收稿日期院2017-04-29曰收到修改稿日期院2017-05-25基金项目院四川省青年科技创新研究团队渊2015TD0021冤曰四川省科技支撑项目渊2015GZ0128袁2015GZ0145冤作者简介：谢江浩渊1990-冤袁男袁湖北天门市人袁硕士研究生袁专业方向为汽车电控技术遥

基于 AUTOSAR架构的 XCP标定系统开发

谢江浩 1袁3袁4袁 彭忆强 1袁3袁4袁 朱 丽 2袁 罗青松 2渊1. 西华大学汽车与交通学院袁四川 成都 610039曰 2. 普华基础软件股份有限公司袁上海 200233曰

3. 四川汽车关键零部件同创新中心袁四川 成都 610039曰 4. 西华大学汽车测控与安全四川省重点实验室袁四川 成都 610039冤

摘 要院针对汽车总线多样化以及汽车 ECU 之间数据交互量大的问题袁设计一款以 32 位微处理器为硬件内核尧以AUTOSAR为软件架构袁符合MISRA-C 嵌入式编程规范袁适用于多种通信总线的 XCP 标定系统遥 在该标定系统数据交

互中袁为增加标定系统通用性和代码可重用性袁采用符合 AUTOSAR 通信协议栈的标准接口袁实现与 AUTOSAR其他协

议栈的无缝连接遥 同时对 XCP 代码进行 QAC 检测袁提高标定系统代码阅读性遥 编写 Vector CANoe 的 CAPL 脚本程序袁进行自动功能测试袁检测标定系统功能的完整性遥 测试结果表明院所设计的标定系统数据交互实时性高尧可靠性强遥关键词院XCP曰AUTOSAR曰标定系统曰QAC文献标志码院A 文章编号院1674-5124渊2017冤12-0113-06

Development of XCP calibration system based on AUTOSAR architecture

XIE Jianghao1袁3袁4袁 PENG Yiqiang1袁3袁4袁 ZHU Li2袁 LUO Qingsong2

渊1. School of Automotive & Transportation Engineering袁Xihua University袁Chengdu 610039袁China曰2. Isoft Infrastructure Software Co.袁Ltd.袁Shanghai 200233袁China曰

3. Sichuan Collaborative Innovation Center for Automotive Key Components袁Chengdu 610039袁China曰4. Vehicle Measurement袁Control and Safety Key Laboratory of Sichuan Province袁

Xihua University袁Chengdu 610039袁China冤

Abstract: With regard to the diversified automobile bus and the amount of data exchangebetween ECU袁 a XCP calibration system that takes 32-bit microprocessor as the core of hardwareand AUTOSAR as the software architecture袁 complies with MISRA-C standard and applicable tovarious communication buses is designed. In the data exchange of the calibration system袁 thissystem uses a standard port suitable for AUTOSAR protocol stack to improve the universality ofthe system and the reusability of the code袁 and realizes the seamless connection with otherAUTOSAR protocol stacks. Meanwhile袁 the XCP system爷s code is detected with QAC method toimprove the code readability of the calibration system. A CAPL script program is written basedon Vector CANoe袁 and the automate testing of functional integrity of calibration system is carriedout. The test results show that the designed calibration system has high real-time data and strongreliability.Keywords: XCP曰 AUTOSAR曰 calibration system曰 QAC

