汽车标定技术(三)--XCP协议如何支持测量功能

目录

1. 概述

2. 测量方式 -- Poll

3. 测量方式 -- DAQ

3.1 ODT概念模型

3.2 DAQ List概念

3.3 ODT 绝对编号和相对编号

3.4 静态DAQ和动态DAQ模式

（1）静态DAQ

（2）动态DAQ

4.小结 

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1. 概述

       在该系列的首篇文章汽车标定技术（一）：XCP概述-CSDN博客，我们知道标定系统中Master与Slave的命令交互帧叫做CTO(Command Transfer Objects)；Master与Slave的测量数据交互帧叫做DTO(Data Transfer Objects)。

       其中关于DTO分为两种：

• Slave(ECU)传输给Master(标定上位机)的数据帧：DAQ(Data AcQuisition)
• Master传输给Slave的数据帧：STIM(Stimulation)

        其数据流如下图所示：

         关于DAQ这个比较容易理解，实际上，做过标定的同学下面红框两个动作都非常熟悉：

        左边表示与ECU建立连接，右边闪电表示master通知ECU：请开始上传我想要的数据吧！ 

        数据开始传输后，ECU不需要得到Master的响应，可以按照预定义的周期一直发送数据，直到Master关闭闪电：ECU，你不要再传数据了，我不想看了。

        至于STIM的功能使用则需要看你处于汽车开发的哪个阶段。一般来说，标定测量会贯穿整个汽车ECU的开发，因此在不同阶段有可能是不同工程师进行标定，台架或者仿真的同学如果家里有条件可能会用到STIM，但常年跑三高的同学就不怎么使用STIM，因为直接上车干了。

        那么STIM到底是干什么的？我们留在第4节进行描述。

2. 测量方式 -- Poll

        在概述中，我们看到master可以选择不使用闪电进行测量，那除了这种方式还有没有其他方式进行测量呢？答案肯定是有的。

        Master问："我要看观测量A的值，A的地址在0x00000001“，Slave答：”这个地址存的数据是2，主人“。这种一问一答的方式我们把它叫做轮询（Poll），很明显，这种方式就是用的CTO，而不是DTO了。如下图：

        在XCP协议里提供了一条指令SHORT_UPLOAD(0xF4)，具体如下：

        以下图为例，对观测量Triangle选择Poll的方式进行测量，上位机就会使用F4指令，并把目标地址下发给ECU。

         我们来看具体的数据流：

        可以看到，ECU根据上位机下发的地址去获取数据，并返回给上位机。但是各位发现没有，这种测量方式一问一答只能针对一个特定的变量；如果我想在10ms同时获取5个观测量的值，这种方式肯定是不可能的。

        所以，为了解决这种并发的情况，同时减少这种不必要的问答帧对总线的负荷，DAQ应运而生。        

3. 测量方式 -- DAQ

        我们首先以一个数据流来具象地体会一下DAQ这种方式，如下图：

        可以看到，当上位机Master下发CMD通知ECU开始进行测量时，ECU首先答复：”我要开始咯“ ，然后就开始通过DTO-DAQ的方式不同的传输数据。这种方式只需要上位机提前通知ECU，我想要以什么样的速率获取哪些观测量的数据，ECU就会自动上传数据，而不再需要轮询这种问答制的低效率测量方式。

        那么我们具体来看一下DAQ是如何实现的。

3.1 ODT概念模型

        在我们讨论DAQ之前，我们先思考一个问题。

        以XCP on CAN为例，如果我们想用DAQ的方式进行数据的测量，那么肯定希望Slave传递尽可能多的数据，比方说一帧标准CAN 报文，数据域8个字节，我恨不得这八个字节全是需要的数据，这样就在最有限的资源下干最多的事情。但实际情况，这是不可能的，假设现在有20个1 byte的观测量要以10ms的周期进行测量，这时候至少需要slave发送3帧报文，如果全是都是数据，master是如何直到哪一帧报文对应哪些数据呢？基于这种情况，XCP就规定DTO帧至少有一个字节是用来表示身份，如下：

         因此，我们可以看到，在DTO的Identification Field至少有一个PID的身份信息。其余的FILL、DAQ的含义我们后面再讲。

        接着我们来看，XCP对于要测量的数据是如何进行抽象的。首先祭出一张大家都看过的图：

        这张图的知识点比较密集，但属于会者不难。

        在XCP协议中，有几个概念需要理解，分别是Element、ODT、ODT Entry

• Element：观测量的具体值，存放在RAM中
• ODT：Object Description Table，一个表格，用于存放ODT Entry
• ODT Entry：我习惯说成ODT 条目，描述了Element的具体RAM地址和数据长度

        Slave根据ODT中的描述，把目标观测量数取出组成一个标准CAN帧（一个ODT一帧报文），从上图我们可以看到，ODT里面总共有7个条目，意味着Slave要根据这个ODT来获取7个观测量的数据组成一个CAN报文，但实际上一帧标准CAN只有8个字节，PID占据一个字节，那只有7个字节可以用了，是不是就意味着上图中描述的每个Element的数据长度均为1；

