汽车ECU BootLoader升级

什么是 BootLoader

MCU正常运行时总是从固定地方取指令，顺序运行，程序更新时需要使用烧录器等工具烧录，于是有人将程序设计成，由一个程序跳转到另一个程序，这个程序通常称作Bootloader，另一个叫做APP。

Bootloader是一段独立的程序。它包含启动代码、中断、主程序（Boot_main函数）、操作系统（非必须）。Bootloader存在的意义就是指更新App程序。

Bootloader刷写使用的协议

UDS（Unified Diagnostic Services，统一诊断服务）诊断协议是用于汽车行业诊断通信的需求规范，由ISO 14229系列标准定义。

Bootloader 的划分

一个ECU包含了三部分 Boot Manager、Application Software以及Boot Software，其中Boot Software由Boot Manager和Reprogramming Software组成，在汽车嵌入式中，我们常说的bootloader就是Boot Software。

• Boot manager：引导程序启动
• Reprogramming Software: 更新软件程序，主要更新App程序

程序运行到Boot Manager以后，通过一些条件判断，决定进入Application Software还是Reprogramming Software。
如果进入Application Software，则意味着功能运行；如果进入Reprogramming Software，则意味着需要更新Application Software。

FBL、PBL、SBL

Boot Loader在嵌入式系统里，一般分为两部分：PBL（Primary Bootloader，第一引导加载程序）和SBL（Second Bootloader，第二引导加载程序）。

FBL 和 PBL 实际是一个。

ECU的内存至少需要划分三个部分：FBL、SBL、App。

1、SBL

SBL的本质就是Reprogramming Software，和我们经常提到的"Bootloader"作用一样，为更新Application而生。

2、PBL

因为整车销售到终端用户以后，只能通过OBD接口或者OTA方式升级Application，而这两种方式，均需要依赖Bootloader程序，如果Bootloader程序不可用，对应的ECU就不能正常使用。
所以，针对Bootloader更新失败这种工况，需要一个程序专门刷写Reprogramming Software，这个程序仅出厂烧录一次，以后永远不更新。这个程序就是 PBL。

这样，即使刷写Reprogramming Software失败，还可以重新刷写Reprogramming Software，之后，Reprogramming Software再更新Application程序。这样，就不会出现ECU不可用的情况。

PBL依然保留刷写程序的功能，但是，限定PBL仅刷写或者激活SBL，激活SBL以后，由SBL负责更新Application Software。

ECU 升级/刷写

ECU 升级的内容一般分为 boot 和 APP 。
同时，ECU的升级方式又有2种：

• 通过 OBD 接口升级
• 通过 OTA 云升级

1、OBD接口升级

OBD接口升级，即使用诊断仪，通过OBD 接口与 ECU 连接进行升级。

Boot 刷新所用到的两个文件是FlashDriver驱动程序和boot软件，在这里我们可以将SBL理解为FlashDriver驱动程序，PBL理解为Boot软件。
Boot 刷写一般都是刷写 SBL，SBL存在的意义就是更新APP程序。

当MCU收到1002请求，ECU复位后会进入PBL模式中判断是否跳转到 SBL；如果需要进行APP 更新，程序就会跳转到SBL进行APP更新。

APP 刷新是通过 SBL，SBL先擦除 APP flash数据，再将新的 APP 刷写到 flash。

2、OTA 云升级

OTA是Over-the-Air的简称，既空中下载的意思，具体指远程无线方式。

对于汽车的OTA升级，主要分FOTA和SOTA两种。

• SOTA只针对软件升级，例如显示屏上某个APP软件的升级；是对车系系统的VI展现、操作方式方面的优化,对于车辆驾驶体验来说不会有任何提升。
• FOTA是对ECU、悬架控制单元等等车辆核心驾控部件的升级，带来的更多是驾驶体验的整体提升。例如更新 BMS的 APP 数据。

OTA 升级只能用来升级 APP 数据，通常使用 A/B 双bank 分区策略。

所谓A/B 双bank 分区升级，是指在设备上开辟两个存储空间（A/B存储空间），每个存储空间上均安装有一个系统，其中一个系统处于激活使用状态，另外一个系统处于备用待命状态。在进行系统升级时候，可在激活的系统中对备用系统进行升级，升级完成重启后切换成新升级的系统。

是否同步分区风险，详细点击跳转原文

Bootloader中诊断升级流程

UDS服务设计复杂，Bootloader升级一般分为以下三步：

• 1）预编程

• 2）编程

• 3）后编程

1、预编程

在进入刷新之前，UDS的85服务和28服务，关闭DTC诊断同时停发非诊断报文。使整个CAN网络处于静默（Silent）状态。这是对整车网络进行操作的，一般都是以功能寻址（Functional addressing）的方式来发送。

注意：先用85服务关闭DTC，再使用28服务关报文。

• 关闭DTC诊断是防止升级过程误报DTC（例如通信丢失DTC等）
• 关闭CAN通信是为了降低总线负载，加快刷写速度。

此阶段的主要?做一些Application Software升级前的检查，确保正式升级Application软件之前，车辆工况的安全性。

这里举几个常见的检查条件：车速、诊断电压、KL15信号有效性等。

• 车速：约束车速＜2Km/h，也就是说不允许车辆行驶过程中进行软件升级。
• 诊断电压：诊断电压会约束在一定的范围，比如：10V~16V，避免升级过程中，因电压过低或者过高导致刷写失败。
• KL15信号有效性：为了确保收到的信号质量，一般会检查这个信号的有效性（Valid or Invalid），有效的信号才能确保升级过程中的稳定性。

以上这些都是安全检查，目的就是一个保证安全。

2、编程

3、后编程

刷写完成之后，ECU进行重启，重新进入扩展会话，打开之前关闭的配置。
注意：先使用28服务开启报文，再用85服务打开DTC记录。

ECU重启 常用的做法就是执行ECU Reset，也可以让诊断刷写的S3时间超时，程序重新复位。

参考

• https://zhuanlan.zhihu.com/p/554132450