AUTOSAR XCP模块详解
目录
1. 概述
XCP(Universal Measurement and Calibration Protocol)是ASAM(Association for Standardization of Automation and Measuring Systems)标准,用于ECU(Electronic Control Unit)的标定目的。XCP是CCP(CAN Calibration Protocol)的后继者,提供了更多功能和灵活性。
AUTOSAR XCP模块实现了ASAM XCP规范v1.1,提供以下核心功能:
- 在线内存标定:读写访问ECU内存
- 数据页初始化和切换:管理不同的标定数据页
- ECU开发用闪存编程:用于ECU开发阶段的闪存编程
- 同步数据采集:采集ECU内部数据
- 同步数据激励:向ECU注入测试数据
XCP协议设计基于以下原则:
- 最小从设备资源消耗(RAM、ROM、运行时)
- 高效通信
- 简单从设备实现
XCP相比CCP 2.1提供了更多先进特性,包括块通信模式、时间戳数据传输、数据传输同步与优先级、原子位修改等。
2. XCP模块架构
XCP模块在AUTOSAR架构中位于ECU抽象层,直接位于总线接口和Socket适配器之上。这种定位使XCP能够高效地访问通信资源,同时提供标准化的接口给上层应用。
2.1 架构组成
组件 AUTOSAR XCP模块:
- 职责: 实现XCP协议规范,提供ECU标定和数据采集功能
- 功能点:
- 在线内存标定
- 数据采集/激励
- 数据页初始化和切换
- ECU开发用的闪存编程
组件 通信接口:
- 职责: 为XCP模块提供标准化的通信接口
- 功能点:
- CAN接口:支持XCP on CAN通信
- FlexRay接口:支持XCP on FlexRay通信
- Socket适配器:支持XCP on Ethernet (TCP/IP, UDP)通信
层 ECU抽象层:
- 范围: 包含与ECU硬件无关的抽象功能模块
- 包含模块: XCP模块及其他抽象层模块
2.2 代码示例
/* XCP模块初始化函数 */
Std_ReturnType Xcp_Init(const Xcp_ConfigType* ConfigPtr)
{
/* 检查参数有效性 */
if (ConfigPtr == NULL) {
return E_NOT_OK;
}
/* 初始化XCP模块全局变量 */
Xcp_State = XCP_STATE_DISCONNECTED;
Xcp_ActiveChannel = XCP_DEFAULT_CHANNEL;
/* 根据配置初始化资源保护状态 */
Xcp_InitResourceProtection();
/* 初始化DAQ列表 */
Xcp_InitDaqLists();
/* 初始化通信通道 */
Xcp_InitChannels(ConfigPtr);
return E_OK;
}
/* XCP协议指令处理函数 */
void Xcp_CmdProcessor(const PduInfoType* PduInfoPtr)
{
uint8 cmdCode;
/* 检查参数有效性和连接状态 */
if (PduInfoPtr == NULL || PduInfoPtr->SduDataPtr == NULL) {
return;
}
/* 获取命令代码 */
cmdCode = PduInfoPtr->SduDataPtr[0];
/* 根据命令代码执行相应处理 */
switch (cmdCode) {
case XCP_CMD_CONNECT:
Xcp_HandleConnect(PduInfoPtr);
break;
case XCP_CMD_DISCONNECT:
Xcp_HandleDisconnect(PduInfoPtr);
break;
case XCP_CMD_GET_STATUS:
Xcp_HandleGetStatus(PduInfoPtr);
break;
/* 其他命令处理 */
default:
Xcp_SendErrorResponse(XCP_ERR_CMD_UNKNOWN);
break;
}
}
3. XCP功能特性
XCP模块提供了丰富的功能特性,这些特性可分为基本功能和高级功能两大类。
3.1 基本功能
类 在线内存标定:
- 功能: 提供对ECU内存的读取和写入访问
- 关键属性:
- 读/写访问:
- 描述: 允许读取和修改ECU内存中的标定参数
- 来源: SRS_Xcp_29001中定义的XCP基本功能
- 数据页初始化:
- 描述: 为标定数据页设置初始值
- 来源: SRS_Xcp_29018中描述的页面切换功能
- 页面切换:
- 描述: 允许在不同的标定数据页之间切换
- 来源: SRS_Xcp_29018中的页面切换支持要求
- 读/写访问:
类 数据传输:
