基于CCP 協(xié)議的ECU 標(biāo)定系統(tǒng)上位機(jī)設(shè)計(jì)

李 麗， 董昌興， 尹欣欣

（陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司， 陜西 西安 710077）

1 引言

隨著汽車(chē)電子技術(shù)的發(fā)展，標(biāo)定已經(jīng)成為開(kāi)發(fā)電子控制單元 （ECU） 的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。通過(guò)標(biāo)定系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)獲取ECU內(nèi)部的變量，還可以對(duì)ECU內(nèi)部的標(biāo)定變量進(jìn)行在線(xiàn)標(biāo)定以?xún)?yōu)化其控制參數(shù)。

目前，CCP （CAN Calibration Protocol） 協(xié)議是國(guó)際上主流的測(cè)量和標(biāo)定規(guī)范，它是一種基于CAN 線(xiàn)的通信協(xié)議，是標(biāo)準(zhǔn)化組織ASAP制 定 的 MCD （ MeasurementCalibrationand－Diagnostics） 模 型 中 的一部分，MCD模型定義了ASAP1、ASAP2、ASAP3標(biāo)準(zhǔn)，如圖1所示。其中，ASAP1 是應(yīng)用層和控制設(shè)備之間接口的標(biāo)準(zhǔn)，分為1a標(biāo)準(zhǔn)和1b標(biāo)準(zhǔn)，其中1a是物理層和協(xié)議層，CCP 就是從屬于這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議［1］。

圖1 MCD模型

采用CCP協(xié)議可以快速而有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車(chē)電控單元的標(biāo)定，但是符合要求的 CCP 協(xié)議的軟件部分基本都依賴(lài)于國(guó)外的專(zhuān)業(yè)軟件 （比如德國(guó)的 VECTOR 公司的CANAPE），國(guó)內(nèi)還沒(méi)有成熟的基于CCP協(xié)議的ECU標(biāo)定系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商在普及CCP協(xié)議的過(guò)程中，需要高價(jià)購(gòu)買(mǎi)國(guó)外公司的相關(guān)診斷產(chǎn)品進(jìn)行標(biāo)定診斷，同時(shí)目前無(wú)法同時(shí)實(shí)現(xiàn)多種協(xié)議（UDS、CCP、J1939） 的融合，需要借助于多種軟件工具來(lái)實(shí)現(xiàn)不同協(xié)議的功能，研究并掌握CCP的核心技術(shù)，有非常重要的意義。

2 CCP協(xié)議

CCP協(xié)議采用主從式的通信方式［2］，系統(tǒng)中只能有一個(gè)主設(shè)備，但可以有多個(gè)從設(shè)備。其中，主設(shè)備是上位機(jī)，即遵循CCP協(xié)議的測(cè)量標(biāo)定系統(tǒng)，從設(shè)備是支持CCP協(xié)議的ECU，主設(shè)備通過(guò)CAN線(xiàn)與從設(shè)備相連，如圖2所示。

圖2 CCP通信結(jié)構(gòu)圖

CCP協(xié)議中，主設(shè)備與從設(shè)備之間的通信可分為兩種，即polling模式和DAQ模式［3］。

1） polling模式，即一問(wèn)一答模式，主設(shè)備先問(wèn)，從設(shè)備回答，兩者之間通過(guò)不斷交互來(lái)實(shí)現(xiàn)通信和數(shù)據(jù)交換，這種模式下，主設(shè)備和某一從設(shè)備建立連接后，每一次通信都是由主設(shè)備發(fā)送一個(gè)命令請(qǐng)求開(kāi)始的，請(qǐng)求從設(shè)備執(zhí)行某項(xiàng)操作，或請(qǐng)求從設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)。從設(shè)備收到請(qǐng)求命令后，執(zhí)行相應(yīng)的操作，并返回一幀消息，提供主設(shè)備請(qǐng)求的數(shù)據(jù)及命令執(zhí)行情況，使用這種通信方式，標(biāo)定系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較簡(jiǎn)單，但是效率低。

