汽车电子底层软件中的数据编码

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前言

前几天，同事问了我一个问题：“0xD+0x30为什么等于0x44”。我大脑迅速飞转，仍然想不通为什么等于0x44。然后问清了事情的来龙去脉，原来是在测试DID（数据标识符，诊断服务UDS中的一个概念），瞬间明白了这个问题涉及到汽车电子底层软件中的数据编码格式。

在汽车电子底层软件中，尤其是UDS诊断相关的数据，一定要特别注意数据的编码格式，让我们一起来盘点一下汽车电子底层软件中的数据编码格式。

数据的编码格式

数据编码格式的基础问题

一个数据“80”是什么意思？如果按照十六进制去理解这个数据，那就是0x80。如果按照10进制去理解这个数据，那就是八十。如果按照8进制去理解这个数据，那么这是一个错误的数据，因为8进制的数据最大不超过8。

我们继续分析这个数据，如果这个数据就是十六进制的80，即0x80，当然也可以是0x0080,0x00000080，显示的时候，可能会把高位的0给去除。我们继续分析，按照uint8_t的数据类型去解析这个数据，即值为十进制128，按照int8_t解析这个数据，值为-128。如果我们继续按照uint16_t,int16_t,uint32_t,int32_t,uint64_t,int64_t去解析这个数据，值均为十进制128。如果按照float去解析这个数据，根据IEEE 754标准，值约为1.19209290e-07f。如果按照double类型去解析这个数据，根据IEEE 754标准，值约为1.19209290e-07f。

这里涉及到多个概念，如下所示：

屏幕显示值（80）,在很多调试器中可以自由切换16进制、十进制、8进制显示，一般16进制显示的值为该数据的机器码。

机器码：以机器语言的形式存储在计算机内存中的二进制代码，一般以16进制形式存在解析。

机器码的大小端：分为大端和小端格式。大小端（Endian）是计算机系统中数据存储的一种字节序方式，它决定了多字节数据在内存中的存储顺序。具体来说，大端模式（Big-Endian）将高位字节存储在内存的低地址处，而低位字节存储在内存的高地址处；而小端模式（Little-Endian）则将低位字节存储在内存的低地址处，高位字节存储在内存的高地址处。

这种差异在处理多字节数据类型（如整数、浮点数等）时非常重要，因为不同的字节序方式会导致数据在内存中的表示方式不同，从而影响数据的读取和解释。例如，一个16位的整数0x1234在大端模式下的存储顺序为0x12 0x34，而在小端模式下则为0x34 0x12。

在计算机系统中，不同的CPU架构和操作系统可能采用不同的字节序方式。例如，x86和x86_64架构的CPU采用小端模式，而Motorola和IBM的PowerPC架构则采用大端模式。因此，在跨平台编程和数据处理时，需要注意字节序的问题，以确保数据的正确性和兼容性。

数据类型：例如char ,int8_t, uint8_t ,int16_t,uint16_t,int32_t,uint32_t,int64_t,uint64_t,float,double。

对于机器码的使用，尤其是在诊断功能中的冻结帧功能开发时尤其重要，我们经常碰到一个数据类型是浮点型，当我们使用

float a;uint32_t data = （uint32_t）(a);

表达式进行强转时，会丢失小数点后的精度，这就可能导致在控制器出现故障时，获取到的数据无法正常得到精准的数据。

因此，应该用如下表达式进行转换，当我们获取到机器码时，再按照IEEE 754标准进行反向转换得到浮点数。

uint32_t data = (uint32_t)(*((uint32_t*)&a));

这段表达式的意思是：我们先把变量a的地址取出来，按照uint32_t*去解析这段地址的数据，然后再引用获取地址里的数据，就可以获得到变量a的机器码了，本质上十六进制的数据和机器码是一回事。当我们用诊断仪读取到这段数据时，把这个数据重新拼接，按照float类型去解析即可得到最终真实的数据。

