采用CAN总线的ECU在线编程系统的设计方案介绍

采用CAN总线的ECU在线编程系统的设计方案介绍

1 在线编程系统设计

1.1 通信协议与上位机程序设计

1.1.1 通信协议的制定

1.1.2 PC端下载程序的组成

（1）目标文件的生成和解析

系统应用程序文件采用*.HEX格式文件，该文件是记录文本行的ASCII文本文件，每一行是一条记录，每条记录是16进制数组成的机械码或数据常量。记录格式：：LL ADDR TT[DDD…]CC

其中，冒号是记录开始；LL表示数据长度，即[DDD…]的字节数；ADDR表示地址信息；TT表示记录的类型；[DDD…]表示数据内容；CC表示校验和。

利用Tasking开发环境，能够生成包含应用程序的*.HEX文件，文件中的记录类型只有数据记录、线性扩展地址记录和文件结束记录。通过上位机载入目标文件，逐条检索文件内容将带有地址信息的数据解析出来，并以CAN数据帧（8字节）的形式存放，每16帧数据组合成一个页，同时记录每个数据页的首地址。

（2）Flash编程模块

1.1.3 PC端下载程序的运行流程

PC端程序运行以后，通过上位机界面上的“载入文件”按钮，将要升级程序HEX文件载入，点“解析按钮”,程序自动将HEX文件分成包含有效数据长度为128字节的页，同时将页首地址保存。根据已经制定好的协议，上位机将这些命令封装成CAN总线消息发送到下位机。编程过程中，上位机将所需要发送的程序页总数发送给下位机，然后从第一页开始发送，每一页发送完成以后，等待下位机发送页编程完成信号，完成以后继续发送下一页，直到所有程序页都发送完成，这时如果无错误，接收下位机编程完成应答消息，显示编程完成；否则显示编程失败。程序流程图如图l所示。

圈1 PC端下载程序流程图

1.2 Bootloader设计

Flash编程的机制主要有两种，分别是调用Flash擦写函数法和Flash kernel.Flash kernel法需要在进行软件升级时将Bootloader程序中Flash擦写以及相关的初始化程序都下载到单片机RAM中，这对RAM资源的要求较高，对于单片机来说这是有困难的。采用Flash擦写函数法，只需要在升级程序时调用Flash擦写函数即可。对于某些单片机，在对Flash进行擦写时，加在Flash区的电压高于普通电压，会引起Flash区的操作不稳定，因此也需要将Flash擦写函数放在RAM中运行，这样采用Flash擦写函数能够有效的减少RAM区的占用。In-fineon XC2000单片机支持同时对不同页的读/写操作，不会出现Flash擦写操作不稳定的问题，因此本设计采用Flash擦写函数法。

1.2.1 Flash空间代码分布

本设计中ECU采用XC2785A单片机，其片上集成32 KB的PSRAM和832 KB的Flash（0xC00000~oxCCFFFF）用于代码存储。Flash阵列由4个块组成，分别是F0（256 KB,0xC00000~0xC3FFFF）、F1（256 KB,0xC40000~0xC7FFFF）、F2（256 KB,0xC80000~0xCBFFFF）、F3（64 KB,0xCC0000~0xCCFFFF）。每一个Flash块由若干个大小为4 KB的扇区组成，而每一个扇区可分为32个页（128字节），可封每个页单独进行擦除和编程操作。Flash区段的最开始存放程序的中断向量表，0xC01000~OxCODFFF区段存放Bootloader代码，0xC0E000~0xC0EFFF区段中的最开始那个页存放升级标志，0xCOF000~0xCOFFFF区段为单片机保留区段，0xCl0000~0xCCFFFF段存放应用程序，代码空间分布如图2所示。

图2 Flash空间代码分布示惹图

1.2.2 Bootloader程序流程

复位中断向量的出口地址是0xC01000,因此单片机上电启动或者软件重启以后，首先跳转到STARTUP.C，通过判断升级标志是否置位来进行跳转。若置位表示有升级请求，则进行Bootloader的初始化，然后执行主函数，升级完成以后擦除标志位；若无升级请求则跳转到用户程序区执行用户程序。用户程序更新时，需要同时更新中断向量，这样保证用户程序能够正常使用中断功能。

图3 下位机软件流程图

1.3 在线编程系统工作流程

图4 系统工作过程

2 在线编程功能验证

图5 目标HEX文件2图6 Flash中的数据

结语

本文提出的基于CAN总线的ECU在线升级系统设计方案，切实可行，并已在Infineon XC2785A单片机上完成实际测试。Infineon XC2000单片机具有相同的内核，因此此方案将对这一系列单片机的Bootloader设计具有指导意义。同时采用升级标志位的方法，对于单片机IAP功能的实现提供一个有益的参考。

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