- 功能: 实现ECU与标定工具之间的数据交换
- 关键属性:
- 同步数据采集:
- 描述: 基于触发条件同步采集ECU内部数据
- 来源: SRS_Xcp_29009中定义的DAQ功能
- 同步数据激励:
- 描述: 将外部数据同步注入ECU
- 来源: SRS_Xcp_29010中定义
- 时间戳数据传输:
- 描述: 为采集的数据添加时间戳
- 来源: SRS_Xcp_29014中描述
- 同步数据采集:
类 闪存编程:
- 功能: 用于ECU开发阶段的闪存编程功能
- 关键属性:
- 用于ECU开发目的:
- 描述: 专门用于ECU开发阶段,加速开发过程
- 来源: SRS_Xcp_29020中定义
- 使用XCP协议层规范:
- 描述: 符合ASAM XCP协议层规范
- 来源: SRS_Xcp_29020中引用ASAM_XCP_Part2-Protocol-Layer-Specification_V1-1-0.pdf
- 用于ECU开发目的:
3.2 高级功能
类 通信模式:
- 功能: 提供灵活高效的数据通信模式
- 关键属性:
- 块通信模式:
- 描述: 一次性传输多个数据块
- 来源: SRS_Xcp_29011和SRS_Xcp_29012中描述
- 交错通信模式:
- 描述: 允许请求与响应交错进行
- 来源: SRS_Xcp_29012中定义
- 多包无应答传输:
- 描述: 无需每包确认的连续传输
- 来源: SRS_Xcp_29011中描述
- 块通信模式:
类 数据处理:
- 功能: 提供高级数据处理能力
- 关键属性:
- 原子位修改:
- 描述: 对单个位进行原子操作
- 来源: 源文档中的XCP改进特性部分
- 位数据激励:
- 描述: 对单个位进行数据激励
- 来源: 源文档中的XCP改进特性部分
- 动态数据传输配置:
- 描述: 运行时动态配置DAQ列表
- 来源: SRS_Xcp_29013中定义
- 原子位修改:
类 安全功能:
- 功能: 保护ECU内存和通信安全
- 关键属性:
- Seed&Key保护机制:
- 描述: 用于ECU访问保护的认证机制
- 来源: SRS_Xcp_29016中定义
- 特定通道通信启用/禁用:
- 描述: 选择性启用或禁用通信通道
- 来源: SRS_Xcp_29021中描述
- Seed&Key保护机制:
3.3 代码示例
/* XCP数据采集配置结构 */
typedef struct {
uint16 DaqListNumber; /* DAQ列表编号 */
uint8 DaqListType; /* DAQ列表类型 (事件、定时) */
uint8 DaqEventChannel; /* 事件通道 */
uint16 DaqListPriority; /* 优先级 */
boolean TimestampEnabled; /* 时间戳启用状态 */
uint8 PrescalerSupported; /* 分频器支持 */
uint8 Prescaler; /* 分频值 */
uint16 OdtCount; /* ODT计数 */
uint16 OdtEntriesPerOdt; /* 每个ODT的条目数 */
uint8 Mode; /* 模式(DAQ或STIM) */
} Xcp_DaqListConfigType;
/* XCP资源保护配置 */
typedef struct {
uint8 CalibrationProtection; /* 标定保护级别 */
uint8 DaqProtection; /* DAQ保护级别 */
uint8 StimProtection; /* STIM保护级别 */
uint8 ProgrammingProtection; /* 编程保护级别 */
} Xcp_ProtectionConfigType;
/* XCP页面切换功能 */
Std_ReturnType Xcp_SetCalPage(uint8 segment, uint8 page, uint8 mode)
{
Std_ReturnType result = E_NOT_OK;
/* 检查是否启用页面切换功能 */
if (Xcp_Features.PageSwitchingSupported == FALSE) {
return XCP_E_PAGE_NOT_SUPPORTED;
}
/* 检查段和页面是否有效 */
if (segment >= XCP_MAX_SEGMENT || page >= XCP_MAX_PAGES_PER_SEGMENT) {
return XCP_E_PAGE_INVALID;
}
/* 根据模式执行页面切换 */
switch (mode) {
case XCP_PAGE_MODE_ECU:
/* 仅在ECU端切换活动页面 */
Xcp_ActivePages[segment] = page;
result = E_OK;
