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汽車ECU固件遠程更新的Bootloader設計和實現

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1、I 碩士學位論文碩士學位論文 汽車汽車 ECUECU 固件遠固件遠程更新的程更新的 BootloaderBootloader 設設 計和實現計和實現 姓 名:彭勇 學 號:1133072 所在院系:汽車學院 學科門類:工學 學科專業:車輛工程 指導教師:張戟 副教授 二一四年三月 萬方數據 A dissertation submitted to TongjiUniversity in conformity with the requirements for the degree of Master of Engineering March, 2013 March, 2014 Candidate。

2、: Peng Yong Student Number: 1133072 School/Department: School of Automotive Studies Discipline: Engineering Major: Automotive Engineering Supervisor: Associate Prof. Ji Zhang Design and Implementation of Bootloader for Automotive ECU Firmware Remote Update of the FCEV Drive System 萬方數據 汽 車 汽 車 ECUEC。

3、U 固 件 遠 程 更 新 的 固 件 遠 程 更 新 的 BootloaderBootloader 設 計 設 計 和 實 現 和 實 現 彭 勇 彭 勇 同 濟 大 學 同 濟 大 學 萬方數據 I 學位論文版權使用授權書學位論文版權使用授權書 本人完全了解同濟大學關于收集、保存、使用學位論文的規定, 同意如下各項內容:按照學校要求提交學位論文的印刷本和電子版 本;學校有權保存學位論文的印刷本和電子版,并采用影印、縮印、 掃描、數字化或其它手段保存論文;學校有權提供目錄檢索以及提 供本學位論文全文或者部分的閱覽服務;學校有權按有關規定向國 家有關部門或者機構送交論文的復印件和電子版;在不以。

4、贏利為目 的的前提下,學??梢赃m當復制論文的部分或全部內容用于學術活 動。 學位論文作者簽名: 年 月 日 萬方數據 同濟大學學位論文原創性聲明同濟大學學位論文原創性聲明 本人鄭重聲明:所呈交的學位論文,是本人在導師指導下,進 行研究工作所取得的成果。除文中已經注明引用的內容外,本學位 論文的研究成果不包含任何他人創作的、已公開發表或者沒有公開 發表的作品的內容。對本論文所涉及的研究工作做出貢獻的其他個 人和集體,均已在文中以明確方式標明。本學位論文原創性聲明的 法律責任由本人承擔。 學位論文作者簽名: 年 月 日 萬方數據 同濟大學 碩士學位論文 摘要 I 摘要摘要 隨著汽車電子化程度的不斷。

5、提高,汽車上的 ECU 數目和軟件代碼量也大幅 增長。 數目眾多的 ECU 和與日俱增的代碼量使得汽車 ECU 固件的更新成為一個 大的挑戰。傳統的汽車 ECU 固件更新需要專業技術人員的支持,已不足以應對 將來的挑戰。 通過無線通信技術, 對汽車 ECU 進行遠程更新是未來發展的趨勢。 汽車 ECU 固件的遠程更新包括軟件更新包的下載和燒寫兩個步驟,第二步的實 現要求 ECU 必須具備在線升級的能力。 為汽車 ECU 設計出能夠實現在線升級功 能的 Bootloader 是實現固件遠程更新的必要條件。本文基于汽車 ECU 遠程更新 應用場景,對汽車 ECU Bootloader 做設計和實現。

6、。 本文首先構建了一個汽車 ECU 固件遠程更新系統,該系統是后續整體實驗 驗證的基礎平臺。在具體的系統構建中,根據目前可用的車聯網通信技術選用移 動網絡 3G 技術作為無線通信方式,同時選用分離式的車載平臺方案,在分離式 方案中,將無線下載功能、HMI 與 ECU 更新功能分離開來,在智能手機端完成 軟件包的下載和 HMI 設計,ECU 的更新功能則通過一個簡化的嵌入式車載平臺 來實現。 具體到 Bootloader 的設計工作, 先就 Bootloader 的相關技術做了詳細的分析 和總結,其中 Bootloader 自身的升級是 Bootloader 設計中的一個難點,本文提出 了一個新。

