背景:
汽車軟體Boot程式的主要作用是重繪App程式,在在一個具體客戶專案中,Boot也是客戶需求的一部分,跟隨專案也有軟體開發計劃(有的為了和其它Boot區分,把專案上的Boot稱作CB, Customer Boot),對于已經下線盒蓋的控制器,無論是在供應商或者客戶手里測驗,只能通過CB重繪App,如果需要CB自重繪,就需要額外的方法,
規范:
整車廠只有對App程式重繪的規范,沒有對Boot自重繪的規范,因為規范是針對量產車的,售后只負責App程式的升級,不對Boot升級(也不允許Boot升級),所以,Boot的自重繪只存在于專案開發階段,且由供應商自行提供方案,本文分析五種Boot自更新方式的優缺點,
方式一,SB更新CB:
如圖1-a,有的軟體架構是兩級Boot:SB+CB,Start Boot只檢查CPU最小系統,與具體專案的外圍電路無關,它獨立于客戶需求,由供應商自行維護,在Pilot專案早期就應開發完成,因為程式啟動順序是SB->CB->App,這樣在SB里增加重繪邏輯可以更新CB,通常情況下運行CB更新App程式,特殊情況下程式啟動后一直停留在SB里,更新CB,
優點:
1.邏輯結構簡單清晰,軟體分工明確,
2.一次重繪,操作簡易,
缺點:
1.需要較大的Flash空間在SB里存放重繪邏輯,專案SOP后又要禁止這種重繪方式,造成額外的浪費,
2.軟體分三級啟動,結構復雜,開發和維護成本較高,對于不需要SB的控制器是一種負擔,
3.萬一SB也需要更新怎么辦?按照這種策略,還得做個SSB?顯然不現實,

方式二、RAM+Flash Reboot更新
如圖2-a,不存在SB情況下,程式啟動順序是CB->App,需要重繪Boot時,首先把Reboot程式下載到不用的RAM里(圖2-b),然后在RAM環境下運行ReBoot,下載新的CB(圖2-c)
優點:
1. 不需要額外的Flash空間,Boot程式運行只需要少量的RAM,因此為App設計的RAM臨時可以保存Reboot程式,
2. RAM擦寫速度很快,則下載ReBoot的速度會很快,
缺點:
在CB更新程序中萬一CPU掉電,重新上電后Reboot內容全無,CB已經破損,程式不能正常啟動,控制器癱瘓,只能開蓋用JTAG燒寫程式,

方式三、RAM+RAM ReBoot更新(對方式二的改進)
首先把ReBoot(藍色)+NewCB(紫色)一起都下載到RAM里(圖3-a),然后運行ReBoot,擦除CB Flash區域,將RAM中NewCB復制到CB Flash區域(這一步內部完成),最后,重新上電復位,RAM中的ReBoot和NewCB自動丟失,程式從新的CB開始運行,
優點:
1.相比方式二少了一步重繪(因為ReBoot和CB是綁在一起的),
2.相比方式二CB更新全部在CPU內部執行,不受外界干擾,耗時更短,
缺點:
1. 相比方式二需要更大的RAM空間存盤ReBoot+NewCB,
2. 和方式二一樣存在CB更新階段掉電后控制器癱瘓的風險 ,

方式四、借助App程式Flash空間
重繪分三步:1.圖4-b運行CB,擦除App,把ReBoot下載到App區域,2.圖4-c運行ReBoot,擦除舊CB,刷入新CB,3.圖4-d運行新CB,刷回App,
優點:
1.不需要額外的Flash和RAM資源,
2.穩定可靠,通過優化設計,可以保證在任何一個步驟突然掉電,上電后可以繼續操作,控制器不會刷死,(詳細設計方法請看附錄)
3.對CB做稍微改造就可以成為Reboot程式,開發快速,
缺點:
1.步驟繁多,為了更新CB必須要先擦除App,最后恢復App,至少三次重繪,對不熟悉步驟的操作者容易搞混亂,
2.整體重繪時間會較長,兩次Boot+一次App

方式五、借助額外Flash空間
相比方式四,需要一塊和CB一樣大小的額外Flash空間,重繪分三步:
- 圖5-b,運行CB,刷入ReBoot到額外Flash,
- 圖5-c,運行ReBoot,更新CB,
- 運行新的CB,破壞ReBoot(全部擦除,或只擦除ReBoot有效性標志)
優點:相比方式四,不需要破壞App程式,也省去了這部分更新時間,
缺點:相比方式四,需要額外的Flash空間,且必須是獨立的Block,