break;
case XCP_PAGE_MODE_XCP:
/* 仅向XCP主机报告当前页面 */
/* 不改变实际活动页面 */
result = E_OK;
break;
case XCP_PAGE_MODE_ALL:
/* 在ECU和XCP主机上切换页面 */
Xcp_ActivePages[segment] = page;
result = E_OK;
break;
default:
result = XCP_E_MODE_INVALID;
break;
}
return result;
}
4. XCP传输层支持
XCP协议支持多种传输层,使其能够适应不同的通信需求和硬件平台。AUTOSAR XCP模块必须支持CAN、FlexRay和以太网传输层。
4.1 传输层组件
组件 XCP协议:
- 职责: 实现XCP协议规范定义的功能
- 功能点:
- 实现XCP命令处理
- 协调不同传输层的数据传输
- 管理XCP会话状态
组件 XCP on CAN:
- 职责: 实现基于CAN总线的XCP通信
- 功能点:
- 符合ASAM "XCP Transport Layer on CAN"规范
- 提供CAN总线上的XCP数据传输
- 来源: SRS_Xcp_29005中定义的强制支持要求
组件 XCP on FlexRay:
- 职责: 实现基于FlexRay总线的XCP通信
- 功能点:
- 符合ASAM "XCP Transport Layer on FlexRay"规范
- 提供FlexRay总线上的XCP数据传输
- 来源: SRS_Xcp_29006中定义的强制支持要求
组件 XCP on Ethernet:
- 职责: 实现基于以太网的XCP通信
- 功能点:
- 符合ASAM "XCP Transport Layer on Ethernet"规范
- 支持TCP/IP和UDP协议
- 提供以太网上的XCP数据传输
- 来源: SRS_Xcp_29007中定义的强制支持要求
4.2 传输层接口
接口 CAN传输层API:
- 提供的服务: 在CAN总线上发送和接收XCP数据包
- 调用方式: 通过CAN接口模块的接收和发送API
接口 FlexRay传输层API:
- 提供的服务: 在FlexRay总线上发送和接收XCP数据包
- 调用方式: 通过FlexRay接口模块的接收和发送API
接口 TCP/IP传输层API:
- 提供的服务: 使用TCP/IP协议在以太网上发送和接收XCP数据包
- 调用方式: 通过Socket适配器的TCP相关API
接口 UDP传输层API:
- 提供的服务: 使用UDP协议在以太网上发送和接收XCP数据包
- 调用方式: 通过Socket适配器的UDP相关API
4.3 代码示例
/* XCP传输层抽象接口 */
typedef struct {
Std_ReturnType (*Init)(const void* ConfigPtr);
Std_ReturnType (*Transmit)(const PduInfoType* PduInfoPtr);
Std_ReturnType (*TriggerTransmit)(PduInfoType* PduInfoPtr);
Std_ReturnType (*CancelTransmit)(void);
Std_ReturnType (*ChangeParameter)(TPParameterType Parameter, uint16 Value);
void (*RxIndication)(PduIdType RxPduId, const PduInfoType* PduInfoPtr);
void (*TxConfirmation)(PduIdType TxPduId, Std_ReturnType Result);
} Xcp_TransportLayerApiType;
/* CAN传输层实现示例 */
Std_ReturnType Xcp_CanInit(const void* ConfigPtr)
{
const Xcp_CanConfigType* canConfig = (const Xcp_CanConfigType*)ConfigPtr;
/* 初始化CAN通道配置 */
Xcp_CanRxPduId = canConfig->RxPduId;
Xcp_CanTxPduId = canConfig->TxPduId;
/* 注册接收通知 */
CanIf_SetRxNotification(Xcp_CanRxPduId, &Xcp_CanRxIndication);
return E_OK;
}
Std_ReturnType Xcp_CanTransmit(const PduInfoType* PduInfoPtr)
{
/* 通过CAN接口发送XCP响应或数据包 */
return CanIf_Transmit(Xcp_CanTxPduId, PduInfoPtr);