7、的解決方案,并在具體實現中得到了應用。接下來針對汽車 ECU 遠程 更新應用場景,對汽車 ECU Bootloader 提出了相應的功能和性能要求,針對上 述設計要求, 并結合 Bootloader 相關技術分析成果對系統方案進行了詳細的設計, 具體包括內存布局、狀態流圖、具體運行流程以及軟件代碼結構。 根據系統設計方案,在 MC9S12XS128 上做具體實現。實現過程分為兩步: PC 作為上位機的實現; 車載嵌入式平臺作為上位機的實現。 第一步先基于 RS232 通信方式,利用超級終端作為上位機軟件,在目標 MCU 上實現 Bootloader 的基 本功能,然后再基于 CAN 通信方式,。

8、對 USB-CAN 工具做二次開發,編寫上位 機軟件,完善 Bootloader 的相關功能。第二步的工作主要是在車載嵌入式平臺上 集成在線升級系統的上位機功能服務。 最后, 通過使用兩個不同版本的應用程序軟件更新包和 Bootloader 軟件更新 包,完成了 PC 作為上位機的 Bootloader 在線升級系統驗證以及整個 ECU 遠程 更新系統的驗證。 關鍵詞關鍵詞: 汽車 ECU,遠程更新,Bootloader 萬方數據 Tongji University Master of Engineering Abstract II ABSTRACT With the increasing o。

9、f automotive electronization, the amount of ECU and codes on the car has been growing dramatically, which becomes a big challenge to the car ECU firmware updates. Traditional automotive ECU firmware update, which needs support from skilled technicians, is unable to meet this challenge. The automotiv。

10、e ECU remote update with wireless communication technology is a trend for future. There are two steps for firmware remote update:the first step is to download the software update package and the second reflashing it into ECU. The later step requires online upgrade ability of ECU. As a result, a Boot。

11、loader with online upgrade ability is essential for automotive ECU remote update, this paper discussed how to design a car ECU Bootloader with demonstration. At first, this paper builds a firmware remote update system, which provides a fundamental platform for the following experimental verification。

12、. 3G mobile network technology is taken as the way of wireless communication based on the current vehicular networking technology and the separate vehicle platform solution is proposed to construct the system. In this solution, the wireless download function, HMI and ECU update features made a separ。

13、ation. The software update download function and HMI design is realized in a smartphone, while the feature of ECU updates in a simplified embedded system. In terms of the design of Bootloader, firstly, the related technology is analyzed and summarized in detail. While the Bootloader self-upgrade is 。

14、difficulty to realize, a new solution is proposed here and implemented in the later concrete application. Secondly, the relevant design requirements for functions and performance had been made to ECU Bootloader for remote update application. According to the design requirements, combined with the re。

15、sults of the technical analysis, the paper carried out a detailed program design, which including memory layout, state flow chart, the specific software running processes and software structures. According to the system design, a concrete implementation is made on MC9S12XS128. The implementation can。

16、 be also divided into two processes: implementation on PC as a host computer; implementation on automotive embedded platform as an upper computer. The first process includes two stages. The first stage, 萬方數據 Tongji University Master of Engineering Abstract III which is based on RS232 communication, 。

17、uses HyperTerminal as PC software to achieve the basic functions of the Bootloader on the target MCU. The second, based on CAN communication technology, programs a PC software with the secondary development to USB-CAN tools, and improve Bootloader-related functions. The second process is to integrat。

18、e the host function of online upgrade system into on-board embedded platforms. Finally, by using different versions of update and Bootloader, the paper completes the verification of Bootloader in online upgrade system with PC as the upper computer and the entire ECU remote updates system. Key Words:。

19、 automotive ECU, remote updates, Bootloader 萬方數據 同濟大學 碩士學位論文 目錄 IV 目目錄錄 第 1 章 緒論 . 1 1.1 課題研究背景及意義 . 1 1.2 汽車 ECU 固件遠程更新的研究現狀 . 3 1.3 汽車 ECU 在線升級 Bootloader 的研究現狀 . 7 1.4 本文主要研究內容 . 10 第 2 章 汽車 ECU 固件遠程更新系統構建 . 11 2.1 無線通信方式 . 11 2.2 車載平臺方案 . 12 2.2.1 方案介紹 . 12 2.2.2 方案比較 . 13 2.3 系統最終結構 . 14 2.3.1 。

