0 引言

标定系统在汽车发动机控制系统、变速器控制系统、底盘控制系统、刹车防抱死系统、车身电子控制系统等电子模块的开发中都具有重要作用，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]。目前，随着汽车智能化程度越来越高，汽车电子控制单元的数目越来越多，各电控单元之间的通信速度越来越快，通信采用的总线形式也趋于多样化。但是，国外开发的XCP标定软件不仅价格昂贵，而且不提供原代码，而国内大部分汽车厂商的标定软件都是基于CAN总线的CCP（CAN calibration protocol）标定协议^[3-4]，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。但是，由于汽车电子控制单元的多样性，使得对不同的汽车电子控制单元，代码都需重新开发，代码重用性低、开发成本高。为解决上述问题，缩短研发周期，需开发一款可重用的标定软件。

为此，本文开发了一款基于AUTOSAR架构的XCP标定系统。该系统融入AUTOSAR软件架构，使用通信标准接口进行数据交互，实现XCP协议的模块化开发，同时XCP协议可以实现不同总线上的数据传输，适用于不同硬件平台，提高通信能力，解决了使用其他汽车总线实现标定的难题。最后，通过对所开发的标定系统进行代码QAC检测及功能测试，结果显示该标定系统软件功能完整、实时性高、性能稳定。

1 AUTOSAR架构简介

随着汽车电子控制系统复杂性的不断增加，软件代码量急剧上升，且嵌入式系统不支持硬件抽象，导致处理器型号更换以后，代码的重用性差，软件往往需要重新编写，这就使得软件系统开发周期长、成本高，不能满足汽车电子技术高速发展的要求。于是AUTOSAR（automotive open system architecture）架构应运而生^[5]，它是汽车制造商和供应商共同合作开发、建立的符合汽车电子开放式E/E架构行业标准。

AUTOSAR架构整体分为3层，分别是应用层、运行环境抽象层、基础软件层。应用层包括传感器软件组件、执行器软件组件以及应用软件组件。运行环境抽象层是应用软件和基础软件层的通信桥梁，可以为应用层提供一个统一的通信环境。基础软件层是协议栈的实现，包括标准通信栈、网络管理模块、诊断协议栈、存储栈、操作系统、微控制器抽象层MCAL（microcontroller abstraction layer）驱动软件模块。

本文所述标定系统属于基础软件层，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。

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。该微处理器最高总线时钟频率可达到150 MHz，内部192 KB RAM，4 MB片内Flash，满足多标定数据要求。其系统设计方案如图 1所示。

在此系统中，标定工具支持Vector公司的CANape软件、ETAS公司的INCA软件以及普华I-CAL软件，PC端标定软件与标定工具对应，通信驱动模块可以是CAN总线、FlexRay总线、USB等，本系统使用CAN总线。

本系统的工作原理是：安装于PC端的标定软件，通过GUI界面发送指令，标定工具将命令转换为通信数据，发送给微处理器MPC5644通信驱动模块，XCP标定协议栈根据命令要求进行相应操作。其通信命令包括标准命令组、标定命令组、页切换命令组、DAQ基本命令组、Flash刷写组。XCP标定协议栈响应命令返回给PC标定软件，确认操作是否成功。

3 符合AUTOSAR架构的XCP协议实现

在AUTOSAR软件架构中，通信模块通过Interface（接口）模块与驱动模块进行连接。本系统使用CAN总线传输标定数据，通过Can Interface模块嵌入AUTOSAR软件架构。符合AUTOSAR软件架构要求，可以提高代码重用性，更换处理器型号后，代码不需要重新编写，减少软件系统研发成本、缩短开发周期。

AUTOSAR通信协议栈一般抽象为总线驱动模块、总线接口模块、网络管理模块、通信管理模块、传输层模块以及内部数据交互模块等。其中，总线驱动模块实现硬件通信驱动；总线接口模块提供协议层数据路由；协议层数据路由，通过诊断协议与诊断模块通信实现诊断功能；网络管理模块通过网络管理协议实现其功能；内部数据交互模块实现ECU之间数据交互。同时运行环境抽象层与通信管理模块连接，实现与应用层之间的通信^[6]。图 2显示XCP协议在AUTOSAR软件架构中的位置，可以基于CAN总线、FlexRay总线或以太网，通过总线接口接入AUTOSAR软件架构。

XCP协议实现数据标定与测量，通过AUTOSAR软件架构的总线接口实现数据发送与接收，嵌入式操作系统的任务调度实现不同通道DAQ周期上传。

在图 2中，AUTOSAR XCP模块在总线接口模块上方，如FlexRay或CAN总线，并通过总线接口实现XCP协议独立标定数据的传输。

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，发送成功后，调用CanIf_TxIndication回调函数确认数据发送成功，图 3详细说明数据发送成功后的处理过程。

