基于CAN总线的Bootloader设计与实现
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2020-10-17
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基于基于CAN总线的总线的Bootloader设计与实现设计与实现
使用BDM工具下载或升级应用程序，不仅麻烦而且稳定性也不高。采用在线更新的方法，设计并实现了一种基
于CAN总线的Bootloader。介绍车载网络通信与诊断服务的实现、Bootloader的设计以及其在车载控制单元的实
现，并在此基础上，提出最小Bootloader的概念，可以有效提高程序的灵活性。实验结果证明，Bootloader能正
确引导加载程序的运行，准确方便地实现应用程序的下载和更新，在软件开发和测试过程中能够极大地提高工
作效率，而且Bootloader的稳定性也很高。还能将网络层和UDS诊断服务部分方便地移植到其他芯片上，为后
序的软件开发与测试提供了方便。
摘 摘 要要： 使用BDM工具下载或升级应用程序，不仅麻烦而且稳定性也不高。采用
关键词关键词：
0 引言引言
为了避免在更新程序的过程中拆除ECU，通过串行总线、SD卡或USB口以及相应的通信协议，将应用程序更新到单片机
中[1]。在更新过程中，系统不免受到外界干扰和软件故障等影响，因此可靠性成为Bootloader开发工作中首要考虑的因素。同
时，Bootloader也存在软件升级的问题，现行的方案并不完善。为此，本文提出最小Bootloader以保证程序的灵活性，为了应
对程序更新出错的意外状况，提出Stay-In-Boot的概念，增强程序的稳定性。
1 Bootloader部分部分
1.1 Bootloader原理原理
Bootloader的主要工作是初始化硬件设备、分配内存映射等，构建良好的软硬件程序，并决定升级应用程序还是继续运行
原有的应用程序[2]。如果升级应用程序，则擦除原有程序数据并通过CAN网络把更新的程序下载到Flash中，再拷贝到RAM中
运行；如果继续运行原有的应用程序，则把Flash中的应用程序数据拷贝到RAM里，程序跳转到地址0x4000（仅针对
S12G192而言）处运行。
1.2 S12G192单片机的内存空间单片机的内存空间
S12系列单片机支持两种寻址方式：局部地址寻址和全局地址寻址。只有在对Flash进行操作时才会有全局地址的概念，
对RAM和EEPROM进行操作时使用局部地址就可以了。
Bootloader应该放在受保护的Flash中，但不是所有Flash都可以设置保护，所以一般放置在0xc000~0xfeff区间内。
2 ISO15765协议协议[3]
按协议内容和体系结构实现来进行划分，ISO15765协议共分为4层，分别是应用层、网络层、数据链路层和物理层。应
用层诊断协议设计应遵循ISO14229-1或ISO15765-3，应用层规定了具体诊断服务的服务标识符（SID）及后面所携带的参数
格式与内容。应用层数据经过网络层实现数据的传输、打包、解包，数据传输时以单帧和多帧的方式按ISO15765-2进行传
输。数据经数据链路层时应按ISO 11898-1转化为有效的CAN数据帧，最后经物理层实现与另一节点的通信。被诊断电子控制
单元（Electronic Control Unit，ECU）收到请求报文后，再按协议体系结构进行逐层解析。
3 基于基于ISO15765的的Bootloader设计与实现设计与实现
单片机中的Bootloader程序必须设计得尽量小，因为ECU中有限的Flash容量是由应用程序和Bootloader程序共同占用
的。本文将Bootloader分为8大部分，如图1所示。下面详细介绍框图内各个组件的设计与实现。
3.1 CAN Driver的设计与实现的设计与实现
CAN驱动完成CAN的底层配置，包括CAN初始化，CAN的发送和接收函数。CAN初始化又分为关看门狗、屏蔽所有中
断、初始化PLL和时钟等[4]。
3.2 ISO15765协议的实现协议的实现
ISO15765协议的实现主要包括udsDiag.c、udsDiag.h、udsNWL.c和udsNWL.h 4个文件的配制。udsDiag.c和udsDiag.h
用于提供诊断服务[5]，udsNWL.c和udsNWL.h用于提供网络传输服务。udsNWL.c中最重要的是从网络层发送和接收数据的
两个函数。udsDiag.c对每个服务进行响应。
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