XCP协议系列介绍01-看了就会的XCP协议
本文框架
- 1. XCP是什么？
- 2. XCP用来做什么？
- 3. XCP一般工作过程
- 4. XCP命令简介
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- 4.1 数据包简介
- 4.2 数据包报文格式
- 4.3 数据传输方式
- 5. XCP测量
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- 5.1 异步测量(Poling)
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- 5.1.1 SHORT_UPLOAD命令
- 5.1.2 SHORT_UPLOAD应答
- 5.1.3 Poling模式特点
- 5.2 DAQ测量
- 5.3 DAQ基本原理
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- 5.3.1DAQ基本原理
- 5.3.2 动态DAQ
- 6 XCP标定
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- 6.1 地址映射
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- 6.1.1 硬件方式（Overlay）
- 6.1.2 软件方式(Offset偏移)
- 6.2 TC3xx系列Overlay
- 7 A2L文件格式
- 8 XCP的实际应用
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- 8.1 XCP工具简介
- 9. XCP系列文章汇总
1. XCP是什么？
XCP表示“通用测量和校准协议”。“X”代表任意的传输层（如CAN、CANFD、FlexRay、Ethernet…）。由ASAM工作委员会（自动化和测量系统标准化协会）标准化。ASAM是汽车OEM，供应商和工具生产商的组织。
XCP是继CCP（CAN校准协议）之后的协议升级版，基于CAN的部分基本没有改变。XCP的开发旨在通过不同的传输媒介来实现此功能。
2. XCP用来做什么？
XCP的主要应用是内部ECU参数的测量和标定。在汽车软件开发中，常会遇到需要在实车或者台架调试时才能确定的变量，例如发动机控制器的点火角等参数，可能根据汽车的负载不一样需要调整，这个时候就可通过XCP来标定。
XCP主要的用处以下总结为四点：测量、标定、刷新及对ECU进行旁路仿真。
其中主要用测量、标定及刷新功能，旁路功能用的相对较少。
3. XCP一般工作过程
首先XCP是主从的工作结构，主节点（Master）即一个上位机，我们定义它为测试系统，当然也可以理解为我们使用的XCP工具，一个主节点可以连接多个从节点（Slave），整个测试系统的连接如下所示：
Master（带上位机的笔记本）<–>CAN工具(CANape/INCA等)<–>Slave（ECU-可多个）
1）.将Master和Slave通过设备连接起来，通过发命令的方式建立连接；
2）.通过上位机工具观测之前定义好的一些变量，例如速度，转矩，电压等参数；
3）可进行在线标定，一般是先在一个存储区（RAM）定义的变量找出一个比较好的参数，然后将这个比较好的参数固化下来，擦除原来的数据写入到另外一个映射好的存储区（flash）；
4）.通过将标定完成的软件烧录到ECU中，使用其编程的功能。
4. XCP命令简介
4.1 数据包简介
XCP的数据包分为两类：CTO(Command Transfer Object)与DTO(Data Transfer Object)
如将命令按传递方向，可划分如下：
CMD：指的是上位机下发给下位机的一些命令，比如连接命令FF，解锁，获取状态等一些和下位机交互的命令；
STIM：你可以理解为一种上位机向下位机大量发数据的一种方式，相当于反向的DAQ；用于数据标定时，上位机向下位机修改参数。
Response：肯定应答，指的下位机答复上位机的命令；
Error：否定应答上位机的命令；
Event：事件，指下位机发生某事件时通知上位机；
Service：指下位机在某些情况下，需要上位机执行一些动作，可理解为请求上位机服务。
DAQ：下位机上传数据给上位机。
4.2 数据包报文格式
主、从设备之间每次传输的数据都采用XCP帧的格式，包含一个XCP报头、XCP数据包和XCP报尾。XCP帧支持的传输层可将这三个帧元素映射到相应的传输帧格式。
PID是标识字段的一部分，用于标记数据包及数据包内部的数据值。
CTO与DTO报文XCP Packet包格式如下:
主结点对从结点进行XCP控制时使用“命令（CMD）”，此时的PID在“0xC0”到“0xFF”的范围内。从结点对这个命令返回肯定应答的情况下，使用“应答（RES）”，此时PID变为“0xFF”。
4.3 数据传输方式
标准传输模式：
在标准通信模型中，对从机的每个请求都有一个响应。除了 XCP 在 CAN 上，不允许多个从机对主机的命令做出响应。因此，每条 XCP 消息总是可以追溯到一个唯一的从机。这种模式是通信中的标准情况。
块传输模式：
