Doip功能实现 1

Doip功能实现

要使用C语言手写代码实现DoIP（诊断协议基于IP网络）功能，你需要遵循以下步骤。这个过程假设你已经具备了一定的C语言编程经验，以及对网络编程的基本了解。

1. 准备开发环境

在Windows上设置C语言开发环境

选择文本编辑器

• Visual Studio Code：这是一个强大的免费编辑器，支持C语言，并且有很多有用的插件。
• Sublime Text：这也是一个流行的选择，它轻巧快速，但某些功能可能需要购买许可。

安装C语言编译器

• MinGW（Minimalist GNU for Windows）：
  • 这是一个适用于Windows的GCC（GNU编译器集合）版本。
  • 访问MinGW官网下载安装程序。
  • 安装时，确保选择“mingw32-gcc-g++”包，这将安装GCC编译器。
• Cygwin：
  • Cygwin提供了一个类Unix的环境在Windows上运行。
  • 它包括GCC编译器和许多Unix样式的工具和库。
  • 访问Cygwin官网下载安装程序。
  • 在安装过程中，选择开发工具，包括GCC。

环境变量配置

• 安装完成后，将编译器的安装路径添加到Windows的环境变量中。
• 对于MinGW，通常需要添加**C:\MinGW\bin**到环境变量中。
• 对于Cygwin，添加**C:\cygwin64\bin**（或你的安装路径）。

在Linux或macOS上设置

如果你使用的是Linux或macOS，那么设置过程会更简单，因为GCC通常已经预装在这些系统中。

• 在Linux上，你可以通过运行**sudo apt-get install build-essential**（对于基于Debian的系统）来确保GCC和其他开发工具的安装。
• 在macOS上，可以通过安装Xcode Command Line Tools来获取GCC。在终端运行**xcode-select --install**即可开始安装。

验证安装

安装完成后，在命令行或终端运行**gcc --version**来验证GCC编译器是否正确安装。如果一切正常，它应该显示安装的GCC版本。

开始你的项目

一旦你的开发环境准备好了，你就可以开始编写DoIP实现的代码了。你可以创建一个新的项目文件夹，并在你选择的文本编辑器中开始编写C代码。记得定期编译你的代码以检查错误，并进行测试以确保一切按预期工作。

2. 创建TCP/IP基础

创建TCP/IP基础是实现DoIP功能的关键部分。你需要使用socket编程来创建一个基本的TCP/IP服务器和客户端。以下是一个基本指南，帮助你在C语言中实现这一功能。

步骤 1: 创建TCP服务器

1. 初始化Socket：
   • 使用 socket() 函数创建一个新的socket。
2. 设置服务器地址：
   • 定义一个 sockaddr_in 结构体来指定服务器的IP地址和端口号。
3. 绑定Socket：
   • 使用 bind() 函数将socket与服务器地址绑定。
4. 监听连接：
   • 使用 listen() 函数使服务器开始监听连接请求。
5. 接受连接：
   • 使用 accept() 函数接受来自客户端的连接。
6. 通信处理：
   • 使用 recv() 和 send() 函数进行数据接收和发送。

步骤 2: 创建TCP客户端

1. 初始化Socket：
   • 同样使用 socket() 函数创建一个新的socket。
2. 设置服务器地址：
   • 定义一个 sockaddr_in 结构体来指定要连接的服务器的IP地址和端口号。
3. 连接到服务器：
   • 使用 connect() 函数连接到服务器。
4. 发送和接收数据：
   • 使用 send() 和 recv() 函数与服务器通信。

示例代码

TCP服务器（C语言）

cCopy code
#include #include #include #include #include #include #define PORT 8080

int main() {
    int server_fd, new_socket;
    struct sockaddr_in address;
    int opt = 1;
    int addrlen = sizeof(address);
    char buffer[1024] = {0};
    char *message = "Hello from server";