2） DAQ模式，即一問(wèn)多答模式，這種模式下，主設(shè)備和某一從設(shè)備建立連接后，主設(shè)備先發(fā)送一條DAQ請(qǐng)求，從設(shè)備收到請(qǐng)求命令后，按命令中的參數(shù)自行配置組織數(shù)據(jù)，并按照一定周期主動(dòng)上傳。這種模式不需要主設(shè)備通過(guò)命令逐步控制，所以工作效率比較高，標(biāo)定系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較復(fù)雜［4］。

CCP協(xié)議遵從CAN總線(xiàn)通信規(guī)范，基于CCP的通信均以CAN報(bào)文的形式實(shí)現(xiàn)，所有收發(fā)的數(shù)據(jù)都打包成最多8字節(jié)的報(bào)文。報(bào)文分為兩種，即命令接收對(duì)象 （CRO） 和數(shù)據(jù)傳輸對(duì)象 （DTO），它們各使用一個(gè)CAN ID，CAN ID的值可從A2L文件導(dǎo)入。A2L文件是包含ECU中變量信息的文件，包括：變量名稱(chēng)、數(shù)據(jù)類(lèi)型、變量的上下限等信息。上位機(jī)軟件通過(guò)解析A2L文件，得到ECU中變量的信息。

CRO是由主設(shè)備向從設(shè)備發(fā)送的消息對(duì)象，包括命令代碼和命令參數(shù)，CCP協(xié)議中總共規(guī)定了28條CRO，這些命令的不同組合可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)定系統(tǒng)的所有功能。DTO則是從設(shè)備向主設(shè)備返回的消息。主設(shè)備和從設(shè)備建立邏輯連接后，主設(shè)備通過(guò)CRO向從設(shè)備發(fā)送命令和參數(shù)，從設(shè)備接收命令后執(zhí)行相應(yīng)的操作，并將DTO反饋給主設(shè)備，完成一次通信［5］。DTO可以分為3種。

1） 命令返回消息，用于反饋CRO命令的執(zhí)行情況。

2） 事件消息，用于從設(shè)備主動(dòng)向主設(shè)備報(bào)告其內(nèi)部發(fā)生錯(cuò)誤機(jī)制。

3） 數(shù)據(jù)采集消息，用于在DAQ模式下，從設(shè)備自行周期性地向主設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)。

3 標(biāo)定系統(tǒng)

3.1 上位機(jī)軟件整體框架

圖3所示，標(biāo)定系統(tǒng)由主設(shè)備、CAN通信卡和從設(shè)備組成，其中主設(shè)備采用C#編寫(xiě)標(biāo)定軟件，CAN通信卡采用USBCAN卡，實(shí)現(xiàn)USB數(shù)據(jù)流和CAN數(shù)據(jù)流的轉(zhuǎn)換。

圖3 標(biāo)定系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

3.2 CCP 協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)

CCP協(xié)議棧作為整個(gè)標(biāo)定系統(tǒng)的核心，其實(shí)現(xiàn)流程如圖4所示。

圖4 CCP協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)流程

1） 啟動(dòng)CAN報(bào)文接收器，持續(xù)不斷地接收CAN線(xiàn)報(bào)文。

2） 由CCP驅(qū)動(dòng)器發(fā)送CRO指令。

3） CCP驅(qū)動(dòng)器掛起，等待DTO報(bào)文。

4） CAN報(bào)文接收器接收到DTO報(bào)文后，喚醒CCP驅(qū)動(dòng)器，CCP驅(qū)動(dòng)器完成該CCP命令。

5） 根據(jù)來(lái)自上層應(yīng)用的CCP指令請(qǐng)求，繼續(xù)以上操作，來(lái)完成相關(guān)的CCP指令。

3.3 J1939協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)

J1939協(xié)議棧主要用于針對(duì)CAN線(xiàn)報(bào)文的解析，從而保證標(biāo)定系統(tǒng)能夠同時(shí)采集控制器內(nèi)部數(shù)據(jù)和CAN線(xiàn)數(shù)據(jù)。其實(shí)現(xiàn)流程如圖5所示。

圖5 J1939協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)

