一种基于车载以太网的ECU远程升级方法与流程

一种基于车载以太网的ecu远程升级方法
技术领域
1.本发明涉及汽车电子领域，尤其涉及一种车载以太网的应用。


背景技术：

2.ecu(electronic control unit)电子控制单元，又称“行车电脑”、“车载电脑”，目前一般一部汽车有超过50个ecu，在汽车不同部件中发挥着不同的作用。各个ecu之间通过can总线连接，can总线相当于汽车的神经网络，可以通过can总线控制车载的任意ecu。
3.随着处理器运算能力和硬件的高速发展，adas，高品质的车载娱乐以及远程诊断等新增功能的需求，车内ecu数量的持续增加，使得ecu网络带宽需求呈现爆炸式增长，车载以太网因其独有的优势在众多车载网络中脱颖而出。
4.在现有技术中，ecu同外部的通信只能通过一个车载obd接口。obd接口是国际标准iso 15031:road vehicles
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communication between vehicle and external equipment for emissions要求现代汽车配备的一个16针接口，用于实现对车辆网络中各路can通道上节点的诊断及can报文采集测试等。但是，由于物理局限及功能限制，车辆的obd接口已不能满足ecu的通信需求，更无法实现ecu的真正意义上的远程升级，极大地限制了智能车联网的发展。
5.为了克服现有技术存在的上述缺陷，本领域亟需一种基于车载以太网的ecu远程升级方法，用于将车载以太网引入车辆ecu的控制管理，从而摆脱obd接口的物理局限，在满足带宽需求的同时减少了车内互联的线束成本，实现车载ecu的远程升级。


技术实现要素：

6.以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
7.为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种基于车载以太网的ecu远程升级方法，解决了现有技术中车载ecu只能通过obd接口同外界通信的物理局限，使车辆的直接远程诊断成为可能，实现真正意义上的车载ecu的远程升级。
8.本发明的一方面提供了一种基于车载以太网的ecu远程升级方法，包括：车载远程终端tbox接收来自tsp的升级数据；tbox通过车载以太网接口将升级数据发送至中央网关；中央网关发送升级数据至待升级的ecu；待升级的ecu收到升级数据后执行升级操作，完成升级操作后发送回复数据至中央网关，回复数据包括升级结果信息；中央网关通过车载以太网接口发送回复数据至tbox；tbox发送回复数据至tsp。
9.在一实施例中，优选地，tbox通过车载以太网接口将升级数据发送至中央网关包括：所述tbox将接收到的升级数据由无线协议格式转换为doip协议格式；再将doip协议格式的升级数据发送至中央网关。
10.在一实施例中，优选地，车载以太网接口为100base-t1接口。
11.在一实施例中，优选地，升级数据包含待升级的ecu的逻辑地址和标志位，标志位标识了待升级的ecu所使用的数据协议格式，中央网关发送升级数据至待升级的ecu包括：中央网关根据标志位将升级数据进行协议格式转换，转换为待升级的ecu所使用的数据协议格式后，再根据逻辑地址将格式转换后的升级数据发送至待升级的ecu。
12.在一实施例中，可选地，可被待升级的ecu识别的数据格式包括can协议格式和can fd协议格式。
13.在一实施例中，优选地，中央网关发送回复数据至tbox包括：中央网关将回复数据进行协议转换，转换成doip协议格式；再将doip协议格式的升级数据发送至tbox。
14.在一实施例中，优选地，tbox发送回复数据至tsp包括：tbox将收到的回复数据转换为无线协议格式；再将无线协议格式的回复数据发送至tsp
15.本发明的另一方面提供了一种基于车载以太网的车载ecu网络架构，包括：tbox、中央网关及至少一个ecu，tbox与中央网关通过车载以太网接口相连接，车载远程终端tbox接收来自tsp的升级数据；tbox通过车载以太网接口将升级数据发送至中央网关；中央网关发送升级数据至待升级的ecu；待升级的ecu收到升级数据后执行升级操作，完成升级操作后发送回复数据至中央网关，回复数据包括升级结果信息；中央网关通过车载以太网接口发送回复数据至tbox；tbox发送回复数据至tsp。
16.在一实施例中，优选地，车载以太网接口为100base-ti接口。
17.在一实施例中，优选地，ecu与中央网关之间通过can或can fd总线相连，tbox以无线通信方式与tsp通信。
18.本发明提供的基于车载以太网的ecu远程升级方法，用于将车载以太网引入车辆ecu的控制管理，从而摆脱obd接口的物理局限，在增加带宽、提升数据传输速率的同时减少了车内互联的线束网络的重量及成本，节约了空间，使得车辆的远程直接诊断成为可能，实现真正意义上的车载ecu的远程升级。
附图说明
19.在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。
20.图1是本发明提供的基于以太网的ecu远程升级方法的流程图；
