XCP Protokolüne Dayalı Çoklu Veriyolu Destekleyen ECU Kalibrasyon Sisteminin Uygulanması
0 Önsöz
Otomobil teknolojisinin hızlı gelişimi, otomobilin elektronik kontrol ünitesinde (ECU) bulunan kontrol parametrelerinde büyük bir artışa neden olmuş ve kalibrasyon işi gittikçe daha karmaşık hale gelmiştir. ECU geliştirme sürecinde, kontrol parametrelerinin kalibrasyonu tüm aracın performansını doğrudan etkiler. Giderek artan ECU ve iletişim veri yolu türleriyle karşı karşıya kalan, birden çok veriyolu destekleyen evrensel ve esnek bir kalibrasyon sisteminin geliştirilmesi çok yüksek pratik değere sahiptir. Şu anda, güvenilir bir otomobil veriyolu olarak CAN veri yolu, yüksek kaliteli otomobillerde yaygın olarak kullanılmaktadır, bu nedenle çoğu kalibrasyon sistemi, belirli bir çok yönlülüğe sahip olan CCP (CAN Kalibrasyon Protokolü) protokolüne dayalı olarak geliştirilmiştir. Ancak daha gelişmiş FlexRay iletişim veriyolunun hızlı gelişimi ile, yalnızca mevcut ana akım CAN veriyolunu desteklemekle kalmayan, aynı zamanda otomotiv veri yolu trendini temsil eden FlexRay veriyolu ile uyumlu bir kalibrasyon sisteminin geliştirilmesi, şüphesiz yüksek teknik uygulama değerine sahiptir.
Bu makale, XCP protokolüne dayalı bir dizi ECU kalibrasyon sistemi tasarlar ve XCP protokolü fiziksel taşıma katmanının ve protokol katmanının bağımsız özelliklerinden tam olarak yararlanır.Aynı protokol katmanına dayalı olarak, kalibrasyon sistemini büyük ölçüde geliştiren CAN veriyolunu ve FlexRay veriyolunu destekler. Veri yolu uyumluluğu ve ölçeklenebilirlik.
XCP protokolü Otomasyon ve Ölçüm Sisteminin Standardizasyonu Derneği (ASAM) tarafından önerilmiştir. Orijinal CCP2.1 protokolünün bir mirası ve yükseltmesidir ve minimum sistem ve donanım kaynağı ek yükü ile verimli iletişim sağlamaya çalışır. Protokol, protokol katmanını, taşıma katmanını ve arayüz katmanını tanımlar.Bunun en belirgin özelliği, protokol katmanının taşıma katmanından bağımsız olmasıdır. Farklı iletişim veriyolu türleri için, XCP mesajının yalnızca başlığını ve sonunu ilgili bilgilerle doldurmanız gerekir ve ortadaki XCP paketi protokol katmanı tarafından tanımlanır ve hiç etkilenmez. . Bu nedenle, XCP kalibrasyon protokolü, veriyolunun çeşitlendirilmesiyle kalibrasyon sisteminin çok yönlülüğünün gereksinimlerine uyum sağlayabilir. Şu anda ASAM, standartta taşıma katmanını tanımlamıştır: XCP-on-CAN, XCP-on-Ethernet (TCP / IP, UDP / IP), XCP-on-SXI (SPI, SCI), XCP-on-USB Ve XCP-on-FlexRay. Daha sonraki gerçek ihtiyaçlara göre, XCP-on-LIN, XCP-on-K-Line ve XCP-on-MOST'un diğer tanımları da dikkate alınır.
Şekil 1, kalibrasyon sisteminin genel mimari tasarımıdır. Tüm kalibrasyon sistemi çerçevesi, bilgisayarda çalışan üst bilgisayar kalibrasyon yazılımı, üst bilgisayar ile alt bilgisayar arasındaki iletişimden sorumlu iletişim kontrol birimi ve alt bilgisayar ECU dahil olmak üzere ASAM-MCD standardını (eski adıyla ASAP standardı) izler. ECU ucu, Freescale'in MC9S12XF512 yongasını kullanır. Üst bilgisayar, kullanıcıların ölçüm ve kalibrasyon gerçekleştirmesi için uygun bir grafik arayüzü ve bir XCP komut analiz modülünü entegre eder.Kullanıcı talepleri, üst bilgisayar XCP protokol modülü aracılığıyla paketlenir ve iletişim kontrol ünitesi aracılığıyla alt bilgisayar ECU iletişim arayüzüne gönderilir ve ardından ECU'ya entegre XCP tarafından yönlendirilir Modül ayrıştırıldıktan sonra, karşılık gelen komut işleme modülü çalıştırılması için çağrılır ve işlem sonucu paketlenir ve iletişim kontrol ünitesi vasıtasıyla üst bilgisayara geri gönderilir. Farklı iletişim ortamlarına göre, XCP protokol çerçevesinin başlığı ve sonu, karşılık gelen bilgilerle doldurulmalıdır. Bu makalede tasarlanan kalibrasyon sistemi, hem mevcut ana akım CAN iletişim veriyolunu hem de gelecekteki otomotiv otobüslerinin gelişme eğilimini temsil eden FlexRay veriyolunu destekler.
