从零实现 ISO 15765-2 (ISO-TP) + ISO 14229 (UDS) 车载诊断协议栈，基于 C11 + Linux SocketCAN 构建，包含协议状态机、诊断服务、自动化测试体系，零第三方协议库依赖。
形态为 C 语言虚拟 ECU(Server)+ Python 自动化诊断仪(Tester)，经 vcan0 虚拟总线通信，全程无需真实硬件。
- ISO-TP 传输层：SF/FF/CF/FC 双向收发状态机、SN 校验(F→0 回绕)、BS/STmin 流控(含 0xF1-0xF9 微秒档)、N_Bs/N_Cr 超时管理，4095 字节协议上限双向覆盖
- UDS 应用层：0x10 会话控制(含 S3 5s 超时自动降级)、0x3E TesterPresent(含肯定响应抑制)、0x22/0x2E DID 读写、0x27 Seed-Key 安全访问(3 次失败锁定 10 秒)、0x19 DTC 状态掩码查询
- 运行时设计：单线程 epoll 事件循环，CAN socket 与全部 timerfd 统一 fd 化派发；数据路径零 malloc/free,缓冲区静态预分配；C 侧除 libc 与内核头文件外零依赖
- 验证体系：pytest 63 条用例，以 python-can + can-isotp 参考实现与本协议栈交叉验证；Debug 构建 ASan/UBSan 全绿；Valgrind 10 分钟 163 万请求 0 错误 0 泄漏
- 文档：需求/架构/设计三层规格文档、任务级开发记录、五类 Wireshark 抓包证据、与 ISO 标准的已知偏差清单
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│ Python Tester (诊断仪) │ │ C 虚拟 ECU (本项目主体) │
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│ pytest + python-can │ │ │ UDS 应用层 │ │
│ + can-isotp (参考实现) │ │ │ 服务分发表/会话/安全 │ │
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│ - 原始帧注入（边界测试） │ │ │ ISO-TP 传输层 │ │
│ - 完整诊断流程（验收） │ │ │ TX/RX 状态机+定时器 │ │
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│ │ │ CAN 驱动层 │ │
│ vcan0 (SocketCAN) │ │ SocketCAN 封装 │ │
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分层依赖严格单向 uds → isotp → can_driver:CAN 驱动只懂 CAN 帧，ISO-TP 只懂 PCI 与分段重组，UDS 只收发完整 payload。详见系统架构。
./scripts/setup_vcan.sh # 创建 vcan0（需要 sudo）
python3 -m venv .venv && . .venv/bin/activate
python -m pip install -r requirements.txt # 仅测试侧需要
cmake -S . -B build && cmake --build build --parallel
./build/vuds_ecu -i vcan0 # 终端 1：启动虚拟 ECU终端 2 用 can-utils 直接对话(以下命令均实测)：
$ candump -tz vcan0 & # 观察总线
$ cansend vcan0 7E0#021001AAAAAAAAAAAA # 10 01 切默认会话
vcan0 7E8 [8] 06 50 01 00 32 01 F4 AA
$ cansend vcan0 7E0#03220100AAAAAAAAAAAA # 22 01 00 读冷却温度 DID
vcan0 7E8 [8] 05 62 01 00 00 55 AA AA
$ cansend vcan0 7E0#0322F190AAAAAAAAAAAA # 22 F1 90 读 VIN → 多帧响应
vcan0 7E8 [8] 10 14 62 F1 90 4C 56 55 # FF：总长 0x14=20 字节
$ cansend vcan0 7E0#300000AAAAAAAAAAAA # 手动发 FC(CTS, BS=0, STmin=0)
vcan0 7E8 [8] 21 44 53 32 30 32 36 44 # CF
vcan0 7E8 [8] 22 45 4D 4F 30 30 30 31 # CF → "LVUDS2026DEMO0001"注：本 ECU 接收端严格要求经典 CAN DLC=8 且未用字节填充 0xAA(有意取舍，理由见设计文档第 6 节)。
| SID | 服务 | 支持 | 关键行为 |
|---|---|---|---|
| 0x10 | DiagnosticSessionControl | 0x01 / 0x03 | 扩展会话 5s(S3)无活动自动降级 |
| 0x3E | TesterPresent | 0x00 / 0x80 | 抑制位生效；续期 S3 |
| 0x22 | ReadDataByIdentifier | 5 项 DID | 含 17 字节 VIN(多帧响应) |
| 0x2E | WriteDataByIdentifier | 2 项可写 DID | 需扩展会话 + 安全解锁 |
| 0x27 | SecurityAccess | 0x01 / 0x02 | Seed-Key;3 次错误锁定 10s,锁定不可被切换会话绕过 |
| 0x19 | ReadDTCInformation | 0x02 | 3 条静态 DTC 按状态掩码过滤 |
完整协议规格、状态机图与 NRC 映射见详细设计。
.venv/bin/python -m pytest tests/ -v \
--ecu-binary=build/vuds_ecu --isotp-harness=build/isotp_rx_harness-
pytest 63 条：正常/异常流程、ISO-TP 边界(7 字节 SF、8 字节 FF、4095 上限、SN 错乱、双超时)、0x27 全锁定生命周期、vcan down/restart 故障注入。Tester 侧以 can-isotp 作为参考实现交叉验证；无 vcan0 的环境下集成用例自动 skip,协议 harness 用例照常运行
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接口 down/restart 用例需要
CAP_NET_ADMIN:sudo .venv/bin/python -m pytest \ "tests/test_robustness.py::test_interface_down_exits_cleanly_and_allows_restart" \ -q -p no:cacheprovider --ecu-binary=build/vuds_ecu用例名含
::,须整体加引号;-p no:cacheprovider避免 root 写入.pytest_cache留下属主问题 -
Sanitizer:Debug 构建默认启用 ASan/UBSan,全套测试无报错
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Valgrind:
tests/valgrind_soak.py10 分钟混合请求压测，0 错误、0 泄漏、0 fd 泄漏 -
Wireshark 证据:SF 单帧 · FF/FC/CF 多帧 · BS/STmin 流控 · 超时行为 · 完整诊断流程
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验证记录:docs/verification.md
CI(GitHub Actions)在 ubuntu runner 上拉起 vcan0,以 Release 与 Debug(ASan/UBSan)双构建跑上述全部测试。
cmake -S . -B build # Release(默认)
cmake -S . -B build-debug -DCMAKE_BUILD_TYPE=Debug # 启用 ASan/UBSan
ctest --test-dir build --output-on-failure # 经 CTest 调用 pytest环境要求：Linux(SocketCAN/vcan)、CMake ≥ 3.16、C11 编译器、Python 3 + venv、iproute2/kmod/can-utils。
ECU 启动参数:./vuds_ecu [-i vcan0] [-r 0x7E0] [-t 0x7E8] [-v](-v 输出帧级调试日志)。
include/ C 模块公开接口
src/ 虚拟 ECU 的 6 个 C 编译单元
scripts/ vcan0 环境初始化脚本
tests/ Python Tester、pytest 用例与 C 协议 harness
docs/ 技术规格、任务记录、验证记录与抓包证据