Bootloader 介紹

大多數(shù)Bootloader 包含兩種操作模式。

• 啟動(dòng)加載模式
• 下載模式

對(duì)于大多數(shù)汽車軟件開發(fā)者來說，從客戶需求的角度，他們更多關(guān)心Bootloader的下載模式。下面我們將從CAN Bootloader的一般需求入手，來介紹一下CAN Bootloader 的整個(gè)實(shí)現(xiàn)過程。

CAN Bootloader 簡(jiǎn)述

通過CAN網(wǎng)絡(luò)升級(jí)一般需要考慮下面幾個(gè)方向。

01 針對(duì)單一節(jié)點(diǎn)

CAN網(wǎng)絡(luò)是串行結(jié)構(gòu)，在對(duì)節(jié)點(diǎn)升級(jí)的時(shí)候，不能被別的節(jié)點(diǎn)影響，也不能影響到別的節(jié)點(diǎn)。這里就需要進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)升級(jí)。在OEM 的規(guī)范中會(huì)對(duì)每一個(gè)ECU 都有自己的診斷ID。一般情況下針對(duì)CAN網(wǎng)絡(luò)的ECU有。

兩個(gè)接收ID

• 功能尋址ID
• 物理尋址ID

一個(gè)發(fā)送ID

• 診斷發(fā)送ID

這樣可以確保點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的操作，和其他節(jié)點(diǎn)互相不干擾。

02 節(jié)點(diǎn)的智能設(shè)計(jì)

在CAN網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)更新，最進(jìn)本的就是master ECU 把數(shù)據(jù)有效的傳輸給Slave ECU, 這樣Slave ECU 對(duì)自身的flash 進(jìn)行操作。在這個(gè)過程中需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一定要求。

• 保證數(shù)據(jù)傳遞的有效性-->傳輸過程沒有錯(cuò)誤
• 保證數(shù)據(jù)本身的真實(shí)性--> 未被篡改
• 保證數(shù)據(jù)發(fā)送方的可靠性-->被授權(quán)的ECU
• 保證數(shù)據(jù)本身的正確性--> 是否與Bootloader 兼容
• 等等需求

這里對(duì)傳輸過程的保證，汽車OEM 一般通過UDS 讓Master ECU 和 Slave 進(jìn)行交互。通過握手協(xié)議，以及一些routine 來對(duì)上面需求進(jìn)行一一實(shí)現(xiàn)。

針對(duì)UDS 這里不一一介紹，可以翻閱14229 自行查詢。

注意這里缺少新版的 0x29 服務(wù)。

UDS診斷29認(rèn)證服務(wù)-Authentication Service

03 進(jìn)入Bootloader 模式

一般來說這里有一下幾種方式

• APP 主動(dòng)跳轉(zhuǎn)至 Bootloader 模式
• 上電啟動(dòng)由于Bootloader 檢測(cè)APP 失效，主動(dòng)停留在Bootloader
• APP 軟件異常，自動(dòng)復(fù)位到Bootloader 模式下。

這里針對(duì)OEM 的升級(jí)需求，一般是 第一種， APP 主動(dòng)跳轉(zhuǎn)至Bootloader 模式。因?yàn)锽ootloader 不一定都是需要依賴UDS的，這里統(tǒng)一叫Bootloader 模式，OEM 的 UDS 的規(guī)范里面的名稱叫做programming session。

一般來說OEM 會(huì)在APP 里面先進(jìn)行session 跳轉(zhuǎn)，身份驗(yàn)證。

最后通過 10 02 命令讓APP 跳轉(zhuǎn)到Bootloader 模式下。

在我們進(jìn)行bootloader設(shè)計(jì)的時(shí)候，可以通過任何特定方式，注意這里的特定方式不能是隨隨便便就可以觸發(fā) 的，防止誤觸進(jìn)入bootloader 模式。

因?yàn)樘D(zhuǎn)的邏輯是 APP 檢測(cè)到一定的條件，然后 對(duì)某些寄存器，或者某些Bootloader 可讀的內(nèi)存空間進(jìn)行寫flag. 隨后進(jìn)行reset. 這樣在reset完成之后， bootloader 會(huì)檢測(cè)到，這次不需要跳轉(zhuǎn)至APP 了。

04 對(duì)bootloader的要求

從實(shí)際的研發(fā)需求出發(fā)，這里列出了一些常用的需求。實(shí)際OEM 的bootloader 可能會(huì)細(xì)化需求，但是最終都是為了下面的目的提出來的需求。

• 多次數(shù)據(jù)更新
• 刷寫速度，傳輸速度
• 差分更新
• 身份驗(yàn)證
• 數(shù)據(jù)格式的標(biāo)準(zhǔn)化
• 對(duì)數(shù)據(jù)的完整性，有效性等進(jìn)行校驗(yàn)
• 對(duì)APP 的有效性進(jìn)行校驗(yàn)
• 上位機(jī)方便友好