块传输模式是可选的，可以节省大量数据传输(例如上传或下载操作)的时间。尽管如此，在这种模式下，性能问题必须朝着从机的方向考虑。因此，必须保持两个命令之间的最小时间，命令总数必须限制在最大值的上限。
交错传输模式：
交错模式也是出于性能原因而提供的，在典型通讯模式中，主机在收到上一条指令的回复前不会发送下一条指令，为提高通讯的效率，交错通讯模型可以不等待回复直接再发送下一条指令。但是这种方法也是可选的，并且与块传输模式相反，它在实践中没有相关性。
5. XCP测量
参数测量本质上是作为主设备对从设备的请求而实现的：“读取存储位置0x1234的值”。按测量方式可分为异步测量与同步测量。
5.1 异步测量(Poling)
即Poling模式，Poling是最简单的测量方法，它不是基于DTO，而是基于CTO。对需要采集的变量进行挨个轮询。
主站可以使用SHORT_UPLOAD命令从从站请求测量参数的值。这称为轮询。这是最简单的测量情况：在已接收并执行SHORT_UPLOAD命令时发送测量参数的测量值。
异步测量是使用主结点发送的命令，通过指定的XCP地址来提取从结点的ECU内部的数据，并通过从结点的应答将该数据传送给主结点，如此循环往复来实现的。为了取出数据，使用PID为“0xF4”的命令“SHORT_UPLOAD”。这个命令和应答的格式如下所述。
5.1.1 SHORT_UPLOAD命令
0字节 指定为PID“0xF4”
1字节 指定为取出字节数。最大为MAX_CTO -1字节
2字节 保留字段
3字节 指定为要读出的8位扩展地址
4-7字节 指定为要读出的32位地址
5.1.2 SHORT_UPLOAD应答
CTO 0字节位置，指定为PID“0xFF” CTO 1~MAX_CTO字节位置，指定为取出的数据
Poling模式下的特性：
5.1.3 Poling模式特点
1）Poling模式下的时间戳机制不能使用；
2）不同测量值时间上没有一致性。
3）包含2条报文（上位机请求和Slave响应），影响总线负载率
5.2 DAQ测量
为了使测量与ECU的控制相匹配，有必要由ECU确定测量时机，并在数据取出来后由从结点发送到主结点。这种数据通信是通过DTO来完成的。
主结点在进行同步测量之前，通过命令指定要取出的数据的XCP地址，从结点在等到同步测量开始命令后，使用DTO发送到主结点。因此，在同步测量的情况下，不是通过命令和应答的组合，而是通过测量周期或事件，由从结点发送DTO报文到主结点。
ODT：同步数据传输对象与从机内存之间的映射关系（Object Descriptor Table）
DAQ: 位于从机的数据元素通过数据传输对象（Data AcQuisition），传输到主机，决定了在一个同步测量的周期或者事件触发时要测量的内存数量。
每个事件周期（Event）可对应多个DAQ，一个DAQ包括多个ODT List，一个ODT包括多个变量。
5.3 DAQ基本原理
5.3.1DAQ基本原理
主机一次性配置好所有要读取的变量，并关联ECU端的不同事件channel，一旦ECU对应的事件发生（例如每隔100ms），主动上传数据给主机。
5.3.2 动态DAQ
通过增加管理测量目标的DAQ列表中的ODT及其条目的数量，可以增加测量的测量点的数量。而且通过维持与要测量的事件通道数量一样多的DAQ列表，可以对ECU的所有测量时机进行测量。但是这些数量的增加会增大ECU中的管理缓冲区，因此会消耗ECU的内存。
而且如果ECU具有10ms和20ms的控制周期，有场景下10ms的控制周期中测量的测量点的数量很大，有场景下20ms的控制周期中测量的测量点的数量也很大，即根据测量的场景不同，测量点的数量需求会有不同。对于这样的应用程序，有一种称为“动态DAQ”的功能，可以允许从结点动态更改每次测量的DAQ列表、ODT和ODT条目的数量。相反的，如果在集成XCP驱动程序时，这些数量是预先确定的，则称为“静态DAQ”。一个从结点将具有静态或动态DAQ功能。
即同样ECU内存情况下，可以通过减少10ms的DAQ来增加20ms的数量，在总的内存范围中动态调整。
动态DAQ分配过程
动态DAQ列表配置使用FREE_DAQ、ALLOC_DAQ、ALLOC_ODT和ALLOC_ODT_ENTRY命令完成。这些命令允许在上述限制范围内动态分配多个DAQ列表、多个ODT到DAQ列表以及多个ODT list到ODT。如果没有足够的内存来分配请求的对象，这些命令会得到一个ERR_MEMORY_溢出作为负响应。如果发生错误内存溢出，则完整的DAQ列表配置无效。
在动态DAQ列表配置序列开始时，主机始终首先必须发送一个FREE_DAQ。其次，对于ALLOC_DAQ，主机必须分配可配置DAQ列表的数量。然后，主机必须使用ALLOC_ODT命令将所有ODT分配给所有DAQ列表。最后，主机必须使用ALLOC_ODT_ENTRY命令将所有ODT条目分配给所有DAQ列表的所有ODT。
6 XCP标定
对从站的参数（写访问）的标定简单可理解为：“将地址0x1234的值设置为5”。
在理解标定之前需要对参考页、工作页与激活页有所了解:
参考页（Reference Page）：可以理解为定义的逻辑地址对应Flash上的一块地址，参考页的属性在标定过程是可读不可写；
工作页（Working Page）：可以理解为定义的逻辑地址对应RAM上的一块地址，工作页的属性是可读可写。