    // 创建socket文件描述符
    if ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == 0) {
        perror("socket failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 强制性地绑定socket到端口8080
    if (setsockopt(server_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR | SO_REUSEPORT, &opt, sizeof(opt))) {
        perror("setsockopt");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    address.sin_family = AF_INET;
    address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    address.sin_port = htons(PORT);

    // 绑定socket到端口
    if (bind(server_fd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address)) < 0) {
        perror("bind failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    if (listen(server_fd, 3) < 0) {
        perror("listen");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    if ((new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr *)&address, (socklen_t*)&addrlen)) < 0) {
        perror("accept");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 读取并发送消息
    read(new_socket, buffer, 1024);
    printf("%s\n", buffer);
    send(new_socket, message, strlen(message), 0);
    printf("Message sent\n");

    return 0;
}

TCP客户端（C语言）

cCopy code
#include #include #include #include #include #include #define PORT 8080

int main() {
    struct sockaddr_in serv_addr;
    char *message = "Hello from client";
    char buffer[1024] = {0};
    int sock = 0;

    if ((sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
        printf("\n Socket creation error \n");
        return -1;
    }

    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_port = htons(PORT);

    // 将IPv4和IPv6地址从文本转换为二进制形式
    if(inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv_addr.sin_addr) <= 0) {
        printf("\nInvalid address/ Address not supported \n");
        return -1;
    }

    // 连接到服务器
    if (connect(sock, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) {
        printf("\nConnection Failed \n");
        return -1;
    }

    // 发送消息并接收响应
    send(sock, message, strlen(message), 0);
    printf("Message sent\n");
    read(sock, buffer, 1024);
    printf("Server: %s\n", buffer);

    return 0;
}

编译和运行

• 使用GCC编译器编译这些代码。
• 首先运行服务器，然后运行客户端以查看通信是否成功。

请记住，这些示例仅提供基本的TCP通信框架。在实现DoIP功能时，你需要在此基础上构建，实现特定的消息格式和处理逻辑。

3. 实现DoIP消息结构

实现DoIP消息结构涉及到根据ISO 13400标准定义消息的格式。一个基本的DoIP消息通常包括一个消息头和一个负载部分。在C语言中，你可以使用结构体（struct）来定义这些部分。

DoIP消息头结构

DoIP消息头一般包含以下字段：

1. 协议版本：标识DoIP协议的版本。
2. 反转：通常用于填充或对齐，保持结构的一致性。
3. Payload类型：标识负载的类型。
4. Payload长度：指定负载的长度。

定义DoIP消息结构

在C语言中，你可以这样定义DoIP消息头：

cCopy code
#include // DoIP消息头结构
typedef struct {
    uint8_t protocol_version; // 协议版本
    uint8_t inverse_version;  // 反转版本
    uint16_t payload_type;    // 负载类型
    uint32_t payload_length;  // 负载长度
} DoIPHeader;

负载部分

负载部分的内容取决于payload类型。例如，对于诊断消息，负载可能包含实际的诊断数据。

完整的DoIP消息

一个完整的DoIP消息可能包括一个消息头和一个负载。在C语言中，你可以使用结构体和指针来表示这种关系。

cCopy code
typedef struct {
    DoIPHeader header; // DoIP消息头
    uint8_t *payload;  // 指向负载的指针
} DoIPMessage;

实际应用

在实际应用中，你将需要根据DoIP消息类型来处理不同的负载。例如，车辆识别请求和车辆识别响应将有不同的负载结构。你还需要实现消息的编码和解码逻辑，以便在网络上发送和接收这些消息。

注意事项

• 内存管理：在使用指针指向负载时，要注意内存的分配和释放。
• 字节顺序：网络通信中通常使用大端字节序，你可能需要在接收和发送消息前转换字节顺序。
• ISO 13400遵从性：确保你的实现符合ISO 13400标准的规定，特别是在消息格式和类型上。

