UDS診斷協(xié)議三級會話安全體系：默認(rèn)會話、擴(kuò)展會話與編程會話詳解（附代碼實(shí)現(xiàn)）

2026-05-10 00:07:59　來源: 新能源自動駕駛

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UDS協(xié)議通過0x10（診斷會話控制）服務(wù)定義了三級會話體系，包括默認(rèn)會話（Default Session）、擴(kuò)展會話（Extended Session）和編程會話（Programming Session）。這套安全體系實(shí)現(xiàn)了不同權(quán)限級別的分層隔離，確保了診斷和刷寫流程的安全性。

三級安全體系剖析

會話層級

子功能碼

“禁區(qū)”類比

核心機(jī)制

默認(rèn)會話 0x01

公共區(qū)域

ECU上電后的初始狀態(tài)。這是權(quán)限最低的會話，通常只支持信息讀取等基礎(chǔ)服務(wù)。

擴(kuò)展會話 0x03

工程師工作區(qū)

權(quán)限更高，可進(jìn)行參數(shù)寫入等操作。進(jìn)入此模式后，通常需要先通過“安全訪問”認(rèn)證。

編程會話 0x02

手術(shù)室

最高權(quán)限，用于執(zhí)行固件更新、內(nèi)存擦寫等敏感操作。

注：這些會話與0x27安全訪問服務(wù)緊密配合，構(gòu)成了UDS的核心安全防線。

會話切換與狀態(tài)管理

會話切換并非隨意進(jìn)行，它遵循一套嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嫞⒂啥〞r器機(jī)制進(jìn)行管理，防止ECU長時間停留在高權(quán)限狀態(tài)。

標(biāo)準(zhǔn)會話切換路徑

一個常見的診斷會話切換路徑及報文示例通常如下：

graph TD
    Default[默認(rèn)會話 (Default) 0x10 01]

     Default -->|診斷請求| Extended[擴(kuò)展會話 (Extended) 0x10 03
Request: 10 03
Positive: 50 03]
    Extended -->|安全訪問| SA{安全訪問 (27 Service)}

     SA -- 驗(yàn)證通過 --> Extended_Ready[擴(kuò)展會話(已解鎖)]
    Extended_Ready -->|編程請求| Programming[編程會話 (Programming) 0x10 02
Request: 10 02
Positive: 50 02]

     Default -.->|直接請求失敗| x((X))
    Programming -.->|不可直接返回| Extended

關(guān)鍵切換邏輯：

路徑要求 ：必須從 默認(rèn)會話 切換到 擴(kuò)展會話 ，再從擴(kuò)展會話切換到 編程會話 。通常不能從默認(rèn)會話直接切換到編程會話。
會話保持 ：進(jìn)入擴(kuò)展或編程會話后，診斷儀需周期性發(fā)送 ** TesterPresent 服務(wù) (ID: 0x3E )**，以維持非默認(rèn)會話狀態(tài)，避免因超時而自動退回默認(rèn)會話。

超時管理

會話超時是UDS協(xié)議中重要的安全機(jī)制，其核心時間參數(shù)有：

S3 Server time : 非默認(rèn)會話在無診斷請求時，能保持的最大空閑時間。
P2 Server : ECU 處理單幀診斷請求的典型超時時間。
P2 Server *: 在需要更多處理時間 (如下載/擦除) 時，響應(yīng)超時時間的最大值。

代碼實(shí)現(xiàn)剖析

以下代碼示例展示了如何在嵌入式ECU中實(shí)現(xiàn)這些核心邏輯（基于常見UDS協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)）。

0x10 服務(wù)：會話切換核心處理

當(dāng)診斷儀發(fā)送一個切換會話的請求時（如 10 03），ECU的Dcm_Dcm_ProcessRequest函數(shù)會接收到報文，并根據(jù)以下邏輯進(jìn)行處理：

/* 全局變量：用于存儲診斷會話狀態(tài)和應(yīng)用計(jì)時器 */
static Dcm_DiagnoticSessionType Dcm_CurrDiagSession = DCM_DEFAULT_SESSION; // 當(dāng)前會話狀態(tài)
static uint16 Dcm_S3ServerTimer = 0; // S3 Server超時計(jì)時器，單位ms
static uint8 Dcm_TimerRunning = 0;   // 計(jì)時器運(yùn)行標(biāo)志