中国测试CHINA MEASUREMENT & TEST Vol.43 No.12December袁2017第 43 卷第 12 期2017 年 12 月

doi院10.11857/j.issn.1674-5124.2017.12.022

中国测试 2017 年 12 月

0 引 言标定系统在汽车发动机控制系统尧 变速器控制

系统尧底盘控制系统尧刹车防抱死系统尧车身电子控

制系统等电子模块的开发中都具有重要作用袁可以

通过修改 ECU 控制软件参数来提高车辆安全和舒

适性能[1-2]遥 目前袁随着汽车智能化程度越来越高袁汽车电子控制单元的数目越来越多袁各电控单元之间的

通信速度越来越快袁通信采用的总线形式也趋于多

样化遥 但是袁国外开发的 XCP 标定软件不仅价格昂

贵袁而且不提供原代码袁而国内大部分汽车厂商的标

定软件都是基于 CAN 总线的 CCP 渊CAN calibrationprotocol冤标定协议[3-4]袁所以开发一款可以兼容不同

通信总线的 XCP 标定系统势在必行遥 但是袁由于汽

车电子控制单元的多样性袁 使得对不同的汽车电子

控制单元袁代码都需重新开发袁代码重用性低尧开发

成本高遥 为解决上述问题袁缩短研发周期袁需开发一

款可重用的标定软件遥为此袁本文开发了一款基于 AUTOSAR 架构的

XCP 标定系统遥该系统融入 AUTOSAR 软件架构袁使用通信标准接口进行数据交互袁实现 XCP 协议的模

块化开发袁同时 XCP 协议可以实现不同总线上的数

据传输袁适用于不同硬件平台袁提高通信能力袁解决

了使用其他汽车总线实现标定的难题遥最后袁通过对

所开发的标定系统进行代码 QAC 检测及功能测试袁结果显示该标定系统软件功能完整尧实时性高尧性能

稳定遥1 AUTOSAR架构简介

随着汽车电子控制系统复杂性的不断增加袁软件代码量急剧上升袁且嵌入式系统不支持硬件抽象袁导致处理器型号更换以后袁代码的重用性差袁软件往

往需要重新编写袁 这就使得软件系统开发周期长尧成本高袁不能满足汽车电子技术高速发展的要求遥于是 AUTOSAR 渊automotive open system architecture冤架构应运而生 [5]袁它是汽车制造商和供应商共同合

