基于CANoe的UDS刷寫設計

【摘" 要】當今汽車行業發展勢頭迅猛，汽車控制器算法更新迭代迅速，軟件刷寫測試也變得愈發頻繁。然而，目前市面上的刷寫上位機大多基于UDS協議，針對單個控制器進行專用設計，無法實現汽車各控制器的通用化，因此，主機廠亟待一種可移植且通用的刷寫工具。文章基于CANoe軟件，結合主機廠的UDS刷寫流程，完成一款通用上位機的設計。該工具集成檢查編程條件、檢驗刷寫可靠性、CRC校驗等一系列校驗機制，有效確保軟件刷寫的準確性。最后，通過實際案例對該設計的可靠性進行驗證。

【關鍵詞】汽車控制器算法；CANoe軟件；UDS協議；刷寫；軟件刷寫準確性

中圖分類號：U463.6" " 文獻標識碼：A" " 文章編號：1003-8639（2025）03-0055-04

CANoe-based UDS Brush and Write Design

【Abstract】With the rapid development of automobile industry，the update iteration of automobile controller algorithm is rapid，and the software rewrite test is becoming more and more frequent. However，most of the brush writing host computers on the market are based on the UDS protocol and designed specifically for a single controller，which cannot realize the universality of each controller of the automobile. Therefore，the Oems need a portable and universal brush writing tool. Based on CANoe software and UDS scrub process of OEMS，a universal upper computer is designed in this paper. The tool integrates a series of checking mechanisms such as checking programming conditions，checking the reliability of writing，CRC checking，etc.，which effectively ensures the accuracy of software writing. Finally，the reliability of the design is verified by a practical case.

【Key words】automobile controller algorithm；CANoe software；UDS protocol；brush writing；software writing accuracy

0" 前言

隨著中國經濟的蓬勃發展，汽車作為新型代步工具已走進千家萬戶。與此同時，隨著汽車功能的不斷增加，控制器的算法邏輯也日益復雜。傳統的控制器刷寫方式通常依賴供應商開發的上位機進行操作，但這種方式難以對刷寫流程進行有效把控[1]。

本文所設計的刷寫方案基于CANoe軟件，依據ISO 14229協議，通過UDS診斷服務，并嚴格遵循主機廠的控制器刷寫流程來完成刷寫[2-3]。該刷寫設計方案涵蓋三大流程：預編程、編程和后編程[4-5]。其中，預編程主要涉及刷寫條件檢測、DTC禁止更新以及報文停發等操作[6]。編程環節主要包括程序下載[7]；后編程則主要包括DTC的恢復更新和總線報文恢復發送[8]。本方案的實現依托CANoe的CAPL及PANEL模塊，極大地提升了刷寫的靈活性與可移植性。

1" UDS刷寫服務

ISO 14229協議定義了UDS診斷服務，其中刷寫用到的服務有10、11、14、27、31、3E、28、85，見表1。

在汽車診斷服務中，10服務有3個子功能較為常用，分別是01子功能默認會話、02子功能編程會話以及03子功能擴展會話。11服務則有2個常用子功能：01子功能硬復位，其作用是模擬電源斷開后重新連接；03子功能軟復位，在軟件內部出現非預期情況時被觸發。

圖1展示的是診斷會話跳轉流程。ECU上電后處于默認會話狀態，且只有先跳轉至擴展會話，才能進一步跳轉至編程會話。需要注意的是，刷寫文件必須在編程會話下進行操作。

刷寫過程中，可能會產生因刷寫導致的DTC（故障診斷碼）。因此，在刷寫后處理階段，需使用14服務來清除這些DTC。27服務主要用于安全解鎖，像2E、31服務這類功能，都需要先通過安全解鎖才能正常使用。31服務用于執行例行程序，例如31 FF 00指令就是用于擦除內存。34、36、37服務則是專門用于刷寫程序的下載。3E服務是待機握手服務，可用于保持非默認會話狀態。2E服務能夠通過標識符寫入數據，在刷寫過程中，可以利用它寫入刷寫設備序列號與指紋等信息。28服務主要應用于刷寫前后階段。在刷寫前，它可以禁止非診斷報文繼續發送，從而降低總線負載率，提高刷寫效率。85服務用于控制DTC，由于刷寫操作的進行，會不可避免地產生一些DTC，比如網絡DTC，但這屬于正常現象。當刷寫成功后，這些DTC會被保存為歷史故障，不會對車輛功能產生影響。

