Хакаем CAN шину авто. Виртуальная панель приборов
В первой статье «Хакаем CAN шину авто для голосового управления» я подключался непосредственно к CAN шине Comfort в двери своего авто и исследовал пролетающий траффик, это позволило определить команды управления стеклоподъемниками, центральным замком и др.
В этой статье я расскажу как собрать свою уникальную виртуальную или цифровую панель приборов и получить данные с любых датчиков в автомобилях группы VAG (Volkswagen, Audi, Seat, Skoda).
Мною был собран новый CAN сниффер и CAN шилд для Raspberry Pi на базе модуля MCP2515 TJA1050 Niren, полученные с их помощью данные я применил в разработке цифровой панели приборов с использованием 7″ дисплея для Raspberry Pi. Помимо простого отображения информации цифровая панель реагирует на кнопки подрулевого переключателя и другие события в машине.
В качестве фреймворка для рисования приборов отлично подошел Kivy для Python. Работает без Иксов и для вывода графики использует GL.
- CAN сниффер из Arduino Uno
- Подслушиваем запросы с помощью диагностической системы VAG-COM (VCDS)
- Разработка панели приборов на основе Raspberry Pi и 7″ дисплея
- Софт панели приборов на Python и Kivy (UI framework)
- Видео работы цифровой панели приборов на базе Raspberry Pi
Под катом полная реализация проекта, будет интересно!
Водительская дверь открыта
CAN сниффер из Arduino Uno
Чтобы послушать, что отправляет VCDS в CAN шину я собрал сниффер на макетке из Arduino и модуля MCP2515 TJA1050 Niren.
Схема подключения следующая:
Для прослушивания трафика использовал анализатор CanHackerV2 и прошивку arduino-canhacker для Arduino, которая реализует API совместимое с этой программой. Прошивка в гите https://github.com/autowp/arduino-canhacker.
CanHackerV2 позволяет смотреть пролетающий трафик, записывать и проигрывать команды с заданным интервалом, что очень сильно помогает в анализе данных.
Подслушиваем запросы с помощью диагностической системы VAG-COM (VCDS)
Описание VCDS с официального сайта ru.ross-tech.com:
Программно-аппаратный сканер VCDS предназначен для диагностики электронных систем управления, устанавливаемых на автомобилях группы VAG. Доступ ко всем системам: двигатель, ACP, АБС, климат-контроль, кузовая электроника и т.п., считывание и стирание кодов неисправностей, вывод текущих параметров, активация, базовые установки, адаптация, кодирование и т.п.
Подключив сниффер к линиям CAN_L и CAN_H в диагностическом шнурке я смог увидеть какие запросы делает VCDS и что отвечает авто.
Особенность авто группы VAG в том, что OBD2 разъем подключен к CAN шине через шлюз и шлюз не пропускает весь гуляющий по сети трафик, т.е. подключившись в OBD2 разъем сниффером вы ничего не увидите. Чтобы получить данные в OBD2 разъёме нужно отправлять шлюзу специальные запросы. Эти запросы и ответы видно при прослушивании трафика от VCDS. Например вот так можно получить пробег.
В VCDS можно получить информацию почти с любого датчика в машине. Меня в первую очередь интересовала информация, которой вообще нет на моей приборке, это:
- температура масла
- какая именно дверь открыта
Скорость, обороты, температура ОЖ, пробег, расход, место в баке и другие запросы я тоже получил, для справки размещу.
Разработка панели приборов на основе Raspberry Pi и 7″ дисплея
В качестве аппаратной части я выбрал Raspberry Pi. Была идея использовать Android планшет, но показалось, что на Raspberry Pi будет проще и быстрее. В итоге докупил официальный 7″ дисплей, и сделал CAN шилд из модуля TJA1050 Niren.
OBD2 штекер использовал от старого ELM327 адаптера.
Используются контакты: CAN_L, CAN_H, +12, GND.
Тесты в машине прошли успешно и теперь нужно было все собрать. Плату дисплея, Raspberry Pi и блок питания разместил на куске черного пластика, очень удачно подобрал пластмассовые втулки, с ними ничего не болтается и надежно закреплено.
Местом установки выбрал бардачок на торпедо, которым я не пользуюсь. По примеркам в него как раз помещается весь бутерброд.
Напильником довел лист черного пластика до размера крышки бардачка, к нему прикрепил бутерброд и дисплей. Для прототипа сойдет, а 3D модель с крышкой для дисплея и всеми нужными крепежами уже в разработке.
Софт панели приборов на Python и Kivy (UI framework)
Параллельно со сборкой самой панели приборов я вел разработку приложения для отображения информации с датчиков. В самом начале я не планировал какой либо дизайн.
