UDS 診斷服務精講：$22 ReadDataByIdentifier、$2E WriteDataByIdentifier 與 $31 RoutineC...

UDS 診斷服務精講： 、 2E WriteDataByIdentifier 與 $31 RoutineControl

在基于 ISO 14229 的 UDS 診斷協議中，$22、$2E和$31是最常用的三個服務，分別用于讀取數據、寫入數據和執行例程。它們構成了診斷交互的核心：獲取車輛信息、標定配置、觸發復雜動作。本文將詳細講解這三個服務的協議格式、正負響應機制，并提供可直接運行的 C++ 模擬代碼，幫助開發者快速理解與實現。

一、$22 ReadDataByIdentifier（按標識符讀數據） 1.1 功能說明

$22服務允許診斷儀（Tester）讀取一個或多個數據標識符（DID，Data Identifier）對應的數據值。DID 通常為兩個字節（如0xF190表示 VIN 碼）。ECU 收到請求后，從內部存儲或實時計算中獲得數據，并以$62響應回傳。

1.2 協議格式

• 請求：22 DID [DID2 ...]

• • 22：服務 ID

  • DID：高字節 + 低字節（例如F1 90）

  • 可連續請求多個 DID（但多數實現一次只請求一個，避免長度過長）

• 正響應：62 DID dataRecord

• • 62：響應服務 ID

  • DID：回顯請求中的 DID

  • dataRecord：該 DID 對應的數據字節（長度由 DID 定義決定）

• 負響應：7F 22 NRC

• • 7F：負響應固定值

  • 22：原始請求服務 ID

  • NRC：負響應碼（見下文）

NRC

含義

0x13

報文長度或格式錯誤（例如 DID 數量不匹配）

0x22

條件不滿足（例如車輛未上 ON 檔）

0x31

DID 不支持或當前會話不可用

0x33

安全訪問未解鎖，DID 受保護

1.4 C++ 代碼示例：模擬 ECU 處理 $22 請求

#include  

#include 
#include  

#include  

using namespace std;

 // 模擬 ECU 內部 DID 數據庫
class EcuDataBase {
public:
    EcuDataBase() {
        // 預定義 DID 及其數據（VIN 碼示例）
        dataStore[0xF190] = { 'L', 'F', 'V', '3', 'A', '2', '1', 'K', '8', 'M', '5', '0', '0', '0', '0', '1' };
        // 軟件版本號 DID = 0xF188
        dataStore[0xF188] = { 0x01, 0x02, 0x03 };
    }

     bool isDIDSupported(uint16_t did) const {
        return dataStore.find(did) != dataStore.end();
    }

     const vector& getData(uint16_t did) const {
        static vector empty;
        auto it = dataStore.find(did);
        if (it != dataStore.end())
            return it->second;
        return empty;
    }

     // 模擬條件檢查（如安全等級、ON檔狀態等）
    bool isReadable(uint16_t did) const {
        // 示例：0xF190 任何時候可讀；0xF188 需要解鎖
        if (did == 0xF188)
            return securityUnlocked; // 需要安全解鎖
        return true;
    }

     void setSecurityUnlocked(bool locked) { securityUnlocked = locked; }

 private:
    map> dataStore;
    bool securityUnlocked = false;
};

 // 處理 $22 請求的函數
// 輸入：完整請求報文（首字節為 0x22），輸出：響應報文
vector handleReadDataByIdentifier(const vector& request, EcuDataBase& ecu) {
    const uint8_t SID = 0x22;
    const uint8_t POS_RESP_SID = 0x62;

     // 負響應輔助
    auto negResp = [&](uint8_t nrc) -> vector {
        return { 0x7F, SID, nrc };
    };

     if (request.size() < 3) // 至少 SID + DID(2字節)
        return negResp(0x13); // 格式錯誤

     // 檢查是否支持該 DID
    uint16_t did = (request[1] << 8) | request[2];
    if (!ecu.isDIDSupported(did))
        return negResp(0x31); // 不支持

