CAN總線報文數(shù)據(jù)一致性校驗

01不安全的CAN總線

1、如何保證ECU接收到的數(shù)據(jù)是合法的？

比如ECU1接收ECU2發(fā)出的一幀0x100報文，協(xié)議層是不會區(qū)分是ECU1發(fā)的，還是非法接入OBD的CAN盒發(fā)的？如果ECU1接收到非ECU2發(fā)出的0x100報文豈不是很危險？

2、ECU如何知道另一個節(jié)點(diǎn)掛死

比如ECU1還是接收ECU2發(fā)出的一幀0x100報文，但是由于某些神秘原因（程序跑飛了）導(dǎo)致ECU2掛死或者掉線，那ECU1如何知道此時的接收到0x100無效？

CAN通訊是一種廣播形式的通訊方式，自然協(xié)議層是無法做到數(shù)據(jù)合法性的校驗，這部分工作需要應(yīng)用層來完成。由此就出現(xiàn)了RollingCounter與Checksum。這兩個東西好像也是功能安全的一部分，本期只是介紹這兩個東西的原理，不對功能安全做過多討論。

一個規(guī)范的CAN矩陣協(xié)議，每一幀報文都會要求有這個兩個信號。如上圖，從bit52到bit55是RollingCounter，取值范圍0~15，ECU沒發(fā)一次自動累加，滿15就歸零。從bit56到bit63（byte8）都是Checksum，取值范圍0x00~0xFF，用來表示該條報文的校驗值。

對于判斷發(fā)送報文ECU有沒有掛死很簡單，只要在接收端對RollingCounter進(jìn)行判斷，幾個周期內(nèi)協(xié)議棧上的buff沒有得到更新則就能判斷為節(jié)點(diǎn)異常。

對于報文合法性的判斷則就要負(fù)責(zé)得多，且會有各種花樣

車企制定的通訊協(xié)議時，除了制定矩陣信號外，會規(guī)定Checksum的計算方法，比如這個是采用多項式的CRC校驗算法。

并且規(guī)定出需要校驗的數(shù)據(jù)，有的是對矩陣的前7個byte進(jìn)行校驗，有的則要增加報文ID作為校驗計算的輸入，各種花樣都有。

/* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
* * CRC8校驗子程序0x1D(x8+x4+x3+x2+1)  * * * * * * * * * * * *
* * 參數(shù)1，uint8_t *data：需要計算的數(shù)據(jù)  * * * * * * * * * * *
* * 參數(shù)1，uint16_t len：需要計算的數(shù)據(jù)字節(jié)長度 * * * * * * * *
* * 返回值，uint8_t crc8：計算出的CRC值 * * * * * * * * * * *
* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * */
uint8_t crc_8find(uint8_t *data, uint16_t len)
{
uint8_tcrc8=0x00;
    while( len-- ) 
    {
        crc8 = crc_table[crc8 ^ *data];
        data++;
}
    return crc8;
}

甚至貼心的給出校驗計算的偽代碼，這函數(shù)寫法C、C++應(yīng)該都可以直接運(yùn)行的。理解下上面的代碼！

當(dāng)ECU2發(fā)出0x100之前，會對RollingCounter累加，并且通過計算包含RollingCounter的前七個字節(jié)的CRC值，填充到數(shù)據(jù)域的第8個字節(jié)；

ECU1接收到0x100的時候使用同樣的校驗算法，計算數(shù)據(jù)域的前7個字節(jié)，并且與第8個字節(jié)發(fā)送源計算的CRC值進(jìn)行比較。如果兩者相同，則數(shù)據(jù)合法。

02CANOE仿真

接下來在CANOE的CAPL進(jìn)行RollingCounter與Checksum的模擬

創(chuàng)建兩個ECU節(jié)點(diǎn)，ECU1為發(fā)送節(jié)點(diǎn)，ECU2為接收節(jié)點(diǎn)。ECU2會對ECU1的節(jié)點(diǎn)做Checksum，如果非法數(shù)據(jù)會在log窗口中打印出來。ECU1會而這個IG是用來模擬非法的數(shù)據(jù)發(fā)送。

int GetCrcChecksum (int crc_position ,message *data)
{
  byte checksum;
  byte bitIndex;
  byte byteIndex;
  byte tdata;
  checksum = 0x00;
  for (byteIndex = DBLookup(data).dlc; byteIndex >= 1; byteIndex--)
  {
    if(byteIndex-1 != crc_position)
    {
      tdata = data.byte(byteIndex-1);
    }
    else
    {
      tdata = 0;
    }
    checksum ^= tdata;


    for (bitIndex = 0; bitIndex < 8; bitIndex++)
    {
      if ((checksum & 0x80) != 0)
      {
            checksum = (checksum << 1) ^ 0x1D; // cb_CRC_POLY: 0x1D
      }
      else
      {
            checksum = (checksum << 1);
      }
    }
  }
  checksum &= 0xFF;
  return (checksum);
}

CAPL計算Checksum的函數(shù)，在ECU1與ECU2里都存在

on timer Timer1
{
   Req.rollingCounter_0x100=LiveCount;
   Req.checksum_0x100=GetCrcChecksum(7,Req);
   output(Req);
   setTimer(Timer1,20);  
   LiveCount=LiveCount+1;
     if(LiveCount==16)
   {
    LiveCount=0;
   }

ECU1的定時器函數(shù)，發(fā)送前調(diào)用GetCrcChecksum函數(shù)生成Checksum

on message RCTest1
{
  if(this.checksum_0x100==GetCrcChecksum(7,this))
  {
      Rep=this;


  }else
  {
    write("Invaild Message");
  }
}

ECU2接收事件中重新計算Checksum跟發(fā)送報文里的Checksum進(jìn)行比較，不同則拋出錯誤

按F2，開始仿真，可以監(jiān)控到ECU1發(fā)送出來的rollingCounter與Checksum

在Write窗口中打印ECU2接收到的數(shù)據(jù)

在IG節(jié)點(diǎn)設(shè)置一個非法的報文，rollingcounter與Checksum都設(shè)置0

對非法數(shù)據(jù)進(jìn)行拋出。

來源：古德曼汽車工業(yè)

審核編輯：湯梓紅