OEM 對(duì)Bootloader 的基本要求

在OEM 的需求里，在刷寫過程一般分為三個(gè)步驟。

• 前處理
• 刷寫
• 后處理

分別是做什么的呢？

前處理

需求各不相同，但是目的基本都一致。

• 避免其他節(jié)點(diǎn)對(duì)升級(jí)過程的影響
• 避免自身節(jié)點(diǎn)對(duì)升級(jí)過程的影響
• 避免自身節(jié)點(diǎn)對(duì)其他節(jié)點(diǎn)的影響

刷寫

通過一系列的UDS 命令進(jìn)行 點(diǎn)對(duì)點(diǎn) 交互。其目的和前面提到的一致。

• 發(fā)送數(shù)據(jù)的ECU 可靠
• 數(shù)據(jù)傳輸過程可靠
• 數(shù)據(jù)有效性(識(shí)別有沒有被篡改)
• 數(shù)據(jù)加密解密數(shù)據(jù)安全
• 等等

后處理

解除自身的特殊狀態(tài)。更新配置參數(shù)等等。

這里面 ECU 需要做好和APP 的相互校驗(yàn)。需要達(dá)到

• APP 是否有效，Bootloader 需要能判斷出
• APP 運(yùn)行時(shí)無效，需要能有效進(jìn)入Bootloader模式。
• APP 無效， Bootloader 不應(yīng)該跳入
• 等等

Bootloader的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

總結(jié)一句話

最基本的Bootloader通過傳輸協(xié)議把數(shù)據(jù)可靠的寫入指定的內(nèi)存空間

通過上面的分析，總結(jié)一下我們需要實(shí)現(xiàn)哪些功能。

01 控制器最小系統(tǒng)

單純運(yùn)行Bootloader的軟件，這里是不需要os的。只需要一個(gè)while(1) + 中斷系統(tǒng)順序執(zhí)行即可。

本文以Aurix Tricore芯片示例代碼介紹。

啟動(dòng)代碼

static void __StartUpSoftware(void);
static void __StartUpSoftware_Phase2(void);
static void __StartUpSoftware_Phase3ApplicationResetPath(void);
static void __StartUpSoftware_Phase3PowerOnResetPath(void);
static void __StartUpSoftware_Phase4(void);
static void __StartUpSoftware_Phase5(void);
static void __StartUpSoftware_Phase6(void);
static void __Core0_start(void);

main 函數(shù)

這里面實(shí)現(xiàn)很簡(jiǎn)單，只需要判斷是否進(jìn)入app. 如果不進(jìn)入app. 就只需要監(jiān)聽通訊接口的數(shù)據(jù)，進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的操作即可。

int main(void)
{
  if(*((uint32_t *)APP_EXE_FLAG_START_ADDR)==0x80001000){
    CAN_BOOT_JumpToApplication(APP_START_ADDR);
  }
  __set_PRIMASK(0);//開啟總中斷
  CAN_Configuration(1000000);


  while (1)
  {
    if(CAN1_CanRxMsgFlag){
      CAN_BOOT_ExecutiveCommand(&CAN1_RxMessage);
      CAN1_CanRxMsgFlag = 0;
    }
  }
}

02 通訊驅(qū)動(dòng)

這里面采用的是比較簡(jiǎn)單的CAN 通訊。

一般來說因?yàn)樯衔粰C(jī)在傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)候，速度是很快的。我們bootloader里面的CAN 接收需要采用中斷的模式進(jìn)行收發(fā)。

對(duì)于CAN 的參數(shù)配置。

波特率

typedef  struct {
  unsigned char   SJW;
  unsigned char   BS1;
  unsigned char   BS2;
  unsigned short  PreScale;
} tCAN_BaudRate;

可以根據(jù)芯片手冊(cè)的原理進(jìn)行配置。

這里面對(duì)于Bootloader來說，比較重要的就是波特率和收發(fā)報(bào)文ID 以及中斷模式。

因?yàn)檫@些是需要和上位機(jī)進(jìn)行配合的。

這里給出以下Mcal 代碼初始化CAN時(shí)候的形參。可以大概看出需要初始化的內(nèi)容

/*******************************************************************************
** Traceability   : [cover parentID={196A1432-EAB1-461a-BD6C-259784BF6397}]   **
**                                                                            **
**  Syntax           : void Can_17_McmCan_Init                                **
**                    (                                                       **
**                      const Can_17_McmCan_ConfigType* const Config          **
**                    )                                                       **
**                                                                            **
**  Description      : Driver Module Initialization function                  **
**                    * This function initializes:                            **
**                    * Static variables, including flags                     **
**                    * CAN HW Unit global hardware settings                  **
**                    * Controller specific settings for each CAN Controller  **
**  All CAN Controllers will be in state CANIF_CS_STOPPED after initialization**
**  [/cover]                                                                  **
**                                                                            **
**  Service ID       : 0x00                                                   **
**                                                                            **
**  Sync/Async       : Synchronous                                            **
**                                                                            **
**  Reentrancy       : Non-Reentrant                                          **
**                                                                            **
**  Parameters(in)   : Config - Pointer to all cores CAN driver configuration **
**                                                                            **
**  Parameters (out) : none                                                   **
**                                                                            **
**  Return value     : none                                                   **
**                                                                            **
*******************************************************************************/