1） 啟動(dòng)CAN報(bào)文接收器，持續(xù)不斷地接收CAN線(xiàn)報(bào)文。

2） 根據(jù)接收到的報(bào)文ID，判斷該報(bào)文是否是CCP協(xié)議報(bào)文或者UDS協(xié)議報(bào)文，如果是CCP協(xié)議報(bào)文或者UDS協(xié)議報(bào)文，則啟動(dòng)對(duì)應(yīng)的報(bào)文處理機(jī)制，這次報(bào)文接收處理終了，否則，啟動(dòng)J1939協(xié)議棧進(jìn)行報(bào)文處理。

3） 首先判斷該報(bào)文是否為多幀報(bào)文，如果是，則持續(xù)接收該多幀報(bào)文的后續(xù)數(shù)據(jù)報(bào)文，直到全部接收，將其組合為一個(gè)多幀報(bào)文，按照DBC定義文件進(jìn)行信號(hào)解析；如果不是多幀報(bào)文，則直接按照DBC定義文件進(jìn)行信號(hào)解析。

4） 最后，將解析到的信號(hào)進(jìn)行記錄和處理。

4 標(biāo)定平臺(tái)功能實(shí)現(xiàn)

4.1 設(shè)置功能

系統(tǒng)設(shè)置頁(yè)面如圖6所示，可以選擇USBCAN設(shè)備類(lèi)型，支持周立功USBCAN、廣成 科 技 USBCAN、PCAN 等設(shè)備，設(shè)置CAN線(xiàn)波特率，選擇DBC 文 件 以 及 A2L 文件。DBC文件為解析CAN線(xiàn)報(bào)文信號(hào)用的DBC文件，如果不需要解析CAN線(xiàn)報(bào)文信號(hào)，也可以不設(shè)置DBC文件。 A2L文件為解析控制器內(nèi)部變量用的A2L文件，用于內(nèi)部變量的監(jiān)視和標(biāo)定量的標(biāo)定。

圖6 系統(tǒng)設(shè)置

4.2 數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、標(biāo)定功能

工具欄具備開(kāi)始數(shù)據(jù)監(jiān)視，停止數(shù)據(jù)監(jiān)視，保存頁(yè)面上設(shè)置的監(jiān)測(cè)變量，變更內(nèi)部數(shù)據(jù)變量的監(jiān)測(cè)方式 （DAQ 和Polling）。

節(jié)點(diǎn)樹(shù)分3部分，觀測(cè)量和標(biāo)定量來(lái)自于A2L文件中定義的觀測(cè)量和標(biāo)定量，dbc文件節(jié)點(diǎn)來(lái)自于設(shè)置頁(yè)面設(shè)置的DBC文件。根據(jù)監(jiān)測(cè)需要，可以添加觀測(cè)量、標(biāo)定量、DBC信號(hào)量到數(shù)據(jù)顯示區(qū)域。

數(shù)據(jù)顯示區(qū)域顯示來(lái)自于節(jié)點(diǎn)樹(shù)添加的變量，通過(guò)【觀測(cè)量】、【標(biāo)定量】和【DBC 文件】tab頁(yè)，分別顯示添加的變量。【圖形化】Tab頁(yè)，以圖形顯示的方式，顯示數(shù)據(jù)變量的實(shí)時(shí)變化曲線(xiàn)。圖7為系統(tǒng)監(jiān)測(cè)標(biāo)定頁(yè)面。

圖7 系統(tǒng)監(jiān)測(cè)標(biāo)定頁(yè)面

4.3 數(shù)據(jù)分析功能

數(shù)據(jù)分析頁(yè)面如圖8所示，可以對(duì)采集到的數(shù)據(jù)文件（*.csv） 進(jìn)行圖形化分析。可以改變變量圖形顯示的顏色和線(xiàn)條粗細(xì)，可以通過(guò)工具欄的坐標(biāo)系變更框來(lái)改變多個(gè)變量顯示的坐標(biāo)系。

圖8 數(shù)據(jù)分析頁(yè)面

5 結(jié)論

經(jīng)反復(fù)調(diào)試，該標(biāo)定系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了ECU內(nèi)部數(shù)據(jù)和CAN線(xiàn)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)，以及ECU內(nèi)部數(shù)據(jù)的標(biāo)定，因此，在售后服務(wù)工具開(kāi)發(fā)中，能得到很好地應(yīng)用。