單變量刷寫的研究與應(yīng)用

潘文卿，王飛飛，宋炳雨

（濰柴動力股份有限公司，山東 濰坊 261061）

在發(fā)動機下線的時候，會根據(jù)發(fā)動機的型號、適配領(lǐng)域等對于一些特殊變量進行現(xiàn)場標定，數(shù)據(jù)標定完成后，如果統(tǒng)一按照傳統(tǒng)的UDS（UDS-Unified Diagnostic Services，統(tǒng)一診斷服務(wù)）刷寫流程進行數(shù)據(jù)的整區(qū)刷寫會耗費較多的時間，操作步驟也相對專業(yè)化，不利于不同層級的客戶進行操作，所以我們需要研究一種簡單、快捷的操作方法，只需知道要更新變量的地址、變量的長度，輸入后就可以完成單個變量的數(shù)據(jù)固化，方便操作，同時節(jié)約時間。

1 傳統(tǒng)UDS刷寫流程

傳統(tǒng)UDS刷寫流程如圖1所示，在刷寫流程中擦除時，是根據(jù)整個單片機的Block分區(qū)決定的，Block分區(qū)有256k、128k、64k等整塊大小，每當擦除的時候都會整塊擦除，寫數(shù)據(jù)的時候也是整區(qū)寫入新的數(shù)據(jù)。請求下載過程中，上位機會傳輸要下載的起始地址、地址范圍等信息與下位機進行校驗，校驗通過后再進一步傳輸數(shù)據(jù)，如果跨區(qū)了或者范圍不對，就會報錯，不再進行會話流程。在新的數(shù)據(jù)刷寫完畢后，會對刷寫的新數(shù)據(jù)進行校驗，上位機計算一個傳輸數(shù)據(jù)的校驗和，下位機根據(jù)刷寫的范圍和長度計算一個校驗和，兩個對比，如果一致則認為此次刷寫是成功的，可以退出刷寫流程。在此過程中的計算、校驗、傳輸?shù)淖钚挝皇菍?yīng)單片機Flash分區(qū)的Block塊。

圖1 傳統(tǒng)UDS刷寫流程圖

2 單變量刷寫的設(shè)計

單變量刷寫的流程設(shè)計是在標準UDS刷寫流程中加入特殊的流程。如圖2所示，增加數(shù)據(jù)的上載查看功能，當要更新數(shù)據(jù)時可以先將該權(quán)限范圍的數(shù)據(jù)上載上來查看是否需要更新，如果需要變更，根據(jù)下載流程，請求擦除，在擦除之前將對應(yīng)Flash中的數(shù)據(jù)先備份對應(yīng)大小的Flash備份區(qū)和一個對應(yīng)大小的RAM區(qū)中，然后再擦除，以保證在后續(xù)的操作過程中出現(xiàn)異常后數(shù)據(jù)的完整。在請求下載的過程中會將數(shù)據(jù)的起始地址和長度傳遞給下位機，下位機會根據(jù)安全校驗的權(quán)限進行判斷收到的地址范圍是否在權(quán)限范圍內(nèi)，如果在權(quán)限范圍內(nèi)會繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，如果不在范圍內(nèi)存在跨權(quán)限的情況，會給出否定響應(yīng)并聲明權(quán)限不對。如果權(quán)限范圍正確，會校驗傳輸?shù)刂肥欠翊嬖诳鐓^(qū)的問題，如果存在跨區(qū)的問題時同樣會做出否定響應(yīng)提示上位機，單次傳輸數(shù)據(jù)必須傳輸同一個區(qū)的數(shù)據(jù)，不能跨區(qū)、跨權(quán)限。在傳輸數(shù)據(jù)時，將收到的新數(shù)據(jù)在對應(yīng)的RAM中找到相對位置更新數(shù)據(jù)，傳輸完畢后，如果本區(qū)域內(nèi)還有新的數(shù)據(jù)要傳輸，則繼續(xù)接收，繼續(xù)放到RAM中對應(yīng)的位置上，如果沒有數(shù)據(jù)傳輸了，就計算RAM中的校驗和與上位機計算的傳輸數(shù)據(jù)的校驗和作對比，如果一致，則將RAM中的數(shù)據(jù)寫到對應(yīng)的Flash中，結(jié)束會話流程。如果不一致則反饋否定響應(yīng)告知上位機傳輸過程有問題，需要進一步校驗傳輸。