}
void Xcp_CanRxIndication(PduIdType RxPduId, const PduInfoType* PduInfoPtr)
{
/* 接收到CAN数据包时的回调处理 */
if (RxPduId == Xcp_CanRxPduId && PduInfoPtr != NULL) {
/* 将接收到的数据包转发给XCP命令处理器 */
Xcp_CmdProcessor(PduInfoPtr);
}
}
/* 以太网传输层实现示例 */
Std_ReturnType Xcp_EthInit(const void* ConfigPtr)
{
const Xcp_EthConfigType* ethConfig = (const Xcp_EthConfigType*)ConfigPtr;
/* 初始化以太网配置 */
Xcp_EthSocket = ethConfig->SocketId;
Xcp_EthProtocol = ethConfig->Protocol; /* TCP or UDP */
/* 根据协议类型初始化套接字 */
if (Xcp_EthProtocol == XCP_PROTOCOL_TCP) {
/* 初始化TCP套接字 */
SoAd_TcpAccept(Xcp_EthSocket, XCP_TCP_PORT);
} else {
/* 初始化UDP套接字 */
SoAd_UdpBind(Xcp_EthSocket, XCP_UDP_PORT);
}
return E_OK;
}
5. XCP通信流程
XCP通信基于主/从设备模型,其中标定工具作为主设备,ECU作为从设备。通信流程包含多个阶段,从连接建立到会话结束。
5.1 通信阶段说明
参与者 XCP主设备(标定工具):
- 职责: 发起XCP通信,发送命令和请求
- 功能点:
- 发送连接请求
- 配置DAQ列表
- 读写ECU内存
- 控制数据采集和激励
参与者 XCP从设备(AUTOSAR ECU):
- 职责: 响应XCP主设备的命令和请求
- 功能点:
- 处理XCP命令
- 执行内存读写操作
- 根据配置采集和发送数据
- 响应状态查询
5.2 连接与初始化阶段
消息 CONNECT:
- 目的: 建立XCP主从设备之间的连接
- 参数: 连接模式,资源保护选项
- 返回值: 连接状态和ECU资源信息
消息 GET_STATUS:
- 目的: 获取XCP从设备的当前状态
- 参数: 无
- 返回值: 状态信息,包括会话状态和资源保护状态
消息 GET_ID:
- 目的: 获取ECU标识信息
- 参数: 标识符类型
- 返回值: 请求的标识信息
5.3 安全访问流程
消息 GET_SEED:
- 目的: 获取用于安全访问的种子值
- 参数: 请求的资源类型
- 返回值: 种子值
消息 UNLOCK:
- 目的: 提供密钥解锁受保护的资源
- 参数: 基于种子计算的密钥值
- 返回值: 解锁结果
5.4 数据采集配置阶段
消息 ALLOC_DAQ:
- 目的: 分配DAQ列表
- 参数: DAQ列表数量
- 返回值: 分配结果
消息 ALLOC_ODT:
- 目的: 为DAQ列表分配ODT(Object Descriptor Table)
- 参数: DAQ列表ID,ODT数量
- 返回值: 分配结果
消息 ALLOC_ODT_ENTRY:
- 目的: 为ODT分配条目
- 参数: DAQ列表ID,ODT ID,条目数量
- 返回值: 分配结果
5.5 数据采集与标定阶段
消息 START_STOP_DAQ_LIST:
- 目的: 启动或停止DAQ列表
- 参数: DAQ列表ID,操作模式
- 返回值: 操作结果
消息 DAQ数据包:
- 目的: 从ECU发送采集的数据
- 参数: DAQ列表ID,ODT数据
- 特点: 根据触发条件自动发送
消息 DOWNLOAD:
- 目的: 向ECU内存写入数据
- 参数: 数据长度,数据内容
- 返回值: 操作结果
5.6 代码示例
/* XCP连接处理函数 */
void Xcp_HandleConnect(const PduInfoType* PduInfoPtr)
{
uint8 connectMode;
uint8 responseData[8];
PduInfoType responseInfo;
/* 检查数据有效性 */
if (PduInfoPtr->SduLength < 2) {
Xcp_SendErrorResponse(XCP_ERR_CMD_SYNTAX);
return;
}
/* 获取连接模式 */
connectMode = PduInfoPtr->SduDataPtr[1];
/* 准备响应数据 */
responseData[0] = XCP_PID_RES; /* 正向响应 */
responseData[1] = XCP_PROTOCOL_VERSION; /* 协议版本 */