20、服務器端 . 15 2.3.2 手機客戶端平臺 . 15 2.3.3 車載平臺 . 16 2.3.4 汽車 ECU 端 . 16 2.4 本章總結 . 16 第 3 章 Bootloader 相關技術分析 . 18 3.1 基本原理 . 18 3.1.1 一般嵌入式 Bootloader . 18 3.1.2 汽車 ECU Bootloader . 19 3.2 相關技術分析 . 19 3.2.1 內存規劃 . 19 3.2.2 中斷向量重映射 . 20 3.2.3 進入方式 . 21 3.2.4 增量更新 . 23 3.2.5 兩級 Bootloader 方案 . 24 3.2.6 Boot。

21、loader 自更新方案 . 25 3.3 本章總結 . 30 第 4 章 Bootloader 系統設計 . 32 4.1 設計要求 . 32 4.1.1 應用程序在線更新 . 32 萬方數據 同濟大學 碩士學位論文 目錄 V 4.1.2 Bootloader 自更新 . 33 4.2 系統方案 . 33 4.2.1 內存布局 . 34 4.2.2 狀態流圖 . 35 4.2.3 具體運行流程 . 36 4.2.4 軟件架構 . 38 4.3 本章總結 . 39 第 5 章 Bootloader 具體實現 . 40 5.1 MC9S12XS128 介紹 . 40 5.2 內存規劃及具體配置 。

22、. 41 5.2.1 內存規劃 . 41 5.2.2 具體配置 . 43 5.3 Flash 驅動設計 . 46 5.3.1 Flash 存儲器編程方法 . 46 5.3.2 底層驅動編寫 . 48 5.3.3 上層接口設計 . 49 5.4 PC 作為上位機的實現 . 51 5.4.1 基于 RS232 通信的實現 . 51 5.4.2 基于 CAN 通信的實現 . 55 5.5 車載嵌入式平臺作為上位機的實現 . 60 5.5.1 平臺介紹 . 60 5.2.2 上位機軟件設計 . 61 5.6 本章總結 . 62 第 6 章 Bootloader 在線更新實驗驗證 . 63 6.1 軟件。

23、更新包的制作 . 63 6.1.1 應用程序軟件更新包 . 63 6.1.2 Bootloader 軟件更新包 . 64 6.2 PC 作為上位機的 Bootloader 在線升級系統驗證 . 64 6.2.1 基于 RS232 通信的試驗驗證 . 64 6.2.2 基于 CAN 通信的試驗驗證 . 67 6.3 ECU 遠程更新系統的驗證 . 69 6.4 本章總結 . 70 第 7 章 全文總結及研究展望 . 71 7.1 全文總結 . 71 7.2 研究展望 . 72 萬方數據 同濟大學 碩士學位論文 目錄 IV 致謝 . 73 參考文獻 . 74 個人簡歷、在讀期間發表的學術論文與研究。

24、成果 . 77 萬方數據 第1章 緒論 1 第第 1 章章 緒論緒論 1.1 課題研究背景及意義 當前汽車技術的發展主要包括安全、節能和連通三個大的主題。要順應這些 主題的發展靠機械方法已經不能得到滿足,汽車電子技術成為解決問題的關鍵。 目前,汽車電子技術已經廣泛的應用到了汽車的發動機控制、底盤控制、車身控 制、故障診斷以及音響、通信、導航等各個方面。汽車電子的銷售規??焖僭鲩L (圖 1.1) 1, 汽車電子產品所占整車的成本也大幅增長, 在近年來上漲了 3 倍, 預計在十年內將占傳統汽車總成本的 50%,混合動力汽車的 80%2。汽車電子化 程度已經成為衡量一個國家汽車工業水平的重要標志34。

25、。 30% 22% 32% 16% +5% +10% 200820092010201120122016E 動力控制 安全控制 通訊娛樂 系統 其他 1,340 1,221 1,284 1,580 1,618 2,348 2012-2016E年 復合年均增長率 8.8% 10.2% 10.8% 8.9% 圖 1.1 汽車電子各分類市場銷售規模及增長(2008-2016E) 隨著汽車電子化程度的提高, 汽車上的 ECU 數目和軟件代碼量也大幅增長。 今天一輛汽車上通常包含 60 多個 ECU,在高端車上 ECU 的總數能達到 100 個 之多。根據 Strategy Analytics(全球著名的。

