第三章、XCP的趨勢(shì)和應(yīng)用實(shí)例

接下來(lái)，從使用XCP進(jìn)行測(cè)量/校準(zhǔn)的系統(tǒng)構(gòu)成開始，依次講解趨勢(shì)和應(yīng)用實(shí)例。

測(cè)量/校準(zhǔn)的系統(tǒng)構(gòu)成

如前面所述，XCP是主結(jié)點(diǎn)側(cè)的測(cè)量/校準(zhǔn)工具和從結(jié)點(diǎn)側(cè)的ECU之間的通信協(xié)議。XCP的主結(jié)點(diǎn)側(cè)，通常提供為在PC上運(yùn)行的應(yīng)用程序（圖19）。相對(duì)的，從結(jié)點(diǎn)側(cè)則提供為ECU中的嵌入式C語(yǔ)言源代碼的形式的軟件模塊，并且在實(shí)際的傳輸層的情況下，例如XCP on CAN，它將被集成連接到CAN的通信部分，以便處理XCP協(xié)議。

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圖19：測(cè)量/校準(zhǔn)工具

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XCP從結(jié)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)程序及其提供來(lái)源

XCP從結(jié)點(diǎn)側(cè)的模塊，一般包含作為XCP從結(jié)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)的協(xié)議處理部分和同步測(cè)量的處理部分，但該驅(qū)動(dòng)程序通常由提供XCP主結(jié)點(diǎn)側(cè)應(yīng)用程序的工具供應(yīng)商提供。因此，測(cè)量/校準(zhǔn)工具供應(yīng)商將提供從結(jié)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)程序，或協(xié)助進(jìn)行實(shí)際的組裝的服務(wù)。

集成化的測(cè)量/校準(zhǔn)系統(tǒng)

對(duì)作為校準(zhǔn)對(duì)象的整體控制進(jìn)行優(yōu)化，以合乎要求定義的過程，只通過XCP對(duì)ECU進(jìn)行測(cè)量/校準(zhǔn)是不能實(shí)現(xiàn)的。例如，在本文 “1.什么是測(cè)量/校準(zhǔn)協(xié)議？”的化油器的校準(zhǔn)中，就有必要通過傳感器等來(lái)測(cè)量混合氣體的狀態(tài)。這樣的傳感器輸入對(duì)于實(shí)現(xiàn)實(shí)際測(cè)量/校準(zhǔn)是不可或缺的。

此外，近年來(lái)，對(duì)汽車的控制也在往復(fù)雜化和高功能化方面發(fā)展，出現(xiàn)了基于車輛的外部環(huán)境進(jìn)行控制的ECU。一個(gè)典型的例子是“自適應(yīng)巡航控制”，簡(jiǎn)稱為“ACC：Adaptive Cruise Control”。在該ECU中，利用電磁波和相機(jī)進(jìn)行的車輛外部環(huán)境的檢測(cè)（例如通過毫米波雷達(dá)檢測(cè)前方車輛）的車輛控制，以跟隨和避免碰撞。在這種情況下，需要利用視頻等來(lái)測(cè)量外部環(huán)境的車輛的位置和當(dāng)時(shí)的情況（圖20）。
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?圖20：集成化的測(cè)量/校準(zhǔn)工具
在像這樣的校準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)中，集成化的測(cè)量/校準(zhǔn)系統(tǒng)是不可或缺的。接下來(lái)，將說明校準(zhǔn)過程中其次的主要需求。

集成化的測(cè)量

不僅是對(duì)ECU的測(cè)量，還需要同步測(cè)量傳感器、汽車網(wǎng)絡(luò)、仿真/數(shù)字信號(hào)、以及車輛的位置和周圍的影像。