responseData[2] = XCP_TRANSPORT_VERSION; /* 传输层版本 */
responseData[3] = XCP_RES_RESOURCE; /* 资源可用性 */
/* 通信模式信息 */
responseData[4] = XCP_COMM_MODE_INFO;
/* 最大CTO和DTO长度 */
responseData[5] = XCP_MAX_CTO;
responseData[6] = (uint8)(XCP_MAX_DTO & 0xFF);
responseData[7] = (uint8)((XCP_MAX_DTO >> 8) & 0xFF);
/* 设置连接状态 */
Xcp_State = XCP_STATE_CONNECTED;
/* 发送响应 */
responseInfo.SduDataPtr = responseData;
responseInfo.SduLength = 8;
Xcp_SendResponse(&responseInfo);
}
/* XCP种子和密钥处理函数 */
void Xcp_HandleGetSeed(const PduInfoType* PduInfoPtr)
{
uint8 resourceType;
uint8 responseData[XCP_MAX_CTO];
PduInfoType responseInfo;
uint8 seedLength;
/* 检查数据有效性 */
if (PduInfoPtr->SduLength < 2) {
Xcp_SendErrorResponse(XCP_ERR_CMD_SYNTAX);
return;
}
/* 获取资源类型 */
resourceType = PduInfoPtr->SduDataPtr[1];
/* 检查资源类型是否有效 */
if (resourceType >= XCP_RESOURCE_TYPE_MAX) {
Xcp_SendErrorResponse(XCP_ERR_OUT_OF_RANGE);
return;
}
/* 生成种子 */
seedLength = Xcp_GenerateSeed(resourceType, &responseData[2]);
/* 准备响应数据 */
responseData[0] = XCP_PID_RES;
responseData[1] = seedLength;
/* 发送响应 */
responseInfo.SduDataPtr = responseData;
responseInfo.SduLength = 2 + seedLength;
Xcp_SendResponse(&responseInfo);
}
6. 配置参数
XCP模块的配置参数定义了其行为、资源和通信设置。以下是基于AUTOSAR SRS_XCP文档的关键配置参数。
6.1 通道配置
XCP通道配置决定了XCP通信使用的物理通道和通信参数。
/* XCP通道配置类型 */
typedef struct {
uint8 XcpChannelId; /* XCP通道ID */
Xcp_ProtocolType XcpProtocolType; /* 协议类型 (CAN/FlexRay/Ethernet) */
union {
Xcp_CanConfigType CanConfig; /* CAN特定配置 */
Xcp_FrConfigType FrConfig; /* FlexRay特定配置 */
Xcp_EthConfigType EthConfig; /* 以太网特定配置 */
} ProtocolConfig;
boolean XcpTxConfEnabled; /* 发送确认启用状态 */
} Xcp_ChannelConfigType;
/* CAN通道配置示例 */
const Xcp_ChannelConfigType XcpCanChannelConfig = {
.XcpChannelId = 0,
.XcpProtocolType = XCP_PROTOCOL_CAN,
.ProtocolConfig.CanConfig = {
.XcpRxPduId = XCP_CAN_RX_PDU_ID,
.XcpTxPduId = XCP_CAN_TX_PDU_ID
},
.XcpTxConfEnabled = TRUE
};
6.2 DAQ配置
DAQ(Data Acquisition)配置定义了数据采集的方式和资源分配。
/* XCP DAQ配置类型 */
typedef struct {
uint16 XcpMaxDaqList; /* 最大DAQ列表数量 */
uint16 XcpMaxEventChannel; /* 最大事件通道数量 */
uint8 XcpMinDaq; /* 最小DAQ */