2 XCP Protokol Sürücüsünün Uygulanması
XCP protokolü ana-bağımlı modda çalışır ve Şekil 2'de gösterildiği gibi ana ve bağımlı düğümler arasındaki iletişimi ayırt etmek için iki veri paketi kullanır: Komut Aktarım Nesnesi (CTO) ve Veri Aktarım Nesnesi (DTO).
XCP protokolü Standart Mod, Blok Aktarım Modu ve Aralıklı Mod olmak üzere 3 iletişim modunu şart koşar. Bu makalede tasarlanan kalibrasyon sistemi CAN veriyolu ve FlexRay veriyolu için uygundur ve standart iletişim modunu benimser, yani ana birim bir bağlantı kurmak için bir oturum başlattıktan sonra, ikincil birim ana birim tarafından gönderilen her komuta yanıt vermeli ve bir hata oluşursa bir hata raporu vermelidir. bilgi. Ana bilgisayar, ikincil komuttan önceki komuta yanıt almadan önce yeni bir komut göndermeyecektir.
2.1 Alt bilgisayarda XCP protokol sürücüsünün uygulanması
CCP protokolüne bir yükseltme olarak, XCP protokolü, RESUME modu adı verilen soğuk başlatma ölçümünü destekleyen önemli bir yeni işleve sahiptir. XCP protokol sürücüsüyle entegre olan alt bilgisayarın durum makinesi modeli Şekil 3'te gösterilmektedir.
Düğüm cihazı başlatıldıktan ve başlatıldıktan sonra, RESUME modu için ECU'nun geçici olmayan depolama ortamında yapılandırılmış bir DAQ listesi olup olmadığını hemen algılar.Eğer öyleyse, RESUME moduna girin ve yapılandırma listesine göre düzenli aralıklarla ana bilgisayara gönderin Veri; ilgili yapılandırma dosyası yoksa, DICONNECTED moduna girin. RESUME modunda ve DISCONNECTED modunda, slave yalnızca ana bilgisayardan CON-NECT komutuna yanıt verir (XCP-ON-CAN koşulları altında GET_SLAVE_ID komutuna da yanıt verebilir). Alt bilgisayardaki XCP sürücüsünün iş akışı Şekil 4'te gösterilmektedir.
Master-slave iletişim moduna göre, slave tarafı, master'ın komutuna cevap vermek için interrupt modunu kullanır. Slave başlatıldıktan sonra, ilk olarak, slave'in donanım kaynaklarının başlatılması, sistem varsayılan parametrelerinin konfigürasyonu ve XCP modülünün başlatılması dahil olmak üzere sistemin başlatılmasını tamamlayacak ve kalibrasyon verileri, kalibrasyona hazırlanmak için ROM veya Flash'tan RAM'e yansıtılacaktır. Ana bilgisayardan gelen CTO mesajının CONNECT komutunu içerdiği ayrıştırıldıktan sonra, ikincil sunucu bir bağlantı kurmak için ana bilgisayara yanıt verir, cihaz çevrimiçi duruma girer ve ardından ana bilgisayardan bir dizi komutu işler ve komut koduna (CMD kodu) göre yanıt vermek için karşılık gelen modülü çağırır. , İlgili işlemi tamamladıktan sonra, verileri DTO paketlerine kapsülleyin ve bunları ana bilgisayara gönderin. İşlemede bir hata varsa, ikinci baytı belirli hata kodunu içeren ilgili ERR veri paketi döndürülür.
2.2 Ana bilgisayardaki XCP protokol sürücüsünün gerçekleştirilmesi
Üst bilgisayar, geliştirmek için grafiksel programlama dili LabVIEW'i kullanır. XCP protokolü, toplam 18 zorunlu komut ve 38 isteğe bağlı komut şart koşar. Kalibrasyon sisteminin işlevsel gereksinimlerini ve geliştirme dilinin özelliklerini birleştiren gerçekleştirme fikri, 18 zorunlu komutu ve bazı isteğe bağlı komutları bağımsız alt vi olarak tanımlamak ve ardından bunları gerçek işlevsel gereksinimlere göre sırayla çağırmaktır. Uygulanan komut subvi'nin bir kısmı Şekil 5'te gösterilmektedir.
XCP protokolü tarafından belirlenen kalibrasyon yazılımı ve CMD listesinin işlevsel gereksinimlerini birleştiren, üst bilgisayar tarafındaki XCP protokolü uygulama çerçevesi Şekil 6'da gösterilmektedir.