26、信息技術,通信行業和消費科技市場 研究機構)的數據顯示,汽車上的代碼量已經從 1990 年的 1 千行增長到 2012 的 1 千萬行1。 在 2009 年度 IEEE 綜覽雜志的一篇文中, 慕尼黑科技大學教授曼弗 雷德 布羅更是指出,在高檔汽車上有接近 1 億行軟件代碼,相比較 F-35 聯合攻 擊戰斗機的 570 萬行代碼,波音 787 的 570 萬行代碼。從某種意義上來講,我 們的汽車已經開始行駛在代碼之上5。 數目眾多的 ECU 和與日俱增的代碼量使得汽車 ECU 固件的更新成為一個 大的挑戰。汽車 ECU 固件的更新主要用于如下兩個方面: 萬方數據 同濟大學 碩士學位論文 汽車 E。

27、CU 固件遠程更新的 Bootloader 設計和實現 2 1. 軟件的修正 汽車 ECU 軟件中不可避免的會存在漏洞,代碼量越大,漏洞 數目就越多,當前隨著汽車 ECU 代碼量的增長,由于軟件造成的汽車召回事 件越來越多(圖 1.2)6。 2003 20042005 2006 10.0% 0.0% 1.0% 2.0% 3.0% 4.0% 5.0% 6.0% 7.0% 8.0% 9.0% years percantage 2.7% 3.2% 3.7% 8.7% 圖 1.2 軟件原因占汽車召回的比例 2. 軟件的升級 隨著汽車保有量的增加,能源、排放、安全法規不斷加嚴,加 之人們對舒適、便利、豪。

28、華的追求,對汽車的性能提出了更高的要求。通過 對汽車 ECU 軟件的升級,可以改善汽車在某一方面的性能,滿足法規和用戶 的需要。 當前汽車固件的更新(可以通過汽車召回和定期維修來實現,下面介紹汽車 召回過程)所包含的基本流程如下7: 1. 汽車廠商發現汽車上存在功能性問題或性能有待提高的地方。該問題的修正 或者性能的改善可以通過對某個 ECU 軟件進行升級來實現。 2. 汽車廠商要求對應的 ECU 供應商提供新版本的軟件。ECU 供應商將新的軟 件版本發送給汽車廠商,汽車廠商完成軟件質量方面的測試。 3. 汽車廠商通過郵件等方式向經銷商和車主發送軟件更新的通知。汽車廠商將 新的軟件版本發送給經。

29、銷商。經銷商根據要求更新要使用的軟件工具。 4. 車主將汽車停放至經銷商店處,并在前臺登記有關信息。 5. 技術人員通過串行通信工具連接上汽車總線,實現與目標 ECU 通信。 6. 技術人員通過軟件工具完成目標 ECU 的軟件更新。 7. 車主從經銷商店處取回更新完后的汽車。 8. 經銷商向汽車廠商索取軟件更新的勞務費用。 根據上述流程,可以歸納出當前 ECU 軟件更新存在的一些缺陷: 1. 所有的軟件更新版本需要分發到所有的經銷商手中來完成更新,這個過程將 消耗時間和資源。這將導致目標車輛軟件更新的延遲,同時,所有的經銷商 需要維護一個軟件版本數據庫,消耗資源。 2. 由于更新過程受到場地、。

30、工具和技術人員的限制,單個經銷商單一時段所能 完成的汽車更新量有限。 萬方數據 第1章 緒論 3 3. 車主需要將汽車停放至經銷商店內并在軟件更新過后將車取回, 對車主而言, 是一種很大的不方便,對汽車廠商而言,也將損失其品牌的信譽度。 4. 部分車主的汽車不能在發現問題后及時的完成軟件的更新,對其生命財產安 全是一種很大的風險。 5. 軟件更新過程由技術人員來完成,汽車廠商需要支付勞務費用,對汽車廠商 而言,是一筆不少的支出。 通過汽車固件的遠程更新技術可以較好的解決當前汽車固件更新過程中存 在的一些問題。在遠程更新過程中,汽車廠商通過無線的方式直接給目標車輛發 送軟件更新包,并由車主自行完。

