基于GB/T32960的車聯(lián)網(wǎng)終端固件自更新系統(tǒng)設(shè)計*

余楚禮 夏鵬 齊同啟 馬敬德

（天津清源電動車輛有限責(zé)任公司）

根據(jù)GB/T 32960—2016《電動汽車遠(yuǎn)程服務(wù)與管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》[1]要求，電動汽車需要配備車聯(lián)網(wǎng)終端，用于監(jiān)控車輛的運行狀態(tài)、故障狀態(tài)、電池狀態(tài)、電機狀態(tài)及運行里程等信息。由于監(jiān)控需求的變化，車聯(lián)網(wǎng)終端的軟件和配置文件的更新是必須的。傳統(tǒng)的車載電控單元的更新方法是使用串口或者CAN卡逐臺更新[2]，效率低下，會消耗大量的人力物力。車聯(lián)網(wǎng)終端本身是可以和服務(wù)器進(jìn)行通信的，因此讓車聯(lián)網(wǎng)直接聯(lián)網(wǎng)更新自身軟件程序和配置文件是完全可行的。車聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)計和平臺設(shè)計相關(guān)的研究很多[3-7]，但是車聯(lián)網(wǎng)終端的遠(yuǎn)程更新相關(guān)的研究很少。文章設(shè)計了一種更新系統(tǒng)，讓車聯(lián)網(wǎng)終端能借助4G網(wǎng)絡(luò)對自身固件進(jìn)行更新。由于網(wǎng)絡(luò)傳輸和數(shù)據(jù)存儲過程中的不可靠性，數(shù)據(jù)的每一步確認(rèn)都使用了md5校驗，來確保刷寫到終端程序的完整性。

1 系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)由車載終端、服務(wù)器及PC客戶端3個部分組成，這3個部分完成固件更新的整體進(jìn)程如下。

1）PC客戶端將開發(fā)人員持續(xù)完善的新固件程序傳輸?shù)椒?wù)器，同時發(fā)送固件程序數(shù)據(jù)的md5校驗碼和版本號。服務(wù)器接收PC客戶端的新固件程序數(shù)據(jù)和md5校驗碼，并計算接收到的新固件程序數(shù)據(jù)的md5校驗碼，核對無誤后將固件程序數(shù)據(jù)、md5校驗碼及版本號存入到數(shù)據(jù)庫。

2）服務(wù)器接收終端的登錄請求和終端的版本信息，比較版本號，如果版本號不一致，發(fā)送更新的指令。

3）終端接收服務(wù)器發(fā)送的固件程序數(shù)據(jù)存入到閃存中，接收md5校驗碼和版本號存入到閃存中，計算固件程序數(shù)據(jù)的md5校驗碼，核對無誤后設(shè)置更新標(biāo)志。

4）終端重啟，讀取更新標(biāo)志，如果需要更新，計算閃存中新固件程序數(shù)據(jù)的md5校驗碼，核對無誤后刷寫終端的程序閃存更新固件，并更新版本號，清除更新標(biāo)志。

2 md5校驗

由于固件更新過程中要進(jìn)行多次的傳輸和寫入，因此為了確保數(shù)據(jù)的完整性，采用了md5校驗的方法保證數(shù)據(jù)的完整性。

md5是計算機安全領(lǐng)域廣泛使用的一種散列函數(shù)，用以提供消息的完整性保護。md5算法具有4個特點：1）壓縮性。任意長度的數(shù)據(jù)，算出的md5值長度都是固定的。2）容易計算。從原數(shù)據(jù)計算出md5值很容易。3）抗修改性。對原數(shù)據(jù)進(jìn)行任何改動，哪怕只修改1個字節(jié)，所得到的md5值都有很大區(qū)別。4）強抗碰撞。已知原數(shù)據(jù)和其md5值，想找到一個具有相同md5值的數(shù)據(jù)（即偽造數(shù)據(jù)）是非常困難的。

基于以上原因，md5能夠保證數(shù)據(jù)的完整性。

3 車聯(lián)網(wǎng)終端程序

現(xiàn)代的汽車電控單元一般都會設(shè)計Boot Loader程序，Boot Loader程序的作用是用來更新固件程序和引導(dǎo)進(jìn)入固件程序。