Первая версия панели приборов
По мере разработки решил визуализировать данные более наглядно. Хотел гоночный дизайн, а получилось, что-то в стиле 80-х.
Вторая версия панели приборов
Продолжив поиски более современного дизайна я обратил внимание какие цифровые приборки делают автопроизводители и постарался сделать что-то похожее.
Третья версия панели приборов
Ранее, я никогда не разрабатывал графические приложения под Linux поэтому не знал с чего начать. Вариант на вебе простой в разработке, но слишком много лишних компонентов: иксы, браузер, nodejs, хотелось быстрой загрузки. Попробовав Qt PySide2 я понял, что это займет у меня много времени, т.к. мало опыта. Остановился на Kivy — графический фреймворк для Python, простой в понимании с полной библиотекой графических элементов и дающий возможность быстро создать мобильный интерфейс.
Kivy позволяет запускать приложение без Иксов, прямо из консоли, в качестве рендера используется OpenGL. Благодаря этому полная загрузка системы может происходить за 10 секунд.
Алгоритм работы следующий, используется 3 потока:
- В главном потоке работаем с графическими элементы (спидометр, тахометр, часы, температуры и др) на экране
- Во втором потоке каждые 5 мс делаем опрос следующего датчика
- В третьем потоке слушаем CAN шину, получив ответ парсим его и обновляем соответствующий графический элемент
Работает стабильно, самый долгий процесс в разработке был связан с рисованием дизайна. На данный момент обкатываю решение и потихоньку пишу мобильное приложение для iOS, чтобы любой мог попробовать цифровую панель приборов.
Проект цифровой панель приборов открытый. Рад буду предложениям и комментариям!
Видео работы цифровой панели приборов на базе Raspberry Pi
Приложение на телефон Виртуальная панель приборов
Для телефона написал приложение — виртуальная панель приборов, данные от машины передаются через ELM327 Wi-Fi адаптер. Адаптер подключается в OBD2 разъем, делает запросы по CAN шине и возвращается ответы в приложение по Wi-Fi.
Приложение VAG Virtual Cockpit уже в AppStore. Пока, что только под iPhone/iPad, но Android версия планируется. Приложение решил сделать платным с минимальной символической стоимостью.
Если есть желание поддержать проект, то вот ссылка на приложение, принимаю любые замечания и предложения!
VAG Virtual Cockpit
Источник
Хакаем CAN шину авто. Мобильное приложение вместо панели приборов
Я продолжаю изучать CAN шину авто. В предыдущих статьях я голосом открывал окна в машине и собирал виртуальную панель приборов на RPi. Теперь я разрабатываю мобильное приложение VAG Virtual Cockpit, которое должно полностью заменить приборную панель любой модели VW/Audi/Skoda/Seat. Работает оно так: телефон подключается к ELM327 адаптеру по Wi-Fi или Bluetooth и отправляет диагностические запросы в CAN шину, в ответ получает информацию о датчиках.
По ходу разработки мобильного приложения пришлось узнать, что разные электронные блоки управления (двигателя, трансмиссии, приборной панели и др.) подключенные к CAN шине могут использовать разные протоколы для диагностики, а именно UDS и KWP2000 в обертке из VW Transport Protocol 2.0.
Программный сниффер VCDS
Чтобы узнать по какому протоколу общаются электронные блоки я использовал специальную версию VCDS с программным сниффером в комплекте. В этот раз никаких железных снифферов на Arduino или RPi не пришлось изобретать. С помощью CAN-Sniffer можно подсмотреть общение между VCDS и автомобилем, чтобы затем телефон мог прикинуться диагностической утилитой и отправлять те же самые запросы.
Я собрал некоторую статистику по использованию диагностических протоколов на разных моделях автомобилей:
VW/Skoda/Seat (2006-2012) — приборная панель UDS. Двигатель и трансмиссия VW TP 2.0
Audi (2006-2012) — приборная панель VW TP 2.0. Двигатель UDS. Трансмиссия VW TP 2.0
VW/Skoda/Seat/Audi (2012-2021) — везде UDS
Протокол UDS
Unified Diagnostic Services (UDS) — это диагностический протокол, используемый в электронных блоках управления (ЭБУ) автомобильной электроники. Протокол описан в стандарте ISO 14229-1 и является производным от стандарта ISO 14230-3 (KWP2000) и ныне устаревшего стандарта ISO 15765-3 (Diagnostic Communication over Controller Area Network (DoCAN)). Более подробно в википедии.