31、成更新過程。遠程更新相對于當前汽車 ECU 固 件更新的一些優勢: 1. 汽車廠商對軟件版本進行集中化管理,減少了時間的浪費和資源的消耗。同 時更新流程不再受場地和工具的限制,可以在同一時間內對多輛汽車完成軟 件的更新,縮短整個更新的周期。 2. 對汽車廠商而言,無需向經銷商的技術人員支付勞務費用,省掉了一大筆的 開支。同時整個流程讓車主不更覺察到汽車上出現的問題,也在一定程度上 更有助于保持汽車廠商的品牌信譽度。 3. 對于車主而言,整個軟件更新過程更加方便和快捷,節約了其時間和精力。 同時汽車上存在的問題能夠得到及時的糾正,減小了其生命財產安全可能遭 遇到的風險。 目前遠程更新技術在智能手。

32、機中已經得到了廣泛的應用, 其相關的技術和經 驗方法可以借鑒到汽車上。隨著車聯網技術的發展,在汽車上實現 ECU 固件的 遠程更新更是一種趨勢。 要實現汽車 ECU 固件的遠程更新,首先要通過無線網絡將軟件更新包從服 務器端下載到車載平臺上,然后再通過車身網絡將軟件更新包燒寫到目標 ECU 中。第二步的實現要求 ECU 必須具備在線升級的能力。 Bootloader 是運行在應用程序之前的一段固化在微控制器中的程序。通過對 Bootloader 的合理設計可以讓汽車 ECU 具有在線升級的功能。 為汽車 ECU 設計 出能夠實現在線升級功能的 Bootloader 是實現固件遠程更新的必要條件。

33、。 1.2 汽車 ECU 固件遠程更新的研究現狀 汽車 ECU 固件的遠程更新目前還是一個比較新的研究領域,國外對汽車 ECU 固件的遠程更新技術已經有了一定的研究。自 1995 年開始的幾個專利【8】 萬方數據 同濟大學 碩士學位論文 汽車 ECU 固件遠程更新的 Bootloader 設計和實現 4 【9】 【10】 【11】中就提出了汽車遠程診斷和軟件遠程更新的概念,但其中主要 是注重功能實現的上層架構的描述,沒有涉及到通信安全相關的細節問題。 其后的研究內容主要集中在系統的通信部分。 由于汽車軟件對安全性要求非 常高,所以軟件更新包的安全傳輸尤為重要。文獻【12】提出了一個實現汽車軟 。

34、件遠程安全下載的架構,其重點就放在通信連接上。在他們的解決方案中,汽車 在做成產品時就安裝了一套用于驗證的密鑰,而在提供 ECU 固件的服務器端也 有一套這樣的密鑰。當兩者通過網絡完成驗證后,服務器端又將生成一套新的配 套的密鑰并發送給汽車。這套密鑰用于汽車下階段與服務器間的安全連接。 國外學者Dennis K. Nilsson等人在汽車固件遠程更新的安全性方面做了很多 的工作。文獻【13】根據安全特性對汽車 ECU 進行了分類,分別為動力、安全、 舒適、娛樂和遠程通訊五大類,同時綜合可控性和容錯性制定了相應的安全完整 性等級,并通過分析為每一類 ECU 分配了所需的安全完整性等級,該工作為實。

35、 行汽車遠程診斷和軟件遠程更新提供參考。文獻【14】對汽車 ECU 軟件更新包 在遠程下載過程中可能存在的風險做了詳細的分析, 并歸納總結了其所需要的安 全屬性,這些安全屬性包括:保密性軟件更新包不能被第三方識別;完整性 軟件更新包在傳輸過程中不被第三方修改; 可驗證性軟件更新包是來自可靠的 數據源;新鮮性軟件更新包是最新的將要被更新的版本。同時該文就如何保證 通信安全提出了一些參考意見。 文獻 【15】 提出了一個輕量級的安全的汽車 ECU 固件遠程更新通信協議,該協議利用哈希鏈表和對稱密鑰加密技術,該協議計算 量較少,對內存消耗少,適合資源有限的汽車無線通信環境。文獻【16】考慮到 汽車固。

