一種OTA汽車行業應用的整體框架

張倩

摘 要：隨著近些年來我國經濟不斷快速發展，智能化以及信息化開始不斷深入到各個行業當中，而在汽車行業空間下載技術也得到了有效發展，空間下載技術不僅能夠使得相關消費者感受到更加智能便捷的用車體驗，同時也有效促進了我國能源汽車的進一步發展，文章就根據OTA（空間下載技術）汽車行業應用來進行分析，探討一種空間下載技術的整體框架，希望為相關汽車行業起到參考作用。關鍵詞：OTA;汽車行業;整體框架中圖分類號：U461.99 ?文獻標識碼：B ?文章編號：1671-7988（2020）11-100-03

Abstract：?With the rapid development of China's economy in recent years， intelligence and information technology begin to penetrate into various industries， and the space download technology in the automobile industry has also been effectively developed. The space download technology can not only make relevant consumers feel more intelligent and convenient car experience， but also effectively promote the further development of energy vehicles in China In this paper， according to the application of OTA （space download technology） in the automobile industry， we analyze the overall framework of space download technology， hoping to play a reference role for the relevant automobile industry.Keywords：?OTA; Automobile industry; Overall frameworkCLC NO.：?U461.99??Document Code： B??Article ID： 1671-7988（2020）11-100-03

1 OTA背景

OTA是英文全稱Over-the-Air Technology的縮寫，翻譯過來的中文含義也就是空間下載技術。OTA我們都非常熟悉，現在我們用的手機就是最常見支持OTA的智能設備，而在汽車領域則逐步開始被應用。在汽車領域，隨著近幾年新能源汽車的發展快速興起，OTA不僅帶來更便捷的車輛升級途徑，也讓消費者感受到更加智能便捷的用車體驗。進行升級，消費者要做的就是將車開到4S店，通過4S店的設備完成升級，實際用戶體驗非常不好。而OTA的出現，讓4S店在汽車升級過程中不再是必要環節，而整個OTA的架構和流程也并不復雜，通過生成更新包、傳輸更新包和安裝更新就可以實現。

2 OTA應用方案

傳統汽車更新軟件，需要到當地的汽車經銷商進行本地刷寫，隨著對支持先進汽車系統功能的軟件及ECU的依賴性越來越大，利用OTA（Over-The-Air Technology，空中下載技術）進行多個ECU軟件更新的方式將更具明顯的優勢。軟件系統的增加，導致了車輛將必須準備面對更多的軟件缺陷，召回成本、自主駕駛和基于軟件復雜性的安全風險的增加，越發體現了汽車OTA升級的優越性，同時也進一步對升級的安全、穩定、可靠提出了更加苛刻的要求。

隨著汽車智能化程度越來越高，汽車中越來越多的軟件需要升級維護，提升用戶體驗，降低軟件召回和保修成本，彌補汽車聯網后帶來的安全威脅。開發過程中需要對OTA系統進行整體設計和規劃，滿足車聯終端的軟件及固件的迭代更新需求。

2.1 OTA 實現方法

OTA是通過移動通信的空中接口對SIM卡數據及應用進行遠程管理的技術。空中接口可以采用WAP、GPRS、CDMA1X及短消息技術。OTA技術的應用，使得移動通信不僅可以提供語音和數據服務，而且還能提供新業務下載。

總的來說，OTA升級是一種十分常見的移動設備系統升級技術，無論是安卓手機還是iPhone手機還是平板設備，都具有OTA升級功能，通過此功能，可以在線檢測設備生產商有無新系統可以升級。

OTA升級相比刷機升級，好處是顯而易見的，OTA升級可以直接在手機中在線完成，只需要借助移動網絡或者Wifi網絡即可，并且升級無需備份數據，一般升級完成后，自動重啟手機即可完成。而一般的刷固件升級，需要下載ROM固件，并且還需要刷機，刷機對于菜鳥朋友來說，是存在一定風險的。

2.2 OTA的組成

要實現OTA功能，至少需要兩塊設備，分別是服務器與客戶端。服務器只有一個，客戶端可有多個。服務器通過串口與PC機連接，需要下載的鏡像文件存放于PC機，命令執行器給服務器發命令及鏡像文件。首先命令執行器控制服務器廣播當前可用的鏡像文件信息，客戶端收到信息后進行對比，若有與自身相匹配的鏡像，則向服務器請求數據。服務器收到請求后向命令執行器索取固定大小的塊，再點對點傳送給客戶端。鏡像傳輸完畢后，客戶端進行校驗，完成后發送終止信號。

車端內容：下載、升級、顯示、車控

2.3 云端管理

2.3.1 基礎信息管理子系統

OTA基礎信息管理子系統包含OTA現有的車系管理、車輛管理、ECU管理等模塊。

由于基礎信息在TSP保存，OTA需通過TSP提供的接口獲取基礎信息。

2.3.2 車系管理

配置項：車廠，品牌，車系，車型

2.3.3 車輛管理

其中車輛，數據由TSP導入，導入時將車輛中的車型id轉換成車廠、品牌、車系、車型等查看車輛功能繼承，但車輛綁定的ECU設備中需要增加如下屬性：ECU的軟件版本、SN號。

對于車輛界面觸發的數據同步消息，需要依次同步車廠、品牌、車系、車型、車輛、車輛-ECU關系。

2.3.4 ECU管理

ECU軟件名稱、車廠、品牌、車系、車型、設備名稱、零件號、硬件版本號、軟件版本號、升級時長、軟件、軟件報告。OTA需要解析上傳的某版本ECU軟件的大小，對該版本的ECU軟件大小和ECU設備的軟件大小限制進行校驗，如果超過ECU設備的軟件大小限制，則ECU軟件上傳失敗。