作开发尧建立的符合汽车电子开放式 E/E 架构行业

标准遥AUTOSAR 架构整体分为 3 层袁分别是应用层尧运

行环境抽象层尧基础软件层遥应用层包括传感器软件

组件尧执行器软件组件以及应用软件组件遥运行环境

抽象层是应用软件和基础软件层的通信桥梁袁可以为

应用层提供一个统一的通信环境遥 基础软件层是协

议栈的实现袁包括标准通信栈尧网络管理模块尧诊断

协议栈尧存储栈尧操作系统尧微控制器抽象层 MCAL渊microcontroller abstraction layer冤驱动软件模块遥

本文所述标定系统属于基础软件层袁它提供了

一种符合 AUTOSAR 标准通信接口的标定软件模块

解决方案遥2 XCP标定系统设计方案

本系统以飞思卡尔 32 位 MPC5644 作为微处理

器遥 该微处理器最高总线时钟频率可达到 150MHz袁内部 192 KB RAM袁4 MB 片内 Flash袁满足多标定数

据要求遥 其系统设计方案如图 1 所示遥

在此系统中袁标定工具支持Vector公司的CANape软件尧ETAS 公司的 INCA 软件以及普华 I-CAL 软

件袁PC 端标定软件与标定工具对应袁通信驱动模块可

以是 CAN 总线尧FlexRay 总线尧USB 等袁本系统使用

CAN 总线遥本系统的工作原理是院安装于 PC 端的标定软

件袁通过 GUI 界面发送指令袁标定工具将命令转换为

通信数据袁发送给微处理器 MPC5644 通信驱动模块袁XCP 标定协议栈根据命令要求进行相应操作遥 其通

信命令包括标准命令组尧标定命令组尧页切换命令组尧DAQ 基本命令组尧Flash 刷写组遥 XCP 标定协议栈响

应命令返回给 PC标定软件袁确认操作是否成功遥3 符合 AUTOSAR架构的 XCP协议实现

在 AUTOSAR 软件架构中袁通信模块通过 Inter鄄face渊接口冤模块与驱动模块进行连接遥 本系统使用

CAN 总线传输标定数据袁通过 Can Interface 模块嵌

入 AUTOSAR 软件架构遥 符合 AUTOSAR 软件架构

要求袁可以提高代码重用性袁更换处理器型号后袁代码不需要重新编写袁减少软件系统研发成本尧缩短开

发周期遥AUTOSAR 通信协议栈一般抽象为总线驱动模

块尧总线接口模块尧网络管理模块尧通信管理模块尧传输层模块以及内部数据交互模块等遥其中袁总线驱动

模块实现硬件通信驱动曰总线接口模块提供协议层数

标定软件PC端

标定工具

微处理器MPC5644

用户应用程序

工作页标定变量

测量变量

参考页标定变

量

Flash驱动模块XCP标定

协议栈

通信驱动模块

响应命令

发送命令

TXRX

图1 系统设计方案

114

第 43 卷第 12 期

据路由曰协议层数据路由袁通过诊断协议与诊断模块

通信实现诊断功能曰 网络管理模块通过网络管理协

议实现其功能曰内部数据交互模块实现 ECU 之间数

据交互遥同时运行环境抽象层与通信管理模块连接袁实现与应用层之间的通信[6]遥 图 2 显示 XCP 协议在

AUTOSAR 软件架构中的位置袁可以基于 CAN 总线尧FlexRay总线或以太网袁通过总线接口接入 AUTOSAR软件架构遥

XCP 协议实现数据标定与测量袁通过 AUTOSAR软件架构的总线接口实现数据发送与接收袁嵌入式

操作系统的任务调度实现不同通道 DAQ 周期上传遥在图 2 中袁AUTOSAR XCP 模块在总线接口模

块上方袁如 FlexRay 或 CAN 总线袁并通过总线接口

实现 XCP 协议独立标定数据的传输遥3.1 XCP协议数据发送过程分析

XCP 协议通过 CAN 接口模块的 CanIf_Transmit函数发送数据袁发送成功后袁调用 CanIf_TxIndication回调函数确认数据发送成功袁图 3 详细说明数据发送

成功后的处理过程遥

3.2 XCP协议数据接收响应过程分析

XCP 协议通过 CAN 接口模块的 CanIf_RxIndi鄄cation 函数接收测量数据袁并对其进行处理袁图 4 详

细说明数据接收成功后处理机制遥 具体实现了 XCP独有 Block 传输响应机制袁包含 DAQ 和 STIM 处理流

程以及事件错误与命令错误的处理机制遥 由于 CAN报文每帧最多 8Byte 数据袁未满 8Byte 数据需用 0xFF填充袁所以完成数据接收后袁需先对报文长度进行检

查袁然后再判断接收命令是否正确袁再进行相关处理遥在Block模式下袁进行DOWNLOAD和PROGRAM命令

处理袁需先将命令数据包存入缓存池袁判断当前标

定或刷写命令的总字节长度是否大于 6袁如果否袁则将状态置为接收曰如果大于 6袁则状态置为模块接收袁并将缓存池 ID设置为DNLOAD_NEXT或 PROGRAM_NEXT命令袁并结束接收过程遥3.3 XCP协议分析

XCP 协议通过主从模式进行通信遥 其中主机一

般指 PC 端标定软件袁从机一般指包含 XCP 协议的

ECU 模块遥 主机通过标准命令组中的 CONNECT 命

令进行与从机的连接曰建立连接后袁主机就可以发送

标定命令组的 DOWNLOAD 与 UPLOAD 命令进行数

据的标定与测定袁发送页切换组命令 SET_CAL_PAGE袁实现 RAM 与 Flash 不同区域切换袁发送 DAQ/STIM命令组的 WRITE_DAQ 等命令实现标定数据的实时