36、件更新包在下載完成后到燒寫至目標 ECU 的這段時間內可能受到攻擊, 提出了在固件更新后再次進行自我驗證的方案。 文獻【17】提出了綜合利用硬件和軟件安全驗證功能的安全車載網絡架構, 并基于該安全架構,介紹了汽車 ECU 固件遠程更新的流程。該安全架構是基于 EVITA工程的研究成果,EVITA 的全稱是“汽車電子安全入侵保護應用” ,其 目的是為車載網絡設計、驗證并實現“安全構建模塊”原型,通過該“安全構建 模塊” ,車內與安全相關的組件能夠得到保護,重要的數據能夠防止泄露。該工 程的研究成果包括對不同等級的“硬件安全模塊”的原型設計。 在汽車的軟件更新包中還可能存在沒有發現的惡意代碼,文獻。

37、【18】通過根 據一定的安全策略對軟件更新包中的代碼進行檢查并做修改的辦法, 來攔截軟件 更新包中可能存在的錯誤行為。 以上都是為了保證軟件更新包的安全可靠而展開的研究。 為了盡可能的降低 軟件更新包下載過程中所需的數據流量, Radovan Miucic 等人為汽車的遠程軟件 更新提出了一個移動多點傳送方案,該方案中,同一時刻在無線發送塔傳輸的范 萬方數據 第1章 緒論 5 圍內所有的汽車都并行接收軟件更新包。文獻【19】 【20】對無線移動多點傳送 方案建立了仿真模型并進行了仿真分析,結果顯示,多點傳送方案能有效的節省 帶寬。文獻【21】描述汽車 ECU 固件遠程下載的無線多點傳送系統架構。

38、,并描 述了軟件更新包的下載原理。 除了學術上的研究外,目前國外也有企業在為汽車 ECU 固件的遠程更新提 供解決方案。 2013 年 11 月 7 日 Symphony Teleca 公司(STC)宣布同 Movimento 公司合 作一同為汽車 ECU 固件更新包的遠程更新提供經濟的安全有效的解決方案22。 該集成解決方案用到了 STC 的 InSight Connect VRM 技術方案和 Movimento 的 Venturo 技術方案。STC 是一家全球性的創新開發服務公司。該公司為獨立的軟 件供應商、 移動設備和解決方案制造商以及靠連接分析業務驅動的企業提供方案、 設計、開發和管理。

39、服務??蛻敉ㄟ^與其合作能夠提供創新的 SaaS 與云計算企業 軟件產品、移動軟件產品和解決方案、大數據分析服務和解決方案,以及企業移 動解決方案。Insight Connect VRM(汽車關系管理)是一個全面的終端到終端的 管理解決方案,在整個連接汽車的生命周期內提供汽車級、質量可靠、性價比高 的應用和軟件配置和維護服務,該方案能夠與 OEM 的現有系統良好的集成。 Movimento 是一家專門為汽車提供軟件更新和診斷解決方案的公司, 同時也在汽 車知識管理領域方面提供產品服務。 Venturo 技術主要專注于汽車 ECU 軟件的更 新,該技術能夠實現通過所有可能的車載網絡來完成 ECU 。

40、軟件的更新。 Red Bend 公司也同 Vector 公司一起合作使用無線下載技術為汽車 ECU 的遠 程更新提供解決方案23。該集成方案整合了 Red Bend 固件無線更新(FOTA)方 案和 Vector 的 Flash Bootloader (FBL) 技術。 Red Bend 是世界移動軟件管理(MSM) 領域的領軍者,通過無線方式為軟件提供固件、應用、設備管理解決方案。Red Bend 的固件無線更新(FOTA)解決方案包括三個部分24: 1) vRapid Mobile FOTA 客戶端 它可以作為完整的 Andorid 客戶端,或者作為一個更新安裝程序, 集成到任何設備中。整。

41、車制造商和服務提供商通過在汽車上部署 vRapid Mobile,即可進行高效,節省帶寬的 ECU 更新。其良好的兼 容性已經在各大主流操作系統上得到驗證。 2) vDirect Mobile設備管理客戶端 具有部署、 配置、 設備信息檢索和安全保護功能, 能夠實現在 FOTA 方案中端到端的連通。它能夠跨越多種平臺和操作系統,將車載平 臺與手機、連接設備、M2M 通信模塊等連接在一起。 3) 軟件管理中心 萬方數據 同濟大學 碩士學位論文 汽車 ECU 固件遠程更新的 Bootloader 設計和實現 6 通過軟件管理中心,整車制造商,電信運營商,內容服務提供商等 能夠對已經部署了 FOTA。

