文章总结： 本文详细解析了汽车电子系统中E2E(End-to-End)保护的安全机制，重点介绍了counter保护在诊断通讯失效中的应用。文章阐述了Rollingcounter和Alivecounter两种计数器类型，以及接收端检验counter的三种做法：检验是否变化、检验偏差是否符合预期、以及同步计算比较。作者还探讨了E2E保护与time-outmonitoring的关系，以及基于CANmessage的E2E保护是否能满足功能安全要求的问题，指出通过程序流监控和失效分析可以确保覆盖所有相关组件的实时性。 综合评分： 75 文章分类： 车联网安全,功能安全,安全机制,汽车电子,威胁情报

[安全机制详解] E2E保护

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2026年2月9日 18:31 上海

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这里借用AUTOSAR架构下的一副图来解释，为了避免链路中哪些地方的通讯类失效，从而引出了End-toEnd (E2E)保护中重要的一个安全机制 – counter保护。这里只称为counter是因为在下文中会继续介绍多种不同的counter机制，可以猜得出不同的counter有不同的目的需要case by case的分析。

图1： Example of faults mitigated by E2E protection (from reference 1)

简答来说，最初的通讯类失效，包含主要是硬件上的失效，这里包含两个控制器之间的通讯链路段H2和控制器所用硬件，如CAN收发器H1导致的失效，但其实这类失效本身有CAN通讯自带的CRC校验来覆盖。但在此基础上，对于控制器内部也有潜在的失效，如软件通讯组件S2、S3，OS S4 和RTE S1导致通讯数据失效，为一个经济的软件架构，如保持底层通讯软件依旧为QM，故建议在上层软件中增加了E2E保护逻辑，以此来覆盖整条，从控制器1到控制器2之间的通讯类失效，包含软件失效，控制器硬件失效和因环境因素导致的瞬时干扰，以此来提高诊断覆盖率以及保持部分QM软件组件的情况下满足不同功能安全等级的软件通讯链路。

这里加粗的一些元素，是因为有些来自与它们的失效只能被软件内的E2E保护所覆盖，各位可以稍加思考一下，如有疑惑，欢迎在评论区讨论。

这里，E2E保护其实是一个抽象名称，可以包含多种机制，来避免/诊断通讯类失效。其中为了诊断信号的重复，乱序，插入等失效，利用变化的counter来体现输出信号的实时性并被接收端诊断的方式，从而被设计了出来。

即，功能安全标准ISO 26262 Part 5: 2018的table D.6中的frame counter。

图2： Communication bus (serial, parallel) (from reference 2)

在不同的标准，应用中经常听到不同的counter，但他们的本质是相关，是一个计数器，并根据其数值变化来进行诊断数据的实时性。下面举两个例子：

Rolling counter/ sequence counter

故名意思，每当执行一次后，计数器先increment，达到最大值后清0，以rolling的形式周期性变化，这里强调的是每次执行都会增加固定数值，通常是1，接受端应该对增加量进行诊断。

常见的有0->1->2->3->…->14->15->0->1->…以此类推，共占用4个Bit，也可以把其中某一数值作为无效值，常见的是15。

Alive counter

强调counter的实时性，只需要counter实时变化以体现输出者处于alive状态，接收端可只对数值是否变化进行判断，甚至不以counter的形式，比如以0101交替的形式也可以达到目的。与之类似，在网络管理帧中的Update Bit的目的也是体现该信号已经开始被更新，但是保持0或者1的形式显然不能诊断出通讯失效，故alive counter至少是一个会不断变化的值。

其他不需要对是哪种counter或者叫什么名字太过纠结，需要重点讨论的是，接收端如何检验这个counter。

做法1：检验counter是否与上次不同

这是最简单的检验，只要不同说明counter在变化，说明输出端在更新，可以覆盖的失效形式为永久的Loss, Repetition, Delay, Blocking。如果基于安全分析，仅以上失效需要被覆盖，那这个方式是可行，常见的地方为通讯实时性不高，且对实时性要求也不高的场合, 为避免误报故障。

做法2：检验此次counter与上一次counter的偏差是否符合预期：小于一定的误差

一般比如设定为预期为每次增加1，那[1,4]的偏差均可以接受，可以覆盖的失效形式为Loss, Some communication loss, Repetition, Delay, Incorrect sequence, Insertion, Blocking。偏差的大小取决于系统需求、系统特性和通讯链路。如，经过gateway的通讯一般会把允许的偏差放大。

做法3：接收端以同样的逻辑进行counter计算，时刻比较与接收到信号counter的偏差

这样的设计主要目的是接收端能判断两者的同步性。只有在对两者同步性要求很高的情况下才可能会使用，可以想象的应用层场景比如轮毂电机系统，同步性差的话会导致四轮输出扭矩不同而转向。为保证可用性，在上电初期需要多个系统之间进行一个同步过程，同步成功后如果出现counter偏差，则根据系统（安全）设计，进行不同的故障响应。由于此类设计的要求较高，目前使用较少(就笔者而言，如有错误，欢迎指正和讨论），其故障响应的自由度较高，须根据应用/场景单独设计。前两者做法，着重在检测发送端数据的实时性，而做法3着重在发送端和接受端的同步性。

有时候大家会默认time-out monitoring可以被counter机制覆盖，但其实在这之前大家应该更深入了解下软件中的真实链路情况，常见的情况为：最真实的time-out monitoring是根据是否接受到新数据判断；而对于counter的检验通常存在两段逻辑，下层负责接收并转发给上层，当出现通讯丢失时，下层最简单的逻辑是将上次的值（存储在buffer中没有被更新）继续发送给上层，那这个时候，由于上层会对counter数值进行判断，也会达到类似诊断出time-out的效果。这里要注意是，①两者的debouncing是否一致,保证系统表现一致，②是否区分故障响应，前者一定是发生了通讯丢失的故障，而后者可能只是接收到了重复的数据，从安全的角度两者的后果是一样的，只要都在FTTI内均是可以接受的。

这里有一点思考提出来，功能安全分析是基于安全目标的，进而可以追溯各个功能，各个信号。所以理论上提出的保护机制应当针对各个信号，可当前常规做法是利用E2E保护一个CAN message，这里包含了一组信号; 甚至，这个counter也一般是由该信号链路中的最后一个软件组件计算的，不能表征所有相关组件的实时性。那这样的做法还能满足功能安全吗？

个人的理解是可以的，对于corruption来说根据checksum/CRC的算法可以推算出海明距离进而判断是否足够，换据说一个CAN message中的每个信号的诊断覆盖率是一样的。对于实时性的失效，各位可以在实际安全分析，根据我前文中提到的每个组件进行单独的失效分析，可以得出每个组件的潜在失效都是可以被覆盖的。

提示1：程序流监控可以保证所有安全相关软件组件正确运行。

提示2: 有些失效，如硬件CAN收发器发送重复信号，由于本身硬件设计，就是至少以message形式发送信息，故以message形式验证该失效是足够的。

来源：知乎@Safetydex

https://zhuanlan.zhihu.com/p/384692925

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本文转载自：谈思实验室 《[安全机制详解] E2E保护》