uint8 XcpDaqKeyByte; /* DAQ关键字节 */
uint8 XcpDaqMemorySize; /* DAQ内存大小(KB) */
boolean XcpIdentificationFieldType; /* 标识字段类型 */
boolean XcpTimestampSupported; /* 时间戳支持 */
uint16 XcpTimestampTicks; /* 时间戳节拍 */
boolean XcpDaqConfigType; /* DAQ配置类型 */
boolean XcpPrescalerSupported; /* 分频器支持 */
uint8 XcpPrescalerDefault; /* 默认分频值 */
} Xcp_DaqConfigType;
/* DAQ配置示例 */
const Xcp_DaqConfigType XcpDaqConfig = {
.XcpMaxDaqList = 8,
.XcpMaxEventChannel = 4,
.XcpMinDaq = 1,
.XcpDaqKeyByte = 0,
.XcpDaqMemorySize = 16,
.XcpIdentificationFieldType = TRUE,
.XcpTimestampSupported = TRUE,
.XcpTimestampTicks = 1000,
.XcpDaqConfigType = XCP_DAQ_CONFIG_DYNAMIC,
.XcpPrescalerSupported = TRUE,
.XcpPrescalerDefault = 1
};
6.3 主配置结构
XCP主配置结构组合了所有子配置,提供给初始化函数。
/* XCP模块主配置类型 */
typedef struct {
Xcp_GeneralType XcpGeneral; /* 通用配置 */
Xcp_ChannelConfigType* XcpChannelConfig; /* 通道配置 */
uint8 XcpChannelCount; /* 通道数量 */
Xcp_DaqConfigType XcpDaqConfig; /* DAQ配置 */
Xcp_ProtectionConfigType XcpProtection; /* 保护配置 */
Xcp_MemoryMappingType* XcpMemoryMapping; /* 内存映射 */
uint8 XcpMemoryMappingCount; /* 内存映射数量 */
} Xcp_ConfigType;
/* 主配置结构示例 */
const Xcp_ConfigType XcpConfiguration = {
.XcpGeneral = {
.XcpMaxCto = 8,
.XcpMaxDto = 8,
.XcpFlashProgrammingEnabled = TRUE,
.XcpPageSwitchingEnabled = TRUE,
.XcpBypassModeSupport = TRUE
},
.XcpChannelConfig = &XcpCanChannelConfig,
.XcpChannelCount = 1,
.XcpDaqConfig = XcpDaqConfig,
.XcpProtection = {
.XcpCalibrationProtection = XCP_PROTECT_LEVEL_1,
.XcpDaqProtection = XCP_PROTECT_LEVEL_1,
.XcpStimProtection = XCP_PROTECT_LEVEL_1,
.XcpProgrammingProtection = XCP_PROTECT_LEVEL_2
},
.XcpMemoryMapping = XcpMemoryMappingTable,
.XcpMemoryMappingCount = XCP_MEMORY_MAPPING_COUNT
};
7. 总结
AUTOSAR XCP模块是AUTOSAR架构中提供ECU标定和数据采集功能的关键组件,基于ASAM XCP规范v1.1实现。它提供了丰富的功能和多种传输层支持,满足了现代汽车电子系统开发和标定的需求。
主要优势:
- 标准化接口:符合ASAM XCP规范,提供标准化的ECU标定和数据采集接口
- 多传输层支持:支持CAN、FlexRay和以太网通信,适应不同的应用场景
- 高效资源利用:设计遵循最小从设备资源消耗原则
- 丰富功能集:提供在线标定、数据采集/激励、页面切换等核心功能
- 灵活的通信模式:支持块通信、交错通信等高级通信模式
- 安全机制:提供Seed&Key保护机制,保护ECU资源
应用场景:
- ECU开发与测试:在ECU开发阶段进行参数标定和数据采集
- 整车集成测试:在整车集成测试阶段监控和分析ECU数据
- 生产线测试:在生产线上进行ECU参数设置和测试
- 后市场维护:在售后服务中进行诊断和标定