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_RxIndication函数接收测量数据，并对其进行处理，图 4详细说明数据接收成功后处理机制。具体实现了XCP独有Block传输响应机制，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。由于CAN报文每帧最多8Byte数据，未满8Byte数据需用0xFF填充，所以完成数据接收后，需先对报文长度进行检查，然后再判断接收命令是否正确，再进行相关处理。在Block模式下，进行DOWNLOAD和PROGRAM命令处理，需先将命令数据包存入缓存池，判断当前标定或刷写命令的总字节长度是否大于6，如果否，则将状态置为接收；如果大于6，则状态置为模块接收，并将缓存池ID设置为DNLOAD_NEXT或PROGRAM_NEXT命令，并结束接收过程。

3.3 XCP协议分析

XCP协议通过主从模式进行通信。其中主机一般指PC端标定软件，从机一般指包含XCP协议的ECU模块。主机通过标准命令组中的CONNECT命令进行与从机的连接；建立连接后，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，发送页切换组命令SET_CAL_PAGE，实现RAM与Flash不同区域切换，发送DAQ/STIM命令组的WRITE_DAQ等命令实现标定数据的实时上传，同时也可以发送Flash刷写命令组的PROGRAM命令实现数据储存^[7]。

XCP协议接受到命令后，首先判断前期接收到的命令是否处理完成，是否处于空闲状态，再判断接收到的命令是否有效，如果是则进行相应的命令处理。以标准命令处理过程为例，进行说明。

3.4 标准命令分析

在XCP协议中，标准命令主要用于主机与从机建立连接，数据的上传与下载以及数据解锁等。其包含的部分命令见表 1。

通过CONNECT命令主机与从机建立连接。如果上传与下载数据需要解锁，必须通过GET_SEED命令获取密钥，并使用UNLOCK命令进行解锁；解锁成功后，通过SET_MTA命令指定工作地址，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。当完成数据的传输后，可以通过DISCONNECT命令断开主机与从机之间的连接。表中的DOWNLOAD_NEXT命令用于Block功能传输中。

4 XCP软件测试

XCP软件测试主要是针对代码的QAC扫描和功能测试，其中QAC扫描用于检测编程规范是否满足MISRA-C规范，增强代码阅读性以及减少代码存在的风险；功能测试用于检测XCP软件功能是否正确和完善。

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、路径复杂度STCYC、静态路径计数值STPTH、单一函数的行数STLIN、声明静态全局变量和函数STSCT、注释密度STCDN。其中最大嵌套值需小于5，值过大会导致黑盒测试比较困难；路径复杂度需小于15，值过大会增大代码复杂度。另外，静态路径计数值需小于300，单一函数的行数需小于200，声明静态全局变量和函数需小于30，这3个数值均会影响代码的可读性及可靠性^[9]。

本文以最大嵌套值举例进行说明，如图 5所示。图中有一个函数的最大嵌套值超过最大值，其原因是在实际代码中，该函数需要支持多种刷写方式，且检查地址时需要对多种情况进行考虑，为了功能的完整性以及不影响代码可读性，可以接受。

4.2 功能测试分析

在进行功能测试之前，首先需要将XCP标定软件集成到AUTOSAR软件架构中，其中包括OSEK OS：实现周期性任务的调度；通信模块：由于该系统基于CAN总线实现数据的传输，所以主要包括CAN模块相关的程序；存储模块：主要是Flash程序的刷写，实现数据的保存与读取。

本文中，XCP标定软件的功能测试工具为Vector的CANoe。通过对其编写CAPL脚本程序，可以模拟主机发送各种命令同时接受响应数据，将响应数据与期望数据进行比较，就可以自动实现标定软件功能测试^[10-11]，图 6是功能测试过程中搭建的硬件环境。图中左边为MPC5644开发板，作为XCP标定系统的下位机；右上角为CANoe工具，实现数据的传输；右下角为PE下载器，实现对XCP系统程序刷写及调试。

图 7显示了测试脚本界面，通过添加TestCase与TestFunction完成XCP系统功能性测试。然后对连接命令的测试进行说明，图 8显示了连接命令的3种不同测试用例。图 8（a）表示：发送正常连接命令，正常响应；图 8（b）表示：重复发送正常连接命令，第1次正常响应，第2次响应已连接错误；图 8（c）表示：第1次发送正常连接命令后，正常响应，再发送错误地址连接命令，响应超出范围错误。图 9显示测试结果，从图中可以看出测试结果都通过，说明所研制的XCP系统标定、测量、存储等功能都满足要求。

5 结束语

基于飞思卡尔32位微处理器MPC5644，完成了所研制的XCP标定系统的功能测试。通过在该微处理器中刷写基于AUTOSAR架构的XCP系统，并通过CANoe工具编写CAPL脚本，实现XCP功能的自动测试。其中涉及嵌入到AUTOSAR架构，主要体现在通信模块接口规范，用于实现数据的传输。由于该系统基于CAN总线通信，所以使用CAN接口模块嵌入AUTOSAR架构中。嵌入到AUTOSAR架构中，可以增强代码的重用性，对于后期基于FlexRay与以太网通信，只需要修改与硬件相关的驱动模块，就能够完成XCP基于FlexRay或以太网通信的移植，减少软件的开发周期，从而节约开发成本，提供汽车总线多样化的解决方案。