2.3.5 OTA任務管理

升級任務管理包含升級任務創建、任務審批、升級任務執行、以及升級任務統計。

2.3.6 軟件包管理 Package Management

本需求主要關注多ECU依賴關系設置及聯動升級

2.3.7 任務創建 New Campaign

（1）配置任務時間信息;（2）選擇升級包;（3）選擇車輛;（4）配置策略：ECU軟件升級需要滿足一定的條件，以下升級條件不區分ECU類型;（5）任務保存、部署;（6）任務審批;（7）任務調度及執行。

3 日志管理以及統計分析子系統

3.1 權限管理子系統

包括（1）OTA用戶創建;（2）OTA用戶登錄OTA的合法性校驗，該合法性校驗包含用戶名、密碼校驗，以及短信驗證碼校驗;（3）為OTA各個用戶/角色都分配OTA統一訪問權限。

3.2 權限管理子系統OTA角色劃分

單點功能;審批功能。

3.3 連接安全性

OTA服務器是通過https訪問的基于云的應用程序。 OTA服務器和車端通訊端口客戶端之間的所有通信都遵守HTTPS標準和規范。

OTA服務器云服務基礎軟件供應商應該提供下面安全服務

3.4 基礎安全

（1）服務器內置網絡防火墻;

（2）使用云基礎軟件提供的Web應用程序防火墻保護對內部服務的訪問;

（3）防止惡意軟件掃描;

（4）保存及傳輸中數據總是加密的;

（5）對分布式拒絕服務（DDoS）攻擊的防護;

（6）使用云服務器HSM進行硬件加密密鑰存儲;

（7）監測和記錄所有關鍵事件;

（8）定期備份和備份的加密存儲。

3.5 應用層面

（1）設計安全;

（2）基于身份驗證的資源訪問以控制訪問權限，實行強制控制策略，來監視和審核資源的使用情況;

（3）每個DM客戶端都使用x.509證書進行身份驗證;

（4）使用用戶名和密碼驗證來授權OTA系統門戶的訪問;

（5）安全和認證的連接到長安車輛數據庫;

（6）通過TLS 1.2進行數據傳輸;

（7）滲透測試以確保和維護應用程序的完整性;

（8）在非應用軟件（操作系統，支持軟件）中發現的漏洞和漏洞的立即修補。

3.6 客戶端與服務端通信

（1）服務器通過驗證OTA客戶端提供的客戶端證書來驗證OTA客戶端的身份。服務器使OCSP調用獲取客戶端證書的撤銷狀態。

（2）訪問活動管理員門戶的用戶認證是使用用戶名和密碼組合完成的。所有密碼都是以散列方法安全地存放。

（3）軟件包驗證：所有軟件包需要由開發人員使用其x.509證書進行簽名才能發布到OTA服務器。OTA服務器使用頒發證書頒發機構的公鑰對組件進行簽名。如果組件的簽名不匹配或證書被撤銷，則OTA服務器應用程序丟棄改組件。

（4）組件加密：這是一個可配置的選項。 啟用此選項會在組件發送到車輛中的客戶端之前加密組件并進行簽名。 所使用的加密算法是AES，密鑰大小可以基于客戶端運行的硬件的加密功能進行配置。

4 OTA功能延展-遠程診斷

一方面是政策推動.《電動汽車遠程服務于管理技術規范》規定 從2017年 1月1日起，新生產的全部新能用汽車安裝車載終端，通過企業檢測平臺對整車及動力電池等關鍵

系統運行安全狀態進行監測和管理。

按照國家標準公共服務領域車輛相關安全狀態信息要上傳至地方監測平臺。在信息上行監管的同時，電池（主要指BMS）、電機、T-box都會產生OTA需求，車端增加自檢、遠程查詢、遠程參數設置和遠程升級功能也會成為一種新趨勢。

4.1 車端診斷功能

4.1.1 使用場景

（1）云端診斷數據庫生成軟件生成 OTX 文件作為序列化的應用文件;

（2）車端診斷模塊接收到 OTX文件后，經過簡單配置生成針對某一車型的診斷配置;

（3）診斷模塊執行軟件導入診斷儀配置，隨機生成診斷結果;

（4）車端診斷模塊上報到云端診斷狀況做診斷分析和圖形化結果顯示。

4.2 車端診斷模塊功能

4.2.1 讀/清故障碼

支持讀/清 ECU 故障碼，提供維修信息，可獲取選定故障的快照信息，同時支持整車快速讀、清故障碼功能。

4.2.2 讀取 ECU 實時數據

持讀取 ECU 實時數據，支持數據保存及上傳到云端的功能。

4.2.3讀取 ECU 信息

持讀取 ECU 當前信息（VIN 碼，軟硬件版本等）。

4.2.4 支持OTA升級ECU

支持程序刷寫及刷寫過程中診斷數據監控和保存。

4.3 輔助驗證功能

4.3.1 診斷測試序列

按照云端診斷配置參數，執行診斷測試序列，即時反饋測試結果和問題數據上報到云端。

4.3.2 診斷報文監控

監控診斷測試過程中的全部總線報文，提供報文過濾功能。

4.3.3 響應數據判別

針對診斷響應數據進行判別，決定測試序列是否通過（數值不在范圍、DTC 超出預期等）。

4.3.4 ECU復位

當驗證和測試過程中 ECU 出現不可恢復問題，主動進行 ECU 復位操作。