一、引言

ISO15765是一種廣泛應用于汽車電子系統的診斷通信協議，它定義了如何在控制器局域網（CAN）總線上實現診斷服務的傳輸。該協議解決了經典CAN數據鏈路層（ISO11898）與統一診斷服務（ISO14229）之間的數據長度不匹配問題，為車載診斷（OBD）和ECU刷寫等應用提供了可靠的通信機制。

ISO15765由多個部分構成，其中核心部分包括：

• ISO15765-1：規定物理層和數據鏈路層，主要基于CAN總線。

• ISO15765-2：定義網絡層（TP層），負責數據的分包與重組，是本文重點討論的內容。

• ISO15765-3：規定應用層服務，與ISO14229（UDS）相兼容。

本文將重點圍繞ISO15765-2網絡層協議展開，詳細介紹其設計目的、報文格式、傳輸機制以及時間控制等關鍵內容。

二、協議設計目的

ISO15765的核心目標是解決ISO11898（經典CAN）與ISO14229（UDS）之間的數據長度不匹配問題。經典CAN數據鏈路層每個CAN幀最多承載8字節數據，而ISO14229作為面向多種總線的診斷協議，其應用層服務數據最大可達4095字節。為了在CAN這種短幀總線上傳輸長達數千字節的診斷數據，必須在網絡層引入分包與重組機制。ISO15765-2正是為此而生，它定義了如何將大型診斷數據拆分為多個CAN幀發送，并在接收端重新組裝，從而實現透明傳輸。

三、單幀與多幀傳輸 3.1 單幀傳輸（SF）

當診斷服務數據的長度不超過CAN單幀的可用載荷時，可采用單幀方式直接發送。在ISO15765中，第一個字節通常用于表示數據長度，因此實際可用數據長度為6或7字節（取決于是否擴展地址）。例如，若應用層發送6字節數據，則單幀格式為：第一個字節的高4位表示幀類型（單幀為0），低4位表示數據長度；后續6字節為實際數據。

3.2 多幀傳輸

若數據長度超過單幀容量（>6或7字節），則需使用多幀傳輸。發送端網絡層將數據拆分為一個首幀（FF）和多個連續幀（CF），并等待接收端通過流控幀（FC）來協調發送節奏。多幀傳輸最大支持4095字節（0xFFF）。

• 首幀（FF）：包含分段數據的總長度（12位，最大4095）以及部分數據（通常6字節）。接收端收到首幀后，準備接收后續連續幀。

• 連續幀（CF）：每個連續幀的第一個字節包含順序編號（SN，從1開始循環），后續7字節為數據。接收端根據編號重組數據。

• 流控幀（FC）：由接收端發送，用于控制發送端連續幀的發送速率，包括允許發送的連續幀數量（BS）和最小間隔時間（STmin）。

ISO15765-2定義了四種網絡層協議數據單元（N_PDU），通過N_PCI（協議控制信息）的第一個字節的高4位來區分類型：

N_PCI Type

描述

用途

單幀 (SF)

0

單幀

傳輸不超過6/7字節的數據

首幀 (FF)

1

首幀

多幀傳輸的第一幀，包含總長度和起始數據

連續幀 (CF)

2

連續幀

多幀傳輸的后續幀，包含順序編號和數據

流控幀 (FC)

3

流控幀

接收端用于控制發送端的速率，包含流狀態（FS）、塊大小（BS）和最小間隔時間（STmin）

4.1 首幀（FF）

當數據長度超過單幀容量時，首幀作為多幀傳輸的起點。其N_PCI的第一個字節高4位為1，低4位與第二個字節共同構成12位數據總長度（0xFFF以內）。首幀可攜帶最多6字節數據，剩余數據將在后續連續幀中傳輸。

4.2 連續幀（CF）

連續幀用于傳輸剩余數據。第一個字節高4位為2，低4位為順序編號（SN），取值范圍0~15，循環使用。接收端根據SN將數據按序重組。連續幀每個最多攜帶7字節數據。

4.3 流控幀（FC）

流控幀由接收端在收到首幀后發送，用于協調發送端的連續幀發送。其N_PCI第一個字節高4位為3，低4位為流狀態（FS），后續兩個字節分別表示塊大小（BS）和最小間隔時間（STmin）。

• 流狀態（FS）：

• • 0：繼續發送（CTS）

  • 1：等待（WT）

  • 2：溢出（OVFLW，表示接收端緩沖區不足）

• 塊大小（BS）：允許發送的連續幀數量，0表示無限制。

• STmin：連續幀之間的最小間隔時間，以毫秒或微秒為單位。

單幀用于未分片的數據。第一個字節高4位為0，低4位表示數據長度（0~7，但實際可用為0~6或0~7取決于是否擴展地址）。后續字節為實際數據。

五、網絡層時間控制機制

為保證通信的可靠性，防止發送端和接收端因等待而永久掛起，ISO15765-2定義了一系列超時參數，用于控制網絡層的時間行為。這些超時機制確保在異常情況下能夠及時終止通信，避免總線阻塞。

5.1 關鍵時間參數

• N_As：發送端從請求發送到成功發送CAN幀的最大時間。

• N_Ar：接收端從接收到請求到發送響應幀的最大時間。

• N_Bs：發送端在發送首幀后，等待接收端流控幀的最大時間。

• N_Br：接收端在發送流控幀后，等待發送端下一個連續幀的最大時間。

• N_Cs：發送端在發送連續幀后，等待接收端下一個流控幀或完成接收的最大時間。

• N_Cr：接收端在接收連續幀過程中，等待下一個連續幀的最大時間。

以下是一個典型的多幀傳輸時序：

1. 發送端發送首幀（FF），啟動定時器N_Bs。

2. 接收端收到首幀后，準備接收并發送流控幀（FC），啟動定時器N_Br。

3. 發送端收到流控幀后，停止N_Bs，開始發送連續幀（CF），并啟動N_Cs。

4. 接收端收到連續幀后，若還有更多幀，則繼續等待，并重置N_Cr；若塊大小達到，可能再次發送流控幀。

5. 整個傳輸過程中，任何超時都將導致通信中止，并向上層報告錯誤。

這些時間參數的設定需根據實際系統要求配置，以保證在不同總線負載和ECU處理能力下通信的穩定性。

六、診斷工具與ECU間的定時

在實際診斷應用中，診斷工具（如CANalyzer、PCAN等）與ECU之間的通信必須嚴格遵守ISO15765定義的時間參數。工具通常作為發送端或接收端，需要正確實現網絡層定時，否則可能導致通信失敗。例如，工具在發送多幀請求后，必須在N_Bs內收到ECU的流控幀；同樣，工具在收到流控幀后，需按STmin間隔發送連續幀。

七、總結

ISO15765協議通過引入網絡層（ISO15765-2），巧妙地將CAN總線短幀與UDS長數據結合，為汽車診斷提供了高效、可靠的傳輸機制。其核心在于四種報文類型（SF、FF、CF、FC）的靈活運用，以及精細的時間控制機制。理解ISO15765對于開發汽車診斷工具、設計ECU軟件以及排查通信故障具有重要意義。

隨著汽車電子架構的演進，雖然更高帶寬的CAN FD和以太網逐漸普及，但ISO15765作為經典的診斷協議，仍在大量現有車型中占據主導地位，是汽車工程師必須掌握的基礎知識。