入门车载以太网(6) -- XCP on Ethernet

文摘 2024-12-14 07:44 上海

1.寻址方式

2.数据帧格式

3.特殊指令

4.使用实例

了解了SOME/IP之后，继续来看看车载以太网在汽车标定领域的应用。

在汽车标定领域XCP是非常重要的协议，咱们先来回顾下基础概念。

XCP全称Universal Measurement and Calibration Protocol，主要作用就是对ECU进行数据标定和数据采集，加速ECU的开发。

既然是通用协议，理论上使用任何物理总线进行数据传输都是可以的；此外，XCP是由CCP（CAN Calibration Protoco）V2.1版本演变而来，因此XCP的"X"代表了多种传输层，例如XCP on CAN、XCP on TCP/IP、XCP on UDP/IP、XCP on USB，如下图：

那么从这个逻辑出发，我们也能分析出，XCP协议总体可分为两大部分：

基础通用协议，包括协议描述、A2L接口描述、Seed&Key接口描述、通信示例等等；
传输层协议，包括XCP on CAN\Ethernet\SPI\USB等等数据传输的描述。

基础通用协议我们前面已经聊得很多了，今天看看XCP on Ethernet的一些特点。

1.寻址方式

首先回顾下XCP的通信模型：

这张图很多人搞混淆，认为Master可以使用一个ID同时和不同Slave节点通信，实则不然（瞬间打脸，例外：Master通过CAN\ETH发送GET_SLAVE_ID获取在线的Slave等）；

实际上，XCP是标准Single-Master/Single-Slave的通信，即Master在建立通信连接时，是需要特定的slave ID，进行点对点且连续的连接，此外关闭连接时也要通知Slave。

但是，在上图中可以看到XCP它是允许同时建立多个Single-Master/Single-Slave通信，例如，Master不同的CAN ID，发送相同连接指令给到不同Slave，如下：

这是最常见的XCP on CAN的寻址方式。

那么假设传输层使用以太网呢？这就需要IP地址和端口号（Port Number）。根据通信协议又可以分为TCP/IP 和UDP/IP。

TCP/IP：Slave一直处于监听状态，当然一次只能接受一个连接，由于该协议本身面向连接，且具备重传机制，因此可以防止数据丢失；
UDP/IP：当Slave未连接时，接收到CONNECT命令时是向命令发送方给定的IP地址和端口发送回复进行相应，对于所有后续响应，它将继续响应此IP地址和端口。当连接时，即使使用另一个端口，它也只响应来自发送CONNECT命令的IP地址的信息。

2.数据帧格式

我们首先将XCP帧从车载以太网传输层（Layer4）解封装出来，如下：

根据标准，其中细节如下图所示：

与XCP on CAN Message相比，以太网帧多了一个XCP Header，即以太网控制域。

以太网控制域参数包括LEN、CTR，长度WORD(XCP中2byte)。

LEN：表示XCP Packet的数据长度，单位为Bytes；

CTR：用于检测丢包。TCP/IP丢包后可重传，因此这个位域主要为UDP/IP服务，Master在发送第一条消息时，CTR进行自增；Slave在本地维护同样的计数器，以相同方式响应，每发送一帧就增加自己的计数器。这和SecOC维护FvM比较类似，为了发挥UDP/IP本身的性能，一般用于数据采集，当然丢帧会产生测量间隙，如果确实影响了观测，建议使用TCP/IP。

3.特殊指令

既然是基于以太网进行数据传输，在指令上也会有所变化，具体包括了如下几条指令：

GET_SLAVE_ID

Master发送该指令，用于探测Slave节点，因此只能用于UDP/IP。具体来讲，主机发送一条IPv4的多播消息，IPv4地址固定为239.255.0.0，端口号固定为5556，无论XCP Slave是否已经与Master建立了连接，Slave都必须处理请求并返回响应，响应的信息包括从机IP地址、端口号、Slave自身是否可用、使用TCP还是UDP或者都全部使用等。

GET_SLAVE_ID_EXTENDED

获取slave的额外信息，主要是MAC地址等；

SET_SLAVE_IP_ADDRESS

该指令用于Master给Slave分配IP地址，当然这个IP地址就是自定义，不在标准范围。Slave也需要进行响应，保证IP 地址是否有效，是否需要手动激活IP地址等；

GET_DAQ_CLOCK_MULTICAST

该指令主要是Master需要更好关联多个Slave的时间，因此需要同一传输总线的Slave在同一时刻返回一个时间戳。这个比较理想化，不仅需要每个Slave响应速度一致，还需要Slave->Master的传输延迟一致。

Master下发指令后，Slave会回复EV_TIME_SYNC（该帧带有时间戳），如下所示：

EV_TIME_SYNC报文格式如下：

4.使用实例

目前来看，XCP on Ethernet主要用于高速测量和标定系统，通信速率可达50MBytes/s，实现方法可以参考Vector的POD技术或者ETAS的ETK技术。

以Vector VX1000为例，它为ECU的XCP on Ethernet提供了可能。首先这个硬件盒子自带以太网端口，其次Vector针对主流车规MCU设计了POD硬件，该硬件可通过Debug接口（例如DAP、JTAG、Nexus）等接口直接访问ECU的数据并返回给VX1000这个小盒子，换句话说，CANape是上位机作为Master，VX1000+POD作为Slave，因此理论上讲ECU内部就不需要再实现XCP on Slave的软件协议栈。如下图所示：

看到这里，不由得想到英飞凌TC4xx在Trace设计时特意数据传输路径给到ETH，只需要XCP Slave的实现，就可以不用POD。

看来从芯片的迭代和设计上也能看到芯片厂、Tier 1 、OEM之间的博弈。

谦益行

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