本文將介紹在使用 MM32F0140 系列 MCU 實(shí)現(xiàn) UDS Bootloader 過程中涉及到的 FlexCAN、UDS 和 Bootloader 等相關(guān)基本概念。

MM32F0140 簡介

MM32F0140 使用高性能的 Arm? Cortex-M0 內(nèi)核的 32 位微控制器，最高工作頻率可達(dá) 72MHz，內(nèi)置 64KB Flash 和 8KB SRAM，有豐富的增強(qiáng)型 I/O 端口和包括 FlexCAN 在內(nèi)等多種外設(shè)，適用于汽車診斷儀，后裝汽車協(xié)控制器和消防監(jiān)控等多種應(yīng)用場合。

圖 1 MM32F1040 簡介

什么是 FlexCAN?

CAN 是控制器域網(wǎng) (Controller Area Network, CAN) 的簡稱，是一種功能豐富的車用總線標(biāo)準(zhǔn)，被設(shè)計(jì)用于在不需要主機(jī)（Host）的情況下，允許網(wǎng)絡(luò)上的單芯片和儀器相互通信。是由研發(fā)和生產(chǎn)汽車電子產(chǎn)品著稱的德國 BOSCH 公司開發(fā)了，并最終成為國際標(biāo)準(zhǔn)（ISO11898）。是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。FlexCAN 是 CAN 協(xié)議的一個(gè)高完成度版本。

MM32F0140 系列 MCU 內(nèi)嵌的 FlexCAN，符合 ISO 11898-1 標(biāo)準(zhǔn)，支持 CAN 2.0B 版本協(xié)議，位速率高達(dá) 1 Mbps，具有非常靈活的用于傳輸和接收的郵箱系統(tǒng)，可以接收和發(fā)送 11 位標(biāo)識(shí)符的標(biāo)準(zhǔn)幀，也可以接收和發(fā)送 29 位標(biāo)識(shí)符的擴(kuò)展幀，主要被設(shè)計(jì)用作車載串行總線，可滿足實(shí)時(shí)處理、車輛在電磁干擾環(huán)境下的可靠操作、成本效益、帶寬等要求。

什么是 UDS?

UDS（Unified Diagnostic Services，統(tǒng)一診斷服務(wù)）是一種用于汽車電子控制器 ECU (Electronic Control Units) 環(huán)境下的一種診斷通信協(xié)議，可實(shí)現(xiàn)診斷、固件更新、日常測試等功能，在 ISO 14229 中規(guī)定了其實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。

在本實(shí)例中，UDS 通信是在客戶端-服務(wù)端關(guān)系中執(zhí)行的。客戶端是上位機(jī)下載軟件運(yùn)行于 PC 機(jī)，服務(wù)端是 MM32F0140 系列 MCU。例如，將 CAN 總線接口連接到 MCU，并將 UDS 請(qǐng)求發(fā)送到 MCU。當(dāng) MCU 支持 UDS 服務(wù)時(shí)，它將根據(jù)客戶端發(fā)出的請(qǐng)求做出相應(yīng)的響應(yīng)。

為什么用 Bootloader？

對(duì)于 ECU 而言，如果程序內(nèi)置有基于FlexCAN Bootloader，則每次更新 ECU 的固件可不必再使用燒錄器進(jìn)行燒錄，而可直接通過 CAN 總線來更新程序，而且隨著汽車智能化的普及，甚至可以對(duì) ECU 進(jìn)行遠(yuǎn)程升級(jí)。有無 Bootloader 功能程序結(jié)構(gòu)對(duì)比如圖 2 所示：

圖 2 程序結(jié)構(gòu)對(duì)比框圖

為什么要基于 UDS?

為了規(guī)范 Bootloader 的全過程。因 UDS 在設(shè)計(jì)時(shí)考慮了 Bootloader 的需求，并為 Bootloader 提供了相關(guān)服務(wù)以供使用，故主機(jī)廠普遍會(huì)要求在 UDS 規(guī)范的基礎(chǔ)上完成 Bootloader 功能。

使用到哪些 UDS 服務(wù)？

● 在 Bootloader 中，使用到 UDS 的 $10、$11、$27 和 $3E 基礎(chǔ)診斷服務(wù)，$22、$2E 讀寫 DID 服務(wù)，$31、$34、$36 和 $37 固件數(shù)據(jù)傳輸相關(guān)服務(wù)。

● 在 APP 中，使用到 UDS 的 $85 和 $28 服務(wù)，保證暫停 CAN 正常通信，暫停記錄 DTC，讓被升級(jí)設(shè)備升級(jí)。

UDS 提供的服務(wù)概覽如圖 3 所示：

圖 3 UDS 服務(wù)概覽

CAN、UDS 和 OSI 模型之間的關(guān)系

為了更好的理解 UDS, 讓我們了解一下 CAN 總線、UDS 和 OSI 模型之間的關(guān)系。

CAN 對(duì)應(yīng)于 OSI 模型中的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層描述（根據(jù) ISO 11898）。

與 CAN 相比， UDS (ISO 14229) 是一種 “更高層協(xié)議”， 在 OSI 模型中使用到會(huì)話層和應(yīng)用層，如下圖 4 所示：

圖 4 UDS 與 OSI 模型對(duì)應(yīng)圖

UDS 的消息結(jié)構(gòu)