車聯(lián)網(wǎng)終端的程序由Boot Loader程序和固件程序兩部分組成，啟動過程如下。

1）Boot Loader程序首先從閃存讀取固件升級標(biāo)志位。如果沒有更新要求，直接跳轉(zhuǎn)到步驟3）。

2）讀取存儲在閃存上的固件，計算md5，并和存儲在閃存上的md5進(jìn)行比較，如果相同，進(jìn)行固件更新，在固件程序更新完成后，清除固件程序更新標(biāo)志位；如果md5校驗失敗，不進(jìn)行固件更新，直接清除固件更新標(biāo)志位，跳轉(zhuǎn)到固件程序。

3）固件程序開啟CAN卡、GPS模塊及4G模塊。通過4G模塊連接服務(wù)器，連接成功后發(fā)送Sim卡的iccid卡號進(jìn)行登錄。登錄成功后，發(fā)送當(dāng)前固件版本信息，接收服務(wù)器端的反饋信息。如果服務(wù)器不要求更新固件，按照文獻(xiàn)[1]的要求周期發(fā)送相關(guān)信息。如果服務(wù)器要求更新固件，則固件程序接收數(shù)據(jù)和md5校驗碼，寫入到閃存中，核對無誤后設(shè)置更新標(biāo)志。待下次上電后，Boot Loader程序檢查更新標(biāo)志，如果更新標(biāo)志被設(shè)置了，則刷寫程序Fl ash更新固件程序。

車聯(lián)網(wǎng)終端程序的流程，如圖1所示。

圖1 車聯(lián)網(wǎng)終端啟動流程圖

4 PC客戶端設(shè)計

PC客戶端負(fù)責(zé)將新版固件程序傳送到服務(wù)器。PC客戶端的程序流程如下：

1）載入包含新固件程序的文件，計算md5校驗碼；

2）請求服務(wù)器接收新固件；

3）發(fā)送新固件程序的數(shù)據(jù)、md5校驗碼及版本號到服務(wù)器；

4）接收服務(wù)器的反饋，完成更新過程。

PC客戶端運行流程，如圖2所示；PC客戶端操作顯示界面，如圖3所示。

圖2 PC客戶端運行流程圖

圖3 PC客戶端操作顯示界面

客戶端選擇Load File載入數(shù)據(jù)后，填入新的版本號，選擇Update后即可以將新固件程序?qū)懭氲椒?wù)器數(shù)據(jù)庫，當(dāng)終端連接服務(wù)器時完成更新。

5 服務(wù)器端

服務(wù)器端相關(guān)程序分為兩部分。

第1部分是響應(yīng)PC客戶端的固件更新命令，具體流程：1）接收到PC客戶端固件程序更新請求，命令PC客戶端發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)；2）接收PC客戶端發(fā)送的新固件程序數(shù)據(jù)、md5校驗碼及版本號；3）計算新固件程序數(shù)據(jù)的md5，核對無誤后寫入到數(shù)據(jù)庫；4）通知PC客戶端新固件程序更新成功。

服務(wù)器端響應(yīng)PC客戶端的運行流程，如圖4所示。

圖4 服務(wù)器端響應(yīng)PC客戶端的運行流程圖

第2部分程序是響應(yīng)車聯(lián)網(wǎng)終端的，具體流程：1）響應(yīng)車聯(lián)網(wǎng)終端的登錄請求，如果身份驗證合格，接收連接；2）接收車聯(lián)網(wǎng)終端的版本信息數(shù)據(jù)，并與服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫內(nèi)的版本數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，告知車聯(lián)網(wǎng)終端是否需要更新；3）如果無需更新，直接按照GB/T 32960的要求執(zhí)行；4）如果需要更新，發(fā)送新固件程序數(shù)據(jù)、md5校驗碼及版本號到車聯(lián)網(wǎng)終端。

服務(wù)器端響應(yīng)車聯(lián)網(wǎng)終端的運行流程，如圖5所示。

圖5 服務(wù)器端響應(yīng)車聯(lián)網(wǎng)終端的運行流程圖

6 結(jié)論

文章基于GB/T 32960設(shè)計了車聯(lián)網(wǎng)終端的固件自更新系統(tǒng)，實際測試顯示固件程序更新系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。由于使用4G模塊進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)下載，徹底擺脫了人力干預(yù)，無需車主去售后服務(wù)站進(jìn)行固件更新，減輕了售后服務(wù)站的工作難度；同時固件程序的更新能夠做到更及時以便修復(fù)潛在的bug。因為固件程序的安全要求很高，整個更新的過程中進(jìn)行了4次md5計算校驗，確保寫入到車聯(lián)網(wǎng)終端上的固件程序的完整性。