Bu belgede tasarlanan kalibrasyon sistemi yazılımı, henüz uygulanmamış bazı isteğe bağlı komutlar içerir. Kullanıcı işleminin bu komutu kullanması gerektiğinde, alttaki makine ERR_CMD_UNKNOWN hata kodunu eşit olarak döndürecektir.
3 XCP protokolü taşıma katmanı tasarımı
CCP protokolüne bir yükseltme olarak, XCP protokolünün en belirgin özelliği, protokol katmanının belirli fiziksel taşıma katmanından bağımsız olmasıdır, bu da protokolün veri yoluna olan esnekliğini arttırır ve tekrarlayan geliştirme ve transplantasyon çalışmalarını azaltır. XCP protokolü tarafından belirtilen XCP mesajının (XCP Mesajı, XCP Çerçevesi olarak da adlandırılır) yapısı Şekil 7'de gösterilmektedir.
XCP mesajı, mesaj başlığı (XCP Başlığı), mesaj kuyruğu (XCP Kuyruk) ve orta XCP paketi (XCP Paketi) olmak üzere üç bölüme ayrılmıştır. XCP veri paketi, protokol katmanı tarafından tanımlanır ve mesaj başlığı ve mesaj kuyruğu, taşıma katmanı tarafından tanımlanır, böylece aynı protokol katmanı veri paketi, farklı fiziksel veri yolları aracılığıyla iletilebilir.
3.1 XCP-on-CAN aktarım katmanı tasarımı
Fiziksel katman iletim ortamı CAN veriyolu olduğunda, mesajın başlığı boştur ve mesajın sonu gerçek ihtiyaçlara göre geliştirici tarafından seçilir ve XCP veri paketi zaman işareti segmentini (TIMESTAMP) içermez. Prensip şudur: CAN2.1 protokolü, CAN mesaj veri çerçevesinin veri alanı uzunluğu DLC'sinin en fazla 8 B olduğunu öngörür. CAN mesajındaki veri uzunluğu DLC'si her zaman XCP veri paketi uzunluğu LEN'e eşit olacak şekilde ayarlanmışsa, mesaj kuyruğu boştur ve XCP veri paketi bir XCP mesajıysa; DLC uzunluğu her zaman MAX_DLC = 8 olarak ayarlanmışsa, XCP verileri Paket uzunluğu 8 B'den az olduğunda, 8 B'nin bir XCP mesaj kuyruğu eklenerek takviye edilmesi gerekir (doldurma içeriği isteğe bağlıdır). Bu yazıda tasarlanan XCP-on-CAN mesajı, DLC'yi her zaman LEN'e eşit yapmak olan ilk yöntemi benimser.
3.2 XCP-on-FlexRay aktarım katmanı tasarımı
Fiziksel katman iletim ortamı FlexRay veriyolu olduğunda, mesaj başlığının dahil edilmesi gerekir ve mesajın gerçek durumuna göre mesaj kuyruğu boş veya 1 B doldurma alanı (dolgu içeriği keyfi) olabilir. Prensip şudur: mesaj başlığı, XCP düğüm adresi (NAX), sayı (CTR), doldurma baytı (FILL) ve XCP mesaj numarası (LEN) olmak üzere 4 kısım içerir. İlk bayt NAX dışında, geri kalanı isteğe bağlıdır. FlexRay, yeni nesil yüksek hızlı veri yoludur.Her çerçevenin teorik etkin veri uzunluğu 254 B'ye ulaşabilir. Gerçek uygulamada, etkin veri uzunluğu belirli FlexRay denetleyici parametrelerine bağlıdır. NXP MFR4310 denetleyici zaten 0 - 254 B veriye ulaşabilir. Alan uzunluğu yapılandırması. Veriyolu verimini artırmak için, FlexRay veri çerçevesi birden fazla ardışık XCP mesajı içerdiğinde, verilerin sıralı olduğundan emin olmak için her mesaj için CTR'nin sıralı olarak sayılması ve ayrıca içerdiği XCP mesajlarının sayısının verilmesi gerekir. LEN ve FILL alanı, Byte veya Word hizalamasını sağlamak ve FlexRay veriyolu iletim verimliliğini artırmak için kullanılır. Bu makalede tasarlanan FlexRay veri çerçevesi en kısa biçimi benimser ve yalnızca bir XCP mesajı içerir.
Bu belgede tasarlanan XCP-on-CAN ve XCP-on-FlexRay mesaj yapısı Şekil 8'de gösterilmektedir.