圖2 單變量刷寫的流程圖

2.1 權(quán)限設(shè)置

下線數(shù)據(jù)權(quán)限分為發(fā)動機廠權(quán)限、整車廠權(quán)限、服務(wù)站權(quán)限、用戶權(quán)限，權(quán)限大小依次降低，并采用向下級聯(lián)的方式。發(fā)動機廠權(quán)限可以刷寫所有區(qū)的數(shù)據(jù)，整車廠權(quán)限除了發(fā)動機廠權(quán)限區(qū)域的數(shù)據(jù)不能刷寫，其他權(quán)限范圍的數(shù)據(jù)都可以刷寫，服務(wù)站權(quán)限只能刷寫服務(wù)站和用戶權(quán)限范圍的數(shù)據(jù)，用戶權(quán)限只能刷寫用戶權(quán)限范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)。在安全校驗和請求下載步驟中都會按照權(quán)限的設(shè)置進行校驗，如果是采用整車廠進行安全校驗，在請求下載時傳輸?shù)氖前l(fā)動機廠數(shù)據(jù)域的起始地址和長度則會報出權(quán)限錯誤，不能往下進行刷寫，如果重新傳輸一個整車廠權(quán)限范圍內(nèi)的起始地址和長度，會繼續(xù)會話刷寫流程。權(quán)限級聯(lián)圖如圖3所示。

圖3 下線數(shù)據(jù)刷寫權(quán)限級聯(lián)結(jié)構(gòu)圖

2.2 刷寫過程安全保證

為了避免刷寫異常還需要開發(fā)一個Flash備份區(qū)，當數(shù)據(jù)請求在例程控制訪問時需要將對應(yīng)區(qū)域的原數(shù)據(jù)備份到Flash備份區(qū)，以免在刷寫的過程中出現(xiàn)異常，導致新的數(shù)據(jù)沒有更新成功，原Flash區(qū)的數(shù)據(jù)又被擦掉了，導致控制器被刷死。在每個下線數(shù)據(jù)的Flash區(qū)的開頭都預留4字節(jié)，分別存放單變量刷寫的標志位和校驗和結(jié)果。如果對應(yīng)的下線數(shù)據(jù)區(qū)域進行過單變量刷寫，則在開頭2字節(jié)設(shè)定一個標志位，在數(shù)據(jù)傳輸完畢后，例程控制-校驗和計算環(huán)節(jié)計算出校驗和后將檢驗和以及單變量刷寫的標志位一起存放在RAM區(qū)的開頭最開始4個字節(jié)，最后將RAM中的數(shù)據(jù)一起寫到對應(yīng)的Flash中。

在控制器重新上電的時候會對下線數(shù)據(jù)存放的Flash區(qū)域進行校驗，如果校驗異常，則進行回滾操作。單變量刷寫的異常斷電存在兩種情況：第1種是將原數(shù)據(jù)備份到備份區(qū)后，原來的數(shù)據(jù)已經(jīng)擦除掉了，新數(shù)據(jù)還沒有在Flash中寫的時候，此時Flash中是空的，檢測到這種結(jié)果的時候?qū)浞輩^(qū)的數(shù)據(jù)回滾到Flash中保證控制器是可以運行起來的；第2種情況是原數(shù)據(jù)備份到備份區(qū)，擦除了Flash區(qū)，新的數(shù)據(jù)開始往Flash區(qū)寫的過程中異常斷電了，這樣Flash區(qū)的開頭4個字節(jié)是有數(shù)據(jù)標識的，校驗一下校驗和與Flash區(qū)的數(shù)據(jù)是否一致，如果不一致同樣將備份區(qū)的數(shù)據(jù)回滾到Flash區(qū)中以保證控制器能夠正常運行。

2.3 單變量刷寫的應(yīng)用

如圖4所示，通過上位機傳遞一個12字節(jié)的數(shù)據(jù)，完成刷寫流程后我們用調(diào)試器查看對應(yīng)的Flash區(qū)數(shù)據(jù)就是傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。

圖4 單變量刷寫的應(yīng)用

在實際的刷寫過程中通過實際測試，單個變量刷寫的流程大約在3s左右時間即可完成，可以大大提升發(fā)動機下線的速率。

3 結(jié)論

本文設(shè)計了一種單個變量刷寫的方案，單個變量是從上位機只傳輸要更新數(shù)值的單個或者幾個變量的地址和數(shù)據(jù)長度，按照刷寫權(quán)限進行區(qū)分，最高權(quán)限的可以對所有的下級變量進行刷寫，采用向下級聯(lián)的方式，最低權(quán)限的只能刷寫權(quán)限分區(qū)范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)。在下位機中開發(fā)一塊對應(yīng)大小的RAM分區(qū)，將要刷寫的變量所在的分區(qū)提前備份，新的數(shù)據(jù)傳輸過來后更新對應(yīng)位置的數(shù)據(jù)，傳輸完成后將RAM中的數(shù)據(jù)統(tǒng)一寫到Flash中，同時需要一個Flash備份區(qū)，將原有數(shù)據(jù)備份到Flash備份區(qū)，以免刷寫過程中出現(xiàn)異常導致控制器無法使用。這種方法既可以大大減少刷寫數(shù)據(jù)的時間，提升發(fā)動機下線的速率，又能保證下線操作的安全性。