金浩 吳曄 張本宏

    合肥工業(yè)大學

    摘 要：隨著嵌入式技術的發(fā)展，在線編程技術得到了廣泛使用，本文針對汽車車身控制系統(tǒng)難以在線升級的問題，提出將基于控制器局域網總線的在線編程技術應用到車身控制系統(tǒng)中。詳細分析了系統(tǒng)的體系結構，對系統(tǒng)軟件體系進行了分層，并劃分每一層實現(xiàn)的功能。最后，討論如何對電子控制單元節(jié)點的軟件進行設計，解決了軟件設計中的關鍵問題。

    關鍵詞：車身控制系統(tǒng)、電子控制單元、在線編程、中斷向量表

    1.引言

    隨著flash存儲器件的普遍使用，在線編程iap（in application programming）的下載方式得到廣泛的推廣與應用。flash在線編程技術是指ecu的flash存儲器具有電可擦除、可寫入的特點，可以實現(xiàn)mcu代碼的在線更新。傳統(tǒng)的在線編程應用系統(tǒng)采用pc機并行口或串行口實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，需要專用的硬件設備支持，開發(fā)成本較高，且編程操作不方便。

    汽車車身控制系統(tǒng)的控制對象比較多而且分布于整個車體，系統(tǒng)應用的電子控制單元ecu（electronic control unit）節(jié)點安裝位置分散，如前節(jié)點和儀表節(jié)點在駕駛臺部位，后節(jié)點在車尾部位，左、右門節(jié)點則在左、右門部位等。車身控制系統(tǒng)采用的是分布式控制方式，但基于分布式系統(tǒng)的編程應用工具比較少，難以實現(xiàn)系統(tǒng)在線編程應用和代碼升級。

    控制器局域網can（controller area network）總線屬于現(xiàn)場總線范疇，是一種有效支持分布式控制和實時控制的串行通訊網絡，目前已經在汽車電子應用系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。將can總線在線編程技術應用到汽車車身控制系統(tǒng)中，完成ecu節(jié)點的代碼下載功能，既可以實現(xiàn)控制系統(tǒng)的在線編程應用與升級，又能充分利用現(xiàn)場總線的應用特點。

    2.系統(tǒng)分析與設計

    2.1系統(tǒng)整體設計分析

    車身控制系統(tǒng)由若干ecu節(jié)點組成，每個節(jié)點采用freescale處理器mc68hc908gz系列單片機作為mcu，能夠支持flash在線應用編程。pc機通過usbcan接口卡接入can總線網絡，當系統(tǒng)處于在線編程狀態(tài)時，pc機通過can總線網絡可以方便的與ecu節(jié)點通信，車身控制系統(tǒng)軟、硬件設計無需做任何改動，就能夠利用已有的硬件應用系統(tǒng)平臺實現(xiàn)代碼下載、系統(tǒng)在應用升級。如圖1所示在線編程系統(tǒng)包括三部分：pc機節(jié)點、can總線通信網絡和ecu節(jié)點。

    圖1 在線編程系統(tǒng)結構框圖

    在線編程軟件體系分為三層結構：控制層、通信層和實現(xiàn)層，在線編程功能通過軟件設計實現(xiàn)。最高層為控制層，運行在上位機pc計算機中，主要負責代碼生成和ecu節(jié)點在線編程的啟停；中間層為通信層，運行在can總線設備上，實現(xiàn)can總線鏈路層和部分應用層功能，如報文發(fā)送、接收及濾波；底層為實現(xiàn)層，運行在ecu節(jié)點，實現(xiàn)對嵌入式節(jié)點的編程操作，具體結構見圖2。通信層處理的數(shù)據(jù)有三種：控制命令、代碼數(shù)據(jù)和反饋信息，其中控制命令和代碼數(shù)據(jù)由控制層向實現(xiàn)層傳遞，反饋信息則是由實現(xiàn)層向控制層傳遞，所有數(shù)據(jù)傳輸遵循系統(tǒng)定制的can總線應用層協(xié)議，該協(xié)議在分布式控制系統(tǒng)中can總線協(xié)議應用層的基礎上，重新劃分報文標志符空間，并定義相應的含義和可執(zhí)行操作。本文主要探討系統(tǒng)的具體實現(xiàn)，總線協(xié)議的擴展定義不作詳細介紹。

    圖2 系統(tǒng)軟件體系結構示意圖

    2.2pc機控制層軟件的設計

    整個控制系統(tǒng)中，控制層軟件位于pc機節(jié)點，通過與實現(xiàn)層軟件通信來控制編程操作的啟停和代碼的總線數(shù)據(jù)傳輸，不直接參與對ecu節(jié)點的控制功能操作。

    控制層軟件的功能主要包括兩部分：首先是生成下載到flash中的最終代碼數(shù)據(jù)，pc機軟件不參與flash編程，但必須為ecu節(jié)點提供編程所需要的信息，因此，pc機軟件對生成的二進制代碼進行分析，獲取flash編程的必要信息，如