更“高级”的编码格式

在汽车电子软件中，还有其他格式编码格式，比如说ASCII码，BCD码，Unicode编码格式， Base64编码格式等等。

ASCII码：（American Standard Code for Information Interchange，美国信息交换标准代码），是一种基于拉丁字母的字符编码，最初设计用来处理英语字符，包括大小写字母、数字、标点符号和一些特殊控制字符。它使用7位二进制数表示128个不同的字符。此处就不贴ASCII码表了，有兴趣的可以自行搜索。ASCII码在汽车电子诊断软件中常常以软件版本号的形式存在。

BCD码：（Binary Coded Decimal）BCD编码是用多位二进制数表示一位十进制数的方法，例如用四位二进制数来表示一个0-9之间的十进制数。也就是说诊断仪读出来0x80,实际上代表十进制的80。在诊断软件开发过程中，BCD码也是常用的编码格式。主要是为了诊断仪的显示和输出。

Unicode编码：Unicode是为了统一全球所有语言和符号而创建的一种字符集，可以包含世界上几乎所有的书面文字。常见的Unicode编码格式有：UTF-8：可变长度编码，对英文字符占用1个字节，对于其他字符最多占用4个字节。UTF-16：固定或可变长度编码，通常以两个字节为单位存储大多数字符，对于某些高码位字符可能需要四个字节。

在汽车电子底层软件中，我们经常用python写各种脚本，有时候，我们会在python文件的上方有一句注释UTF-8。

Base64编码：Base64是一种将任意二进制数据转换成仅包含64种字符（A-Za-z0-9+/）的文本格式的编码方式。在汽车电子底层软件中，密码学（信息安全）开发中的证书一般就是Base64编码格式的。

URL编码（Percent Encoding）：在HTTP协议中，非字母数字字符在URL中通过百分号“%”后跟两位十六进制数进行转义，确保URL中的特殊字符能被正确解析。在汽车电子底层软件FOTA软件中，经常用到URL，方便车和云进行通信。

JSON编码（JavaScript Object Notation）：JSON是一种轻量级的数据交换格式，采用完全独立于语言的文本格式来存储和表示数据，实际上是Unicode编码的文字。在AP Autosar中，用到了很多配置文件就是JSON格式的。

XML编码（eXtensible Markup Language）：XML是一种标记语言，用于文档的结构化描述与数据交换，它本身不规定字符编码，但推荐使用UTF-8。Autosar标准的配置文件是ARXML，本质上就是XML编码。

A2L编码：一种标准化的数据描述格式，用于描述电子控制单元（ECU）内部的测量和校准数据。A2L是ASAP2 (A Measurement and Calibration Data Description Language) 的一种实现，由ASAM (Association for Standardization of Automation and Measuring Systems) 组织制定。A2L中有一个重要的点需特别注意：即物理单位和转换公式：定义了如何将二进制数据转换为有意义的物理量，如转速、温度或压力，并指定了相应的单位。因此，在上位机一般是INCA或者CANape中，一般会显示物理值，但是切换成HEX值之后，很多时候是无法和物理值对起来，物理单位和转换公式在此处起到作用。

汽车电子底层软件的数据编码示例

诊断仪读出数据“0x20 0x22 0x01 0x30”，实际表示2022年1月30日，采用BCD编码。

诊断仪读出数据“0x00,0x00,0x00,0x53,0x57,0x30,0x31”,实际表示“   SW01”,这是一个软件版本号，采用ASCII码。需要特别注意，软件版本号采用右对齐还是左对齐，对齐部分使用ASCII码空格补齐。

诊断仪读出据“0x40,0x72,0xC0,0x5F,0x6F,0xD2,0x1F,0xF3”,假设这个数据是19服务读到的冻结帧数据，代码编写时，原始数据类型为浮点型，按照IEEE754标准，解析之后真实数据为300.0233，假设这是一个电机转速值，则解析出的数据为300.0233转/秒。

使用诊断仪将如下证书写入控制器，传输时，还是以二进制的形式存在的。这是BASE64编码格式。

总结

汽车电子底层软件中的数据编码在诊断数据，文件输入，文件配置等方方面面均存在。尤其是在诊断数据中，一般以十六进制的形式存在，在十六进制和实际值之间存在一定的转换关系，这就是数据编码的意义所在。但是一定要特别注意，在文档中需要做好这种转换关系的定义的描述，方便存档和后续的数据解析。

参考链接

https://zhuanlan.zhihu.com/p/658898665