龐宇達(dá) 黎飛 黃祖朋 張亮 練朝春
摘 要:隨著人們對(duì)汽車的各項(xiàng)要求逐漸提高,車輛朝著智能化、網(wǎng)聯(lián)化趨勢(shì)發(fā)展。車聯(lián)網(wǎng)、無(wú)線通信、遠(yuǎn)距離無(wú)線通信、專用短程通信、5G通信等技術(shù)的日趨成熟,為汽車FOTA技術(shù)應(yīng)用提供充足條件。本文系統(tǒng)闡述了電動(dòng)汽車FOTA系統(tǒng)的組成方案、升級(jí)流程和升級(jí)方式,詳細(xì)介紹了電動(dòng)汽車FOTA的測(cè)試目的和測(cè)試方法。
關(guān)鍵詞:FOTA系統(tǒng) 升級(jí)流程 測(cè)試內(nèi)容 測(cè)試方法
在現(xiàn)代汽車領(lǐng)域中,各種智能ECU(電子控制單元)模塊的廣泛使用,給汽車行業(yè)帶來(lái)了巨大變革。由于汽車的電子控制單元增多,汽車軟件隨之也越來(lái)越復(fù)雜,代碼數(shù)量增加,加大了軟件缺陷的發(fā)生概率。依靠線下店召回的傳統(tǒng)模式已不能滿足快速響應(yīng)的需求,使得汽車遠(yuǎn)程刷新FOTA技術(shù)得以迅速發(fā)展。車輛通過(guò)FOTA 技術(shù)可以快速更新軟件算法和程序性能,彌補(bǔ)信息安全漏洞,實(shí)現(xiàn)汽車自身迭代升級(jí)。
1 電動(dòng)汽車FOTA系統(tǒng)概述
FOTA (firmware over-the-air):中文翻譯為固件空中遠(yuǎn)程升級(jí),是指利用無(wú)線通信技術(shù),通過(guò)云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛固件的遠(yuǎn)程更新。
1.1 電動(dòng)汽車FOTA系統(tǒng)整體方案
汽車固件遠(yuǎn)程升級(jí)(FOTA)系統(tǒng)包含:移動(dòng)端、FOTA云平臺(tái)、無(wú)線車載終端、支持FOTA功能的車輛ECU。FOTA云平臺(tái)和無(wú)線車載終端通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接,無(wú)線車載終端和車輛ECU通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。汽車FOTA系統(tǒng)的整體方案見(jiàn)圖1。
1.1.1 移動(dòng)端
主要用于人員權(quán)限管理、升級(jí)任務(wù)創(chuàng)建、升級(jí)包創(chuàng)建、車輛注冊(cè)管理等。
1.1.2 FOTA云平臺(tái)
主要用于對(duì)整個(gè)升級(jí)過(guò)程的管控,主要功能包括:車輛管理、車主管理、升級(jí)包管理、升級(jí)包加密和完整性校驗(yàn)、升級(jí)條件管理、升級(jí)任務(wù)管理、升級(jí)任務(wù)創(chuàng)建等。
1.1.3 無(wú)線車載終端
作為車內(nèi)和車外互聯(lián)網(wǎng)關(guān),主要功能包括:車內(nèi)控制器版本上報(bào)、升級(jí)包下載、升級(jí)包解密、升級(jí)包完整性校驗(yàn)、升級(jí)包存儲(chǔ)、車內(nèi)升級(jí)條件檢測(cè)、升級(jí)進(jìn)度上報(bào)等。
1.1.4 車輛ECU(電子控制單元)
包含整車控制器、車身控制器、電池管理系統(tǒng)、車載充電機(jī)、電機(jī)控制器、高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)等節(jié)點(diǎn),各節(jié)點(diǎn)固件需支持FOTA升級(jí)功能。
1.2 電動(dòng)汽車FOTA系統(tǒng)安全策略