4. 编写车辆识别请求处理

1. 构建请求消息：
   • 根据DoIP协议，构建一个车辆识别请求消息。这通常包括一个特定的payload类型来指示这是一个车辆识别请求。
2. 发送消息：
   • 使用之前创建的TCP客户端套接字发送该请求消息。

服务器端：识别和响应请求

1. 接收请求消息：
   • 服务器需要不断监听并接收来自客户端的消息。
2. 解析请求：
   • 解析接收到的消息，检查payload类型以确定是否为车辆识别请求。
3. 构建和发送响应：
   • 如果是车辆识别请求，构建一个适当的响应消息（如包含车辆识别信息的消息）并发送回客户端。

示例代码

这里是一些简化的伪代码示例，以展示如何在C语言中实现这些功能。

客户端：发送车辆识别请求

cCopy code
void sendVehicleIdentificationRequest(int socket) {
    DoIPMessage request;
    // 假设fillDoIPMessage函数填充了正确的协议版本、反转版本、payload类型和长度
    fillDoIPMessage(&request, VEHICLE_IDENTIFICATION_REQUEST);

    // 发送请求
    send(socket, &request, sizeof(request), 0);

    // 这里可以添加代码来接收和处理服务器的响应
}

服务器端：处理请求

cCopy code
void handleIncomingMessages(int client_socket) {
    DoIPMessage receivedMessage;

    // 接收消息
    recv(client_socket, &receivedMessage, sizeof(receivedMessage), 0);

    // 检查是否为车辆识别请求
    if (receivedMessage.header.payload_type == VEHICLE_IDENTIFICATION_REQUEST) {
        // 处理车辆识别请求
        sendVehicleIdentificationResponse(client_socket);
    }
}

void sendVehicleIdentificationResponse(int socket) {
    DoIPMessage response;
    // 填充响应消息，包括车辆识别信息
    // ...

    // 发送响应
    send(socket, &response, sizeof(response), 0);
}

5. 处理诊断消息

1. 构建诊断消息：
   • 创建一个DoIP消息，其中payload类型指定为诊断消息类型。
   • 在payload部分填充具体的诊断数据。
2. 发送消息：
   • 使用TCP连接向服务器发送构建的诊断消息。

服务器端：解析和响应诊断消息

1. 接收诊断消息：
   • 服务器监听并接收来自客户端的消息。
2. 解析消息：
   • 解析接收到的消息，检查是否为诊断消息类型。
   • 提取并处理payload部分的诊断数据。
3. 构建和发送响应：
   • 根据诊断请求的结果，构建一个适当的响应消息。
   • 将响应消息发送回客户端。

示例代码

以下是简化的伪代码，展示了如何实现客户端和服务器端的诊断消息处理：

客户端：发送诊断消息

cCopy code
void sendDiagnosticMessage(int socket, const uint8_t* diagnosticData, size_t dataSize) {
    DoIPMessage diagnosticMessage;
    // 填充DoIP消息头
    fillDoIPMessageHeader(&diagnosticMessage, DIAGNOSTIC_MESSAGE);

    // 分配并填充诊断数据到payload
    diagnosticMessage.payload = malloc(dataSize);
    memcpy(diagnosticMessage.payload, diagnosticData, dataSize);

    // 发送诊断消息
    send(socket, &diagnosticMessage, sizeof(DoIPHeader) + dataSize, 0);

    // 释放分配的payload内存
    free(diagnosticMessage.payload);

    // 可以添加代码来接收和处理服务器的响应
}

服务器端：解析和响应诊断消息

cCopy code
void handleDiagnosticMessages(int client_socket) {
    DoIPMessage receivedMessage;

    // 接收消息
    recv(client_socket, &receivedMessage, sizeof(DoIPHeader), 0);

    // 检查是否为诊断消息
    if (receivedMessage.header.payload_type == DIAGNOSTIC_MESSAGE) {
        // 分配内存并接收payload
        receivedMessage.payload = malloc(receivedMessage.header.payload_length);
        recv(client_socket, receivedMessage.payload, receivedMessage.header.payload_length, 0);