對(duì)于bootloader來說，這里只需要三個(gè)接口

初始 化，收，發(fā)

void CAN_Configuration_init(uint32_t BaudRate);
uint8_t CAN_WriteData(CanTxMsg *TxMessage);
uint16_t Read_CAN_Address(void);

03 內(nèi)存驅(qū)動(dòng)

首先看一下內(nèi)存分配

PFLASH

DFLASH

一般來說 被刷的軟件格式是Hex 或S19. 針對(duì)這兩種格式就不說了。

code 和 data 可以根據(jù)主機(jī)廠需求分為兩個(gè)或多個(gè)Hex.

所以這里需要對(duì)Pflash 和 DFlash 都進(jìn)行操作。

需要注意的是兩個(gè)不同的flash 操作的 扇區(qū)大小是不一樣的。Mcal提供的接口已經(jīng)做了相對(duì)應(yīng)的處理。

對(duì)于bootloader來說，需要的接口 擦除 和 寫入。

/*******************************************************************************
** Syntax           :  FlsLoader_ReturnType FlsLoader_Write(                  **
**                      const FlsLoader_AddressType TargetAddress,            **
**                      const FlsLoader_LengthType Length,                    **
**                      const uint8* const SourceAddressPtr)                  **
**                                                                            **
** Service ID       : 0x31                                                    **
**                                                                            **
** Sync/Async       : Synchronous                                             **
**                                                                            **
** Reentrancy       : Non Reentrant                                           **
**                                                                            **
** Parameters(in)   : Length: Number of bytes to be written. It should be     **
**                      multiple of the following page sizes of the           **
**                      selected Flash for write.                             **
**                      PFlash: 32 Bytes                                      **
**                      DFlash: 8 Bytes                                       **
**                    SourceAddressPtr: Pointer to source data buffer         **
**                    TargetAddress: Target address in Flash memory.          **
**                      It should be aligned to the following page sizes      **
**                      of the selected Flash for write.                      **
**                      PFlash: 32 Bytes                                      **
**                      DFlash: 8 Bytes                                       **
**                                                                            **
** Parameters (out) : None                                                    **
**                                                                            **
** Return value     : FLSLOADER_E_OK: Successful execution.                   **
**                    FLSLOADER_E_BUSY: Flash is busy with erase/write        **
**                      operation.                                            **
**                    FLSLOADER_E_NOT_OK: Returned when DET, Sequence error,  **
**                      Program/Erase verify errors occur, SourceAddressPtr is**
**                      null pointer.                                         **
**                    FLSLOADER_E_LOCKED: Programming a locked sector.        **
**                                                                            **
** Description      : This function is used to program a page of internal     **
**                    Flash. Sectors of PFlash and DFlash can be programmed.  **
*******************************************************************************/

/*******************************************************************************
** Syntax           :  FlsLoader_ReturnType FlsLoader_Erase(                  **
**                      const FlsLoader_AddressType TargetAddress,            **
**                      const FlsLoader_LengthType Length                     **
**                    )                                                       **
**                                                                            **
** Service ID       : 0x32                                                    **
**                                                                            **
** Sync/Async       : Synchronous                                             **
**                                                                            **
** Reentrancy       : Non Reentrant                                           **
**                                                                            **
** Parameters(in)   : Length: Number of Flash (PFlash or DFlash) sectors to   **
**                    be erased. Note: Number of sectors should lie within    **
**                    single Flash bank. Erase operation across the Flash     **
**                    banks is not supported.                                 **
**                    TargetAddress: Target address in Flash memory. It       **
**                    should be aligned to the following sector sizes of the  **
**                    selected Flash for erase.                               **
**                    PFlash: 16 Kbyte                                        **
**                    DFlash: 4 Kbyte                                         **
**                                                                            **
** Parameters (out) : None                                                    **
**                                                                            **
** Return value     : FLSLOADER_E_OK: Successful completion.                  **
**                    FLSLOADER_E_BUSY: Flash is busy with erase/write        **
**                    operation.                                              **
**                    FLSLOADER_E_NOT_OK: Returned when DET, Sequence error,  **
**                    Erase verify errors occur.                              **
**                    FLSLOADER_E_LOCKED: Sector is protected.                **
**                                                                            **
** Description      : This function erases the logical sectors of the         **
                      internal Flash. The completion of this operation is     **
                      denoted by clearing of busy status flag or error.       **

04 額外需求庫(kù)

這里比如需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行CRC 校驗(yàn)

需要對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行數(shù)據(jù)解密用到的加密算法

等等

05 交互邏輯 上層應(yīng)用

根據(jù)具體的OEM 需求實(shí)現(xiàn)的功能。比如說。配置參數(shù)的交換，與APP軟件的有效位相互校驗(yàn)，等等需求。這里無法給出對(duì)應(yīng)代碼。

總結(jié) 一張圖