XCP on FlexRay在Audi上的應用

為了對通過FelxRay總線進行通信的ECU進行優(yōu)化，Audi公司采用XCP on FlexRay對其進行標定。Audi的需求之一是AUTOSAR要兼容ECU內部的XCP嵌入式軟件模塊。對此，Vector更新了XCP的 master和slave軟件使得電子開發(fā)工程師能夠有效的執(zhí)行測量和標定。

　　2009年Audi將會在下一代運動型豪華轎車上應用 FlexRay總線進行通信。與CAN總線相比，FlexRay總線提供高達10MBit/s的帶寬。底盤和駕駛員輔助系統(tǒng)都被連接到此總線上。這就意味著Audi開發(fā)工程師必須將幾千個參數在AUTOSAR的FlexRay 協(xié)議棧里直接參數化。用XCP on FlexRay能夠獲取大于CAN通信兩倍的測量值，同時還可以進行高吞吐量的數據傳輸。

　　XCP on FlexRay

　　用實驗室模型決定控制算法的參數受到很大的限制。盡管功能算法是確定的，但是像特性map，特性曲線和一些參數值必須在測試臺架和實車上進行優(yōu)化。Audi工程師在ECU的標定架構中調整了他們的底盤和輔助系統(tǒng)并且把參數設置文件下載到ECU的內存里。

　　為了使得在整個開發(fā)過程中有統(tǒng)一的接口，測量和標定協(xié)議標準必須要統(tǒng)一。在2003年，ASAM(Association for Standardization of Automation and Measuring Systems)定義了統(tǒng)一的測量和標定協(xié)議——XCP協(xié)議，該協(xié)議基于CCP協(xié)議。XCP通信拓撲結構也是Master-Slave結構模式。作為 Slave，為了能夠進行通信，ECU必須集成XCP軟件模塊。XCP協(xié)議最大的優(yōu)點是傳輸層和協(xié)議層是獨立的。無論是CAN總線、FlexRay總線、 Ethernet或者SPI/SCI，其協(xié)議層都是一樣的。在2006年2月份，ASAM釋放了1.0版本的XCP on FlexRay協(xié)議。

　　在較早的CAN項目當中，Audi開發(fā)團隊在ECU測量、標定和診斷(見圖1)方面就用XCP和CANape。自從2005年，CANape就已經支持 XCP on FlexRay接口。Audi要求供應商XCP主設備為CANape，同時在從設備中要使用XCP on FlexRay的協(xié)議。

圖1：作為XCP on FlexRay主設備，CANape直接通過FlexRay總線對單個ECU進行測量和標定

　　XCP 集成在AUTOSAR模塊

　　Audi 對不同供應商的ECU集成了XCP軟件模塊。即使ECU標定結束后，XCP軟件模塊也是有用的，從而能夠有效的使用內存并且使得執(zhí)行時間最小。另外，XCP軟件模塊必須兼容AUTOSAR，通過利用PDU router，Vector實現了XCP 與AUTOSAR的兼容。在集成時，GENy配置工具和FIBEX格式的網絡描述文件可以幫助配置XCP協(xié)議和XCP傳輸層。

圖2：Vector 提供的XCP軟件模塊與AUTOSAR3.0兼容的架構圖

　　FlexRay 帶寬的動態(tài)管理

　　由于XCP on FlexRay軟件模塊必須兼容AUTOSAR，這就意味著支持master的PC機也必須執(zhí)行特殊的任務。ECU標定期間，XCP主設備與從設備之間進行FlexRay報文交換，這些報文要么包含命令傳輸對象(CTO)，要么包含數據傳輸對象(DTO)或激勵數據。當XCP對象傳輸到master(見圖 3)時，“XCP 傳輸層”傳輸數據到PDU router，進而到“FlexRay接口”。由于要兼容AUTOSAR，所以這些傳輸必須按照AUTOSAR PDU(Protocol Data Unit)的格式進行。因為PDU來自于XCP模塊，所以被稱為XCP-PDU。FlexRay接口通過以PCI(Protocol Control Information)的形式增加特定的信息完成收到的XCP-PDU，從而形成一個L-PDU(Data Link Layer PDU)，該L-PDU交給FlexRay驅動。最后FlexRay控制器在一個FlexRay時隙里作為一幀傳輸XCP數據。

　　對ECU的控制命令(CTOs)單獨分配兩個XCP時隙已經足夠；對于DTOs來講，每一個ECU對應的XCP時隙是不同的。

圖3：經不同軟件模塊進行數據傳輸的框圖

為了確保Audi工程師能夠有效的傳輸XCP數據，必須在ECUs運行時進行動態(tài)分配帶寬。但是AUTOSAR不允許FlexRay驅動在運行時重新配置，因此在集成FlexRay驅動時要把所有的XCP時隙分配給所有的ECUs；同時，在每一個Slave中要分配XCP-PDU/L-PDU/XCP時隙 (見圖3)。因此對于每一個ECU的FlexRay調度表都有唯一的XCP時隙，并且該時隙對每個單獨的XCP緩沖是可用的。在每次測量之前，為了使得 ECUs有很好的靈活性，那么XCP傳輸層命令“FLX_ASSIGN”可以用來改變針對不同的L-PDUs的XCP緩沖的分配(圖4)。在軟件集成時，最重要的是用最大的XCP時隙配置所有參與通信的ECUs，使得每個ECU的XCP時隙一致。動態(tài)帶寬管理能夠確保在所有的Slaves中間都有唯一的 XCP時隙分配。CANape在ECU描述文件A2L數據庫中可以操縱這些任務，并且A2L描述文件提供了關于ECU緩沖的信息。

圖4：每次測量前，XCP對象在動態(tài)段被動態(tài)的配置

　　XCP通過FlexRay總線對ECU內部數據進行優(yōu)化

　　CANape 具有的動態(tài)帶寬管理功能僅僅是CANape功能之一，該功能可以幫助Audi有效的對ECU進行標定。另外的三個功能為：FlexRay總線可以傳輸高達 254個字節(jié)的數據，而CAN總線只能在每幀報文中傳輸8字節(jié)的數據；“Short DownLoad”功能可以在單個的L-PDU中編碼地址和內容，從而使得master和slave交換存儲區(qū)時比CAN的速度更快。

　　此外，為了測量每個動態(tài)信號(圖5)，XCP能夠獨立于FlexRay周期進行采樣。CANape在每個FlexRay基本周期可以使用稱作為“多個DAQlist傳輸周期”的功能獲取預先定義的DAQlist測量信號以及他們的多次時戳(通常為5ms)。

圖5：周期傳輸多個DAQlist

　　為了提高測量效率，Write-DAQ命令的功能被增強，新命令Write-DAQ-Multiple取代Write-DAQ命令，在XCP 協(xié)議1.1版本中已經用該命令進行配置多個信號。

　　本文小結

　　Audi 工程師依靠MCD工具CANape成功的利用XCP on FlexRay對ECU內部的參數進行測量和標定。Vector已經擴展了CANape和XCP軟件模塊的功能，除了擴展XCP軟件模塊與AUTOSAR 兼容性之外，更大的特點是實現了FlexRay的動態(tài)帶寬管理。Audi選擇Vector作為軟件供應商和開發(fā)伙伴是非常輕松的，因為Slaves所需的 XCP軟件模塊和XCP master CANape，均來自于Vector；并且所有的擴展都能夠從當前的CANape版本中和XCP on FlexRay軟件模塊中獲得。