21.图2是现有技术中ecu网络架构示意图；
22.图3是现有技术中ecu的远程升级数据通信方式示意图；
23.图4是根据本发明一方面的一实施例绘示的ecu网络架构示意图；以及
24.图5是根据本发明另一方面的一实施例绘示的ecu的远程升级数据通信方式示意图。
25.为清楚起见，以下给出附图标记的简要说明：
26.201
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obd接口
27.202
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tbox
28.203
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中央网关
29.204
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ecu1
30.205
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ecu2
31.206
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ecu3
32.301
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tsp
具体实施方式
33.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合优选实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。
34.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
35.另外，在以下的说明中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“水平”、“垂直”应被理解为该段以及相关附图中所绘示的方位。此相对性的用语仅是为了方便说明之用，其并不代表其所叙述的装置需以特定方位来制造或运作，因此不应理解为对本发明的限制。
36.能理解的是，虽然在此可使用用语“第一”、“第二”、“第三”等来叙述各种组件、区域、层和/或部分，这些组件、区域、层和/或部分不应被这些用语限定，且这些用语仅是用来区别不同的组件、区域、层和/或部分。因此，以下讨论的第一组件、区域、层和/或部分可在不偏离本发明一些实施例的情况下被称为第二组件、区域、层和/或部分。
37.ecu(electronic control unit)电子控制单元，又称“行车电脑”、“车载电脑”，普通的电脑一样,由微处理器(mcu)、存储器(rom、ram)、输入/输出接口(i/o)、模数转换器(a/d)以及整形、驱动等大规模集成电路组成。ecu中存储的程序不断地把采集自各传感器的信号进行比较运算，再将运算结果转变为控制信号，控制被控对象的工作。ecu广泛存在与汽车的各个部件中，起着举足轻重的作用。
38.图2是现有技术中ecu网络架构示意图，如图2所示，在现有技术中，车辆的各ecu(204、205、206)通过can或can fd总线连接至中央网关203，中央网关203再通过obd_can总线连接至车辆的obd接口201。
39.而随着智能车联网的发展，需要引入tbox的应用实现车辆的智能化控制。tbox被称为车载智能终端，在车联网中作为车身上唯一可以联网的控制单元，用于采集车辆的位置、状态等信息，并加以监控控制。
40.如图2所示，若采用tbox控制车辆的各ecu，需在tbox 202上开设一条can通信接口与车辆的obd_can接口相连，以此通过车辆的obd接口201实现tbox 202与各ecu(204、205、206)的数据通信，例如将tbox202作为诊断设备，诊断车辆ecu网络中的故障存在。
41.图3是现有技术中ecu的远程升级数据通信方式示意图，如图3所示，在现有技术中，若需要对某一车载ecu(图3中为ecu2)进行远程升级，首先，tbox 202通过无线通信的方式接收来自远程服务提供商tsp 301发送的升级数据，并将升级数据由无线通信协议格式转换为can协议格式，再将can协议格式的升级数据通过can总线发送至车辆的obd接口201，通过obd接口201将can协议格式的升级数据发送至中央网关203，升级数据中包含需升级的ecu的逻辑地址，中央网关203根据该逻辑地址识别出需要升级的ecu为ecu2 205，从而将升级数据再通过can总线发送至需被升级的ecu2205。
42.ecu2 205接收到升级数据后执行升级操作，完成升级后再发送回复数据，通过can总线依次回传至中央网关203、obd接口201和tbox 202。tbox202接收到回复数据后再将can协议格式的回复数据转换为无线通信协议格式，并通过无线通信的方式发送给tsp 301。至此，完成了一个ecu的远程升级过程。
43.由此可见在现有技术中，多如图3所示的方式，依赖obd接口实现车辆ecu的诊断及can报文采集测试等工作，也就意味着，在现有技术中ecu只能通过obd接口与外界通信。obd接口是国际标准iso 15031:road vehicles