     // 檢查讀取條件
    if (!ecu.isReadable(did))
        return negResp(0x33); // 安全未解鎖

     // 構造正響應
    vector response;
    response.push_back(POS_RESP_SID);
    response.push_back(request[1]); // DID 高字節
    response.push_back(request[2]); // DID 低字節
    const auto& data = ecu.getData(did);
    response.insert(response.end(), data.begin(), data.end());

     return response;
}

 // 演示
int main() {
    EcuDataBase ecu;
    // 請求讀取 VIN (DID=0xF190)
    vector request = { 0x22, 0xF1, 0x90 };
    vector response = handleReadDataByIdentifier(request, ecu);

     cout << "Request: ";
    for (auto b : request) printf("%02X ", b);
    cout << "\nResponse: ";
    for (auto b : response) printf("%02X ", b);
    cout << endl;

     // 請求需要解鎖的 DID (0xF188) 且未解鎖
    request = { 0x22, 0xF1, 0x88 };
    response = handleReadDataByIdentifier(request, ecu);
    cout << "\nRequest (locked): ";
    for (auto b : request) printf("%02X ", b);
    cout << "\nResponse: ";
    for (auto b : response) printf("%02X ", b);
    cout << endl;

     // 解鎖后再次請求
    ecu.setSecurityUnlocked(true);
    response = handleReadDataByIdentifier(request, ecu);
    cout << "\nRequest (unlocked): ";
    for (auto b : request) printf("%02X ", b);
    cout << "\nResponse: ";
    for (auto b : response) printf("%02X ", b);
    cout << endl;

     return 0;
}

輸出示例（實際運行時）：

Request: 22 F1 90 
Response: 62 F1 90 4C 46 56 33 41 32 31 4B 38 4D 35 30 30 30 30 31 

 Request (locked): 22 F1 88 
Response: 7F 22 33 

 Request (unlocked): 22 F1 88 
Response: 62 F1 88 01 02 03 

$2E服務用于診斷儀向 ECU 寫入一個 DID 對應的數據值。典型應用包括寫入 VIN 碼、配置字、車架號、標定參數等。注意：可讀 DID 未必可寫，寫操作通常受更嚴格的安全和條件約束。

2.2 協議格式

• 請求：2E DID dataRecord

• • 2E：服務 ID

  • DID：兩字節標識符

  • dataRecord：要寫入的數據字節流（長度由 DID 定義決定）

• 正響應：6E DID（僅回顯 DID，不返回數據內容）

• 負響應：7F 2E NRC

NRC

含義

0x13

數據長度或格式與 DID 定義不符

0x22

當前條件不滿足寫入（如車速不為0）

0x31

DID 不支持寫入（只讀 DID）

0x33

需要安全訪問解鎖

0x72

寫入時內部錯誤（如校驗失敗、非易失存儲故障）

重點坑：動態定義的 DID（如通過 $2C 服務動態創建）通常不能作為 $2E 的寫入目標。

#include  

#include  

// 沿用前面的 EcuDataBase，擴展寫入支持

 class EcuDataBaseWithWrite : public EcuDataBase {
public:
    // 檢查是否允許寫入
    bool isWriteable(uint16_t did) const {
        // 示例：0xF190 可寫但需安全解鎖；0xF188 只讀
        if (did == 0xF190) return securityUnlockedWrite;
        if (did == 0xF188) return false; // 只讀 DID
        return false; // 其它 DID 不允許寫
    }

     bool writeData(uint16_t did, const vector& data) {
        if (!isWriteable(did))
            return false;
        // 長度校驗（示例：VIN 必須為 17 字節）
        if (did == 0xF190 && data.size() != 17)
            return false;
        dataStore[did] = data; // 覆蓋寫入
        return true;
    }

     void setWriteUnlocked(bool unlocked) { securityUnlockedWrite = unlocked; }

 private:
    bool securityUnlockedWrite = false;
};

 // 處理 $2E 請求
vector handleWriteDataByIdentifier(const vector& request, EcuDataBaseWithWrite& ecu) {
    const uint8_t SID = 0x2E;
    const uint8_t POS_RESP_SID = 0x6E;

     auto negResp = [&](uint8_t nrc) -> vector {
        return { 0x7F, SID, nrc };
    };

     if (request.size() < 4) // SID + DID(2) + 至少1字節數據
        return negResp(0x13);

     uint16_t did = (request[1] << 8) | request[2];
    vector writeData(request.begin() + 3, request.end());

     // 檢查 DID 是否支持寫入
    if (!ecu.isWriteable(did))
        return negResp(0x31);

     // 執行寫入
    if (!ecu.writeData(did, writeData))
        return negResp(0x72); // 寫入失敗（長度或條件）