PDU

Network_Protocol Data Unit, 網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)單元

PDU 是用于建立對(duì)等實(shí)體間的通信，是一組信息和數(shù)據(jù)的集合，表示了發(fā)送發(fā)和接收方對(duì)等實(shí)體之間傳遞的信息和數(shù)據(jù)。由地址信息（CAN ID）、協(xié)議控制信息(PCI) 和數(shù)據(jù)構(gòu)成。

圖 5 為 UDS 消息結(jié)構(gòu)示意圖，圖 6 為 UDS 消極響應(yīng)示意圖。

圖 5 UDS 消息結(jié)構(gòu)
圖 6 UDS 消極響應(yīng)示意

PCI

Protocol Control Information，協(xié)議控制信息

PCI 字段本身與 UDS 請(qǐng)求本身沒有關(guān)系，但是對(duì)于在 CAN 總線上發(fā)出的診斷 UDS 請(qǐng)求是必需的。PCI 字段可以長達(dá) 1 ~ 3 字節(jié)，并且包含與傳輸不適合單個(gè) CAN 幀的消息有關(guān)的信息。

SID

Service ID，服務(wù)標(biāo)識(shí)符

當(dāng)希望使用特定的 UDS 服務(wù)時(shí)，UDS 請(qǐng)求消息應(yīng)該在數(shù)據(jù)有效負(fù)載中包含 UDS 服務(wù)標(biāo)識(shí)符 (SID)。標(biāo)識(shí)符分為請(qǐng)求 SID 和響應(yīng) SID。

SFB

Sub Function Byte，子函數(shù)字節(jié)

在一些 UDS 請(qǐng)求幀中使用，在一些 UDS 服務(wù)中，如 0x22，子函數(shù)字節(jié)沒有使用。一般來說，當(dāng)一個(gè)請(qǐng)求被發(fā)送到 ECU 時(shí)，ECU 可以做出正向或負(fù)向的響應(yīng)。在響應(yīng)為正向的情況下，測試人員可能想要抑制響應(yīng)(因?yàn)樗赡苁遣幌嚓P(guān)的)。這是通過在子函數(shù)字節(jié)中將第 1 位設(shè)置為 1 來完成的。負(fù)向的反應(yīng)是無法被抑制的。剩下的7位可以用來定義最多 128 個(gè)子函數(shù)值。例如，當(dāng)通過 SID 0x19(讀取診斷信息)讀取 DTC 信息時(shí)，子函數(shù)字節(jié)可用于控制報(bào)告類型。

DID

Data Identifier，數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)符

在大多數(shù) UDS 請(qǐng)求服務(wù)中，各種類型的請(qǐng)求數(shù)據(jù)參數(shù)用于提供 SID 和可選子函數(shù)字節(jié)以外的請(qǐng)求進(jìn)一步配置。

ISO-TP 標(biāo)準(zhǔn)

ECU 固件更新通常涉及大量有效載荷的通信，而 ISO-TP 標(biāo)準(zhǔn)（ISO 15765 ）就是為了解決基于 CAN 的車輛診斷的大量有效載荷問題而提出。該標(biāo)準(zhǔn)指定了基于CAN 的車輛網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)，最常見的用例就有 UDS （ISO 14229-1）。

ISO-TP 標(biāo)準(zhǔn)概述了如何通過分段、流量控制和重組來傳輸高達(dá) 4096 字節(jié)的 CAN 數(shù)據(jù)有效載荷。ISO-TP 定義了用于通信的 CAN 幀，如下圖 7 所示。

圖 7 ISO-TP 幀類型

通過使用 ISO-TP 標(biāo)準(zhǔn)將 UDS 的消息結(jié)構(gòu) PDU 分為了四種類型：

SF (Single Frame， 單幀)

描述單幀傳輸。

FF (First Frame， 首幀)

描述多幀傳輸?shù)钠鹗肌?/p>

CF (Consecutive Frame，連續(xù)幀)

用于在多幀傳輸中傳輸數(shù)據(jù)。

FC (Flow Control Frame，流控幀)

用于在多幀傳輸過程中，對(duì)報(bào)文流控制。

UDS 的單幀通信和多幀通信：

單幀通信如圖 8 所示：

圖 8 單幀通信

多幀通信過程如圖 9 所示：

圖 9 多幀通信

基于 UDS Bootloader 實(shí)現(xiàn)更新 APP 流程框圖

MM32F0140 系列 MCU 使用 FlexCAN 實(shí)現(xiàn)基于 UDS Bootloader 更新 APP 的流程框圖如10所示：

圖10 更新 APP 流程

結(jié)語

本文以 MM32F0140 系列 MCU 的 FlexCAN 為例，簡要介紹了在使用 MM32F0140 系列 MCU 實(shí)現(xiàn) UDS Bootloader 過程中涉及到的 FlexCAN、UDS 和 Bootloader 等相關(guān)基本概念，并介紹了 UDS 的消息結(jié)構(gòu)和 ISO-TP 標(biāo)準(zhǔn)，以及展示了 MM32F0140 系列 MCU 使用 FlexCAN 實(shí)現(xiàn) UDS Bootloader 更新 APP 的流程框圖。

來源：靈動(dòng)MM32MCU

審核編輯：湯梓紅