Диагностические данные от двигателя по протоколу UDS (Skoda Octavia A7)
В моей машине (Skoda Octavia A5) приборка использует UDS протокол, это дало мне легкий старт разработки, т.к. данные были в простом формате Single Frame SF (фрейм, вся информация которого умещается в один CAN пакет) и большинство значений легко поддавались расшифровке. Volkswagen не дает документацию на формат значений, поэтому формулу расшифровки для каждого датчика приходилось подбирать методом логического мышления. Про UDS протокол очень хорошо и с подробным разбором фреймов написано на canhacker.ru.
Разбор UDS пакета в формате Single Frame
Пример запроса и ответа температуры моторного масла:
Запрос температуры моторного масла:
7E0 — Адрес назначения (ЭБУ двигателя)
Байт 0 (0x03) — Размер данных (3 байта)
Байт 1 (0x22) — SID идентификатор сервиса (запрос текущих параметров)
Байт 2, 3 (0x11 0xBD) — PID идентификатор параметра (температура моторного масла)
Байт 4, 5, 6, 7 (0x55) — Заполнитель до 8 байт
Ответ температуры моторного масла:
7E8 — Адрес источника (Диагностический прибор)
Байт 0 (0x05) — Размер данных (5 байт)
Байт 1 (0x62) — Положительный ответ, такой SID существует. 0x22 + 0x40 = 0x62. (0x7F) — отрицательный ответ
Байт 2, 3 (0x11 0xBD) — PID идентификатор параметра (температура моторного масла)
Байт 4, 5 (0x0B 0x74) — значение температуры моторного масла (20.1 °C формулу пока что не смог подобрать)
Байт 6, 7 (0x55) — Заполнитель до 8 байт
Первая версия мобильного приложения VAG Virtual Cockpit умела подключаться только к приборной панели по UDS.
VAG Virtual Cockpit — экран с данными от приборной панели по протоколу UDS
VW Transport Protocol 2.0
Volkswagen Transport Protocol 2.0 используется в качестве транспортного уровня, а данные передаются в формате KWP2000. Keyword Protocol 2000 — это протокол для бортовой диагностики автомобиля стандартизированный как ISO 14230. Прикладной уровень описан в стандарте ISO 14230-3. Более подробно в википедии.
Т.к. KWP2000 использует сообщения переменной длины, а CAN шина позволяет передавать сообщения не больше 8 байт, то VW TP 2.0 разбивает длинное сообщение KWP2000 на части при отправке по CAN шине и собирает заново при получении.
Диагностические данные от двигателя по протоколу KWP2000 (Skoda Octavia A5)
ЭБУ двигателя моей машины использует протокол VW TP 2.0, поэтому мне пришлось изучить его. Видимо Volkswagen разрабатывала транспортный протокол не только для работы по надежной CAN шине, но и для менее надежных линий связи, иначе нет объяснения для чего требуется такая избыточная проверка целостности данных. Главным источником информации по VW TP 2.0 является сайт https://jazdw.net/tp20.
Разбор протокола VW TP 2.0 на примере подключения к первой группе двигателя:
Настраиваем канал с двигателем. Байт 0: 0x01 — двигатель, 0x02 — трансмиссия. Байт 5,4: 0x300 — адрес источника
Получили положительный ответ. Байт 5,4: 0x740 — к двигателю обращаемся по этому адресу
Настраиваем ЭБУ на отправку сразу 16 пакетов и выставляем временные параметры
Получили положительный ответ
Отправляем команду KWP2000 startDiagnosticSession. Байт 0: 0x10 = 0b0001 — последняя строка данных + 0x0 счетчик отправляемых пакетов 0 (0x0 — 0xF)
Получили положительный ответ. Байт 0: 0x10 — cчетчик принимаемых пакетов 0
Мы отправили первый ACK, что получили ответ
Делаем запрос. Байт 0: 0x11 — счетчик отправляемых пакетов 1. Байт 3: 0x21 — запрос параметров. Байт 4: 0x01 — из группы 1
300 22 00 1A 61 01 01 C8 13
Байт 0: 0x22 — 0b0010 (не последняя строка данных) + 0x02 (cчетчик принимаемых пакетов 2). Байт 1,2: 0x00 0x1A длина 26 байт. Байт 3,4: 0x61 0x01 — положительный ответ на команду запроса параметров 0x21+0x40=0x61 из 0x1 группы. Байт 5: 0х01 — Запрос RPM (соответсвует протоколу KW1281). Байт 6,7: (0xC8 * 0x13)/5 = 760 RPM (формула соответствует протоколу KW1281)
300 23 05 0A 99 14 32 86 10
Байт 1: 0x05 — запрос ОЖ. Байт 2,3: (0x0A * 0x99)/26 = 57.0 C. Байт 4: 0x14 = запрос лямбда контроль %. Байт 5,6: 0x32*0x86; Байт 7: 0х10 — двоичная настройка
300 24 FF BE 25 00 00 25 00
0x25 0x00 x00 — Заполнитель, до 8 параметров
300 15 00 25 00 00 25 00 00
Байт 0: 0x15 — 0b0001 (последняя строка данных) + 0x5 (счетчик принимаемых пакетов 5)
Отправляем ACK. Прибывляем к нашему предыдущему ACK количество полученных пакетов 0xB1 + 0x4 = 0xB5
Запрос KeepAlive, что мы еще на связи
ЭБУ в ответ тоже разрывает связь
Во второй версии мобильного приложения VAG Virtual Cockpit появилась возможность диагностировать двигатель и трансмиссию по протоколу VW TP 2.0.