激活页（Activiting Page）：就是指选择激活的一个页，比如激活工作页或者激活参考页等。
标定过程：激活参考页（仅可读），读取当前的参数，比如PID中的比例因子 P，然后切换激活页，激活工作页（可读可写），可以在工作页在线修改参数，来获得较好标定值，最后，需要将优化后的P参数写入到原来参考页上，这样就完成了一个参数的标定。
6.1 地址映射
下面我们讲讲两种地址映射方式：硬件方式与软件方式
6.1.1 硬件方式（Overlay）
有些芯片是支持硬件地址映射的，比如英飞凌TC系列，其工作方式比较简单，就是在切换激活的工作页时，通过操作寄存器完成地址映射。
如当寄存器Reg1 = 0时，激活页是参考页，逻辑地址0x000~0x200 对应的Flash中的0x100~0x300;
切换激活页为工作页时，寄存器Reg1=1，对应逻辑地址0x000~0x200
对应Ram中的0x000~0x200;
6.1.2 软件方式(Offset偏移)
通过加入一个offset偏移量来实现，还是以上面的例子为例：
激活页->参考页
逻辑地址 0x000~0x200 -> Offset=0x100 Flash地址0x100~0x300
=(逻辑地址+Offset)
激活页->工作页
逻辑地址 0x000~0x200 -> Offset=0x000 Flash地址0x000~0x200
=(逻辑地址+Offset)
6.2 TC3xx系列Overlay
将数据访问从原始目标内存（“目标Flash地址”）重定向到Overlay内存（“重定向地址”）的原理如下所示：
数据访问Overlay使用Overlay范围（“Overlay Blocks”）定义。每个Overlay Block定义一个地址空间的连续范围，访问被重定向到该范围。每个Overlay Block都配置有以下内容参数：
Overlay Block目标Base地址-要重定向的目标地址范围的起始地址；
Overlay Block大小-要重定向的地址范围的大小；
Overlay Block重定向Base地址-重定向的起始地址。
在AURIX TM中，每个TriCore实例最多可使用32个Overlay范围。Overlay内存Block的大小可以是2nx32字节，n=0到12。这使Block大小的范围从32字节到128 KB。
每个Overlay Block有3个相关寄存器，用于独立配置这些参数。Overlay参数的配置如下所示：
目标Base地址在OTARx寄存器中进行配置，
OverlayBlock大小用OMAKX寄存器进行配置，
重定向Base地址使用RABRx寄存器进行配置。
7 A2L文件格式
相对A2L文件格式有详细了解可以去博主另一篇专门介绍A2L文件的文章（博文名称：XCP-A2L文件解析）中查看，下面部分仅做简单概述。
A2L文件是采用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，是一种方便XCP进行工作的描述性文件，可以将其理解为一个通讯矩阵，包含了通讯接口（CAN，USB等，项目信息、ECU信息、标定变量信息、测量变量信息等。
一般A2l框架如下：
/begin PROJECT /*表示一整个项目，一个文件一个项目*/
/begin HEADER /*描述项目信息，包括项目编号，项目版本等信息*/
/end HEADER
/begin MODULE Device/*描述ECU需要的所有信息，一个ECU对应一个MODULE块*/
/begin MOD_PAR /*管理ECU的数据，CPU 客户 编号等等，最重要的是内存的分段分页管理，类似DSP中的CMD文件*/
/end MOD_PAR
/begin MOD_COMMON/*一般性描述信息，比如大小端，数据的对齐方式*/
/end MOD_COMMON
/begin CHARACTERISTIC/*定义标定变量，包含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*/
/end CHARACTERISTIC /*可定义多个*/
/begin AXIS_PTS
/end AXIS_PTS
/begin MEASUREMENT/*定义测量变量，包含了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*/
/end MEASUREMENT/*可定义多个*/
/begin COMPU_METHOD/*定义计算公式，及原始值和物理值之前的转换关系 如phy = ax+b*/
/end COMPU_METHOD
/begin COMPU_TAB /*定义原始值和物理值的映射关系 一般是枚举变量*/
/end COMPU_TAB
/begin FUNCTION
/end FUNCTION
/begin GROUP
/end GROUP
/begin RECORD_LAYOUT/*定义标定变量的物理存储结构（一维，二维表，三维表等）*/
/end RECORD_LAYOUT
/end MODULE Device
/end PROJECT
以上信息块可分为两类：
8 XCP的实际应用
8.1 XCP工具简介
CANape、INCA、SPY等。
9. XCP系列文章汇总
- XCP-测量与标定底层逻辑介绍
- XCP-A2L文件详尽解析