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communication between vehicle and external equipment for emissions要求现代汽车配备的一个16针接口，由于物理局限及功能限制，其已不能满足日益增长的ecu通信需求，更无法实现ecu的真正意义上的远程升级，限制了智能车联网的发展。
44.针对现有技术存在的上述缺陷，本发明提出了一种基于车载以太网的ecu远程升级方法，用于将车载以太网引入车辆ecu的控制管理，从而摆脱obd接口的物理局限，在增大带宽、提高数据传输速率的同时减少了车内互联的线束网络的重量及成本，实现真正意义上的车载ecu远程升级。
45.图4是根据本发明一方面的一实施例绘示的ecu网络架构示意图。
46.本发明的一方面提供了一种车载ecu网络架构，如图4所示，本发明提供的车载ecu网络架构包括tbox 202、中央网关203以及至少一个ecu，tbox与中央网关通过车载以太网接口相连接，车载远程终端tbox接收来自tsp的升级数据；tbox通过车载以太网接口将升级数据发送至中央网关；中央网关发送升级数据至待升级的ecu；待升级的ecu收到升级数据后执行升级操作，完成升级操作后发送回复数据至中央网关，回复数据包括升级结果信息；中央网关通过车载以太网接口发送回复数据至tbox；tbox发送回复数据至tsp。在图4所示的实施例中网络架构中的ecu包括ecu1 204和ecu2205。该处的举例仅为更清楚的说明本发明的网络架构构成，而非用于限制本发明的保护范围，可以理解地，可以根据实际需要设置一个或多个ecu于该车载网络中。
47.tbox 202与中央网关203之间通过车载以太网接口相连接。在该实施例中，该车载以太网接口为100base-t1接口。100base-t1(ieee 802.3bw)是汽车公司与领先的集成电路(ic)制造商和系统开发商共同开发的新物理层(phy)通信协议。100base-t1通过单对非屏蔽双绞线电缆以100mbps的通信速度，使用以太网协议的音频视频桥接(avb)集合，实现车辆内音频，视频，联网汽车，固件/软件和校准数据的通信。这些方面对于在汽车系统中传递各种类型的信息非常重要，并使100base-t1能够承载具有各种优先级的不同类型的数据(低数据速率和高优先级与高数据速率和低优先级，以及时间同步等)。通过对其使用的叠加、编码和加扰方案(以及一些无源组件)等技术，与传统的快速以太网(100base-tx)解决
方案相比，100base-t1可降低电磁干扰(emi)，减少布线重量、成本及占用空间。
48.使用100base-t1以太网接口，可以获得更快的固件/软件更新和校准速度，从而减少车辆更新的停机时间。可以理解地，100base-t1以太网接口是在现有技术中的以太网接口中适用于车载ecu场景的较优选择，随着时间和技术的演进优势选择也会发生改变，故此处的100base-t1以太网接口仅用于清楚说明本发明的有益效果，而非限制本发明的保护范围，可根据实际需求选择适当的以太网接口连接tbox 202及中央网关203。
49.各车载ecu与中央网关203之间采用can或can fd连接。can是controller area network的缩写(以下称为can)，是iso国际标准化的串行通信协议。在汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低功耗、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。为适应“减少线束的数量”、“通过多个lan，进行大量数据的高速通信”的需要，1986年德国电气商博世公司开发出面向汽车的can通信协议。此后，can通过iso11898及iso11519进行了标准化，在欧洲已是汽车网络的标准协议。can总线网络具备各节点间的数据通信实时性强、开发周期短及已国际标准化的优势。然而随着汽车的智能化，各控制器需要交换的数据越来越多，频次也越来越高，传统can受限于物理特性传输速率最大为1mbps(目前普遍为500kbps)，同时，传统can包含的非信息数据大于50％，即can线上只有一半以下的数据是真正有用的信息，其他都是用于协议控制的非数据信息，于是产生了can升级版的can fd协议。can fd是can with flexible data rate的缩写，它继承了传统can总线主要特性，同时支持高达5mbps的数据传输率，并改善了错误帧漏检率，被视为是下一代主流汽车总线系统。在现有市面上的汽车中，普遍存在着can和can fd共存的ecu总线网络。
50.tbox 202和tsp 301之间采用无线通信方式传输通信数据，tbox 202接收由tsp 301发送的数据消息，并将数据以无线方式发送至tsp 301。tbox称为车载智能终端，作为车身唯一可以联网的控制单元，肩负着监控和控制车身状态的使命，其存在的最大价值就在于与外界网络的连接性。tbox主要用于采集车辆相关信息包括位置信息、姿态信息、车辆状态信息等，然后通过无线通信将信息传送到tsp平台。同时用户可以使用手机app和web客户端通过tsp平台下发指令给tbox终端，对车辆进行控制操作。tsp(telematics service provider)是远程服务提供商，与tbox之间采用无线通信方式传输数据。
