XCP协议与A2L协议详细分析

一、XCP协议和A2L文件–A2L(ASAP2)解析ASAP2标准是一个比较复杂的标准，详细的一条一条讲解标准内容并没有太大的价格，我们将主要以一种应用的方式来带领大家认识ASAP2标准理解作为ASAP2表现形式的A2L文件的作用，最后学会如何阅读和修改A2L文件。首先我们要搞清楚什么是A2L什么是ASAP2标准，简单来说ASAP2标准是ASAM组织制定的一套标准，该标准规定了上位机（Master）和ECU（Slave）之间的通讯所需要的所有信息（可以是XCPonCAN，XCPonUSB等，也可以是CCP，还可以是UDS），而A2L文件就是ASAP2标准的表现形式，符合ASAP2标准的A2L文件主要含有两部分内容：ECU的描述信息和通讯方式的描述信息。什么是ASAP2标准ASAP2标准是ASAM在1998年提出来的，现在它的名字叫做ASAMMCD-2MC/D，是ASAP标准中的第二部分。整个ASAP有3部分内容，ASAP1描述了上位机（Master）和ECU（Slave）之间的通讯协议，我们这个系列文章介绍的XCP以及它的前身CCP都是属于ASAP1标准，ASAP2规定了Master端如何去描述和解析Slave端的信息，ASAP3规定了如何使用第三方工具和设备操作和控制上位机（Master），例如如何使用台架软件来控制标定测量工具去对ECU进行控制和测试。ASAP2标准目前的版本为v1.6，对应的文件全名为：ASAM_MCD-2MC_DataSpecifcation_V1.6.pdf什么是A2L文件前边介绍了，A2L文件是基于ASAP2标准书写完成的，那么A2L文件到底是什么东西了。首先它是采用ASAP2指定的一套类XML语言的描述性语言（采用开标签和关标签来描述信息）书写的文件，它里边包含了某个特定的ECU中的软件和系统信息，还包含了上位机和ECU通讯方式的约定，它用来指导上位机和ECU的通讯交互过程，让他们对交互的信息有一致的认识，从而是上位机工具准确且友好的将ECU中的信息展现给用户。下面我们来看一下A2L文件的结构和组成。PROJECT{HEADER{...}/*Projectdescription*/MODULEDevice{MOD_PAR{...}/*Controlunitmanagementdata*/MOD_COMMON{...}/*Module-wide(ECUspecific)definitions*/CHARACTERISTIC{...}/*Adjustableobjects*/CHARACTERISTIC{...}...AXIS_PTS{...}/*Axispointsobjects*/AXIS_PTS{...}...MEASUREMENT{...}/*Measurementobjects*/MEASUREMENT{...}...COMPU_METHOD{...}/*Conversionmethod*/COMPU_METHOD{...}...COMPU_TAB{...}/*Conversiontables*/COMPU_TAB{...}...FUNCTION{...}/*Functionallocations*/FUNCTION{...}...GROUP{...}/*Groups*/GROUP{...}...RECORD_LAYOUT{...}/*Recordlayoutsofadjustableobjects*/RECORD_LAYOUT{...}}}/*ENDOFPROJECT*/一个A2L文件只能有一个Project(项目)，而项目中至少要有一个Module，A2L文件的注释和C语言的注释方式是一样的，支持/**/和//两种方式。上边文件结构中，不同的文件块都有着重要的意义：•HEADER：这个块里边包含了项目信息，包括项目编号，项目版本等信息。•MODULE：这个块里边包含了在标定测量层面来描述ECU需要的所有信息，一个ECU对应一个MODULE块，MODULE由许多子块来组成。oMOD_PAR：这个块里包含了用于管理ECU的数据，例如客户名，编号，CPU类型，ECU的内存分配等，其中最重要的就是ECU的内存分配，开发人员需要根据ECU内存分段情况定义MEMORYSEGMENT和SEGMENT里边的PAGE，这里的SEGMENT/PAGE的概念和在线标定中的概念是一致的，请参考在线标定篇章，一个MODULE里边只能出现一次；oMOD_COMMON：这个块用来指定ECU的一些标准的一般性描述信息，比如大小端，数据的对齐方式，FLOAT变量的处理方式等，一个MODULE里边只能出现一次；oCHARACTERISTIC：这个块用来定义标定变量，里边包含了可以被标定的变量的名字，地址，长度，计算公式，精度，最大最小值等信息，一个MODULE里边可以出现很多次这样的块，也就是说一个ECU可以有很多的标定变量；oAXIS_PTS：这个块用来定义数组或查表变量对应的轴的类型，它将被RECORD_LAYOUT块来引用，一个ECU里边可以有很多种不同的轴类型，用于实现查表和插值；oMEASUREMENT：这个块用来定义测量变量，里边包含了可以被测量的变量的名字，地址，长度，计算公式，精度，最大最小值等信息，一个MODULE里边可以出现很多次这样的块，也就是说一个ECU可以有很多的测量变量；oCOMPU_METHOD：用于定义计算公式，及原始值和物理值之前的转换关系，这些公司可以被标定变量和测量变量来引用，从而将原始值转换成便于用户阅读和使用的物理值；oCOMPU_TAB：这个块用来定义原始值和物理值的映射关系，是一种特殊的转换关系，它一般应用于枚举变量，例如我们想采集一个代表XCP状态机的变量，分别为0对应DISCONNECTED，1对应CONNECTED，2对应RESUME，那么我们就可以把这样的映射关系定义层一个COMPU_TAB，然后关联到对应的变量上，这时候如果上位机采集到1这样的原始值，它就可以将当前的状态显示成“CONNECTED”字样，方便用于阅读和使用；oFUNCTION：这个块不是必须；oGROUPS：这个块这个把标定变量和测量变量按照一定的逻辑（比如功能模块）组织起来，在上位机工具中形成一个下拉菜单，使得用于可以从中选择变量，这个块不是必须的；oRECORD_LAYOUT：这个块用来定义标定变量的物理存储结构（单个变量，二维表，三维表等）。