        // 处理诊断数据
        processDiagnosticData(receivedMessage.payload, receivedMessage.header.payload_length);

        // 发送响应
        sendDiagnosticResponse(client_socket);

        // 释放分配的payload内存
        free(receivedMessage.payload);
    }
}

void processDiagnosticData(const uint8_t* data, size_t dataSize) {
    // 解析和处理诊断数据
    // ...
}

void sendDiagnosticResponse(int socket) {
    // 构建并发送适当的诊断响应消息
    // ...
}

6. 测试和调试

测试和调试是软件开发中至关重要的步骤，尤其对于实现像DoIP这样的网络协议尤为重要。这不仅确保程序按预期运行，还帮助你识别和解决可能出现的问题。以下是一些测试和调试DoIP实现的指导方针：

1. 单元测试

• 基本功能测试：为DoIP消息的创建、发送和接收编写单元测试，确保基本功能正常工作。
• 消息格式测试：验证消息是否符合ISO 13400标准的格式。
• 边界条件测试：测试消息大小的极限情况和异常输入，确保程序能够优雅地处理这些情况。

2. 集成测试

• 客户端-服务器交互：测试客户端和服务器之间的完整交互流程，包括车辆识别请求和诊断消息交换。
• 并发连接测试：确保服务器能够处理多个客户端的并发连接和请求。
• 网络延迟和中断：模拟网络延迟和连接中断的情况，测试程序的稳健性和恢复能力。

3. 性能测试

• 负载测试：在高负载下测试服务器，检查其性能和响应时间。
• 资源使用监控：监控内存和CPU的使用情况，确保没有内存泄漏或其他资源管理问题。

4. 使用调试工具

• 断点和步进：使用调试工具（如GDB）在关键代码处设置断点，单步执行以观察程序的行为。
• 变量检查：在运行时检查关键变量的状态，确保它们的值符合预期。

5. 日志记录

• 记录关键事件：在代码中添加日志记录语句，记录关键事件的发生，如连接的建立和关闭、消息的发送和接收。
• 错误记录：确保所有的异常和错误都被记录下来，以便于分析原因。
• 日志级别：使用不同的日志级别（如调试、信息、警告、错误），以便于在不同的环境中调整日志的详细程度。

6. 实际场景模拟

• 真实环境模拟：如果可能，测试代码在尽可能接近生产环境的设置中的表现。
• 硬件兼容性测试：如果涉及具体的硬件（如车辆ECU），在真实硬件上进行测试，确保兼容性和性能。

7. 代码审查和反馈

• 代码审查：定期进行代码审查，让其他开发者检查你的代码，提供反馈和改进建议。
• 重构和优化：根据测试和审查的结果进行必要的代码重构和优化。

示例代码片段

下面是一个简化的C语言代码片段，用于创建TCP服务器：

cCopy code
#include #include #include #include #include #define PORT 13400

int main() {
    int server_fd, new_socket;
    struct sockaddr_in address;
    int opt = 1;
    int addrlen = sizeof(address);

    // 创建socket文件描述符
    if ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == 0) {
        perror("socket failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 强制性地绑定socket到端口13400
    if (setsockopt(server_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR | SO_REUSEPORT, &opt, sizeof(opt))) {
        perror("setsockopt");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    address.sin_family = AF_INET;
    address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    address.sin_port = htons(PORT);

    // 绑定socket到端口
    if (bind(server_fd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address))<0) {
        perror("bind failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    if (listen(server_fd, 3) < 0) {
        perror("listen");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    if ((new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr *)&address, (socklen_t*)&addrlen))<0) {
        perror("accept");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // ... 处理连接 ...

    return 0;
}

这个示例仅仅是开始的基础，实际的DoIP实现会更加复杂，包括处理具体的DoIP消息和确保遵循ISO 13400标准。你需要根据标准继续扩展和实现更多的功能。