測(cè)量的離線評(píng)估

進(jìn)行測(cè)量可以確認(rèn)校準(zhǔn)結(jié)果和控制的有效性，但是在與XCP相關(guān)的汽車和一般工業(yè)設(shè)備的情況下，測(cè)量成本在一些情況下很高。例如，使用測(cè)試車和測(cè)試駕駛員的測(cè)量成本非常高，并且容易想象到，對(duì)于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)量等的成本更高。因此，隨著測(cè)量功能的精細(xì)化，測(cè)量之后的數(shù)據(jù)分析和測(cè)量與校準(zhǔn)之間的因果關(guān)系的記錄等評(píng)估功能需要離線，也就是測(cè)量之后進(jìn)行。

校準(zhǔn)參數(shù)的管理

如果ECU包含了與控制相關(guān)的所有功能，即使改變了要控制的對(duì)象，也只要通過校準(zhǔn)改變參數(shù)，而不用改變控制。在發(fā)動(dòng)機(jī)控制中，有些ECU是以零部件的形式從制造商出售的，可以在購(gòu)買后根據(jù)實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行參數(shù)校準(zhǔn)。像是這種ECU，根據(jù)各種控制對(duì)象來(lái)改變共用的參數(shù)的情況下，有必要針對(duì)控制對(duì)象來(lái)管理適當(dāng)?shù)囊唤M參數(shù)（參數(shù)集：Parameter Set）。
此外，在這種情況下，參數(shù)的數(shù)量增加以匹配更多的控制對(duì)象，由多個(gè)校準(zhǔn)工程師進(jìn)行更復(fù)雜的校準(zhǔn)和工作。因此，從這些方面來(lái)看，參數(shù)管理也是必要的。
對(duì)于參數(shù)管理，需要包含對(duì)多個(gè)參數(shù)集進(jìn)行比較、合并和檢索等功能（圖21）。

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圖21：校準(zhǔn)參數(shù)的管理示例

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XCP的應(yīng)用事例

到目前為止，描述了XCP在測(cè)量/校準(zhǔn)系統(tǒng)、作用對(duì)象的ECU及其網(wǎng)絡(luò)中的使用情況，現(xiàn)在開始說明XCP的其它使用情況。

（1）由記錄器（Logger）記錄XCP

在記錄車載網(wǎng)絡(luò)或車輛的模擬量（Analog）情況的記錄器中，與此同時(shí)，符合XCP標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品也能夠滿足“記錄ECU內(nèi)部狀態(tài)”的需求。除了記錄模擬量和車載網(wǎng)絡(luò)的輸出結(jié)果之外，還可以記錄ECU內(nèi)部狀態(tài)的輸出過程，從而提高分析效率。

（2）測(cè)試

存在這樣的系統(tǒng)：在電氣上仿真ECU的外部環(huán)境，并執(zhí)行ECU的操作測(cè)試，而后將測(cè)試結(jié)果作為判斷分析因素，并使用XCP來(lái)測(cè)量ECU的內(nèi)部狀態(tài)（圖22）。如此，不僅是最終的ECU輸出結(jié)果，中間過程也可以得到確認(rèn)，從而提高測(cè)試時(shí)的分析效率。

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圖22：使用Vector的CANoe進(jìn)行測(cè)試使用XCP的ECU?

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（3）測(cè)量器的通用接口

如本文“2.XCP協(xié)議通信的構(gòu)成和和功能”所述，XCP的實(shí)現(xiàn)方式為，使用來(lái)自主結(jié)點(diǎn)的40位XCP地址，訪問測(cè)量/校準(zhǔn)對(duì)象以及得到應(yīng)答；并且，通過XCP地址指定同步測(cè)量的對(duì)象，從結(jié)點(diǎn)周期性將測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)發(fā)送出來(lái)。有些產(chǎn)品會(huì)使用XCP作為測(cè)量器的通用接口。在這種情況下，XCP地址不只用來(lái)指定ECU內(nèi)存，還用作指定要測(cè)量的模擬量或傳感器的識(shí)別號(hào)碼。
這樣，通過使用XCP作為測(cè)量器的通用接口，在不改變現(xiàn)有的測(cè)量/校準(zhǔn)系統(tǒng)的情況下，它可以作為集成的測(cè)量對(duì)象的一個(gè)設(shè)備來(lái)使用。
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在EV / HEV車輛開發(fā)中使用XCP