FOTA系統(tǒng)的安全策略是從FOTA云平臺(tái)到車輛端的多階段、多層級(jí)、全方位的防護(hù),即升級(jí)包上傳到FOTA云平臺(tái)、FOTA云平臺(tái)到車輛端以及車輛端內(nèi)部都采用不同類型的加密機(jī)制來(lái)提升整個(gè)升級(jí)過(guò)程的安全等級(jí)。FOTA云平臺(tái)對(duì)登陸用戶需要進(jìn)行安全訪問(wèn)限制和認(rèn)證,對(duì)上傳到FOTA云平臺(tái)的軟件經(jīng)過(guò)證書(shū)驗(yàn)證、簽名驗(yàn)證和權(quán)限驗(yàn)證。為保證FOTA升級(jí)安全性,車輛端與FOTA云平臺(tái)之間的每次信息交互,都必須攜帶身份驗(yàn)證信息,否則接收者驗(yàn)證不通過(guò),并向發(fā)送者發(fā)出身份驗(yàn)證挑戰(zhàn)。車輛端與FOTA云平臺(tái)之間,使用HTTPS進(jìn)行通信,保證傳輸通道安全性。車輛端與FOTA云平臺(tái)之間的每次信息交互,都必須在HTTP請(qǐng)求頭中攜帶消息內(nèi)容完整性校驗(yàn)信息。
1.3 電動(dòng)汽車FOTA系統(tǒng)升級(jí)流程
FOTA升級(jí)流程主要包含上傳升級(jí)包、任務(wù)創(chuàng)建、任務(wù)刷新三個(gè)部分。FOTA升級(jí)人員通過(guò)移動(dòng)端上傳升級(jí)包至FOTA云平臺(tái),待管理人員審批通過(guò)后,創(chuàng)建升級(jí)任務(wù)。管理人員對(duì)升級(jí)任務(wù)進(jìn)行審批,審批通過(guò)后,升級(jí)人員開(kāi)始任務(wù)刷新。升級(jí)任務(wù)結(jié)束后,如任務(wù)失敗,則需要用CAN盒連接車輛,重試任務(wù)復(fù)現(xiàn)問(wèn)題,采集CAN報(bào)文和無(wú)線車載終端日志,開(kāi)展問(wèn)題分析。待問(wèn)題解決后重新測(cè)試。FOTA升級(jí)流程圖見(jiàn)圖2。
2 電動(dòng)汽車FOTA測(cè)試驗(yàn)證
2.1 電動(dòng)汽車FOTA測(cè)試工具
在開(kāi)展FOTA測(cè)試前,需把測(cè)試工具準(zhǔn)備齊全,同時(shí)為提高升級(jí)成功率,測(cè)試車輛應(yīng)放置在網(wǎng)絡(luò)通訊良好的場(chǎng)地。測(cè)試工具見(jiàn)表1。
2.2 電動(dòng)汽車FOTA測(cè)試內(nèi)容
測(cè)試內(nèi)容包含常規(guī)測(cè)試和條件測(cè)試。
2.2.1 常規(guī)測(cè)試
常規(guī)測(cè)試包含全模塊測(cè)試、單模塊測(cè)試兩種類型。全模塊和單模塊升級(jí)包傳至FOTA云平臺(tái)后,根據(jù)測(cè)試目的建立不同升級(jí)任務(wù)刷新。例如無(wú)線車載終端包含MCU(單片機(jī))和MPU(微處理器)兩個(gè)模塊,需上傳三個(gè)升級(jí)包,第一個(gè)升級(jí)包MCU/MPU模塊均為低版本,第二個(gè)升級(jí)包MCU模塊為高版本/MPU模塊為低版本,第三個(gè)升級(jí)包MCU /MPU模塊均為高版本。
2.2.2 條件測(cè)試
條件測(cè)試是在刷新過(guò)程中模擬用戶常見(jiàn)使用場(chǎng)景,例如:
1)在升級(jí)任務(wù)刷新過(guò)程中,拔插無(wú)線車載終端電源線。
2)在升級(jí)任務(wù)刷新過(guò)程中,拔插無(wú)線車載終端天線。
3)在升級(jí)任務(wù)刷新過(guò)程中,先開(kāi)關(guān)車門(mén),踩剎車,OFF->ACC->ON檔位切換操作。
4)車輛鑰匙處于OFF檔/ACC檔/ON檔/READY不同狀態(tài)進(jìn)行任務(wù)刷新。