4 Kalibrasyon sistemi doğrulaması
Sistemi doğrulamanın birincil amacı, sistemin temel işlevlerinin doğru ve güvenilir bir şekilde uygulanmasını sağlamaktır. Doğrulamanın temel fikri şudur: ilk aşamada, kalibrasyon sisteminin üst bilgisayarını ve alt bilgisayarını bağlayın ve üst bilgisayar kalibrasyon yazılımını çalıştırın ve alt bilgisayar ECU'sunu açın Basit bir konfigürasyondan sonra, üst ve alt bilgisayarlar başarıyla bağlanabilir. Ardından bir izleme penceresi oluşturun, veri gösterimi için bir dizi parametre seçin ve normal çalışıp çalışamayacağını gözlemleyin; ardından kalibrasyon sisteminin temel işlevini doğrulamak için yukarıdaki parametrelerden birinin değerini değiştirmek için bir kalibrasyon penceresi oluşturun. İkinci aşama, bu belgede geliştirilen kalibrasyon sistemini laboratuvarda kullanılan pil paketi yönetim ECU'suna bağlamak ve kalibrasyon sisteminin uygulanabilirliğini doğrulamak için yukarıdaki doğrulama prosedürlerini tekrar etmektir. Deneysel sonuçlar, sistemin basit ve esnek olduğunu ve laboratuvar kalibrasyonunun temel ihtiyaçlarını karşılayabileceğini göstermektedir. Kalibrasyon sisteminin bağlantı parametresi yapılandırma arayüzü, izleme penceresi ve kalibrasyon penceresi Şekil 9'da gösterilmektedir.
5. Sonuç
Bu yazıda, ECU kalibrasyon sisteminin geliştirilmesi XCP protokolüne göre tamamlanmış ve sistemin çok yönlülüğünü sağlamak için sistemin genel mimarisi ASAM-MCD standardına göre tasarlanmış ve uygulanmıştır. Protokol katmanının taşıma katmanından bağımsız olması özelliğinden yararlanarak, CAN veriyoluna ve FlexRay veriyoluna karşılık gelen iki taşıma katmanı yapısı, aynı protokol katmanı temelinde tasarlanır ve bu, CCP protokolüne dayalı kalibrasyon sisteminin yalnızca CAN veriyolunu desteklemesi sınırlamasının üstesinden gelir. Son olarak, kalibrasyon sistemi, izleme ve kalibrasyon gibi temel işlevlerini doğrulamak için kalibrasyon testi için kullanılır. Bu belgede tasarlanan kalibrasyon sistemi iyi bir veri yolu uygulanabilirliği ve ölçeklenebilirliğine sahiptir, yalnızca mevcut genel CAN veri yolu kalibrasyon gereksinimlerini karşılamakla kalmaz, aynı zamanda yeni nesil FlexRay veri yolunu da destekler. Aynı zamanda, XCP protokolü çoklu veri yolu desteğinin özelliği, Ethernet üzerinde XCP, SXI üzerinde XCP ve MOST üzerinde XCP'nin gelecekteki genişlemesi için bir garanti sağlar.
Referanslar
Zhang Junfeng, Xiao Bing, Tong Tianya. Heterojen ağlara yönelik araç kontrolörleri için bir kalibrasyon sisteminin uygulanması. Elektronik Teknoloji Uygulaması, 2015, 41 (12): 133-136.
Liu Yunxiao. ÇKP'ye dayalı evrensel ECU kalibrasyon sisteminin araştırılması ve tasarımı. Şangay: Shanghai Jiaotong Üniversitesi, 2013.
SCHUERMANS R, ZAISER R, HEPPERLE F ve diğerleri, XCP_Part1-Overview_V1-1-0.2008.
Su Yu, Zhou Wenhua, Zhu Chundi.Farklı iletişim yöntemleri için XCP protokolüne dayalı bir ECU kalibrasyon aracının geliştirilmesi Otomotiv Mühendisliği, 2010, 32 (1): 81-85.
SCHUERMANS R, ZAISER R, HEPPERLE F, ve diğerleri, XCP_Part2-Protokol katmanı spesifikasyonu_V1-1-0.2008.
SCHUERMANS R, ZAISER R, HEPPERLE F, ve diğerleri XCP_Part3-Taşıma katmanı spesifikasyonu_XCPonCAN_V1-1-0.2008.
Wang Xiaoyang.FlexRay Hub Motoruna Dayalı Otomobiller için XCP Kalibrasyon Sistemi Araştırması Pekin: Pekin Jiaotong Üniversitesi, 2014.
CUMMINGS R. Sistem tasarımlarının CAN'dan FlexRay'e geçişini kolaylaştırma.SAE Dünya Kongre ve Sergisi, 2008.
yazar bilgileri:
Ren Bank, Zhang Jianlong, Yin Chengliang
(Makine ve Güç Mühendisliği Okulu, Shanghai Jiaotong Üniversitesi, Shanghai 200240)