上传袁同时也可以发送 Flash刷写命令组的 PROGRAM命令实现数据储存[7]遥

XCP 协议接受到命令后袁首先判断前期接收到

的命令是否处理完成袁是否处于空闲状态袁再判断接

收到的命令是否有效袁如果是则进行相应的命令处理遥以标准命令处理过程为例袁进行说明遥3.4 标准命令分析

在 XCP 协议中袁标准命令主要用于主机与从机

建立连接袁数据的上传与下载以及数据解锁等遥其包

含的部分命令见表 1遥通过 CONNECT 命令主机与从机建立连接遥 如

果上传与下载数据需要解锁袁必须通过 GET_SEED命令获取密钥袁并使用 UNLOCK 命令进行解锁曰解锁

成功后袁通过 SET_MTA 命令指定工作地址袁之后才

可以通过 DOWNLOAD 命令下载数据到该地址或通

过 UPLOAD 命令上传该地址对应的数据遥 当完成数

据的传输后袁可以通过 DISCONNECT 命令断开主机

与从机之间的连接遥 表中的 DOWNLOAD_NEXT 命

令用于 Block 功能传输中遥4 XCP软件测试

XCP 软件测试主要是针对代码的 QAC 扫描和

嵌入式操作系统

运行环境抽象层

XCP协议

XCPonCan

XCPonFr

XCPonEth

内部数据交互模块

通信管理模块

诊断模块

协议层数据路由

传输层 网络管理

总线接口

总线驱动模块

图2 XCP协议在AUTOSAR软件架构位置

清除发送延时标志袁重置发送超时计数器

命令消息发送完成钥

是

否

处理XCP发送队列事件

结束

将命令处理状态置为Idle

图3 XCP协议数据发送过程

谢江浩等院基于 AUTOSAR 架构的 XCP 标定系统开发 115

中国测试 2017 年 12 月

功能测试袁其中 QAC 扫描用于检测编程规范是否满

足 MISRA-C 规范袁增强代码阅读性以及减少代码存

在的风险曰功能测试用于检测 XCP 软件功能是否正

确和完善遥4.1 QAC静态扫描分析

代码的 QAC 静态扫描主要包括最大嵌套值

STMIF尧路径复杂度 STCYC尧静态路径计数值 STPTH尧单一函数的行数 STLIN尧 声明静态全局变量和函数

STSCT尧注释密度 STCDN遥其中最大嵌套值需小于 5袁值过大会导致黑盒测试比较困难曰 路径复杂度需小

于 15袁值过大会增大代码复杂度遥 另外袁静态路径计

数值需小于 300袁单一函数的行数需小于 200袁声明

静态全局变量和函数需小于 30袁这 3 个数值均会影

响代码的可读性及可靠性[9]遥本文以最大嵌套值举例进行说明袁如图 5 所示遥

图中有一个函数的最大嵌套值超过最大值袁其原因

是在实际代码中袁该函数需要支持多种刷写方式袁且检查地址时需要对多种情况进行考虑袁为了功能的

完整性以及不影响代码可读性袁可以接受遥4.2 功能测试分析

在进行功能测试之前袁首先需要将 XCP 标定软

件集成到AUTOSAR软件架构中袁其中包括 OSEK OS院实现周期性任务的调度曰 通信模块院由于该系统基于

CAN 总线实现数据的传输袁所以主要包括 CAN 模块

相关的程序曰存储模块院主要是 Flash 程序的刷写袁实

部分标准命令 功能描述

CONNECT 建立连接

DISCONNECT 断开连接

SET_MTA 设定当前工作地址

UPLOAD 上传数据

DOWNLOAD 下载数据

DOWNLOAD_NEXT 用于 Block 模式多次下载

GET_SEED 获取种子

UNLOCK 解锁

表 1 XCP 协议部分标准命令组[8]

图4 XCP协议数据接收响应过程

否

否

否

CanIf_RxIndication

数据长度为8?是

命令正确钥

查找对应DAQ

激活STIM方向DAQ?