     // 正響應
    return { POS_RESP_SID, request[1], request[2] };
}

 int main() {
    EcuDataBaseWithWrite ecu;
    // 嘗試寫入 VIN (DID=0xF190) 但未解鎖
    vector newVin = { '1','G','N','P','K','D','K','E','X','R','1','2','3','4','5','6','7' };
    vector request = { 0x2E, 0xF1, 0x90 };
    request.insert(request.end(), newVin.begin(), newVin.end());

     vector resp = handleWriteDataByIdentifier(request, ecu);
    cout << "Write without unlock: ";
    for (auto b : resp) printf("%02X ", b);
    cout << endl;

     // 解鎖并寫入
    ecu.setWriteUnlocked(true);
    resp = handleWriteDataByIdentifier(request, ecu);
    cout << "Write with unlock: ";
    for (auto b : resp) printf("%02X ", b);
    cout << endl;

     // 驗證讀取
    vector readReq = { 0x22, 0xF1, 0x90 };
    auto readResp = handleReadDataByIdentifier(readReq, ecu);
    cout << "Verify read after write: ";
    for (auto b : readResp) printf("%02X ", b);
    cout << endl;

     return 0;
}

輸出示例：

Write without unlock: 7F 2E 31 
Write with unlock: 6E F1 90 
Verify read after write: 62 F1 90 31 47 4E 50 4B 44 4B 45 58 52 31 32 33 34 35 36 37 

$31服務用于觸發 ECU 內部一段預定義的例程（Routine），例如自檢、內存擦除、鑰匙學習、刷寫前檢查等。與$22/$2E操作靜態數據不同，$31執行的是動作（函數回調）。例程通過兩字節的例程標識符（RID）區分。

3.2 控制類型（sub-function）

含義

0x01

啟動例程 (Start)

0x02

停止例程 (Stop)

0x03

請求例程結果 (RequestResults)

請求中可攜帶附加參數（例如擦除起始地址、長度），由 RID 定義決定。

3.3 協議格式

• 請求：31 routineControlType RID [routineData...]

• 正響應：71 routineControlType RID [routineStatusData...]

• • 對Start：可能返回預計執行時間或狀態

  • 對RequestResults：返回例程執行的結果數據（如故障碼個數）

• 負響應：7F 31 NRC

NRC

含義

0x12

子功能（controlType）不支持

0x13

報文長度錯誤（缺少必需參數）

0x22

當前條件不滿足（如發動機運轉中不能擦除）

0x24

順序錯誤（例如未 Start 就 RequestResults）

0x31

RID 不支持或參數超出范圍

0x33

需要安全訪問解鎖

0x72

例程執行失敗（例如擦除校驗錯誤）

3.5 C++ 代碼示例：模擬 ECU 處理例程控制

#include  

#include 
#include  

#include  

#include  


 enum RoutineState { IDLE, RUNNING, FINISHED };
class EcuRoutineController {
public:
    EcuRoutineController() : state(IDLE), resultReady(false) {}

     // 注冊例程回調
    void registerRoutine(uint16_t rid, function&)> startFunc,
                         function stopFunc,
                         function()> resultFunc) {
        routines[rid] = { startFunc, stopFunc, resultFunc };
    }

     // 處理 $31 請求
    vector handleRoutineControl(const vector& request) {
        const uint8_t SID = 0x31;
        const uint8_t POS_RESP_SID = 0x71;
        auto negResp = [&](uint8_t nrc) -> vector {
            return { 0x7F, SID, nrc };
        };

         if (request.size() < 4) // SID + SubFunc + RID(2)
            return negResp(0x13);

         uint8_t ctrlType = request[1];
        uint16_t rid = (request[2] << 8) | request[3];
        vector param(request.begin() + 4, request.end());

         // 檢查子功能支持
        if (ctrlType != 0x01 && ctrlType != 0x02 && ctrlType != 0x03)
            return negResp(0x12);

