標(biāo)定和測(cè)量應(yīng)用的焦點(diǎn)XCP
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現(xiàn)代汽車系統(tǒng)中加入了越來越多的安全舒適性電控功能。雖然ECU的數(shù)量得到了控制，但是這就意味著要增加單個(gè)設(shè)備的復(fù)雜度來補(bǔ)償功能的增長。XCP通信協(xié)議為這些分布式系統(tǒng)開發(fā)過程的合理化做出了重要的貢獻(xiàn)，其主要任務(wù)包括實(shí)時(shí)地測(cè)量和標(biāo)定ECU內(nèi)部變量。該協(xié)議繼承了CCP，它的一個(gè)巨大優(yōu)勢(shì)就是與物理傳輸層無關(guān)。
在當(dāng)前，汽車控制模塊中的變量數(shù)目超過1萬的情況已經(jīng)不足為奇了！在車輛的控制中有眾多的動(dòng)態(tài)過程需要控制，而ECU標(biāo)定的主要任務(wù)就是優(yōu)化這些控制算法。例如針對(duì)PID控制器，標(biāo)定其比例、積分和微分環(huán)節(jié)時(shí)可能產(chǎn)生不計(jì)其數(shù)的變化版本（圖1）。因此，就需要尋找到一個(gè)在穩(wěn)定性、速度和動(dòng)態(tài)特性方面足夠好的結(jié)合點(diǎn)。這些可以通過實(shí)時(shí)讀取和更改變量來實(shí)現(xiàn)(圖2)。
圖1 PID控制算法優(yōu)化
圖2 使用圖形化標(biāo)定和診斷工具CANape優(yōu)化PID控制器
為了控制ECU標(biāo)定的時(shí)間和成本，工程師和技術(shù)員通常會(huì)依賴可以靈活讀寫變量和內(nèi)存的強(qiáng)大的工具和標(biāo)準(zhǔn)。為此，在90年代出現(xiàn)了CAN標(biāo)定協(xié)議(CCP)，當(dāng)時(shí)CAN總線是汽車中唯一的主流總線。CCP后來被指定為一種交叉OEM標(biāo)準(zhǔn)。然而，隨著汽車電子的持續(xù)發(fā)展，其它總線系統(tǒng)諸如FlexRay、LIN、MOST等也開始成為主流。但是，CCP僅限于CAN網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，所以在其它潛在領(lǐng)域的應(yīng)用局限日益增加。這樣就導(dǎo)致了其后繼協(xié)議XCP的出現(xiàn)。
通用的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議
與CCP一樣，“通用測(cè)量與標(biāo)定協(xié)議”(XCP)也是源于自動(dòng)化和測(cè)量系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)(ASAM)，它在2003年被定為標(biāo)準(zhǔn)。其中的“X”代表可變的和可互換的傳輸層。XCP通過雙層協(xié)議將協(xié)議和傳輸層完全獨(dú)立開，它采用的是單主/多從結(jié)構(gòu)。根據(jù)正在討論的不同的傳輸層，XCP協(xié)議可能指的是XCP-on-Can、XCP-on-Ethernet、XCP-on-UART/SPI 或XCP-on-LIN，如圖3所示。
圖3 傳輸層和協(xié)議層的隔離使得XCP可以利用大量的硬件接口
XCP主設(shè)備可以和不同的XCP從設(shè)備同時(shí)通信。這些XCP從設(shè)備包括：
·ECU或ECU原型
·測(cè)量和標(biāo)定硬件，如調(diào)試接口或內(nèi)存仿真器
·快速控制原型硬件
·HIL/SIL系統(tǒng)
為了滿足作為針對(duì)大量不同應(yīng)用的通用的通信解決方案的挑戰(zhàn)，ASAM工作組強(qiáng)調(diào)了下列XCP設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：最小的資源使用（包括ECU中的RAM、ROM和必需的運(yùn)行時(shí)資源），高效的通信，輕松實(shí)現(xiàn)XCP Slave，需要較少配置工作的即插即用性能，較少的參數(shù)，以及可伸縮性。