上述的这些信息块可以分为两类，一类是随着ECU和XCP实施完成以后就确定的，这类信息一经确定以后再后续的使用过程中是不需要修改的，例如大小端，MEMORYSEGMENT内存分配等，上述HEADER/MOD_PAR/MOD_COMMON属于这一类，另外一类是当ECU软件有所调整的时候就会变化的，例如已有的标定变量和测量变量的地址，甚至变量名，或者可能会新增变量，上述CHARACTERISTIC/AXIS_PTS/MEASUREMENT/COMPU_METHOD/COMPU_TAB/FUNCTION/GROUPS/RECORD_LAYOUT属于这一类。在第二类中改动最多的尤其是CHARACTERISTIC和MEASUREMENT快中的变量地址信息，因为每次软件变化重新编译都会造成这部分信息的更新，地址更新导致的块信息更新需要手动的更改A2L文件才能使得A2L和当前的软件配置起来，只有两者相匹配才能实现正确的标定和测量。A2L块示例1.测量变量vechicle_speed可以进行如下定义，该变量处于RAM中，对应的地址是0xD0001234，它的范围是[0-230]，它在ECU中以一个UWORD类型来表示，原始值和物理值的转换关系为：Phy=0.003XRaw，即Ax+B中A=0.003，B=0v/beginMEASUREMENTVEH_SPDVehicleSpeed.UWORDVehicle_Speed_Conversion00.0000000.000000230.000000ECU_ADDRESS0xD0001234DISPLAY_IDENTIFIERvehicle_speed/endMEASUREMENT/beginCOMPU_METHODVehicle_Speed_ConversionAx+BRAT_FUNC%4.3factCOEFFS0.01.00.0000000.00.00.003000000/endCOMPU_METHOD2.测量变量xcp_state代表XCP的状态，可以进行如下定义，它处于RAM中，在ECU中的地址是0xD0005678，它是一个枚举量，0对应DISCONNECTED，1对应CONNECTED，2对应RESUME/beginMEASUREMENTXCP_STATEXCPstateUBYTEXCP_STATE_ENUM00.0000000.0000002.000000ECU_ADDRESS0xD0005678DISPLAY_IDENTIFIERxcp_state/endMEASUREMENT/beginCOMPU_METHODXCP_STATE_ENUMTAB_VERB%10.4COMPU_TAB_REFXCP_STATE_ENUM_TAB/endCOMPU_METHOD/beginCOMPU_VTABXCP_STATE_ENUM_TABTAB_VERB30DISCONNECTED1CONNECTED2RESUME/endCOMPU_VTAB3.标定变量Current_threshold可以进行如下定义，它处在FLASH标定区域，在ECU中的地址是0x00012345，它的范围是[-20,20]，是一个有符号量，精度为0.125，即Phy=0.125XRaw/beginCHARACTERISTICCurrent_thresholdCurVALUE0x00012345Standard_SW0current_cmpu-20.020.0DISPLAY_IDENTIFIERCurrent_Vaule/endCHARACTERISTIC/beginRECORD_LAYOUTStandard_SWFNC_VALUES1SWORDCOLUMN_DIRDIRECT/endRECORD_LAYOUT/beginCOMPU_METHODcurrent_cmpuRAT_FUNC%6.2ACOEFFS0.01.00.0000000.00.00.125000000000/endCOMPU_METHOD我们前边提到的，在每次软件有更新重新编译以后，会导致这些变量在ECU中的地址有变化，那么上边这些变量对应的ECUADDRESS条目的内容就需要随着改变，变量的地址信息可以从编译生成的MAP文件中获得，然后手动更新到A2L中。二、XCP协议和A2L文件–XCP协议解析Part2在上一篇文章中，我们解析了XCP协议中一些宏观的概念，在本篇文章中，我们将会利用CAN传输层来展示具体到XCP消息结构。我们将首先从一个通用的角度来看XCP的消息结构，这里的通用指的是既针对CTO又针对DTO，然后我们会对基于CAN传输层的CTO和DTO的消息结构分别进行讲解。注：文章中所使用到的DTO概念适用于DAQ和STIM，但是举例和描述中都默认使用DAQ。通用消息结构通用的消息结构既适用于CTO也适用于DTO，通用的消息结构既适用于CAN传输层也适用于其他传输层，在构造不同命令的时候，通用结构里边的某些字段的含义不同或者是字段的长度不同。一个完整的XCP消息（也可以说一帧XCP消息）由三部分组成，它们是XCPHeader（XCP消息头），XCPPacket（XCP消息体），XCPTail（XCP消息尾），Header和Tail的存在是依赖于具体的传输层的，而Packet在不同的传输层上都是必须的。Packet又有3个组成部分，分别是标识区（IdentificationField），时间戳区（TimestampField），数据区（DataField）。对于CAN传输