XCP学习

XCP介绍

XCP是一种通用的测量和标定协议，C代表Calibration，P代表Protocol，X代表总线类型，可以是CAN、ETHERNET、USB等等，最常用的就是XCP on CAN。通过XCP可以在系统运行时进行参数修改和信号测量，从而最优化ECU的参数配置，避免了以前传统的“修改代码-编译-烧写-测试”方式，提高效率的同时也减少了出错几率。

XCP是一种主从式通信，上位机工具作为Master，目标ECU则是Slave，所有功能都是通过主从之间的通信交互实现。

从上图能够看到，主从之间的交互信息可以分为两类，一类是命令报文CTO（Command Transfer Objects），由Master发送命令（CMD），Slave进行应答（RES/ERR/EV/SERV）；一类是数据报文DTO（Data Transfer Objects），包括数据采集（DAQ）及激励（STIM）。

• XCP报文定义

  XCP报文由三部分组成：Header、Packet和Tail，其中Header及Tail由使用的传输层协议决定，比如对于CAN总线来讲，Header为空，Tail则为填充部分。XCP Packet分为标识域（Identification Field）、时间戳域（Timestamp Field）和数据域（Data Field），见下图所示：

  

  标识域（Identification Field）

  标识域由PID、FILL和DAQ组成，PID（Packet Identifier）顾名思义标识了整个Packet的作用，对CTO来讲就是命令码/应答码，CMD报文取值0xC0~0xFF（例如PID=0xFF时表示CONNECT命令），SERV、EV、ERR和RES取值0xFC~0xFF，对DTO来讲就是ODT编号，DAQ报文取值0x00~0xFB，STIM报文取值0x00~0xBF；FILL和DAQ只在DTO下才有，FILL用于特定情况下的字节对齐填充，DAQ则表示列表编号；关于ODT和DAQ后面还会提到。

  时间戳域（Timestamp Field）

  CTO没有时间戳，DTO有但也是可选的，时间戳只在每次DAQ读取的首个ODT中存在。

  数据域（Data Field）

  在CTO中存放命令参数或者应答信息，在DTO中存放数据信息。

  • CTO

    XCP的命令分为两类，一类是协议固定要求的，必须实现/支持，一类则是可选的，可以不用实现/支持，比如下表是XCP部分的命令说明：

    Command	PID	Optional
    CONNECT	0xFF	No
    DISCONNECT	0xFE	No
    GET_STATUS	0xFD	No
    SYNCH	0xFC	No
    GET_COMM_MODE_INFO	0xFB	Yes
    GET_ID	0xFA	Yes
    SET_REQUEST	0xF9	Yes
    GET_SEED	0xF8	Yes
    UNLOCK	0xF7	Yes
    SET_MTA	0xF6	Yes
    UPLOAD	0xF5	Yes
    SHORT_UPLOAD	0xF4	Yes
    BUILD_CHECKSUM	0xF3	Yes
    TRANSPORT_LAYER_CMD	0xF2	Yes
    USER_CMD	0xF1	Yes

    像CONNECT、DISCONNECT、GET_STATUS、SYNCH都是必须要支持的，其它诸如GET_ID、SET_REQUEST、GET_SEED则是可选的，限于篇幅，本文不会讨论所有的命令及其参数细节，相关信息可以参考XCP的传输层协议规范。

    XCP支持主从之间三种不同的命令/应答交互方式：标准通信、块传输和交叉通信。

    标准通信（Standard)

    标准通信即是经典的一问一答方式，Master发送请求，Slave发送应答，并且在Slave响应前一个请求前，Master不能发送下一个请求。

    

    块传输（Block）

    块传输类似多问一答或者一问多答，指在有大量数据交互的情况下（如上载、下载及flash编程）能够缩短传输时间，提高效率。

    

    交叉通信（Interleaved）

    交叉通信类似多问多答，Master发送请求时不需要等到前一个请求被Slave应答。

    

    • DTO

      ODT&DAQ

      通常目标观测量都是内存中的变量Element，每个Element都有自己的地址和长度，根据这些地址和长度信息可以将多个Element拼在一起成为ODT（Object Description Table）条目，相应的这些Element就称为ODT_ENTRY，然后将多个ODT条目排列在一起成为DAQ（Data AcQuisition），多个DAQ组成DAQ list，最终，ODT_ENTRY、ODT和DAQ构成了一个三维空间（见下图），当然这空间并不是无限延申的，各个维度都有自身限制。

      

      DAQ既可以静态配置也可以动态配置，动态配置需要使用FREE_DAQ、ALLOC_DAQ、ALLOC_ODT和ALLOC_ODT_ENTRY四个命令。

      

      动态分配遵循从大到小的原则，首先释放DAQ，接着分配DAQ，然后分配DAQ下的ODT，再来是ODT下的ODT_ENTRY，分配完了之后，ODT_ENTRY内容还是空的，还需要将其和内存中的Element进行赋值绑定。

      

      测量模式

      上面说的DAQ有什么用呢，在说明之前，先来看下如果想通过XCP观测一个变量，最简单的方式大概就像下图所示采用查询方法了：

      

      这里为了获取观测量的最新状态，Master需要周期不断的发送请求命令，Slave则通过响应命令将值发回给Master，采用这种方式首先效率不高，如果同时观测多个不同量的话数据一致性也无法保证，timestamp机制也没法使用。

      如果使用DAQ的话，在启动测量后Slave根据内部DAQ的trigger event发送观测量，不再需要Master去主动请求，并且可以实现不同级别的数据一致性，比如实现ODT级别的数据一致性，一个ODT内的所有ODT_ENTRY会在同一时间进行采样：

      

      也可以实现DAQ级别的数据一致性，DAQ内的所有ODT会在同一时间进行采样：

      

      XCP还提供了一种低性能的测量方式，该模式只会用来观测ECU内部那些对资源消耗不大的数据：

      

      事件通道（EVENT CHANNELS）

      每个事件通道对应一个周期时间，决定了该通道下数据传输的频率，一个通道下可以有多个DAQ：

      

      • 在线标定

        标定量一般都是放在Flash内的，而Flash中的数据在运行时是无法修改的，那要如何去进行在线动态标定呢，实际上XCP会将Flash中的标定数据映射到RAM中，在程序运行时使用的是RAM中的数据，这样在线标定改的是RAM里的内容，从而可以动态体现变量修改前后的行为变化。

        

        XCP甚至可以将一份标定数据映射为多份，每份可以进行不同的参数配置，从而方便在不同标定配置间灵活切换。

        • XCP状态机

          在启动阶段，如果使用了上电自动传输功能，会进入RESUME状态发送数据，否则正常启动进入DISCONNECTED状态，在该状态下XCP只响应CONNECT命令，其它命令一概不理，收到CONNECT命令后会进入CONNECTED状态，XCP正常工作期间就处于该状态。