接下來(lái)，考慮在EV/HEV汽車開發(fā)中，使用XCP進(jìn)行測(cè)量/校準(zhǔn)的要求。

（1）多個(gè)ECU的測(cè)量/校準(zhǔn)

在HEV的情況下，動(dòng)力源增加到了兩個(gè)：發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)。EV/HEV均需要對(duì)電池和再生充電等進(jìn)行集成控制。除了單主多從的XCP功能之外，還需要在每個(gè)分離的網(wǎng)絡(luò)上，都能作為主結(jié)點(diǎn)的測(cè)量/校準(zhǔn)工具。

（2）低負(fù)載、穩(wěn)定負(fù)載的高速測(cè)量

電機(jī)的控制周期大約需要在100 [μsec]，并且需要對(duì)其進(jìn)行同步的高速測(cè)量。此外，在這種情況下，同步測(cè)量本身的負(fù)載，即XCP的測(cè)量處理負(fù)載也要求盡可能低。通常的，測(cè)量處理負(fù)荷在每個(gè)測(cè)量周期中與測(cè)量點(diǎn)的數(shù)量成正比，所以測(cè)量周期越快，測(cè)量負(fù)荷對(duì)原始控制周期的影響就越大。

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但是，在電機(jī)控制等情況下，由于這種對(duì)控制周期的影響是不允許的。換句話說，在負(fù)載是低負(fù)載的同時(shí)，諸如測(cè)量點(diǎn)的數(shù)量隨測(cè)量情況的變化時(shí)，要求負(fù)載始終是穩(wěn)定的。
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案例研究：使用XCP on Ethernet和Vector 的VX1000系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量

下面描述的Vector的“VX1000系統(tǒng)”示例，在執(zhí)行上述高速測(cè)量的同時(shí)，以低負(fù)載和穩(wěn)定負(fù)載進(jìn)行測(cè)量。（圖23）
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圖23：VX1000系統(tǒng)的構(gòu)成示例

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在本系統(tǒng)中，不需要集成XCP從結(jié)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)程序，只需要通知同步測(cè)量的時(shí)機(jī)的處理。使用該驅(qū)動(dòng)程序，ECU和VX1000系統(tǒng)通過Nexus Class 3、RTP或DMM等微控制器內(nèi)存跟蹤的接口，VX1000系統(tǒng)和測(cè)量/校準(zhǔn)工具是使用XCP on Ethernet（通過TCP/IP或UDP/IP）來(lái)連接。從測(cè)量/校準(zhǔn)工具來(lái)看似乎是XCP，但ECU不直接處理XCP從結(jié)點(diǎn)，由VX1000系統(tǒng)執(zhí)行協(xié)議轉(zhuǎn)換的處理。

接下來(lái)，將說明在ECU測(cè)量周期的時(shí)序中，從結(jié)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)處理是怎樣做到XCP同步測(cè)量的。

與XCP一樣，由控制應(yīng)用程序通知測(cè)量的時(shí)機(jī)。通知的方法也是同樣的，將事件通道作為參數(shù)來(lái)調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序的函數(shù)。

在第1條的函數(shù)中，不是處理每個(gè)測(cè)量點(diǎn)，而是僅僅通過Nexus Class 3接口進(jìn)行時(shí)序通知。因此，這個(gè)處理的時(shí)間不受測(cè)量點(diǎn)數(shù)量的影響，并且是低負(fù)載的。

VX1000系統(tǒng)側(cè)在檢測(cè)到第2條的時(shí)序通知時(shí)，基于那個(gè)時(shí)間點(diǎn)的跟蹤數(shù)據(jù)，生成XCP的DTO報(bào)文，并通過XCP on Ethernet發(fā)送給主結(jié)點(diǎn)。

表3顯示了直接使用各個(gè)XCP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和使用VX1000系統(tǒng)之間的差異。