 /** @brief UDS 0x10 服務(wù)的主處理函數(shù)
 *  @param MsgBuf 指向接收到的UDS請求報文的指針
 *  @param RespBuf 指向響應(yīng)報文緩沖區(qū)的指針（輸出參數(shù)）
 *  @return 函數(shù)執(zhí)行狀態(tài)（通常是E_OK表示成功，E_NOT_OK表示失敗）
 */
Std_ReturnType Dcm_DiagnosticSessionControl (uint8* MsgBuf, uint8* RespBuf)
{
    uint8 subFunction = MsgBuf[1];  // 獲取請求的子功能 (01/02/03)
    uint8 retVal = 0;                    // 返回值

     /* 1. 執(zhí)行通用條件檢查 */
    retVal = Dcm_PreconditionsCheck(MsgBuf);    // 檢查是否支持該服務(wù)，格式是否正確

     if (retVal != NRC_POS_RESP) 
    {
        RespBuf[0] = 0x7F;                // 負(fù)響應(yīng)ID
        RespBuf[1] = 0x10;                // 被拒絕的服務(wù)ID
        RespBuf[2] = retVal;              // 負(fù)響應(yīng)碼
        return E_OK;
    }

     /* 2. 根據(jù)請求的子功能，執(zhí)行特定的會話切換邏輯 */
    switch (subFunction)
    {
        case DCM_DEFAULT_SESSION:           // 子功能碼 0x01 : 切換到默認(rèn)會話
            if (Dcm_CurrDiagSession != DCM_DEFAULT_SESSION)
            {
                /* 在退出非默認(rèn)會話前，調(diào)用清理函數(shù) */
                Dcm_ClearSessionResources(Dcm_CurrDiagSession);
                Dcm_CurrDiagSession = DCM_DEFAULT_SESSION;
            }
            /* 重新初始化默認(rèn)會話：重置所有診斷相關(guān)的臨時配置 */
            Dcm_ReinitializeDefaultSession();
            break;

         case DCM_PROGRAMMING_SESSION:       // 子功能碼 0x02 : 切換到編程會話
            /* 檢查切換條件1：是否由擴(kuò)展會話發(fā)起 */
            if (Dcm_CurrDiagSession != DCM_EXTENDED_DIAGNOSTIC_SESSION)
            {
                RespBuf[0] = 0x7F;
                RespBuf[1] = 0x10;
                RespBuf[2] = NRC_7E;        // 服務(wù)序列中的子功能不支持（當(dāng)前會話不支持該切換）
                return E_OK;
            }
            /* 檢查切換條件2：安全訪問是否已解鎖（通常需要高安全級別） */
            if (Dcm_SecurityLevel != DCM_SEC_LVL_PROGRAMMING) // 假設(shè)DCM_SEC_LVL_PROGRAMMING是編程安全級別
            {
                RespBuf[0] = 0x7F;
                RespBuf[1] = 0x10;
                RespBuf[2] = NRC_33;        // 安全訪問未解鎖
                return E_OK;
            }
            /* 檢查切換條件3：車輛狀態(tài)是否允許（如車速、電壓等） */
            if (Dcm_CheckVehicleConditions() != E_OK)
            {
                RespBuf[0] = 0x7F;
                RespBuf[1] = 0x10;
                RespBuf[2] = NRC_22;        // 條件不滿足
                return E_OK;
            }
            /* 執(zhí)行編程會話的清理和準(zhǔn)備工作 */
            Dcm_ClearSessionResources(Dcm_CurrDiagSession);
            Dcm_CurrDiagSession = DCM_PROGRAMMING_SESSION;
            /* 重置并重新配置適用于編程會話的計(jì)時參數(shù)（如超時間隔） */
            Dcm_ConfigureTimingParameters(DCM_PROGRAMMING_SESSION);
            break;

         case DCM_EXTENDED_DIAGNOSTIC_SESSION: // 子功能碼 0x03 : 切換到擴(kuò)展會話
            /* 檢查切換條件：是否在默認(rèn)會話下請求切換 */
            if (Dcm_CurrDiagSession != DCM_DEFAULT_SESSION)
            {
                RespBuf[0] = 0x7F;
                RespBuf[1] = 0x10;
                RespBuf[2] = NRC_7E;
                return E_OK;
            }
            Dcm_ClearSessionResources(Dcm_CurrDiagSession);
            Dcm_CurrDiagSession = DCM_EXTENDED_DIAGNOSTIC_SESSION;
            break;

         default:                          // 其他不支持的子功能
            RespBuf[0] = 0x7F;
            RespBuf[1] = 0x10;
            RespBuf[2] = NRC_12;           // 子功能不支持
            return E_OK;
    }