51.与现有技术不同的是，本发明提供的车载ecu网络架构不通过车辆的obd物理接口，而是通过中央网关的以太网接口与tbox相连。tbox作为车辆诊断仪使用时，无需针对不同的使用can的ecu和使用can fd的ecu新增两个obd诊断通道，摆脱了obd接口的物理局限，大大增加了ecu网络的传输带宽和传输速率，并减少了车载网络的线束重量和成本，节约空间。
52.图5是根据本发明另一方面的一实施例绘示的ecu的远程升级数据通信方式示意图。图1是本发明提供的基于以太网的ecu远程升级方法的流程图。
53.请参考图5及图1，本发明提供的基于以太网的ecu远程升级方法基于本发明提供的ecu网络架构，具体包括以下步骤：
54.步骤101：车载远程终端tbox 202接收来自tsp 301的升级数据。
55.步骤102：tbox 202通过车载以太网接口将所述升级数据发送至中央网关。
56.在一实施例中，tbox 202通过车载以太网接口将升级数据发送至中央网关包括：tbox将接收到的所述升级数据由无线协议转换为doip协议，再将doip协议格式的升级数据发送至中央网关。doip是diagnostic communication over internet protocol的简称，由iso13400系列标准定义，顾名思义，即通过网络协议进行诊断通信。这里的网络协议指的是osi七层模型中层4到层1的四层协议，即传输层、网络层、数据链路层和物理层。通过doip协议，可以获得更快的诊断响应，传输大量数据用于软件更新和参数下载的时间更短，使得远程的直接诊断成为可能。需要说明的是，此处的doip协议仅为一较优的实施例，用以说明本发明的技术效果，而非用于限制本发明的保护范围，在实际操作中，可以根据技术的更迭和实际需要选取相适应的以太网协议。
57.在一实施例中，车载以太网接口为100base-t1接口。关于100base-t1接口已在上文介绍本发明提供的ecu网络架构时具体展开，此处不再赘述。可以理解地，此处的100base-t1接口仅用于清楚说明本发明的技术效果，而非用于限制本发明的保护范围。
58.如图1所示，本发明提供的基于以太网的ecu远程升级方法还包括：
59.步骤103：中央网关发送升级数据至待升级的ecu。
60.升级数据中包含待升级的ecu的逻辑地址和标志位，中央网关根据标志位获取待升级的ecu采用的是can还是can fd协议，继而将doip协议格式的升级数据转换为能被待升级的ecu识别的数据格式，最后把协议转换后的升级数据根据其逻辑地址发送至待升级的ecu。如图5所示，在该实施例中，中央网关203接收到tbox 202发出的doip协议格式的升级数据，根据升级数据中的逻辑地址识别待升级的ecu为ecu2 205，同时根据升级数据中的标志位判断ecu2 205使用的是can fd总线与中央网关203相连接，因而中央网关203将接收到的doip协议格式的升级数据转换为can fd协议格式的数据，并发送至ecu2 205。
61.再参见图1，本发明提供的基于以太网的ecu远程升级方法还包括：
62.步骤104：所述待升级的ecu收到所述升级数据后执行升级操作，完成所述升级操作后发送回复数据至所述中央网关，所述回复数据包括升级结果等信息。
63.在图5所示的实施例中，ecu2 205收到中央网关203发送的can fd协议格式的升级数据，执行相应地升级操作。升级完成后再通过can fd总线发送回复数据至中央网关203。回复数据包括升级结果等信息。
64.可以理解地，若待升级的ecu采用can协议格式数据进行通信，在步骤103中，中央网关203会将收到的doip格式的数据转换为can格式下发至该ecu，该ecu完成升级操作后，发送给中央网关203的回复数据也为can格式。
65.本发明提供的基于以太网的ecu远程升级方法还包括步骤105：所述中央网关通过所述车载以太网接口发送所述回复数据至所述tbox。
66.在图5所示的实施例中，与下发升级数据过程相对应的，回复数据由ecu2205发送至中央网关203后，由中央网关203将其从can fd协议格式转换为doip协议格式，再通过车载以太网接口100base-t1发送至tbox 202。
67.最后，步骤106：所述tbox发送所述回复数据至所述tsp。
68.在图5中，tbox 202将收到的doip协议格式的回复数据转换为无线通信协议格式，再以无线通信方式回传至tsp 301。当最终tsp 301收到ecu2 205发出的回复数据后，ecu2 205的升级工作才得以完成。
69.尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。
70.本发明提供的基于车载以太网的ecu远程升级方法，用于将车载以太网引入车辆ecu的控制管理，从而摆脱obd接口的物理局限，在增加带宽、提升数据传输速率的同时减少了车内互联的线束网络的重量及成本，节约了空间，使得车辆的远程直接诊断成为可能，实现真正意义上的车载ecu的远程升级。、
71.提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。