory中呢？

基本思路如下：

Event Memory Retention處理機(jī)制

S1:在Event Mmeory所有Event Mmeory Entry中搜索，檢查該Event及相關(guān)數(shù)據(jù)是否已經(jīng)存入Event Memory中，如果已經(jīng)存在，則進(jìn)入Event MemoryEntry Storage。如果不存在，則在Event Memory中尋找空間用于存儲(chǔ)Event內(nèi)容，如果Event Memory中空間已滿，則需要使用Replacement機(jī)制。

S2:當(dāng)進(jìn)入Event memory Storage，Occurance Counter需要加1，判斷是否需要更新凍結(jié)幀，擴(kuò)展數(shù)據(jù)。 EventDisplacement處理 Event Memory存儲(chǔ)了數(shù)量為DemMaxNumberEventEntryPrimary的Event MemoryEntry，當(dāng)Event Memory Entry已滿，需要進(jìn)行Replacement，即根據(jù)一定的策略決定新增的Event如何存儲(chǔ)。Dem模塊提供了一套完善的機(jī)制用于Replacement，該機(jī)制有三個(gè)核心原則：

1.Event Priority（數(shù)字越小存儲(chǔ)優(yōu)先級(jí)越高）

2.Event Active或者Event Passive狀態(tài)（Active優(yōu)先級(jí)高于Passive優(yōu)先級(jí)）

3.Event Occurance Counter（最近發(fā)生的存儲(chǔ)優(yōu)先級(jí)高于之前發(fā)生的）

被替換的Event對(duì)應(yīng)DTC中Bit2，Bit3 ，Bit5會(huì)被設(shè)置為0.

下圖展示了整套Event Displacement機(jī)制，體現(xiàn)了三個(gè)核心原則在替換機(jī)制中的作用。

Event Displacement機(jī)制

總結(jié)

DEM是以DTC為核心的AUTOSAR基礎(chǔ)軟件模塊，實(shí)現(xiàn)了對(duì)DTC的監(jiān)控上報(bào)，存儲(chǔ)等功能，如果需要對(duì)AUTOSAR診斷進(jìn)行進(jìn)一步學(xué)習(xí)，還需要對(duì)DCM，Doip，Cantp等模塊進(jìn)行系統(tǒng)性學(xué)習(xí)。