針對(duì)汽車(chē)域控制器的一種升級(jí)測(cè)試方案介紹

冉旭晴

（上海北匯信息科技有限公司，上海 嘉定 201800）

“智能化、網(wǎng)聯(lián)化、電動(dòng)化、共享化”已成為汽車(chē)產(chǎn)業(yè)變革的必然趨勢(shì)，汽車(chē)產(chǎn)品逐步由傳統(tǒng)代步機(jī)械工具向新一代具備感知和決策能力的智能終端轉(zhuǎn)變?！八幕弊兏镖厔?shì)的需求使得汽車(chē)的電子電氣架構(gòu)由分布式處理器架構(gòu)逐步向域控制器架構(gòu)和中央計(jì)算平臺(tái)架構(gòu)演變，汽車(chē)軟件將成為定義整車(chē)功能的關(guān)鍵[1]。而車(chē)內(nèi)的域控制器承擔(dān)了新四化的主要功能，電子架構(gòu)也大多采用MPU/SOC+MCU方案，如智能網(wǎng)聯(lián)域控制器、智能座艙域控制器、智能駕駛域控制器等，域控之間的通信也主要使用車(chē)載以太網(wǎng)。針對(duì)域控制器的升級(jí)軟件大小往往是幾百M(fèi)B甚至幾GB，使用傳統(tǒng)的診斷服務(wù)實(shí)現(xiàn)軟件傳輸與更新，無(wú)法有效利用以太網(wǎng)總線帶寬，對(duì)產(chǎn)線升級(jí)或者OTA升級(jí)的效率都會(huì)產(chǎn)生影響。針對(duì)大體量的軟件升級(jí)，已有OEM使用一種新型升級(jí)方案，基于SOA與一種文件傳輸協(xié)議實(shí)現(xiàn)域控制器的軟件升級(jí)。

1 軟件升級(jí)方案概述

1.1 基于DoIP與UDS協(xié)議的升級(jí)方案介紹

UDS協(xié)議是診斷服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，規(guī)定了診斷服務(wù)的具體命令[2]。使用UDS服務(wù)刷寫(xiě)是目前更新汽車(chē)控制器軟件的主要方案。針對(duì)域控制器，主要使用DoIP+UDS協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)刷寫(xiě)方案。DoIP（Diagnostic communication over Internet Protocol）是一種基于互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的診斷?；谠撛\斷協(xié)議，主機(jī)廠和售后工程可以對(duì)車(chē)輛進(jìn)行診斷、刷新等操作[3]。在此種方案中，DoIP用來(lái)傳輸診斷數(shù)據(jù)，通過(guò)UDS的0x34/0x38、0x36、0x37診斷服務(wù)實(shí)現(xiàn)升級(jí)軟件的控制與傳輸，文件的傳輸主要通過(guò)0x36服務(wù)。如圖1所示，DoIP的報(bào)頭長(zhǎng)度為8個(gè)字節(jié)，另外在凈荷中有4個(gè)字節(jié)用來(lái)表示邏輯地址，在0x36傳輸數(shù)據(jù)過(guò)程中，UDS中的SID+blockSequenceCounter占據(jù)兩個(gè)字節(jié)，所以每次傳輸一次數(shù)據(jù)，有14個(gè)字節(jié)的占用。

圖1 DoIP報(bào)文結(jié)構(gòu)

另外一方面，由于協(xié)議分層，域控制器收到TCP數(shù)據(jù)后，需要將數(shù)據(jù)分配給DoIP協(xié)議棧處理，再分配給UDS協(xié)議棧處理，每個(gè)層級(jí)都需要給相應(yīng)的ACK，如圖2所示，DoIP數(shù)據(jù)傳輸時(shí)域控制器需要響應(yīng)DoIP 0x8002報(bào)文（使用簡(jiǎn)化版DoIP時(shí)不需要），在UDS層收到診斷請(qǐng)求后，需要回復(fù)肯定響應(yīng)，Tester才能繼續(xù)發(fā)送診斷數(shù)據(jù)。

圖2 數(shù)據(jù)傳輸分層

基于以上兩點(diǎn)，DoIP+UDS的方案受到報(bào)頭長(zhǎng)度、協(xié)議分配處理、協(xié)議響應(yīng)影響數(shù)據(jù)傳輸效率，無(wú)法有效利用以太網(wǎng)總線帶寬。

1.2 基于SOA與文件傳輸協(xié)議的域控制器軟件升級(jí)方案介紹

在軟件定義汽車(chē)的時(shí)代，越來(lái)越多的OEM選擇基于SOA架構(gòu)開(kāi)發(fā)軟件。SOA是從遵循服務(wù)導(dǎo)向原則的可重用服務(wù)中構(gòu)建復(fù)雜軟件系統(tǒng)的方法[4]，即面向服務(wù)的架構(gòu)；目前在汽車(chē)行業(yè)實(shí)現(xiàn)SOA架構(gòu)的主要有SOME/IP與DDS兩種協(xié)議；軟件更新可以在SOA架構(gòu)下采取新的方案；已有OEM使用一種實(shí)現(xiàn)了SOA架構(gòu)的協(xié)議與一種文件傳輸協(xié)議，來(lái)實(shí)現(xiàn)域控制器的軟件升級(jí)。以下簡(jiǎn)稱(chēng)“SOA協(xié)議”和“文件傳輸協(xié)議”。