VAG Virtual Cockpit — экран с данными от двигателя по протоколу VW TP 2.0
Диагностический адаптер ELM327
Для меня некоторое время было вопросом, как получить данные из CAN шины и передать на телефон. Можно было бы разработать собственный шлюз с Wi-Fi или Bluetooth, как это делают производители сигнализаций, например Starline. Но изучив документацию на популярный автомобильный сканер ELM327 понял, что его можно настроить с помощью AT команд на доступ к CAN шине.
Копия диагностического сканера ELM327 Не все ELM327 одинаково полезны
Оригинальный ELM327 от компании elmelectronics стоит порядка 50$, в России я таких не встречал в продаже. У нас продаются только китайские копии/подделки, разного качества и цены 10-30$. Бывают полноценные копии, которые поддерживают все протоколы, а бывают и те которые умеют отвечать только на несколько команд, остальные игнорируют, такие адаптеры не имеют доступ к CAN шине. Я например пользуюсь копией Viecar BLE 4.0, который поддерживает 100% всех функций оригинала.
Для работы с протоколом UDS через ELM327 нужно указать адреса назначения, источника и разрешить длинные 8 байтные сообщения, по умолчанию пропускается максимум 7 байт.
Последовательность ELM327 AT команд для работы с UDS по CAN шине:
Для работы с протоколом KWP2000 через ELM327 нужно только указать адреса назначения и источника.
Последовательность ELM327 AT команд для работы с VW TP 2.0 по CAN шине:
Мобильное приложение VAG Virtual Cockpit
Для разработки мобильного приложения подключаемого к автомобилю требовалось:
Сниффером собрать трафик от диагностической утилиты VCDS
Изучить работу протоколов UDS, VW TP 2.0, KWP2000
Настроить диагностический сканер ELM327 на работу с UDS и VW TP 2.0
Изучить новый для меня язык программирования Swift
Мобильное приложение VAG Virtual Cockpit для iOS
В итоге получилось приложение, которое сочетает в себе функции отображения точных данных панели приборов и диагностика основных параметров двигателя и трансмиссии.
Пару слов про точность данных. Штатная панель приборов не точно показывает скорость — завышает показания на 5-10 км/ч, стрелка охлаждающей жидкости всегда на 90 °C, хотя реальная температура может быть 80 — 110 °C, стрелка уровня топлива до середины идет медленно, хотя топлива уже меньше половины и при нуле на самом деле топливо еще есть в баке. Производитель это делает для удобства и безопасности водителя.
На данный момент приложение показывает следующие параметры:
Приборная панель
Трансмиссия (температура)
1) Какая дверь открыта
2) Скорость
3) Обороты
4) Температура масла
5) Температура ОЖ
6) Топливо в баке в л.
7) Запас хода в км.
8) Средний расход
9) Время в машине
10) Пробег
11) Температура за бортом
1) Обороты
2) Массовый расход воздуха
3) Температура забора воздуха
4) Температура выхлопа (рассчитанная)
5) Критический уровень масла
6) Уровень масла
7) Наддув турбины (реальный)
8) Наддув турбины (ожидаемый)
9) Пропуски зажигания в цилиндрах
10) Углы откатов зажигания в цилиндрах
1) ATF AISIN (G93)
2) DSG6 (G93)
3) Блок управления DSG6 (G510)
4) Масло диска сцепления DSG6 (G509)
5) Мехатроник DSG7 (G510)
6) Процессор DSG7
7) Диск сцепления DSG7
Я стремлюсь чтобы приложение поддерживало как можно больше моделей автомобилей. Пока что поддерживаются производители: Volkswagen, Skoda, Seat, Audi. На разных комплектациях могут отображаться не все параметры, но это поправимо.
Сейчас я провожу тестирование версии 3.0. Приложение доступно только на iOS, после релиза 3.0 перейду к разработке версии для Android.
Если интересно потестировать и есть желание принять участие в проекте, то установить приложение можно по ссылке. Также я веду бортжурнал на drive2.ru, где делюсь полезной информацией и новостями о VAG Virtual Cockpit.
Источник