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为什么要基于UDS设计BootLoader?Bootloader应支持哪些UDS服务?

2021-10-09 汽车电子与软件 阅读:
有了bootloader,就可以通过CAN线来更新程序了,甚至可以通过OTA进行远程升级。使用UDS主要是为了规范bootloader的全过程。
bootloader程序架构
略有简化的bootloader图

这张图和恒润教程中的BootLoader流程大体是一致的。JUnednc

疑问点JUnednc

Q:图中的烧写顺序是34-36-34-36-34-36-37,但另一些材料中的顺序是34-36-36-36-37。JUnednc

A:这个问题这样理解,34-36-36-36-37的前提是你要下载的数据是连续的数据,每个36所使用的地址信息,都是34中包含的地址信息再加上一定的偏移量。如果需要下载不连续的数据,就需要重新进行34服务或31(擦除)-34服务。JUnednc

1、为什么要搞Bootloader?为什么要基于UDS搞BootloaderJUnednc

假如你的控制器有外壳,却没有设计bootloader的话,每次更新ECU的程序,你都需要把外壳拆开,用烧写器来更新程序。有了bootloader,你就可以通过CAN线来更新程序了。更方便些的话,甚至可以通过OTA进行远程升级。JUnednc

那为什么使用UDS呢?主要是为了规范bootloader的全过程。比如烧写小明牌ECU时,我们肯定希望其他牌子的ECU处于一个静默的状态,都歇一歇,这就需要一个大家共同执行的标准来进行规范,什么时候停发数据,什么时候不能再储存DTC了等等。JUnednc

又比如在调试时,大家肯定希望你的控制器经由CAN烧写的过程是大家都能看得懂的,是满足于某种规范的。由此,UDS在设计时考虑了bootloader的需求,专门为bootloader设计了几个服务,供大家使用。主机厂在发需求时自然就要求大家要在UDS规范的基础上完成bootloader功能了。JUnednc

2、Bootloader应支持的UDS服务

显然bootloader不需要支持19/14等故障类服务。JUnednc

在boot程序中,10/27/11/3E这样的基础诊断服务需要支持,22/2E读写DID的服务需要支持,31/34/36/37这4个bootloader主打服务需要支持,共10个。JUnednc

在app段程序中,85和28服务需要支持,保证暂停CAN正常通信,暂停记录DTC,让被升级设备专心升级。JUnednc

10种boot段服务+2种app段服务

3、Bootloader——三段式

(1)预编程阶段

1. 3E TP报文。JUnednc

2. 10服务切换到03扩展模式。JUnednc

3. 85服务和28服务,关DTC和非诊断报文。使整个CAN网络处于安静的状态。这是对整车网络进行操作的,一般都是以功能寻址的方式来发送。注意先用85服务关闭DTC,再使用28服务关报文。JUnednc

(2)主编程阶段

1. 10服务切换到编程模式,这里要注意,正确的方式是App段程序回复0x78 NRC,接下来跳转到boot段程序,最后由Boot段程序来回复10 02的肯定响应。错误的方式是由App段回复10 02的肯定响应,再进行跳转。JUnednc

2. 读取一个DID,tester要判断一下返回值。返回值里面可能包含密钥的一部分信息。JUnednc

3. 27服务,解锁,通过安全验证。JUnednc

注意10 02服务不应直接进行肯定响应,存在风险

4. 写DID指纹,标记写软件人的身份,ECU回复写指纹成功。(根据OEM要求来执行)JUnednc

5. 31服务-擦除Flash。ECU肯定响应,擦除成功。JUnednc

6. 34服务,请求数据下载,ECU回复确认最大块大小。JUnednc

7. 36服务,开始传输数据。每个块传输完成后,ECU肯定响应。判断是否还有更多块需要下载。最多可以支持255个块。JUnednc

8. 37服务,请求退出传输。ECU肯定响应。JUnednc

9. 31服务-校验APP段程序,检查编程一致性/完整性。ECU肯定响应。校验成功。JUnednc

10. 若有更多块需要下载,重新执行31(擦除Flash区域)-34-36-37-31(校验)服务。若无,往下执行。JUnednc

11. 11服务,ECU复位。之后应直接跳转到新下载的APP段程序中。JUnednc

31(擦Flash)-34-36
36-37-31(校验)

(3)后编程状态

1. 10服务切换到03扩展会话。JUnednc

2. 执行28服务和85服务,使能非诊断报文和DTC。这是对整车网络进行操作的,一般都是以功能寻址的方式来发送。注意先执行28,后执行85,避免DTC误报。JUnednc

3. 27服务,安全校验,准备写入数据。JUnednc

4. 2E服务,将编程信息写入到ECU中。JUnednc

5. 10服务,退回01默认会话。结束。JUnednc

4、BootLoader的启动顺序与转换流程

以下流程仅作为参考,有很多不规范之处。欢迎大家留言探讨。JUnednc

1. ECU上电或复位后,先进入Boot段。从Flash/EEPROM中读取 App有效标志运行boot标志 。JUnednc

2.判断 运行boot标志 ,若为1,则进入Boot段的编程会话(安全等级为上锁),之后写Flash/EEPROM(不安全操作), 运行boot标志 清零。若S3定时器超时则退回Boot段默认会话。JUnednc

3. 经过安全访问进入Level2解锁状态,开始执行App内存擦除,擦除后 App有效标志 清零(不安全操作)JUnednc

4. 开始烧写。烧写成功后 运行boot标志 写0,App有效标志 写1。JUnednc

2*. 判断 运行boot标志 ,若为0,则进入Boot段的默认会话。JUnednc

3*. 50ms后判断 App有效标志 ,若为1,则 跳转到 App段默认会话。实现时使用汇编指令执行APP段程序;若为0,退回Boot段默认会话,且不再判断 App有效标志,不会再尝试进入App段。JUnednc

4*. App段程序若收到了编程会话请求, 运行boot标志写1 ,随即执行ECU复位,这样会重新进入boot段程序。JUnednc

注:从BOOT跳入APP前需要判断APP的数据完整性,例如进行CRC校验。JUnednc

5、问题点

Q:假如烧进去了不良App段程序,无法返回boot段程序怎么办?JUnednc

A:参照电脑的开机方式,在ECU开机之后,预留很短的一段时间维持在boot状态,在这段时间内,若收到指定报文(比如,电脑是按住F8),那么就不跳转到App段了。JUnednc

Q:运行boot标志和App有效标志为了安全起见,应该保存到哪里?JUnednc

A:运行boot标志可以放置在RAM中,由Boot和App共用。JUnednc

Q:上文图中的CAN数据实例,为什么出现了两次CRC的校验?CRC校验是对哪些数据的校验?JUnednc

A:OEM不希望ECU中保存有可以擦写Flash的代码,所以BootLoader需要在烧录App之前,先把擦写Flash的代码通过UDS烧写到RAM中,烧完了之后进行一下31服务下的CRC校验。之后烧录ECU的App程序,App可能会因为地址不连续而分为很多段下载。下载完毕后需要进行总的CRC校验。不管哪次校验,CRC所校验的数据是代码的数据段,即36服务中传输的有效数据。JUnednc

阅读原文,关注作者知乎JUnednc

ENDJUnednc

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