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表3：ECU接口的特征

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在基于模型的開發(fā)中使用XCP

在基于模型的開發(fā)（MBD：Model Based Development）中，對(duì)可執(zhí)行的模型和被稱為“設(shè)備（plant）”的控制對(duì)象一起進(jìn)行仿真是可行的。當(dāng)進(jìn)行仿真的準(zhǔn)確性提高后，還可以像對(duì)實(shí)際ECU一樣對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)。此外，為了能夠進(jìn)行充分的仿真，還需要通過校準(zhǔn)，使其成為與設(shè)備相匹配的模型。因此，在仿真階段就能夠進(jìn)行測(cè)量和校準(zhǔn)是有必要的，這也是基于模型的開發(fā)的要求之一。

對(duì)模型不僅是仿真，還會(huì)通過自動(dòng)代碼生成器來(lái)生成C語(yǔ)言等代碼，并實(shí)際的運(yùn)行。在這種情況下，也有必要對(duì)ECU進(jìn)行與以往相同的測(cè)量/校準(zhǔn)。另外，可以基于在之前仿真階段校準(zhǔn)的結(jié)果進(jìn)行校準(zhǔn)，也就是說，校準(zhǔn)參數(shù)可以得到沿用。

下面我們從仿真和實(shí)際ECU兩方面來(lái)考慮測(cè)量/校準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)。

仿真

測(cè)量/校準(zhǔn)的對(duì)象是仿真的虛擬模型，必須通過虛擬接口來(lái)實(shí)現(xiàn)。

實(shí)際ECU

測(cè)量/校準(zhǔn)的對(duì)象是ECU，需要使用CAN或FlexRay等實(shí)際網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
針對(duì)這種仿真和實(shí)際ECU的差異，由于XCP不會(huì)依存于具體網(wǎng)絡(luò)，都可以進(jìn)行測(cè)量/校準(zhǔn)，所以可以使用在基于模型開發(fā)的各個(gè)階段。
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應(yīng)用舉例：使用Vector“CANape”和“Simulink XCP Server”的進(jìn)行測(cè)量/校準(zhǔn)仿真

作為對(duì)仿真的模型進(jìn)行測(cè)量/校準(zhǔn)的示例，針對(duì)Vector“Simulink XCP Server”進(jìn)行說明（圖24）。

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圖24：CANape和Simulink XCP Server

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)在MATLAB/Simulink上運(yùn)行的仿真模型的測(cè)量/校準(zhǔn)，Simulink XCP Server作為為模型提供的XCP接口的Simulink的模塊，可以通過XCP on Ethernet連接到Vector的校準(zhǔn)工具“CANape”。就這樣，即使在仿真過程中，也可以進(jìn)行與真實(shí)環(huán)境完全相同的測(cè)量/校準(zhǔn)。

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一般來(lái)說，由于仿真的運(yùn)行速度比實(shí)際的執(zhí)行時(shí)間快，也可以進(jìn)行比實(shí)際執(zhí)行時(shí)間更快的校準(zhǔn)，此時(shí)獲得的校準(zhǔn)參數(shù)也取決于模擬的準(zhǔn)確性，可以與實(shí)際ECU的值大致相當(dāng)。基于這個(gè)校準(zhǔn)參數(shù)，再開始對(duì)實(shí)際ECU的測(cè)量，可以加快最終校準(zhǔn)的完成時(shí)間。

XCP是按不會(huì)依存于具體網(wǎng)絡(luò)、對(duì)任意形態(tài)的ECU，都可以進(jìn)行訪問和測(cè)量/校準(zhǔn)的目標(biāo)來(lái)進(jìn)行開發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)化的。最初是從CCP成功的實(shí)際業(yè)績(jī)來(lái)開始擴(kuò)展功能，實(shí)現(xiàn)在所有車載網(wǎng)絡(luò)的測(cè)量/校準(zhǔn)。由于其靈活性，它被用作測(cè)量器的通用接口，在基于模型的開發(fā)中，它也被用作仿真和實(shí)際ECU間無(wú)差異的相同接口。

預(yù)計(jì)XCP將在未來(lái)的測(cè)量/校準(zhǔn)的各個(gè)方面使用。希望這篇文章能幫助你理解和使用XCP。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的XCP的趋势和应用实例的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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