2" 刷寫流程設計

在對ECU進行程序刷寫時，整個過程可分為3大流程。首先是預編程階段，該階段主要負責刷寫前的各項檢測以及相關設置工作。其次是編程階段，其核心任務是實現刷寫文件的下載。最后是后編程階段，主要用于刷寫完成后的處理工作。圖2展示了具體的刷寫流程，接下來將依據該刷寫流程進行詳細說明。

預編程階段的核心目標是確保ECU能夠順利進入編程會話狀態。在此階段，首先要進入擴展會話，通過在CAPL中進行函數封裝來實現，具體可參照圖3所示的跳轉擴展會話封裝圖。完成擴展會話的進入后，緊接著執行檢查編程預條件例程（31 01 02 03）。檢查編程預條件是刷寫升級安全保障的關鍵環節，其檢測項目涵蓋車輛的靜止狀態、電壓是否滿足要求等多個方面，相關內容在圖4編程預條件例程封裝中有詳細展示。

圖5、圖6分別為DTC和通信控制封裝。在刷寫過程中，為避免對其他ECU產生干擾，需引入28、85服務。當總線負載較高時，由于診斷ID優先級較低，診斷報文可能無法正常發送，最終導致刷寫失敗。因此，運用28服務禁止總線上其余報文發送，以此確保診斷報文的正常傳輸。然而，應用報文無法發送時，可能會觸發通信DTC。為防止這種情況影響刷寫進程，此時需借助85服務禁止DTC狀態位更新，從而保證刷寫工作的順利進行。

編程步驟為程序刷寫的主要流程，圖7為刷寫主流程部分展示。為了確保刷寫的安全性并有效管控版本更新，首先要通過2E服務來完成一系列操作，包括寫入指紋信息、記錄版本日志以及寫入上位機序列號等。其次，將進行內存擦除、程序下載、退出下載以及檢查刷寫可靠性等操作。內存擦除是通過31服務來執行的，其會以扇區為單位擦除Flash中的歷史數據。需要注意的是，為防止程序出現異常跑飛時調用內存擦除驅動，該驅動文件通常不會保存在Flash中，而是由上位機將其下載到RAM中運行，運行完畢后，會隨著斷電而消失。在進行文件下載時，需要先對應用文件進行解析，應用文件的格式一般為S19文件和HEX文件。其中，S19文件以十六進制文本形式傳送二進制信息，所以對S19文件的解析尤為重要，具體可參考圖8所示的S19文件解析的封裝函數。在應用文件解析完成之后，需要利用34、36、37服務進行傳輸。首先使用34服務請求下載的大小和內存地址，控制器會回應上位機最大信息組長度，然后使用36服務進行每個信息組的文件傳輸，最后通過37服務請求下載結束。當下載流程結束后，需要對文件的可靠性進行檢測，這里采用的校驗算法是CRC32，圖9的CRC32算法函數可用于此過程。

后編程步驟的主要目的是確保在刷寫完成后，能夠對系統進行復位操作，同時將DTC與通信功能開啟，并清除已有的DTC，使控制器恢復到初始化狀態。圖10、圖11分別為后編程中的清除故障碼函數與復位函數封裝。

3" 實例驗證

刷寫流程設計完成后，為了確保刷寫人員操作可以高效方便的使用，利用CANoe的PANEL開發出了診斷刷寫面板（圖12）。此面板具備多項實用功能，例如可以選擇文件夾刷寫，同時還允許用戶通過Send Data Input（HEX）窗口手動輸入診斷指令來發送診斷數據。

圖13呈現了刷寫過程中報文的錄制情況。在該過程中，控制器的請求診斷ID為7E2，而響應診斷ID為7EA。在具體的刷寫操作中，首先使用27服務通過了控制器的安全驗證，接著利用31 01 FF 00擦除歷史數據，隨后利用34、36、37服務進行數據傳輸，最終刷寫成功。

4" 結論

本文旨在解決當前存在的一個問題，即大多數軟件刷寫工具都是由控制器供應商開發的黑盒上位機，這類工具存在明顯的局限性。由于它們是黑盒性質，用戶無法對刷寫流程進行改變，并且其復用性較差，在刷寫操作上缺乏足夠的靈活性。為了克服這些問題，開發了一種新型的軟件刷寫工具。該工具基于CANoe平臺，利用CAPL將各個函數功能模塊進行封裝。通過對這些封裝好的功能模塊進行組合，可以靈活地適用于多種刷寫流程，并且刷寫過程是可控的。此外，通過實例測試，對該工具的穩定性和準確性進行了驗證，結果表明該工具性能良好。鑒于其優勢，此軟件刷寫工具具有廣泛的應用前景，有望在不同的刷寫場景中發揮重要作用。

參考文獻

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