42、 的汽車、智能手機等設備進行綜合管理, 掌握實時的軟件信息,在遠程部署、配置、升級和管理各種汽車軟 件,這其中就包括了汽車 ECU 遠程下載的功能。 該解決方案能為汽車上任意地方的任意軟件進行軟件維護和功能升級。 德國 Vector Informatik 公司是全球領先的分布式系統設計開發工具、網絡節 點測試驗證工具和嵌入式軟件組件提供商,為總線網絡的設計、建模、仿真、分 析、測試以及網絡節點的開發、測試、標定和診斷等過程提供一系列強有力的軟 硬件工具和組件,支持 CAN、LIN、MOST、FlexRay、CANopen、SAE J1939 等多種總線系統和協議。Flash Bootloade。

43、r 包括 Bootloader、Flash Driver(Flash 算 法)和PC機Flash工具(下載工具)三個組件。 能為使用不同的總線系統(例如CAN、 LIN、FlexRay 和其它)快速、高效而安全地進行 ECU 重新編程提供了一種持續 而緊湊的解決方案。 在第十三屆底特律車聯網大會上,Red Bend 軟件公司與 Vector 公司聯合展 示了如何將 Red Bend 的固件無線更新(FOTA)安裝程序與 Vector 的 Flash Bootloader (FBL) 集成,以具有創新性的優化方案實現 ECU 固件升級25。 國外目前也已有汽車廠商通過無線的方式完成 ECU 軟件。

44、的遠程更新。特斯 拉汽車公司(Tesla)是美國著名的純電動車制造商,其生產的 Model S 系列電動 車上就集成了汽車軟件遠程更新功能,當有新的固件需要更新時,汽車廠商會通 過遠程服務器通知用戶,在汽車車載電腦上顯示更新提醒,如圖 1.3 所示,車主 可以按照需要設置更新時間或立即更新26。 圖 1.3 Tesla 遠程更新車載電腦操作界面 國內由于起步較晚,對該領域尚未有研究。比較相關的是汽車遠程故障診斷 系統的研究。文獻27對基于因特網(Internet)汽車故障診斷技術的可行性進行 了探討,提出了汽車遠程故障診斷系統的架構,并通過以單片機為核心的數據采 萬方數據 第1章 緒論 7 集。

45、系統接入因特網的方式基本實現了汽車遠程診斷。 文獻28闡述了基于 ARM 嵌 入式系統和 GPRS 無線通訊技術的新型汽車故障診斷儀及其軟硬件的實現, 并 詳細介紹了利用 GPRS 無線通訊如何實現汽車的遠程故障診斷。 但汽車遠程診斷 系統與 ECU 固件遠程更新系統差別很大,前者并未涉及到軟件更新包的管理、 安全傳輸以及燒寫,兩者僅在整個系統的結構方面有相似之處。 1.3 汽車 ECU 在線升級 Bootloader 的研究現狀 一般處于開發后期的產品 ECU 將不再提供程序調試端口(如 BDM,JTAG, 串口等) ,ECU 應用程序的更新必須使用專門的設備來完成。專用設備直接與 MCU 。

46、的程序調試引腳相連, 完成程序的燒寫。 當 ECU 裝入機械外殼并裝車以后, 利用專用設備來實現程序的更新將很為不便。通過汽車車身網絡利用 Bootloader 技術來實現 ECU 軟件代碼的更新是一種有效的解決方案。 汽車 ECU 的軟件開發 過程中 Bootloader 已經是一個不可或缺的部分。 目前已經有不少的論文就汽車電控單元 Bootloader 的設計和實現做了介紹。 文獻 【29】 根據工程實際需要, 提出了一種基于 CCP (CAN Calibration Protocol) 協議的在線更新電控單元程序的軟件機制, 該文指定 Bootloader 程序只能通過應 用程序響應請求跳轉進入,并就實現過程中 Flash 擦除程序拷貝到 RAM 中的運 行的兩種方法“函數指針法”和“覆蓋法”做了介紹。文獻【30】同樣使用 CCP 協議為整車控制器設計 Bootloader 程序,Bootloader 程序通過復位啟動時延時監 聽請求進入, 同時為了防止非授權人下載和改變 VCU 應用程序, 提出了。

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