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軟件使得電子開發工程師能夠有效的執行測量和標定。

　　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都被連接到此總線上。這就意味著Audi開發工程師必須將幾千個參數在AUTOSAR的FlexRay 協議棧里直接參數化。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過程中有統一的接口，測量和標定協議標準必須要統一。在2003年，ASAM(Association for Standardization of Automation and Measuring Systems)定義了統一的測量和標定協議——XCP協議，該協議基于CCP協議。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協議最大的優點是傳輸層和協議層是獨立的。無論是CAN總線、FlexRay總線、 Ethernet或者SPI/SCI，其協議層都是一樣的。在2006年2月份，ASAM釋放了1.0版本的XCP on FlexRay協議。

　　在較早的CAN項目當中，Audi開發團隊在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對象在動態段被動態的配置

　　XCP通過FlexRay總線對ECU內部數據進行優化

　　CANape 具有的動態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個字節的數據，而CAN總線只能在每幀報文中傳輸8字節的數據；“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交換存儲區時比CAN的速度更快。

　　此外，為了測量每個動態信號(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的動態帶寬管理。Audi選擇Vector作為軟件供應商和開發伙伴是非常輕松的，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。