可互換的傳輸層
XCP可以在不同的傳輸層上實(shí)現(xiàn)同樣的協(xié)議層。這是一種通用的測(cè)量和標(biāo)定協(xié)議，可以獨(dú)立于所使用的網(wǎng)絡(luò)類型而工作。目前，ASAM已經(jīng)在標(biāo)準(zhǔn)中定義的傳輸層包括：XCP-on-CAN，XCP-on-SXI(SPI,SCI), XCP-on-Ethernet(TCP/IP and UDP/IP)，XCP-on-USB和XCP-on-FlexRay。最后命名的版本(XCP-on-FlexRay)是協(xié)議家族中的最新成員，它早在2006年就產(chǎn)生了。XCP-on-FlexRay的一個(gè)特別的技術(shù)特征是動(dòng)態(tài)帶寬控制。測(cè)量、標(biāo)定和診斷工具（MCD工具），比如CANape，可以識(shí)別可用帶寬并能夠非常高效地將其動(dòng)態(tài)分配到當(dāng)前的應(yīng)用數(shù)據(jù)通信中。這樣XCP通信的可用帶寬就可以得到最理想的使用，并且不影響正常的FlexRay通信。
正在為將來考慮的其它方案包括XCP-on-LIN；如果有充足的客戶需求，則也可能包括XCP-on-K-Line或XCP-on-MOST。由于支持廣泛的傳輸層，使得從開發(fā)階段的寬帶（比如Ethernet或USB）方案移植到批量生產(chǎn)階段的CAN接口方案變得十分簡單。
一主多從概念
測(cè)量和標(biāo)定系統(tǒng)承擔(dān)了XCP主設(shè)備的角色，ECU作為XCP從設(shè)備工作。主設(shè)備和從設(shè)備的通信是通過集成在其中的XCP驅(qū)動(dòng)程序來實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于每個(gè)從設(shè)備都有一個(gè)ECU描述文件；這些文件規(guī)定的信息包括：（符號(hào)）變量名及其地址范圍分配，數(shù)據(jù)的物理意義，使用的校驗(yàn)方法。XCP主設(shè)備可以從A2L描述文件里讀取所需的全部信息。
XCP通信使用“命令傳輸對(duì)象”(CTO)和“數(shù)據(jù)傳輸對(duì)象” (DTO)來區(qū)分（主從通信）。XCP主設(shè)備可以在總線上向ECU通過CTO發(fā)送命令。ECU會(huì)在執(zhí)行完請(qǐng)求的服務(wù)后以同樣的途徑進(jìn)行應(yīng)答。CTO會(huì)提供：CMD（命令）, RES （響應(yīng)）, ERR （錯(cuò)誤）, EV （事件） 和 SERV （服務(wù)請(qǐng)求處理機(jī)）。數(shù)據(jù)傳輸對(duì)象DAQ（數(shù)據(jù)采集）和STIM（激勵(lì)）用于以事件驅(qū)動(dòng)方式從內(nèi)存中讀取測(cè)量變量或者向XCP從設(shè)備的內(nèi)存中寫入變量值。
圖4：XCP主設(shè)備和XCP從設(shè)備之間的通信
從汽車總線到標(biāo)準(zhǔn)PC接口
PC平臺(tái)幾乎只用作測(cè)量和標(biāo)定的主設(shè)備。為了直接連接到汽車總線系統(tǒng)，比如CAN、LIN、 FlexRay、MOST 或 K-Line等，通常會(huì)為PC機(jī)安裝一個(gè)或多個(gè)硬件接口。此外，XCP主設(shè)備也可以利用標(biāo)準(zhǔn)PC接口，例如以太網(wǎng)、USB和RS232等。當(dāng)然，在這些解決方案中不會(huì)增加額外的硬件接口成本。帶調(diào)試接口（JTAG，TRACE等）的測(cè)量和標(biāo)定系統(tǒng)以及內(nèi)存仿真器都可以通過這種方式實(shí)現(xiàn)。原則上，標(biāo)準(zhǔn)PC接口非常適合于連接存在于不同總線系統(tǒng)間的網(wǎng)關(guān)，比如FlexRay-on-Ethernet就可以很好地實(shí)現(xiàn)此功能。最后，在很多開發(fā)和測(cè)試計(jì)劃中會(huì)使用到傳統(tǒng)模擬和數(shù)字I/O通道，這些通道尤其會(huì)涉及時(shí)間-關(guān)鍵測(cè)量。
評(píng)論