         // 檢查 RID 是否存在
        auto it = routines.find(rid);
        if (it == routines.end())
            return negResp(0x31);

         auto& routine = it->second;
        bool success = false;
        vector resultData;

         switch (ctrlType) {
        case 0x01: // Start
            if (state != IDLE)
                return negResp(0x24); // 順序錯誤：已運行或未正確停止
            success = routine.startFunc(param);
            if (success) {
                state = RUNNING;
                // 模擬異步執行，這里簡單同步，實際可啟動線程
                // 為演示效果，立即標記完成（真實場景需延遲）
                state = FINISHED;
                resultReady = true;
                resultCache = routine.resultFunc(); // 預存結果
            }
            break;
        case 0x02: // Stop
            if (state != RUNNING && state != FINISHED)
                return negResp(0x24);
            success = routine.stopFunc();
            if (success) state = IDLE;
            break;
        case 0x03: // RequestResults
            if (!resultReady)
                return negResp(0x24); // 未 Start 或未完成
            resultData = routine.resultFunc();
            // 不改變狀態
            break;
        }

         if (!success)
            return negResp(0x72); // 例程執行失敗

         // 構造正響應
        vector response = { POS_RESP_SID, ctrlType, uint8_t(rid >> 8), uint8_t(rid & 0xFF) };
        response.insert(response.end(), resultData.begin(), resultData.end());
        return response;
    }

 private:
    struct Routine {
        function&)> startFunc;
        function stopFunc;
        function()> resultFunc;
    };
    map routines;
    RoutineState state;
    bool resultReady;
    vector resultCache;
};

 // 演示：內存擦除例程 RID=0xFF01
int main() {
    EcuRoutineController ecu;
    // 注冊擦除例程
    ecu.registerRoutine(0xFF01,
        [](const vector& params) -> bool {
            cout << "Routine Start: Erasing memory, params size=" << params.size() << endl;
            // 模擬條件檢查（例如參數必須包含有效地址）
            if (params.size() < 4) return false;
            return true;
        },
        []() -> bool {
            cout << "Routine Stop: Stop erasing" << endl;
            return true;
        },
        []() -> vector {
            cout << "Routine Result: Erase success, 0 errors" << endl;
            return { 0x00, 0x00 }; // 成功標志
        }
    );

     // 請求啟動例程，帶參數（起始地址0x0000，長度0x1000）
    vector request = { 0x31, 0x01, 0xFF, 0x01, 0x00, 0x00, 0x10, 0x00 };
    auto resp = ecu.handleRoutineControl(request);
    cout << "Start response: ";
    for (auto b : resp) printf("%02X ", b);
    cout << endl;

     // 請求結果
    request = { 0x31, 0x03, 0xFF, 0x01 };
    resp = ecu.handleRoutineControl(request);
    cout << "Result response: ";
    for (auto b : resp) printf("%02X ", b);
    cout << endl;

     // 未 Start 就請求結果（狀態機已變化，這里演示順序錯誤，需重置狀態？實際需真實模擬）
    // 為了展示 NRC 0x24，再創建一個新控制器
    EcuRoutineController ecu2;
    ecu2.registerRoutine(0xFF01, [](auto){return true;}, []{return true;}, []{return vector{};});
    request = { 0x31, 0x03, 0xFF, 0x01 };
    resp = ecu2.handleRoutineControl(request);
    cout << "Result without start: ";
    for (auto b : resp) printf("%02X ", b);
    cout << endl;

     return 0;
}

輸出示例：

Routine Start: Erasing memory, params size=4
Start response: 71 01 FF 01 00 00 
Routine Result: Erase success, 0 errors
Result response: 71 03 FF 01 00 00 
Result without start: 7F 31 24 

無論遇到哪個服務的負響應，都可以按照以下金字塔順序排查：

1. 服務/子功能支持性(0x12,0x31)
   檢查對方 ECU 是否實現了該 SID 或 RID/ DID。

2. 安全訪問狀態(0x33)
   多數寫操作和敏感讀取需要先執行$27服務解鎖。

3. 會話模式(0x7F常伴隨0x12或0x31)
   某些服務僅在擴展會話下可用。

4. 報文長度/格式(0x13)
   核對 DID 定義的長度，是否漏傳或多傳了數據。

5. 運行條件(0x22)
   是否需要車輛處于特定狀態（ON檔、發動機停止、車速為零）。

6. 調用順序(0x24)
   對于$31，是否嚴格遵循 Start → (Stop) → RequestResults 的順序。

7. 內部執行錯誤(0x72)
   例程內部邏輯失敗，如擦除校驗失敗、寫入 EEPROM 超時。

掌握這些服務的協議與實現細節，能讓你在開發診斷工具或 ECU 固件時，快速定位問題，寫出穩定可靠的代碼。