小結:
本質上只有三種:
- 依賴啟動程式SB(方式一),當CPU的Flash資源很富余且專案需要兩級Boot時,用該方法最節省時間,
- 借助RAM(方式二、三)3.借助Flash(方式四、五),只需要單級Boot(CB)時,可以容忍因Boot重繪癱瘓必須要給控制器開蓋帶來時間,人力,物力的成本損耗的情況下用方式二,三較方便,
- 只需要單級Boot(CB)時,不允許或不方便控制器開蓋,但可以容忍Boot更新步驟繁多時間較長的情況下用方式四、五最可靠,
綜上,工程師需要根據整體軟體架構,CPU資源,時間人力物料等成本因素綜合考慮一種適合自己產品及專案的Boot自重繪方法,
附錄:
《Boot自重繪方式四(借助Flash)的具體實作方法》
背景:
對于方式四借助Flash重繪【不存在刷死風險,在任何一個步驟中控制器突然掉電,上電后可以繼續操作,】的結論,是有條件的,筆者給出這個結論是從最理想的前提思考的,即只要控制器中至少有一個Boot存在(即使一個是壞的),程式就可以從任何一正常的Boot啟動運行,這里就有一個問題,CPU怎么判斷哪個Boot是好的,哪個是壞的?現在分析一下存在控制器刷死這種風險的情況和幾種對策方案,
兩級啟動地址介紹:
如下圖示,CPU上電后程式按地址順序,檢查BootSector的有效性,如果BOOT_ID合法則從指定的地址開始執行,否則檢查下一個BootSector,詳細程序請看文章鏈接https://mp.weixin.qq.com/s/SpBOfzJJ1OizYP-rsLJVqQ

考慮CPU至少具備兩個啟動地址的情況,如圖1-a,當且僅當啟動地址1有效時(App為空),程式啟動后自動進入Boot,如圖1-b,當且僅當啟動地址2有效時(不帶Boot測驗),程式啟動后自動進入App,如圖1-c,當啟動地址1,2都有效勢,程式優先從地址1啟動,在Boot里檢查App程式有效時,再靠跳轉指令Jump到啟動地址2,開始運行App,


方式四控制器刷死情況分析:
如圖 2-a,運行Reboot更新CB途中斷電,重新上電后,如圖2-b,由于啟動地址1的內容是在重繪開始就被更新了是有效的,程式會進入CB運行,但是CB不完整,必然運行出錯,程式不會跳入ReBoot里,從而不能再重繪(即刷死),假設從擦除完舊CB開始到刷入新CB完成的時間有10S,在此期間掉電的可能性也不能忽略,

對策一、Boot有效性標志與啟動地址重合
考慮最普遍情況,CPU只能整塊(Block)的擦出(16K,32K,64K...),可以最少4位元組單位寫,沒有順序限制,現在CB只用了一個Block,現在調整重繪順序:擦出成功后,先重繪橙色區域,最后一步重繪啟動地址1有效性標志(灰色區域),這樣,即使在更新橙色區域程序中掉電,重新上電后,程式依然從啟動地址2開始運行,即重新運行Reboot繼續等待重繪CB指令,如圖3-a所示,具體操作時也不需要更改下載流程,使用$34,36服務按順序從上位機傳輸資料到CPU中,先把啟動地址1的有效性標志放到RAM里,當把橙色區域都下載到Flash后,再從RAM里把啟動地址1的有效性標志寫到Flash里(這一步10ms以內即可完成,完全可以忽略在此時間內掉電的可能性)
如果最后一步啟動地址1重繪成功,再重新上電后,程式從啟動地址1開始運行新的Boot,即啟動地址1起了Boot有效性標志的作用(最先擦,最后寫),如圖3-b所示,

對策二、Boot有效性標志獨立置尾,增加Boot有效性檢查邏輯
如圖4-a,把Boot分成2個段,Sec1里僅存放少量的啟動自檢查邏輯,當它檢測到置于Sec2末尾的CB_ValidFlg無效時,即認為Boot是不完整的,則程式控制跳轉到啟動地址2繼續運行ReBoot,重新重繪Boot,
如圖4-b,當Sec1的邏輯檢測到CB_ValidFlg有效時,即認為Boot重繪完成,則程式控制跳轉入Sec2里,此時由于App(ReBoot)末尾的App_ValidFlg是無效的,程式并不會跳轉入ReBoot里,接下來就可以刷入新的App了,
這種方法只需要對CB的邏輯和段分配做一下調整,不需要更改重繪順序,Sec1里的啟動自檢查邏輯可以做的盡量小,則只要保證重繪Sec1段的程序中不掉電,控制器就不會刷死,大大降低風險,但是對量產軟體,檢查CB_ValidFlg無效就直接跳轉入App是不合理的,所以當Boot最終定型后,應該把這個跳轉邏輯關閉,

小結:
對策一簡單可靠,經過實際測驗驗證,完全可以滿足穩定重繪ECU的要求,
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