        如果上面所有7个观测量都变成了2个Byte，那么总共要传输的数据长度就变成了14个，此时需要CAN 报文2帧，填充方式如下：

        这个时候，ODT#0中就有4个ODT enrty，ODT#1中也有4个ODT entry；因此我们可以直到，ODT entry不一定描述的完整观测量地址和长度，它只需要告诉slave在什么地方拿多长的数据即可，具体解析和拼接由master完成。总结下来，一个ODT中可以包含1~7个ODT Entry。如果参数占用1byte，则一个ODT可以容纳7个ODT Entry；如果参数占用2byte，则一个ODT可以容纳3个ODT Entry；如果参数占用4byte，则一个ODT可以容纳1个ODT Entry；如果参数有3个2byte和1个1byte，则一个ODT可以容纳4个ODT Entry。

3.2 DAQ List概念

        多个ODT组成一个DAQ List，如下：

        DAQ List可以有多个，对应不同的测量周期，例如 10ms对应DAQ list0、100ms对应DAQ list1。因此就引出了ODT的编号问题，比如说两个DAQ 的ODT#0怎么分别；接着往下看。

3.3 ODT 绝对编号和相对编号

        ODT绝对编号是指每个ODT编号在所有的DAQ List中是唯一的。比如:有2个DAQ List（DAQ0和DAQ1），每个DAQ中都有7个ODT，则DAQ0中的ODT编号是0~6，则DAQ1中的ODT编号是7~13。

        相对ODT编号是指每个DAQ List中的ODT编号都是从0开始编号。如比如：有两个DAQ List（DAQ0和DAQ1），每个DAQ都有7个ODT。对于DAQ0来说，ODT编号是0~6，对于DAQ1来说，ODT编号也是0~6。

        除此之外，XCP使用了AG(ADDRESS_GRANULARITY)规定了element的对齐方式， 可以取值1、2、4。在配置中多使用1字节对齐。基于CAN的传输，一帧只能传输8个字节。假如标识区采用如下形式，AG=1，则对齐的方式就是1字节对齐，即不管参数是1、2、4字节都可以向该CAN帧中填。

        如果AG=2，对于1byte的参数1和参数2，及2byte的参数3排列如下所示，参数1和参数2都是1byte，为保证AG=2，其后使用填充位AA补齐。

3.4 静态DAQ和动态DAQ模式

       数据采集提供了DAQ静态采集和动态采集的模式，具体如下： 

        DAQ配置信息可通过指令GET_DAQ_PROCESSOR_INFO（0xDA）获取

（1）静态DAQ

        可以看到，静态配置下，DAQlist数量、ODT入口数量都是固定的，但是每个DAQ列表中的ODT个数可以不一样。

（2）动态DAQ

        从上图可以看出，动态DAQ中，DAQlist数量是由配置的DAQ（可以为0，1,2,。。。。）+配置好的DAQ（DAQ_COUNT）决定，非固定的；ODT数量由ODT_COUNT决定；而ODT入口长度也可以灵活配置。

        在配置动态DAQ列表时，需要严格遵守以下时序：FREE_DAQ, ALLOC_DAQ, ALLOC_ODT  ALLOC_ODT_ENTRY，首先，主机发送FREE_DAQ指令来清空DAQ；然后发送ALLOC_DAQ分配DAQ列表数量；接着，发送ALLOC_ODT将所有的ODT分配给DAQ列表；最后发送ALLOC_ODT_ENTRY将所有的ODT入口分配给ODT。具体如下：

动态配置流程

1）释放DAQ（D6）：清除之前配置好的DAQ列表、ODT和ODT_Entry等，完成之后在这里会将DAQ配置状态置为FREE

2)分配DAQ（D5）：上位机会根据命令（DA）中的DAQlist数量发送命令；

完成之后将DAQ配置状态置为DAQ状态

3）分配ODT（D4）：这里的ODTcount推测是根据在上位机中拖取观测量的数量，如果拉出9个观测量，每个观测量大小为4个字节，每一帧可上传7个字节，因此ODTcount就为(4*9)/7=5.1,因此至少需要6个ODT. 完成之后将DAQ配置状态置为ODT状态

4）分配ODT ENTRY（D3）：

        这里就是给每一帧数据分配几个数据，还是接着上面的，第一帧可上传7个字节的数据，那么如果每个数据的大小均为4个字节，就只能上传1个数据加上下一个数据的前三个字节，因此ODTENTRY为2；那么第二帧接着上面的就可以上传第一帧未传完的剩余一个字节（1byte）、第三个数据（4byte）以及第四个数据的前两个字节（2byte），所以第二帧的ODTENTRY为3；以此类推。

两个DAQ list配置数据流如下：

        当有两个daqlist的时候，CANape在动态配置时顺序如下：AllocDAQ(分配2个daqlist)、AllocOdt(给两个daqlist分配好odt)、AllocOdtEntry（给2个daqlist的odt分配好entry），并不是之前我理解的每一个daqlist分配好odt和entry之后再处理另一个daq，具体看如下log截图：

分配完毕之后再设置daq指针，往该地址里写相应的测量量的数据；如下

4.小结 

        本篇内容，我们简单把DAQ的基本概念和实现方式做了初步梳理，大家要注意理解DAQ动态分配的数据流，接下来我们讲STIM\Bypassing，以及不同传输协议对应的帧结构区别