接收到的数据长度正确钥

将获取数据存入对应EventBuffer袁并跟

新DAQ状态

结束

否

是完成Block接收钥 将命令状态置为Recv

EV_SQUENCE_ERROR

ERR_CMD_BUSY

否

是

将命令状态置为BlockRecv袁将命令缓存内的ID置为对应的*_NEXT

DOWNLOAD/PROGRAM且长度大于6?

将命令状态置为Recv

命令状态为Idle?

更新BlockBuffer及相关变量

长度变量正确钥

SYNCH命令钥

命令状态为BlockRecv?

命令ID与命令缓存中相同钥

记录时间

将命令存入命令缓存

是

否

否

是

是

是是

否

是

否

否

是

是

否

116

第 43 卷第 12 期

图6 硬件环境

现数据的保存与读取遥本文中袁XCP标定软件的功能测试工具为Vector的

CANoe遥 通过对其编写 CAPL 脚本程序袁可以模拟主

图5 最大嵌套值

1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69 73 77 81 85 89 93 97 101 105 109 113 117 121 125 1290

1

2

3

4

5

6

7

8

max MF院5

min MF院1下限

上限

嵌套数

图7 测试脚本界面

谢江浩等院基于 AUTOSAR 架构的 XCP 标定系统开发 117

中国测试 2017 年 12 月

机发送各种命令同时接受响应数据袁将响应数据与

期望数据进行比较袁就可以自动实现标定软件功能

测试[10-11]袁图 6 是功能测试过程中搭建的硬件环境遥图中左边为 MPC5644 开发板袁作为 XCP 标定系统的

下位机曰右上角为 CANoe 工具袁实现数据的传输曰右下角为 PE下载器袁实现对XCP系统程序刷写及调试遥

图 7 显示了测试脚本界面袁通过添加 TestCase与

TestFunction 完成 XCP 系统功能性测试遥 然后对连

接命令的测试进行说明袁图 8 显示了连接命令的 3 种

不同测试用例遥 图 8渊a冤表示院发送正常连接命令袁正常响应曰图 8渊b冤表示院重复发送正常连接命令袁第 1次正常响应袁第 2 次响应已连接错误曰图 8渊c冤表示院

第 1 次发送正常连接命令后袁正常响应袁再发送错误

地址连接命令袁响应超出范围错误遥 图 9 显示测试结

果袁从图中可以看出测试结果都通过袁说明所研制的

XCP 系统标定尧测量尧存储等功能都满足要求遥5 结束语

基于飞思卡尔 32 位微处理器 MPC5644袁完成

了所研制的 XCP 标定系统的功能测试遥 通过在该微

处理器中刷写基于 AUTOSAR 架构的 XCP 系统袁并通过 CANoe 工具编写 CAPL 脚本袁实现 XCP 功能的

自动测试遥 其中涉及嵌入到 AUTOSAR 架构袁主要体

现在通信模块接口规范袁用于实现数据的传输遥由于

该系统基于 CAN总线通信袁所以使用 CAN 接口模块

嵌入 AUTOSAR 架构中遥 嵌入到 AUTOSAR 架构中袁可以增强代码的重用性袁 对于后期基于 FlexRay 与

以太网通信袁只需要修改与硬件相关的驱动模块袁就能够完成 XCP 基于 FlexRay 或以太网通信的移植袁减少软件的开发周期袁从而节约开发成本袁提供汽车

总线多样化的解决方案遥参考文献

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动软件开发[J]. 计算机工程袁2011袁37渊9冤院62-64袁67.渊编辑院商丹丹冤

渊b冤测试2渊a冤测试1

发送正确连接命令

正常响应

结束

发送正确连接命令

正常响应

重复发送连接命令

响应已连接错误

结束

渊c冤测试3

发送正确连接命令

正常响应

发送连接错误地址命令

响应超出范围错误

结束

图8 连接命令的3种测试用例

图9 测试结果

118