基于CAN总线的ECU在线编程技术 空间, 在线, Flash, 编程技术

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随着IAP技术的出现以及Flash价格的降低，一般的电控单元(ECU)都具有IAP(In Application Programming)功能和较大的Flash空间，为实现ECU在线编程功能提供了必要条件。目前基于IAP技术的在线编程的方案有很多，采用的通信方式和具体实现方法也各不相同。参考文献[2]采用RS232总线和YMODEM协议开发的用于智能终端的在线升级系统，但是RS232总线的传输速率有限。参考文献[3]采用LIN总线实现的适用于汽车ECU的在线升级系统，LIN总线除了传输速率有限以外，同时它只是一种辅助总线，并不是所有车身ECU都采用LIN接口。参考文献[1][4]采用基于CCP(CAN Calibration Protoc01)协议的在线升级系统，兼具CAN总线传输速率快和CCP协议可扩展性好的优点。本文采用CAN总线，基于CCP原理自定义协议的在线升级系统，具有传输速度快的特点。自定义协议各命令基本沿用CCP协议，但内容做了改动，这样通过改动协议内容能够很好地适合特定环境的应用。同时在升级过程中加入升级请求标志位，能够很好地改进程序下载过程中命令延时等待、应用程序下载失败以后下次无法连接的问题。

1 在线编程系统设计

在线编程系统硬件主要包含三个部分：带有下载上位机软件的PC机、USB—CAN接口卡和安装有Bootloader程序的ECU。上位机通过USB—CAN接口卡与ECU通信，并进行代码的升级。软件主要包含两个部分：上位机的Bootloader下载程序和下位机的Bootloader程序。

1.1 通信协议与上位机程序设计

1.1.1 通信协议的制定

系统通信协议的以CCP协议原理为基础，结合实际操作过程的需求来制定。CCP协议提供11个基本命令和17个可选命令，基本命令包括：CONNECT、GET_CCP_VERS lON、EXCHANGE_ID、SET_MTA、DNLOAD、UPLOAD、GET_DAQ_PTR、WRITE_DAQ、START_STOP、DISCONNECT。本协议采用其中CONNECT、DISCONNECT、CLEAR_MEMORY、PROGRAM、SETMTA。命令内容根据实际需要自定义；消息应答信号有连接成功应答、编程准备就绪应答、页编程完成应答、编程完成应答、编程失败应答、SECTION擦除就绪应答、SEC—TION擦除完成应答等。本套自定义协议能够很好地应用在实际下载过程中。

1.1.2 PC端下载程序的组成

PC端的Bootloader下载程序主要功能是实现对目标文件的解析和与下位机软件通信。下载程序采用VisualC++6．0编写，主要分成目标文件加载与解析以及Flash编程两个模块。

(1)目标文件的生成和解析

系统应用程序文件采用*．HEX格式文件，该文件是记录文本行的ASCII文本文件，每一行是一条记录，每条记录是16进制数组成的机械码或数据常量。记录格式：：LL ADDR TT[DDD…]CC

其中，冒号是记录开始；LL表示数据长度，即[DDD…]的字节数；ADDR表示地址信息；TT表示记录的类型；[DDD…]表示数据内容；CC表示校验和。

利用Tasking开发环境，能够生成包含应用程序的*．HEX文件，文件中的记录类型只有数据记录、线性扩展地址记录和文件结束记录。通过上位机载入目标文件，逐条检索文件内容将带有地址信息的数据解析出来，并以CAN数据帧(8字节)的形式存放，每16帧数据组合成一个页，同时记录每个数据页的首地址。

(2)Flash编程模块

Flash编程模块实现与下位机的通信，主要包含命令的解析、CAN总线驱动、数据发送和状态显示等部分。CAN总线驱动采用广州周立功单片机发展有限公司的USB—CAN采集卡的驱动程序，加入提供的库函数，来实现对于CAN总线数据的发送和接收。上位机软件提供相关命令的按钮，下载过程中通过按动相应按钮来实现命令的发送。下载过程中如果接收到连接成功、编程完成或者编程失败等信号以后，显示相应状态。

1.1.3 PC端下载程序的运行流程

PC端程序运行以后，通过上位机界面上的“载入文件”按钮，将要升级程序HEX文件载入，点“解析按钮”，程序自动将HEX文件分成包含有效数据长度为128字节的页，同时将页首地址保存。根据已经制定好的协议，上位机将这些命令封装成CAN总线消息发送到下位机。编程过程中，上位机将所需要发送的程序页总数发送给下位机，然后从第一页开始发送，每一页发送完成以后，等待下位机发送页编程完成信号，完成以后继续发送下一页，直到所有程序页都发送完成，这时如果无错误，接收下位机编程完成应答消息，显示编程完成；否则显示编程失败。程序流程图如图l所示。



圈1 PC端下载程序流程图

1.3 在线编程系统工作流程

系统连接完成以后，通过上位机载入需要更新的应用程序文件，点击“CONNECT”按钮，在线编程系统启动，系统工作过程如图4所示。上位机界面中显示连接成功，则可进行下一步操作。点击擦除按钮，上位机发送擦除指令，下位机擦除相应Flash区域以后发送给上位机应答信号。上位机给下位机发送编程命令的同时，发送给下位机需要编程的页总数。下位机在接收到页编程地址以后，连续接收上位机发送过来的16帧数据(一页128字节)，然后擦除相应区域，并将这一页数据写入相应的页，页编程完成以后向上位机发送页编程完成应答，接着接收上位机发送过来的下一页数据，当所有页编程完成以后向上位机发送编程完成应答信号。此时断开连接，ECU将会软件重启。若编程过程中有任一页编程失败，上位机则显示编程失败，断开连接以后ECU重启，仍然进入Bootloader程序，然后直接点击编程即可。



图4 系统工作过程



2 在线编程功能验证

在线升级系统采用PC机(安装有上位机软件)，连接广州周立功单片机发展有限公司的USB—CAN采集卡，ECU的CPU采用Infineon XC2785A单片机，系统连接完成以后进行升级测试。本文设计的在线编程方案测试结果如下：图5为待更新程序的HEX文件(通过Tasking环境生成)，其中有下划线的位HEX文件记录中的数据记录，起始地址为0xCll000；图6为程序下载到Flash以后的数据，通过Tasking软件的Debug状态，来查看Flash地址为0xCll000的数据。通过对比两幅图片，发现程序数据正确下载到了相应的Flash区域。在下载过程中，通过错误操作制造在线编程失败现象，然后断开连接，ECU重启以后仍然进入Bootloader程序，直接在上位机界面上点击“Program”，能够完成在线升级。实验结果表明，所设计的基于CAN总线的在线升级系统能够实现代码在线下载的功能，并且能够有效改善升级过程中下载失败的问题。



图5 目标HEX文件2图6 Flash中的数据



结语

本文提出的基于CAN总线的ECU在线升级系统设计方案，切实可行，并已在Infineon XC2785A单片机上完成实际测试。Infineon XC2000单片机具有相同的内核，因此此方案将对这一系列单片机的Bootloader设计具有指导意义。同时采用升级标志位的方法，对于单片机IAP功能的实现提供一个有益的参考。