3 電動(dòng)汽車FOTA測(cè)試方法
3.1 FOTA測(cè)試前提條件
測(cè)試電腦登錄連接至FOTA云平臺(tái),云平臺(tái)服務(wù)器正常運(yùn)行。FOTA云平臺(tái)已成功注冊(cè)測(cè)試車輛和ECU零件。測(cè)試人員已準(zhǔn)備好ECU零件升級(jí)包。ECU零件升級(jí)包已成功刷寫(xiě)在測(cè)試車輛上。測(cè)試車輛狀態(tài)良好且已放置在網(wǎng)絡(luò)通訊良好的場(chǎng)地。
3.2 ECU零件升級(jí)條件閥值
為保證升級(jí)成功,各ECU零件根據(jù)自身需求設(shè)定升級(jí)任務(wù)刷新前,測(cè)試車輛需滿足的條件閥值。FOTA云平臺(tái)閥值見(jiàn)表2。
3.3 測(cè)試步驟
3.3.1 上傳升級(jí)包
1)升級(jí)人員登錄FOTA云平臺(tái)。
2)將準(zhǔn)備好的低/高版本升級(jí)包按順序上傳至FOTA云平臺(tái)。
3.3.2 升級(jí)任務(wù)
1)新建升級(jí)任務(wù)。
2)執(zhí)行升級(jí)任務(wù)。
3)當(dāng)執(zhí)行升級(jí)任務(wù)后,F(xiàn)OTA平臺(tái)將檢測(cè)車輛實(shí)際狀態(tài)是否與設(shè)置的前置條件一致。如車輛實(shí)際狀態(tài)符合要求,F(xiàn)OTA云平臺(tái)將開(kāi)啟升級(jí)任務(wù)進(jìn)入刷新模式。
4)在任務(wù)刷新過(guò)程中,由于出現(xiàn)車輛電池電壓低或CAN線不穩(wěn)定等意外情況,導(dǎo)致任務(wù)無(wú)法正常刷新,則要求升級(jí)的ECU零件要支持回滾,使ECU零件的軟件能夠回滾到上一版本或者初始版本,保證車輛正常運(yùn)行。
5)FOTA任務(wù)刷新完成后,查看升級(jí)結(jié)果。
3.4 期望結(jié)果
在實(shí)車測(cè)試中,要求所有測(cè)試用例均需要通過(guò),才能判定升級(jí)包可用于用戶車輛升級(jí)。具體要求如表3所示。
4 結(jié)束語(yǔ)
整車FOTA功能是實(shí)現(xiàn)智能網(wǎng)聯(lián)汽車快速迭代升級(jí)的必備條件,是電動(dòng)汽車未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。本文分析了電動(dòng)汽車FOTA 系統(tǒng)的組成和升級(jí)流程,并建立完整的測(cè)試用例,列舉了單節(jié)點(diǎn)正向測(cè)試、多節(jié)點(diǎn)組合正向測(cè)試和單節(jié)點(diǎn)場(chǎng)景測(cè)試的詳細(xì)要求和操作步驟。通過(guò)完整的測(cè)試流程,目的是驗(yàn)證整車升級(jí)過(guò)程的可行性、安全性和可靠性。期望能對(duì)相關(guān)測(cè)試人員具有一定的指導(dǎo)意義。FOTA技術(shù)在汽車上的應(yīng)用,極大提升了用戶體驗(yàn),也為整車制造廠創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益,同時(shí)進(jìn)一步促進(jìn)汽車朝著網(wǎng)聯(lián)化、智能化、共享化的方向發(fā)展。
基金項(xiàng)目:廣西創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(桂科AA18242039);柳州市科學(xué)研究與技術(shù)開(kāi)發(fā)計(jì)劃資助項(xiàng)目(2019AG10202)
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