主要的流程如圖3所示，由主節(jié)點(diǎn)來(lái)發(fā)起升級(jí)任務(wù)，此流程主要在車(chē)內(nèi)進(jìn)行。主節(jié)點(diǎn)首先通過(guò)SOA協(xié)議給從節(jié)點(diǎn)建立升級(jí)任務(wù)，再將升級(jí)包通過(guò)文件傳輸協(xié)議發(fā)送給從節(jié)點(diǎn)，同時(shí)通過(guò)SOA協(xié)議控制升級(jí)流程；文件傳輸協(xié)議基于可靠TCP傳輸協(xié)議，在傳輸數(shù)據(jù)過(guò)程中，利用TCP傳輸數(shù)據(jù)的可靠性與速度，無(wú)其他上層協(xié)議的報(bào)頭占用，無(wú)上層協(xié)議的轉(zhuǎn)換，可以實(shí)現(xiàn)升級(jí)包的穩(wěn)定、可靠、快速傳輸，并且流程簡(jiǎn)單。相比使用診斷服務(wù)實(shí)現(xiàn)升級(jí)，此流程簡(jiǎn)潔高效，能快速實(shí)現(xiàn)升級(jí)軟件的目的。

圖3 基于SOA協(xié)議升級(jí)流程簡(jiǎn)介

2 基于SOA與文件傳輸協(xié)議的域控制器升級(jí)測(cè)試方案介紹

2.1 測(cè)試用例

基于SOA與文件傳輸協(xié)議的域控制器升級(jí)測(cè)試，主要分為主節(jié)點(diǎn)測(cè)試與從節(jié)點(diǎn)測(cè)試。針對(duì)從節(jié)點(diǎn)升級(jí)測(cè)試，主要分為以下幾個(gè)部分：①正向流程測(cè)試；②狀態(tài)跳轉(zhuǎn)測(cè)試；③故障碼測(cè)試；④場(chǎng)景測(cè)試。測(cè)試內(nèi)容如表1所示。

表1 從節(jié)點(diǎn)測(cè)試用例分類(lèi)

針對(duì)主節(jié)點(diǎn)升級(jí)測(cè)試，主要分為以下幾部分：①主節(jié)點(diǎn)自升級(jí)測(cè)試；②流程控制測(cè)試；③故障處理測(cè)試；④場(chǎng)景測(cè)試。測(cè)試內(nèi)容如表2所示。

表2 主節(jié)點(diǎn)用例測(cè)試分類(lèi)

2.2 測(cè)試環(huán)境

使用Vector的CANoe+VN56xx來(lái)開(kāi)發(fā)測(cè)試用例與執(zhí)行測(cè)試，加上基本外設(shè)，如程控電源等，可以快速搭建好測(cè)試環(huán)境，如圖4所示。在自動(dòng)化測(cè)試中，使用CANoe仿真主節(jié)點(diǎn)，主要實(shí)現(xiàn)的是SOA協(xié)議與文件傳輸協(xié)議兩個(gè)模塊功能：①仿真CANoe作為主節(jié)點(diǎn)，發(fā)送SOA協(xié)議請(qǐng)求給DUT，來(lái)控制升級(jí)流程；②仿真CANoe作為文件傳輸協(xié)議Server，收到DUT的請(qǐng)求后，將升級(jí)包發(fā)送給DUT。測(cè)試腳本框圖如圖5所示。

圖4 測(cè)試環(huán)境

圖5 測(cè)試腳本框圖

2.3 測(cè)試示例

CANoe仿真主節(jié)點(diǎn)給從節(jié)點(diǎn)建立升級(jí)任務(wù)后，從節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求升級(jí)包路徑，仿真主節(jié)點(diǎn)響應(yīng)升級(jí)包路徑，從節(jié)點(diǎn)使用文件傳輸協(xié)議獲取升級(jí)包。仿真主節(jié)點(diǎn)使用文件傳輸協(xié)議發(fā)送升級(jí)包，在傳輸過(guò)程中可以使用SOA協(xié)議周期讀取傳輸進(jìn)度，等待傳輸完成后，仿真主節(jié)點(diǎn)發(fā)送安裝請(qǐng)求，在安裝過(guò)程中周期讀取安裝進(jìn)度。圖6是傳輸升級(jí)文件階段的測(cè)試報(bào)告，從報(bào)告中可以查看具體的升級(jí)流程，并能查看文件傳輸進(jìn)度，圖7是測(cè)試數(shù)據(jù)的示例。文件傳輸完成后，則通過(guò)SOA協(xié)議控制安裝升級(jí)包，如圖8所示。通過(guò)測(cè)試腳本，將升級(jí)流程簡(jiǎn)化為報(bào)告，幫助測(cè)試人員將精力從大量的數(shù)據(jù)中抽出，集中在測(cè)試流程的分析上。

圖6 建立任務(wù)與傳輸過(guò)程測(cè)試報(bào)告

圖7 一種“文件傳輸協(xié)議”傳輸數(shù)據(jù)

圖8 安裝升級(jí)包測(cè)試報(bào)告

3 結(jié)論

軟件帶動(dòng)著汽車(chē)技術(shù)的革新，引領(lǐng)汽車(chē)產(chǎn)品差異化發(fā)展潮流，正逐漸成為汽車(chē)信息化、智能化發(fā)展的基礎(chǔ)和核心[5]。同時(shí)，越來(lái)越復(fù)雜的軟件對(duì)軟件開(kāi)發(fā)、測(cè)試都帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)，安全、可靠、高效的軟件更新是軟件持續(xù)優(yōu)化迭代的重要保障。在汽車(chē)軟件研發(fā)階段中，軟件更新功能可靠性與穩(wěn)定性，需要通過(guò)設(shè)計(jì)測(cè)試用例并通過(guò)測(cè)試實(shí)施，確保軟件更新功能滿(mǎn)足需求。本文介紹基于SOA與文件傳輸協(xié)議的域控制器升級(jí)測(cè)試方案，其在汽車(chē)電子領(lǐng)域已廣為接受并采用。