     /* 3. 構(gòu)造0x10服務(wù)的肯定響應(yīng)報文 */
    RespBuf[0] = 0x50;                   // 正響應(yīng)ID
    RespBuf[1] = subFunction;            // 回聲請求的子功能
    RespBuf[2] = (uint8)(Dcm_P2Server_Max >> 8);      // 時間參數(shù) P2 Server Max 高位字節(jié)
    RespBuf[3] = (uint8)(Dcm_P2Server_Max & 0xFF);    // 時間參數(shù) P2 Server Max 低位字節(jié)
    RespBuf[4] = (uint8)(Dcm_P2StarServer_Max >> 8);  // 時間參數(shù) P2* Server Max 高位字節(jié)
    RespBuf[5] = (uint8)(Dcm_P2StarServer_Max & 0xFF);// 時間參數(shù) P2* Server Max 低位字節(jié)
    RespBuf[6] = 0x01;                   // 可選參數(shù)，通常為0x01
    RespBuf[7] = 0xF4;                   // 可選參數(shù)，通常為0xF4

     /* 4. 重置S3 Server超時計(jì)時器 */
    Dcm_S3ServerTimer = Dcm_S3ServerMax;   // 重新加載定時器初始值
    Dcm_TimerRunning = 1;                  // 啟動計(jì)時器

     return E_OK;
}

會話超時管理

ECU的系統(tǒng)Tick中斷或后臺主循環(huán)中，需要持續(xù)處理會話的超時邏輯。其核心思想是：當(dāng)ECU處于某個非默認(rèn)會話時，會啟動一個計(jì)時器（S3 Server），并在計(jì)時器到期后將會話切回默認(rèn)會話。

/** @brief 定時器服務(wù)函數(shù)（通常在1ms或10ms中斷/循環(huán)中被調(diào)用） */
void Dcm_MainFunction_Timer (void)
{
    /* 1. 會話超時管理 (S3 Server) */
    if (Dcm_TimerRunning == 1)       // 如果有計(jì)時器正在運(yùn)行
    {
        if (Dcm_S3ServerTimer != 0U) // 如果計(jì)時器未歸零
        {
            Dcm_S3ServerTimer--;     // 計(jì)時器遞減
        }

         if (Dcm_S3ServerTimer == 0U) // 如果計(jì)時器歸零，會話超時
        {
            Dcm_CurrDiagSession = DCM_DEFAULT_SESSION; // 強(qiáng)制切換回默認(rèn)會話
            Dcm_TimerRunning = 0;     // 停止計(jì)時器
            /* 通知系統(tǒng)：會話已因超時而退出，重置任何與之前會話相關(guān)的配置 */
            Dcm_NotifySessionTimeout();
        }
    }

     /* 2. 其他定時管理，如P2/P2*服務(wù)器的超時監(jiān)控等 */
    // ...
}

注意：上述代碼為典型設(shè)計(jì)思路，實(shí)際產(chǎn)品級實(shí)現(xiàn)通常在AUTOSAR DCM（診斷通信管理）模塊的Dcm_DiagnosticSessionControl_SubFnc函數(shù)和Dcm_Timer函數(shù)中完成。

典型安全刷寫流程

一個完整的、安全的ECU軟件升級流程，會充分體現(xiàn)這套三級安全體系。通常包括以下步驟：

進(jìn)入擴(kuò)展會話 ：診斷儀發(fā)送 10 03 ，ECU進(jìn)入擴(kuò)展會話，解鎖部分功能。
安全訪問認(rèn)證 ：診斷儀通過 27 服務(wù)（請求種子->發(fā)送密鑰）通過ECU的高級別身份驗(yàn)證。成功后，ECU解鎖編程相關(guān)權(quán)限。
刷寫前預(yù)檢查 ：使用 31 例程控制服務(wù)檢查刷寫條件（如電壓、車速），確保環(huán)境安全。
進(jìn)入編程會話 ：診斷儀發(fā)送 10 02 。ECU驗(yàn)證當(dāng)前在擴(kuò)展會話且通過安全認(rèn)證后切換至編程會話，并 停止應(yīng)用軟件運(yùn)行 ，準(zhǔn)備接收新固件。
執(zhí)行固件更新 ：通過 34 , 36 , 37 等服務(wù)，將新固件數(shù)據(jù)下載到ECU的特定內(nèi)存區(qū)域（如Flash）。
復(fù)位與退出 ：更新完成后，發(fā)送 11 01 硬復(fù)位ECU，使其重啟。此時ECU會 自動回到默認(rèn)會話 ，新固件開始運(yùn)行。

這種分級設(shè)計(jì)有效確保了即使在安全認(rèn)證失敗的情況下，ECU也不會被惡意刷寫，保護(hù)了核心功能安全。

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